DE3126323A1 - Alkalische batterie und dafuer verwendbarer elektrolytabsorber - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein Batterieseparatorsysteme und insbesondere alkalische Elektrolytabsorber für die Verwendung beispielsweise in Zellen (Elementen) von. sekundären alkalischen Batterien mit einer hohen Energiedichte.

Ein technisches Gebiet, auf dem die Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft ist, ist dasjenige der Batterien mit hoher Energiedichte, wie z.B. der Batterien, wie sie in der US-Patentanmeldung Nr. 57 329 beschrieben sind. In der genannten US-Patentanmeldung ist ein Batterie-Elektrolytabsorber beschrieben, der in Kombination mit einem

"TreTirfwaTid-Typ in einem Separationssystem verwendet

wird, das in erster Linie für alkalische Silber-Zink- und Nickel-Zink-Elektrolysezellen bestimmt ist. Der darin beschriebene Elektrolytabsorber, der so geformt wird, daß er ein Gehäuse für die Aufnahme eines Elektrolyten bildet, besteht aus einer Asbestplatte von Brennstoffelement-Qualität, d.h. einer Dicke von etwa 0,18 mm (7 mils), die in einem Holländer (einer Stoffmühle) mit 5 Gew.-% Butyllatexkautschuk behandelt wird. Das Absorbermaterial kann den Elektrolyten absorbieren, es kann den Elektrolyten mit einer eingeschlossenen Elektrode in Kontakt halten und es kann als Durchgang mit niedrigem Widerstand für die Elektrolytionen wanderung dienen. Wie es in der Regel der Fall ist, ergibt das Absorbermaterial selbst jedoch keine ausreichende Sperre (Isolierung) für die Elektrodenionen wanderung. Daher wird in Batteriezellen (Batterieelementen), in denen Zink als negatives Elektrodenmaterial verwendet wird, wobei an der

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negativen Elektrode während der Aufladung eine Reduktion des Elektrodenmaterials erfolgt und wobei die Neigung besteht, daß sich Dendrite mit scharfen, zahnartigen VorsprUngen auf der negativen Elektrode anreichern, ein Separator vom Sperrschicht-Typ ähnlich demjenigen, wie er in der obengenannten US-Patentanmeldung beschrieben ist, auch dazu verwendet, die Wanderung von Elektrodenionen und das daraus resultierende Wachstum der Dendritkristalle zu verhindern. Die Neigung zur Bildung von Dendriten nimmt ab, wenn die löslichen Zinkationen in unmittelbarer Nähe der negativen Elektrode gehalten werden.

Unter dem Gesichtspunkt möglicher Umweltgefahren durch die Verwendung von Asbest als Substrat ist man gezwungen, ein billiges, hochwirksames polymeres Material als Ersatz für das Asbestsubstrat zu entwickeln.

In einem System, das diese Forderung erfüllt, wurde nun ein Separator vom Sperrschicht-Typ entwickelt, der eine benetzbare schmelzgeblasene thermoplastische Polymerbahn als Ersatz für das Asbest als Separatorsubstrat enthält. Ein solcher Separator ist in der US-Patentanmeldung Nr. 001 924 beschrieben.

In der US-Patentschrift 3 985 580 ist ein Verfahren zur Herstellung von benetzbaren Polyolefin-Batterieseparatoren beschrieben, die über lange Gebrauchszeiträume in Batterien, in denen verdünnte Schwefelsäure als Elektrolyt verwendet wird, hinweg ihre Benetzbarkeit beibehalten. Bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen Separator handelt es sich vorzugsweise um eine selbsttragende, nicht-gewebte Matte aus Polypropylenfasern

einer Dicke von 0,25 bis 0,51 mm (10 bis 20 mils) mit einem löslichen oberflächenaktiven Mittel und einer bestimmten Menge

kolloidalem Siliciumdioxid, das in die nicht-gewebte Matte eingearbeitet ist. Das Siliciumdioxid, bei dem es sich um einen kolloidalen Füllstoff handelt, ist jedoch in alkalischer Lösung löslich und der beschriebene Separator arbeitet in alkalischen Batterien nicht zufriedenstellend.

