DE1272407B - Akkumulatorenelektrode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIm

Deutsche Kl.: 21b-25/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 72 407.1-45 (E 27340)

4. Juli 1964

11. Juli 1968

Die Erfindung bezieht sich auf den Aufbau einer elektrischen Akkumulatorenelektrode, deren aktive Masse sich zwischen zwei Drahtgittern befindet, die mit einer Randeinfassung zusammengehalten sind.

Trotz der Tatsache, daß kleine, hermetisch abgeschlossene alkalische, elektrische Akkumulatoren, gewöhnlich Knopfzellen genannt, seit mehreren Jahren im Handel erhältlich sind, bestehen noch viele Probleme im Zusammenhang mit der Herstellung und beim Betrieb von kleinen abgeschlossenen Zellen. Es ist bekannt, daß Gase oft während des Betriebes der Zellen entwickelt werden, welche Gase durch das elektrochemische System absorbiert werden müssen, oder aber es entstehen Undichtigkeiten im Verschluß der Zelle, und/oder es kommt zum Zerspringen der Zelle. Es ist ferner bekannt, daß Elektroden für kleine abgedichtete Zellen hergestellt werden durch Einkapseln elektrochemisch aktiven Materials in Körben aus gewebtem Geflecht, die es ermöglichen, daß die entwickelten Gase durch eine oder mehrere Elektroden absorbiert werden. Diese Elektroden sind kostspielig, schwierig herzustellen, und die Elektroden (insbesondere positive Elektroden) schwellen während des Arbeitsvorganges der Zelle, was bewirkt, daß das aktive Material in Kontakt kommt mit dem Geflecht-Korb und zwischen den einzelnen Teilchen unterbrochen wird. Daraus ergibt sich eine wesentliche Steigerung des elektrischen inneren Zellenwiderstandes.

Es ist durch die französischen Patentschriften 355 479 und 393 507 an sich bereits bekannt, die aktive Masse einer Elektrode zwischen zwei Drahtgittern anzuordnen und diese Gitter durch eine Randeinfassung zusammenzuhalten sowie zwischen dem Drahtgitter und der aktiven Masse Asbestpapier anzuordnen. Die Randeinfassung klemmt nur die Drahtgitter zusammen, und zwar außerhalb der aktiven Masse, so daß mit den bekannten Anordnungen eine Elektrode entsteht, die dicker als an sich notwendig ist. Außerdem bilden die Drahtgitter scharfe Ränder an den Stellen, an denen sie um die Kanten des aktiven Materials umbiegen. Dadurch können während des Betriebes Beschädigungen des Scheiders und damit Kurzschlüsse auftreten. Überdies kann die Anordnung eines Asbestpapierscheiders unter dem Drahtgitter bei den bekannten Elektrodenaufbauten die Wanderung vom aktiven Material von einer Elektrode zur anderen nicht verhindern.

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen elektrischen Elektrodenaufbau zu schaffen, der insbesondere eine dauerhafte und stabile Konstruktion entstehen läßt. Bei Elektroden nach der Erfindung wird ein guter Akkumulatorenelektrode

Anmelder:

Electric Storage Battery Company,

Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Schaefer, Patentanwalt,

2000 Hamburg 70, Ziesenißstr. 6

Als Erfinder benannt:
Bernard Clarence Bergum,
Black Earth, Wis. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 5. Juli 1963 (292 960)

elektrischer Kontakt mit dem elektro-chemisch aktiven Material aufrechterhalten trotz Schwellung der Elektrode beim Arbeitsprozeß. Die Elektrode nach der Erfindung kann leicht hergestellt, rasch zusammengebaut werden und eignet sich für die automatische Fertigung, ferner wird bei diesen Elektroden wirksam das Wandern des aktiven Materials der Elektrode verhindert.

