DE2723946A1

DE2723946A1 - Elektrodenplatte fuer bleiakkumulatoren

Info

Publication number: DE2723946A1
Application number: DE19772723946
Authority: DE
Inventors: Ulf S G Dr Ing Magnusson; Lars-Erik Uhrbom
Original assignee: Nordiska Ackumulatorfabriker Noack AB
Current assignee: Nordiska Ackumulatorfabriker Noack AB
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1978-12-07
Also published as: US4232100A; FI67971C; NO148166C; SE7802403L; FI781049A; ATA268778A; NO148166B; AT359140B; IT1103074B; IT7809474A0; FR2392504A1; SE448796B; FR2392504B1; CA1106914A; FI67971B; ES469918A1; DE2723946C3; DE2723946B2; NO781518L

Description

Hordiska Ackumulatorfabriker NOACK AB Stockholm

Elektrodenplatte für Bleiakkumulatoren

Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrodenplatte für Bleiakkumulatoren, deren Oberfläche mit einem staubfixierenden Überzug aus einem polymeren Kunststoff versehen ist.

Zweck der Erfindung ist eine Bindung des beim Herstellungsprozeß an der Plattenoberfläche entstehenden Bleistaubes. Sie kommt den verschärften Vorschriften der Arbeitsplatzhygiene entgegen und leistet damit einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz. Die Gefahr von Staubemissionen bei der Elektrodenfertigung ist in besonderem Maße gegeben, wenn die Platten raschen Temperaturwechseln, beispielsweise intensiver Trocknung ausgesetzt waren und danach von Hand oder mechanisch einem nächsten Arbeitsschritt zugeführt werden. Bei rascher Trocknung entweicht V/asserdampf auch aus der Tiefe der Plattenporen und trägt kleine Bleipartikel an die Oberfläche, wo sie sich ablagern und später eine lockere Staubschicht bilden. Diese macht sich auch durch eine gewisse Oberflächenrauhigkeit der Platte bemerkbar.

Die wesentlichen Schritte bei der Herstellung der Bleielektroden sind das Mischen des Bleistaubes mit V/asser und verdünnter Schwefelsäure zur Paote und Einstreichen derselben in das Gitter, das Trocknen und Abstehen (Curing), die Formation, das Waschen, das Trocknen und schließlich der Zusammenbau und Einbau.

Aue der US-PS 5 905 829 ist ein Verfahren bekannt, welches die Behandlung der frisch pastierten Elektrodenplatten durch Aufpinseln oder Aufsprühen einer wässrigen Lösung von wasserlöslichen

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organischen Polymerverbindungen, auch durch Eintauchen in eine solche Lösung, vorsieht. Bei diesen wasserlöslichen Verbindungen handelt es sich unter anderem um Polyvinylalkohol, Polyäthylenoxid, Alkylcellulose und Stärke. Sie hinterlassen auf der Plattenoberfläche nur vorübergehend einen dünnen Film, der während des Formationsprozesses bis auf geringe Reste, welche für das elektrische Verhalten der Platten unschädlich sind, ausgewaschen wird. Die so behandelte Platte weist eine verminderte Neigung zur Staubbildung auf.

In der Praxis hatte es sich gezeigt, daß bei der Herstellung insbesondere positiver Gitterplatten die weitaus größte Staubmenge im Zuge der Weiterverarbeitung nach der Tankformation und Trocknung, also zwischen dem Trocknen und dem Einbau, anfällt. In diesem Stadium ist eine bereits nach dem Pastieren aufgebrachte Polymerschicht aus wasserlöslichen Verbindungen nicht mehr genügend präsent, um ihre staubbindende Wirkung zu entfalten. Die Auftragung solcher bekannter Materialien im Anschluß an die Trocknung nach der Formation zum Zwecke der Staubbindung ist nachteilig, da keine Waschstufe mehr folgt und sich die löslichen organischen Substanzen nach Fertigstellung der Batterie später im Elektrolyten befinden. Dort können sie bei der Ladung beispielsweise zu einer Schaumbildung Anlaß geben.

Anders als bei der Tankformation ist die Montierarbeit bei der Blockkastenformation bereits vor dem Formationsschritt abgeschlossen, so daß Fabriken, die ihre Platten im Blockkasten formieren, daran interessiert sind, schon in einem früheren Stadium der Plattenfertigung, etwa nach dem Pastieren, wirksame Maßnahmen gegen die Staubentwicklung zu ergreifen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Elektrodenplatten mit einen zumindest den Fertigungsprozeß überdauernden polymeren Überzug zu versehen, der eine Staubbildung weitgehend verhindert und sich auf die elektrischen Eigenschaften der Platte nicht negativ auswirkt.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Überzug aus einem wasserunlöslichen Kunststoff besteht.

