DE2054994B2 - Verfahren zum Herstellen eines dichten galvanischen Elementes - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines dichten galvanischen Elementes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dichten galvanischen Elements, insbesondere eines Akkumulators.
Unter den üblichen Mitteln zur Festlegung des Elektrolyten galvanischer Elemente, die zu einer Batterie vereinigt werden können, findet sich ein Verfahren, welches darin besteht, einen säurebeständigen, porösen Körper, beispielsweise eine Glasmatte, ein Blatt aus tierischen und pflanzlichen Fasern, einen nicht gewebten, filzähnlichen Stoff, Bimspulver oder Diatomeenerde, als den Elektrolyten aufnehmenden Körper zu verwenden und diesen porösen Körper in dem Zwischenraum zwischen den Platten und rund um eine Plattengruppe anzuordnen. Es ist auch eine sogenannte »Kolloidal-Batterie« bekannt, die so hergestellt wird, daß Schwefelsäure zu Natriumsilikat oder im Handel erhältlicher Kieselsole gegeben, das Gemisch umgerührt, in eine Batterie gegossen und zu einem porösen, den Elektrolyt aufnehmenden Körper gelatiniert wird. Das erste Verfahren hat jedoch den Nachteil, nicht ohne flüssigen Elektrolyten auskommen zu können. Wenn aber ein flüssiger Elektrolyt in der Batterie vorhanden ist, dann besteht die Möglichkeit, daß Elektrolyt aus einem Fülloch, einer Lüftungsöffnung oder an aneinandergesetzten Teilen austritt, wenn die Batterie hinunterfällt oder infolge der am Ende des Ladevorgangs stattfindenden Glaserzeugung. Der austretende Elektrolyt kann dann zu einer Korrosion der entsprechenden Anlagen bzw. Geräte führen. Wird die Batterie bei Spielzeugen verwendet, so sind die Benutzer der Batterie Kinder. Infolgedessen wird die Batterie wenig sorgfältig behandelt, weshalb in besonderem Maße ein Austreten von Elektrolyt zu befürchten ist. Tritt jedoch der Elektrolyt aus, so besteht die Gefahr, daß die Kinder Verätzungen erleiden, weshalb eine Batterie an sich sehr gefährlich ist und bezüglich der Sicherheit noch sehr viel zu wünschen übrig läßt. Auch die nach dem zweiten Verfahren hergestellten Batterien sind nicht frei von Nachteilen. Es ist nämlich ein Kolloid in der Form eines den Elektrolyten aufnehmenden Körpers sehr wenig stabil. Infolgedessen wird bei einer Verringerung der Flüssigkeitsmenge, die sich durch eine Vermehrung der Zahl der Lade- und Entladevorgänge ergibt, eine Zerstörung des Kolloids und somit eine Verminderung der Kapazität eintreten.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine Batterie zu schaffen, bei der kein Austritt von Elektrolyt aus dem Batteriegehäuse erfolgt. Darüber hinaus soll eine Batterie hoher Leistungsfähigkeit geschaffen werden, welche frei ist von einer Verminderung der Porosität von Kieselgel und einen Flüssigkeit absorbierenden porösen Körper hoher Porosität aufweist. Weiter soll die Batterie sehr leicht und billig herzustellen sein. Schließlich wird mit der Erfindung noch das Ziel verfolgt, den Elektrolyten mittels eines Flüssigkeit absorbierenden porösen Körpers zu halten, die Platten befriedigend festzulegen und zu verhindern, daß aktives Material ausfällt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß eine aus einem Gemisch aus einem Pulver eines thermoplastischen Kunstharzes und hydratisiertem Kieselgel bestehende Masse um eine Plattengruppe verteilt und anschließend in gesättigtem Dampf von über 1000C erhitzt sowie unter Bildung eines Flüssigkeit absorbierenden, mit der Plattengruppe fest verbundenen porösen Körper verfestigt wird, worauf der poröse Körper mit einem Elektrolyten getränkt und gegebenenfalls hierauf in ein Batteriegehäuse eingebracht wird.
Um auch den Raum zwischen den Platten zuverlässig zu füllen, werden vorteilhafterweise zwischen den Platten der Plattengruppe vor dem Einbringen der Masse die Platten voneinander entfernt haltende Trennstücke angeordnet.
Es ist einerseits möglich, die Plattengruppe mit der diese umgebenden Masse in einer Form zu erhitzen und zu verfestigen. Erfindungsgemäß kann jedoch auch so vorgegangen werden, daß die Plattengruppe vor dem Einbringen der Masse in ein Batteriegehäuse eingesetzt und dieses mit erhitzt wird. In diesem Fall erübrigt sich die Verwendung einer besonderen Form.