Zu diesem Zweck ist bei einer Akkumulatorenelektrode der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung zwischen wenigstens einem Drahtgitter und einem umgebogenen Rand der Einfassung eine Membran eingefügt, die einen festen Mehrfachelektrolyten enthält und die Öffnung der Randeinfassung vollständig bedeckt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt Teile einer Elektrode nach einer bekannten Ausführungsform;

F i g. 2 ist ein Querschnitt eines Elektrodenaufbaues nach der Erfindung, der ein Diaphragma enthält;

Fig. 3 ist ein Querschnitt eines Elektrodenaufbaues mit zwei Diaphragmen.
Es ist gefunden worden, daß eine Elektrode, welche eine metallische Einfassung (Randklammer) mit zwei porigen Trägern für aktives Material besitzt, wobei eine Tablette aus aktivem Material eingekapselt

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wird, leicht hergestellt und zusammengebaut werden gestatten, daß er in Kontakt mit dem aktiven Material kann und eine besonders dauerhafte und stabile Elek- kommt und daß dennoch das aktive Material innertrodenkonstruktion ergibt. Solch eine Elektroden- halb der Anordnung gehalten wird. Die Träger sollten konstruktion kann benutzt werden sowohl für eine auch von genügender Festigkeit sein, um dem Druck positive als auch für eine negative Elektrode oder für 5 zu widerstehen, der durch die Schwellung des aktiven beide und ist besonders nützlich für Elektroden, die Materials, durch die Handhabung und durch die während der Benutzung wesentliche Schwellungen Aktivierungsprozesse verursacht wird. Für die Aktierfahren. Es ist gefunden worden, daß der Typ dieser vierung von Elektroden ist es oft notwendig, die Elektrodenkonstruktion besonders nützlich ist zur Elektroden zu laden und zu entladen bis zu dem Herstellung von Elektroden, die in kleinen, herme- io Punkt, an welchem sie heftig Gase entwickeln, was tisch abgeschlossenen elektrischen Akkumulatorzellen eine besonders dauerhafte und stabile Elektrode erverwendet werden sollen. fordert. Die porigen Träger können aus einer metal-

Die Randeinfassung kann ein Ring mit zwei Öff- lischen Abschirmung, aus Streckmetall, aus gewebtem nungen sein, vorzugsweise mit einem einwärts gerich- oder geflochtenem Metall gebildet werden oder aus teten Vorsprung an einem Rand des Ringes. Es sei ¹S nichtmetallischen Fäden oder nichtmetallischen Abdarauf hingewiesen, daß durch die ganze Beschrei- schirmungen aus Kunststoff. In den meisten Fällen ist bung die Elektrodenaufbauten beschrieben werden ^es erwünscht, daß das Material der porigen Träger für kreisförmige oder scheibenförmige Zellen, da dies widerstandsfähig ist gegen die Korrosion durch den die Zellenform ist, welche gewöhnlich benutzt wird, Elektrolyten. Im Falle sich verbrauchender negativer es können aber auch andere Formen im Rahmen der ²⁰ Elektroden, wie Zink oder Cadmium, kann das Mate-Erfindung vorkommen. Beim Zusammenbau einer rial der porigen Träger das gleiche sein wie das der Elektrode nach einem Ausführungsbeispiel der Erfin- negativen Elektrode. Es wird insbesondere bevorzugt, dung wird ein poriger Träger für aktives Material, einen porigen Träger zu verwenden, der metallisch z. B. ein Drahtgitter, eingefügt in einen zur Einfassung ist, z. B. eine Drahtabschirmung; denn die Aufrechtdienenden Ring, der zwei öffnungen besitzt, wobei 25 erhaltung eines guten elektrischen Kontaktes zwischen der Träger an den einwärts gerichteten Vorsprung, dem aktiven Material und dem porigen metallischen der an einem Rand des Ringes gebildet ist, anstößt Träger setzt den inneren elektrischen Widerstand her- und auf ihm ruht. Dann wird das elektrochemisch ^ab und hilft bei der Aufnahme des Stromes vom aktive Material, das zu einer Tablette oder Scheibe aktiven Material.

