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DE3139352A1 - SEALED, MAINTENANCE-FREE LEAD / ACID BATTERY FOR BUFFER APPLICATIONS - Google Patents

SEALED, MAINTENANCE-FREE LEAD / ACID BATTERY FOR BUFFER APPLICATIONS

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DE3139352A1
DE3139352A1 DE19813139352 DE3139352A DE3139352A1 DE 3139352 A1 DE3139352 A1 DE 3139352A1 DE 19813139352 DE19813139352 DE 19813139352 DE 3139352 A DE3139352 A DE 3139352A DE 3139352 A1 DE3139352 A1 DE 3139352A1
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DE
Germany
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battery according
battery
electrolyte
active material
negative
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Application number
DE19813139352
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German (de)
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DE3139352C2 (en
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Frederick Leon 55421 Fridley Minn. Marsh
Purushothama 55123 Eagan Minn. Rao
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Gould Inc
Original Assignee
Gould Inc
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Publication date
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Description

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GOULD INC., 2. Oktober 1981GOULD INC., October 2, 1981

Gould Center, GD-54Gould Center, GD-54

Rolling Meadows, Illinois 6008,
U. S. A.
Rolling Meadows, Illinois 6008,
United States

Abgedichtete, wartungsfreie Blei/Säure-Batterie für Pufferanwendungen Sealed, maintenance-free lead / acid battery for buffer applications

Beschreibung:Description:

Diese Erfindung betrifft Blei/Säure-Batterien, insbesondere betrifft die Erfindung abgedichtete, wartungsfreie Blei/Säure-Batterien für Pufferanwendungen. Typisch für Pufferanwendungen (sog. "float applications") ist die Entnahme recht starker Ströme während beschränkter Zeitspannen, wie beispielsweise bei der Anwendung als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge.This invention relates to lead-acid batteries, and more particularly, the invention relates to sealed, maintenance-free lead-acid batteries for buffer applications. Typically for buffer applications (so-called "float applications") the removal is quite strong Currents during limited periods of time, such as when used as a starter, lighting and ignition battery for automobiles.

Für zahlreiche Anwendungsfälle geht der Trend in der Blei/ Säure-Technologie dahin, wartungsfreie Batterien bereitzustellen, d.h., einen solchen Batterietypus,; der im VerlaufFor numerous applications, the trend in lead / acid technology is to provide maintenance-free batteries, ie, such a battery type ; the in the course

der empfohlenen Lebenserwartung ohne Zusatz von Wasser zu dem Elektrolyten betrieben werden kann. Die Lebensdauer solcher Batterien ist begrenzt durch Wasserverluste, die zusammen mit einer Gasentwicklung und dessen Ableitung auftreten; aus diesem Grunde muß von Zeit zu Zeit überschüssiger Elektrolyt zugesetzt werden, um die auftretenden Wasserverluste zu kompensieren, um eine zufriedenstellende Lebensdauer zu gewährleisten.the recommended life expectancy without the addition of water the electrolyte can be operated. The lifespan of such batteries is limited by the combined water losses occur with gas evolution and its discharge; for this reason it must be excess from time to time Electrolyte can be added to compensate for the water loss that occurs in order to ensure a satisfactory service life to ensure.

Typischerweise ist bei solchen Batterien der Wasserverlust durch Anwendung von Gitterlegierungen mit hoher Wasserstoffüberspannung auf ein Minimum verringert worden. Es sind feste, selbsttragende und in einigen Fällen auch strukturell verstärkte Gitter eingesetzt worden, die aus verschiedenen, entweder Antinom-freien oder eine geringe Menge Antimon enthaltenden Bleilegierungen bestehen. Zu Beispielen für solche Gitterlegierungssysteme gehören Calcium-Blei-, Calcium-Zinn-Blei-, Cadmium-Antimon-Blei-, und Selen-Antimon-Zinn-Blei-Legierungen, die zusätzlich verschiedene, wahlweise vorgesehene Legierungskomponenten enthalten können, wie etwa Silber und Arsen? ferner sind auch Kombinationen dieser Legierungen möglich.The water loss in such batteries is typically due to the use of grid alloys with a high hydrogen overvoltage has been reduced to a minimum. They are solid, self-supporting and, in some cases, structurally reinforced Grids have been used which are made of various types, either antinome-free or containing a small amount of antimony Lead alloys exist. Examples of such grid alloy systems include calcium-lead, calcium-tin-lead, Cadmium-antimony-lead and selenium-antimony-tin-lead alloys, which may additionally contain various optional alloy components, such as silver and arsenic? combinations of these alloys are also possible.

Weiterhin sind Blei/Säure-Batterien bekannt, in denen der Elektrolyt in Form eines .Geles unbeweglich gemacht worden ist. Solche Batterien können nicht nur wartungsfrei sein, sondern auch auslaufsicher? d.h. die Batterie kann in jederLead / acid batteries are also known in which the electrolyte has been made immobile in the form of a gel is. Such batteries can not only be maintenance-free, but also leak-proof? i.e. the battery can be used in any

beliebigen Lage bzw. Stellung verwendet werden, ohne dass Elektrolyt austreten würde. Andererseits ist zu bedenken, daß bestimmte Risse, die im Gel im Verlauf des Ladevorgangs gebildet werden und für den Sauerstofftransport notwendig sind, Bedingungen hervorrufen, welche die gewünschte Leistung der Batterie nachteilig beeinflussen können. Darüberhinaus tritt an solchen Batterien notwendigerweise ein höherer Innenwiderstand auf, und daher können solche Batterien dort nicht angewandt werden, wo hohe Entladeströme erforderlich sind, wie z.B. bei Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterien von Kraftfahrzeugen.any position or position can be used without Electrolyte would leak. On the other hand, it should be borne in mind that certain cracks appear in the gel in the course of the loading process are formed and are necessary for the oxygen transport, create conditions that the desired performance adversely affect the battery. In addition, such batteries necessarily have a higher one Internal resistance and therefore such batteries cannot be used where high discharge currents are required such as starter, lighting and ignition batteries in motor vehicles.

Um eine abgedichtete Konstruktion bereitzustellen und dennoch die möglichen Schwierigkeiten zu beseitigen, die in Verbindung mit Gel-förmigen Elektrolyten auftreten, sind bereits abgedichtete Systeme eingesetzt worden, in denen der Elektrolyt unbeweglich gemacht und in besonderen Separatoren absorbiert worden ist. Die Separatoren sind nicht vollständig gesättigt; daher kann das im Überladungszustand oder zu anderen Zeiten gebildete Gas rasch von einer Elektrode zu der anderen diffundieren. Auf diese Weise kann unter Einhaltung der richtigen Bedingungen der an der positiven Elektrode entwickelte Sauerstoff zur negativen Elektrode diffundieren, wo er rasch mit aktivem Blei reagieren wird. Im Ergebnis entlädt diese Reaktion teilweise die negative Elektrode und verhindert dadurch, daß die negative Elektrode ihren vollständig aufgeladenen Zustand einnimmt, um die Wasserstoffentwicklung auf ein Minimum herab-In order to provide a sealed construction and yet eliminate the potential difficulties associated with gel-shaped Electrolytes occur, sealed systems have already been used, in which the electrolyte has been immobilized and absorbed in special separators. The separators are not fully saturated; therefore, the gas formed in the overcharged state or at other times can rapidly escape diffuse from one electrode to the other. In this way If the right conditions are observed, the oxygen developed at the positive electrode can become negative Diffuse electrode where it will react quickly with active lead will. As a result, this reaction partially discharges the negative electrode, thereby preventing the negative electrode Electrode assumes its fully charged state in order to reduce the evolution of hydrogen to a minimum.

ta ο« β * * ta ο «β * *

ο α η » ο ο α η »ο

zusetzen. Diese Reaktionsfolge resultiert in einer Arbeitsweise, die auch als "Sauerstoffzyklus" bezeichnet worden ist, Da die Sauerstoff-Rekombinationsgeschwindigkeit größer ist, als die Geschwindigkeit der Sauerstoffentwicklung an der positiven Elektrode, sollte lediglich ein minimaler Wasserverlust und Druckaufbau auftreten.to add. This sequence of reactions results in a procedure that has also been referred to as the "oxygen cycle", Since the oxygen recombination rate is greater than the rate of oxygen evolution at the positive electrode, there should be minimal water loss and pressure build-up.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind abgedichtete Blei/Säure-Systeme dieser Art ledliglich mit geringer Ampere-Stunden-Leistung handelsüblich zugänglich. Die Anwendung ist deshalb im allgemeinen auf Standby-Anwendungen begrenzt, wie etwa Notbeleuchtungen, Alarmsysteme und als Stromquelle begrenzter Lebensdauer in tragbaren Geräten, wie etwa Fernsehgeräten, Laternen und Leuchten sowie in Gartengeräten.At the present time, sealed lead / acid systems of this type are only low ampere hourly commercially available. The application is therefore generally limited to standby applications, such as such as emergency lighting, alarm systems and limited power sources Lifespan in portable devices such as televisions, lanterns and lights, and in garden tools.

Die US-Patentschrift 3 862 861 (McClelland und Devitt) beschreibt ein Beispiel einer Zellenausführung mit Sauerstoffrekombination, die bei relativ hohen Innendrücken arbeitet. Es heißt, daß die Zelle unter diesen erhöhten Druckwerten eine höhere Geschwindigkeit der Sauerstoffrekombination aufweist» Aus diesem Grunde ist ein Entlastungsventil vorgesehen, das derart vorgespannt sein soll, daß es Gas bei möglichst hohen Drücken abläßt. Es wi.rd ein Entlastungsventil vom Bunsen-Typ offenbart, das einem Innendruck von wenigstens 10 bis 15 Pfund. standhalten soll. Dieser Zellentyp kann bei Puffernnwcndungen eingesetzt werden, wo relativ hohe Spitzenströme für beschränkte Zeitspannen entnommenU.S. Patent 3,862,861 (McClelland and Devitt) describes an example of an oxygen recombination cell design that operates at relatively high internal pressures. It is said that under these increased pressures the cell exhibits a higher rate of oxygen recombination » For this reason, a relief valve is provided, which should be biased so that there is gas at releases the highest possible pressures. A Bunsen-type relief valve is disclosed which has an internal pressure of at least 10 to 15 pounds. should withstand. This cell type can be used in buffer applications where relative high peak currents drawn for limited periods of time

werden ("float applications") sowie bei Tiefentladungszyklen, bei denen eine begrenzte Lebensdauer hingenommen wird.("float applications") as well as deep discharge cycles in which a limited service life is accepted.

Ferner ist in Progress in Batteries & Solar Cells, Bd. 2, S. 167-170 (1979), eine Zelle mit prismatischem Behälter beschrieben, offensichtlich ein Zellentyp, der bei relativ niedrigem Innendruck betrieben wird. Auch dieser Zellentyp ist hauptsächlich für die Entnahme relativ hoher Spitzenströme für relativ beschränkte Zeitspannen bestimmt.Furthermore, in Progress in Batteries & Solar Cells , Vol. 2, pp. 167-170 (1979), a cell with a prismatic container is described, obviously a type of cell which is operated at a relatively low internal pressure. This type of cell is also mainly intended for drawing relatively high peak currents for relatively limited periods of time.

