DE1704446C - Verfahren zum Herstellen eines porösen, aus zwei Schichten aufgebauten Kunststoffkörpers - Google Patents

Description

mittels zusammengefügt werden, ± h., das Zusammenfügen der beiden Schichten erfolgt, bevor das Lösungsmittel ganz entfernt ist.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebaute Kunststoffkörper vereinigt in sich die Vorteile der beiden Separatoren, ohne mit deren Nachteilen behaftet zu sein. Es wird nämlich hier ein gesinterter Separator, der durch Erhitzen von pulverisiertem Kunststoff hergestellt ist, mit einer mikroporösen Separatorschicht vereinigt, die durch Auflösung eines Kunststoffes in einem Lösungsmittel hergestelH ist, wobei das Zusammenlegen der beiden Schichten erfolgt, ehe das Lösungsmittel entfernt ist, so daß die gegen den das Lösungsmittel enthaltenden Separator weisende Sinterschicht zum Teil gelöst wird, wodurch eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen den Schichten entsteht.

Es wird zuerst ein gesinterter Separator durch Erhitzen von feinem pulverisiertem Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polystyrol oder Polyäthylen, hergestellt. Dieser gesinterte Separator kann entweder mit Riffelung versehen oder glatt gemacht werden. Der Separator ist relativ steif und wird zweckmäßigerweise in Form eines endlosen Bandes in den Prozeß zur Herstellung der mikroporösen Separatorschicht eingeführt. Bei der Herstellung von mikroporösen Separatoren wird im allgemeinen ein Füllmittel, ein sogenannter Porenmacher, beigegeben, welches verhindert, daß der Kunststoff einläuft, wodurch die Porosität verlorengehen würde, wenn das Lösungsmittel verdunstet. Das Füllmittel kann zurückbleiben, wenn es an sich porös ist, wie bei Kieselgel, oder es muß entfernt werden durch Auswaschen oder Auslaugung, wenn es an sich nicht porös ist. Das Zusammenlegen der beiden Separatorenschichten kann so erfolgen, daß keine absolut bestimmbare Grenzschicht entsteht zwischen den beiden Separatorhälften. Auf solche Weise wird das Lösungsmittel von der mikroporösen Schicht die Oberfläche auf dem gesinterten Separatorband auflösen, so daß die Partikeln in der genannten Oberfläche anschwellen und die Beruhrungsfläche den gleichen Charakter annimmt, wie die mikroporöse Separatorschicht Außerdem kann die Masse für die mikroporöse Schicht durch Dosierung des Lösungsmittels so plastisch gemacht werden, daß sie sich einfügt zwischen den Oberfiächenkomen in der gesinterten Schicht und auf diese Weise gut an der Schicht verankert wird.

Bisweilen kann es vorteilhaft sein, die gesinterte Separatorschicht mit Riffelung auszuführen und eine

sehr dünne mikroporöse Separatorschicht auf die glatte Seite der gesinterten Schicht aufzulegen. Indessen kann auch die mikroporöse Schicht mit Riffelung oder Erhebungen versehen werden, je nach dem speziellen Verwendungsgebiet.

Ein besonders wichtiger Vorteil ergibt sich dadurch, daß in die mikroporöse Schicht kein Füllmittel eingemengt werden muß bzw. die Füllmittelmenge in jedem Falle geringer als sonst sein kann, da das Einlaufen der mikroporösen Schicht bei Entfer-

ao nung des Lösungsmittels zum großen Teil dadurch verhindert wird, daß die Schicht fest an den gesinterten Träger angeschlossen ist.

Die Stegstärllce des gesinterten Separators wie auch die des mikroporösen Separators kann sehr dünn ge-

as halten werden, denn beim Zusammenlegen der porösen Schichten ist das Risiko, daß eventuelle sogenannte Nadellöcher sich überlappen, sehr gering.

