SE523324C2 - Separator, batteri med separator samt förfarande för framställning av separator - Google Patents

Description

. | . . . | 1 . | 1 | | u .. litet. I en del system, t.ex. i blybatteriet, deltar elektro- lyten i cellreaktionerna och mängden svavelsyra màste då anpassas till den kapacitet man önskar ta ut ur batteriet.

Därför kan elektrodavstàndet behöva göras extra stort och det kan visa sig nödvändigt att tillverka en separator med ribbor.

Dessa ribbor ges då en höjd och utformning så att de stöder mot elektroderna. Typisk porositet för en separator avsedd för Q ett batteri med vattenbaserad elektrolyt kan vara 50-75 6.

Materialet i separatorn varierar beroende pà elektrolytens sammansättning. PVC är ett vanligt materialslag eftersom det är kemiskt stabilt i såväl sur som alkalisk elektrolyt. I mera avancerade batterier, som arbetar vid hög temperatur kan exem- pelvis bornitridfilt komma till användning. I några fall kan man anordna elektroderna så att de är i flytande form t.ex.

NaS-batteriet och då elektrolyten utgörs av fast A120; har separatorn kunnat elimineras.

Ett speciellt material har kommit till användning i blybatte- rier. Mikrofina fibrer av kemiskt beständigt glas (C-glas) läggs till en matta med tjockleken 0,5 mm upp till 2 mm och en porositet av ca 95 %. En sådan matta kan hålla en stor mängd syraelektrolyt, men kan lätt pressas samman. Sà t.ex. behövs endast ett tryck av c:a 80 kPa för att pressa en glasullsepa- rator (AGM-separator; AGM = Absorbent Glass Mat) fràn tjock- leken l mm till 0,5 mm.

En AGM-separator har två egenskaper som gör den gynnsam att använda i blybatterier. Separatorn kan, om den läggs an mot det aktiva materialet i den positiva elektroden, hindra par- tiklar som lossnar fràn elektroden att falla ned till botten av batteriinneslutningen, där det i så fall relativt lätt skulle uppstå kortslutningar. 71500; 2002-08-29 n n nn nn _nn nn nn nn nn nn n n n n n “ x :. . .. n n n n n n n n n nn nn n n n nnn n n n n n n n n n n n n n n n n n n nnnn nn nn n n n n nn 3 Den andra gynnsamma egenskapen är förmägan att hälla svavel- syran fördelad i separatorns porer, även om inte separatorn är helt mättad med syra. Denna egenskap möjliggör för det syre som bildas vid den positiva elektroden under laddningen att passera genom separatorerna och reduceras till vatten vid den negativa elektroden ~ s k. syrgasrekombination.

Framför allt vid underhàllsfria blybatterier utnyttjas dessa fördelar eftersom man då kan göra batterierna slutna med endast en ventil som öppnar om gastrycket blir för högt. Man kan även nå högre kapacitet per volymenhet i och med att det s.k. slamutrymmet under elektroderna, och utrymmet ovanför elektroderna, i stort sett har kunnat elimineras.

Kraven på batterierna och deras tillämpning har resulterat i många varierande konstruktioner. Beträffande blybatterier finns tvà huvudtyper: batterier med smorda, flata positiva elektroder och batterier med positiva rörelektroder. De senare innesluter det positiva aktiva materialet (PAM) i ett poröst hölje och PAM omger en strömtilledare av bly eller en blyle- gering. Röret som omger PAM är i sig ett gott stöd för massan.

En viss kompression av PAM förekommer i och med att den centrala strömledaren korroderar och bildar blydioxid, som har större volym än bly. Det är väl känt att dessa rörelektroder har längre livstid räknat i antal cykler än de smorda flata elektroderna. Orsaken tillskrivs det tryck som uppstàr genom nämnda expansionen.

Vid upprepade urladdningar av elektroderna i ett blybatteri sker en expansion av det aktiva materialet, varvid elektro- derna blir porösare, samtidigt som kontakten mellan de enskilda partiklarna blir svagare. Denna expansion fortsätter 71500; 2002-08-29 n v .us- øu vann un» :av v 523 324 sedan med antal urladdningar tills den interpartikulära kon- takten brutits.

