DE2158898B2 - Verfahren zur herstellung von flachzellenbatterien mit bipolaren elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Flachzellenbatterien mit bipolaren Elektroden.

Bei der Herstellung von derartigen vielzelligen Batterien müssen drei wesentliche Erfordernisse erfüllt sein: ein für den Elektrolyten der Batterie undurchlässiger Bauteil muß zwischen benachbarten Zellen angeordnet sein, um die Zellen gegeneinander abzudichten; zwischen der positiven Elektrode in einer Zelle und der negativen Elektrode in der benachbarten Zelle muß eine elektrisch leitende Verbindung bestehen; und der für den Elektrolyten undurchlässige Bauteil und die elektrisch leitenden Verbindungen dürfen keine unerwünschten Reaktionen in der Batterie hervorrufen. Weiter ist es erwünscht, daß zwischen der positiven Elektrode der einen Zelle und der negativen Elektrode de/ benachbarten Zelle ein möglichst geringer elektrischer Widerstand besteht, und daß die Batterie aus billigen Materialien und auf kostengünstige Weise hergestellt werden kann.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von vielzelligen Batterien besteht in der Verwendung von Doppel- oder Duplex-Elektroden. die auch als Bipolar-Elektroden bezeichnet werden. Eine Doppel-Elektrode ist ein separat hergestellter Bauteil, der auf einem für Elektroiyte undurchlässigen, elektrochemisch nicht aktiven Bauteil, der gleichzeitig zur Trennung einer Zelle von der benachbarten Zelle dienen kann, auf einer Seitc eine positive und auf der anderen Seite eine negative Elektrode trägt. Die so aufgebauten Doppel-Elektroden werden nach ihrer Herstellung zu einer vielzelligen Batterie zusammengebaut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Herstellungsverfahren zu schaffen, bei dem nicht nur die vorstehend angegebenen Forderungen erfüllt sind, sondern auch selbsttragende Elektrodenzusammenstellungen geschaffen werden, so daß diese Elektroden zu vielzelligen Batterien zusammengesetzt werden können, ohne daß zunächst das Substrat, auf dem sie aufgebracht sind, entfernt werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entlang eines Trägerstreifens mit Abstand voneinander positive Elektrodenabschnitte aufgebracht werden und daß entlang des Trägerstreifens mit Abstand voneinander negative Elektrodenabschnitte aufgebracht werden, wobei jeder negative Elektrodenabschnitt auf der gegenüberliegenden Seite in elektrischer Verbindung und im wesentlichen fluchtend mit einem positiven Elektrodenabschnitt aufgebracht wird, daß mindestens ein Trägerstreifen mit den positiven und negativen Elektroden unter Einfügen eines einen Elektrolyt aufweisenden Separators zwischen äußeren positiven und negativen Elektroden angeordnet wird, daß die Elektroden und Separatoren entlang ihres Umfangs flüssigkeitsdicht gegeneinander abgedichtet werden, und daß an jeder der äußeren positiven und an jeder äußeren negativen Elektrode elektrisch leitende Schichten angebracht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt eine wesent-

liehe Vereinfachung und die Erzielung eines besseren Produktes im Vergleich zu den Ausbildungen und Verfahren, die in US-PS 2519 053, 30 03 013 und 30 04 093 sowie der GB-PS 6 34 281 offenbart sind.

Die Verwendung des zusammenbangenden Träger-Streifens ergibt einen strukturellen Zusammenhang, gestattet Hochgeschwindigkeitsherstellungsmaschinen, da flexible zusammenhängende Streifen besser verarbeitet werden können als Einzelstücke.

Weiterbildungen und vorteilhafte Aiisführungsfor- ι ο men der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen.

Die weitere Beschreibung und die Zeichnungen sind in folgende fünf Abschnitte unterteilt:

Abschnitt

Material des Trägerstreifens

A Elektrisch leitender Kunststoff.

B Elektrisch nichtleitender Kunststoff mit einem

Leiter durchsetzten Durchlassen.

C Auf beiden Seiten mit einer elektrochemisch

inerten, elektrisch leitenden Haftschicht beschichtetes Metall.

D Metall mit einer metallischen Oberfläche, die

elektrochemisch aktiv und einer Oberfläche, die mit einer elektro chemisch inerten, elektrisch leitenden Haftschicht beschichtet ist.

E Metall mit wenigstens einer metallischen Oberfläche, die elektrochemisch inert ist.

Die Zeichnungen zeigen

Abschnitt A

Fig.Al eine schematische Ansicht, die einen zusammenhängenden, elektrisch leitenden Kunststoffträgerstreifen zeigt, der durch eine Aufsetzvorrichtung geführt ist, in welcher positive und negative Elektroden auf dem Trägerstreifen aufgebracht wurden;

Fig.A2 eine Schrägansicht einer nach dem in Fig.Al gezeigten Verfahren hergestellten Doppel-Elektroden aufweisenden vielzelligen Batterie;

Fig.A3 einen typischen Querschnitt durch die in Fig.A2 gezeig'e Batterie entlang der Linie A-A in F i g. A2, wobei die Dicke der Batterie zu Erläuterungszwecken erheblich vergrößert dargestellt ist;

Fig.A4 einen Abschnitt des elektrisch leitenden Trägerstreifens mit positiven und negativen Elektrodenabschnitten auf den gegenüberliegenden Seiten des Streifens:

Abschnitt B

Fig.Bl einen Abschnitt eines elektrisch nichtleitenden Trägerstreifens mit elektrisch leitendem Material, z. B. einer auf beiden Seiten des Streifens aufgebrachten und Durchbrechungen im Streifen durchsetzenden Haftschicht;

Fig. B2 eine schematische Ansicht, in welcher ein zusammenhängender Streifen aus nichtleitendem Material mit dem mit ihm verbundenen leitenden Material beim Durchtritt durch eine Aufsetzvorrichtung gezeigt ist, in welcher mit Abstand voneinander positive und negative Elektrodenabschnitte auf das leitende Material auf beiden Seiten des Streifens aufgebracht werden:

Fig. B3 eine Schrägansicht einer in der in Fig. B2 gezeigten Weise hergestellten Doppel-Elektroden aufweisenden, vielzelligen Batterie;

35

40

45

5°

55

6o F i g. B4 einen Querschnitt durch die in F i g. B3 gezeigte Batterie entlang der Linie B-B in F i g. B3;

F i g. B5 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Dcppel-Elektrode, bei weicher ein leitendes Material, z.B. eine leitende Haftschicht, auf einer Seite des nichtleitenden Trägerstreifens angeordnet ist und im Streifen vorgesehene Durchbrechungen durchsetzt, und bei dem ein anderes leitendes Material, z. B. Metall, auf der anderen Seite des Trägerstreifens aufgebracht ist;

F i g. B6 eine vergrößerte Schnittansicht durch eine Doppel-Elektrode mit zwei Schichten aus nichtleitendem Material, von denen jede wenigstens eine öffnung oder einen Durchlaß aufweist, wobei leitende Materialien die Durchbrechungen in den beiden nichtleitenden Schichten durchsetzen, so daß ein elektrischer Anschluß an dem zwischen den Kunststoffschichten liegenden Leiter besteht;

Abschnitt C

Fig.Cl eine schematische Ansicht eines zusammenhängenden Metali-Trägerstreifens, der zunächst durch eine Auftragvorrichtung geführt und auf beiden Seiten mit einer leitenden Haftschicht versehen und dann durch eine zusätzliche Auftragvorrichtung geführt wird, in welcher positive und negative Elektrodenabschnitte im Abstand voneinander auf den gegenüberliegenden Seiten des beschichteten Metallstreifens aufgebracht werden;

Fig.C2 eine Schrägansicht einer in der in Fig.Cl gezeigten Weise hergestellten Doppel-Elektroden aufweisenden, vielzelligen Batterie;

Fig.C3 eine Schnittansicht durch die in Fig.C2 gezeigte Batterie entlang der Linie C-Cin F i g. C2;

F i g. C4 eine Schrägansicht eines Abschnitts des in der in F i g. Cl gezeigten Weise hergestellten Produkts, wobei mit Abstand voneinander aufgebrachte positive und negative Elektrodenabschnitte auf gegenüberliegenden Seiten des beschichteten Metallstreifens gezeigt sind;

Abschnitt D

Fig. Dl eine schematische Ansicht eines zusammenhängenden Metall-Trägerstreifens, der zunächst durch eine Auftragvorrichtung geführt wird, durch weiche auf einer Seite des Metallstreifens eine leitende Haftschicht aufgebracht wird, und der dann durch eine zusätzliche Aufbringvorrichtung geführt wird, in welcher positive Elektrodenabschnitte mit Abstand voneinander auf der beschichteten Seite des Metall-Trägerstreifens aufgebracht werden;

