DE1280363B

DE1280363B - Zickzackartig faltbares Elektrodenpaket

Info

Publication number: DE1280363B
Application number: DEV30057A
Authority: DE
Inventors: Werner Durhack; Dr-Ing Dr Lutz Horn; Dipl-Ing Karl Steffens
Original assignee: VARTA AG
Current assignee: VARTA AG
Priority date: 1965-12-29
Filing date: 1965-12-29
Publication date: 1968-10-17
Also published as: AT268409B; NL6618353A; FR1505285A; JPS4917337B1; CH455896A; GB1110169A; SE321722B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ÄWflSS PATENTAMT Int. α.:

HOIm

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 b - 25/01

Nummer: 1280 363

Aktenzeichen: P 12 80 363.3-45 (V 30057)

Anmeldetag: 29. Dezember 1965

Auslegetag: 17. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft ein zickzackartig faltbares Elektrodenpaket für Akkumulatoren, insbesondere für alkalische Akkumulatoren, aus miteinander elektrisch durch Stege verbundenen Elektrodenplatten, wobei die Plattensätze einer Polarität mit einem U-förmigen durchgehenden Separator umgeben sind.

Zickzackartig faltbare Elektrodenpakete sind an sich bekannt. In einer Form (deutsche Auslegeschrift 1 194 471) bestehen die Plattensätze aus runden Platten, die in der Mitte mit elektrisch leitenden, mit einer Isolierlackschicht bedeckten Zungen verbunden sind. Beim fertigen Elektrodenpaket liegen die gefalteten Platten des ersten Satzes zwischen den Platten des zweiten Satzes unter Einschaltung von einzelnen Separatorscheiben. Das Faltungsschema liegt dabei fest und kann nicht abgeändert werden. Beim fertigen Paket stehen sich die Stege der Elektrodenplatten an vier Punkten gegenüber. Dies bringt erhebliche Schwierigkeiten für die Isolation gegenüber dem Behälter mit sich.

Vor allem bei dicken Elektrodenpaketen nach diesem Stand der Technik, die aus einer Vielzahl von positiven und negativen Platten bestehen, ist die Fertigung der Einzelteile und vor allem der Zusammenbau des Elektrodenpaketes sehr umständlich und zeitraubend. Es muß eine Vielzahl der einzelnen Separatoren zugeschnitten und mühsam auf einzelne Platten aufgelegt werden. Die Verbindungszungen müssen mit Isolierlack versehen werden. Beim Aufeinanderlegen der Platten muß darauf geachtet werden, daß die Platten genau übereinander liegen. Die Gefahr der Verschiebung der einzelnen Schichten in der fertigen Zelle ist bei dieser Ausführungsform nicht zu vermeiden.

Daneben sind stegverbundene Elektroden mit auch außermittig angeordneten Stegen an sich bekannt, z. B. aus der französischen Patentschrift 1 374 877; die dort gezeigten Elektroden werden aber nicht gefaltet.

Weiter wurden bereits Elektrodenbänder zickzackförrnig gefaltet. Die scharfe Knickung des Elektrodenbandes kann dabei leicht zum Abbröckeln der aktiven Masse führen, und in einem solchen Elektro4enpaket liegen immer zwei Platten gleicher Polarität sich gegenüber, d. h., es ist folgendes Faltschema festgelegt:

Zickzackartig faltbares Elektrodenpaket

Anmelder:

VARTA AKTIENGESELLSCHAFT,

6000 Frankfurt, Neue Mainzer Str. 54

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Dr. Lutz Horn,

Werner Durhack, 5800 Hagen;

Dipl.-Ing. Karl Steffens, 5800 Hagen-Vorhalle

In einer weiteren Ausführungsform nach dem französischen Patent 1 391 849 wird ein Elektrodenband von einem U-förmigen Separator umhüllt. Auf diese umhüllte Elektrode wird dann die zweite Elektrode aufgelegt, und in einem komplizierten, einer Automatisierung kaum zugänglichen Faltschema wird daraus ein Elektrodenpaket hergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrodenpaket so zu gestalten, daß die oben geschilderten Nachteile beseitigt werden und die Fertigung des Elektrodenpaketes erheblich vereinfacht

ao wird, ohne die Qualität zu beeinträchtigen. Vielmehr wird beim erfindungsgemäßen Elektrodenpaket auch seine Isolation und somit die Betriebssicherheit des ganzen Akkumulators verbessert. Eine Verschiebung der einzelnen Bestandteile des Elektrodenpakets in

as der fertigen Zelle ist nicht mehr möglich. Ein weiterer Vorteil des Gegenstandes der Erfindung liegt darin, daß die Reihenfolge der Platten, wenn notwendig oder erwünscht, bei gegebener Form und Zusammensetzung des Elektrodenpakets durch einfache Handgriffe geändert werden kann. Die Isolierung der Elektrodensätze gegenüber dem Behälter soll einfach sein, und es soll leicht möglich sein, die Ableiter an den Elektrodensätzen anzubringen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenplatten einer Polarität außermittig, vorzugsweise auf einer Seite der Elektrodenkette, die Verbindung zwischen den Elektrodenplatten der anderen Polarität außermittig, vorzugsweise auf der anderen Seite der Elektrodenkette liegt und daß die Elektrodenplatten der anderen Polarität mit gewünschter Wechselfolge die umhüllten Elektrodenplatten auf beiden Seiten umgeben.