Denna effekt kan motverkas genom att ett mekaniskt tryck anlägges mot elektrodytorna under laddningen såsom har beskri- vits för rörelektroder. En viss expansion bör dock tillåtas för att aktiva materialet skall kunna utnyttjas väl. Genom den fjädrande verkan som finns hos glasfibrerna i AGM separatorer skulle denna separatortyp vara väl lämpad för detta ändamål.

Dä man emellertid oftast önskar göra separatorn så tunn som möjligt för att batteriets inre motstånd skall vara minimalt, kommer en sådan separator att pressas samman så mycket att den fjädrande effekten upphör. Högre tryck än 80 kPa är inte van- ligt förkommande. Tunna (sammanpressade) separatorer d.v.s. 0,5 mm och däromkring medför risk för kortslutning via dendri- ter.

UPPFINNINGENS ÄNDAIVIÅL OCH VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Föreliggande uppfinning har till ändamål att undanröja proble- men med den kända tekniken och i synnerhet att åstadkomma en förbättring av såväl separatormaterialets stabilitet och han- terbarhet som batteriets kapacitet och livslängd.

Detta ändamål uppnås vid en separator och ett batteri av inledningsvis nämnt slag genom särdragen i den kännetecknande delen av respektive självständigt patentkrav.

Separatorer enligt uppfinningen kan utsättas för högt meka- niskt tryck vid sammanbyggnaden utan att separatorns struktur kollapsar.

Utmärkande för uppfinningen är att fibrerna i separatorerna är sammanlänkade så att separatorn tål en hög mekanisk belastning 71500; 2002-08-29 :ut u v v v u n n - .won o» øøu- u 10 15 20 25 . 523 324 5 n o ø : - u u c - . | nu utan att förlora förmågan att vid tryckavlastning återgå till i huvudsak ursprunglig tjocklek. Det är också syftet med upp- finningen att fibrerna inte skall röra sig gentemot varandra.

Vidare avser uppfinningen att åstadkomma separatorer som kan belastas med upp till 300 kPa.

Det är också utmärkande för uppfinningen att sagda sammanlänk- ning av fibrerna sker genom anrikning av nanopartiklar och, vid avdrivning av vätskefasen (lösningsmedlet), slutligen sam- manbindning av dessa och fibrerna i sagda korspunkter.

Enligt uppfinningen tillförs sagda nanopartiklar separatorerna genom tillsats av en dispersion av sagda partiklar i vatten eller annat lösningsmedel varefter separatorerna torkas. Här- vid uppkommer sàledes en stabil och permanent bindning av par- tiklarna till varandra i fibrernas korspunkter, vilken motstår angrepp från i ifrågavarande batteri använd elektrolyt.

Med begreppet kolloidala nanopartiklar avses partiklar av sådan ringa storlek, i nanometeromràdet, att partiklarna för- blir dispergerade i den använda vätskan så att det bildas en stabil kolloid. Partiklarnas ringa storlek bidrar också till att ovannämnda stabila och permanenta bindning verkligen upp- kommer.

Genom att ytan hos ifrågavarande partiklar uppvisar ytbundna grupper med laddning, kommer partiklarna när de är disperge- rade i vätskefasen (lösningsmedlet) att repellera varandra.

Vid lösningsmedlets avlägsnande kommer partiklarna närmare varandra och även fibrerna, och bindningsbryggor mellan de enskilda partiklarna att uppstå, ledande till den uppfinnings- enliga stabiliseringen. 71500; 2002-08-29 10 15 20 ._ n.. ..._ .. _ w . . . .. ... ... . . u.. Ü). u.

O u u. n »u n c n »- u u I n u a a n» un.. u. 523 324 6 En impregneringsvätska med ett bindemedel av företrädesvis SiO2, utgörande nämnda kolloidala nanopartiklar, tillsätts separatorn och för att åstadkomma impregnering av separatorer.