Als besonders geeignet haben sich für die erfindungsgemäße Staubfixierung dünne Überzüge aus thermoplastischen Polymerisationskunststoffen erwiesen. Zu dieser Gruppe gehören sowohl einfache Polymere wie Polyacrylate, Polystyrol, Polyvinylazetat und Polyvinylchlorid als auch Copolymerisate mit den Komponenten Styrol und Acrylat, Styrol und Butadien, Vinylazetat und Acrylat oder Vinylazetat und Maleinat sowie Mischungen dieser Copolymeren. Zum Teil finden diese Produkte in der Lackindustrie als Lackrohstoffe Verwendung. Als Erzeugnisse der Farbwerke Hoechst AG sind sie unter dem Handelsnamen "Mowilith" verbreitet.

Gewöhnlich ist die Lieferform der genannten Polymerisationskunststoffe die einer ca. 50 %igen wässrigen Dispersion, welcher gegebenenfalls Emulgatoren und V/eichmacher beigefügt sein können.

Die erfindungsgemäße Aufbringung des Überzuges auf die Elektrodenplatte erfolgt jedoch aus einer stark - z.B. im Verhältnis 1:5- verdünnten Dispersion, nicht nur aus Kostengründen, sondern weil der hinterlassene überzug nur so dick sein darf, daß die elektrischen Eigenschaften der Platte nicht beeinträchtigt werden.

Andererseits kommt es auch darauf an, daß die Dispersion gut bis in die Tiefe der Hasse eindringt und einen festhaftenden, lackartigen Film bildet.

Die Aufbringung der Dispersion geschieht zweckmäßigerweise durch Tauchen, gegebenenfalls kann aber auch ein Aufsprühen, Spritzen oder walzen vorgenommen werden.

Unter Walzen ist ein Verfahren zu verstehen, bei dem die Dispersion auf zwei nebeneinander angeordnete und gegensinnig rotierende Wa^-lzen aufgetragen wird, während sich die Elektrodenplatten zwischen den Walzen hindurch von oben nach unten bewegen. Die Walzen sind zweckmäßig mit Schaumgummi oder Filz ummantelt.

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Erfindungsgemäß werden die Elektrodenplatten entweder trocken oder auch im nassen Zustand behandelt. Selbstverständlich können sowohl positive als auch negative Elektrodenplatten behandelt werden und zwar sowohl nach dem Pastieren als auch nach der Formation. Besonders vorteilhaft ist die Behandlung von positiven Platten nach der Formation, da diese den größten Staubanfall verursachen.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Staubfixierung liegt darin, daß es beim Behandeln der pastierten Platten keine Rolle spielt, welche Polarität sie durch die spätere Formation erhalten und ob sie einer Tankformation oder Blockkastenformation unterworfen v/erden sollen. Liegt die Behandlung jedoch von Anfang an fest, ist die Einhaltung bestimmter, vorzugsweiser Mowilith-Konzentrationen empfehlenswert.

So bewirkt eine Kunststoff-Konzentration von 1 : 1 bis 1 : 5 bei der Behandlung sowohl positiver wie negativer Platten nach dem Pastieren (und nach einer evtl. Schnelltrocknung) eine Staubreduzierung um 90 % gegenüber nicht-staubfixierten unformierten Platten. Der nachfolgende Curing-Prozeß wird durch die Behandlung nicht nachteilig beeinflußt, was darauf schließen läßt, daß der Überzug auch für den Austausch von Sauerstoff und Wasserdampf während dieses Prozesses genügend transparent ist,

Unter gleichzeitiger Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften, welche die Batterien nach der Blockkastenformation aufweisen, scheint die optimale Anwendungskonzentration des Kunststoffs für frisch pastierte Platten bei 1 : 3 entsprechend einem Feststoffgehalt von ca. 12 % zu liegen.

Aber auch nach einer Tankformation weisen die mit der gleichen Kunststoff-Dispersion vorbehandelten Platten ein kaum geringeres Maß an Staubfreiheit auf wie nach der Blockkastenformation. Dieses Ergebnis ist überraschend und hat zur vorteilhaften Konsequenz, daß die Behandlung frisch pastierter Platten unabhängig von ihrer späteren Bestimmung für das eine oder andere Formationsverfahren ist.

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Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Behandlung auch an den bereits formierten positiven Platten vorgenommen werden. In diesem Fall wird sogar mit sehr geringen Kunststoff-Konzentrationen (bis 1 : 20) eine zufriedenstellende Staubfreiheit erzielt, vorausgesetzt, daß die Platten vorher gewaschen und getrocknet wurden. Die Hochotrombelastbarkeit der Platten ist in diesem Fall zwar merklich herabgesetzt, erreicht aber nach wenigen Konditionierungszyklen einen normalen Wert.