An Hand der Fig. 1 bis 12 sollen einige Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Elektrodenpaket näher erläutert werden.

F i g. 1 bis 3 zeigen die einzelnen Bestandteile eines Elektrodenpakets, das aus einem positiven und negativen Plattensatz besteht. Die Plattensätze 1 und 2 verschiedener Polarität bestehen aus einzelnen Elektrodenplatten, die an entgegengesetzter Stirnseite mit einem leitenden flexiblen Band 4 zusam-

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mengehalten werden. Das Baud kanu au.s einesa ge- Die Faltung, im eaifcgg|*SHgesetzten Sinn bewirkt

trennten Stück hergestellt sein und wird mit den ein- dieselbe Elektrodenfolge, »w daß die Folge mit einer zelnen Platten auf eine geeignete Art und Weise ver- negativen Elektrode beginnt und endet. Das so gebunden. Es kann die Platten U-förmig umgeben oder faltete EJektröde«pa&et kaß» 33*gh » der Mitte vtmnur auf einer Seite der Platten liegen. Man kann aber 5 geklappt werden, ohne daJB die EleitroflenMge geauch die Verbüidungsstege aus einem Stück zusam- ändert wird. Die zuerst außen liegenden Blektrodenmeh taut dem Trägern für die aktive Masse der Platten platten gleicher Polarität liegen nach der Umklappung ausstanzen. Bös .SteamaKleaieX 7 werden an der ge- in der Mitte 4es Pajkets nebeneinander und bilden wünschten Stelle mit dem Verbindungsstück ver- dort die mittige Doppelelektrode. Der Vorteil dieser bunden. Der Plattensatz 1 wird in das U-förmige io Ausführung liegt darin, daß die nunmehr außen-Separatorband 3 so eingeschoben, daß das Separator- liegenden Platten auf einer Seite bereits mit einem band mit seinen beiden Schenkeln 5 und 6 den Steg zusammengehalten werden und auf der anderen Plattensatz 1 U-förmig umgibt. Der Plattensatz 2 wird Seite die Stege leicht zusammengepunktet werden, nunmehr, wie in der 'Fig. 1 rechte Seite angedeutet, so daß ein Auf federn des Pakets nicht mehr möglich so über die bsiden,Schenkel geschoben, daß die einzel- 15 ist. Die sonst in solchen Fällen erforderliche Bannen Platten des Elektrodensatzes 2 in der jgewünsch- dagiernng des Elektxodenpakets .entfällt. Bei einer ten, unten näher erläuterten Wechselfolge die beiden Vielzahl yon Eiektrodenplatten muß der Steg zwi-Schenkel des U-förmigen Separatorbandes umgeben. sehen den beiden mittigen Platten langer ausgeführi F i g. 4 zeigt ein fertig zusammengesetztes Elek- werden, da er bei der Umklappung die 'beiden trodenpaket, weiches 'bereits leicht zickzackföimig ₃o Außenplatten verbindet und somit die ganze Dicke gefaltet ist. Bei dieser Ausführungsfoim liegt jede des Elektrodenpakets überbrücken muß.
zweite Platte des Plattensatees 2 auf der .gegenüber- In einer anderen Ausführungsform kann man den

liegenden Seite des Separatorfeandes. Steg zwischen der ersten und der zweiten t>zw. zwi-

F i g. 5 zeigt ein fertig gefaltetes Elektrodenpaket. sehen der vorletzten und letzten Platte verlängern Fig. 6 ze^gt zwei PJtattensätze, bei denen die Ver- 25 und darin nach erfolgter Zickzackfältung den ersten bindungasiege 4 auf gegenüberliegenden Seiten ,nahe oder letzten Elektrodensatz so umklappen, daß es auf an der Stirnfläche liegen. die andere Seite des Elektrodenpakets zu liegen

Für die ,außermittige Anordnung der Verbindungs- kommt. Dabei entsteht die nachstehende Elektrodenstege hafoen sich in der Praxis verschiedene Aus- folge:

fuhrungsformen bewährt. Die Vefbindungsstege 30 _ , ■ . , ._ii_ j^j__

brauchen nicht auf den gegenüberliegenden "Seiten

der Piattensiätze zu liegen. Die Folge kann je nachdem, ob man das erste oder

Füg· 7 zeigt eine Ausfuhrungsfornx, in welcher die letzte Elektrodenpaar umklappt, mit einer positiven Verbindungen 4 beider Plattensätze auf derselben oder negativen Platte beginnen und enden. Db man Seite des Elektrodenpakets liegen. 35 die Elektrodenfolge mit einer positiven oder nega-