I synnerhet i kombination med ett högt mekaniskt tryck på elektroder och separatorer finner uppfinningen sin tillämp- ning. Uppfinningen kan tillämpas på alla batterier med separa- torer men beskrivs här i synnerhet för bipolära blybatterier för långvarig cykling.

Utöver nämnda torkprocess kan genom värmebehandling av den anrikade separatorn vid temperaturer mellan cza 300 °C och 700 °C uppnås en avsevärd förstyvning av materialet i korspunkterna och därigenom en stabilare separator.

I synnerhet är de oorganiska fibrerna av glas, vilket är ett ekonomiskt och tekniskt bra material. Särkilt innefattar sepa- ratorn enligt uppfinningen AGM-material. Genom att vidare dis- persionen omfattar SiO2 i vattenlösning uppnås ett till glaset i fibrerna väl bindande material samt en ekonomisk och lätt- hanterlig dispersion.

Genom att bindemedlet bringas att utgöra mellan c:a 20 och 60 % av den totala separatorvikten erhålls en god avvägning mel- lan styrka och eftergivlighet, vilket accentueras då bindemed- let föredraget bringas att utgöra mellan cza 25 och 45 % av den totala separatorvikten.

Uppfinningen avser även batterier, företrädesvis bipolära bly- batterier, monterade med separatorer enligt ovan, och även företrädesvis under högt tryck. 71500; 2002-08-29 10 15 20 25 fiw 523 324 7 - ~ . - - v u c - c | | u nu Ytterligare fördelar uppnås genom andra aspekter av uppfin- ningen.

Det är känt genom JP 2001283810 att genom impregnering av AGM- separatorer med en vätska innehållande dispergerade partiklar, åstadkomma separatorer med partiklar placerade mellan glasfib~ rerna för att försvåra penetrationen med dendriter. Härigenom kan dessa separatorer göras tunnare än vad som är vanligt.

Härvid föreligger således ingen anrikning av impegneringsmate- rialet i fibrernas korspunkter. Det anges följaktligen inte heller att man skulle kunna få en ökad flexibilitet eller att separatorerna i sig skulle kunna motstå ett högt tryck.

Ett annat sätt att anpassa separatorn till ett (litet) elektrodavstànd beskrivs av Brecht (US Pat. 5,09l,275 Febr. 25 1992). Ett bindemedel av kollodial SiO2 och ett sulfat i vat- tenlösning tillföres separatorn. Separatorn torkas i samman- pressat tillstånd varvid SiO2 och sulfatet förenas till ett koagel. Separatorerna monteras i celler mellan elektoderna och vid tillsats av syran löses bindemedlet. Därvid sväller sepa- ratorn och ger en god anliggning mellan elektrod och separa- tor. Det framgår emellertid av denna skrift att detta koagel upplöses och inte binder samman glasfibrerna sedan syran påfyllts.

(AGM = Absorbtive Glass Mat) En obehandlad AGM-separator som här avses består till 100 % av glas med hög kemisk beständig- O het. Fiberdiametern kan för 90 s av materialet vara <1 um. En separator bestående av obehandlad AGM är mekaniskt svag och har låg rivstyrka, speciellt när den fyllts med svavelsyra eller vatten (våtstyrka). En viss flexibilitet kan iakttas hos den obehandlade AGM-separatorn: när den belastas med tyngder och sedan avlastas återtar den efter en tid sin ursprungliga 71500: 2002-08-29 un »ou-f o-u- _ ~ n u 10 15 20 523 324 s tjocklek om inte belastningen varit så hög att glasfibrerna krossats.

En viss skillnad föreligger emellertid mellan belastningen vid torr och våt separator. Den våta separatorn blir med tiden något mindre elastisk och det vid tillverkningen applicerade trycket på elektroder och separatorer sjunker.

Flexibiliteten hos separatorerna är som angetts ovan väsentlig för såväl kapacitet som livslängd hos batterierna. En separa- tor skall kunna upprätthålla ett högt, konstant tryck pà de aktiva materialen under batteriets livslängd, men samtidigt visa en flexibilitet som medger att den expansion av de aktiva materialen, som är en följd av urladdningen, kan tillåtas. När laddningen sedan börjar skall separatorn återfjädra för att åstadkomma en kompression av de aktiva materialen tillbaka till ursprunglig tjocklek. Föreliggande uppfinning är riktad mot att åstadkomma en sådan flexibilitet.

