DE1671796C3 - Säurebeständiger Scheider für Akkumulatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft säurebeständige Scheider für Akkumulatoren, die zwischen die Elektrodenplatten eingelegt werden, um Kurzschlüsse in dem Akkumulator sowie ein Herauslösen der chemischen Substanzen aus den Elektrodenplatten zu verhüten, und zwar einen Scheider, der aus einer Platte mit einer Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten Rippen besteht, die auf mindestens einer Seite der Platte vorgesehen sind.

Es ist allgemein üblich, in Flüssigkeit enthaltenden Akkumulatoren mit Rippen versehene Scheider zu verwenden, um den genauen Abstand der Akkumulato- ^₀ renplatten voneinander einzuhalten und ausreichenden Raum für die Zirkulation des flüssigen Elektrolyten und für das Entweichen von während des Betriebes freigesetztem Gas zu schaffen. Die Rippen müssen den auf sie einwirkenden Druckkräften widerstehen, die zu einer Verminderung des Schutzabstandes, d. h. zu einem Verwerfen oder zu einer Ausdehnung der Platten führen könnten. Von den zur Herstellung der Rippen bislang verwendeten polymeren Stoffen haben sich Vinylchloridpolymere einschließlich deren Copolymere als besonders geeignet erwiesen. Häufig werden Rippen mit Zellstruktur verwendet, um den erwünschten Abstand mit einer Mindestmenge an polymerem Material zu erreichen.

In jüngster Zeit hat die Anzahl von Akkumulatoren stark zugenommen, die nach dem sogenannten Trokkenlade-Verfahren hergestellt werden, bei dem die einzelnen Akkumulatorzellen isoliert und die Akkumulatoren unter Bedingungen hergestellt werden, bei denen die Rippen der Batteriescheider Temperaturen _s0 bis zu 6O⁰C ausgesetzt sind. Anschließend werden die Batteriescheider aus den Akkumulatoren entnommen, säurefrei gewaschen und bei Temperaturen im Bereich von 121 bis 177°C bis zu 10 Minuten lang getrocknet. Wenn Rippen mit Zellstruktur diesen Bedingungen unterworfen werden, kann eine Verformung der Rippen in einem solchen Ausmaß eintreten, daß ihre Dicke bis zu 15% abnimmt oder die Zellstruktur der Rippen vollständig zusammenbricht, mit dem Ergebnis, daß die für das Entweichen der Gase erforderlichen Kanäle sich (,₀ schließen, die Akkumulatorplatten nicht mehr im richtigen Abstand gehalten werden, und daß die Neigung zu einem Herauslösen des Plattenmaterials zunimmt.

Es wurde nun ein säurefester Scheider mit Rippen mit r,_s Zellstruktur entwickelt, der einen ausreichenden Widerstand gegen Druckkräfte in dem Akkumulator aufweist und gleichzeitig selbst gegen die verhältnismäßig hohen Temperaturen praktisch stabil ist, die während des Trockenladeverfahrens auftreten, obgleich die Rippen im Vergleich zu kompakten Rippen (ohne Blähmittel) eine verhältnismäßig niedrige Dichte aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist ein säurebeständiger Scheider für Akkumulatoren, bestehend aus einer Platte und einer Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten, aus weichgemachten Vinylchloridpolymeren hergestellten Rippen mit Zellstruktur, die auf mindestens einer Seite der Platte angeordnet sind, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rippen 10 bis 100 Gewichtsteile Weichmachermischung für das Vinylchloridpolymere, bezogen auf 100 Gewichtsteile Vinylchloridpolymeres, enthalten und daß die Weichmachermischung aus einem Dialkylfumarat oder -maleat. Maleinsäureanhydrid und einer geringeren Menge Alkylphthalat besteht.

Die Weichmachermischung ist eine solche, die sich selbst vernetzt, d. h. unter Einwirkung von Wärme in Gegenwart eines Katalysators polymerisiert; sie wird daher als »vernetzender Weichmacher« bezeichnet. Nach dem Erhitzen zum Fluxen der Mischung bestehen die Rippen dementsprechend aus einer gehärteten Mischung des Vinylchloridpolymeren mit dem vernetzten Weichmacher. Die gehärteten Rippen weisen eine geschlossene Zellstruktur mit praktisch einheitlicher Porengröße auf. Das Fumarat (oder Maleat) und das Maleinsäureanhydrid sind die überwiegenden Bestandteile und damit die Hauptreaktionspartner. Von den Dialkylfumaraten und -maleaten wird Diisooctylfumarat besonders bevorzugt. Eine bevorzugte Mischung besteht aus gleichen Gewichtsteilen Diisooctylfumarat und Maleinsäureanhydrid mit einer geringeren Menge an Allylphihalat und einem freie Radikale bildenden Katalysator. Ein freie Radikale bildender Katalysator, z. B. Di-tert.-butylperoxid oder Azo(bis-isobutyro)-nitril, ist im allgemeinen zur Beschleunigung der Homopolymerisation erforderlich.