Über einen weiteren Batterietyp wird in International Symposium on Batteries, vom 21. - 23. Oktober 1958 berichtet. Die dort in allgemeinen Angaben beschriebenen Batterien bestehen aus einem Stapel aus Platten und flachen, weichen Separatoren, welcher Stapel nach einer Verdichtung in einen geeigneten Behälter eingesetzt wird. In diesem Stapel oder Block aus Platten und Separatoren ist das aktive Material der Platten vollständig von den Separatoren gehalten. Nach der Verdichtung muß der Block eine ausreichend hohe Porosität aufweisen, damit der Block die gesamte Elektrolytmenge absorbieren und festhalten kann, die zu einer wirksamen und wirtschaftlichen Arbeitsweise erforderlich ist. Die Separatoren bestehen aus Diatomäenerde. Es werden Batterien beschrieben, die als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterien für Kraftfahrzeuge brauchbar sind, wobei sich die angegebenen Vorteile auf Vibrationsbeständigkeit, Sicherheit gegenüber Auslaufen und erhöhte Leistungswerte bei üblichen und tiefen Temperaturen beziehen.Another type of battery is reported in the International Symposium on Batteries , October 21-23, 1958. The batteries described there in general information consist of a stack of plates and flat, soft separators, which stack is inserted into a suitable container after compression. In this stack or block of plates and separators, the active material of the plates is completely held by the separators. Once densified, the block must have a sufficiently high porosity that the block can absorb and hold all of the electrolyte required to operate efficiently and economically. The separators are made of diatomaceous earth. Batteries are described which can be used as starter, lighting and ignition batteries for motor vehicles, the stated advantages relating to vibration resistance, security against leakage and increased performance values at normal and low temperatures.

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- ιι -- ιι -

Obwohl in diesem Bericht angegeben ist, daß der breiten Aufnahme im Markt eher kommerzielle Erwägungen als Mangel hinsichtlich Leistung oder Qualität entgegenstehen, wird angenommen, daß die Leistungswerte die zur Zeit geforderten Werte für solche Anwendungen nicht erfüllen. Unabhängig davon hat dieser beschriebene Batterietypus bislang keine weit verbreitete Anwendung gefunden und hat sich bislang nicht als wirtschaftlich erfolgreich erwiesen.Although this report states that the broad Inclusion in the market for commercial considerations rather than shortages in terms of performance or quality, it is assumed that the performance values are those currently required Do not meet values for such applications. Regardless of this, this type of battery described has not yet had any found widespread application and has so far not proven to be commercially successful.

Weiterhin ist bereits vorgeschlagen worden, ein abgedichtetes Blei/Säure-System in seinen Abmessungen zu vergrössern, um zu größeren Ampere-Stunden-Leistungen zu kommen, als dies bei den bislang handelsüblichen Batterien der Fall ist (Engineering, October 1978, "The Age of the Sealed Battery", S. 1020-22). Dort ist in der Tat auch angegeben, daß die charakteristischen Eigenschaften eines solchen abgedichteten Ä Batteriesystems teilweise vorteilhaft für die Anwendung als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie von Kraftfahrzeugen wäre.Furthermore, it has already been proposed to increase the dimensions of a sealed lead / acid system in order to achieve greater ampere-hour outputs than is the case with the batteries commercially available up to now ( Engineering, October 1978, "The Age of the Sealed Battery ", pp. 1020-22). There is also indicated in the fact that the characteristic properties of such a sealed Ä battery system would be advantageous partly for use as a starter, lighting and ignition battery of motor vehicles.

Zusätzlich zu dieser Anwendung gibt es eine Anzahl weiterer Anwendungsfälle, bei denen der sogenannte "Pufferbetrieb" ("float-pulse"-application) auftritt, d.h., eine Arbeitsweise der Systeme, bei denen ein relativ hoher Spitzenstrom bei recht hohen Entladungswerten für kurze Zeitspannen vorgesehen ist; auch für solche Pufferbatterien wäre die Ausgestaltung als geschlossenes System wünschenswert. BatterienIn addition to this application, there are a number of other applications in which the so-called "buffer mode" ("float-pulse" application) occurs, i.e. a mode of operation of the systems in which a relatively high peak current is provided for short periods of time in the case of very high discharge values; The design would also be for such backup batteries desirable as a closed system. Batteries

für Motorräder, Starterbatterien für Außenbordmotoren und Notstromaggregate für Computer sind weitere, in diese Kategorie fallende Beispiele. Weiterhin treten bei denjenigen Anwendungsfällen, wo ein relativ beständiger Gleichstrom erforderlich ist, ähnliche Anforderungen auf. Batterien für derartige Anwendungsfälle sollen zumindest eine Leistung von 15 Ampere-Stunden, oder sogar 25 Ampere-Stunden oder sogar noch wesentlich höhere Leistungswerte besitzen.for motorcycles, starter batteries for outboard motors and Emergency power generators for computers are further examples that fall into this category. Continue to occur at those Applications where a relatively stable direct current is required have similar requirements. Batteries for such Use cases should have a capacity of at least 15 ampere-hours, or even 25 ampere-hours, or even have significantly higher performance values.

Aus welchen Gründen auch immer sind jedoch abgeschlossene Systeme mit solch hohen Leistungswerten nicht in nennenswertem Ausmaß handelsüblich zugänglich geworden. Dies kann einfach daran liegen, daß die notwendigen Leistungs- und Kennwerte nicht zu erreichen gewesen sind. Man kann deshalb vermuten, daß es Schwierigkeiten bereitet hat, zumindest die Leistung und die für solche Anwendungen erforderliche Lebensdauer zu gewährleisten. Weiterhin kann man davon ausgehen, daß ein festerer, stabilerer Batteriebehälter erforderlich ist, um den hohen Innendrücken standzuhalten, welche als notwendig angesehen werden, um eine befriedigende Sauerstoffrekombination zu gewährleisten und daß dieses Problem besonders akut ist bei Batterien mit relativ hohen Leistungs- bzw. Kapazitätswerten. Die Anwendung von solchen stärkeren bzw. festeren Batteriebehältern würde natürlich auch zu einem höheren Gesamtgewicht der Batterie führen. Dies wäre besonders nachteilig für die Anwendung im Kraftfahrzeugbereich, da dort der gegenwärtige Trend dahin zielt, das Gewicht der Batteriesysteme so-For whatever reason, however, self-contained systems with such high performance values are not worth mentioning Extent has become commercially available. This can simply be due to the fact that the necessary performance and characteristic values could not be reached. One can therefore assume that it caused difficulties, at least the performance and to ensure the required service life for such applications. Furthermore, one can assume that a stronger, more stable battery container is required to withstand the high internal pressures that are needed be considered to have a satisfactory oxygen recombination to ensure and that this problem is particularly acute in batteries with relatively high power or capacity values. The use of such stronger or stronger battery containers would of course also lead to a higher total weight of the battery. This would be particularly disadvantageous for use in the automotive sector, as there is the current one The trend is aimed at reducing the weight of battery systems

SA O β * β β β 4SA O β * β β β 4

β β · · « O * ♦ β β Oβ β · · «O * ♦ β β O

6 · β φ Q 0 QOA6 β φ Q 0 QOA

*· * O ♦ « ■«· β« «ο OQtJ* · * O ♦ «■« · β «« ο OQtJ

- 13 weit wie möglich zu verringern.- 13 to reduce as much as possible.

Davon ausgehend besteht die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine abgedichtete, wartungsfreie Blei/ Säure-Batterie bereitzustellen, welche die zur Anwendung im Pufferbetrieb erforderlichen Leistungs- und Kennwerte gewährleistet, also einen relativ hohen Spitzenstrom bei recht hohen Entladungswerten für beschränkte Zeitspannen abzugeben vermag.Based on this, the main object of the present invention is to provide a sealed, maintenance-free lead / Provide acid battery that has the performance and characteristic values required for use in buffer mode guaranteed to deliver a relatively high peak current with very high discharge values for limited periods of time able.

Ein weiteres und noch weiter spezifiziertes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine abgedichtete Blei/ Säure-Batterie bereitzustellen, welche gleiche oder höhere Leistungs- und Kennwerte erbringt, als sie für Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterien von Kraftfahrzeugen gefordert werden.A further and still further specified object of the present invention is to provide a sealed lead / acid battery which provides the same or higher performance and characteristic values than are required for starter, lighting and ignition batteries of motor vehicles.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine abgedichtete Blei/Säure-Batterie bereitzustellen, welche verbesserte volumetrische und gravimetrische Energiedichtewerte aufweist. Another object of the present invention is to provide a sealed lead / acid battery which has improved volumetric and gravimetric energy density values.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine abgedichtete Blei/Säure-Batterie bereitzustellen, welche in verschiedenen Größenordnungen ausgeführt werden kann, die von kleinen bis zu extrem hohen Leistungs- bzw. Kapazitätswerten reichen. Another object of the present invention is to provide a sealed lead / acid battery which can be designed in different orders of magnitude, ranging from small to extremely high performance or capacity values.

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Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine abgedichtete Blei/Säure-Batterie bereitzustellen, die mittels Standardausrüstungen hergestellt werden kann, wie sie zur Herstellung üblicher Pufferbatterien gebräuchlich sind.Yet another object of the present invention is to provide a sealed lead / acid battery that which can be produced using standard equipment such as are used for the production of conventional backup batteries.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine abgedichtete Blei/Säure-Batterie bereitzustellen/ die mit den üblichen dünnwandigen Kunststoff-Behältern auskommt, welche häufig bei Pufferbatterien verwendet werden.Another object of the present invention is to provide a sealed lead / acid battery / which can do with the usual thin-walled plastic containers, which are often used in backup batteries.

Schließlich besteht ein weiteres Ziel dieser Erfindung darin, eine abgedichtete Blei/Säure-Batterie bereitzustellen, die bei einem extrem niedrigen Innendruck arbeitet und trotzdem über ihre gesamte Lebensdauer wartungsfrei bleibt.Finally, it is another object of this invention to provide a sealed lead / acid battery that which works at an extremely low internal pressure and still remains maintenance-free over its entire service life.

Weitere Aufgaben, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen, welche zeigen:Other objects, objects and advantages of the present invention result from the following description and the drawings, which show:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterie, teilweise geschnitten, um den Innenaufbau zu zeigen;Fig. 1 is a perspective view of a battery according to the invention, partially cut, to show the internal structure;

Fig. 2 in einer auseinandergezogenen, aufgeschnittenen Seitenansicht die Anordnung der Platten und Seperatoren einer erfindungsgemäßen Batterie;2 shows the arrangement of the plates and separators in an exploded, cut-away side view a battery according to the invention;

5 β * S * O5 β * S * O

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Fig. 3 in einer Querschnittsdarstellung den Schnitt längs der Linie 3-3 aus Fig. 1, um den Innenaufbau der Batterie noch weiter zu erläutern;3 shows a cross-sectional view of the section along the line 3-3 from FIG. 1, around the internal structure to explain the battery in more detail;

Fig. 4 in Form einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Spannung von der Entladungsdauer, um das verbesserte Kalt-Anlaß-Verhalten einer abgedichteten erfindungsgemäßen Blei/Säure-Batterie im Vergleich zu einer handelsüblichen wartungsfreien Batterie zu zeigen; und4 shows the dependency in the form of a graphic representation the voltage from the discharge time to the improved cold starting behavior of a sealed lead / acid battery according to the invention to show in comparison to a standard maintenance-free battery; and

Fig. 5 in Form einer graphischen Darstellung die Leistung einer abgedichteten, erfindungsgemäßen Blei/Säure-Batterie bei einem industriellen Lebensdauertest mit einer Vielzahl von Ladungs-Entladungs-Zyklen.Figure 5 graphically shows the performance of a sealed lead / acid battery according to the invention in an industrial endurance test with a large number of charge-discharge cycles.