Die formierten Platten können sogar tauchbehandelt werden, während sie noch von der Wäsche naß sind. Der erforderliche Diffusionsaustausch zwischen Waschwasser und Kunststoff-Dispersion in den Poren muß dann allerdings durch eine etwas höhere Konzentration der letzteren von 1 : 2 bis 1 : 10, vorzugsweise 1 : 4- bis 1 : 5» unterstützt werden. Das entspricht einem vorzugsweisen Feststoffgehalt von ca. 7 bis 8 %.

Die unter diesen Umständen erzielte Staubreduktion liegt nicht ganz so hoch wie nach den vorher angegebenen Bedingungen, ist aber mit 70 % noch durchaus genügend.

Dafür hat das Tauchen der nassen Platten (Tauchzeit 1 Min. bis 60 Min.) prozeßtechnisch den Vorteil, daß es nur einen geringen Eingriff in den Fertigungsablauf bedeutet und zusätzliche Ausrüstungskosten minimal gehalten werden können. Die Platten befinden sich nach dem Waschen auf Gestellen und werden satzweise durch das Tauchbad geführt, ehe sie in den Trockenofen gelangen.

Für die Staubfixierung an positiv formierten, in diesem Fall trockenen Gitterplatten werden abschließend einige praktische Beispiele gegeben:

Von einer 50 %igen wässrigen Dispersion eines Copolymers aus Styrol und Acrylsäureestern (Mowilith DM 60) wurden verschiedene Verdünnungen hergestellt. Positiv formierte Gitterplatten wurden in diesen Verdünnungen 10 see. lang tauchbehandelt und anschließend 2 h bei 60⁰C getrocknet. Zur Beurteilung der Staubneigung wurden die trockenen Platten auf einem Rütteltisch unter definierten Bedingungen vertikal. EfJrUWflij- Durch die geschlossene

ORIGINAL INSPECTED

Verdünnung der	2	Ge wi cht s zunähme
Original-Dispersion	4	pro Platte (g)
nicht behandelt	8	mm
1	10	1,258
1 .	12	0,629
1	24	0,334
1	0,209
1	0,220
1	0,170

Rüttclknmmer wurde gleichzeitig mittels Vakuumpumpe ein definierter Luftstrom gesaugt und der mitgeführte Feinstaub an einem Staubfilter aufgefangen.

Die Ergebnisse sind in nachfolgender Tabelle durch Mittelwerte aus mindestens je drei Messungen aufgezeichnet.

Staubmenge (mg)

22,0 0,2 0,4 0,6 3,8 3,7

10,5

Aus der Tabelle läßt sich ersehen, daß die Staubmenge mit der Erhöhung der Bindemittelkonzentration abnimmt. Eine ausreichende Staubbindung ist gegeben, wenn der durch das Polymer hervorgerufene Gewichts zu v/achs 0,2 bis 0,3 g/Elektrodenplatte (bezogen auf Elektrodenplatten mit den Abmessungen 149 χ 106 χ 1,6 mm) beträgt, was einer anzuwendenden Verdünnung von etwa 1 : entspricht. Vergleichbare Ergebnisse wurden auch bei der Staubbindung an unformierten 'Platten erzielt, die an sich weniger stauben.

Die erfindungsgemäße Staubfixierung läßt sich als zusätzliche Sprüh- oder Tauchbadzonc nebst anschließender Trocknung problemlos in den Fertigungsablauf eingliedern. Mit einem außerordentlich geringen Kostenaufwand für Material pro Gitterplatte wird für das Arbeitspersonal eine erhebliche Schutzwirkung erreicht.

Wegen ihrer Wasserunlöslichkeit und chemischen Indifferenz können die erfindungsgemäßen Polymeren nicht in den Elektrolyten eingeschleppt worden. Durch anodische Oxidation an der positiven Bleie]ektrode gehen sie während des Betriebes allmählich in flüchtige Abbauprodukte wie Kohlendioxid und niedere Kohlenwasserstoffe oder in V/asser über.

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Claims

Keg.-Nr. HvP 84-DT (,23;< Kelkheim, 23. Γ·? i 1977

EAP-Dr.Hs/vr

Nordißka Ackumulatorfabriker NOACK AB Stockholm

Patentansprüche

M, Elektrodenplatte für Bleiakkumulatoren, deren Oberfläche mit einem staubfixierenden Überzug aus einem polymeren Kunststoff versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einem wasserunlöslichen Kunststoff besteht.
2. Elektrodenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Copolymer aus Styrol und Acrylsäureester ist.
3. Elektrodenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß der Kunststoff ein Copolymer aus Styrol und Butadien ist,
4. Elektrodenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Polystyrol ist.
5· Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplatte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatte mit einer Dispersion eines wasserunlöslichen Kunststoffs durch Tauchen, Spritzen oder Walzen behandelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Platten nach der Formation erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Platten vor der Formation erfolgt.

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ζ -
8. Vorfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsflüssigkeit eine wässrige Dispersion des wasserunlöslichen Kunststoffs ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion einen Feststoffgehalt von 2 % bis 20 % besitzt.

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