Die Blähmittel werden vorzugsweise in feinverteilter Form, d. h. in einer Teilchengröße von etwa 1 bis 3 μιη verwendet. Sie werden so ausgewählt und auf die Katalysatoren abgestimmt, daß ihre Zersetzungstemperatur etwas unter der Endschmelztemperatur der Vinylharzmischung liegt. Ein Unterschied zwischen der maximalen Schmelztemperatur und der Zerset/.ungstemperatur des Blähmittels von etwa 15 bis 30⁰C hat sich als geeignet erwiesen. Durch eine derartige Auswahl des Blähmittels ist es möglich, die Ausdehnung dann zu erreichen, wenn die Harzmischung noch eine verhältnismäßig zähe, gelartige Konsistenz hat, d.h. wenn sie noch nicht so flüssig ist, daß die Gasentwicklung zu einer Durchlöcherung der Oberfläche der Masse führt und andererseits nicht mehr so zäh ist, daß eine ausreichende Ausdehnung des Gases verhindert wird. Es gibt eine große Anzahl von Blähmitteln, die zur Erzeugung der gewünschten Zellstruktur in den Rippen geeignet sind; dazu gehören u. a.

Azodicarbonamid,

Dinitrosopentamethylen-tetramin,

Diazoaminobenzol,

p,p'-Oxybis(benzolsulfonylhydrazid),

Natriumcarbonat, Ammoniumcarbonat und

Ammoniumhydrogencarbonat.
Besonders geeignet sind die stickstoffbildenden Verbindungen. Die Menge an Blähmittel kann zwischen etwa 0,5 und 10Gew.-%, bezogen auf das gesamte Harz, schwanken. Bei Verwendung von 2 bis 5 Gew.-% wird eine gute Porenbildung erreicht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird neben dem vernetzenden Weichmacher noch ein herkömmlicher Weichmacher zugesetzt Das Verhältnis von vernetzendem Weichmacher zu herkömmlichem Weichmacher kann im Bereich von 20 bis 100%, bezogen auf das Vinykhloridpolymere, liegen.

Die herkömmlichen Weichmacher, die zur Verwendung im Rahmen der Erfindung geeignet sind, sind u. a.

Dioctylphthalat, Diisooctylphthalat,

Dodecylphthalat, Di(n-octyl,n-decyl)phtha!at,

Acetyltributylcitrat,Dioctylsebacat,

Dihexyladepat,

2-Äthylhexyldiphenyl-phosphatund

Tricresylphosphat '

Neben diesen herkömmlichen Weichmachern kann, falls gewünscht, noch ein Streckmittel für den Weichmacher Verwendung finden, wie z. B. naphthenische Produkte der Erdölindustrie.

Zusätzlich zu dem Harz, dem Weichmacher und dem Blähmittel können den Massen zur Erzeugung der Scheiderrippen noch weitere modifizierende Zusätze beigegeben werden. Hierzu gehören Füllstoffe wie wasserfreies Calciumsulfat, Talk, Holzmehl, Ton, Diatomeenerde und Asbest; weiterhin Stabilisierungsmittel wie Natriumsilikatsulfat, Tetrana'iriumpyrophosphat, dreibasisches Bleisilikatsulfat, Calciumstearat, Organozinnkomplexe, Epoxyharze und epoxydierte öle oder sogenannte Salzsäurebeseitiger; weiterhin Pigmente wie Ruß, Titandioxid und Aluminiumpulver; dann Dispergiermittel wie Zinkresinat, Lecithin, Glykolstearat, Propylenglykollaurat und Glyzerinmonooleat; schließlich Blähmittelkatalysaioren, z.B. Metallseifen wie Bleistearat, Zinkstearat, Zinkoctoat und zweibasisches Bleiphosphat.

Eine typische Masse zur Herstellung von Rippen gemäß Erfindung ist wie folgt zusammengesetzt:

	Gewichtsteile
Vinylchloridpolymere	100
Vernetzende Weichmacher	10 bis 100
Herkömmlicher Weichmacher	20 bis 100
Füllstoff	50 bis 100
Blähmittel	0,5 bis 10
Blähmittelkatalysator	0,5 bis 1,0
Freie Radikale bildender
Katalysator	0,015 bis 6

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die vernetzende Weichmachermischung in einer Menge von 15 bis 60 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Vinylchloridpolymere eingesetzt.

