DE1175304B - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Akkumulators - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H Ol m

Deutsche Kl.: 21b-25/03

Nummer: 1175 304

Aktenzeichen: A 30989 VI b / 21 b

Anmeldetag: 19. Dezember 1958

Auslegetag: 6. August 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Akkumulators, insbesondere in Säulenform.

Bekanntlich besteht ein Akkumulator im einfachsten Fall im wesentlichen aus einer positiven und einer negativen Elektrode mit aktiven Massen, wobei diese durch einen Separator aus perforiertem oder porösem nichtleitendem Material oder durch andere abstandhaltende Mittel, wie z. B. Rippen oder Stäbe, voneinander isoliert sind. Bei gasdicht verschlossenen Akkumulatoren, insbesondere mit alkalischem Elektrolyten, sind die Elektroden durch einen saugfähigen Separator voneinander getrennt, wobei der Elektrolyt sowohl in den Poren der Elektroden als auch in denen der Separatoren kapillar festgelegt ist.

Bei diesen bekannten Akkumulatoren kommt es vor, daß, wenn eine unzureichende Elektrolytmenge vorhanden ist, sich der größte Teil des Elektrolyten in den Elektroden ansammelt, so daß der Separator an Elektrolyt verarmt, wodurch die Funktionsfähigkeit des Akkumulators in Frage gestellt wird.

Es ist auch ein alkalischer Akkumulator bekanntgeworden, dessen positive aktive Masse im aufgeladenen Zustand aus Nickel-3-Hydroxyd und dessen negative Masse aus metallischem Cadmium besteht, wobei auf die Cadmiummasse eine schlecht leitende Schicht, die im wesentlichen aus Cadmiumhydroxyd besteht, als Separator mit oder ohne Zuhilfenahme eines Trägers aufgebracht ist. Bei diesem Akkumulator wird bei Tiefentladung mit Polumkehr, wie sie im Verband mehrerer Zellen in Hintereinanderschaltung vorkommen kann, das Cadmiumhydroxyd zu metallischem Cadmium reduziert, wodurch sich eine leitende Brücke bildet, die zu Kurzschluß und Ausfall des Akkumulators führt, bevor sich in seinem Inneren schädliche Gasdrücke ausbilden. Bei diesem bekannten Akkumulator wird die isolierende Schicht gesondert auf die aktive Masse aufgebracht.

Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators, insbesondere in Säulenform, zu entwickeln, bei dem die Anordnung besonderer Separatoren entfällt und der dadurch in seinem Zellenaufbau wesentlich vereinfacht ist, wodurch seine Herstellung besonders einfach und wirtschaftlich wird.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, bei dem die in Platten- oder Tablettenform gepreßten und mit Elektrolyt getränkten aktiven Massen vorzugsweise mit ihren größten Flächen in unmittelbar leitende Berührung miteinander und den Stromableitern gebracht werden und der Akkumulator so lange aufgeladen wird, bis der überwie-Verf ahren zur Herstellung eines elektrischen
Akkumulators

Anmelder:

Varta Aktiengesellschaft,

Hagen (Westf.), Dieckstr. 42

Als Erfinder benannt:
Siegfried Dieckfeldt, Ennepetal-Milspe,
Dipl.-Chem. Dr. Rolf Dieberg,
Hagen (Westf .)-Haspe

gende, auf der Seite der Stromableiter befindliche Teil der aktiven Massen geladen ist, und an der Berührungsstelle der aktiven Massen ein oder zwei schlecht leitende Schichten verbleiben oder aus der aktiven Masse gebildet werden, die als Separation dienen.

Bei der Ladung des·erfindungsgemäßen Akkumulators, bei dem die aktiven Massen miteinander in Berührung stehen, entstehen am positiven Pol höhere Nickel- bzw. Kobaltoxyde, während am negativen Pol in bekannter Weise eine Reduktion der negativen aktiven Masse stattfindet.