Separatorer tillverkas ofta av plast med inblandning av porgö- rare. Glasfiberseparatorer kan bindas med organiska ämnen.

Organiska föreningar i kontakt med PbO2 bör emellertid undvikas då de efterhand oxideras till C02, som försvårar syrgasrekombi- nationen i ventilreglerade batterier. Enligt uppfinningen används endast oorganiska föreningar som separatormaterial och som impregneringsmedel (bindemedel).

För att uppnå en mekaniskt stark separator med viss flexibili- tet och hög porositet impregneras enligt en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen AGM-separatorer med en dispersion av kollodial SiO2 i nanopartikelform. 71500; 2002-08-29 ~u m... v-~ ~ - u u . -n- o men. om uu~ 1 1 O 5 20 O 523 324 9 n o e ~ | . | . , . ,, Produkten med handelsnamnet ”BINDZIL”resp ”NYACOL” tillverkas av EKA Chemicals med olika koncentrationer SiO2 och olika par- tikelstorlekar. Här har valts ”BINDZIL 30/220”med partikeldia- meter 15 nm men uppfinningen är därför inte begränsad till vare sig denna kvalitetsbeteckning eller denna tillverkare utan avser även andra slag av dispergerade kolloidala nanopar- tiklar.

Glasfibrerna i ursprungsmaterialet till nämnda separatorer är löst lagda i slingor och ger àt separatorn en viss flexibili- tet som uppstår genom att glastràdarna rätas ut under pålagt tryck. De SiO2 partiklar som genom dispersionen tillförs sepa- ratorn kommer under torkningen att binda samman fibrerna i korspunkterna och ökad styvhet och motstånd mot mekaniskt tryck uppnås. Eftersom inte alla fibrer i separatorn binds på detta sätt kvarstår dock en del av flexibiliteten.

”BINDZIL 30 /220” är en 30%ig lösning med avseende på innehål- let av SiO2 och spädes före impregneringen till en lösning % av BINDZIL 30/220, innehållande mellan 10 och 50 (motsva- rande 3,5 - 16,4 vikt-% SiO2) företrädesvis 20 % av BINDZIL 30/220 (motsvarar 6,9 vikt-% SiO2) eller däromkring. Lösningen påförs separatorn i en mängd av t.ex. ca 10 ml/100 cm2 vid en separatortjocklek av ca 0,85 mm. Den påförda volymen kan varieras och beror naturligtvis även på separatorns tjocklek.

Det har visat sig fördelaktigt att använda en lösning som erhållits genom spädning av mellan 15 och 35 % BINDZIL 30/220, företrädesvis ca 25 - 30 %, då detta medför en god avvägning mellan styvhet, flexibilitet och kvarstående porositet, som är lämplig för de flesta applikationer.

Efter torkning vid c:a llO°C har separatorerna, som före impregneringen var mjuka och böjliga som en väv, nu blivit 71500; 2002-08-29 10 15 20 523 324 10 styva men med en viss flexibilitet. Ytterligare höjning av temperaturen upp till åtminstone 300°C och upp till c:a 700°C ger en mycket styv separator. Separatorer som impregnerats pá detta sätt kan nu hanteras som plana skivor vid monteringen av batterierna. Vid glasfibrer är temperaturer i synnerhet i området kring 500°C fördelaktiga, eftersom vid högre tempera- turer glaset kan påverkas negativt.

De ovan angivna procenttalen är relaterade till BINDZIL 30/220. Ett mera praktiskt mått är att ange procent tillsatt bindemedel d.v.s. mängd torr SiO2. I tabell 1 har därför ”%BINDZIL” angivits även som ”gram SiO2/gram glas”. Porositeten i AGM-separatorer är hög (ca 95 - 96 %) och pâverkas mycket litet av tillsatsen. Här framgår också sambandet mellan mängd SiO2 och porositeten.