Ndben der äußerst einfachen Fertigung und be- tjven Platte beginnen oder enden läßt, hängt ypm reits ernannten guten Eigenschaften des erfindungs- Zellentyp ab, in welchen das Elektrodenpaket eingegemäßen Elektradenpakets, wie gute Isolierung und baut wird. Bei positiven Gehäusepolungen wird man VersChiebungssiGherheit, tüetet das erfmdungsgemäße die Außenplatten positiv wählen.
Elektrodenpaket die Möglichkeit, die Reihenfolge 40 In der Fig. 8 ist ein Elektrodenpaket dargestellt, der Platten im Elektrodenpaket mit einfachen Maß- das zwei negative Doppelelektroden und nur eine nahmen zu variieren. Die Möglichkeit, die Reihen- positive Doppelelektrode enthält. Übersichtshälber folge der Platten einfach zu ändern, ist bei vielen werden in dieser und folgenden Figuren die negativen Zellenarten wichtig. In gasdichten alkalischen Akku- Plattensätze hell und die positiven Plattensätze initiatoren z. B. haben die negativen Elektroden im 45 dunkel gezeichnet. Der positive und der negative allgemeinen eine größere Kapazität und im Augen- Plattensaiz werden durch Schlitzen 9, W, 11 verblick des Verschließens auch eine größere Ladefähig- flochten und dann zic"kzackför,mig gefaltet. Die Elekkeit als die positiven Elektroden. Um bei der Auf- trodenfolge lautet, wenn man die Folge mit einer ladung den an der positiven Elektrode entwickelten positiven Platte anfangen läßt:

Sauerstoff besser verzehren zu können, -werden die 50 , , , j_j_ l__._.j_

negativen Elektroden in zwei TeileleÜroden ge- τ τ-

spalten. Die Wirkung solcher negativen Doppelelek- In der Fig."8 sind die beiden Elektrodenketten 1

troden kann in einfacher Weise nach entsprechender und 2 in der Höhe gegeneinander versetzt gezeichnet, Zusammenfügung und Faltung auch mit dem erfin- um die Anordnung anschaulicher zu machen. Auch dnngsgemäßen Elektrodenpa'ket erreicht werden. 55 in der Praxis kann man hei allen möglichen Ausfüh-An Hand der F i g. 8 bis 12 sollen einige Ausfüji- rungsformen die Plattensätze in der Höhe gegeneinrungsformen des erfindungsgemäßen "Elektroden- ander versetzt anordnen. Dadurch efbält man TdIe pakets näher erläutert werden. Als Beispiel wird ein der positiven und der negativen Elektrode, denen Elektrodenpaket verwendet, das achtteilige positive keine Gegenelektrodenteile gegenüberJjegen. Diese und achtteilige negative Plattensätze, "in einigen 60 Teile ragen in den Gasraum der Zelle und bewirken Fällen siebenteilige positive Plattensätze enthält. bei gasdichten alkalischen Akkumulatoren einen

Werden beispielsweise ein positiver und ein nega- besseren Gasverzehr.

tiver Plattensatz nebeneinandergelegt, d. h. der korn- F i g. 9 zeigt ein Elektrodenpaket mit zwei nega-

plette, nicht -vom Separatorband umgebene Platten- tiven Doppelelektroden und ohne positive Doppelsatz liegt an der Außenseite eines Separatorschenkels, 65 elektroden. Der negative Plattensatz besteht .aus acht und dann zickzackförmig gefaltet, ergibt sich dann Platten, der positive aus sieben Platten. Die beiden die nachstehende'Elektrodenfolge.: Sätze werden so miteinander yerJöLochten, daß die

^l 1- .j 1_ _j 1__| 1_ Endplatte 12 des negativen Satzes für sich allein

Claims

stehenbleibt. Die Sätze werden durch Schlitze 13, 14 und 15 ineinandergereiht. Durch Zickzackfaltung wird dann das Elektrodenpaket gebildet. Die frei stehende negative Elektroden wird in die positive Doppelelektrode zwischen den Schlitzen 14 und 15 geklappt. Elektrodenfolge:

Auch das Elektrodenpaket nach Fig. 10 besteht aus einem achtteiligen negativen und siebenteiligen positiven Plattensatz. Die beiden Sätze werden in den Schlitzen 16, 17 und 18 verflochten. Nach der Zickzackfaltung wird die frei stehende negative Elektrode in die positive Doppelelektrode nach Schlitz 17 gelegt. Elektrodenfolge:

I I I I _!___ _1_ _l_

Einfach erreicht man den Effekt der doppelten Negativen ohne doppelte Positive in symmetrischer Anordnung dadurch, daß man zwei negative Platten- ao sätze, vorzugsweise in halber Stärke des positiven Plattensatzes, aufeinandergelegt, mit oder ohne Zwischenfügung eines Abstandshalters, z. B. Streckmetall, und sie mit dem positiven Plattensatz gemäß F i g. 4 verflicht, so daß bei Zickzackfaltung jeweils eine positive Elektrode von zwei negativen Elektroden flankiert wird.