Diese Oxydation an der positiven bzw. Reduktion an der negativen Elektrode geht jedoch nicht gleichmäßig durch die ganze Dicke der aktiven Massen hindurch. Die aktive Masse wird ausgehend von den Stromableitern oxydiert bzw. reduziert, und zwar so lange, bis der überwiegende Teil dieser Masse von den Stromableitern ausgehend geladen, d. h. oxydiert oder reduziert ist. An den von den Stromableitern am weitesten entfernten Teil der aktiven Masse, d. h. an den Berührungsstellen der aktiven Massen, bleibt meistens eine Schicht im ursprünglichen Zustand erhalten. Diese Schicht, die z. B. aus nicht geladenem Kobaltoxyd oder Nickeloxyd besteht, wirkt dann als Separator. In welcher Weise und in welcher Form sich diese Separatorschicht während der Ladung des Systems ausbildet, ist noch nicht geklärt. So ist es z. B. auch denkbar, daß diese Trennschicht allein in der positiven aktiven Masse zurückbleibt oder auch unter Mitwirkung der negativen aktiven Masse entsteht.

Die aktive Masse der negativen Elektrode kann aus üblicher Cadmiummasse bestehen, die aktive Masse der positiven Elektrode aus üblicher Nickelmasse.

409 639/100

Der positiven aktiven Masse können weiterhin in bekannter Weise Leitmittel, z. B. Nickelflocken oder Graphit, zugesetzt werden. Dabei ist es jedoch wichtig, daß sich das Leitmittel nur in den Teilen der positiven aktiven Masse befindet, die in der Nähe des elektronisch leitenden Stromableiters liegen. Dagegen ist es nicht zweckmäßig, diese Leitmittel in der gesamten positiven aktiven Masse gleichmäßig zu verteilen, da ja gerade eine Aufladung der positiven aktiven Masse in den der negativen aktiven Masse nächstliegenden Schichten nicht stattfinden soll.

Als elektronisch leitende Stromableiter können z. B. Folien aus metallischem Cadmium, Nickel u. dgl. dienen. Bei Batterien, die lediglich als statische Spannungsquellen Verwendung finden und praktisch nicht belastet werden, kann es auch zweckmäßig sein, Zwischen dem Stromableiter der negativen Elektrode und dem Stromableiter der positiven Elektrode eine Tablette aus einem Gemisch aus gegenpolaren Massen vorzusehen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, einen Akkumulator herzustellen, bei dem die zwischen den beiden Stromableitern befindliche aktive Masse aus einem Einkomponentensystem, z. B. aus Kobalthydroxyd, besteht, so daß sich erst während der Ladung sowohl die gegenpolaren Massen als auch an deren Grenzflächen isolierende Schichten ausbilden.

Die Erfindung soll nach der Fig. 1, die einen Nikkel-Cadmium-Akkumulator in Knopfzellenform darstellt, erläutert werden.

Der Napf 1 bildet den positiven und der Deckel 2 den negativen Pol. Beide werden durch den Kunststoffring 3 voneinander isoliert, der außerdem zur Abdichtung der Zelle dient. Auf der Napfseite liegt die Tablette 4 aus Nickelmasse, der keinerlei Leitmittel zugesetzt sind. Darüber liegt die Tablette 5 aus Cadmiummasse. Beide Tabletten sind mit Kalilauge getränkt. Wird diese Zelle durch Anlegen einer Gleichspannung geladen, so bildet sich auf der Napfseite eine Schicht 6 aus einer aktiven Nickelhydroxydverbindung, während die Cadmiumhydroxydtablette zu Cadmium reduziert wird. Da die Cadmiumtablette jedoch in Kontakt mit der Nickelhydroxydtablette steht, unterliegt die Kontaktschicht und die benachbarte Schicht 7 des Nickelhydroxyds ebenfalls der Reduktion, bleibt also als praktisch nichtleitendes Nickel-2-Hydroxyd erhalten und übernimmt dadurch die Funktion eines Separators. Bei der Entladung verlaufen die Vorgänge in umgekehrter Richtung, ohne daß sich die nichtleitende Nickelhydroxydschicht infolge Oxydation der negativen Elektrode wesentlich verändert.

F i g. 2 zeigt die gleiche Zelle, wobei jedoch zwischen dem Napfboden und der Nickelhydroxydtablette eine Tablette 8 aus einer Mischung von Nickelhydroxyd und einem bekannten Leitmittel liegt. Im übrigen ist die Funktion die gleiche wie in F i g. 1. F i g. 3 zeigt eine Spannungssäule für Spezialzwecke, die nicht als Stromquelle, sondern als statische Spannungsquelle geeignet ist. In der Kunststoffröhre 1 befinden sich abwechselnd Schichten von Cadmiumfolien 2 und Nickelhydroxydtabletten 3. Nachdem die Tabletten mit Kalilauge getränkt sind, werden die Zwischenräume mit einem Gießharz 4 ausgegossen und die Säule in bekannter Weise durch Anlegen einer Gleichspannung geladen. Die Polung der Säule ist gleichgültig, da die Nickelhydroxydtabletten auf beiden Seiten an Cadmiumfolien liegen.