Fig. D2 eine Schrägansicht einer in der in Fig. Dl gezeigten Weise hergestellten Doppel-Elektroden aufweisenden, vielzelligen Batterie;

F ι g. D3 eine Schnittansicht der in F · g. D2 gezeigten Batterie entlang der Linie P-D in F i g. D2;

Fig. D4 eine Schrägansicht des in der in Fig. Dl gezeigten Weise hergestellten Produkts, wobei mit Abstand voneinander angeordnete mit der beschichte-'en Seite des Metall-Trägerstreifens in Berührung stehende Elektrodenabschnitte gezeigt sind;

Abschnitt E

Fig. El eine schematische Ansicht eines zusammenhängenden Einmetall-Trägerstreifens aus nicht reagierendem Metall, der durch eine Aufbringvorrichtung geführt wird, in welcher mit Abstand voneinander positive und negative Elektrodenabschnitte auf dem Trägerstreifen aufgebracht werden;

Fig. E2 eine Schrägansicht einer in der in Fig. El gezeigten Weise hergestellten Doppel-Elektroden aufweisenden vielzelligen Batterie;

Fig. E3 eine Schnittansicht der in Fig. E2 gezeigten Batterie entlang der Linie E-Em F i g. E2;

Fig. E4 eine Schrägansicht des in der in Fig. El gezeigten Weise hergestellten Produkts, wobei mit Abstand voneinander liegende positive und negative Elektrodenabschnitte auf den gegenüberliegenden Seiten des Metallstreifens gezeigt sind;

Fig. E5 eine der Fig. E3 ähnliche Ansicht, mit der Ausnahme, daß beim hier gezeigten Aufbau der Doppel-Elektroden ein Bimetallmaterial verwendet ist, bei welchem das den positiven Elektrodenabschnitten benachbarte Metall bezüglich dieser Elektrode nicht reagierend und das der negativen Elektrode benachbarte Metall bezüglich dieser Elektrode nicht reagierend ist;

F i g. E6 eine der F i g. E3 ähnliche Ansicht, mit der Ausnahme, daß beim Aufbau der hier gezeigten Doppel-Elektroden ein Trimetall-Material verwendet ist, dessen äußere beiden Schichten mit der positiven und negativen Elektrode nicht reagieren;

F i g. E7 eine der F i g. E3 ähnliche Ansicht, mit der Ausnahme, daß der beim Aufbau der gezeigten Doppel-Elektrode verwendete Metallstreifen ein Bimetallmaterial ist, bei welchem das der positiven Elektrode benachbarte Metall bezogen auf diese Elektrode nicht reagierend oder inert ist, und bei welcher das andere Metall als negative Elektrode der Batterie dient.

Abschnitt A:

Trägerstreifen aus elektrisch leitendem
Kunststoff

Fig. Al zeigt in schematischer Ansicht einen zusammenhängenden, elektrisch leitenden Kunststoff-Trägerstreifen A 50, der von einer Rolle oder einer anderen Vorratsquelle A 250 aus durch die Auftragvorrichtungen 220 und 230 zum Auftragen der positiven bzw. negativen Elektroden geführt wird, von denen positive und negative Elektrodenabschnitte 20 bzw. 30 mit Abstand voneinander auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerstreifens aufgebracht werden. Jeder negative Elektrodenabschnitt steht einem positiven Elektrodenabschnitt im wesentlichen gegenüber. Die Auftragvorrichtungen 220 und 230 können einander gegenüberliegend angeordnet sein, so daß sie die gegenüberliegenden Elektrodenabschnitte gleichzeitig aufbringen, oder sie können mit Abstand voneinander angeordnet sein, so daß zunächst eine Auftragvorrichtung ihren Elektrodenabschnitt aufbringt und anschließend die andere Auftragvomchtung den gegenüberliegenden Elektrodenabschnitt aufbringt Fig.A4 zeigt einen Abschnitt des elektrisch leitenden Trägerstreifens mit den auf gegenüberliegenden Seiten aufgebrachten positiven und negativen Elektrodenabschnitten. Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß ein Abschnitt des Trägerstreifens mit einer positiven und einer negativen Elektrode auf seinen gegenüberliegenden Seiten eine Doppel-Elektrode bildet die auch als Bipolar-Elektroden bekannt sind. Aus den F i g. A J und A4 geht hervor, daß die Doppel-Elektroden unmittelbar nach dem Durchlaufen der zweiten der beiden Auftragvorrichtungen baulich miteinander verbunden sind: diese physikalische Verbindung zwischen den Doppel-Elektroden muß anschließend unterbrochen werden, jedoch kann dies vor oder nach dem Zusammenbau der Doppel Elektroden in einer vielzelligen Batterie erfolgen.

Das mögliche Endprodukt der vielzelligen Batteri« bleibt gleich, gleichgültig ob die in der in Fig.A gezeigten Weise hergestellten Doppel-Elektroden voi oder nach ihrer Trennung voneinander zusammenge baut werden. F i g. A2 zeigt solch eine vielzellige Batterie A 5 in einer perspektivischen oder Schrägen sieht. F i g. A3 zeigt einen Abschnitt der vielzelliger

ίο Batterie A 5 in einer vergrößerten Querschnittsansich und zeigt die Bauteile der Batterie, die in der nachfolgenden Abschnitten näher beschrieben werden Wie F i g. A3 zeigt, umfaßt die Batterie A 5 die Kombination einer äußeren positiven Elektrode 20-/4 einer äußeren negativen Elektrode 30-/4 und wenigsten: einer zwischen den Elektroden 20-Λ und 30-/ gelegenen Doppel-Elektrode, wobei jede Doppel-Elek trode in der in F i g. Al gezeigten Weise hergestellt ist Wie aus F i g. A3 hervorgeht, umfaßt eine Doppel-Elektrode einen Abschnitt eines elektrisch leitenden Kunststoff-Trägerstreifens, der als Zwischenzellen-Polbrücke der Doppel-Elektrode wirkt, sowie in Kombination mit ihm positive und negative Elektrodenabschnitte 20 und 30 auf gegenüberliegenden Seiten des

2.S Trägerstreifenabschnitts. Die Batterie A 5 weist weiter einen mit einem Elektrolyt getränkten Separator 40 zwischen jeder positiven Elektrode 20 oder 20-/4 und jeder negativen Elektrode 30 oder 30-/4 auf. Auf diese Weise hat die vielzellige Batterie mindestens zwei Zellen, wobei jede Zelle die Kombination einer positiven Elektrode 20 oder 20-A einer negativen Elektrode 30 oder 30-/4 und eines mit einem Elektrolyten getränkten Separators 40 zwischen den Elektroden ist. Für Flüssigkeiten undurchdringliche Schichten 80 und 90, die gleichzeitig als Stromleiter dienen, sind an den äußeren Elektroden 20-A bzw. 30-/4 angeschlossen. Gleichzeitig als Dampfsperren dienende metallische Stromsammelelektroden 60 und 70 liegen auf den Außenseiten der Schichten 80 und 90. Für den Elektrolyten undurchlässige Dichtungen und elektrische Isolierungen umgeben die mit dem Elektrolyten getränkten Separatoren 40 und sind mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet.

Der in den F i g. Al und A4 schematisch gezeigte und im vorstehenden beschriebene Aufbau hat eine Vielzahl von Vorteilen. Die Verwendung des Trägerstreifens als Substrat ermöglicht es, die Elektroden aus Materialien zu machen, die während der Herstellung der Doppel-Elektroden nicht oder nur schlecht als kontinuierliche Streifen hergestellt werden können. Beispiele für solche Elektroden, die nicht oder nur schwer als zusammenhängende Streifen hergestellt werden könnea sind beispielsweise Elektroden, die fein verteilt in einem Grundmaterial Teilchen aus aktivem Material aufweisen; mittels Flammenzerstäubung aufgebrachte Schichten und aufgedampfte Schichten.

Der leitende Trägerstreifen ermöglicht auch den Stromfluß zwischen der positiven und der negativen Elektrode einer Doppel-Elektrode, ohne daß andere

fto elektrische Leiter verwendet werden müssen.