Obwohl die vorliegende Erfindung in verschiedenen Modifizierungen und alternativen Ausführungsformen realisierbar ist, sind in den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Hierin darf jedoch keinesfalls eine Beschränkung der Erfindung auf diese besonderen, beschriebenen Ausführungsformen gesehen werden. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, all diejenigen Modifizierungen und alternativen Ausführungsformen zu umfassen, welche unter den wesentlichen Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen, wie er mit den voranstehenden Ansprüchen und deren Äquivalenten wiedergegeben ist.Although the present invention is capable of various modifications and alternative embodiments is, preferred embodiments of the invention are explained in the drawings and the following description. However, this should in no way restrict the invention to these particular, described embodiments will. On the contrary, it is intended to cover all such modifications and alternative embodiments as which fall under the essential spirit and scope of the present invention as it does with the foregoing Claims and their equivalents is reproduced.

■ · ■ « ■■ · ■ «■

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Das heißt unter anderem, obwohl die vorliegende Erfindung im wesentlichen mit Bezugnahme auf eine Starter- Beleuchtungs- und Zündbatterie für Kraftfahrzeuge erläutert werden wird, ist festzuhalten, daß die vorliegende Erfindung auch in vielen anderen Anwendungsfällen brauchbar ist, wo der sog. Pufferbetrieb auftritt. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung naturgemäß in gleicher Weise in Form einer Batterie oder einer einzelnen Zelle anwendbar. Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Batterien mit größeren Leistungsbzw. Kapazitätswerten erläutert werden wird, ist die Erfindung in gleicher Weise auch für Batterien mit kleinen Leistungswerten anwendbar. In gleicher Weise ist, obwohl damit alle Vorzüge dieser Erfindung nicht erzielbar sind, ein stabilerer oder festerer Behälter möglich, als der bei den im Betrieb auftretenden Innendrücken erforderlich ist; bei den erfindungsgemäßen Batterien kann daher bei Bedarf auch ein solcher festerer Behälter vorgesehen werden.That is, among other things, although the present invention are essentially explained with reference to a starter, lighting and ignition battery for motor vehicles It should be noted that the present invention is also useful in many other applications where the so-called buffer operation occurs. Furthermore, the present invention is naturally in the same way in the form of a battery or a single cell. Although the present invention is used in conjunction with batteries with greater power or capacity. Capacitance values will be explained, is the invention can be used in the same way for batteries with low power values. In the same way, although with it all Advantages of this invention are not achievable, a more stable or solid container possible than that in operation occurring internal pressures is required; in the case of the batteries according to the invention, such a battery can therefore also be used if required more solid container can be provided.

Im wesentlichen beruht die vorliegende Erfindung auf der Beobachtung, daß eine abgedichtete, wartungsfreie Blei/Säure-Batterie, die für verschiedene Pufferanwendungen geeignet ist, beispielsweise als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie von Kraftfahrzeugen bereitgestellt werden kann, indem der Elektrolyt in hoch-absorbierenden Separatoren unbeweglich gemacht wird und trotzdem ein Betrieb bei extrem niedrigen Innendrücken durchgeführt wird, was die Anwendung der üblichen, dünnwandigen Batteriebehälter erlaubt. Die erfindungs-The present invention is essentially based on the observation that a sealed, maintenance-free lead / acid battery that is suitable for various buffer applications, for example, can be provided as a starter, lighting and ignition battery of motor vehicles by the Electrolyte is immobilized in highly absorbent separators and still operates at extremely low levels Internal pressing is carried out, which allows the use of the usual, thin-walled battery container. The inventive

•β ·« * ββ $ ρ α • β · «* ββ $ ρ α

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gemäße Batterie gewährleistet einen höheren Spitzenstrom bei relativ hohen Ent-ladungswerten im Vergleich zu den üblicherweise gebrauchten Batterien mit frei beweglichem Elektrolyten; ferner befriedigt die erfindungsgemäße Batterie auch hinsichtlich all der anderen erforderlichen Leistungs- und Kennwerte.Correct battery ensures a higher peak current with relatively high discharge values compared to the commonly used batteries with freely movable batteries Electrolytes; furthermore, the battery according to the invention is also satisfactory with regard to all the other necessary Performance and characteristic values.

Die Erfindung wird nachstehend, vor allem unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 im einzelnen erläutert. Diese erfindungsgemäße Batterie 10 besitzt einen Behälter 12, der durch innere Unterteilungen 14 in einzelne Zellen aufgeteilt ist. In jeder einzelnen.Zelle sind eine Anzahl positiver Elektroden 16 durch absorbierende Separatoren 20 von den negativen Elektroden 18 getrennt.The invention is described below, particularly with reference on Figures 1 and 2 explained in detail. This invention Battery 10 has a container 12 which is divided into individual cells by internal partitions 14 is. In each individual cell, a number of positive electrodes 16 are separated from the cells by absorbent separators 20 negative electrodes 18 separated.

Die erforderlichen elektrischen Verbindungen können auf irgendeine der verschiedenen bekannten Techniken erzeugt werden. Die besondere, angewandte Technik bildet keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, verbinden leitfähige Bänder 22 die Elektroden untereinander, und die Verbindungen zwischen den einzelnen Zellen sind von der in Fig. 3 dargestellten Art. Die Bänder 22 der endständigen Zellen sind mittels üblicher Einrichtungen mit den Außenanschlüssen 24 verbunden.The required electrical connections can be made on any of several known techniques can be created. The special, applied technique does not constitute one Part of the present invention. As shown, conductive tapes 22 connect the electrodes to one another, and the connections between the individual cells are of the type shown in FIG Cells are connected to the external connections 24 by means of conventional devices.

Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich, ist eine Druckentlastung durch Rohrverteiler 26 zu Niederdruck-selbstentlastenden- Ent-As can be seen from FIGS. 1 and 3, a pressure relief through manifold 26 to low-pressure self-relieving relief

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lastungsventilen vorgesehen, wie beispielsweise Bunsen-Ventilen 28. Obwohl eine Druckentlastung durch einen Rohrverteiler dargestellt ist,könnte auch jede einzelne Zelle mit einem Entlastungsventil ausgestattet sein, sofern dies angestrebt wird. Auf der anderen Seite könnte auch ein einziger Rohrverteiler für die sechs dargestellten Zellen vorgesehen werden, oder es könnten mehr als die zwei dargestellten Rohrverteiler vorgesehen werden.relief valves provided, such as Bunsen valves 28. Although a pressure relief by a Pipe manifold is shown, each individual cell could also be equipped with a relief valve, provided that this is strived for. On the other hand, a single manifold could also be used for the six cells shown could be provided, or more than the two manifolds illustrated could be provided.

Die Elektroden 16 und 18 und die Separatoren 20 sollen festsitzend innerhalb der Zellen angeordnet sein, d.h., die Elektroden und Separatoren sollen auch dann ihre Anordnung beibehalten, wenn der Behälter umgedreht wird. Die Elektroden können deshalb nahezu die Ausmaße der Innenabmessungen der Zellen besitzen. Um die Möglichkeit von Kurzschlüssen auszuschließen, ist es jedoch wünschenswert, für die Separatoren solche Abmessungen vorzusehen, daß deren Kanten zumindest geringfügig über alle Kanten der Elektroden vorstehen, wie das in Fig. 2 dargestellt ist. Eine Möglichkeit um dies an der Unterkante der Elektroden zu erreichen, besteht darin, die Separatoren U-förmig um die Elektroden zu falten, wie das in Fig. 2 dargestellt ist.The electrodes 16 and 18 and the separators 20 are intended to be tightly arranged within the cells, i.e. the electrodes and separators should retain their position even when the container is turned over. the Electrodes can therefore have almost the same dimensions as the internal dimensions of the cells. About the possibility of short circuits exclude, however, it is desirable to provide such dimensions for the separators that their Edges protrude at least slightly beyond all edges of the electrodes, as shown in FIG. 2. A possibility To achieve this at the bottom edge of the electrodes, is to make the separators U-shaped around the electrodes to fold, as shown in Fig. 2.

Eine hochwirksame Ausnutzung des Behälterinnenraumes ist auf diese Weise gewährleistet. Andererseits können bei Bedarf auch Abstandshalter wie Zwischenlagen oder Abstandsstücke vorgesehen werden, falls die benutzten Zellen aus irgendeinem Grunde zu große Abmessungen haben.A highly effective use of the container interior is guaranteed in this way. On the other hand, spacers such as intermediate layers or spacers can also be used if necessary provided in the event that the cells used are too large for any reason.

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Die Gitter der positiven und negativen Elektroden der erfindungsgemäßen Batterie können aus irgendwelchen bekannten Gitterlegierungen bestehen, wie sie für übliche wartungsfreie Batterien eingesetzt werden. Nach einem Beispiel ist es etwa möglich, eine Calcium-Zinn-Blei-Legierung zu verwenden, deren Calciumgehalt von ungefähr 0,06 bis 0,20 % reicht und deren Zinngehalt von 0,1 bis 0,5 % (vorzugsweise von 0,2 bis 0,3%) reicht, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. Die verwendeten Legierungen sollen zur Erzeugung von selbsttragenden Gittern geeignet sein. Die Gitter können nach irgendeinem bekannten Verfahren erzeugt werden, etwa unmittelbar in der gewünschten Form gegossen werden oder aus Streckmetall erzeugt werden.The grid of the positive and negative electrodes of the battery according to the invention can consist of any known grid alloys, such as those used for conventional maintenance-free batteries. According to an example, it is approximately possible to use a calcium-tin-lead alloy, the calcium content of about 0.06 to 0.20% ranges and their tin content of 0.1 to 0.5% (preferably from 0.2 up to 0.3%), based in each case on the total weight of the alloy. The alloys used should be suitable for producing self-supporting grids. The grids can be produced by any known method, for example cast directly in the desired shape or produced from expanded metal.

Der Gewährleistung einer zufriedenstellenden Innenstruktur eines abgedichteten Systems stehen verschiedene Schwierigkeiten entgegen. Eine dieser Schwierigkeiten resultiert aus der Notwendigkeit, ein Absorptionsvermögen des Systems bereitzustellen, um eine erforderliche Menge Elektrolyt festzuhalten, damit die angestrebte Leistung bzw. Kapazität erzielt wird. Bis zu einem gewissen Ausmaß kann dies durch die Verwendung dickerer Separatoren erreicht werden, als dies bei frei beweglichen Elektrolytsystemen erforderlich ist. Dieser Vorschlag bildet jedoch zumeist keine vollständige Lösung, da der Innenwiderstand zunimmt, wenn der Plattenabstand erhöht wird. Notwendigerweise resultiert darau::; eine praktische Grenze, bis zu der hin Abstriche oder Kompromisse bei den Leistungswerten möglich sind. Einige Verbesserungen kön-Ensuring a satisfactory internal structure a sealed system is faced with various difficulties. One of these difficulties results from the need to provide the system with absorbency to hold a required amount of electrolyte in order to achieve the desired performance or capacity will. To some extent this can be achieved by using thicker separators than this is required for freely movable electrolyte systems. In most cases, however, this proposal is not a complete one Solution, since the internal resistance increases when the plate spacing is increased. This necessarily results in ::; one practical limit up to which tradeoffs or compromises are possible with the performance values. Some improvements can

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nen dadurch erzielt werden, daß ein Elektrolyt mit etwas höherem spezifischem Gewicht eingesetzt wird, als bei den üblichen frei beweglichen Systemen; aber auch hier gibt es eine praktische obere Grenze, beruhend auf verschiedenen Faktoren wie etwa der abnehmenden Leitfähigkeit. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Dichte des pastenförmigen, Aktivmaterials zu verringern. Da eine Moosbildung des negativen Aktivmaterials und ein Herabfallen des positiven Aktivmaterials durch den festen Sitz der Elektroden innerhalb der absorbierenden Separatoren verhindert oder zumindest auf ein Minimum herabgesetzt sein sollte, kommt die Verringerung der Dichte der pastenförmigen Aktivmaterialien zumindest möglicherweise in Betracht. Aber auch hier bestehen Beschränkungen, hervorgerufen durch die Pertigungsschwierigkeiten, wenn Materialien mit einer solchen verringerten Dichte mit den üblichen Pastenauftragmaschinen verarbeitet werden, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Kraftfahrzeugbatterien übiich sind.nen be achieved by using an electrolyte with a slightly higher specific weight than the usual free moving systems; but again there is a practical upper limit based on various factors such as the decreasing conductivity. Another possibility is to determine the density of the pasty, Reduce active material. There is a moss formation of the negative active material and a fall of the positive one Active material prevented by the tight fit of the electrodes within the absorbent separators or at least on should be reduced to a minimum, the reduction in the density of the pasty active materials comes at least possibly into consideration. But here, too, there are limitations, caused by the manufacturing difficulties, if Materials with such a reduced density can be processed with the usual paste application machines as they for example in the manufacture of motor vehicle batteries.