In der US-Patentschrift 4 072 802 ist ein Separator für Bleibatterien beschrieben, bei dem eine nicht-gewebte Polypropylenbahn nach der Herstellung mit einer Zusammensetzung benetzbar gemacht wird, die aus Polyvinylchlorid, Siliciumoxid und· Tetrahydrofuran besteht. Darin ist angegeben, daß dieses Material

Benetzbarkeit durch einen sauren

Elektrolyten verleiht. Zur Herstellung einer durch Alkali benetzbaren schmelzgeblasenen thermoplastischen Polymerbahn, die für die Verwendung als Elektrolytabsorber in einem Batteriseparatorsystem geeignet ist, ist es erwünscht, die Verluste an Benetzungsmitteln und Benetzungsmittelträgern, die ausgelaugt werden können oder durch Rühren entfernt werden können, minimal zu halten. Auch ist es erwünscht, bei einem im wesentlichen dauerhaft benetzbaren Material eine Benetzungszusammensetzung zu verwenden, welche die schnelle Benetzung des Materials erlaubt unter Erzielung eines sehr niedrigen Widerstandes für die Elektrolytionenwanderung.

Um den obengenannten Wünschen Rechnung zu tragen, wurden verschiedene andere Möglichkeiten zur Verbesserung der Benetzungseigenschaften eines polymeren Materials in alkalischen Batterien

untersucht. Diese Untersuchungen führten zu dem erfindungsgemäßen verbesserten Produkt.

Gegenstand der Erfindung ist ein verbesserter Elektrolytabsofber eines Elektrodenseparationssystems für die Verwendung in einer alkalischen Batteriezelle (Batterieelement), um den Elektrolyten mit einer eingeschlossenen Elektrode in Kontakt zu halten und um als Durchgang mit einem geringen Widerstand für die Elektrolytionenwanderung zu dienen.

Der verbesserte Absorber umfaßt ein flexibles faseriges Substrat und eine daran haftende verbesserte Benetzungszusammensetzung. Bei dem Substratmaterial, das so geformt ist, daß es ein Gehäuse für die Aufnahme einer Elektrode bildet, handelt es sich vorzugsweise um eine flexible, faserige und poröse schmelzgeblasene Polymerbahn, die gegenüber starkem Alkali und gegen Oxidation beständig ist. Das durch die Bahn gebildete Gehäuse ist entlang der Schnittkanten mit einem alkalibeständigen Klebstoff versiegelt. Wegen der hydrophoben Natur des Polyolefins wird die schmelzgeblasene Polymerbahn ohne Modifizierung jedoch bei der Anordnung in einem wäßrigen Medium nicht benetzt, so daß es erforderlich ist, das Substrat benetzbar zu machen und eine Struktur zu erzielen, die in einem alkalischen Elektrolyten im wesentlichen dauerhaft benetzt bleibt.

Um die schmelzgeblasene Bahn benetzbar zu machen, wird eine Zusammensetzung verwendet, die eine Mischung aus einem polymeren Bindemittel, einem inerten Füllstoff und einem Benetzungsmittel umfaßt. Ein geeignetes polymeres Bindemittel ist Buty!latex-

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kautschuk. Ein geeigneter Füllstoff ist Kaolinton« Eine besonders geeignete Klasse von Benetzungsmitteln ist das Kaliumsalz der organischen Polyphosphorsäureester·

Wenn die Mischung hergestellt wird, werden das Benetzungsmittel und das hydrophile Fullstoffmaterial innerhalb des Bindemittelmaterials homogen dispergiert.

Die gemischte Zusammensetzung wird auf den Fasern des Substrats unter Anwendung von Imprägnierverfahren (Sättigungsverfahren) abgeschieden. Die physikalische Struktur des Füllstoffmaterials erstreckt sich in einem großen Ausmaße über die Oberfläche praktisch jeder Faser der Bahn unter Bildung von beliebigen Jxydjaphilen Zentreri-tl.be.r- die Bahn·- . .