Tabell 1 BINDZIL Ytvikt Bindemedel SiO2/glas Porositet (%)*) (9/m2) (%) (9/9) (%) O 132 O 0 95 10 168 21 0,27 94,6 20 204 35 0,54 93,2 50 312 58 1,36 89 *) Avser % BINDZIL 30/220 i vattenlösning exv. 20 % = 20 ml BINDZIL+80 ml aq.dest.

I de exempel som givits och även i övrigt har det här talats om mikroglas som separatormaterial. I förekommande fall kan separatorer tillverkas utgående fràn andra mineralfibrer.

Dessa kan bindas pà samma sätt med kolloidal SiO2, men även med kolloida partiklar av Al2O3, Al(OH)3, TiO2 och för övrigt de 71500: 2002-08-29 10 15 20 523 324 11 o ~ c o u o e . . | v» flesta metalloxider kan utgöra lämpliga bindemedel och omfat- tas därmed av uppfinningen. Som exempel binds Al2O3-fibrer av kolloidal SiO2 samt även av Al(OH)3 och TiO2. Ett stort antal andra kombinationer av fibermaterial - impregnerings- medel/bindemedel kommer ifråga samt omfattas av uppfinningen.

Lösningsmedlet för den kolloidala SiO2 är vatten av pH ca 9,0.

Det är tänkbart att även organiska lösningsmedel skulle kunna komma att användas och uppfinningen omfattar även dessa.

Blybatterier kan arrangeras sä att PAM stär under ett visst mekaniskt tryck, vilket motverkar en expansion av PAM. Sam- tidigt som man anlägger ett tryck mot PAM uppstår samma tryck pà det negativa aktiva materialet (NAM). Dà NAM, som i laddat tillstànd utgörs av poröst bly, är mjukare än PAM kommer NAM att minska i tjocklek om inga àtgärder vidtas. För att mot- verka denna nackdel ingår enligt uppfinningen ett tryckuppta- gande galler i den negativa elektroden.

Batterier med ett tryck av upp till 80 kPa pà AGM-separatorer inplacerade mellan PAM och NAM är kända. Enligt uppfinningen är det möjligt att kombinera högt mekaniskt inspänningstryck pà elektroderna med en impregnerad separator av AGM-typ och en tryckupptagande anordning pà negativa elektroden. Denna anord- ning kan vara att formsprutat galler eller upphöjningar i mel- lanväggen bipolära batterier. I vanliga batterier utgör inte detta tryck på negativa elektroden i allmänhet nàgot problem eftersom NAM pàföres det negativa gallret jäms med dess yttre kontur.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Tillämpningen av uppfinningen kommer här att beskrivas för ett bipolärt blybatteri avsett för urladdning och laddning med 71500; 2002-08-29 10 15 20 _u 523 324 12 .un .... 4".. höga strömmar. Detta begränsar dock inte uppfinningen till detta utförande utan det avses att uppfinningen skall kunna tillämpas pä varje annan konstruktion av blybatterier i första hand men även pà andra batterityper. Pâ ritningarna visar: Figur l schematiskt ett bipolärt batteri, Figur 2 i diagramform kompressionen av AGM-separatorer med och utan impregnering vid ökande och avtagande belastning, Figur 3 ett galler som är avsett för tryckupptagningen pà den negativa elektroden, Figur 4 en semi-bipolär batterienhet, Figur 5 livslängden hos ett bipolärt batteri med separatorer enligt uppfinningen, Figur 6a ett elektonmikroskopfotografi av glasfibrerna i en obehandlad glasfibermatta, och Figur 6a ett elektonmikroskopfotografi av hur SiO2 binder sam- man glasfibrerna i en glasfibermatta enligt uppfinningen.

Vad som säges nedan om fibrer av glas formade till en separa- tor för batterier gäller också för andra oorganiska föreningar som kan formas till fibrer.