Eine weitere Schwierigkeit beruht auf dem Schrumpf, der am negativen Aktivmaterial auftritt, wenn solche Batterien dem Pufferbetrieb ausgesetzt werden, wie das in der Fachwelt bekannt ist. Dies kann eine wesentliche Ursache für Ausfälle sein, welche die Lebensdauer einer solchen Batterie signifikant verringern. Aus diesem Grunde haben Batteriehersteller bekanntlich verschiedene sich ausdehnende Stoffe verwendet, um die angestrebte Porosität und den angestrebten OberflächenbereichAnother difficulty is due to the shrinkage that occurs on negative active material occurs when such batteries are exposed to buffer operation, as is known in the art is. This can be a major cause of failure, which significantly extends the life of such a battery to decrease. For this reason, battery manufacturers are known to have used various expanding materials to provide the desired porosity and the desired surface area

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des negativen Materials an den negativen Platten zu gewährleisten. Es hat sich gezeigt, daß diese Schwierigkeit besonders akut in abgedichteten Systemen für Pufferanwendungen ist.of the negative material on the negative plates. This difficulty has been found to be particularly acute in sealed systems for buffer applications is.

Um daher sämtliche Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ist vorzugsweise vorgesehen, Aktivmaterialpasten 8^ zu verwenden, die ein gesteigertes Absorptionsvermögen besitzen und die trotzdem mittels üblicher Ausrüstung bearbeitet werden können und ein System mit befriedigender Lebensdauer und befriedigenden Kenn- und Leistungsdaten ergeben. Zu diesem Zweck sind die Pastendichtewerte des positiven Aktivraaterials geringer als die Pastendichtewerte bei üblichen Blei/Säure-Batterien mit frei beweglichem Elektrolyten, bei denen solche langlebigen, Bleioxidmaterialien eingesetzt werden, wie sie etwa im Barton-Tiegel erhalten werden. In dieser Hinsicht hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Plattendichtewerte im Bereich von ungefähr 2,9 bis 4,1 g/cm für das ausgehärtete, nicht-formierte positive AktivmaterialIn order to achieve all the advantages of the present invention, it is preferably provided to use active material pastes 8 ^ which have an increased absorption capacity and which can nevertheless be processed by means of conventional equipment and result in a system with a satisfactory service life and satisfactory characteristic and performance data. For this purpose, the paste density values of the positive active material are lower than the paste density values in conventional lead / acid batteries with freely moving electrolytes, in which such long-life lead oxide materials are used, such as those obtained in Barton crucibles. In this regard, it has been found useful to have plate densities in the range of about 2.9 to 4.1 g / cm for the cured, non-formed positive active material

3 vorzusehen. Ein Dichtewertebereich von 3,0 bis 4,2 g/cm für das ausgehärtete und forinierte positive Aktivmaterial ist akzeptabel. 3 to be provided. A density value range of 3.0 to 4.2 g / cm for the cured and forinated positive active material is acceptable.

Um die angestrebten Elektrolyt-Festhalteeigenschaften zu realisieren, ist vorzugsweise vorgesehen, in die Paste ein Elektrolyt-festhaltendes Mittel wie etwa kolloidales Siliciumdioxid einzuarbeiten. Die Einarbeitung von kolloidalem SiliciumdioxidIn order to achieve the desired electrolyte retention properties, is preferably provided in the paste an electrolyte-retaining To incorporate agents such as colloidal silica. The incorporation of colloidal silicon dioxide

3935239352

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in einer Menge von ungefähr 0,05 bis 1,0%, bezogen auf das Gesamtgewicht des nicht-formierten, positiven Aktivmaterials, hat sich als zufriedenstellend erwiesen. Es sind andere Elektrolyt-festhaltende Materialien bekannt und können in gleicher Weise als Substitute verwendet werden, die das Siliciumdioxid teilweise oder ganz ersetzen können. Zweckmäßigerweise soll das Elektrolyt-festhaltende Mittel gleichzeitig auch als Quellmittel wirken, nämlich die Konsistenz der feuchten Paste erhöhen und deren Handhabbarkeit verbessern. Kolloidales Siliciumdioxid befriedigt auch in dieser Hinsicht.in an amount of about 0.05 to 1.0% based on the Total weight of the non-formed, positive active material, has proven to be satisfactory. They are other electrolyte-retaining ones Materials are known and can be used in the same way as substitutes for the silicon dioxide can partially or completely replace. Expediently, the electrolyte-retaining agent should also be used at the same time Swelling agents work, namely increase the consistency of the moist paste and improve its manageability. Colloidal Silica is also satisfactory in this regard.

In Übereinstimmung mit einem weiteren und bevorzugten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die Eigenschaften des negativen Aktivmaterials gesteigert, nicht nur, um dessen Absorptionsvermögen zu erhöhen, sondern auch, um die Auswirkungen flacher Zyklen zu kompensieren, um eine befriedigende Lebensdauer und befriedigende Leistungs- und Kennwerte zu gewährleisten. Zu diesem Zweck werden der negativen aktiven Paste vorzugsweise eine Kombination der üblicherweise verwendeten Pastenzusätze in einem größeren Anteil zugesetzt, als dies üblicherweise geschieht. Als eine Komponente ist vorzugsweise ein übliches organisches Aufweitungsmittel in einem Anteil von ungefähr 0,3 bis ungefähr 1,0%, bezogen auf das Gewicht der trockenen, nicht-formierten Paste, vorgesehen. Verschiedene Lignosulfonate wie etwa beispielsweise Natriumlignosulfonat, sind zu diesem Zweck bekannt und hier geeignet. Zusätzlich ist vorzugsweise vorgesehen, ein Additiv zu verwenden, um eine physikalische Verfestigung der sich im Verlauf des Zyklus bil-In accordance with a further and preferred aspect of the present invention, the properties of the negative active material, not only to increase its absorption capacity, but also to reduce the effects to compensate for shallower cycles to achieve a satisfactory service life and to ensure satisfactory performance and characteristic values. For this purpose, the negative active paste preferably a combination of the commonly used paste additives added in a greater proportion than this usually happens. As a component, a common organic expanding agent is preferably in one portion from about 0.3 to about 1.0 percent based on the weight of the dry, unformed paste. Different Lignosulfonates such as, for example, sodium lignosulfonate, are known for this purpose and are suitable here. Additionally it is preferable to use an additive to physically strengthen the

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denden Bleisulfatkristalle zu größeren Kristallen und gegebenenfalls zu einer im wesentlichen festen Schicht mit minimaler Porosität auf ein Minimum zu beschränken, da dies den Ausfall der Batterie zur Folge hätte. Zu diesem Zweck sind Zelluloseflocken geeignet, die in einem Anteil von ungefähr 0,3 bis ungefähr 1,0 Gew.-% eingesetzt werden können.Ending lead sulfate crystals to larger crystals and possibly to a substantially solid layer with minimal porosity as this minimizes the Failure of the battery would result. For this purpose, cellulose flakes are suitable, in a proportion of approximately 0.3 to about 1.0% by weight can be used.

Es gibt Anhaltspunkte dafür, daß die maximalen Vorzüge nicht erreicht werden, wenn lediglich eine Sorte Aufweitungsmittel eingesetzt wird, da deren Wirkungsweisen vermutlich unterschiedlich sind. In einigen Ausführungen beeinflußt das organische Aufweitungsmittel die Morphologie der Bleisulfatstruktur, um einem Porositätsverlust entgegenzuwirken. Die Zusätze, welche einer Verfestigung entgegenwirken, wirken vermutlich im Ergebnis als physikalisch wirkende Abstandshalter. There is evidence that maximum benefits will not be achieved using only one type of dilator is used because their modes of action are likely to be different. In some achievements the organic affects Expands the morphology of the lead sulfate structure to counteract loss of porosity. the Additives that counteract solidification presumably act as physically acting spacers as a result.

Vorzugsweise sollen die verwendeten Pastenzusätze gleichzeitig als Quellmittel für die Paste wirken. Zelluloseflocken und Natriumlignosulfat wirken beide in dieser Richtung.The paste additives used should preferably act as swelling agents for the paste at the same time. Cellulose flakes and sodium lignosulfate both act in this direction.

Vorzugsweise ist ein Gemisch aus 0,75% Natriumlignosulfat und 0,6 % Zelluloseflocken, jeweils bezogen auf das Gewicht der getrockneten, nicht-formierten Paste, vorgesehen.Die Anwendung dieses Gemisches scheint die angestrebte Lebensdauer mit der vorgesohenen Zyklenzahl zu gewähr!ei«lon.A mixture of 0.75% sodium lignosulfate is preferred and 0.6% cellulose flakes, each based on the weight of the dried, unformed paste. Use this mixture seems to guarantee the desired service life with the envisaged number of cycles.

Die Dichtewerte der ausgehärteten, jedoch nicht-formierten Paste des negativen Aktivmaterials sollen zweckmäßigerweise im Bereich von ungefähr 3,5 bis 4,4 g/cm liegen. Ein Dichtewertebereich von ungefähr 3,2 bis 4,1 g/cm für das ausgehärtete und formierte negative Aktivmaterial ist zufriedenstellend. Obwohl die oben beschriebenen Zusätze zu der negativen Paste einem Porositätsverlust entgegenwirken und deshalb das Absorptionsvermögen beibehalten, ist vorzugsweise vorgesehen, auch in die negative Paste ein Elektrolyt-festhaltendes Mittel wie etwa kolloidales Siliciumdioxid einzuarbeiten. Anteile im Bereich von ungefähr 0,05 bis 1,0%, bezogen auf das Gewicht der getrockneten, nicht-formierten Paste sind zu diesem Zweck geeignet.The density values of the cured, but not formed Paste of the negative active material should expediently be in the range from approximately 3.5 to 4.4 g / cm. A range of density values from about 3.2 to 4.1 g / cm for the cured and formed negative active material is satisfactory. Although the above-described additives to the negative paste counteract a loss of porosity and therefore Maintaining the absorption capacity is preferably provided, also in the negative paste, an electrolyte-retentive To incorporate agents such as colloidal silica. Proportions in the range of about 0.05 to 1.0% by weight by weight of the dried, unformed paste are suitable for this purpose.