Der elektrisch leitende Kunststoff hat weiter den Vorteil, daß er in der Batterie elektrochemisch inert ist. Die Verwendung eines zusammenhängenden Trägerstreifens als Substrat auf dem mit Abstand voneinander Elektrodenabschnitte aufgebracht werden, ist außerdem auch bezüglich der Herstellverfahren vorteilhaft Moderne Hochgeschwindigkeitsherstellmaschinen sind besser für die Verarbeitung von biegsamen, kontinuierli-

chen Streifen mit aufgebrachten Abscheidungen geeignet, als für eine Folge von biegsamen Einzelstücken. Die maximalen vorteilhaften Auswirkungen dieses Prinzips können erfindungsgemäß erreicht werden, indem der zusammenhängende Streifen als Herstellungsmittel für die gesamte Herstellung der Doppel-Elektroden und der nachfolgenden Vereinigung dieser Elektroden zu einer vielzelligen Batterie verwendet wird, wobei das Zerschneiden der Trägerstreifen in Abschnitte erst dann erfolgt, wenn alle anderen beim Zusammenbau der vielzelligen Batterie erforderlichen Schritte durchgeführt sind. Unter Berücksichtigung dessen, wird vorzugsweise eine Vielzahl von strukturellen und elektrisch miteinander nicht verbundenen vielzelligen Batterien hergestellt, indem mit der Herstellung von Doppel-Elektroden begonnen wird, die durch den zusammenhängenden elektrisch leitenden Kunststoff-Trägerstreifen baulich miteinander verbunden sind. Diese Herstellung erfolgt durch Aufbringung von positiven und negativen Elektrodenabschnitten auf dem Trägerstreifen, wie in Fig. Al gezeigt ist, so daß jeder negative Elektrodenabschnitt bezogen auf einen positiven Elektrodenabschnitt auf der gegenüberliegenden Seite und zu ihm ausgerichtet angeordnet ist. Die nächste Stufe besteht im Aufbau vielzelliger Batterien, die durch mindestens einen der mit positiven und negativen Elektrodenabschnitten versehenen Trägerstreifen baulich miteinander verbunden sind, wobei die Stufe die folgenden Schritte umfaßt: wenigstens einer solcher Trägerstreifen wird zwischen äußeren positiven und äußeren negativen Elektroden eingefügt, so daß eine Doppel-Elektrode zwischen einer äußeren positiven und einer äußeren negativen Elektrode liegt; ein mit einem Elektrolyten getränkter Separator wird zwischen jede positive und negative Elektrode eingefügt; entlang des Umfangs jedes mit Elektrolyt getränkten Separators wird eine flüssigkeitsdichte Abdichtung vorgenommen; um die Elektroden und die mit Elektrolyt getränkten Separatoren wird eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung angebracht; und an jeder äußeren positiven Elektrode werden elektrische Leiter angeschlossen, die bis außerhalb der flüssigkeitsundurchlässigen Schicht geführt sind und an jeder äußeren negativen Elektrode wird ein weiterer elektrischer I «.iier angeschlossen, der ebenfalls bis außerhalb der iiüssigkeitsdichten Schicht geführt ist. Nach dem Zusammenbau der BdMenen wird jeder Trägerstreifen zwischen den Doppel- Elektroden durchschnitten, so daß strukturell nicht mehr miteinander verbundene vielzellige Batterien entstehen; der Trägerstreifen kann zwischen jedem aufeinanderfolgenden Doppel-Elektrodenpaar zer schnitten werden, oder er kann in größere Stücke geschnitten werden, von denen jedes zwei oder mehr Doppel-Elektroden aufweist so daß die hieraus aufgebauten, durch die größeren Stucke verbundenen Batterien elektrisch parallelgeschaltet sind. Während des Aufbaus der Batterien können die Bauteile in Form eines zusammenhängenden Streifens bearbeitet werden: alternativ kann jeder der zusätzlichen Bauteile auch als Folge von struktureil nicht miteinander verbundenen Bauteilen auf dem zusammenhängenden leitenden Kunststoff-Trägerstreifen aufgesetzt werden. Fig.A3 ermöglicht die Veranschaulichung dieses Konzeptes. Die in F i g A3 gezeigte vielzellige Batterie A 5 kann unter Verwendung von drei elektrisch leitenden Kunststoff-Trägerstreifen A 50 hergestellt werdea wobei die positiven und negativen Elektroden 20 und 30 mit Abstand voneinander auf gegenüberliegenden Seiten jedes Streifens aufgebracht werden, wie in den Fig.Al und A4 gezeigt ist. Die in Fig.A3 gezeigten mit Elektrolyt getränkten Separatoren oder Scheider 40 werden in nicht miteinander verbundenem Zustand in die Batterie eingebaut. Die Bauteile 60,70,80 und 90 werden in Form von zusammenhängenden Streifen in die vielzellige Batterie A 5 eingebaut, obwohl sie auch als Einzelbauteile ohne baulichen Zusammenhang miteinander verwendet werden können, wenn sie ίο zum Aufbau aufeinanderfolgender vielzelliger Batterien verwendet werden. Das Durchschneiden der drei elektrisch leitenden Kunststoff-Trägerstreifen und das Durchschneiden jedes anderen bei der Herstellung der vielzelligen Batterie A 5 verwendeten zusammenhängenden Streifens kann der letzte Schritt bei der Herstellung einer Vielzahl von Batterien sein, so daß die Vorteile der Verarbeitung zusammenhängender Streifen gegenüber der Verarbeitung einzelner unverbundener Teile während des Zusammenbauvorgangs solange wie möglich gegeben sim i.

Dabei ist es nicht wesentlich, daß das Zerschneiden des zusammenhängenden, elektrisch leitenden Kunststoff-Trägerstreifens in nicht mehr zusammenhängende Doppel-Elektroden aufgeschoben wird, bis alle anderen Herstellungsschritte beim Zusammenbau der vielzelligen Batterien beendet sind. Das Zerschneiden der Streifen kann beispielsweise unmittelbar nach dem Aufbringen der positiven und negativen Elektroden mn Abstand voneinander auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerstreifens erfolgen, worauf die nicht mehr zusammenhängenden Doppel-Elektroden zu vielzelligen Batterien zusammengestellt werden. Wenn diese Arbeitsschrittfolge gewählt wird, dann umfaßt der Zusammenbau einer vielzelligen Batterie nach dem Zerschneiden des Trägerstreifens die folgenden Schritte: Einfügen wenigstens einer unverbundenen Doppel-Elektrode zwischen eine äußere positive und eine äußere negative Elektrode; Einführen eines mit einem Elektrolyten getränkten Separators oder Scheiders zwischen jede positive und negative Elektrode; Abdichten des Umfangs jedes elektrolytgetränkten Separaturs so. daß ein flüssigkeitsdichter Abschluß erfolgt; Einfügen einer flüssigkeitsdichten Schicht um die Elektroden und die elektrolytgetränkten Separatoren; und Anschließen von bis zur Außenseite der flüssigkeitsdichten Schicht herausgeführten elektrischen Leitern an der äußeren positiven Elektrode und det äußeren negativen Elektrode. Die nicht verbundener Doppel-Elektroden können nach dem im vorstehender

so beschriebenen Verfahren zu einer vielzelligen Batterie zusammengestellt werden, wobei andere Bauteile dei fertigen Batterien in Form von zusammenhängender Trägerstreifen während einiger oder sämtlicher Her Stellungsschritte verwendet werden; beispielsweisf können die äußeren Schichten in Form von zusam menhängenden Träger-Streifen verwendet werden, um die Doppel-Elektroden, die elektrolytgetränkten Sepa ratoren und die äußeren Elektroden können dann au diese zusammenhängenden Streifen aufgesetzt werden

ho wobei das Zerschneiden dieser Streifen zur HersteUun] von nicht mehr zusammenhängenden vielzellige!

Batterien so lange aufgeschoben wird, bis sämtlich«

anderen Zusammenbauschritte abgeschlossen sind.

Die Zusammensetzung jedes der verschiedene!

hs Bauteile der Batterie kamt verschiedene Formen haber und die Zusammensetzung dieser Bauteile wird in folgenden erörtert. Die positiven Elektroden 20 und 20-A könnet