Es ist nach der Erfindung weiter vorgesehen, daß der durch Verbindung des porösen Körpers mit der Plattengruppe gebildete und mit dem Elektrolyt getränkte Block mit einem Beutel aus thermoplastischem Kunstharz umhüllt wird, um eine weitere Sicherung gegen einen Elektrolyt-Austritt zu erhalten.
Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Masse aus einem Gemisch von I Gewichtsteil thermoplastischem Kunstharz mit 2-4 Gewichtsteilen hydratisiertem Kieselgel besteht.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigt
A b b. I eine Ansich. einer Plattengruppe,
A b b. 2 eine perspektivische Ansicht einer in der Gestalt und den Abmessungen einem Batteriegehäuse entsprechenden Form, in welche die Plattengruppe gemäß A b b. 1 eingesetzt und eine Pulvc-rmischung zur Bildung eines Flüssigkeit absorbierenden porösen Körpers eingefüllt ist,
Abb. 3 eine perspektivische Ansicht der Form der A b b. 2 in auseinandergeklapptem Zustand,
A b b. 4 einen Längsschnitt durch die Anordnung gemäß A b b. 3, wobei der Block jedoch nach Behandlung in ein Batteriegehäuse eingesetzt ist,
A b b. 5 eine perspektivische Ansicht eines Plattensatzes mit einer positiven und einer negativen Platte, zwischen denen ein Trennstück vorgesehen ist, und
Abb. 6 einen Längsschnitt durch die in einen Beutel gehüllte und in einem Behälter untergebrachte Plattengruppe gemäß A b b. 3 oder 4.
Beispiel 1
Im folgenden wird ein Verfahren zur festen Verbindung einer Plattengruppe und eines Flüssigkeit absorbierenden porösen Körpers unter Verwendung einer Gießform erläutert. Als Material für den Flüssigkeit absorbierenden porösen Körper und zur Bedeckung und Fixierung der Plattengruppe wird eine Masse verwendet, welche ein Gemisch aus 1 Gewichtsteil eines Polyäthylenpulvers hoher Dichte (Körnung 50 — 300 Maschen) mit 3 Gewichtsteilen hydratisierten Kieselgelpulvers (Wassergehalt 70% und Körnung 50 — 300 Maschen) ist. Wie Abb. 1 zeigt, wird eine Plattengruppe 4, welche bereits säurebeständige Trennstücke 3 zwischen positiven Bleidioxidplatten 1 und negativen Bleiplatten 2 aufweist, von einer zusammenlegbaren Metallform, welche aus den vier Platten 5 besteht und in Gestalt und Abmessungen einem Batteriegehäuse entspricht, umschlossen. Dann wird die pulverförmige Masse 6 zwischen die Plattengruppe 4 und die Innenfläche der Gießform 5 eingefüllt. Dabei kann durch leichte Vibration der Gießform die Einfüllung der Masse in den Zwischenraum zwischen der Plattengruppe 4 und den Platten 5 beschleunigt werden. Die mit der pulverförmigen Masse 6 gefüllte Gießform 5 wird dann in gesättigtem Dampf einer Temperatur von über 1000C bei einem Druck von 5 —9 kg/cm2 während einer halben bis zwei Stunden belassen. Zu einem Zeitpunkt, bei dem das Polyäthylen in der Masse geschmolzen und verfestigt ist, wird die Gießform 5 aus dem gesättigten Dampf in die normale Atmosphäre verbracht und, wie in Ab b. 3 dargestellt, auseinandergeklappt. Auf diese Weise erhält man eine mit einem porösen Körper umgebene Plattengruppe, wobei der Körper eine Porosität von etwa 70 — 80% hat, keine Behandlung mit einem oberflächenaktiven Mittel erfordert und zudem ausgezeichnet aufnahmefähig und mechanisch fest ist. Die mit dem nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten, Flüssigkeit absorbierenden porösen Körper bedeckte Plattengruppe wird dann in Heißluft unterhalb 100°C getrocknet und hierauf in einen besonderen Elektrolyten, beispielsweise ein Bad aus verdünnter Schwefelsäure, mit einem spezifischen Gewicht von 1,240 eingetaucht, um so den porösen Körper mit dem Elektrolyten zu tränken. Der so behandelte poröse Körper wird dann in ein Gehäuse
7 eingebracht und ein Deckel 9 mil einem Einfüllsiopfen
8 auf das Gehäuse 7 ( A bb. 4) aufgesetzt.