Typischerweise ist in der Fachwelt als wesentlich angesehen worden (vgl. beispielsweise die US-Patentschrift 3 862 861), in einem abgedichteten System einen Überschuß an negativem Aktivmaterial gegenüber dem positiven Aktivmaterial vorzusehen, so daß der erforderliche Sauerstoffzyklus gewährleistet bleibt. In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß ein zufriedenstellender Sauerstoffzyklus selbst dann noch gewährleistet ist, wenn die Menge an negativem Aktivmaterial kleiner ist als diejenige an positivem Aktivmaterial. Es ist deshalb vorzugsweise vorgesehen, ein Gewichtsverhältnis von negativem Aktivmaterial zu positivem Aktivmaterial von ungefähr 0,75Typically, it has been considered essential in the professional world (see, for example, US Pat. No. 3,862,861), to provide an excess of negative active material compared to the positive active material in a sealed system, so that the required oxygen cycle is assured remain. In accordance with one aspect of the present invention, it has been found that a satisfactory Oxygen cycle is still guaranteed even if the amount of negative active material is smaller than that of positive active material. It is therefore preferably provided that a weight ratio of negative Active material to positive active material of approximately 0.75

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bis ungefähr 0,92 oder dgl. zu 1 vorzusehen. Dies führt nicht nur zu einer Gewichtsverringerung, sondern auch zu geringeren Kosten, ohne nachteilige Auswirkungen auf die Leistung der Batterie.to about 0.92 or the like. to 1 to be provided. This does not only for a reduction in weight but also at a lower cost with no adverse effect on performance the battery.

Das für die Separatoren 20 benutzte Material soll in Schwefelsäure-Elektrolyten beständig sein, gegen eine Oxidation durch Bleidioxid (PbO,,) beständig sein, und soll keine Materialien in den Elektrolyten abgeben, welche die Zeil-Leistung nachteilig beeinflussen könnten.Darüberhinaus soll das Material hoch-porös sein, zumindest eine Porosität von 70 bis 75% und wünschenswerterweise bis zu ungefähr 90% oder dgl. aufweisen; ferner soll das Separatormaterial ausreichend kompressibel sein, damit es zumindest im wesentlichen den Formänderungen der Elektroden im Verlauf des Zusammenbaues und des Batteriebetriebes folgen kann. Weiterhin soll der mittlere Porendurchmesser ausreichend klein sein, damit eine Dendritenwanderung von der negativen Platte und ein Herabfallen des Aktivmaterials von der positiven Platte verhindert wird. Andererseits soll der mittlere Porendurchmesser ausreichend groß sein, damit das Separatormaterial vom Elektrolyten leicht benetzt wird und weiterhin nicht so klein, daß ein übermäßig hoher Innenwiderstand resultiert. Weiterhin muß das Separatormaterial in der Lage sein, den Elektrolyten über die gesamte angestrebte Höhe des Separators hinweg dochtartig fortzuleiten. Schließlich und bedeutsam muß das Separatormaterial im Gebrauch vorzugsweise ein im wesent-The material used for the separators 20 is said to be in sulfuric acid electrolytes be resistant, be resistant to oxidation by lead dioxide (PbO ,,), and should not contain any materials in the electrolyte, which could adversely affect the cell performance. In addition, the material should be highly porous, at least a porosity of 70 to 75% and desirably up to about 90% or the like. exhibit; furthermore, the separator material should be sufficiently compressible that it is at least substantially the Changes in shape of the electrodes can follow in the course of assembly and battery operation. Furthermore, the The mean pore diameter must be sufficiently small to prevent dendrite migration from the negative plate and the falling of the active material from the positive plate will. On the other hand, the mean pore diameter should be sufficiently large so that the separator material from Electrolyte is easily wetted and still not so small, that an excessively high internal resistance results. Furthermore, the separator material must be able to absorb the electrolyte forward over the entire desired height of the separator away like a wick. Finally, and importantly, must the separator material in use is preferably an essentially

lichen einheitliches Hohlraumvolumen innerhalb des Separators gewährleisten. Der Separator muß deshalb vorzugsweise ein ausreichendes Hohlraumvolumen aufweisen, um die Geschwindigkeit des Sauerstofftransportes zu gewährleisten, welche zur Aufrechterhaltung des angestrebten Zelleninnendruckes erforderlich ist. Es wird angenommen, daß dieses Hohlraumvolumen durch einige der Poren bereitgestellt wird, deren Wände mit einem Elektrolytfilm bedeckt sind, deren zentraler Porenabschnitt jedoch Elektrolyt-frei ist. Eine zufriedenstellende Sauerstoffrekombination wird für einige Anwendungen selbst dann erreicht, wenn der Separator sorgfältig mit Elektrolyten benetzt ist.In dieser Hinsicht kann die Brauchbarkeit bestimmt werden durch Bestimmung des Gewichtsverlustes (Wasser), der im Verlauf der Lade-Entlade-Zyklen auftritt. Bei einem geeigneten Material darf kein übermäßig hoher Wasserverlust auftreten.union uniform void volume within the separator guarantee. The separator must therefore preferably have a sufficient void volume to the To ensure the speed of oxygen transport, which is necessary to maintain the desired internal cell pressure. It is believed that this Void volume is provided by some of the pores, the walls of which are covered with an electrolyte film, whose central pore section, however, is electrolyte-free. A satisfactory oxygen recombination will do for some Applications achieved even if the separator is carefully wetted with electrolytes. In this regard, can the usefulness can be determined by determining the weight loss (water) that occurs over the course of the charge-discharge cycles occurs. With a suitable material, there must be no excessive loss of water.

Die Dicke des Separators wird im allgemeinen von der Zellenleistung und der zu erwartenden Betriebsgeschwindigkeit bei einer besonderen Anwendung bestimmt. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Separatorschichtdicke nicht wesentlich von solchen Separatorschichtdicken, die sich bei anderen Typen von Blei/Säure-Zellen für besondere Verwendungszwecke als geeignet erwiesen haben.The thickness of the separator is generally determined by the cell performance and the expected operating speed for a particular application. In this respect it differs The separator layer thickness does not differ significantly from those separator layer thicknesses that are different for others Types of lead / acid cells have proven suitable for particular uses.

Als geeignet hat sich die Verwendung eines Borsilikatglasmaterials erwiesen, das aus Glasmikrofasern und zerhacktenThe use of a borosilicate glass material has proven to be suitable proven to be made of glass microfiber and chopped up

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Strängen gebildet worden ist. Materialien dieser Art sind handelsüblich zugänglich und sind bereits kürzlich für abgedichtete Blei/Säure-Zellen eingesetzt worden. Ein derartiges Material (vertrieben von CH. Dexter Division, The Dexter Corporation, Windsor Locks, Connecticut, Typenbezeichnung "225B") hat sich als besonders zufriedenstellend erwiesen und weist die nachstehenden typischen Eigenschaften auf: 0^ nominelle Dicke 300 umStrands has been formed. Materials of this type are commercially available and have recently been used for sealed lead / acid cells. Such a material (sold by CH Dexter Division, The Dexter Corporation, Windsor Locks, Connecticut, unit designation "225B".) Has been found to be particularly satisfactory and has the following characteristic properties: 0 ^ nominal thickness 300 microns

Luftdurchlässigkeit (nach ASTMD 737-75)15,1 l/min/100 cm2 bei 12,7 mm Wasserdampfdruck Δ P (bestimmt mit dem Frazier Permeometer), Air permeability (according to ASTMD 737-75) 15.1 l / min / 100 cm 2 at 12.7 mm water vapor pressure Δ P (determined with the Frazier Permeometer),

mittlere Porengröße 12,6 pm undmean pore size 12.6 pm and

eine Porosität (bestimmt durch das Quecksilbereindringver-a porosity (determined by the mercury penetration

fahren) von 1,2 m /g.driving) of 1.2 m / g.

Vorzugsweise ist vorgesehen, wenigstens eine Schicht dieses - Borsilikatglas-Materials benachbart zu den Elektroden anzuordnen. Darüberhinaus können zusätzliche Schichten aus anderen Materialien vorgesehen werden, beispielsweise zu der Verstärkung, um die Handhabbarkeit im Verlauf des Herstellungsverfahrens zu verbessern. In dieser Hinsicht können beispielsweise handelsüblich zugängliche Blätter, Bögen oder dünne Platten aus vliesartigem Material aus Polyäthylen, Polypropylen und Polyester verwendet werden. Solche Materialien weisen das gewünschte Elektrolytzurückhaltevermögen auf und sind darüberhinaus preiswert und gewährleisten erhöhte Festig-Provision is preferably made for at least one layer of this borosilicate glass material to be arranged adjacent to the electrodes. In addition, additional layers of other materials can be provided, for example to reinforce to improve handleability in the course of the manufacturing process. In this regard, for example Commercially available sheets, sheets or thin plates made of fleece-like material made of polyethylene, polypropylene and polyester can be used. Such materials have the desired electrolyte retention capacity and are also inexpensive and ensure increased strength

keit. Ein solches laminares Separatorsystem kann vorgesehen werden, um die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten, um relativ einfach und sicher taschenförmige oder U-förmige gefaltete Separatoren mittels der üblicherweise angewendeten,speed. Such a laminar separator system can be provided to ensure the required strength, to be relatively easy and safe to fold pocket-shaped or U-shaped Separators by means of the commonly used,

Hoch-Geschwindigkeits-Zusammenbau-Technik zur Fertigung von Pufferbatterien zu erzeugen.High-speed assembly technology to produce backup batteries.

Für einen bestimmten Anwendungsfall läßt sich das spezifische Gewicht des Elektrolyten bei voller Ladung leicht ausrechnen. Typische spezifische Gewichte bei voller Ladung liegen im Bereich von 1,255 bis 1,320 g/cm , mit befriedigenden Ergebnissen, wobei ein Bereich von 1,285 bis 1,320 g/cm bevorzugt wird. Besondere Anwendungsfälle können es erforderlich machen, eine Säure mit etwas höherem oder niedrigerem spezifischem Gewicht einzusetzen.For a specific application, the specific Easily calculate the weight of the electrolyte when fully charged. Typical specific weights when fully charged are in the range from 1.255 to 1.320 g / cm, with satisfactory results, with a range of from 1.285 to 1.320 g / cm being preferred will. Special applications may make it necessary to use an acid with a slightly higher or lower specific Insert weight.

Die Formierung der mit Paste versehenen Elektroden kann nach bekannten Verfahren erfolgen. Das heißt, es ist möglich, die Elektroden mittels der üblichen Tankformierung zu formieren, bevor sie in dem Batteriebehälter zusammengebaut werden. Sofern dieses Verfahren angewandt wird, sollen die formierten Elektroden getrocknet werden, um restlichen Elektrolyten zu entfernen. The formation of the electrodes provided with paste can be done according to known procedures. This means that it is possible to form the electrodes using the usual tank formation, before they are assembled in the battery case. If this method is used, the formed electrodes should dried to remove residual electrolyte.

