DE1671925A1 - Elektrochemischer Generator mit einem zylinderringfoermigen Gehaeuse - Google Patents

Elektrochemischer Generator mit einem zylinderringfoermigen Gehaeuse

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

Soeiete des Accumulateurs Fixes et de Traction, Soc. An.
Romainville /Frankreich
Elektrochemischer Generator mit einem zylinderringförmigen
Gehäuse
- -Die Erfindung beziehi^sich auf einen elektrochemischen Generator^ insbesondere alkalischen Nickel-Kadmium- oder Silber-Kadmium-Akkumulator, mit gewickelten positiven und negativen Elektroden und mit einem zylinderringförmigen Gehäuse, das zum Teil aus leitenden Wandteilen besteht.
Es sind bereits zylinderringförmige Akkumulatoren mit gewickelten Elektroden oder mit ringförmigen geschichteten Elektroden bekannt, deren Stromabnahme jedoch einen erheblichen konstruktiven Aufwand im Inneren des zylinderringförmigen Gehäuses bedingt- Hierbei ist es sowohl bekannt, zwei Klemmen an einer der ringförmigen Stirnseiten des Akkumulators vorzusehen und diese mit einem entsprechenden Verdrahtungsaufwand an die jeweiligen Elek-
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■ Β-
troden anzuschließen. Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, alle ringförmigen Elektroden der einen Polarität an das leitende Gehäuse zu legen und die ringförmigen Elektroden der anderen Polarität mit einer isoliert an der Stirnseite angeordneten Klemme zu verbinden. Die Verbindungen' zur Klemme erhöhen jedoch den Platzbedarf, den Innenwiderstand und die Kurzschlußanfälligkeit der galvanischen Zelle und bedingen einen erheblichen Herstellungsaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen billig herstellbaren, robusten und den zur Verfugung stehenden Baum gut ausnützenden elektrochemischen Generator der eingangs genannten Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß zwei voneinander elektrisch getrennte leitende Wandteile mit den negativen bzw. positiven Elektroden verbunden sind.
Durch diese Ausbildung wird jeder Aufwand für Klemmen und Durchführungen vermieden, und die elektrischen Verbindungen zwischen den Elektroden und den jeweiligen Wandteilen sind kurz und können leicht kräftig ausgelegt werden, so daß der erfindungsgemäß elektrochemische Generator nur eine geringe Störanfälligkeit aufweist.
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Vorzugsweise ist der eine der beiden leitenden Wandteile die innere zylinder!'örmige Wand und der andere die äußere E förmige Wand des zylinderringförmigen Gehäuses, Durch diese Ausbildung wird eine besonders einfache Herstellung möglich, da das Gehäuse nur aus zwei leitenden Zylindern besteht, die beispielsweise durch isolieren/ringförmige Stirnplatten miteinander ¥@r~ bunden sind. Im Bedarfsfall kann jedoch das zylinderringförmige Gehäuse auch in Axialrichtung in zwei gegeneinander isolierte Hälften unterteilt sein.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausbildung ist jede Elektrode auf einem- Teil 'ihrer-. Fläche unbeschichtet; die unbeschichteten Teile aller Elektroden einer Polarität sind elektrisch mit dem zugeordneten Wandteil verbunden. Hierdurch wird ein leichteres elektrisches Anschließen der Elektroden ermöglicht. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der unbeschichtete Teil jeder Elektrode ein liandbereich ist.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar auf einen iiingakkumulator, dessen Elektroden in an sich bekannter weise streifenförmig ausgebildet und mit einem dazwischen angeordneten Separator in Form eines Elektrodenwickels spiralig mn die innere svlinderförmige Wand des sylinderringförmigen Gehäuses gewickelt sind. Die innere zylinderförmige .Wand hat