7D9 51B/1«

IO

Teilchen aus elektrochemisch positivem, aktivem Material aufweisen, die in feiner Verteilung in einer Bindergrundmasse eingebeutet sind. Das aktive Material wird üblicherweise in Form von kleinsten Teilchen verwendet, so daß die Stärke der elektrochemischen Reaktionen durch Vergrößerung der Fläche der reagierenden Oberflächen erhöht wird. Der Binder erhöht die elektrische Leitfähigkeit der Doppel-Elektrode, verbessert die strukturelle Unversehrtheit innerhalb der positiven Elektrode und verbindet sie haftend mit dem Trägerstreifen. Da der Elektrolyt Zutritt zu den Oberflächen der Teilchen aus aktivem Material haben muß, muß die Elektrode hinreichend porös sein, so daß der Elektrolyt schnell vollständig durch die Elektroden diffundieren kann. Die Poren in den Elektroden werden ι s vorzugsweise durch Verdampfung von Flüssigkeit während des Aufbaus der Elektrode erzeugt; die Verdampfungsflüssigkeit kann Teil eines Binder-Dispersionssystems sein, in dem der feste, in der fertiggestellten Elektrode enthaltene Bänder in winzigen Teilchen des Bindermaterials vorliegt, wobei die Teilchen während der Herstellung der Elektrode ungelöst in der Flüssigkeit dispergiert sind, oder die Verdampfungsflüssigkeit kann Teil eines Binder-Lösungssystems sein, in welchem der in der fertigen Elektrode enthaltene feste Binder in der «päter verdampften Flüssigkeit gelöst ist. Die Porosität der positiven Elektrode kann vergrößert werden, wenn die gewünschte Entladungsgeschwindigkeit der Batterie erhöht werden soll. Die Elektroden können auch unter Verwendung von Kombinationen des Dispersions- und Losungssystems hergestellt werden. Alternativ können die Poren durch Lösen eines während der Herstellung der Elektrode vorhandenen Feststoffes oder durch Hindurchleiten durch oder Erzeugen von Gasen innerhalb der Elektroden in gesteuerten Mengen während der Elektrodenherstellung erzeugt werden. Die positiven Elektroden 20 und 7Q-A können und werden vorzugsweise bestimmte Mengen eines elektrisch gut leitenden Materials, z. B. Kohle oder Graphit, aufweisen, um die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Teilchen aus aktivem Material zu verbessern, da die Teilchen selbst im allgemeinen relativ schlechte Elektrizitätsleiter sind. Die Leitfähigkeit der Teilchen aus aktivem Material beeinflußt gemeinsam mit der Leitfähigkeit des Binders selbst die Mengen des den Elektroden zugesetzten leitenden Materials. Die Elektroden 20 und 20-4 können, wenn erforderlich, auch geringe Mengen zusätzlicher Be· tandteile enthalten, die beispielsweise zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Dispersion der Teilchen ans aktivem Material während der Elektrodenherstellung, zur Unterstützung der Diffusion des Elektrolyten durch die Poren der fertigen Elektroden, zur Steuerung der Viskosität während der Herstellung, zur Steuerung der Oberflächenspannung, zur Steuerung der Topfzeit oder für andere Zwecke dienen.

Die negativen Elektroden 30 und 30 Λ können aus aufgesprühten oder aufgedampften Metaliabschetdungen bestehen oder aus fein verteilt in einer Bindergrund- so masse enthaltenen Metaflteflchen hergestellt sein. Wenn für die negativen Elektroden eine Bindergrundmasse verwendet wird, kommen im wesentlichen die gleichen Erwägungen zum Tragen, die im Zusammenhang mit ien positiven Elektroden erläutert wurden, mit der Ausnahme, daß kein elektrisch leitendes Material zur Erzielung der gewünschten elektrischen Leitfähigkeit [wischen den Teilchen aus aktivem Material erforderlich ist, da die negativ aktiven Materialien ir allgemeinen bessere Leiter als die positiven Materialie; sind. Wenn bei den negativen Elektroden ein Bindergrundmasse verwendet wird, muß das Bindersy stern nicht notwendigerweise das gleiche sein, welche für die positive Elektrode verwendet wurde, und selbs wenn es das gleiche ist, müssen die Verhältnisse voi Binder, Teilchen aus aktivem Material und änderet Bestandteilen der negativen Elektrode nicht di< gleichen Optimalwerte haben, die die Verhältnisse dei analogen Bestandteile der positiven Elektrode. DU ausgängliche Porosität der negativen Elektroden kanr verschiedentlich geringer als die der positiven Elektro den sein, da die Reaktionsprodukte der negativer Elektrodenentladung verschiedentlich in den Batterieelektrolyten gelöst werden. Die Porosität der negativer Elektroden kann vergrößert werden, wenn es erforderlich ist, den Entladestrom der Batterie zu erhöhen. Die negativen Elektroden 30 und/oder 30-Λ können auch aus dünnen Blättern oder Folien aus elektrochemisch negativem Material hergestellt werden.

Es ist ersichtlich, daß Elektroden, die Teilchen aus aktivem Material aufweisen, ungeeignet oder nur schlecht geeignet zur Herstellung in zusammenhängenden Streifen sind. Sie müssen deshalb auf einem Substrat abgeschieden werden, das im vorliegenden Fall der elektrisch leitende Kunststoff-Trägerstreifen ist.

Zwischen jeder positiven Elektrode 20 und 20-Λ und jeder negativen Elektrode 30 und 30-/4 liegt ein mit Elektrolyt getränkter Scheider oder Separator 40, an den die theoretischen Erfordernisse gestellt sind, daß er einerseits den Elektrolyt aufnimmt und andererseits die Elektroden physikalisch trennt und Kontakt zwischen ihnen verhindert Durch Verwendung eines gelartigen Elektrolyten könnten beide Funktionen erfüllt werden, wenn er geeignete Dicke und/oder Konsistenz aufweist. Alternativ kann ein gelförmiger oder flüssiger Elektrolyt in Verbindung mit einem Separator verwendet werden, der zusätzlich zum Elektrolyten vorgesehen und von diesem getrennt ist, wobei der Separator erhöhte Sicherheit gegen direkte Berührung der Elektroden bietet und als absorbierendes Material für die Tränkung mit dem Elektrolyten dient Diese alternativen Möglichkeiten können jedoch in beiden Fällen als Formen von mit Elektrolyt getränkten Separatoren angesehen werden. Bei getrennter Ausführung des Separators von und zusätzlich zum Elektrolyten kann der Separator aus einer großen Vielzahl von Materialien hergestellt sein, einschließlich von faserigen und Zellulosematerialien, die in der Batterieherstellung bekannt sind. Ebenso gut kann er aus gewebten oder nicht gewebten Fasermaterialien wie Polyester, Nylon, Polyäthylen und Glas hergestellt werdea

Ein anderes wesentliches Kennzeichen der vielzelligen Batterie A 5 ist eine flüssigkeitsdichte Schicht, welche die Bauteile 80 und 90 umfaßt die die Elektroden und die mit Elektrolyt getränkten Separatoren abdichten, wie in Fig. A3 gezeigt ist Bei der Vorratshaltung von Batterien vor ihrem Einsatz besteht die Möglichkeit daß Flüssigkeit aus dem Elektrolyten aus der Batterie austritt, wodurch die Batterie die erforderliche Funktionsfähigkeit verliert wenn sie später verwendet wird. Auch während der Entladung der Batterie können flüssige Nebenprodukte gebildet werden, die korrosiv, giftig oder auf andere Art gefährlich sind, und es ist erforderlich, daß der Austritt dieser Flüssigkeiten aus der Batterie verhindert wird. Die flüssigkeitsdichte Schicht dient zur Verhinderung oder weitgehenden

Verringerung des Verlustes solcher Flüssigkeiten.

Die vielzellige Batterie A 5 muß weiter auch einen Leiter aufweisen, der den elektrischen Strom von der äußeren positiven Elektrode 20-A nach außen durch die flüssigkeitsdichte Schicht leitet. Dieses zusätzliche Erfordernis der Batterie kann durch die flüssigkeitsdichten Schichten 80 und 90 selbst erfüllt werden, indem diese Schichten aus einem leitenden Material, z. B. aus elektrochemisch inertem, elektrisch leitendem Kunststoff hergestellt werden, und ein solcher Aufbau ist in F i g. A3 gezeigt. Alternativ kann anstelle des leitenden Kunststoffs Metall für die flüssigkeitsdichte Schicht verwendet werden, wobei das Metall entweder selbst elektrochemisch nichtaktiv oder durch geeignete leitende, nichtaktive Beschichtung mit dieser Eigen- is schaft versehen ist. Eine andere nicht in den Zeichnungen gezeigte Alternative besteht in der Verwendung einer flüssigkeitsdichten Schicht aus elektrisch nichtleitendem Material und der Anbringung von separaten Leitern von den Endelektroden 20- A und 30-A, die durch oder um die Kanten der nichtleitenden, flüssigkeitsdichten Schicht geführt sind, so daß der Batteriestrom entnommen werden kann. Es ist festzuhalten, daß sämtliche dieser Alternativen in der allgemeinen Feststellung enthalten sind, daß eine flüssigkeitsdichte Schicht die Elektroden und elektrolytimprägnierten Separatoren umschließt, daß elektrische Leiter an der äußeren positiven Elektrode 20-A vorgesehen sind, die zur Außenseite der flüssigkeitsdichten Schicht vortreten, und daß zusätzlich elektrische Leiter an der äußeren negativen Elektrode 30-Λ angeschlossen sind, die ebenfalls von außerhalb der flüssigkeitsdichten Schicht zugänglich sind.