Es wird jedoch angestrebt, die nicht-formierten Elektroden und die Separatoren in den Behälter einzubringen, die notwen-However, the aim is to introduce the non-formed electrodes and the separators into the container, the necessary

digen elektrischen Verbindungen zu erzeugen, den Batteriedeckel dicht am Behälter anzubringen, den erforderlichen Elektrolyten durch eine für die Anbringung des Entlastungsventils im Deckel vorgesehene Öffnung in den Behälter einzubringen und daraufhin das Entlastungsventil in seine Betriebsstellung zu bringen. Die Formierung wird daraufhin unter Bedingungen durchgeführt, wie sie für die übliche Ein-Schritt-Blei/Säure-Batterien-Formierung geeignet sind. Es kann jedoch zweckmäßig Sein, in den Endstufen des Formierungsvorganges weniger harte Bedingungen vorzusehen, als dies üblicherweise geschieht. Weiterhin kann es wünschenswert sein, den Formierungselektrolyten anfangs etwas abzukühlen.digen electrical connections to produce the battery cover to be attached close to the container, to introduce the required electrolyte into the container through an opening provided for the attachment of the relief valve in the lid and then to bring the relief valve into its operating position. The formation will then appear under Conditions carried out as for the usual one-step lead / acid battery formation are suitable. However, it can be useful in the final stages of the formation process provide less severe conditions than is usually the case. Furthermore, it can be desirable be to cool the forming electrolyte a little at first.

In gleicher Weise ist zu beachten, daß dann, wenn eine insitu Formierung angewandt wird, die Formierung innerhalb ungefähr 30 bis 60 min oder dgl. begonnen wird, nachdem der Elektrolyt zugesetzt worden ist. Längere Verzögerungen können zu Bedingungen führen, die schließlich zu inneren Kurzschlüssen führen.In the same way it should be noted that if an in-situ formation is used, the formation is within is started about 30 to 60 minutes or so after the electrolyte is added. Longer delays can create conditions that eventually lead to internal short circuits.

Die zugesetzte Menge an Elektrolyt soll vorzugsweise nicht ausreichen, um die absorbierenden Materialien der Batterie vollständig zu sättigen; d.h., die Batterie soll in einem Zustand mit ungenügender Elektrolyt-Füllung verbleiben. Obwohl die Batterie im Gebrauch selbst-regulierend ist, könnte eine vollständige Sättigung zu einer übermäßigen Gasentwick-The amount of electrolyte added should preferably not be sufficient for the absorbing materials of the battery to fully saturate; i.e. the battery should remain in a condition with insufficient electrolyte filling. Even though the battery is self-regulating in use, full saturation could lead to excessive gas evolution.

lung im Verlauf der anfänglichen Stufen der Aufladung beim zyklischen Betrieb führen. Beim weiteren Gebrauch wird dann ein Gleichgewichtszustand erreicht, wo ein wirksamer Sauerstoff rekombinationszyklus gewährleistet ist. Die im Verlauf der anfänglichen Stufen auftretende, etwas höhere Gasentwicklung kann weitgehend beseitigt werden, indem das für eine wirksame Sauerstoffrekombination erforderliche besondere Hohlraumvolumen eingestellt wird. Insgesamt hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine ausreichende Menge Elektrolyt zuzusetzen, um das Absorptionsvermögen des Systems bis zu einem Wert von ungefähr 90% zu sättigen.development in the course of the initial stages of charging in cyclical operation. If you continue to use reaches a state of equilibrium where an efficient oxygen recombination cycle is ensured. The one in the course The slightly higher gas evolution that occurs in the initial stages can largely be eliminated by applying this for a effective oxygen recombination required special Void volume is adjusted. Overall, it turned out to be Proven to be useful to add a sufficient amount of electrolyte to the absorption capacity of the system up to one Saturate value of about 90%.

Es ist sorgfältig darauf zu achten, in dem System freien Elektrolyten zu vermeiden. Nennenswerte Mengen an freiem Elektrolyten (d.h., nicht unbeweglich gemacht in dem Elektrolyt und den Separatoren) können die Leistung dieser Batterien nachteilig beeinflussen.Care must be taken to avoid free electrolytes in the system. Notable amounts of free Electrolytes (i.e., not immobilized in the electrolyte and separators) can increase the performance of these batteries adversely affect.

In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein selbst-wiederschließendos Entlastungsventil vorgesehen, das bereits bei einem extrem niedrigen Innendruck den Druckausgleich durchführt. Zu diesem Zweck ist ein VentilIn accordance with one aspect of the present invention, there is provided a self-closing dosing relief valve, which already carries out the pressure equalization at an extremely low internal pressure. For this purpose there is a valve

2 vorgesehen, das bei Innendrücken von ungefähr 0,35 bis 2,1 N/cm Überdruck (0,5 bis 3,0 psig) öffnet. In der Tat ist vorzugsweise vorgesehen, während des Betriebs innere Arbeitsdrücke2 provided that at internal pressures of approximately 0.35 to 2.1 N / cm Positive pressure (0.5 to 3.0 psig) opens. Indeed, internal working pressures are preferably provided during operation

2 von nicht mehr als ungefähr 0,7 oder vielleicht 1,4 N/cm Überdruck (1 oder 2 psig) anzuwenden, so daß die üblicher-2 of no more than about 0.7 or perhaps 1.4 N / cm Overpressure (1 or 2 psig) so that the usual

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weise benutzten, dünnwandigen Kunststoffbehälter angewandt werden können.Wisely used, thin-walled plastic containers can be applied.

Die nachstehenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne diese einzuschränken. Sofern andere Angaben fehlen, beziehen sich sämtliche Prozentangaben auf das Gewicht.The following examples serve to further illustrate the invention without restricting it. Unless otherwise specified absent, all percentages relate to weight.

Beispiel 1;Example 1;

Dieses Beispiel erläutert die Leistungsfähigkeit einer abgedichteten, erfindungsgemäßen Blei/Säure-Batterie im Vergleich zu einer üblichen, wartungsfreien Batterie mit frei beweglichem Elektrolyten.This example illustrates the performance of a sealed, lead / acid battery according to the invention compared to a conventional, maintenance-free battery with freely movable Electrolytes.

Batterien mit einer Nennleistung von ungefähr 71 Ampere-Stunden wurden in einem Hartgummibehälter zusammengebaut. Jede Batterie enthielt 17 Platten pro Zelle. Als Legierungen für die Gitter beider Batterien diente eine Calcium-Zinn-Blei-Legierung einer Zusammensetzung 0,09 % Calcium, 0,3 % Zinn, Rest Blei. Die Dichte der positiven Paste betrug 4,0 g/cm und diejenige der negativen Paste 4,4 g/cm , jeweils bezogen auf das Gewicht der getrockneten, nicht-formierten Paste. Die Pasten wurden bei 600C ungefähr 16 h lang bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % ausgehärtet, und im Anschluß daran bei 60 C für eine Zeitspanne von ungefähr 48 h oder dgl. in einer Umgebung mit Q % relativer Luftfeuchtigkeit gehalten. Jede Elektrode derBatteries rated at approximately 71 amp hours were assembled in a hard rubber container. Each battery contained 17 plates per cell. A calcium-tin-lead alloy with a composition of 0.09% calcium, 0.3% tin, the remainder lead, was used as the alloy for the grids of both batteries. The density of the positive paste was 4.0 g / cm and that of the negative paste was 4.4 g / cm, based in each case on the weight of the dried, non-formed paste. The pastes were cured at 60 ° C. for about 16 hours at a relative humidity of 100%, and then kept at 60 ° C. for a period of about 48 hours or the like in an environment with Q% relative humidity. Each electrode of the

erfindungsgemäßen Batterie wurde mit einem 2-schichtigen Separator umwickelt, der eine 0,33 mm dicke Innenschicht aus dem oben genannten Borsilikatglas-Material und eine 0,33 mm dicke Außenschicht aus einem punktweise gebundenen Polypropylen-Vliesmaterial aufwies. Dieser Separator war U-förmig um die Elektrode gefaltet, wie das Fig. 2 zeigt. Für die übliche, wartungsfreie Batterie wurde ein üblicher Polyvinylchloridseparator mit einer Schichtdicke von 0,94 mm mit einem 0,30 mm starken Rückengewebe verwendet.The battery according to the invention was made with a 2-layer Separator wrapped around a 0.33 mm thick inner layer made of the above borosilicate glass material and a 0.33 mm thick outer layer made of a point-wise bonded polypropylene nonwoven material. This separator was Folded in a U-shape around the electrode, as shown in FIG. 2. For the usual, maintenance-free battery, a standard one became Polyvinyl chloride separator with a layer thickness of 0.94 mm with a 0.30 mm thick backing fabric is used.

Weitere konstruktioneile Einzelheiten ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle 1:Further structural details can be found in the following table 1:

Tabelle 1Table 1

Parameterparameter

abgedichtete Batteriesealed battery

übliche Batterieusual battery

Schichtdicke des positiven Gitters (mm)Layer thickness of the positive grid (mm)

Schichtdicke des negativen Gitters (mm)Layer thickness of the negative grid (mm)

Gewicht der trockenen, positiven Paste pro Platte (g)Weight of dry, positive paste per plate (g)

Gewicht der trockenen, negativen Paste pro Platte (g)Weight of dry, negative paste per plate (g)

Gewichtsverhältnis der positiven Pante/Gitter ( g:g)Weight ratio of positive frame / grid (g: g)

Gewichtsverhältnis der negativen Paste/Gitter (g:g)Negative paste / grid weight ratio (g: g)

1,04 0,99 110
101
70/40 62,5/38,5
1.04 0.99 110
101
70/40 62.5 / 38.5

spez. Gewicht des Elektrolyten (g/cm ) 1,285spec. Electrolyte weight (g / cm) 1.285

Abstand zwischen benachbartenDistance between neighboring

Platten (mm) 0,56Plates (mm) 0.56

0404 5/38,55 / 38.5 o,O, 9999 285285 110110 10.110.1 70/4070/40 62,62, 1,1,

0,940.94

Weitere Einzelheiten der jeweiligen Batterien ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle 2.Further details of the respective batteries can be found from Table 2 below.

Tabelle 2Table 2

33 356356 33 375375 11 919919 22 077077 1010 ,73, 73 66th ,94, 94

Parameter abgedichtete üblicheParameters sealed usual

Batterie BatterieBattery battery

Gesamtgewicht der positiven Paste (g) 3 356 Gesamtgewicht der negativen Paste (g) 3 375 Gesamtgewicht der positiven Gitter (g)l 919 Gesamtgewicht der negativen Gitter (g)2 077Total positive paste weight (g) 3,356 Total negative paste weight (g) 3,375 Total weight of positive grids (g) l 919 Total weight of negative grids (g) 2,077

Blei-Gesamtgewicht innerhalb desTotal lead weight within the

Elementes (kg) 10,73Element (kg) 10.73

Elektrolyt-Gesamtgewicht" (kg) 2,61Total Electrolyte Weight "(kg) 2.61

Die Platten und Separatoren wurden innerhalb der Behälter angeordnet, die notwendigen elektrischen Verbindungen erzeugt und die Formierungssäure mit einem spezifischen Gewicht von 1,200 g/cm3 auf -18°C abgekühlt. Es wurde eine Ladungsfolge von 7 A für 16,5 h, anschließend von 4 A für 3 h und daraufhin von 2 A für 2 h durchgeführt. Daraufhin wurden die Behälterabdeckungen angebracht. Die abgedichtete Batterie wies ein übliches Bunsen-Entlastungsventil auf, das bei einem Innendruck von 0,35 N/cm Überdruck (0,5 psig) öffnete.The plates and separators were arranged inside the container, the necessary electrical connections were made and the forming acid with a specific weight of 1,200 g / cm 3 was cooled to -18 ° C. A charge sequence of 7 A for 16.5 h, then 4 A for 3 h and then 2 A for 2 h was carried out. The container covers were then attached. The sealed battery had a standard Bunsen relief valve that opened when the internal pressure was 0.35 N / cm gauge (0.5 psig).