Wenn das auf diese Weise beschichtete Absorbermaterial beispielsweise in 45 /Siges Kaliumhydroxid (KOH) eingetaucht wird, entsteht durch Wechselwirkung mit dem in.der Benetzungszusammensetzung enthaltenden Benetzungsmittel (Netzmittel) ein modifizierter Elektrolyt. Dieser modifizierte Elektrolyt, der mit dem Absorber in Kontakt kommt, weist eine niedrigere Oberflächenspannung auf als das ursprüngliche 45 /Sige KOH. Daher werden die in willkürlicher Weise angeordneten hydrophilen Zentren mit einer höheren Benetzungsrate benetzt als die Zentren, die in dem ursprünglichen unmodifizierten 45 zeigen KOH benetzt würden.

Die Abscheidungen dieser Benetzungszusammensetzung auf den Fasern sind so, daß Zwischenräume zwischen den Fasern ver-

bleiben, die ausreichend groß sind, um das Absorbermaterial für den alkalischen Elektrolyten gut durchlässig zu machen. Das Absorbermaterial bleibt somit im wesentlichen dauerhaft benetzt, wenn es in einen KOH-Elektrolyten eingetaucht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet sind, näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine mikroskopische Darstellung eines Teils einer Folie (Platte) des erfindungsgemäßen Absorbermaterials;

Fig. 2 eine mikroskopische Darstellung eines Querschnitts einer Faser des Absorbermaterials gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer alkalischen Nickel-Zink-Batteriezelle, in der ein erfindungsgemäßer Absorber, der eine erste Elektrode umgibt, und ein Sperrschicht-Schutzseparator, der eine zweite Elektrode umgibt, verwendet werden;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer alkalischen Nickel-Cadmium-Batteriezelle, in der der erfindungsgemäße Ab-. sorber verwendet wird, der sowohl als Absorber als auch als Separator dient.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigt die Fig. 1 in 3000-facher Vergrößerung einen Teil eines Absorbers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Absorber 10 umfaßt ein faseriges polymeres Substrat 12 und eine darauf abgeschiedene Benetzungs- ^usammensetzung 14, die an der Oberfläche der Fasern 16-16 des Substrats 12 haftet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Substrat 12 aus einer schmelzgeblasenen Polypropylenbahn, wie in der US-Patentschrift 3 849 241 beschrieben mit einem Grundgewicht

2 0

innerhalb des Bereiches von etwa 15 g/m bis etwa 100 g/m , die in erster Linie durch physikalische Verfilzung gebunden ist zur Erzielung einer Festigkeit von mehr als etwa 0,27 kg/cm (1,5 lbs/inch) Breite in der Maschinenlaufrichtung unter Beibehaltung einer guten Flexibilität. Die schmelzgeblasene Bahn weist verhältnismäßig kleine Poren, jedoch ein verhältnismäßig großes Hohlraumvolumen, d.h· Bereiche, die nicht durch Fasern besetzt sind, auf. Dieses große Hohlraumvolumen ergibt viele Kapillarbereiche, die den Elektrolyten zurückhalten· Eine solche Bahn ist jedoch ohne Modifizierung ganz hydrophob und knnn den KOH~Elektrolyten, nicht absorbieren und zurückhalten.

