DE1596064C3 - Verfahren zur Herstellung eines Separators für elektrische Akkumulatoren aus einem porösen Träger - Google Patents

Description

Kunststoff, einen Teil des Überzugsmaterials in die Poren des Blattes einbringt, das überschüssige Überzugsmaterial vom Blatt entfernt und den Kunststoff durch Wärmeeinwirkung sintert.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß jedes Grundmaterial verwendet werden kann, welches kleine Löcher haben darf, da der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachte Überzug diese kleine Löcher ausfüllt und damit die Bildung von Dendriten durch solche Löcher verhindert. Folg-Hch kann man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Dicke des Grundmaterials im Vergleich mit dem Stand der Technik stark verringern und selbst ein derartig dünnes Grundmaterial verwenden, das mit großer Wahrscheinlichkeit eine Vielzahl kleiner Löcher in diesem Material vorhanden sind. Ein wesentlicher Vorteil der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielt wird, besteht in der erheblichen Material- und Gewichtsersparnis. Normalerweise weist nämlich ein aus Polyvinyl bestehender Separator einer Kantenlänge von 12 X 15 cm ein Gewicht zwischen 10 und 12 g auf, um die Anzahl der obenerwähnten kleinen öffnungen auf dem erwünschten Minimum zu halten. Demgegenüber läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Grundplatte oder Separatorblatt mit einem Gewicht von nur 5 bis 6 g verwenden. Der Überzug selbst bringt nur noch etwa V2 bis Ig zu Gesamtgewicht hinzu, so daß etwa das halbe Gesamtgewicht bekannter Separatoren erreicht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die sehr viel dünneren Separatoren nach der vorliegenden Erfindung Platz gespart wird, so daß die Gesamtgröße eines Akkumulators verringert werden kann. Darüber hinaus bringt der nach dem erfindungggemäßen Verfahren erzeugte Überzug nur eine vernachläßigbar kleine Vergrößerung des elektrischen Widerstandes eines Separators mit sich. Diese Vergrößerung des Widerstandes liegt bei einseitigem Überzug nur etwa in der Größenordnung zwischen 0,0008 bis 0,0015 Ohm/cm.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein aus Kunststoff gesintertes oder mit Phenolaldehydharz imprägniertem Holzzellulosepapier bestehendes Separatorblatt verwendet.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Kunststoff Polyvinylchlorid und als Füllstoff Diatomeenerde oder Talk verwendet.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Polyvinylchlorid-Partikel einer Durchschnittsgröße von 5 Mikron und einer maximalen Partikelgröße von 100 Mikron verwendet.

Im einzelnen kann die Erfindung derart ausgestaltet werden, daß man einen Überzug aus 60 % Harz und 40 % inertem Kunststoff aufbringt.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen von Separatoren nach der Erfindung und

Fig.'2 im vergrößerten Maßstab in Ansicht eine Formmatritze, die in der Vorrichtung nach Fig. 1 Anwendung findet.

In F i g. 1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Akkumulator-Separatoren mit einer Grundschicht, bestehend aus bei Wärmeeinwirkung schmelzbaren Kunststoff, z. B. Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen oder einem ähnlichen Polymer bzw. Copolymer bzw. einer Mischung aus solchen Stoffen. Aus einem oberhalb eines Förderbandes 12 angeordneten Vorrats- und Zuliefer-Trichter 10 fällt das in Pulverform vorliegende Überzugsmaterial. Die Partikelgröße des Pulvers liegt im Durchschnitt bei 5 Mikron, es sollen keine größeren Partikeln als 100 Mikron vorkommen. Eine Schicht 14 aus diesem Pulver wird zu einem Leit- und Abstreifblech 16 transportiert, welches den Pulverstrom mitreguliert. Das unter dem Abstreifblech 16 hindurchlaufende Pulver wird zu einer Art Matrize 18 verbracht, die an ihrer unteren Kante in der in Fig.2 erläuterten Weise Ausnehmungen hat. Die Matrize 18 hat eine im wesentlichen gradlinige untere Kante 20 und darin sind Ausnehmungen 22 vorgesehen, so daß also auf dem durchlaufenden Gut aus Pulver bestehende Rippen auf der sonst glatten Oberfläche des Materials entstehen, wenn es aus der Matrize 18 austritt.