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hierbei vorteilhafterweise einen Durchmesser von mindestens i cm und die Elektroden eine Stärke bis zu 1 mm. Diese Ausbildung ergibt besonders günstige Herstellungsbedingungen, insbesondere für die Massenfertigung, die schnell und ohne wesentliche Schwierigkeiten maschinell durchgeführt werden kann. Zweckmäßigerweise steht dabei der unbeschichtete Bandbereich der streifenförmigen Elektroden der einen Polarität an der einen Stirnseite und der anderen Polarität an der anderen Stirnseite des Elektrodenwickels aus diesem vor. Diese vorstehenden Bandbereiche können dann in verschiedener vorteilhafter Weise mit der inneren bzw. äußeren zylinderf örmigen Wand leitend verbunden sein. Etwa können die unbeschichteten Bandbereiche kreneliert, zur jeweiligen zylinderförmigen Wand hingebogen und mit dieser verschweißt sein, wobei es besonders günstig ist, wenn die vorstehenden Bandbereiche der von der anzuschließenden Wand entfernten Windungen weiter aus dem Elektrodenwickel vorstehen als die näheren. Die unbeschichteten Bandbereiche können auch mit leitenden Kämmen verbunden sein, die ihrerseits jeweils an einer der zylinderförmigen Wände leitend befestigt sind; diese Ausbildung bietet herstellungstechnische Vorteile j da nur wenige Verbindungsstellen an den zylinderförmigen Wänden anzubringen sind. Schließlich können die mit ihren Flächen aneinander liegenden unbeschichteten liandbereiche der Windungen
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des Elektrodenwickels, beispielsweise jeweils zu zweien oder dreien, miteinander leitend verDunden sein und die der zugehörigen zylinderförmigen Wand benachbarten Randbereiche mit dieser leitend verbunden sein. Diese Ausbildung beansprucht nur wenig Platz an den Stirnseiten der Elektrodenwickel und ergibt somit eine gute iLaumausnützung.
weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfin-
m dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeich- ~ nung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Ausfuhrungsform eines Akkumulators gemäß der Erfindung,
Fig. 2A und 2B eine schematische Teilstirn- bzw. -Seitenansicht des Akkumulators nach Fig. 1 bei der Herstellung, ,
Fig. 3 und 4 schematische Draufsichten auf zwei Ausführungs- ™ ' formen von Elektroden des erfindungsgemäßen Akkumulators, und
Fig. b teilweise im Aufriß und teilweise im Axialschnitt eine schematische Ansicht einer abgewandelten Verschließvorrichtung für einen erfindungsgemäßen Akkumulator.
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BAD OTOGttftU
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Die Fig. 1, 2A und 2B geben einen ringförmigen alkalischen Iickel-Kadmium-Akkumulator gemäß der Erfindung sowie dessen Aufbau wieder. Dieser Akkumulator umfaßt eine negative Elektrode 1 und eine positive Elektrode 2 von geringer Dicke (höchstens 1 mm), die voneinander durch einen porösen Separator 3 einer Dicke von 1/10 bis 3/10 mm getrennt sind, der sie elektrisch isoliert und sie voneinander unter gleichmäßigem Abstand hält. In Fig. 2A und 2B ist zur vereinfachten Darstellung die Länge der Elektroden und des Separators verringert. Diese Elektroden und der Separator sind spiralenförmig in ungefähr vier Windungen gewickelt und von einem ringförmigen, dichten Gehäuse 4 umschlossen. Im dargestellten"Beispiel sind die positive und die negative Elektrode gleich breit; sie könnten jedoch ebensogut verschiedene Breiten haben. Das Gehäuse 4 besteht aus einem inneren Metallzylinder b eines Durchmessers von einigen Zentimetern, einem äußeren Metallzylinder 6 und aus zwei Kränzen 7 aus Isoliermaterial mit geeigneter mechanischer und chemischer Beständigkeit, die zwischen die beiden Zylinder b und 6 derart eingesetzt sind, da£> sie eine Dichtung bilden. Um jede Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den beiden Elektrodenwicklungen sowie zwischen den Elektrodenwicklungen und den Zylindern t> und 6 zu vermeiden, ist der Separator 3 breiter als der aktive Teil derElektroden,
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[ BAD
so daß er über mindestens eines der Enden hinausragt. Der Deutlichkeit halber ist der Separator 3 in Fig. 2A nicht dargestellt. Die Elektroden 1 und 2 bestehen aus einem teilweise durchlöcherten Metallband δ, beispielsweise aus vernickeltem Stahl, das am durchlöcherten Teil der Oberfläche derart«Ton einer Sintermetallschieht überdeckt ist, die aktive Masse, und zwar Kadmiumhydroxyd 9 für die negative Elektrode und Nickelhydroxvd 10, das gegebenenfalls mit Kobalthydroxyd angereichert ist, für die positive Elektrode enthält, daß der rechte Hand 11a der negativen Elektrode 1 und der linke Rand 12 der positiven Elektrode 2 frei von aktiver Masse bleiben (Fig. 2A). Zweckffiäiiigerweise sind die Bänder 11a und 12 kreneliert, und zwar bei der negativen Elektrode bei 13 und bei der positiven Elektrode bei 14, so daß sie, wie nachstehend noch beschrieben, leichter umschlagbar sind. .