Die durch konventionelle Sättigung (imprägnierung) auf der äußeren Oberfläche der Mikrofasern 16 abgeschiedene Benetzungszusammensetzung 14 modifiziert die schmelzgeblasene Bahn aus den Polyolefinfasern durch Herabsetzung der kritischen Oberflächenspannung des Substrats 12 gegenüber der Oberflächenspannung einer Lösung eines 45 /Sigen KOH-Elektrolyten. Beim Trocknen wird aus dem Substrat 12 mit der darauf abgeschiedenen Benetzungszusammensetzung 14 der Absorber 10, bei dem es sich nun um ein hydrophiles Material handelt und der hydrophil bleibt, so lange der Absorber 10 in den KOH-Elektrolyten eintaucht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Zusammensetzung 14 aus 16,5 % eines Latexkauschukbindemittels, 66 % eines in einem alkalischen Elektrolyten unlöslichen inerten Füllstoffs

und 17,5 % eines Benetzungsmittels (Netzmittels). Bei dem Latexbindemittel handelt es sich um ein unter dem Handelsnamen Butyllatex 100 von der Firma Burke Palmason Chemical Company of Pompano Beach, Florida/USA,vertriebenes oxidationsbeständiges kautschukartiges Material. Bei dem inerten Füllstoff handelt es sich um Kaolinton, in diesem Falle ein hydrophiles Pigment, das unter dem Handelsnamen Ultra White 90 von der Firma Engelhard Minerals and Chemical Corp. of Edison, N.J./USA, vertrieben wird. Bei dem gewählten Benetzungsmittel handelt es sich um ein solches aus der Klasse der Phosphatester-Surfactants, die enthalten oder bestehen aus dem Kaliumsalz eines komplexen organischen Polyphosphorsäureesters, Das verwendete spezielle Benetzungsmittel wird unter dem Handelsnamen Strodex PK90 von der Firma Dexter Chemical Co. of Bronx, New York/USA vertrieben.

Es wurde gefunden, daß der vorstehend beschriebene Absorber 10, wenn er aus einer schmelzgeblasenen Polypropylenbahn mit einem Grundgewicht von 30 g/m hergestellt worden ist, in einem 45 jSigen KOH-Elektrolyten einen Volumenwiderstand von 2 Ohm χ cm aufweist und daß er bei Raumtemperatur innerhalb 1 Minute praktisch vollständig benetzt wird.

Es ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß die Durchführung des vorstehend beschriebenen Benetzbarkeitstests mit dem Absorbermaterial ein wertvoller Indikator für das Leistungsvermögen des Materials ist, wenn es als Absorber in arbeitenden Zellen (Elementen) einer alkalischen Batterie verwendet wird.

-H-

Neben der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können andere Materialien, die für die Verwendung als Substratmaterial erfindungsgemäß geeignet sind, ein beliebiges polymeres Bahnmaterial/ das gegenüber starkem Alkali beständig ist und vorzugsweise aus Fasern mit einem Mikrodurchmesser bestehen, umfassen. Das Substrat kann eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,13 bis etwa 0,51 mm (5 bis 20 mils) und ein Grundgewicht innerhalb des Bereiches von 15 bis 200 g/m aufweisen.

Als geeignete Alternativen für das obengenannte Latexbindemittel eines Butyllatexkautschuks können auch Ionomerdispersionen verwendet werden· Während bei dem Butyllatexkautschuk-Bindemittel geringfügige Blockierungsprobleme auftreten können,

wenn Folien bzw. Platten aus dem Absorbermaterial gelagert

werden, gibt es andere Bindemittel (wie z.B. Polyäthylen und Ionomere), bei denen diese Blockierung vermieden wird.

Je nach Dicke des als Absorbermaterial verwendeten Substrats können diese Bindemittel etwa 12 bis etwa 30 % der wiederbenetzbaren Zusammensetzung ausmachen. Obgleich diese Sättigungszusammensetzungen gleichermaßen gut wirksam sind in einem wäßrigen System oder in einem System auf Lösungsmittelbasis, wird das Bindemittel vorzugsweise aus einem wäßrigen System aufgebracht aufgrund von Umwelt- und Kostenerwägungen·

Es wird angenommen, daß die gesamte Klasse von oberflächenaktiven Mitteln, die auf Phosphatestern basieren, geeignet sind. Andere übliche Klassen von im Handel erhältlichen wichtigen

oberflächenaktiven Mitteln, wie z.B. die Sulfonate und Sulfate, sowie viele nicht-ionische Typen sind ebenfalls als Benetzungsmittel wirksam, jedoch in einem geringeren Grade als die obengenannten. Das Benetzungsmittel kann 5 bis 17 Gew.-?£ der Benetzungszusammensetzung ausmachen.