Nach dem Zusammenfügen der Schichten und nach der Entfernung des Lösungsmittels wird das

vorzugsweise endlos hergestellte Band in Stücke, je nach gewünschtem Format, geschnitten.

Die makroporöse und die mikroporöse Schicht können aus verschiedenem Material hergestellt werden, und da in bestimmten Fällen, z. B., wenn das

Material in Brennstoffzellen verwendet werden soll, es von Vorteil sein kann, Material mit unterschiedliehen Benetztingseigenschaften zu haben, werden die verschiedenen Schichten aus Material hergestellt, das entweder hydrophil oder hydrophob ist, oder es wer-

den dem Material Netzmittel in bekannter Weise zugesetzt.

Claims (1)

1. \ :■ leicht ableiten zu, können, werden die Separatoren

   _n , normalerweise mit Riffelung hergestellt, zumindest

   Patentanspruch: _{auf emer Seite und} d_ann meistens auf der zur posi

   tiven Elektrode weisenden Seite.

   Verfahren zum Herstellen eines porösen, aus 5 Es ist vorgeschlagen worden, Separatoren mittels zwei Schichten aufgebauten Kunststoffkörpers, bei Zusammensintern von Kunststoffpulver, wie PVC dem die eine Schicht mikroporös und durch Auf- oder Polyäthylen, herzustellen, und es wurde weiter lösen von Kunststoff in einem Lösungsmittel her- vorgeschlagen, derartige Separatoren aus mehreren gestellt ist und die andere eine makroporöse Schichten herzustellen, wobei jede einzelne Schicht Schicht ist, welche durch Aufbringen von pulver- »o aus Pulver verschiedener Korngröße besteht,
   förmigem. Kunststoff und Sinterung gebildet ist, Bei Separatoren, die mittels Sintern von Ku nststoff-

   dadurch gekennzeichnet, daß die ein- pulver hergestellt sind, kann man eine höhere Porosizelnen Schichten während des Verdämpfens des tat als 45 bis 6O^e/o nicht erzielen, und derartige Sepa-Lösiingsmittels zusammengefügt werden. ratoren sind verhältnismäßig makroporös. Es ist un-

   15 möglich zu verhindern, daß aktives Material durch die Separatoren hindurchdringt und Ursache für

   direkte Kurzschlüsse zwischen Elektroden mit entgegengesetzter Polarität ist. Da der Elektrolyt frei

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- durch die großen Poren hindurchströmt, bedeutet dies stellen eines porösen, aus zwei Schichten aufgebauten ao auch, daß sich der Elektrolyt im Anodenraum und Kunslstoffkörpers, bei dem die eine Schicht mikro- Kathodenraum leicht vermischt, was in einer Bleiporös und durch Auflösen von Kunststoff in einem batterie bedeutet, daß Antimon von den positiven zu Lösungsmittel hergestellt und die andere eine makro- den negativen Elektroden übergeht, wobei die verporöse Schicht ist, welche durch Aufbringen von pul- hältnismäßig niedrige Porosität auch eine Begrenzung verförmigem Kunststoff und Sinterung gebildet ist. »5 der Elektrolytmenge zwischen den Elektroden mit Kunststoffkörper dieser Art werden beispielsweise sich bringt. Zu den positiven Seiten eines gesinterten als Diafragma in elektrochemischen Prozessen ver- Separators kann allerdings gerechnet werden, daß wendet. Außerdem vor allem als Separatoren in elek- dieser mechanisch steif ist und daß die relativ groben trischen Akkumulatoren und eventuell nach zweck- Poren die Abführung des sich bei der Elektrolyse geentsprechender Zusammensetzung als Elektroden in 30 bildeten Gases erleichtert. Bei Verwendung in einer sogenannten Brennstoffzellen in galvanischen Primär- Brennstoffzelle erleichtert die grobe Porosität die Abelementcn. leitung des in der Reaktionszone gebildeten Wassers.