gepreßt sein kann, in die ringförmige Einfassung ein- 30 Das Merkmal des Elektrodenaufbaues gemäß der gesetzt und ruht auf dem porigen Träger. Ein zweiter Erfindung ist die Verwendung einer Membran oder poriger Träger für aktives Material wird auf der ande- eines Diaphragmas, welches die Wanderung des ren Fläche des aktiven Materials angeordnet. Auf aktiven Materials verhindert. Diaphragmen, welche diesen zweiten Träger wird eine Membran gelegt, die undurchdringlich sind für die Durchwanderung koleinen festen Mehrfachelektrolyten enthält. Dann wird 35 loidaler Formen des aktiven Elektrodenmaterials, der Einfassungsring über die Ränder des porigen können vorbereitet werden durch Einbringen eines Trägers und des Mehrfachelektrolyten gebogen, so festen Mehrfachelektrolyten in die Poren eines daß die porigen Träger dicht mit dem aktiven Mate- porigen Trägers. Diaphragmen dieses Typs sind berial verbunden sind, welcher Kontakt trotz Schwel- schrieben in der amerikanischen Patentschrift lung des aktiven Materials erhalten bleibt. Zusätzlich 40 2 965 697. Ein solches Diaphragma wird eingesetzt zur verbesserten Leichtigkeit des„ Zusammenbaues zwischen dem porigen Träger und der umgebogenen und des verbesserten Kontaktes zwischen den porigen Einfassung, und die Seite der Elektrode, welche die Trägern und dem aktiven Material ersetzt der metal- Membran enthält, sollte so angeordnet werden, daß lische Einfassungsring viel von dem kostspieligen sie der Elektrode entgegengesetzter Polarität zuge-Drahtgitterschirm, der gegenwärtig benutzt wird, um 45 kehrt ist. Das Diaphragma kann auch an beiden Seiten eine korbförmige Einkapselung für Knopfzellenelek- der Elektrode verwendet werden,
troden zu bilden; dadurch werden die Kosten für die Obwohl der Elektrodenaufbau nach der Erfindung

Elektrode herabgesetzt. Die Membran bedeckt die als besonders nützlich in abgeschlossenen alkalischen Öffnung der Randeinfassung vollständig. Zellen des Knopfzellen-Typs beschrieben worden ist,

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf 50 kann er in großen oder kleinen, primären oder sekuneinen Einfassungsring, der einen einwärts gerichteten dären, geschlossenen oder unverschlossenen alkali-Vorsprung aufweist, auf welchem ein poriger Träger sehen oder Säure-Zellen verwendet werden, und zwar ruht. Dieser Vorsprung ist nicht wesentlich, aber er entweder für positive oder negative Elektroden. Solch wird bevorzugt, weil er die Leichtigkeit der Herstel- ein Elektrodenaufbau ist besonders nützlich in alkalung verbessert, und zwar dadurch, daß er es ermög- 55 lischen Zellen des Silber-Zink-, Silber-Cadmium-Iicht, einen der porigen Träger und das aktive Mate- und Nickel-Cadmium-Typs. Ein Elektrodenaufbau, rial in den Einfassungsring durch Einsenken einzu- der ein oder mehrere undurchlässige Diaphragmen, setzen, welcher Vorgang leicht automatisiert werden wie oben beschrieben, besitzt, ist besonders vorteilkann. Wenn andererseits der Einfassungsring einen haft, wenn das elektrochemisch aktive Material Silber einwärts gerichteten Vorsprung nicht aufweist, kön- 60 enthält, da Silber leicht durch eine alkalische Zelle nen der Träger und das aktive Material eingesetzt wandert. Weiterhin kann der Elektrodenaufbau nach werden in den Einfassungsring und in ihrer Lage der Erfindung in Behältern benutzt werden, in denen durch andere Mittel als durch Vorsprünge gehalten eine Mehrzahl von Elektroden der gleichen Polarität werden. Es können dann beide Ränder des Ringes elektrisch verbunden sind,
umgebogen werden auf die porigen Träger. 6g Ein besseres Verständnis der Elektroden nach der