Andere geeignete inerte Füllstoffe neben den in der bevorzugten Ausfuhrungsform genannten, können ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus anorganischen Materialien, wie z.B. Metalloxiden, Titanaten, Silikaten und dgl., und dabei kann es sich um pulverförmige oder faserige Teilchen einer geeigneten Größe handeln. In Abhängigkeit von dem verwendeten Substratmaterial können diese anderen Füllstoffe etwa 60 bis etwa 80 .-jS der Benetzungszusammensetzung ausmachen.

Zur .Herstellung der Benetzungszusammensetzung werden die inerten Füllstoffe zuerst unter Verwendung einer Kolloidmühle in Wasser fein dispergiert. Das Benetzungsmittel wird allmählich zugegeben, während die Faserdispersion mit einem Mischer mit geringer Scherwirkung gerührt wird«, Das polymere Bindemittel wird dann zugegeben und die Kombination wird erneut gründlich durchgerührt unter Bildung einer glatten Mischung.

Zur Abscheidung der Zusammensetzung auf der Oberfläche der Fasern eines Substrats 12 kann ein geeignetes konventionelles Sättigungsverfahren (imprägnierungsverfahren) angewendet werden. Die Mischung wird mit Wasser verdünnt, um einen Gesamtfeststoff ge halt einzustellen, der zu einer Abscheidung von 10 bis 40 Teilen der Sättigungsfeststoffe auf 100 Teile Fasern führt.

Typische Feststoffge halte innerhalb des Bereiches von 5 bis 12 % sind geeignet. Nachdem die Mischung auf die Fasern des

Substrats aufgebracht worden ist, kann man sie bei Raumtem- ^!

i peratur trocknen lassen, vorzugsweise wird das gesättigte j

Substrat jedoch unter Anwendung von Wärme oder auf irgendeine j andere geeignete V/eise getrocknet, um den Trocknungsprozeß \

zu beschleunigen· In der fertigen Form stehen Abschnitte des Füllstoffmaterials aus der Schicht des Latexkautschukbindemitte 1-Materials vor unter Bildung von beliebigen hydrophilen Zentren auf der Oberfläche praktisch jeder Faser des Substrats 12, was am besten aus der Fig. 2 zu ersehen ist, bei der es sich um eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Mikrofaser handelt, bei der die Benetzungsmittelzusammensetzung 14 auf der Oberfläche der Faser angeordnet ist.

Die bevorzugte Ausführungsform des Absorbermqterials 10 hat die folgende Struktur und Eigenschaften: j

1.) Die mikroskopischen Zwischenräume zwischen den Fasern sind. ^: ausreichend groß, um das Fasermaterial für den Elektrolyten sehr gut durchlässig zu machen;

2.) sie weisen eine hohe Kapillarretention sowie eine hohe Oberflächenretention des Elektrolyten auf; 3.) es tritt eine homogene Diffusion der Zusammensetzungsmaterialien innerhalb der Bahn auf;

4.) es erfolgt eine schnelle Benetzung der Fasern unter Erzielung eines minimalen elektrischen Widerstandes; und 5.) es weist eine hohe Beständigkeit gegen Zersetzung während der Gebrauchsdauer des Materials auf.

So wird beispielsweise beim Eintauchen des Absorbers 10 in KOH-Elektrolyte bei der Herstellung einer Batteriezelle die Oberflächenspannung des Elektrolyts im Kontakt mit dem Absorber 10 durch das Benetzungsmittel in der Zusammensetzung 14 herabgesetzt. Das Kaliumsalz-Benetzungsmittel geht teilweise in Lösung unter Bildung einer modifizierten Kaliumhydroxid-Elektrolytlösung. Das Benetzungsmittel setzt die Oberflächenspannung des modifizierten KOH-Elektrolyten herab. ·

Die verringerte Oberflachenspannung des modifizierten KOH-Elektrolyten bewirkt, daß auf den Fasern 16-16 FüllstoffZentren angeordnet sind für die Benetzung, mit einer wesentlich höheren Rate als der Rate, mit der das nicht-modifizierte 45 %ige KOH sonst reagieren wtlrde. Diese schnelle Benetzung der Zentren verringert schnell den Widerstand des Absorbers 14.