Die positive Stromklemme besteht aus dem äußeren Metallsylinder 6 und die negative aus dem inneren Metallzylinder 5. Die nicht durchlöcherten und nicht mit aktiver Masse beschichteten nänder 11a und 12 der Bänder ö dienen jeweils als Stromausgang iür die negative bzw. positive Elektrode. In einer aogewanaelten imsführungsforia können die üänder 11a und" 12 auf die ränder c der Elektroden aufgeschweißt sein.
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BAD
Damit der Akkumulator große Strommengen liefern kann, muß ein sehr guter elektrischer Kontakt zwischen den aus den Bändern 11a und 12 und den Zylindern 5 bzw. 6 bestehenden Stromausgängen hergestellt werden. Dieser Kontakt wird durch eine Verschweißung in Form von Punkten oder Linien 15 und 16 erzielt, die zwischen den krenelierten Bändern 11a und 12 und dem Zylinder 5 bzw. 6 vorgesehen werden, nachdem die krenelierten Bänder zu ihren zugeordneten Zylindern umgebogen sind.
Der vorstehend beschriebene Akkumulator kann auf nachstehende Weise hergestellt werden;
An einem Metallzylinder 5 eines Durchmessers von einigen Zentimetern, der in der Nähe seiner Enden mit zwei nach außen gewandten Wülsten 17 versehen ist, wird beispielsweise mit Hilfe von Verschweißungen in Form von Punkten oder Linien 1o der Band 11b der negativen Elektrode 1 befestigt und anschließend die vollständig vom Separator 3 umgebene positive Elektrode 2 derart angeordnet, daß sie zwischen der negativen Elektrode und dem Zylinder 5 festgeklemmt wird (Fig. 2B). Anschließend werden die Elektroden und der Separator spiralförmig um den Zylinder 5 aufgewickelt, wobei man in Pfeilrichtung f dreht.
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·' BAD ORIGII&IL^
Falls die Schweißpunkte oder -linien.1ö, die das Aufwickeln in Form einer Spirale erleichtern, schwierig herzustellen sind, kann in einer abgewandelten Durchführungsform mittels eines Klebebandes eine ausreichend feste Verbindung zwischen der Elektrode 1 und dem Zylinder 5 erzielt werden. Mach beendigtem Aufwickeln - im beschriebenen Beispiel nach ca. vier Umdrehungen - wird das Ganze beispielsweise mit Hilfe eines Klebebandes lagegerecht festgehalten. Nun werden die krenelierten Händer 11a umgebogen und anschließend an den Punkten oder Linien 15 auf dem Zylinder 5 festgeschweißt. In einer abgewandelten Durchführungsform kann das Verschweißen der Bänder 11a auf dem Zylinder 5 zusammen mit dem Wickeln der Elektroden vorgenommen werden. Anschließend wird die Elektroden-Separator-Zylinder-Einheit in den zweiten Metallzylinder 6 eingeführt, der die gleiche Länge hat wie der Zylinder 5 und dessen Durchmesser gerade ausreicht, daß dieses Einführen vorgenommen werden kann. Die Bänder 12 der positiven Elektrode 2 werden an den Punkten oder Linien 16 an den Zylinder 6 angeschweißt; dabei geht man auf die gleiche Weise vor wie bei der negativen Elektrode. Den Zylinder 6 versieht man dann mit zwei Wülsten 19, die nach innen gerichtet sind, den Wülsten 17 entsprechen und diesen gegenüberliegen. Nun wird an einem Ende des erhaltenen Elements zwischen die Zylinder 5 und 6 ein geeigneter
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BAD ORIGiNAl.