In Fig.A3 sind zwei zusätzliche Bestandteile, die Bauteile 60 und 70, gezeigt, die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen vielzelligen Batterie verwendet werden können. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Verwendung der Bauteile 60 und 70 beim Erfindungsgegenstand nicht erforderlich ist. Diese Bauteile sind Metallfolien oder -blätter, z. B. Stahlfolie, die sowohl als Dampfsperre zur Verhinderung der Verdampfung des Elektrolyten aus der Batterie und als Stromsammler dienen. Wenn eine nichtmetallische, nichtleitende Dampfsperre anstelle der Stahlfolie verwendet wird, müssen zusätzliche Vorkehrungen zur Leitung des Stroms von der Außenseite der flüssigkeitsdichten Schicht (Bauteile 80 und 90) zur Außenseite der Dampfsperre getroffen werden. Wenn solche Dampfsperren, wie die in F i g. A3 gezeigten Bauteile 60 und 70. für die Batterie verwendet werden, können sie, wenn so erforderlich, auf die flüssigkeitsdichten Schichten 80 und 90 auflaminiert werden.

Flüssigkeitsundurchlässige Dichtungen müssen um jeden etektrolytgetränkten Separator 40 vorgesehen sein, um Elektrolytenverlust der Batterie und Obertritt von Elektrolyt aus einer in eine andere Zelle um den Umfang einer Zwischenzetlen-Pofbrücke herum zu verhindern. Die in Fig.A3 gezeigten Kleber- oder Kitteile 100 können zur erforderlichen flüssigkeitsundurchlässigen Abdichtung dienen. Indem sie aus einem elektrisch nichtleitenden Kleber oder Kitt hergestellt werdea dienen diese Teile 100 zusätzlich dem Zweck der Verhinderung von unerwünschten elektrischen Kurzschlüssen zwischen den elektrisch leitenden Zwi schenzellen-Polbrücken und anderen elektrisch leiten- 6s den Bauteilen der Batterie.

Der für den zusammenhängenden Tragerstreifen A50 und für die Schichten 80 und 90 in Fig. A3 verwendete elektrisch leitende Kunststoff kann durch Gießen, Extrudieren oder Spritzen, Kalandrieren oder auf andere geeignete Weise hergestellt werden. Die leitenden Kunststoffe können beispielsweise aus Polymeren hergestellt werden, die mit elektrisch leitenden Teilchen versetzt sind und verschiedene Stabilisatoren und/oder Plastifizierstoffe aufweisen. Die leitenden Teilchen können aus kohlenstoffhaltigen Materialien, z. B. Graphit oder Acetylenruß, bestehen. Auch metallische Teilchen können verwendet werden. Auch von Natur aus hinreichend leitende Polymere können verwendet werden. Der leitende Kunststoff muß, gleichgültig ob mit Zusatzstoffen versetzt oder nicht, aus einem Material bestehen, welches mit den anderen Bauteilen der Batterie verträglich ist. Für LeCIanche-Batterien und alkalische Elektrolyte mäßiger Konzentration kann der leitende Kunststoff beispielsweise aus Materialien wie Polyacrylsäureester, Polyvinylhalogenides Polyvinylidenhalogeniden, Polyacrylnitrile^ Mischpolymeren aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid, Polychloropren und Butadien-Styrol- oder Butadien-Acrylnitril-Harzen bestehen. Für Batterien mit stark alkalischen Elektrolyten sind Polyvinylchloride und Polyolefine, z. B. Polyäthylen und Polyisobutylen, für die Herstellung des leitenden Kunststoffs verwendbar. Für Batterien mit sauren Elektrolyten, z. B. Schwefelsäure, können Polyvinylhalogenide, Mischpolymere aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid verwendet werden.

Obwohl bevorzugt das elektrochemische LeClanche-System verwendet wird (bei dem Mangandioxid als positives aktives Material, Zink als negatives aktives Material und ein Ammoniumchlorid und/oder Zinkchlorid enthaltender Elektrolyt verwendet wird), kann bei der Batterie A 5 dieses Abschnitts eine große Vielzahl von positiven und negativen Elektrodenmaterialien und eine große Vielzahl von elektrochemischen einschließlich primärer und sekundärer Systeme verwendet werden. Unter den positiven Elektrodenmaterialien können die bekanntermaßen verwendeten anorganischen Metalloxide, z. B. Mangandioxid, Bleidioxid, Nickeloxyhydroxid, Quecksilber(II)-oxid und Silbtroxid, die anorganischen Metallhalogenide, z. B. Silberchlorid und Bleichlorid und reduzierbare organische Materialien, z. B. Dinitrobenzol- und Azodicarbonamid-Verbindungen, verwendet werden. Als negative Elektrodenmaterialien kommen die üblicherweise verwendeten Metalle, z. B. Zink, Aluminium, Magnesium, Blei, Cadmium und Eisen in Frage. Die in diesem Abschnitt beschriebene Batterie kann die beim LeClanche-System üblicherweise verwendeten Elektrolyten (Ammoniumchlorid und/oder Zinkchlorid}, verschiedene alkalische Elektrolyte, wie z. B. Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid und/oder Lithiumhydroxid, saure Elektrolyte. z. B. Schwefel- oder Phosphorsäure, und nicht wäßrige Elektrolyte verwenden, wobei die Elektrolyte selbstverständlich so ausgewählt werden, daß sie mit den positiven und negativen Elektroden verträglich sind.

Unter den verschiedenen verwendbaren elektrochemischen Systemen der vielzelligen Batterie A 5 sind solche, bei denen als positives Elektrodenmaterial Mangandioxid, als negatives Elektrodenmaterial Metalle wie Zink, Aluminium oder Magnesium und al! Elektrolyt eine saure Lösung von anorganischen Salzer verwendet werden. Em anderes bekanntes, für die Batterie A 5 verwendbares System ist das alkäisch« Mangan-System, bei welchem die positive Elektrode Mangandioxid, die negative Elektrode Zink and dei Elektrolyt im wesentlichen eine Lösung aas Kafiumhy

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droxid enthält Andere wäßrige Hlektrolyt-Systeme einschließlich solche von Nickel-Zink, Silber-Zink, Quecksilber-Zink, Quecksiioer-Cadmium und Nickel-Cadmium können ebenfalls verwendet werden. Auch Systeme mit organischen positiven Elektroden und sauren Elektrolyten sind einsetzbar, einschließlich wiederaufladbarer Systeme mit Elektroden aus Azodicarbpnamid-Verbindungen und LeClanche-Elektrolyt

AbschnittB: Trägerstreifen aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff mit von einem Leiter durchsetzten Durchbrechungen

Wie in den Fig.Bl und B2 gezeigt ist, beginnt die Herstellung der erfindungsgemäßen Doppel-Elektrode B 50 dieses Abschnitts mit einem zusammenhängenden Trägerstreifen aus elektrisch nichtleitendem Material β 51, wobei durch jeden Abschnitt wenigstens ein Durchbruch B 52 verläuft. Als elektrischer Leiter wird ein Material £53, z. B. ein leitendes Haftmittel, auf beiden Seiten aufgetragen, das sich durch den Durchbruch oder die Durchbrechungen B 52 hindurcherstreckt Der Leiter könnte in zusammenhängender Schicht auf dem zusammenhängenden Streifen aufgetragen sein, er ist jedoch in den Zeichnungen als mit Zwischenraum aufgebracht dargestellt Der nicht unterbrochene Trägerstreifen wird zusammen mit den auf ihm befindlichen Leitern zunächst durch Elektroden-Auftragvorrichtungen 220 und 230 geführt wobei die Auftragvorrichtungen mit Abstand voneinander liegende positive und negative Elektroden 20 bzw. 30 auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerstreifens auftragen, die im Kontakt mit dem leitenden Material 653 stehen. Jeder negative Elektrodenabschnitt liegt im wesentlichen einem positiven Elektrodenabschnitt gegenüber. Für den Fachmann ist es klar, daß die Kombination eines Trägerstreifenabschnitts, der auf beiden Seiten vorgesehenen, und den Abschnitt durchsetzenden leitenden Schichten und der positiven und negativen Elektroden auf den gegenüberliegenden Seiten des Abschnitts zusammengenommen eine Doppel-Elektrode bildet.

Der in Fig. B2 gezeigte und im vorstehenden beschriebene Arbeitsschritt führt zu einer Vielzahl von Doppel-Elektroden, die über den nicht unterbrochenen Trägerstreifen zusammenhängen. Die Doppel-Elektroden werden anschließend zu vielzelligen Batterien zusammengestellt wobei sie bevorzugt noch als ununterbrochenes Band zusammenhängen, wobei sie jedoch alternativ auch hergestellt werden können, nachdem das zusammenhängende Band in nicht mehr zusammenhängende Abschnitte zerschnitten wurde, von denen jeder eine Doppel-Elektrode darstellt.