Die Batterien wurden daraufhin geprüft, wobei die in der nachfolgenden Tabelle 3 aufgeführten Ergebnisse erhalten wurden.The batteries were then tested, with those listed below Results listed in Table 3 were obtained.

- 34 -- 34 -

Tabelle 3Table 3

Untersuchte Eigenschaft abgedichtete üblicheExamined property sealed usual

Batterie BatterieBattery battery

Kaltstart bei -18°C, Spannung nachCold start at -18 ° C, voltage after

30 see bei einem Strom von 550 A 8,05 7,60 Relativer elektrischer Widerstand30 seconds at a current of 550 A 8.05 7.60 Relative electrical resistance

bei -18°C 9,9 11,2at -18 ° C 9.9 11.2

Leistungsreserve bei einem Entladungs-Power reserve for a discharge

strom von 25 A (min) "■ 78 124current of 25 A (min) "■ 78 124

Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße, abgedichtete Batterie eine bessere Kaltstart-Energie gewährleistet, als die übliche, wartungsfreie Batterie. Fig. 4 zeigt diese bessere Leistung für die 60 see lange Entladung jeder Batterie, wobei die Kurve "1" das erfindungsgemäße, abgedichtete System betrifft, während die Kurve "2" die übliche, wartungsfreie Batterie betrifft.It can be seen that the inventive, sealed Battery guarantees better cold start energy than the usual, maintenance-free battery. Fig. 4 shows this better performance for the 60 second discharge of each battery, curve "1" being the sealed according to the invention System relates, while curve "2" relates to the usual, maintenance-free battery.

Wie jedoch aus Tabelle 3 ersichtlich ist, war die Leistungsreserve der erfindungsgemäßen, abgedichteten Batterie deutlich kleiner als diejenige der üblichen, wartungsfreien Batterie. Hier ist jedoch zu beachten, daß die Aktivmaterialpasten nicht modifiziert waren, wie das oben beschrieben ist, woraus die Notwendigkeit einer geeigneten Modifizierung erkennbar ist, um sämtliche Vorzüge der vorliegenden Erfindung auszuwerten.However, as can be seen from Table 3, the power reserve of the sealed battery according to the invention was clear smaller than that of the usual, maintenance-free battery. It should be noted here, however, that the active material pastes were not modified as described above, from which the need for suitable modification can be seen is to evaluate all of the benefits of the present invention.

Φ « » # οο · » ο β α α Φ «» # οο · »ο β α α

- 35 -- 35 -

Die erfindungsgemäße, abgedichtete Batterie wurde einem üblichen SLI-Test (12 Minuten-Zyklus, J-240-Folge) unterzoyon und fiel nach ca. 4 500 Zyklen aus, was deutlich weniger ist, als die typische Leistungsfähigkeit einer handelsüblich zugänglichen, wartungsfreien Batterie. Die Art des Ausfalles ließ jedoch darauf schließen, daß die Ursachen in einem Konstruktionsfehler des besonderen positiven Gitters zu suchen war.The sealed battery of the present invention was a usual SLI test (12 minute cycle, J-240 sequence) unterzoyon and failed after approx. 4,500 cycles, which is evident is less than the typical performance of a commercially available, maintenance-free battery. the However, the nature of the failure suggested that the The cause was to be found in a design flaw in the particular positive grid.

Beispiel 2;Example 2;

Dieses Beispiel erläutert die Lebensdauer, die bei einer erfindungsgemäßen, abgedichteten Batterie erzielbar ist.This example explains the lifespan that a sealed battery according to the invention can be achieved.

Es wurde eine Versuchsbatterie zusammengebaut mit einer Nennleistung von ungefähr 67 Ampere-Stunden, die 13 Platten pro Zelle enthielt. Die verwendeten Legierungen hatten die in Beispiel 1 angegebene Zusammensetzung. Die Dichte der ausgehärteten, nicht-formierten Paste des negativen Aktivmaterials betrug ungefähr 4,4 g/cm und diejenige desA test battery rated approximately 67 amp-hours, the 13 plates, was assembled contained per cell. The alloys used had the composition given in Example 1. The concentration the hardened, non-formed paste of the negative Active material was about 4.4 g / cm and that of the

3 positiven Aktivmaterials ungefähr 3,9 g/cm . Die negative Paste wurde aus einem Material erzeugt, das im wesentlichen enthielt 1200 g Bleiglätte (Blei(II)Oxid), 50 g übliches Aufweitungsgemisch und ungefähr 0,3 % kolloidales Siliciumdioxid, bezogen auf das Gewicht der trockenen, nicht-formierten Paste.3 positive active material approximately 3.9 g / cm. The negative paste was made from a material that essentially contained 1200 g of black lead (lead (II) oxide), 50 g of usual Dilatation mixture and approximately 0.3% colloidal silicon dioxide, based on the weight of the dry, non-formed paste.

Die Pasten wurden ausgehärtet, wie das in Beispiel 1 beschrieben ist. Die positiven Platten wurden mit 2 Lagen "des oben beschriebenen Borsilikatglas-Materials umwickelt; die negativen Platten wurden mit einer einzigen Lage dieses Borsilikatglas-Materials umwickelt.The pastes were cured as described in Example 1 is. The positive plates were wrapped with 2 layers of the borosilicate glass material described above; the negative plates were wrapped with a single layer of this borosilicate glass material.

Die Platten und Separatoren wurden in einem dünnwandigen Standard-Kunststoffbehälter (für SLI-Anwendungen) angeordnet, wie er auch für handelsübliche, wartungsfreie Batterien verwendet wird, der jedoch dahingehend modifiziert worden war, um die Höhe der Halterungen am Boden des Behälters erheblich zu verringern. Der Zusammenbau und die Formierung erfolgten im wesentlichen in gleicher Weise wie das in Beispiel 1 beschrieben ist, wobei für die Formierung die besondere Folge mit Ladevorgängen von 7 A für 18 h, gefolgt von 4 A für 6 h und schließlich von 2 A für 2 h durchgeführt wurde.The plates and separators were placed in a standard thin-walled plastic container (for SLI applications), as he does for standard, maintenance-free batteries is used, which however had been modified to the height of the brackets at the bottom of the container to decrease significantly. The assembly and formation were done in essentially the same way as that is described in Example 1, the special sequence with charging processes of 7 A for 18 h, followed for the formation of 4 A for 6 h and finally of 2 A for 2 h became.

Weitere konstruktioneile Einzelheiten ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle 4, wo ebenfalls entsprechende Angaben für eine übliche, wartungsfreie Batterie zum Vergleich gegenübergestellt sind.Further structural details can be found in Table 4 below, which also provides corresponding information for a standard, maintenance-free battery for comparison are.

3Ί393523Ί39352

_ 37 —_ 37 -

Tabelle 4Table 4

parameter abgedichtete
Batterie
parameters sealed
battery

übliche Batterieusual battery

Dicke des positiven Gitters (mm) Dicke des negativen Gitters (mm)Positive Grid Thickness (mm) Negative Grid Thickness (mm)

Gewicht der trockenen positiven Platte (g)Weight of dry positive plate (g)

Gewicht der trockenen negativen Platte (g)Weight of dry negative plate (g)

Gewichtsverhältnis der positiven Paste zu dem Gitter (g:g)Weight ratio of the positive paste to the grid (g: g)

Gewichtsverhältnis der negativen Paste zu dem Gitter (g:g)Weight ratio of negative paste to grid (g: g)

spez. Gewicht des Elektrolyten (g/cm3)spec. Weight of the electrolyte (g / cm 3 )

1,901.90 ,2, 2 . 1,62. 1.62 1,291.29 1,191.19 148148 149149 104104 107107 89,8:5889.8: 58 87:6287:62 63,5:4063.5:40 66:4166:41 1,2901.290 1,2651.265

In der nachstehenden Tabelle 5 sind Einzelheiten der zusammengebauten Batterie aufgeführt, einschl. Angaben zu der Vergleichsbatterie. In Table 5 below are details of the assembled Battery listed, including information on the comparison battery.

Tabelle 5Table 5

Parameter abgedichtete übliche Batterie BatterieParameters sealed common battery battery

Gesamtgew. Gesamtgew. Gesamtgew. Gesamtgew.Total weight Total weight Total weight Total weight

Gesamtgew. Gesamtgew. Gesamtgew.Total weight Total weight Total weight

der posititen Paste (g) der negativen Paste (g) des positiven Gitters (g) der negativen Gitter (g)the positive paste (g) the negative paste (g) the positive grid (g) the negative grid (g)

innerhalb d. Elemente (kg) d.Elektrolyten (kg) ungef. d. Batterie (kg)within d. Elements (kg) of electrolytes (kg) approx. d. Battery (kg)

33 229229 3 1293 129 22 613613 2 7712,771 22 458458 2 2312 231 11 692692 1 7151 715 1010 ,04, 04 9,849.84 33 ,13, 13 ungef.5,26about 5.26 1414th ,60, 60 17,1517.15

Die erfindungsgemäße, abgedichtete Batterie wurde untersucht, und die ermittelten Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 6 aufgeführt, zusammen mit Angaben über die übliche Vergleichsbatterie.The sealed battery according to the invention was examined and the results obtained are shown in Table 6 below, along with information on the usual comparison battery.

Tabelle 6Table 6

Untersuchte EigenschaftProperty examined

abgedichtete übliche Batterie Batteriesealed conventional battery battery

Kaltstart bei -18 C, Spannung (V) nach 30 see bei einem Entladungsstrom von 500 A Cold start at -18 C, voltage (V) after 30 seconds with a discharge current of 500 A.

Leistungsreserve bei einem Entladungsstrom von 25 A (min)Power reserve at a discharge current of 25 A (min)

7,847.84

9191

7,27.2

102102

Aus Tabelle 6 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße, abgedichtete Batterie die gleiche Verbesserung beim Kaltstart gewährleistet, wie die Batterie nach Beispiel 1. Obwohl diese nicht die gleichen sind wie bei der üblichen Batterie, haben die Modifizierungen der negativen Gitter zusammen mit dem erhöhton Abstand zwischen benachbarten Platten zu einer Verbesserung gegenüber der Batterie nach Beispiel 1 geführt. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann durch eine weitere Modifizierung der Aktivmaterialpasten erzielt werden, wie das oben beschrieben ist. Mit der abgedichteten Batterie wurde die in Beispiel 1 angegebene Lebensdauerprüfung durchgeführt (J-240-Prüfung), welche eine Lebensdauer von ungefähr 8000 Zyklen ergab. Im Verlauf dieser Untersuchungs-FolgenFrom Table 6 it can be seen that the inventive, sealed Battery ensures the same improvement in cold start as the battery according to example 1. Although this are not the same as with the usual battery, the modifications have the negative grid along with the increased spacing between adjacent panels for an improvement compared to the battery according to Example 1 out. A further improvement in this regard can be made by another Modification of the active material pastes can be achieved, as described above. The life test given in Example 1 was carried out on the sealed battery (J-240 test) which gave a life of approximately 8000 cycles. In the course of this investigation episode

* a β ·* a β

- 39 -- 39 -

wurde die Batterie bei 500 A entladen, und es wurden die 5-sec-Spannung und die 30-sec-Spannung aufgezeichnet. Die entsprechenden Ergebnisse sind in Fig. 5 graphisch dargestellt, wobei die Kurve "3" die 5-sec-Spannung und die Kurve "4" die 30-sec-Spannung wiedergibt. Der Ausfall beruhte auf einer Korrosion des positiven Gitters, was offensichtlich auf einem Konstruktionsfehler an diesen 5^ Gittern beruhte.the battery was discharged at 500 A and the 5 sec voltage and 30 sec voltage were recorded. The corresponding results are shown graphically in FIG. 5, with curve "3" representing the 5-sec tension and curve "4" representing the 30-sec tension. The failure was due to corrosion of the positive grid, which was apparently due to a design flaw in these 5 ^ grids.