Uppfinningen avser en förstärkt separator för batteri, batte- rier med sagda separatorer samt sätt att tillverka sådan sepa- rator. Dessa batterier kan ha ett mekaniskt tryck på elektro- derna av mellan cza 80 och 250 kPa samt en tryckupptagande anordning i negativa delen, företrädesvis av plast. Separato- rerna skall motstå sagda tryck utan att materialet bryts och skall ha viss flexibilitet.

Batteri för höga strömmar motsvarande urladdningstider pà cza 0,5 till l minut för fullständig urladdning bör ha ett kort elektrodavstànd för att det inre motståndet i ett blybatteri 71500; 2002-08-29 10 15 20 25 30 13 skall vara lågt. Vidare bör elektroden och övriga komponenter i batteriet konstrueras så att en jämn fördelning av strömmen över elektrodytorna erhålls. Ett föredraget utförande för ett sådant batteri kan vara en bipolär konstruktion som exempelvis är känd från US Patent nr 5,5lO,2ll. Detta batteri är kon- struerat för sagda laddnings - och urladdningsförhållanden.

Det har visat sig att ett mekaniskt tryck av åtminstone 150 kPa men företrädesvis 200 kPa ger batteriet en god livslängd.

Beskrivningen av uppfinningen kommer här att ansluta till nämnda patent, men är av den anledningen inte nödvändigtvis bunden till denna konstruktion.

Med hänvisning till figur 1 omfattar en elektrod 1 för bipolära batterier en elektronledande vägg 6 med PAM 5 och NAM 7 på vardera sidan om denna vägg. Varje bipolär elektrod l, speciellt i batterier enligt nämnda US Patent 5,5l0,2ll, är innefattad i en ram 2 så konstruerad att den ger plats för en separator 4. Fem bipolära elektroder och två monopolära änd- elektroder 2 bildar tillsammans ett 12 V bipolärt batteri.

Väggarna 6 utgörs av porösa keramiska plattor (t ex 20 x 15 cm) vars porer fyllts med bly eller en blylegering för att få elektronisk ledning.

Den negativa massan, bestående av en blandning av blyoxid, vatten, svavelsyra och s.k. expander appliceras i vått till- stånd mot ena sidan av den keramiska, blyfyllda skivan med ett tryckavlastande galler 3 (se även figur 3; 9 avser utrymmen för att uppta den aktiva massan i strukturen 10) till en tjocklek av ca l mm och ej överstigande tjockleken av gallret.

Den positiva massan kan bestå av en blandning av vatten och förtillverkad 4-basiskt blysulfat (4Pb0.PbSO4) och appliceras på andra sidan av den bipolära elektroden och mot den bly- 7l500b.doc; 2003-07-11 10 15 20 _25 . . 523 324 14 U" .... an.. fyllda porösa keramiska skivan. Efter torkning genomförs en formeringsprocess varvid den negativa massan omvandlas till porös Pb och den positiva massan till porös PbO2 på sätt som är väl kända för fackmannen.

Separatorer 4 något större än elektrodytorna och med tjockle- ken 0,85 mm prepareras med BINDZIL 30/220 som beskrivs i ett exempel nedan. Separatorerna torkas vid llO°C över natt. Vid monteringen som görs med en separator mellan varje elektrod, sammanpressas separatorerna genom trycket till 0,7 mm.

Efter formering och sköljning monteras ändelektroder med poler, bipolära elektroder och separatorer samman till en sta- pel och dras ihop med hjälp av dragstänger till ett tryck av 200 kPa.

Andra tryck kan väljas varvid separatorn impregneras med en större eller mindre mängd BINDZIL i impregneringsvätskan vilket framgår av figur 2. Denna figur visar kompressionen som funktion av presstrycket. Belastningen ökades stegvis med c:a 25 - 50 kPa tills separatorn var helt sammantryckt. Då avlas- tades separatorn stegvis, varvid tjockleken ökade.

Av figuren framgår att en oimpregnerad separator sammanpressas till 0,7 mm redan med ca 15 kPa, medan man med 20 % BINDZIL(=0,42 g SiO2/g glas) uppnår 100 kPa och med 50 % BINDZIL (l,059/9) ca 180 kPa. För att uppnå trycket 250 kPa med oimpregnerade separatorer krävs två separatorer, vardera av tjockleken 0,85 mm, som sammanpressas till 0,7 mm.