Die F i g. B3 und B4 zeigen eine vielzellige Batterie S5, die drei Doppel-Elektroden B 50 aufweist und mit anderen vielzelligen Batterien nicht mehr strukturell verbunden ist. Die Batterie kann zusammengestellt werden, während jede der drei Doppel-Elektroden ein Abschnitt eines separaten, ununterbrochenen Träger-Streifens des in Fig. B2 gezeigten Typs ist, worauf die zusammengestellten Batterien auseinandergeschnitten und so strukturell voneinander getrennt werden; oder sie kann durch Verwendung von Doppel-Elektroden hergestellt werden, die während des Zusammenbaus sämtlich keinen Zusammenhang mit anderen Doppel-Elektroden haben.

Im bevorzugten Herstellungsverfahren werden viel-

zellige Batterien zusammengestellt, die mittels wenigstens eines der zusammenhängenden Trägerstreifen strukturell miteinander verbunden sind. Aus den Fig.B2 bis B4 ist zu erkennen, daß bei diesem Herstellungsverfahren beispielsweise drei der in der Fig. B2 gezeigten Weise hergestellten, zusammenhängenden Trägerstreifen zwischen einer äußeren positiven Elektrode 20-Λ und einer äußeren negativen Elektrode 30-A angeordnet sind, so daß eine Doppel-Elektrode #50 jedes der zusammenhängenden Trägerstreifen zwischen den äußeren Elektroden liegt Während der Zusammenstellung wird zwischen jede positive Elektrode 20 und 20-A und jede negative Elektrode 30 und 30-Λ ein mit Elektrolyt getränkter Separator 40 eingesetzt worauf der Umfang jedes elektrolytgetränkten Separators derart abgedichtet wird, daß keine Flüssigkeit am Umfang austreten kana Eine geeignete, jedoch nicht die einzige Art zur Herstellung dieser Abdichtung liegt darin, daß einfach die Abschnitte des nichtleitenden Trägerstreifens warm versiegelt werden, die zwischen den mit Abstand voneinander abgeschiedenen leitenden Schichten liegen. ■ id eine solche Abdichtung 102 ist in Fig.B4 gezeigt Wenn als leitendes Material Ä53 ein Haftstoff oder Kleber verwendet wird, der ununterbrochen, ohne Zwischenraum auf dem Trägerstreifen aufgebracht wird, dann kann dieser Haftstoff ebenfalls als Umfangsabdichtung der Doppel-Elektrode verwendet werden. Flüssigkeitsdichte Schichten 80 und 90, die gleichzeitig als Stromleiter dienen, stehen mit den äußeren Elektroden 20-A bzw. 30--4 im Kontakt. Gleichzeitig als Dampfsperren wirkende metallische Stromsammler 60 und 70 liegen auf der Außenseite der Schichten 80 und 90. An der äußeren positiven und negativen Elektrode 20- A bzw. 30-A müssen elektrische Leiter angeschlossen werden, um einen Strompfad zwischen diesen Elektroden und der Außenseite der flüssigkeitsdichten Schicht zu bilden; bezüglich der möglichen Lösungen hierfür wird auf die im Abschnitt A getroffene Erläuterung verwiesen. Einige oder sämtliche der von den Doppel-Elektroden verschiedenen Bauteile können, wenn erforderlich, in Form von zusammenhängenden Streifen zu vielzelligen Batterien zusammengestellt werden.

Nach der Herstellung von strukturell miteinander verbundenen Batterien nach dem bevorzugten Verfahren, können die Batterien zwischen den Abschnitten oder Doppel-Elektroden des zusammenhängenden Trägerstreifens erforderlichenfalls zerschnitten werden, so daß nicht mehr zusammenhängende vielzellige Batterien entstehen. Die Trägerstreifen können zwischen jedem aufeinanderfolgenden Doppel-Elektroden-Paar zerschnitten werden, oder sie können in Abschnitte unterteilt werden, von denen jeder zwei oder mehrere Doppel-Elektroden aufweist, so daß die resultierenden vielzelligen Batterien des Abschnitts baulich zusammenhängen.

Wie bereits im Abschnitt A beschrieben, können die entsprechend der F i g. B2 zusammenhängend hergestellten Doppel-Elektroden in einem alternativen Herstellungsverfahren in unverbundene Einzelelektroden zerschnitten werden, bevor sie zu einer vielzelligen Batterie zusammengestellt werden, wenn dies erwünscht ist.

Die in der F i g. B2 gezeigte und im vorstehenden beschriebene Konstruktion hat eine Reihe von Vorteilen. Das nichtleitende Material ß51 und das Material B 53 des Leiters sind für den Elektrolyten undurchlässig und verhindern so Übertritt des Elektrolyten von einer

ι eine andere Zelle. Der Leiter B53 ermöglicht ItromfluB von einer Zelle zur anderen, ohne hohen lektrischen Widerstand und ohne daß unerwünschte Jektrochemische Reaktionen auftreten. Das nichtleiende Material B 51 und das leitende Material B 53 kann ms billigen Materialien hergestellt und sie können mit costengünstigen Verfahren vereinigt werden.

Die m diesem Abschnitt erörterten Doppel-Elektrojen sind definiert als Kombination eines Abschnitts aus elektrisch nichtleitendem Streifenmaterial U 51, elek-Irisch leitendem, auf beiden Seiten des nichtleitenden Streifens aufgebrachtem leitendem Material, welches mindestens einen Durchlaß im Streifenabschnitt durchsetzt, einer mit dem leitenden Material auf einer Seite des Abschnitts im Kontakt stehenden positiven Elektrode und einer im Kontakt mit der auf der anderen Seite des Abschnitts befindlichen leitenden Schicht stehenden negativen Elektrode. Ln den Zeichnungen sind verschiedene alternative Ausführungsformen solcher Doppel-Elektroden gezeigt In den F i g. Bl, B2 und B4 ist eine Doppel-Elektrode B 50 gezeigt, bei welcher das einzige verwendete Material B53 ein leitender Haftstoff oder Kleber, z.B. ein druckempfindlicher Kleber auf Gummi- oder Vinylbasis ist der mit Kohlenstoffmaterialien, z. B. Graphit oder Acetylenruß oder mit Metallpulvern oder Flocken oder Nadeln, z. B. Materialien wie Kupfer oder Silber, versetzt ist Alternativ kann die Haftstoffgrundmasse wärmeempfindlich sein und solche Materialien wie Vinyl-Kopolymere oder Äthylen-Vinylazetat oder ein Gemisch des letzteren mit Wachsen aufweisen. Von Natur aus hinreichend leitende Polymere können ebenfalls verwendet werden. F i g. B5 zeigt einen alternativen Aufbau, bei dem leitender Haftstoff B 53 auf der der positiven Elektrode 20 zugekehrten Seite des nichtleitenden Materials B 51 aufgebracht ist wobei der Haftstoff auch in die Durchbrüche B 52 im nichtleitenden Kunststoff hineinragt. Auf den der positiven und der negativen Elektrode zugewandten Seiten des nichtleitenden Materials B 51 sind zusätzlich leitende Schichten B 54 bzw. B 55 vorgesehen. Diese Schichten können aus Folien oder Abscheidungen von Metall einschließlich Zink, Aluminium, Zinn oder Gold bestehen, wobei Gold verwendet werden kann, wenn die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Elektroden 20 und 30 verbessert werden soll. Der in F i g. B5 gezeigte leitende Haftstoff kann in die Durchbrechungen 552 gepreßt sein, wenn sowohl eine gute elektrische Verbindung als auch eine flüssigkeitsdichie Abdichtung der Durchbrechungen erforderlich ist, wobei der Preßvorgang die in den Zeichnungen gezeigten Verformungen B 56 und ß57 zur Folge haben kann. Eine weitere alternative Ausführungsform ist in Fig. Bb gezeigt bei welcher zwei Schichten aus nichtleitendem Material B 51a und B 51 b verwendet sind. Die in F i g. 6 gezeigten leitenden Materialien, die dem in F i g. B5 verwendeten leitenden Haftstoff B53 und dem Metall B54 entsprechen, erstrecken sich durch wenigstens eine Durchbrechung B 52 in der Schicht B 51a. Durch wenigstens eine Durchbrechung B52 in der Schicht B516tritt negatives Elektrodenmaterial 30 und wirkt als zusätzlicher Leiter. Zwischen den beiden nichtleitenden Schichten B 51 a und B 51 b sind weitere leitende Schichten B 58 und B 59 vorgesehen, die aus leitendem Kunststoff bzw. Metall bestehen können, wobei diese zusätzlichen leitenden Schichten in elektrischem Kontakt mit den durch die Durchbrüche B 52 in den Schichten B 51 a und B 51b ..-»-ΐο,,ΐ-οηΗρη leitenden Materialien stehen. Die in den Fig.B5 und B6 gezeigten Konstruktionen sind so aufgebaut, daß die relativ gute elektrische Leitfähigkeit von Metallen mit Vorteil verwendet wird, ohne daß nach der Zusammenstellung der vielzelligen Batterie unerwünschte elektrochemische Reaktionen durch das Metall entstehen. Auch aus anderen Kombinationen von nichtleitendem Material und leitendem Material aufgebaute Konstruktionen können verwendet werden.