Wenn einmal die Ton- oder sonstigen ausgewählten Füllstoffzentren benetzt sind und so lange der Absorber 14 in dem Elektrolyten gehalten wird, bleibt der Absorber 14 benetzt, d.h. auch nach langem Aufenthalt in dem Elektrolyten tritt keine Trocknung (dewet) auf.

Diese FüllstoffZentren halten beim Benetzen auch den Elektrolyten zurück. Es besteht daher praktisch keine Neigung, daß der Absorber 14austrod<netÖewet).Überraschenderweise werden dadurch, daß diese Fullstoffzentren mit der modifizierten Lösung benetzt werden, die Benetzungseigenschaften im wesentlichen dauerhaft beibehalten. Wenn nur das Benetzungsmittel aus den obengenannten Phosphatestern zum Benetzen des Substrats verwendet würde, ohne

die Unterstützung durch die vorgeschriebenen Füllstoffe, würde der Absorber 10 innerhalb eines vernünftig kurzen Zeitraumes trocken werden.

Das an den FüllstoffZentren der Oberfläche der Mikrofasern haftende Bindemittel wird durch den alkalischen Elektrolyten sowie durch den Grad der mechanischen Rührung, der in der Regel in den Batteriezellen während der Batterieaufladung oder der Batterieentladung und während der damit verwandten Benetzungsvorgänge auftritt, praktisch nicht beeinflußt.

Vfenn Batteriezellen des Typs, der Elektrodenpaare aus Nickel-Zink-Materialien umfaßt, hergestellt werden, wird ein vollstän-..dig9S_Tre.nnsy-steJV-d«-iL--ein-Absorber und ein Separator vom Sperrschicht-Typ, verwendet. Ein solches System wird in der Regel angewendet, weil die Elektrodenionen aus der Zinkelektrode in dem Elektrolyten löslich sind und auf die Nachbarschaft der Elektrode beschränkt werden müssen, so daß die Ionen leicht verfügbar sind für die erneute Umwandlung in Metall während der Aufladung. Vfenn jedoch Nicke1-Cadmium-ZeIlen hergestellt werden, ist nur ein Absorber des erfindungsgemäßen Typs erforderlich zur Erzielung der Trennung der Elektroden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Cadmiumelektrodenionen nicht die Löslichkeitseigenschaften in dem Elektrolyten wie die Zinkelektrodenionen aufweisen.

Die Fig. 3 zeigt in übertriebener Größe zu Erläuterungszwecken einen Querschnitt durch eine alkalische Nickel-Zink-Zelle 20 mit einem Behälter 35 mit einem um eine negative

Elektrode 24 herum angeordneten Separator 22 vom Sperrschicht-Typ und einem um eine positive Elektrode 28 herum angeordneten Absorbergehäuse 26. Das Separatorgeh'duse 22 umfaßt ein Paar Batterieseparatoren aus einem geeigneten Material (wie in der US-Patentanmeldung Nr. 51 329 angegeben). Die Separatoren werden entlang der Kanten unter Verwendung eines alkalibeständigen Abdichtungsmaterials 30 versiegelt unter Bildung des Gehäuses. Das ähnlich aufgebaute Absorbergehäuse 26 umfaßt ein Paar Absorberfolien bzw. -platten 10-10 gemäß Fig. 1. In der Zelle 20 ist die negative Elektrode 24 in dem Separatorgehikise 22 eingeschlossen, da an der negativen Elektrode während der Aufladung eine Reduktion auftritt und auf der negativen Elektrode sich Dendrite mit scharfen zahnartigen Vorsprüngen anreichern können. Das Absorbergehäuse 26 kann verwendet werden zum Umschließen der positiven Elektrode während der Aufladung der Zelle. Die Elektroden 25 und 24 sind zweckmäßig mit negativen und positiven Polen 34 bzw. 32 elektrisch verbunden unter Bildung von Zellenoutput-Terminals mit entgegengesetzter Polarität* Die Elektroden und Gehäuse tauchen teilweise in eine Elektrolytlösung 25, vorzugsweise eine 35- bis 45 /»ige Lösung von Kaliumhydroxiuj ein. Es ist eine Öffnung 36 vorgesehen, die das Ablassen von überschüssigem Gas erlaubt, das während der Aufladung entstehen kann, und zur Erzielung einer Einführungsöffnung für die Zugabe des Elektrolyten.