I ett annat föredraget utförande, se figur 4, tillverkas den bipolära elektroden i två halvor. Den ena halvan utgörande den positiva delen av den bipolära elektroden med aktivt material 71500; 2002-08-29 10 15 20 25 523 324 š¶mfiE,%W_m,__ n e n | g. 15 lagt på den blyinfiltrerade keramskivan, den andra utgörande den negativa delen med aktivt material lagt på en förblyad kopparplàt 10 med ett galler för tryckavlastning.

Elektrodhalvorna är innefattade i varsin ram och lagda till- sammans bildas ett utrymme för separatorn. En separator 4 enligt uppfinningen impregnerad med BINDZIL, placeras mellan dessa elektroder. Separatorn har en tjocklek av t.ex 0.85 mm och sammanpressas till 0.7 mm vilket kräver ett tryck av 200 kPa om impregneringsmängden är 50% BINDZIL. Dessa elektroder med sin separator förseglas under sammanpressning med värme eller på annat för fackmannen välkänt sätt till en enhet om 2V. Denna enhet och ett godtyckligt antal på samma sätt till- verkade enheter läggs samman till en stapel och dras fast mot varandra med dragstänger så att god elektrisk kontakt erhålles mellan alla enheter.

Vid observation i elektronmikroskop kan man tydligt se att flertalet av glasfibrernas korspunkter har låsts av torkad SiO2, figur 6b. Denna låsning år överraskande stabil, troligt- vis beroende pà att såväl underlaget som den pàförda suspen- sionen har samma grundsammansättning. Den kemiska stabiliteten är dessutom mycket god: ett stycke AGM impregnerades med 30% lösning av BINDZIL 30/220 (motsvarande 0,52 g/g) och försågs i vått tillstånd med ett antal 90° -veck samt torkades vid ll0°C över natt. Provet förvarades sedan i svavelsyra av densiteten 1,30 i 12 månader. Ingen förändring av form eller förmåga att motstå tryck kunde iakttas efter denna tid. Som jämförelse visas i figur 6a en motsvarande glasfiberstruktur i obehandlat tillstånd.

Exempel l 71500; 2002-08-29 10 15 20 25 523 324 16 uno Två bipolära batterier om 4V med elektrodyta av 16,6 cnf monte- rades med dels (A) två impregnerade separatorer av typ AGM, tjocklek 0,85 mm vardera, dels (B) en separator av typ AGM, tjocklek 0,85 mm impregnerad med 27% BINDZIL. Båda cellernas separatorer sammanpressades till 0,7 mm (elektrodavståndet), det första batteriet med 250 kPa och det sistnämnda med 150 kPa. Batterierna cyklades på följande sätt: 10 s urladdning med 5,4 A +25 s laddning med 2,16 A + 5 s vila osv i 20 tim- mar, varpå batterierna fulladdades under 4 timmar. Därefter fortsattes cyklingen. Varannan vecka gjordes urladdning med 0,3 A för kapacitetsbestämning. Urladdningstiden som funktion av antalet cykler framgår av figur 5. Av figuren framgår den avsevärda skillnaden i praktisk livslängd hos ett batteri enligt uppfinningen i jämförelse med ett mer konventionellt batteri. I praktiken är även en behandlad separator kapabel att överträffa två obehandlade.

EXEMPEL 2 En separator med 27 % BINDZIL tillverkades genom att en oimpregnerad separator av AGM-typ 20,5 x 13,5 cm x 0,85 mm tjock lades ut pà en perforerad aluminiumplåt, något större än separatorn. En BINDZIL lösning bereddes genom att 27 ml BINDZIL 30/220 späddes till 100 ml.26 g av denna lösning till- fördes separatorn från mitten ut mot kanterna. Slutligen luta- des aluminiumplåten med separatorn och ytterligare 1 gram av lösningen päfördes längs med den övre kanten. Separatorn täck- tes med en aluminiumplåt av samma slag som den vilade pà.