   In der Beschreibung der Erfindung wird davon Bei einem makroporösen Separator, der gegen eine ausgegangen, daß das Verfahren gemäß der Erfin- gasabgebende Elektrode anliegt, kann das Gas von dung für einen Kunststoffkörper dient, der als 35 den Poren aufgesaugt werden, wohingegen sich oft Scheideorgan, d. h. als sogenannter Separator in elek- Gastaschen bilden, wenn ein mikroporöser Separator trischen Batterien, insbesondere in Akkumulatoren gegen eine solche Elektrode anliegt. Mikroporöse vom Blei-Säurc-Typ verwendet wird. Kunststoffseparatoren werden durch Auflösung von

   Bei den unterschiedlichen Arten von Batterien und Kunststoff in einem Lösungsmittel, welches dainncrhalb der verschiedenen elektrochemischen Pro- 40 nach entfernt wird, hergestellt. Hierbei werden zesse hat man, je nach Aufbau bzw. Zweck, Verwen- Porenbildner verschiedenster Art verwendet. Ein dung für Separatoren mit unterschiedlicher Porosität, mikroporöser Separator hat gegenüber einem makro- und in vielen Fällen ist es wünschenswert, aus meh- porösen Separator insofern große Vorteile, als der reren Schichten bestehende Separatoren zu haben, Porendurchmesser weit unter 10 μ liegt und der Sepawobei die Porosität jeder einzelnen Schicht verschie- 45 rator mit Porositäten bis zu 85 bis 90°/« hergestellt den ist. werden kann. Die feinen Poren ermöglichen es, daß

   Die Separatoren bilden zwischen Elektroden ent- eine große Menge Elektrolyt zurückgehalten werden gegengesetzter Polarität Barrieren, die verhindern, daß · kann, Elektrolytmischung in Ruhe zwischen Anoden-Partikeln von aktivem Material sich von der einen und Kathodenraum kommt nicht vor, ebenso werden Elektrode zur anderen bewegen und die die Bildung 50 Kurzschlüsse zwischen Elektroden verschiedener von leitenden Brücken von Elektrode zu Elektrode Polarität vermieden. Ein gemäß dem vorstehend Geverhindern, wobei gleichzeitig die Ionenwanderung sagten hergestellter mikroporöser Separator hat den in geringstmöglichem Umfang behindert werden soll. Nachteil, daß er infolge seiner hohen Porosität mecha-Dic Separatoren müssen auch geringen elektrischen nisch biegsam und weich ist Im Gegensatz zu dem Widerstand haben; während der Lade- und Entlade- 55 makroporösen Separator kann er das Gas nicht leicht zeiten sollen sie eine ungehinderte Elektrolyt-Zirkula- aufsaugen und ableiten, weshalb die zu den Elektrolion ermöglichen, sie jedoch während der Ruhezeiten den weisenden Flächen mit Riffelung versehen werverhindcrn. In gewissen speziellen Fällen, z. B. wenn den müssen, weil andernfalls die Gefahr für Gassie als Scheideorgane zwischen den Elektroden in taschenbildung besteht.

   Blei-Akkumulatoren verwendet werden, sollen die 60 Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Her-Separatoren auch eine unterstützende Wirkung auf stellen eines porösen, aus zwei Schichten aufgebauten das aktive Material in den positiven Elektroden aus- Kunststoff körpers, bei dem die eine Schicht mikroüben, zumindest, wenn es sich um sogenannte Gitter- porös und durch Auflösen von Kunststoff in einem platten handelt. Auch müssen die Separatoren es er- Lösungsmittel hergestellt ist, und die andere eine möglichen, daß die sich an den Elektroden ent- 65 makroporöse Schicht ist, welche durch Aufbringen wickelnden Gase frei entfernt werden können, ohne von pulvcrförmigem Kunststoff und Sinterung gebildaß sie sogenannte Gastaschen bilden, hinter denen dct ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen die Elektrodenflächen unwirksam sind. Um das Gas Schichten während des Verdämpfens des Lösungs-