Elektrodenfolge bei einem achtteiligen Elektrodenpaket:

I I I 1 I I |_

T H^ H^ H^ ^ T^ T^

Nach Fig. 11 werden zwei negative Plattensätze so gegeneinander versetzt, daß sich an den Enden nur jeweils eine negative Platte befindet. Die negativen Elektrodensätze werden, wie in F i g. 4 angedeutet, mit der positiven verflochten; nach Zickzackfaltung ergibt sich die Elektrodenfolge:

Eine der einfachsten Lösungen, um doppelte Negative ohne doppelte positive Elektroden zu bekommen, besteht darin, daß man einen umhüllten positiven Plattensatz zwischen zwei negative Plattensätze legt, ohne daß die Plattensätze miteinander verflochten sind. Die Platten der Elektrodensätze sollen sich dabei genau überdecken. Durch Zickzackfaltung entsteht ein Elektrodenpaket mit folgendem Aufbau:

I , I I I I I

-j- -j- -j- -j- Γ"— ' "T

In der Fig. 12 ist ein solches Elektrodenpaket dargestellt, das aus zwei negativen und einem positiven Plattensatz besteht, die übersichtshalber in der Höhe gegeneinander verschoben sind.

Im Rahmen der Erfindung sind noch andere Ausführungsformen möglich, auf die nicht näher eingegangen wird, bei denen die Zahl der Plattensätze, die Zahl der Platten der einzelnen Sätze und die gegenseitige Anordnung der Platten verschiedener Polarität variiert werden kann.

60 Plattensätze einer Polarität mit einem U-förmigen durchgehenden Separator umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenplatten einer Polarität außermittig, vorzugsweise auf einer Seite der Elektrodenkette, die Verbindung zwischen den Elektrodenplatten der anderen Polarität außermittig, vorzugsweise auf der anderen Seite der Elektrodenkette liegt und daß die Elektrodenplatten der anderen Polarität mit gewünschter Wechselfolge die umhüllten Elektrodenplatten auf beiden Seiten umgeben.
2. Elektrodenpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung (4) zwischen den Elektrodenplatten einer Polarität an den Stirnseiten der Elektrodenkette liegt.
3. Elektrodenpaket nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenketten (1 und 2) in der Höhe gegeneinander versetzt sind.
4. Elektrodenpaket nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gefalteten Elektrodenpakets zurückgeklappt ist, so daß die Elektrodenplatten, die ursprünglich am Ende des Elektrodenpakets lagen, in die Mitte oder nahe der Mitte des Elektrodenpakets zusammengebracht sind.
5. Elektrodenpaket nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer negativen und einer positiven Elektrodenkette (1 und 2) besteht und daß die Elektrodenplatten der nicht umhüllten Elektrodenkette abwechselnd dem einen und dem anderen Schenkel (5 und 6) des Separatorbandes (3) anliegen.
6. Elektrodenpaket nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer negativen und einer positiven Elektrodenkette (1 und 2) besteht und daß je zwei hintereinanderfolgende Elektrodenplatten der nicht umhüllten Elektrodenkette abwechselnd dem einen und dem anderen Schenkel (5 und 6) des Separatorbandes (3) anliegen.
7. Elektrodenpaket nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenkette einer Polarität an einem Ende eine zusätzliche frei stehende Elektrodenplatte (12) besitzt, die in eine Falte des Elektrodenpakets umgeklappt ist.
8. Elektrodenpaket nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer positiven und zwei negativen Elektrodenketten besteht, die negativen Elektrodenketten mit oder ohne Zwischenlegung eines Abstandshalters nebeneinanderliegen und die so gebildeten negativen Elektrodenpaare abwechselnd die mit einem Separator umhüllte positive Elektrodenkette umgeben.

Patentansprüche: _In Betracht gezogene Druckschriften:

1. Zickzackartig faltbares Elektrodenpaket für Deutsche Auslegeschriften Nr. 1194 471,

Akkumulatoren, insbesondere für alkalische 1203 844;

Akkumulatoren, aus miteinander elektrisch durch französische Patentschriften Nr. 1 374 877,

Stege verbundenen Elektrodenplatten, wobei die 65 1 391 849.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809 627/917 10. 68 ® Bundesdruckerei Berlin