Die folgenden Beispiele sollen zur Erläuterung der Erfindung dienen, ohne daß damit eine Einschränkung beabsichtigt ist. Die angegebenen Massen wurden nach dem Zusammenmischen der Bestandteile auf Platten extrudisrt. Anschließend wurde die Masse 30 Sekunden lang einer Temperatur von 2O4^CC unterworfen, um das Blähmittel zu aktivieren und das Polymere zum Schmelzen zu bringen. Der vernetzende Weichmacher bestand in den folgenden Beispielen aus 1 Gewichtsteil Diisooctylfumarat, 1 Gewichtsteil Maleinsäureanhydrid und 0,25 Gewichtsteilen Allylphthalat.

Tabelle 1	Beispiel Nr.	2	3	4	Vergleichs
	1	100	100	100	versuch
	100	I	1	1	100
Polyvinylchlorid	1	I	1	1	1
Azodicarbonamid	1	60	60	60	1
Zinkoctoat	60	60	15	60	60
Dioctylphthalat	15	1,5	1,5	3	—
Vernetzender Weichmacher	3	78,8	74,2	68,0	—
Di-tert.-butylperoxid	86,6				50
Shore-A-Härte

Aus den vorstehenden Versuchen ergibt sich, daß gemäß Erfindung durch Verwendung des vernetzenden Weichmachers im Vergleich zu einer Masse, die diesen vernetzenden Weichmacher nicht enthält, eine erhebliche Erhöhung der Shore-Härte erreicht wird. Damit wird die gewünschte Härte und Druckfestigkeit sowie

Tabelle 2

die erforderliche Stabilität gegen Verformung durch Erhitzen trotz niedrigerer Dichte gegenüber festen, blähmittelfreien Massen erzielt.

Bei den in Tabelle 2 zusammengestellten Versuchen wurde das Blähmittel durch 13 Sekunden lang dauerndes Erhitzen auf 260 bis 293° C zersetzt.

	Polyvinylchlorid	Beispiel Nr.	6	/'	—	8	—	Vergleichs-	0,089
	Azodicarbonamid		100	100		100		vcrsuch	1,298
-	Zink-octoat	5	1	1		1	(Plastisol)	2,7%
Calciumsulfat	100	1	1		1	100
Vernetzender Weichmacher	1	95	95	95	—
Herkömmlicher Weichmacher	I	20	20	20	—
Di-tert.-butylperoxid	95	b0	40	40	95
Rippenstärke (in cm)	20	0,75	1	1	_
Dichte der Rippen (g/cm3)	60	0,140	0,089	0,089	60
Abnahme der Rippenstärke nach	1	0,961	0,881	0,833	—
Trockenladen bei 138°C	0,089	0,5%
0,800
1,25%

Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß gemäß Erfindung selbst bei wesentlich erniedrigter Rippendichte eine wesentlich verbesserte Druckfestigkeit unter Trockenladebedingungen erreicht wird.

Das Verfahren zur Erzeugung der Scheiderrippen ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Die einzelnen Bestandteile werden miteinander vermischt und dann extrudiert oder auf andere geeignete Weise auf eine Scheiderplatte aufgebracht und dann einer Temperatur ausgesetzt, die zur Aktivierung des Blähmittels, zum Fluxen der Mischung und zum Polymerisieren des vernetzenden Weichmachers ausreicht.

Die Rippen können bei jeder beliebigen herkömmlichen Scheiderplatte Verwendung finden. Zu derartigen Platten gehören u.a. mikroporöse Bogen aus Gummi oder K-unststoffen wie Polyäthylen oder Polyvinylchlorid, oder auch aus Zellulosegeweben, die mit einem Polymeren imprägniert sind. Der Ausdruck »Scheiderplatte« bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sowohl eine flache, poröse Platte als auch Platten mit eingeprägten Vertiefungen der oben genannten Art, die als Scheider für Akkumulatoren Verwendung finden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Säurebeständiger Scheider für Akkumulatoren, bestehend aus einer Platte und einer Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten aus weichgemachten Vinylchloridpolymeren hergestellten Rippen mit Zellstruktur, die auf mindestens einer Seite der Platte angeordnet sind, dadurch gekennzeichne t, daß die Rippen 10 bis 100 Gewichtsteile Weichmachermischung für das Vinylchloridpoly- ,₀ mere, bezogen auf 100 Gewichtsteile Vinylchloridpolymere, enthalten und daß die Weichmachermischung aus einem Dialkylfumarat oder -maleat. Maleinsäureanhydrid und einer geringeren Menge Alkylphthalat besteht.