Als eindeutiges Ergebnis ist festzuhalten, daß diese erfindungsgemäße, abgedichtete Batterie während der gesamten J-240-Lebensdauerprüfung lediglich ungefähr 68,0 g Wasser (bei einer Meßgenauigkeit von + 22,6 g) verloren hat, was etwa eine Größenordnung weniger ist, als für übliche, wartungsfreie Batterien zu erwarten ist.As a clear result it can be stated that this invention, sealed battery only approximately 68.0 grams of water throughout the J-240 life test (with a measurement accuracy of + 22.6 g) has lost, which is about an order of magnitude less than for conventional, maintenance-free Batteries is to be expected.

Damit ist dargelegt worden, daß die erfindungsgemäße Batterie sämtliche Vorteile eines abgedichteten Systems gewährleistet und insbesondere einen verbesserten Spitzenstrom bei relativ hohen Entladungswerten für kurze Zeitspannen ergibt, wie sie bei einer Vielzahl sog. Pufferanwendungen auftreten können. Bei der Anwendung als Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterie von Kraftfahrzeugen gewährleistet die vorliegende Erfindung eine deutlich gesteigerte Kaltstartenergie. Diese Leistung wird unter Beibehaltung der anderen Leistungs- und Kenndaten erzielt. Die Gewährleistung einer wirksamen Sauerstoffrekombi-It has thus been demonstrated that the battery according to the invention ensures all the advantages of a sealed system and in particular an improved peak current at relative high discharge values for short periods of time, as can occur in a variety of so-called buffer applications. When used as a starter, lighting and ignition battery in motor vehicles, the present invention ensures a significantly increased cold start energy. This performance is maintained while maintaining the other performance and characteristic data achieved. Ensuring an effective oxygen recombining

- 40 -- 40 -

nation auch bei extrem niedrigen Werten für den Innendruck erlaubt überlegene Eigenschaften hinsichtlich der Wartungsfreiheit. Das Arbeiten mit den niederen Innendrücken erlaubt weiterhin die Anwendung üblicher, dünnwandiger Kunststoffbehälter, was sich als ein besonders wertvoller Gesichtspunkt für die Anwendung bei Kraftfahrzeugen erweist, wo die Gewichtsreduzierung mehr und mehr an Bedeutung gewinnt. Tatsächlich kann die relativ hohe volumenmäßige Energiedichte, die erfindungsgemäß erreichbar ist, dazu ausgenutzt werden, um Behälter mit noch kleineren Abmessungen vorzusehen, ohne die Leistungsfähigkeit der Batterie zu beeinträchtigen.nation, even with extremely low values for the internal pressure, allows superior properties with regard to the Maintenance-free. Working with the low internal pressures continues to allow the use of conventional, thin-walled plastic containers, which turns out to be a special proves valuable point of view for application in motor vehicles, where the weight reduction is more and more is gaining in importance. In fact, the relatively high volumetric energy density that can be achieved according to the invention is to be exploited to provide containers with even smaller dimensions, without the performance of the Affect the battery.

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Claims (15)

• · Patentanwälte: * Γ°: ' im • · Patent attorneys: * Γ °: 'i m " TISCHER ;*KERN & BRE"TISCHER ; * KERN & BRE Albert-Rosshaupter-Strasse 65 · D 8000 München 70 ■ Telefon (089) 7605520 ■ Telex 05-212284 patsd · Telogramme Kernpatent München Albert Rosshaupter-Strasse 65 · D 8000 Munich 70 ■ Telephone (089) 7605520 ■ Telex 05-212284 patsd · T elo programs core patent Munich GOULD INC. 2. Oktober 1981GOULD INC. 2nd October 1981 Gould Center, GD-54Gould Center, GD-54 Rolling Meadows, Illinois 60008,
U. S. A.
Rolling Meadows, Illinois 60008,
United States
Abgedichtete, wartungsfreie Blei/Säure-Batterie für Pufferanwendungen Sealed, maintenance-free lead / acid battery for buffer applications Patentansprüche:Patent claims: Wartungsfreie Blei/Säure-Batterie mit für Pufferanwendungen geeigneten Eigenschaften,
gekennzeichnet durch
Maintenance-free lead / acid battery with properties suitable for buffer applications,
marked by
einen abgedichteten Behälter (12), der durch innere Untertei lung (14) in eine Anzahl Zellen unterteilt ist? eine Anzahl positiver Platten (16), welche in jeder Zelle vorhanden sind und ein selbsttragendes Gitter sowie ein positives, pastenförmiges, auf-dem Gitter aufgebrachtes Aktivmaterial aufweisen;a sealed container (12), the inner sub-part ment (14) is divided into a number of cells? a number of positive plates (16) in each cell are present and a self-supporting grid and a positive, paste-like, applied to the grid Have active material; eine Anzahl negativer Platten (18), welehe in jeder Zelle vorhanden sind und ein selbsttragendes Gitter sowie nega-a number of negative plates (18) in each cell are present and a self-supporting grid and negative — 2 "·- 2 "· tives, pastenförmiges, auf dem Gitter aufgebrachtes Aktivmaterial aufweisen;tive, paste-like active material applied to the grid exhibit; wenigstens eine Schicht aus einem den Elektrolyten absorbierenden und zurückhaltenden Separatormaterial (20) in innigem Kontakt mit den positiven und negativen Platten (16 bzw. 18) unter gleichzeitiger Trennung derselben voneinander; at least one layer of a separator material (20) which absorbs and retains the electrolyte in intimate contact with the positive and negative plates (16 and 18, respectively) while separating them from one another; einen in diesen Platten (16,18) und Separatoren (20) absorbierten Schwefelsäure-Elektrolyten, wobei diese Platten (16,18) und Separatoren (20) ausreichend porös sind, um genügend Elektrolyten zurückzuhalten, damit eine Leistung von wenigstens ungefähr 25 Ampere-Stunden gewährleistet ist; unda sulfuric acid electrolyte absorbed in these plates (16, 18) and separators (20), these plates (16,18) and separators (20) are sufficiently porous to hold back enough electrolyte to allow performance is assured of at least about 25 amp hours; and dieser Behälter wenigstens ein, unter üblichen Bedingungen geschlossenes Entlastungsventil (28) aufweist, das Gas aus dem Behälterinneren in die umgebende Atmosphäre abzulassen vermag, wenn der Druck innerhalb des Behälters in einem Bereich von unge
psig) liegt.
this container has at least one, under normal conditions, closed relief valve (28), which is able to release gas from the interior of the container into the surrounding atmosphere when the pressure within the container is in a range of unge
psig).
2 ·· reich von ungefähr 0,35 bis 2,1 N/cm überdruck (0,5 bis 3,02 range from approximately 0.35 to 2.1 N / cm overpressure (0.5 to 3.0
2. Batterie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
2. Battery according to claim 1,
characterized in that
wenigstens eines der positiven und negativen Gitter aus einer Calcium-Zinn-Blei-Legierung besteht.at least one of the positive and negative grids is made of a calcium-tin-lead alloy.
3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
3. Battery according to claim 1 or 2,
characterized in that
θ β ίθ β ί tf (J βtf (J β fc O. Ö A ** ft fc O. Ö A ** ft κο α α ό ο θ Cκο α α ό ο θ C das positive Aktivmaterial eine Dichte von ungefähr 3,0 bis 4,2 g/cm aufweist.the positive active material has a density of about 3.0 to 4.2 g / cm.
4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das positive Aktivmaterial ungefähr 0,05 bis 1,0 Gew.-% ein den Elektrolyten zurückhaltendes Mittel enthält.4. Battery according to one of claims 1 to 3, characterized in that the positive active material contains approximately 0.05 to 1.0% by weight of an electrolyte-retaining agent. 5. Batterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektrolyten zurückhaltende Mittel kolloidales Siliciumdioxid ist.5. Battery according to claim 4, characterized in that the electrolyte-retaining agent is colloidal silicon dioxide. 6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das negative Aktivmaterial eine Dichte von ungefähr 3,2 bis 4,1 g/cm aufweist.6. Battery according to one of claims 1 to 5, characterized in that the negative active material has a density of approximately 3.2 to 4.1 g / cm. 7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das negative Aktivmaterial ungefähr 0,05 bis 1,0 Gew.-% ein den Elektrolyten zurückhaltendes Mittel enthält.7. Battery according to one of claims 1 to 6, characterized in that the negative active material contains approximately 0.05 to 1.0% by weight of an electrolyte-retaining agent. 8. Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektrolyten zurückhaltende Mittel kolloidales Siliciumdioxid ist.8. Battery according to claim 7, characterized in that the electrolyte-retaining agent is colloidal silicon dioxide. 9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das negative Aktivmaterial ein organisches Aufweitungsmittel in einem Anteil von ungefähr 0,3 bis 1,0 Gew.-% enthält.9. Battery according to one of claims 1 to 8, characterized in that the negative active material contains an organic expanding agent in a proportion of approximately 0.3 to 1.0% by weight. 10. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das negative Aktivmaterial einen Zusatz enthält, welcher die Verfestigung der Bleisulfatkristalle im Verlauf der Ladungs-Entladungs-Zyklen auf ein Minimum reduziert, welcher Zusatz in einem Anteil von ungefähr 0,3 bis 1 Gew.-% vorhanden ist.10. Battery according to one of claims 1 to 9, characterized in that the negative active material contains an additive which reduces the solidification of the lead sulfate crystals in the course of the charge-discharge cycles to a minimum, which additive in a proportion of approximately 0.3 to 1% by weight is present. 11. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von negativem Aktivmaterial zu positivem Aktivmaterial einen Wert kleiner 1,0 hat.11. Battery according to one of claims 1 to 10, characterized in that the weight ratio of negative active material to positive active material has a value less than 1.0. 12. Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert dieses Verhältnisses im Bereich von ungefähr 0,75 bis 0,92 : 1 liegt.12. Battery according to claim 11, characterized in that the value of this ratio is in the range of about 0.75 to 0.92: 1. 13. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektrolyten zurückhaltende und absorbierende Separatormaterial ein Borsilikatglas-Material ist.13. Battery according to one of claims 1 to 12, characterized in that the separator material which retains and absorbs the electrolyte is a borosilicate glass material. βοο·βοο 14. Batterie nach Anspruch 13f
dadurch gekennzeichnet, daß
14. Battery according to claim 13 f
characterized in that
der Separator wenigstens zwei Lagen aus Elektrolyt zurückhaltendem und absorbierendem Material aufweist, wobei die zu den Platten benachbarte Lage aus dem Borsilikatglas-Material besteht.The separator retains at least two layers of electrolyte and absorbent material, wherein the layer adjacent to the plates is made of the borosilicate glass material consists.
15. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß15. Battery according to one of claims 1 to 14, characterized in that ein gemeinsamer Rohrverteiler eine Anzahl dieser Zellen an ein Druckentlastungsventil anschließt.a common manifold connects a number of these cells to a pressure relief valve.
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