Kranz 7 aus isolierendem und inertem Werkstoff angeordnet, das Element in einem geeigneten Klemmbacken eingespannt und auf.den eine Dichtung bildenden Kranz 7 Druck aiBgeübt, wobei die Wülste 17 und 19 gestaucht und die Enden der Zylinder 5 und 6 an den Rändern 5a und 6a (Fig. 1) auf diesen Kranz 7 umgeschlagen werden. Der zum Betrieb des Akkumulators notwendige Elektrolyt wird anschließend durch das offen gebliebene Ende des Elementes eingeführt, und dieses Ende dann durch einen zweiten Kranz 7 verschlossen, indem man wie oben vorgeht. Wahlweise können die beiden Enden des Elements auch gleichzeitig verschlossen werden, nachdem der Elektrolyt vor dem Verschließen eingebracht und im Elektroden-Separator-Block zurückgehalten wurde.
Wenn in bestimmten Fällen Schwierigkeiten beim Anschweißen der Bänder 11a der letzten Windungen und der Ränder 12 der ersten Windungen an die Zylinder 5 bzw. 6 vorhanden sein können, weil diese Ränder beispielsweise aufgrund ihrer ungenügenden Breite nicht bis zu den Zylindern umgebogen werden können, gibt es verschiedene Möglichkeiten, den elektrischen Kontakt zwischen den Rändern 11a und 12 und den Zylindern 5 und 6 herzustellen, insbesondere:
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BADORlGiNAl
- a) Umbiegen des Randes der n Windung einer der Elektroden zum Hand der (n-1) Windung und Anschweißen an diesen Hand, Umbiegen des Randes der (n~1) Windung zum Rand der
ten
(n-2) Windung und Anschweißen, und so fort bis zum inneren Zylinder 5; und b) Umbiegen des Randes der ersten Windung der anderen Elektrode auf den der zweiten und Anschweißen, und so fort bis zum äußeren Zylinder 6;
- Verschweißen der krenelierten Teile paarweise oder je zu dreien, indem für jedes neue Verschweißen eine Versetzung um eine Windung vorgenommen wird, und unmittelbares Anschweißen der zugeordneten Windung bzw. Windungen, die dem Zylinder am nächsten liegen, an diesem Zylinder}
- Verschweißen der Ränder der zugeordneten Windungen, die den inneren und äußeren Zylindern am nächsten liegen an diesen Zylindern, Anbringen von Zungen 20, beispielsweise durch Verschweißen, an den am weitesten entfernt liegenden Windungen; die Zungen 20 müssen lang genug sein, daß sie umgebogen und an ihrem entsprechenden Zylinder verschweißt werden können. Diese Ausführung ist in Fig. 3 dargestellt; hier werden die Elektroden 1 und 2 einander entgegengesetzt angeordnet, bevor sie auf den inneren Zylinder 5 aufgewickelt werden;
- Vorsehen von Rändern 21 und 22 mit derart zunehmender Breite, wie ihr Abstand vom Zylinder, an dem sie verschweißtwerden
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* BADORlQINAt'
sollen, zunimmt. Diese Anordnung kann in Kombination mit derjenigen gemäß Fig. 2A mit den krenelierten Rändern verwendet werden, bei der die Elektroden 1 und 2 vor dem Aufwickeln einander entgegengesetzt angeordnet werden (Fig. 4);
- Verwendung von Stromkollektoren in Form von Kämmen, so daß die Zähne des jeweiligen Kamms in die nicht mit aktiver Masse beschichteten Ränder der Elektroden eingreifen und daran angeschweißt werden können.
Wunschgemäß kann anstelle der negativen Elektrode die positive Elektrode am inneren Zylinder angeschweißt werden. In diesem Fall könnte dann außer den elektrischen Punkt- oder Linienschweißkontakten eine andere vorteilhafte Art des elektrischen Kontaktes zwischen dem äußeren Zylinder und der negativen Elektrode vorgesehen werden, indem eine zusätzliche Wicklung des Metallbandes 8 vorgesehen wird, die nicht mit aktiver Hasse versehen ist und durch, einfachen Druck innen am äußeren Zylinder anliegt.