In den Zeichnungen ist die Darstellung so getroffen, daß jeder elektrische Leiter durch mehrere Durchbrüche im nichtleitenden Träger hindurchtritt, jedoch kann erfindungsgemaß auch ein einzelner Durchbruch oder Durchlaß durch den Trägerstreifen für jeden elektrischen Leiter verwendet werden. Solch ein einzelner Durchlaß kann, wenn erforderlich, wesentlich größer als die in den Zeichnungen dargestellten Durchlässe sein, und eine Erstreckung haben, die, wenn gewünscht, im wesentlichen gleich der Länge und der Breite des elektrischen Leiters ist

Der Nichtleiter, aus dem der Trägerstreifen hergestellt ist kann aus einer großen Anzahl verschiedener Materialien ausgewählt werden. Verwendbare thermoplastische Materialien umfassen Polyolefine, z.B. Polyäthylen und Polypropylen; Polystyrol; Acrylnitril-Butadien-Styrol; Polyamide, z. B. Nylon und Kombinationen thermoplastischer Schichten, die beispielsweise durch gemeinsame Extrusion hergestellt sind. Außerdem sind warmaushärtende Materialien verwendbar, z.B. Phenole; Polyurethanschichten; Gummi; Epoxidschichten und Silikone. Weitere Materialien, die verwendet werden können, umfassen: Glas und faserige Zelluloseschichten, die mit einem oder mehreren der aufgezählten thermoplastischen oder warmaushärtenden Materialien getränkt sind.

Das Material der positiven Elektroden 20 und 20-Λ, der negativen Elektroden 30 und 30-A, der elektrolytgetränkten Separatoren 40 und der flüssigkeitsdichten Schichten kann entsprechend den im Abschnitt A beschriebenen Materialien gewählt werden. Die gleiche große Anzahl verschiedener aktiver Materialien, Elektrolyten und elektrochemische Systeme, die im Abschnitt A beschrieben wurden, sind bei der im vorliegenden Abschnitt B beschriebenen Batterie anwendbar.

AbschnittC:

Trägerstreifen aus einem beidseitig mit einer

elektrochemisch inerten, elektrisch leitenden

Haftschicht beschichteten Metall

In der schematischen Fig.Cl ist ein zusammenhängender Metall-Trägerstreifen C 52 gezeigt der von einer Rolle oder einer anderen Vorratsquelle C252 durch ein Paar von Auftragvorrichtungen 254 und 256 geführt wird, die Schichten eines leitenden Haftmittels C 54 bzw. C 56 auf die beiden Seiten des Metall-Trägerstreifens auftragen. Der beschichtete Metallstreifen wird anschließend durch Elektrodenauftragvorrichtungen 220 bzw. 230 geführt, in denen mit Abstand voneinander positive und negative Elektrodenabschnitte 20 bzw. 30 auf die gegenüberliegenden Seiten des Trägerstreifens aufgebracht werden. Jeder negative Elektrodenabschnitt steht im wesentlichen einem positiven Elektrodenabschnitt gegenüber. Für den Fachmann ist es klar, daß ein Abschnitt des Trägerstreifens mit einer positiven und einer negativen Elektrode auf gegenüberliegenden Seiten eine Doppel-Elektrode bildet.

Die in diesem Abschnitt beschriebene Erfindung ist

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nicht auf ein spezielles elektrisch leitendes Hafünaterial beschränkt, da jedes elektrisch leitende Haftmaterial, das in porenfreien Schichten aufgetragen werden kann, brauchbar ist Solche Materialien sind beispielsweise druckempfindliche Haftstoffe auf Gummi- oder Vinylbasis, die mit Kohlenstoff, z. B. Graphit oder Acetylenruß oder mit metallischen Pulvern oder Flocken oder Nadeln, z.B. aus Kupfer oder Silber versetzt sind. Alternativ können wärmeempfindliche Haftstoffe, z. B. Vinyl-Kopolymere und/oder Gummi oder Äthylen-Vinyl-Azetat oder Mischungen des letzteren mit Wachsen verwendet werden. Von Natur ausreichend leitende Polymere können ebenfalls verwendet werden. Außerdem ist die Erfindung auch nicht auf eine bestimmte Art beschränkt, in welcher die Schichten de, elektrisch leitenden Haftmittels auf den Trägerstreifen aufgebracht werden. Verfahren wie Drucken, Walzen, Bürsten, Aufsprühen oder Tauchen sind Beispiele für die anwendbaren Verfahren. Die Auftragvorrichtungen 254 und 256 in Fig.Cl stellen Auftragvorrichtungen für leitende Haftstoffe ganz allgemein dar. Nach F i g. Cl werden zwar ununterbrochene Haftstoffschichten auf beiden Seiten des Trägerstreifens aufgebracht, jedoch können auch unterbrochene Schichten verwendet werden, vorausgesetzt, die unbeschichteten Zwischenabschnitte des Metallstreifens werden, wenn sie nachfolgend zur vielzelligen Batterie zusammengestellt werden, in der Batterie so angeordnet, daß sie nicht mit dem Batterie-Elektrolyten in Berührung kommen können.

Ebenso wie die Auftragvorrichtungen 254 und 256 lediglich allgemein für Auftragvorrichtungen stehen, die zum Auftragen eines Haftstoffes auf dem Trägerstreifen dienen, so repräsentieren die in Fig.CI gezeigten Auftragvorrichtungen 220 und 230 lediglich ganz allgemein Auftragvorrichtungen, die zur Aufbringung von mit Abstand voneinander angeordneten positiven und negativen Elektrodenabschnitten 20 bzw. 30 auf dem beschichteten Streifen dienen.

Die fertiggestellte vielzellige Batterie ist gleich. gleichgültig ob die in der in Fig.Ci gezeigten Weise hergestellten Elektroden vor oder nach der strukturellen und elektrischen Trennung voneinander zu einer vielzelligen Batterie zusammengebaut werden. F i g. C2 zeigt solch eine vielzellige Batterie C5 in einer perspektivischen oder Schrägansicht Fig.C3 zeigt einen Teil der vielzelligen Batterie C5 in einem vergrößerten Querschnitt Die Batterie C 5 weist wie in F i g. C3 gezeigt ist die Kombination einer äußeren positiven Elektrode 20 -A, einer äußeren negativen Elektrode 3Q-A und wenigstens eine Doppel-Elektrode zwischen den Elektroden 20-/4 und 30-A auf, wobei jede Doppel-Elektrode in der in Fi g. 1 gezeigten Weise aufgebaut ist. Eine Doppel-Elektrode besteht wie aus Fig.3 hervorgeht, aus der Kombination eines Ab Schnitts des Metall-Trägerstreifens C52, der auf beiden Seiten mit leitendem Haftstoff C54 und C56, die mit den positiven und den negativen Elektroden 20 bzw. 30 auf den gegenüberliegenden Seiten des Abschnitts als Zwischenzellen-Polbrücke der Doppel-Elektrode zusammenwirken. Die vielzellige Batterie C5 ist außerdem mit elektrolytgetränkten Separatoren zwischen jeder positiven Elektrode 20 oder 20-/4 und jeder negativen Elektrode 30 oder 30-A versehen. Mit den äußeren Elektroden 20-Λ und 30-/4 stehen flüssigkeitsdichte Schichten 80 bzw. 91) in Verbindung, die gleichzeitig als Stromleiter dienen. Gleichzeitig als Dampfsperren dienende Metall-Stromsammler 60 und 70 sind auf der Außenseite der Schichten 80 und 90 angeordnet Für den Elektrolyten undurchlässige Dichtungen und elektrische Isolierungen umgeben die mit dem Elektrolyten getränkten Separatoren 40 und sind mit 100 bezeichnet

Aus der in Fig. 1 schematisch gezeigten und im vorstehenden beschriebenen Figur resultieren eine Reihe von Vorteilen. Die Verwendung des Trägerstreifens als Substrat ermöglicht es, die Elektroden aus Materialien herzustellen, die während der Herstellung der Doppel-Elektrode nicht oder nur schwer als zusammenhängende Streifen herstellbar sind.

Der leitende Trägerstreifen mit den auf ihm liegenden Haftstoffschichten ermöglicht einen Stromfluß zwischen der positiven und der negativen Elektrode einer Doppel-Elektrode, d. h. zwischen der positiven Elektrode in einer Zelle und der negativen Elektrode in der nächsten Zelle.