Beispiel 2
Es wird nun ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Plattengruppe und ein Flüssigkeit absorbierender poröser Körper in einem Gehäuse miteinander verbunden werden. Bei dem in diesem Beispiel beschriebenen Verfahren wird keine besondere Foim verwendet, so daß die von dem Flüssigkeit absorbierenden, porösen Körper umgebene Plattengruppe wesentlich günstiger und einfacher erhalten wird. Zuerst wird die Plattengruppe 4 in ein Batteriegehäuse 7 eingebracht, welches aus thermoplastischem Harz, wärmehäribarem Harz oder Ebonit besteht und in gesättigtem Dampf einer Temperatur von mehr als 1000C über eine halbe bis zwei Stunden standhält. Eine Masse des pulverförmigen Gemisches gemäß Beispiel 1 wird zwischen die Platten und in den Zwischenraum zwischen der Plattengruppe und dem Behälter eingefüllt und anschließend in gesättigtem Dampf mit einer ->« Temperatur über 1000C belassen, wodurch das Kunstharz geschmolzen und erhitzt wird. Dadurch entsteht eine Batterie, in der die Plattengruppe, der Flüssigkeit absorbierende, poröse Körper und das Gehäuse zu einem einzigen Block verbunden sind. Mit diesem Verfahren kann, da keine besondere Form verwendet werden muß, eine Batterie mit geringen Kosten hergestellt werden. Da dieses Verfahren darüber hinaus eine Arbeitsersparnis bietet, ist es für eine Massenherstellung geeignet.
Beispiel 3
r, Bei dem nachstehend beschriebenen Verfahren wird kein plaitenförmiges Trennstück verwendet. Wie Abb. 5 zeigt, wird eine Plattengruppe durch parallele Anordnung verschiedener Sätze gebildet, von denen jeder ein U-förmiges Abstandstück 3' aufweist, welches zwischen einer positiven Bleidioxidplatte 1 und einer negativen Bleiplatte 2 angeordnet ist. Die Plattengruppe wird — wie in Beispiel 1 — in die Form 5 eingebracht und anschließend eine Masse 6 eines Gemisches aus 1 Teil pulverförmigen Polyäthylens mit 2 bis 3 Teilen
4-j pulverförmigen hydratisierten Kieselgels zwischen die Glieder der Plattengruppe und die Form 5 sowie zwischen die Platten eingefüllt, wobei die Form einer Vibration ausgesetzt wird. Die so mit der Masse 6 gefüllte Form wird gesättigtem Dampf mit einer
ίο Temperatur von über 1000C während einer halben bis zwei Stunden ausgesetzt, erhitzt, verfestigt und dann in die Umgebungsluft herausgenommen. Die auf diese Weise hergestellte Batterie weist einen zwischen den Platten ohne die Verwendung plattenförmiger Trennen stücke gebildeten, Flüssigkeit absorbierenden, porösen Körper auf. Infolgedessen hat eine solche Batterie den Vorteil, daß sie mit einer großen Elekirolytmenge getränkt werden kann. Selbstverständlich können neben den obenerwähnten U-förmigen Trennstücken 3' nicht
W) nur ebenso gut V-förmige Trennstücke, profiliertes Trennmaterial und wellenförmige, perforierte Platten Verwendung finden, sondern es können auch Werkstoffe beliebiger Form und Größe als Trennmaterial zur Anwendung gelangen, solange nur ein ausreichender
hr> Raum zwischen den Platten, beispielsweise durch Verwendung von im Bereich ihrer Seitenkanten mit einer Schicht aus Kunstharz versehenen Platten gewährleistet ist.
Beispiel 4
Hier wird ein Verfahren zum Umhüllen einer einstückigen Kombination aus einer Plattengruppe und einem Flüssigkeit absorbierenden, porösen Körper mit einem Beutel 13, wie in Abb. 6 gezeigt, beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird eine Plattengruppe 4 in eine entsprechende Form 5 oder einen Behälter 7 eingesetzt. Dann wird eine Masse 6 eines Gemisches aus 1 Gewichtsteil pulverisierten Polyäthylens mit 3 Gewichtsteilen pulverförmigen, hydratisierten Silikagels gleichmäßig entlang des Umfangs der Plattengruppe und in den Zwischenraum zwischen den Platten eingefüllt, in gesättigtem Dampf mit einer Temperatur von 100°C bei einem Druck von 4-5 kg/cm2 erhitzt und verfestigt, wodurch ein Flüssigkeit absorbierender Körper mit der Plattengruppe entsteht. Dieser wird getrocknet, anschließend in den Elektrolyten eine halbe bis eine Stunde unter vermindertem Druck eingetaucht und schließlich aus dem Elektrolyten herausgenommen. Hierauf wird eine Deckplatte 12 aus einem säure- und oxydationsbeständigen Gummi oder Kunstharz oben auf die Plattengruppe aufgelegt. Diese Deckplatte 12 hat eine Belüftungsöffnung 10 und Durchbrechungen 11 zum Durchtritt der Pole. Anschließend wird dieser Block in einen Beutel 13 aus warmschrumpfbarem, synthetischem Kunstharz, beispielsweise Vinylchlorid, Polyäthylen, Silikonharz, eingebracht und mit heißem Wasser oder heißer Luft zum Schrumpfen des Beutels 13 von außen her wärmebehandelt, um so den Flüssigkeit absorbierenden porösen Körper mjt dem Beutel 13 zu umhüllen. Wenn in diesem Fall ein Klebemittel vorher auf der Oberfläche der Deckplatte 12 angebracht wird, so bedeutet dies eine Verbesserung dahingehend, daß die Klebewirkung zwischen dem Beutel 13 und der Deckplatte 12 die Flüssigkeit an einem Austritt hindert.