In Fig. 5 ist eine andere Ausführung des Akkumulatorgehäuses dargestellt, in der ein Teil 23 in Form eines zylindrischen Bechers bei 24 auf den jeweiligen Rand eines der Zylinder, beispielsweise des inneren Zylinders aufgeschweißt und durch Verklemmen auf dem jeweiligen Rand des anderen Zylinders befestigt
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ist; dabei ist eine Dichtung 25 aus Kunststoff dazwischen angeordnet. Durch die gewölbte Form des Teils 23 hat dieser eine Elastizität, die sein Anbringen erleichtert oder den auf die Dichtung ausgeübten Druck erhöht.
Bei der Herstellung des Akkumulatorgehäuses sind noch weitere Abwandlungen möglich, z.B.:
- Verwendung zweier unterschiedlich langer Metallzylinder, wobei die Enden des längeren Zylinders auf den kürzeren Zylinder umgebogen werden und eine beispielsweise aus Kunststoff bestehende Isolierdichtung, die Abdichtung des Akkumulators und die Isolierung der beiden Gehäuseteile gewährleistet;
- Im Falle eines Gehäuses nach Fig. 1 ist durch Verwendung von Metallkränzen 7 und mindestens einer zwischen die Kränze eingebrachten Kunststoffdichtung sowie mindestens eines Metallzylinders die elektrische Isolierung der zwei Stromausgangsklemmen und die Abdichtung des Akkumulators sichergestellt. Die Dichtung könnte gegebenenfalls vorher auf diese Kränze aufgeformt werden;
- Aufbringen einer Isolierschicht auf die Klemm- oder Verschlußbereiche des Akkumulators, um dessen Abdichtung nooh weiter zu verbessern.
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Die im vorstehenden in Verbindung mit Akkumulatoren beschriebene Erfindung ist ebensogut auf Primärzellen anwendbar.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche :
    J) Elektrochemischer Generator, insbesondere alkalischer Nickel-Kadmium-oder Silber-Kadmium-Akkumulator, mit gewickelten positiven und negativen Elektroden und mit einem zylinderringförmigen Gehäuse, das zum Teil aus leitenden Wandteilen, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander elektrisch getrennte leitende Wandteile (5,6) mit den negativen (1) bzw. positiven (2) Elektroden verbunden sind.
    2. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der beiden leitenden Wandteile die innere zylinderförmige Wand (5) und der andere die äußere zylinder förmige Wand (6) des zylinderringförraigen Gehäuses (4) bildet.
    3« Elektrochemischer Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (1,2) auf einem Teil (11a,12) ihrer Fläche unbeschichtet ist und die unbeschichteten Teile jeweils aller Elektroden einer Polarität elektrisch mit dem zugeordneten Wandteil (5,6) verbunden sind.
    4. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 5, dadurch gekenneeichnet, daß ein Randbereich (11a,12) jeder Elektrode unbeschichtet ist.
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    5. Elektrochemischer Generator nach einem der Ansprüche
    1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1,2) streifenförmig ausgebildet und mit einem dazwischen angeordneten Separator (3) in Form eines Elektrodenwickels spiralig um die innere zylinderförmige Wand (5) des zylinderringförmigen Gehäuses (4) gewickelt sind.
    6. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der unbeschichtete Randbereich (11a, 12) der streifenförmigen Elektroden (1,2) verschiedener Polarität jeweils an einer der Stirnseiten des Elektrodenwickels aus diesem vorsteht.
    7. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß' die unbeschichteten Randbereiche (11a, 12; 21,22) kreneliert, zur jeweiligen zylinderförmigen Wand (5, 6) hingebogen und mit dieser verschweißt sind (Fig. 1,4).
    Ö. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unbeschichteten Randbereiche mit leitenden Kämmen verbunden sind, ate ihrerseits jeweils an einer der zylinderförmigen Wände leitend befestigt sind.
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    BAO ORlQINAt
    9. Elektrochemischer Generator nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flächig aneinander liegenden unbeschichteten Randbereiche der Windungen des Elektrodenwickels miteinander leitend verbunden und die der jeweils zugehörigen zylinderförmigen Wand benachbarten mit dieser leitend verbunden sind.
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    Leers&ite
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