Es hat sich nun gezeigt, daß man an Stelle der Cadmiumfolien auch Nickel- oder andere Metallfolien verwenden kann, wenn die dazwischenliegende Tablette aus einer Mischung von gegenpolaren Massen, z. B. Nickelhydroxyd und Cadmiumhydroxyd, besteht. An der positiven Nickelfolie bildet sich dabei während der Ladung eine aktive Nickeloxydverbindung, während das Cadmiumhydroxyd unverändert bleibt. An der negativen Nickelfolie wird das Cadmiumhydroxyd zu metallischem Cadmium reduziert, während das Nickelhydroxyd unverändert bleibt. Die dazwischenliegende Schicht wirkt als Separator. Eine derartige Mischtablette, mit Ableitern versehen, übernimmt also die gesamte Funktion einer galvanischen Zelle einschließlich des Separators. Sie ist vornehmlich für statische Spannungssäulen gedacht, jedoch auch mit kleinen Strömen belastbar. Die Ladestromrichtung ist auch hierbei gleichgültig.

Setzt man zwischen zwei Ableiter ein Material, bei dem sich während der Ladung durch Oxydation und Reduktion elektrochemisch aktive Schichten bilden, so ist es möglich, eine galvanische Zelle herzustellen, die aus einem mit Ableitern versehenen Einkomponentensystem besteht. Setzt man z. B. eine elektrolytgetränkte Tablette aus Kobalthydroxyd zwischen zwei Ableiter, so bildet sich während der Ladung am positiven Ableiter eine Schicht eines höheren Kobalthydroxydes, während am negativen Ableiter eine Schicht von Kobaltmetall entsteht. Dazwischen bleibt eine Schicht von niederwertigem Kobalthydroxyd erhalten, die als Separator wirkt. Eine derartige Zelle ist mit schwachen Strömen belastbar.

Gemäß der Erfindung wird also die aktive Masse der Elektrode gleichzeitig für Separatorzwecke ausgenutzt. Hierzu eignen sich insbesondere diejenigen Massen, die elektrisch schlecht leitende Oxyde bilden, so daß die nicht formierten Teile der aktiven Massen als Separator wirken.

Wie bereits gesagt wurde, läßt sich aber auch eine Spannungssäule herstellen, die aus abwechselnden Schichten gegenpolarer Massen besteht, bei der die Ladestromrichtung gleichgültig ist.

Eine galvanische Zelle, die zwischen den Stromableitern eine Einkomponentenmasse enthält, oder die eine Mischung antipolarer Massen enthält, kann z. B. mit Strömen bis 5 mA belastet werden. Dieser Wert bezieht sich auf eine Tablette von 20 mm Durchmesser und 1 mm Dicke.

Dagegen können den Zellen, in denen die üblichen aktiven Massen, z. B. Nickelhydroxyd und Cadmiummasse, eingesetzt sind und bei denen an ihren Berührungsstellen nach dem Aufladen eine Separatorschicht verbleibt, Ströme der üblichen Größe entnommen werden. Es ist auch möglich, diese Zellen in gasdicht verschlossenem Zustand zu betreiben.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Akkumulators, insbesondere in Säulenform, mit schlecht leitenden als Separatoren wirkende Schichten auf den Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die in Platten- oder Tablettenform gepreßten und mit Elektrolyt getränkten aktiven Massen vorzugsweise mit ihren größten Flächen in unmittelbar leitende Berührung miteinander und den Stromableitern ge-

bracht werden und der Akkumulator so lange aufgeladen wird, bis der überwiegende, auf der Seite der Stromableiter befindliche Teil der aktiven Massen geladen ist, und an der Berührungsstelle der aktiven Massen ein oder zwei schlecht leitende Schichten verbleiben oder aus der aktiven Masse gebildet werden, die als Separation dienen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten oder Tabletten aus aktiver Masse von ein und derselben Metallverbindung, vorzugsweise einem Metallhydroxyd, z. B. Kobalthydroxyd, hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten oder Tabletten aus einem Gemisch von aktiven Massen und gegenpolaren Massen hergestellt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 046 711; französische Patentschrift Nr. 1 098 251.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 639/100 7.64 © Bundesdruckerei Berlin