Von der Matrize 18 aus gelangt die Pulverschicht 28 in einen Sinterofen 30, dessen Temperaturen so eingestellt bzw. geregelt sind, daß die Pulverteilchen des Materials gesintert werden. Auf diese Weise tritt eine zusammenhängende gesinterte Bahn 32 aus dem Ofen 30 aus. Die auf der flachen Oberfläche des Pulverbandes geformten Rippen erscheinen auf dem gesinterten Band wieder. Die Bahn 32 wird auf dem Förderband 12 so lange weitertransportiert, daß sie zur Verfestigung so weit abkühlen kann, daß bei weiterer Behandlung das Material nicht mehr verformt wird.

Nach entsprechendem Abkühlen der Bahn 32 tritt sie hinter dem Förderband 12 durch zwei vertikal angeordnete Düsen 34 od. dgl., welche gegen die untere und die obere Oberfläche das die Überzüge bildende Material aufsprühen. Die Düsen 34 werden z. B. aus einem Vorratsgefäß 36 beliefert. Anschließend durchläuft die Bahn 32 eine Schwabbeleinrichtung mit einer festen unteren Platte 38 und einer beweglichen oberen Platte 40, die parallel zur Bewegungsrichtung der Bahn 32 hin- und herbewegt wird. Zu diesem Zweck kann z.B. die dargestellte exzentrische Antriebseinrichtung 42 dienen. Die Platten 40 und 38 sind zweckmäßig mit einem abriebfesten Material z. B. einem rauhen oder festen Gewebe od. dgl. belegt. Die Hin- und Herbewegung der Schwabbelplatte 40 bewirkt ein Eindringen des Überzugsmaterials in die rauhe Oberfläche der Bahn 32. Der Druck der Platte 40 gegen die Platte 38 bewirkt weiterhin, daß das Überzugsmaterial in öffnungen und Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche der Bahn eindringt, die vorhanden sein könnten. Gewöhnlich ist die untere Fläche der Bahn 32 wesentlich glatter als deren obere Oberfläche. Nach dem Austritt aus den Platten 38, 40 wird die Bahn 32 durch eine Einrichtung zur Entfernung überschüssigen Überzugsmaterials geführt, die beispielsweise zwei Absaugdüsen 44 aufweist. Wahlweise oder zusätzlich kann diese Einrichtung noch mit leichtem Druck arbeitende Bürsten 46 aufweisen. Dann wird die Bahn 32 auf ein zweites Förderband 48 geleitet und durch einen Ofen 50 geführt. In diesem Ofen wird das Band so weit aufgeheizt, daß der Kunstharzbinder des Überzugsmaterials ausreichend schmilzt, damit das Überzugsmaterial fest an den beiden Oberflächen der Bahn 32 haftet. Nach dem Austritt aus dem Ofen 50 und nachfolgendem entsprechenden Kühlen wird die Bahn durch eine bei 52 angedeutete Schneidvorrichtung in Akkumulator-Separatoren zerschnitten.

Die Erfindung kann unter Verwendung von Sepa-

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ratorblättern aus einer Vielzahl von Materialien zug aufgeschmolzen werden kann, ohne das Grunddurchgeführt werden und die Überzüge können material des Separatorblattes zu zerstören. Geeignete durch beliebige andere geeignete Vorrichtungen bzw. Kunststoffe sind z. B. Thermoplaste wie Polyvinyl-Verfahren aufgebracht werden. Die Überzüge nach chlorid, Polyäthylen, Polypropylen und ähnliche Poder Erfindung können z. B. auf Separatorblätter auf- 5 lymere bzw. Copolymere. Der Binder muß in Form gebracht werden, die aus faserigem Zellulosematerial eines feinen Pulvers vorliegen, so daß diese Pulverbestehen, wie es in der USA.-Patentschrift 28 82 331 teilchen in kleine Löcher und Oberflächenunebenheibeschrieben ist. In einigen Anwendungsfällen kann ten des Separatorblattes eintreten können. Die maxies ausreichend sein, den Überzug nur auf einer Seite male Partikelgröße des Kunststoffes sollte bei etwa des Separatorblattes aufzubringen, zweckmäßig wird io 1 Mikron liegen.

man dies aber an beiden Oberflächen vornehmen. Die Menge des auf ein bestimmtes Separatorblatt

Als Füllstoff für die Überzüge nach der Erfindung aufzubringenden Überzugsmaterials hängt von des-

kann irgendein inertes Silikat oder ein anderes Mine- sen Aufnahmefähigkeit bezüglich des Füllstoffes ab.

ral Verwendung finden, das nicht mit dem Elektroly- Ein Grundmaterial, bestehend aus feinem Gewebe

ten reagiert und sich nicht in diesem löst, wenn es in 15 nimmt natürlich weniger Überzugsmaterial auf, als