Die prinzipiellen Erfordernisse der porigen Träger Erfindung ist an Hand der Zeichnungen möglich, für aktives Material liegen darin, daß sie eine ge- Fig. 1 zeigt zunächst Teile einer bekannten Elek-

nügende Porigkeit besitzen, um dem Elektrolyten zu trode vor ihrem Zusammenbau. Dabei ist eine ring-

förmige Einfassung 10 gezeigt, die einen nach innen weisenden Vorsprung 11 längs des unteren Randes aufweist. In die Einfassung 10 ist eingesetzt ein poriger Träger 12 aus Drahtgitter, welcher auf dem einwärts gerichteten Vorsprung 11 ruht, und auf den porigen Träger 12 ist ein elektrochemisch aktives Material in Tablettenform 13 eingesetzt. Die Tablette kann hergestellt werden durch Pressen von pulverförmigem aktivem Material. Oberhalb der Tablette 13 ist ein weiterer Träger 14 aus Drahtgitter angeordnet. Gewebte Nickelgitter von 120 Maschen können als porige Träger für aktives Material verwendet werden, und die Einfassung kann hergestellt sein aus mit Nickel bedecktem Stahl. Sobald die porigen Träger und die Tablette aus aktivem Material an Ort und Stelle sind, können der obere Rand 15 der Einfassung 10 und der einwärts gerichtete Vorsprung 11 umgebogen oder umgewendet werden bis zum Auftreffen auf die porigen Träger 14 und 12, so daß der Elektrodenaufbau in seiner Lage gehalten und der Kontakt zwischen den porigen Trägern und der Tablette aus aktivem Material aufrechterhalten wird.

F i g. 2 erläutert die Elektrode nach der Erfindung. Sie besitzt eine Einfassung 20, in welche eine Tablette 21 aus aktivem Material eingesetzt ist, ferner ein Drahtgitter als porigen Träger 22. Zwischen dem porigen Träger 22 und der haltenden Einfassung 20 ist ein Diaphragma 23 eingefügt. Das Diaphragma ist zwischen der Einfassung und dem porigen Träger angeordnet und nicht zwischen der Tablette 21 aus aktivem Material und dem porigen Träger 22, weil es nützlich ist, einen elektrisch leitenden Träger in elektrischem Kontakt mit dem aktiven Material zu haben, so daß er als Stromsammler dienen kann. Wenn die in Fig. 2 dargestellte Elektrode in eine Zelle gebracht wird, sollte das Diaphragma 23 dem Schneider und/oder der Elektrode entgegengesetzter Polarität zugekehrt sein, um eine Wanderung des aktiven Materials 21 zur Elektrode entgegengesetzter Polarität zu verhindern. Dieser Elektrodentyp ist besonders anwendbar, wenn die Tablette 21 aus aktivem Material Silber enthält.

F i g. 3 erläutert eine Elektrode nach der Erfindung, welche zwei Diaphragmen 26 und 27 enthält, die eingefügt sind zwischen der Einfassung 28 und den porigen Trägern 29 und 30. Solch ein Aufbau ist anwendbar, wenn die Elektrode angeordnet werden soll zwischen zwei Elektroden entgegengesetzter Polarität.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Akkumulatorenelektrode, deren aktive Masse sich zwischen zwei Drahtgittern befindet, die mit einer Randeinfassung zusammengehalten sind, dadurchgekennzeichnet, daß zwischen wenigstens einem Drahtgitter und einem umgebogenen Rand der Einfassung eine Membran (23), die einen festen Mehrfachelektrolyten enthält und die öffnung der Randeinfassung vollständig bedeckt, eingefügt ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Masse Silber enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 028 181;
französische Patentschriften Nr. 355 479, 393 507; britische Patentschrift Nr. 561 820.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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