Separatorn torkades i ugn vid 110°C över natten. 71500; 2002-08-29

Claims (18)

10 15 20 25 30 523 324 .- « : . . nu 17 PATENTKRAV

1. l. Separator för batteri och omfattande en plattformig struktur av oorganiska fibrer, kännetecknad av att sagda separator är impregnerad med en dispersion av ett lösningsmedel och kolloidala oorganiska nanopartiklar som anrikats och bildar bindemedel i fibrernas korspunkter när lösningsmedlet avdrivits.

2. Separator enligt krav 1, kännetecknad av att separatorn har värmebehandlats vid en temperatur mellan 300 och 700°C för att erhålla en avsevärt kraftigare förstyvning.

3. Separator enligt krav l eller 2, kännetecknad av att de oorganiska fibrerna omfattar material av någon ur gruppen: glasfibrer, mineralfibrer, metallfibrer.

4. Separator enligt krav 1, 2 eller 3, kännetecknad av att bindemedlet omfattar någon ur gruppen: SiO2, Al2O3, Al(OH)@ TiO2.

5. Separator enligt något av föregående krav, kännetecknad av att bindemedlet utgör mellan c:a 20 % och 60 % av den totala separatorvikten.

6. Separator enligt kravet 5, kännetecknad av att bindemedlet utgör mellan cza 25 och 45 % av den totala separatorvikten.

7. Batteri med positiva och negativa elektroder, separatorer och elektrolyt, kännetecknat av att det inkluderar minst en separator enligt något av kraven l ~ 6. 7l500b.d0c; 2003-07-11 10 15 20 25 30 18

8. Batteri enligt krav 7, kännetecknat av att det är monterat med ett tryck på elektroderna av minst 100 kPa, företrädesvis 150 - 250 kPa.

9. Batteri enligt krav 7 eller 8, kännetecknat av att bindeme- del tillsätts separatorn i sådan mängd att den är komprimerbar till ca 80 % av sin tjocklek vid ett yttre pålagt tryck av mellan 80 och 250 kPa.

10. Batteri enligt krav 7, 8 eller 9 i bipolärt utförande, kànnetecknat av att ett tryckavlastande galler är placerat i varje negativ elektrod.

11. ll. Batteri enligt något av kraven 7 - 10, kännetecknat av att det utgörs av ett blybatteri med svavelsyraelektrolyt.

12. Förfarande för framställning av en separator för ett batteri, varvid en plattformig struktur omfattande oorganiska fibrer, kànnetecknat av att sagda separator impregneras med en dispersion av ett lösningsmedel och kolloidala oorganiska nanopartiklar som anrikas och bildar bindemedel i fibrernas korspunkter när lösningsmedlet avdrivs.

13. Förfarande krav 12, kännetecknat av att avdrivning av lösningsmedel sker genom torkning vid förhöjd temperatur.

14. Förfarande krav 12 eller 13, kännetecknat av att separatorn efter avdrivning av lösningsmedel värmebehandlas vid en temperatur mellan 300 och 700°C för att erhålla en avsevärt kraftigare förstyvning av bindningen i nämnda kors- punkter. 71500b.d0C; 2003~07-11 10 15

15. att 0 I o u o: 523 524 19 Förfarande enligt krav 12, 13 eller 14, kännetecknat av oorganiska fibrerna omfattande material av någon ur gruppen: glasfibrer, mineralfibrer, metallfibrer används.

16. att

17. att den

18. att den Förfarande enligt något av kraven 12 - 15, kännetecknat av bindemedel ur gruppen: SiO2, A12O3, Al(OH)3, Tiíb används. Förfarande enligt något av kraven 12 - 16, kännetecknat av bindemedlet bringas att utgöra mellan cza 20 och 60 Ü av totala separatorvikten. Förfarande enligt något av kraven 12 - 17, kännetecknat av bindemedlet bringas att utgöra mellan c:a 25 och 45 % av totala separatorvikten. 71500b.doc; 2003-07-11