In der Fig. 4 ist ebenfalls in übertriebener Größe.zu Erläuterungszwecken ein Querschnitt einer alkalischen Nickel-Cadmium-Zelle 40 dargestellt. Die Komponenten der Zelle 30 sind mit denjenigen der Silber-Zink-Zelie 20 vergleichbar mit

Ausnahme der negativen Elektrode, bei der es sich nun um eine Cadmiumelektrode 24 handelt, und der Separator vom Sperrschicht* Typ ist weggelassen, da Cadmiumelektrodenionen nicht so wandern wie Zinkelektrodenionen.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend on Hand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Leerseite

Claims (11)

1. Patentansprüche.

   l/ Verbesserter Elektrolytabsorber für die Verwendung in einer alkalischen Batteriezelle zum physikalischen Trennen der Elektroden dieser Zelle und um den alkalischen Elektrolyten während der chemischen Reaktionen der Zelle mit einer Elektrode in Kontakt zu halten, der enthält oder besteht aus einem flexiblen und faserigen Polyolefinsubstrat aus einer Vielzahl von physikalisch miteinander verfilzten Mikrofasern, die gegenüber starkem Alkali und gegen Oxidation beständig sind, wobei dieses Substrat für die Elektrolytionenwanderung durchlässig ist, gekennzeichnet durch eine Benetzungszusammensetzung, die auf den äußeren Oberflächen der Mikrofasern abgeschieden ist und daran haftet, bei der

   TELEFON (O 89) 22 28 Θ2

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   es sich um eine im wesentlichen homogene Mischung aus

   a) einem polymeren Bindemittel

   b) inerten hydrophilen Füllstoffteilchen und

   c) einem Phosphatester-Benetzungsmittel

   handelt, wobei das polymere Bindemittel in der Zusammensetzung die äußeren Oberflächen der Mikrofasern im wesentlichen bedeckt, wobei Abschnitte der Füllstoffteilchen freiliegen und aus dem Bindemittel in wiHkürlicherVerteilung .vorstehen, und das Benetzungsmittel von dem Typ ist, der dann, wenn er in den alkalischen Elektrolyten eingetaucht wird und damit in Kontakt kommt, mit dem Elektrolyten reagiert unter Herabsetzung der Oberflächenspannung desselben, wobei die verringerte Oberflächenspannung die schnelle Benetzung der freiliegenden Füllstoffteilchen mit dem umgesetzten Elektrolyten erlaubt und die Benetzung der Füllstoff teile hen im wesentlichen dauerhaft ist.
2. 2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ausgewählt wird aus der Gruppe Butyllatexkautschuk und Ä'thylenpropylenterpolymeres.
3. 3· Absorber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Phosphatester-Benetzungsmittel um ein Kaliumsalz eines komplexen organischen Polyphosphorsäureesters handelt.
4. 4. Absorber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inerten Füllstoffteilchen pulverförmig oder faserförmig sind und daß sie ausgewählt werden aus der Gruppe der Kaolintone, der Metalloxide, der Titanate und

   Silikate einer geeigneten Teilchengröße, wobei die Füllstoffe in dem alkalischen Elektrolyten im wesentlichen unlöslich sind.
5. 5. Absorber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung besteht aus . etwa 15 bis etwa 18 Gew.-y^ Bindemittel, etwa 61 bis etwa 74

   Gew.-jS inertem Füllstoff und etwa .8 bis etwa 17 Gew.-% Benet- !