Form eines feinen Pulvers vorliegt. Das Füllmaterial ein Grundmaterial aus gröberem Gewebe. Im allge-

kann z. B. sein: Talk, Aluminiumsilikat, Pyrophyllit, meinen bringt man mehr Überzugsmaterial als not-

Wollastonit oder eisenfreier Ton. Besonders zweck- wendig auf und bürstet oder schwabbelt das Material

mäßig ist Diatomeenerde oder Talk. so, daß es in die Oberflächenunebenheiten des Sepa-

Die Partikelgröße des Füllstoffes hängt von den 20 ratorblattes eindringt und dann bläst oder saugt man Eigenschaften des Separatorblattes ab, auf welches das überschüssige Material in der oben beschriebeder Überzug aufgebracht werden soll und außerdem nen Weise ab. Beim Herstellen von Trennplatten entvon den Eigenschaften, die der Überzug haben soll. sprechend dem obenerwähnten US-Patent 28 82331 Im allgemeinen ist eine Partikelgröße zwischen wurden gute Ergebnisse dadurch erzielt, daß 240 g einem und zehn Mikron zweckmäßig, bevorzugt wer- 25 einer Mischung aus 60 % Polyvinylchlorid und 40 % den Füllstoffe mit Partikelgrößen zwischen drei und Diatomeenerde auf 1000 Trennplatten der Kantenfünf Mikron. länge 12 X 15 cm aufgebracht wurden.

Das Verhältnis von Kunststoff als Binder zu Füll- Wenn die Separatorblätter aus gesintertem PoIy-

stoff liegt vorzugsweise zwischen 40 bis 60 % Kunst- vinylchlorid bestehen, wurden gute Ergebnisse da-

stoff und 60 bis 40 % Füllstoff. Dieses Verhältnis 30 durch erzielt, daß auf ein Blatt der oben angegebe-

kann je nach Art des Kunststoffs, des Füllstoffs und nen Abmessungen ein halbes Gramm, bestehend aus

des Materials des Separatorblattes im Sinne optima- 60 % PVC und 40 % Bergerde aufgebracht wurde,

ler Ergebnisse verändert werden, was im einzelnen Die Schmelzzeit und die Schmelztemperatur hän-

durch Versuche festgestellt werden kann. gen natürlich von den Eigenschaften des Binders ab.

Es kann eine Vielzahl von Kunststoffen als Binder 35 Im Falle von Polyvinylchlorid wurden gute Ergebverwendet werden. Offensichtlich muß der Kunst- nisse erzielt mit einer Erhitzungszeit von 30 Sekunstoff säurefest sein und außerdem muß es bei einer den und einer Temperatur von 170° C für die Überso niedrigen Temperatur schmelzen, daß der Über- züge.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 paratoren so dünn wie möglich sein, um bei maxima- Patentansprüche: ler Porosität einen minimalen inneren Widerstand zu erhalten. Diese Forderung besteht gleichzeitig aus

1. Verfahren zur Herstellung eines Separators dem Grunde, daß man die Gesamtgröße derartiger für elektrische Akkumulatoren aus einem porö- 5 Akkumulatoren möglichst gering halten will. Eine sen Träger, der einen thermoplastischen Kunst- Verringerung der Dicke ist jedoch in den meisten stoff und darin verteilten inerten mineralischen Fällen nicht mit der Forderung verträglich, daß in Füllstoff enthält, dadurch gekennzeich- den Platten keine Löcher sein sollen, in denen ein net, daß man auf eine Oberfläche des feinporö- dendritisches Wachstum ausgelöst werden könnte, da sen Separatorblattes einen Überzug aufbringt, be- ίο eine Verringerung der Dicke der Platten normalerstehend aus einer Mischung aus feinverteiltem weise die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß kleine Löinertem mineralischen Füllstoff und einem ther- eher auftreten.

moplastischen Kunststoff, ein Teil des Überzugs- Bei einem bekannten Verfahren der eingangs ge-

materials in die Poren des Blattes einbringt, das nannten Art, wie es in der deutschen Patentschrift

überschüssige Überzugsmaterial vom Blatt ent- 15 9 68 726 beschrieben ist, wird ein Träger aus faserigem

fernt und den Kunststoff durch Wärmeeinwir- Material mit einer Kolloidsubstanz und einer Lösung

kung sintert. oder Dispersion eines Bindemittels aus Kunststoffen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- getränkt und die Bindung unter Druck und Wärme kennzeichnet, daß man ein aus Kunststoff gesin- hergestellt. Die durch dieses bekannte Verfahren, bei tertes oder aus mit Phenolaldehydharz impräg- 20 dem die Bildung von Mikroporen vermieden werden niertem Holzzellulosepapier bestehendes Separa- soll, erhaltenen Separatoren weisen jedoch ebenfalls türblatt verwendet. den Nachteil auf, daß das obenerwähnte dendritische

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- Wachstum vorkommen kann, so daß bei derartigen kennzeichnet, daß man als Kunststoff Polyvinyl- Separatoren ebenfalls Kurzschlüsse auftreten könchlorid und als Füllstoff Diatomeenerde oder 25 nen.