Nach der Erfindung wird eine Masse, bestehend aus einem Gemisch aus hydratisiertem Kieselgel mit pulverisiertem, thermoplastischem Kunstharz zwischen die Platten und rund um die Plattengruppe angeordnet, in gesättigtem Dampf mit einer Temperatur über der Erweichungstemperatur des Kunstharzes erhitzt und verfestigt, um so einen Flüssigkeit absorbierenden, porösen Körper zu erhalten. Da die Masse über die Erweichungstemperatur des Harzes erhitzt wird, schmelzen die Harzteilchen und fließen fadenartig entlang der Kontaktstellen des Kieselgelpulvers, während andererseits das Wasser im hydratisierten Kieselgel verdampft wird. Da jedoch das hydratisierte Kieselgel in gesättigtem Dampf erhitzt wird, macht es im Gegensatz zu einer Trocknung in normaler Heißluft keine Schrumpfung durch. Infolgedessen wird das geschmolzene Polyäthylen durch das Kieselgel unterbrochen und eng nebeneinander fadenartig entlang der Kontaktstellen zwischen den Kieselgelteilchen verkettet, ohne daß die Möglichkeit teilweiser Konzentration oder vollständiger Bedeckung des Kieselgels gegeben ist. Dies ist ein wesentliches Charakteristikum, das aus der Erhitzung in gesättigtem Dampf folgt. Darüber hinaus werden kontinuierliche feine Poren von etwa 30 μιη gleichmäßig in dem Kieselgel gebildet und es wird ganz allgemein eine Porosität der zur Bildung des Flüssigkeit absorbierenden, porösen Körpers erfindungsgemäß verwendeten Kunstharze und ein Mischungsverhältnis zwischen den Kunstharzen und dem Kieselgel aufgezeigt.
Tabelle
Nr. Verwendetes Wassergehalt M ischungsverhältnis Kicsclgcl Atmosphäre Porosität Kigcnschaftcn des
Kunstharz. des Kicsclgcls (ücw.-Tcilc) 4 während des des porösen porösen Körpers
(%) Harz Sintcrns Körpers in
A Polyäthylen 70 2 4 gesättigter 69 hart
Dampf
Ii Polyäthylen 70 2 IO gesättigter 72 hart
Dampf
C Polyäthylen 70 2 5 gesättigter 79 weich, leicht
Dampf pulverisierbar
D Polyäthylen 40 2 2 gesättigter 64 hart
Dampf
ι; Polyvcnylchlorid 70 3 2 gesättigter 55 hart
Dampf
ι·· AUS 70 2 3 gesättiger 49 hart
Dampf
(i AUS 70 2 4 gesättigter 59 hart
Dumpf
Il Polypropylen 70 2 5 gesättigter 63 hart
Dampf
I Polypropylen 70 2 5 gesättigter 91 hart
Dampf
.1 normales Styrol 70 2 2 gesältigcr 73 hart
Dampf
K hoch stoBIbstes 70 2 gesättigter 51 hart
Styrol Dampf
Fortsetzung
Verwendetes
Kunstharz
Wassergehalt
des Kieselgels
Mischungsverhältnis (Gcw.-Teile)
Harz
Kicsclgel
Atmosphäre
während des
S interns
Porosität
des porösen
Körpers in
Eigenschaften des
porösen Körpers
Niederdruckpolyäthylen
Polyamid-Harz
Polyäthylen
Polyäthylen
70 70
70 70
gesättigter
Dampf
gesättigter
Dampf
Heißluft
Heißluft
71 61
37 42
hart
hart
hart
hart,
jedoch zerbrechlich
Die Porosität kann unter Zuhilfenahme der folgenden Formel
P =
W1-W
W1 - W2
100%
bestimmt werden, wobei W das Gewicht eines porösen Körpers, Wi das Gewicht des porösen Körpers bei vollständig mit Wasser gefüllten Poren, W2 das Gewicht des porösen Körpers in Wasser und Pdie Porosität in % bedeuten.