   ί zungsmittel. \
6. 6. Elektrolytabsorber für die physikalische Trennung der in eine Lösung eines alkalischen Elektrolyten in einer Batteriezelle eintauchenden Elektroden und um den Elektrolyten wahrend der chemischen Reaktionen innerhalb der Zelle mit einer Elektrode in Kontakt zu halten, gekennzeichnet durch

   a) ein flexibles und faseriges Polyolefinsubstrat aus einer Vielzahl von physikalisch miteinander verfilzten Mikrofasern und

   ß) eine Benetzungszusammensetzung, die auf den äußeren Oberflächen der Mikrofasern abgeschieden ist und daran haftet, die besteht aus einer Mischung aus

   a) einem polymeren Bindemittel,

   b) inerten hydrophilen Füllstoffen und

   c) einem Phosphatester-Benetzungsmittel,

   wobei das polymere Bindemittel in der Zusammensetzung die äußeren Oberflächen der Mikrofasern im wesentlichen bedeckt, wobei Abschnitte der Füllstoffteilchen freiliegen und aus dem Bindemittel in willkürlicher Verteilung hervorragen, wobei das Benetzungsmittel von einem solchen Typ ist, der dann, wenn er in den alkalischen Elektrolyten eingetaucht wird und damit in Kontakt kommt, mit dem

   Elektrolyten reagiert unter Herabsetzung der Oberflächenspannung desselben, wobei die verringerte Oberflächenspannung die schnelle Benetzung der freiliegenden Fullstoffteilchen mit dem umgesetzten Elektrolyten erlaubt und die Benetzung der Fullstoffteilchen im wesentlichen dauerhaft ist.
7. 7. Elektrolytabsorber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Substrat um eine Bahn aus miteinander verfilzten Mikrofasern handelt, wobei die Benetzungszusammensetzung an den äußeren Oberflächen der Mikrofasern haftet, wobei das Substrat mit der daran haftenden Zusammensetzung entlang der Schnittkanten mit einem alkalibeständigen Klebstoff versiegelt ist und wobei die mikroskopischen Zwischenräume zwischen den

   _Fasern genügend groß sind,.so daß sie für den Elektrolyten durchlässig sind.
8. 8. Elektrolytabsorber nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Benetzungszusammensetzung besteht aus etwa 15 bis etwa 18 Gew.-% Bindemittel, etwa 61 bis etwa 74 Gew.-/£ inertem Füllstoff und etwa 8 bis etwa 17 Gev,-% Benetzungsmittel.
9. 9. Elektrolytabsorber nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bindemittel um einen Butyllatexkautschuk handelt, daß es sich bei dem Phosphatester-Benetzungsmittel um das Kaliumsalz eines komplexen organischen Polyphosphorsäureesters handelt, während die inerten Füllstoffe ausgewählt werden aus der Gruppe der Titanate, Silikate und Metalloxide einer geeigneten Teilchengröße, wobei

   Füllstoffe in dem alkalischen Elektrolyten im wesentlichen unlöslich sind.
10. 10. Elektrolytabsorber nach mindestens einem der Ansprüche

    6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Kautschukbindemittel um ein Äthylenpropylenterpolymeres handelt.
11. 11. Elektrolytabsorber nach mindestens einem der Ansprüche

    7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Substrat

    um eine schmelzgeblasene Polypropylenbahn mit einem Grundgewicht

    2 2

    von etwa 15 g/m bis etwa 100 g/m handelt, die in erster Linie durch physikalische Verfilzung gebunden ist zur Erzielung einer Festigkeit von etwa 0,27 kg/cm (i>5 lbs/inch) Breite in der Maschinenlaufrichtung unter Beibehaltung einer guten Flexibilität.