Talk verwendet. In der US-Patentschrift 3188 243 ist ferner ein

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- Verfahren zur Herstellung von Separatoren beschriekennzeichnet, daß man Polyvinylchlorid-Partikel ben, bei welchem die poröse Unterlage mit Pulver einer Durchschnittsgröße von 5 Mikron und einer aus thermoplastischem Material bedeckt und teilmaximalen Partikelgröße von 100 Mikron ver- 30 weise durchdrungen wird, ehe der Separator erhitzt wendet. wird. Bei diesem bekannten Verfahren soll auf der

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- Oberfläche der porösen Unterlage ein feines Netz aus kennzeichnet, daß man einen Überzug aus 60 °/o thermoplastischem Material erzeugt werden, welches Harz und 40 °/o inertem Füllstoff aufbringt. an den Punkten, an denen dieses in die Poren der

35 Unterlage eindringt, mit dieser verschweißt ist. Die durch dieses bekannte Verfahren hergestellten Sepa-

ratoren weisen ebenfalls den Nachteil auf, daß ein

Dendriten-Wachstum nach wie vor möglich ist, insbesondere wenn man versucht, derartige Separatoren in 40 ihrer Dicke zu verringern.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- Aus dem US-Patent 25 64 397 ist ferner bekannt,

lung eines Separators für elektrische Akkumulatoren Separatoren direkt aus einer Mischung aus großporiaus einem porösen Träger, der einen thermoplaste- gem Material und einem thermoplastischen Bindeschen Kunststoff und darin verteilten inerten jninera- mittel insbesondere aus Polyvinylchlorid und Diatolischen Füllstoff enthält. ■ ■ 45' meenerde herzustellen. Diese bekannten Separatoren

Die zwischen den abwechselnd positiven und nega- sind jedoch ebenfalls mit dem Nachteil behaftet, daß tiven Platten von Akkumulatoren angeordneten po- bei zu dünner Ausführung die Gefahr besteht, daß rösen Separatoren dienen dazu, elektrische Kurz- die obenerwähnten zu großen Löcher vorhanden Schlüsse der Zelle zu vermeiden, die hauptsächlich sind, die ein dendritisches Wachstum gestatten,
durch eine Verschiebung der Platten oder durch 50 Sämtliche nach bekannten Verfahren erhaltenen Wärme oder chemische Reaktionen verursacht wer- Separatoren weisen ganz allgemein den Nachteil auf, den können. Derartige Separatoren müssen einerseits daß sie verhältnismäßig dick ausgebildet sein müsals elektrische Isolatoren zwischen den Platten aus·- sen, um den eingangs erwähnten Anforderungen zu gebildet sein, müssen jedoch andererseits eine freie genügen.

elektrolytische Stromleitungen durch Ionenfluß 55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein durch sie hindurch gestatten, so daß der innere elek- Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, trische Widerstand des Akkumulators so niedrig wie durch welches Separatoren herstellbar sind, die eine möglich ist. Damit derartige Separatoren einen sehr viel geringere Dicke aufweisen, als es bisher Ionenfluß gestatten, weisen sie eine Vielzahl mikros- möglich war, wobei gleichzeitig gewährleistet ist, daß kopisch kleiner öffnungen auf. Diese öffnungen 60 keine öffnungen in einer Größenordnung vorhanden müssen aber von außerordentlich kleinen Abmessun- sind, welche ein dendritisches Metallwachstum ergen sein, damit sich kein Metall von den Akkumula- möglichen.

torplatten in den öffnungen ansetzen kann, da derar- Bei einem Erfahren der eingangs beschriebenen

tige Ansätze leicht durch dendritisches Wachstum Art wird diese Aufgabe im wesentlichen dadurch geod. dgl. durch den Separator hindurchwachsen kön- 65 löst, daß man auf eine Oberfläche des fein porösen nen und damit einen Kurzschluß zwischen den ne- Separatorblattes einen Überzug aufbringt, bestehend beneinander angeordneten Akkumulatorplatten her- aus einer Mischung aus feinverteiltem inertem mincvorrufen können. Darüber hinaus sollen derartige Se- rauschen Füllstoff und einem thermoplastischen