In der vorstehenden Tabelle veranschaulichen die Muster A - M die Eigenschaften eines porösen Körpers gemäß der Erfindung. Die Muster N und O beziehen sich auf Beispiele, bei denen der Sintervorgang in Heißluft durchgeführt wurde und bei denen sich die so erhaltenen porösen Körper, obwohl die übrigen Bedingungen den Mustern B und C entsprachen, vollständig unterschieden. Die aufgezeigte Porosität und Festigkeit kann durch Änderung des Mischungsverhältnisses zwischen hydratisiertem Kieselgel und thermoplastischem Harz in einem Verhältnis im Bereich von 1 bis 7 Teilen hydratisierten Kieselgels zu 1 Teil thermoplastischen Kunstharzes frei gewählt werden. Die Erhitzungsbedingungen können in Abhängigkeit von den Kunstharzen verändert werden. Die Temperatur muß jedoch über der Erweichungstemperatur des entsprechenden Harzes, mit besonderem Vorzug in der Nachbarschaft der Erweichungstemperatur, liegen.
Der erfindungsgemäße, Flüssigkeit absorbierende, poröse Körper hat eine hohe Porosität und die Fähigkeit, eine große Elektrolytmenge aufzunehmen.
Selbst wenn der Elektrolyt in Blasen an der Oberfläche des porösen Körpers entsprechend dem in der Batterie erzeugten Gas austritt, brechen die Blasen sofort zusammen und der Elektrolyt wird von dem porösen Körper aufgesaugt. Infolgedessen können die Blasen nicht zur Bildung eines flüssigen Elektrolyts führen. Deshalb macht es der erfindungsgemäße poröse Körper überflüssig, den Aufbau einer Batterie besonders zu verbessern. Er kann vorteilhaft in einem üblichen Batteriegehäuse verwendet werden. Darüber hinaus bietet die Erfindung den weiteren Vorteil, daß — da die Plattengruppe von dem Flüssigkeit absorbierenden, porösen Körper bedeckt und fest gehaltert ist — die Batterie gegen Zerstörung durch starke Vibration und Stöße geschützt ist und ein Zusammenfallen des aktiven Materials verhindert wird.
Auch bereitet es bei den üblichen Typen von Batterien Schwierigkeiten, Platten, Trennstücke und Glasmatten aufeinander zu stapeln. Der Zusammenbau der Batterie kann aber durch die Erfindung wesentlich vereinfacht werden, wenn das im Beispiel 3 erläuterte Verfahren zur Anwendung kommt.
Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf einen Blei-Säure-Akkumulator beschrieben. Selbstverständlich kann die Erfindung aber auch bei verschiedenen anderen Batterietypen, beispielsweise einer alkalischen Sammelbatterie, zur Anwendung gelangen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines dichten galvanischen Elements, dadurch gekenn- -> zeichnet, daß eine aus einem Gemisch aus einem Pulver eines thermoplastischen Kunstharzes und hydratisiertem Kieselgel bestehende Masse (6) um eine Plattengruppe (4) verteilt und anschließend in gesättigtem Dampf von über 100°C erhitzt sowie in unter Bildung eines Flüssigkeit absorbierenden, mit der Plattengruppe fest verbundenen, porösen Körpers verfestigt wird, worauf der poröse Körper (4, 6) mit einem Elektrolyten getränkt und gegebenenfalls hierauf in ein Gehäuse (7) einge- |-> bracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Platten (1, 2) der Plattengruppe (4) vor dem Einbringen der Masse (6) die Platten voneinander entfernthaltende Trennstük- _> <> ke (3) angeordnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattengruppe (4) vor dem Einbringen der Masse (6) in ein Gehäuse (7) eingesetzt und dieses mit erhitzt wird. j-,
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Verbindung des porösen Körpers mit der Plattengruppe (4) gebildete und mit dem Elektrolyten getränkte Block mit einem Beutel (13) aus thermoplastischem Kunstharz w umhüllt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (6) aus einem Gemisch von 1 Gewichtsteil thermoplastischen Kunstharzes mit 2-4 Gewichtsteilen hydrati- π siertem Kieselgel besteht.
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SE379608B (de) 1975-10-13

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