Der beschichtete Trägerstreifen hat weiter den Vorteil, daß er in der Batterie elektrochemisch inert ist Metelle wie Zink, Aluminium und Stahl sind, wenn sie als Trägerstreifen verwendet und auf beiden Seiten mit für den Elektrolyten undurchdringlichen leitenden Haftstoffen beschichtet werden, gut für die Herstellung von Doppel-Elektroden geeignet: sie sind elektrochemisch inert elektrisch leitend und für den Elektrolyten undurchlässig. Neben ihren relativ geringen Kosten haben Metalle wie Zink, Aluminium und Stahl andere Vorteile für die Herstellung des Trägerstreifens, wie er in diesem Abschnitt beschrieben wird: sie sind gute elektrische Leiter, können als sehr dünne Streifen hergestellt werden, die keine Poren oder Löcher übermäßiger Größe und/oder Zahl aufweisen, und die Metallstreifen können leicht in Hochgeschwindigkeits-Herstellungsmaschinen verarbeitet werden. Jede möglicherweise m Metallstreifen vorhandene Pore wird von den für den Elektrolyten undurchdringlichen Schichten aus leitendem Haftstoff bedeckt, der auf den beiden Seiten des Streifens aufgetragen ist wodurch zusätzliche Sicherheit gegen Flektrolytübertritt von einer in die andere Zelle gegeben ist.

Die auf beiden Seiten des Trägerstreifens verwendeten leitenden Haftstoffe stehen in Bindungen oder Haftung mit den Elektroden, was einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand zwischen der positiven Elektrode auf einer Seite der Doppel-Elektrode und der negativen Elektrode auf der anderen Seite zur Folge hat so daß die Verwendung der in diesem Abschnitt beschriebenen Erfindung zu Vielzellen-Batterien mit relativ hoher Klemmenspannung und relativ geringem inneren Spannungsverlust führt.

Die Doppel-Elektroden werden zur Vielzellen-Batte rie zusammengestellt nachdem sie auf die im vorstehen den beschriebenen Weise hergestellt sind. Die Vereinigung zur Batterie erfolgt vorzugsweise während die Doppel-Elek'roden noch durch den zusammenhängenden Trägerstreifen verbunden sind, ähnlich wie es im Abschnitt A beschrieben wurde, worauf die Trägerstreifen zwischen den Doppel-Elektroden zerschnitten werden, um strukturell nicht mehr zusammenhängende Vielzellen-Batterien zu erhalten. Alternativ kann die Trennung der Trägerstreifen jedoch auch unmittelbar nach dem Aufbringen der Elektroden auf die Streifen erfolgen, und die unverbundenen Doppel-Elektroden können dann, ähnlich wie es ebenfalls im Abschnitt A beschrieben wurde, zu einer Vielzellen-Batterie vereinigt werden. Die fertige Vielzellen-Batterie C5 ist in F i g. C3 gezeigt.

/IL·

Die Materialien der positiven Elektroden 20 und 20-A der negativen Elektroden 30 und 30-A der elektrolytgetränkten Separatoren 40 und der flüssigkeitsdichten Schichten können die gleichen sein, wie sie im Abschnitt A beschrieben wurden. Die gleiche Vielfalt von aktiven Materialien, Elektrolyten und elektrochemischen Systemen, wie sie im Abschnitt A beschrieben wurden, können auch in Verbindung mit der in diesem Abschnitt beschriebenen Batterie verwendet werden.

IO

Abschnitt D:

Trägerstreifen mit einer metallischen
Oberfläche, die elektrochemisch aktiv und

einer Oberfläche, die mit einer
elektrochemisch inerten, elektrisch leitenden '⁵

Haftschicht beschichtet ist

Fig. Dl ist eine schematische Ansicht eines zusammenhängenden Metall-Trägerstreifens D 52, der von einer Rolle oder einer anderen Vorratsquelle D 252 an einer Auftragvorrichtung 256 vorbeigeführt wird, die auf einer Seite des Metall-Trägerstreifens eine Beschichtung aus einem leitenden Haftstoff D 56 aufträgt. Der beschichtete Metallstreifen wird anschließend an einer Elektrodenauftragvorrichtung 220 vorbeigeführt, wodurch die Auftragvorrichtung mit Abstand voneinander positive Elektrodenabschnitte 20 auf der beschichteten Seite des Trägerstreifens aufgebracht werden. Fig.4 zeigt die voneinander entfernt liegenden positiven Elektrodenabschnitte in Berührung mit der beschichteten Seite des Metall-Tragerstreifens. Es ist dem Fachmann klar, daß ein Abschnitt des Trägerstreifens zusammen mit einer Schicht aus leitendem Haftstoff und einem positiven Elektrodenabschnitt eine Doppel-Elektrode bildet

Die in diesem Abschnitt beschriebene Erfindung ist nicht auf spezielle leitende Haftstoffe beschränkt da jeder elektrisch leitende Haftstoff verwendbar ist, der in porenfreien Überzügen aufgetragen werden kann. Solche Materialien umfassen druckempfindliche Kleber auf Gummi- oder Vinylbasis, die mit Kohlenstoff, z. B. Graphit oder Acetylenruß oder mit metallischen Pulvern, Flocken oder Nadeln aus Materialien wie Kupfer oder Silber versetzt sind. Alternativ kann der Haftgrundstofl wärmeempfindlich sein und aus Materialien wie Vinyl-Kopolymeren und/oder Gummi oder Äthylen-Vinyl-Azetat oder Mischungen des letzteren mit Wachsen bestehen. Polymere, die von Natur aus hinreichend leitfähig sind, können ebenfalls verwendet werden. In gleicher Weise ist die hier beschriebene Erfindung nicht auf die Art der Aufbringung des elektrisch leitenden Haftstoffs auf den Trägerstreifen beschränkt; Verfahren wie Bedrucken, Aufwalzen, Aufbürsten. Aufsprühen oder Tauchen sind beispielsweise geeignet hierfür. Die in Fig. Dl gezeigte Auftragvorrichtung 256 ist als Auftragvorrichtung im weitesten Sinne zu verstehen. In Fig. Dl ist zwar eine ununterbrochene auf dem Trägerstreifen aufgebrachte Beschichtung mit Haftstoff gezeigt, jedoch können anstelle solcher durchlaufender Schichten aus Haftstoff auch unterbrochene Schichten verwendet werden, wenn die fertigen Abschnitte des Metall-Trägerstreifens, wenn sie nachfolgend zur Vielzellen-Batterie zusammengestellt werden, in der Batterie so angeordnet sind, daß sie nicht mit dem Batterieelektrolyten in Verbindung kommen können.

Ebenso wie die Auftragvorrichtung 256, die ganz allgemein als Auftragvorrichtung zum Aufbringen von

Haftstoff auf dem Trägerstreifen anzusehen ist, so steht auch die in Fig.Dl gezeigte Auftragvorrichtung 220 ganz allgemein für alle Auftragvorrichtungen, die zur Aufbringung von mit Abstand voneinander angeordneten positiven Elektrodenschichten 20 auf dem beschichteten Streifen geeignet sind.

Die fertige vielzellige Batterie ist gleich, gleichgültig, ob die in der in F i g. Dl gezeigten Weise hergestellten Doppel-Elektroden vor oder nach der strukturellen und elektrischen Trennung voneinander getrennt werden. F i g. D3 zeigt solch eine Vielzellen-Batterie D 5 in einer vergrößerten Querschnittsansicht Aus der Figur geht hervor, daß die Batterie D 5 die Kombination einer äußeren positiven Elektrode 20-A, einer äußeren negativen Elektrode 30-A und wenigstens einer zwischen den Elektroden 20-A und 30-A angeordneten Doppel-Elektrode ist, wobei die Doppel-Elektrode in der in Fig.Dl gezeigten Weise hergestellt ist Die äußere negative Elektrode 30-A kann ein unbeschichteter Abschnitt desselben Metalls sein, das für den zusammenhängenden Trägerstreifen verwendet wird. Wie in F i g. D3 gezeigt ist, besteht eine Doppel-Elektrode aus der Kombination eines Abschnitts eines Metall-Trägerstreifens D 52, der als negative Elektrode der Doppel-Elektrode wirkt dem leitenden Haftstoff D 50, der als Zwischenzellen-Polbrücke dient und einem positiven Elektrodenabschnitt 20 auf der beschichteten Seite des Abschnitts. Die Vielzeller·-Batterie D 5 ist weiter mit jeweils einem elektrolytgetränkten Separator 40 zwischen jeder positiven Elektrode 20 und 20-A und jeder negativen Elektrode 30 und 30-A versehen. Flüssigkeitsdichte Schichten 80 und 90, die gleichzeitig als Stromleiter dienen, stehen im Kontakt mit den äußeren Elektroden 20-A bzw. 30-A. Metallische Stromsammler 60 und 70, die gleichzeitig ils Dampfsperre dienen, liegen an der Außenseite der Schichten 80 und 90. Eine mit 100 bezeichnete für den Elektrolyten undurchlässige Abdichtung und elektrische Isolierung umgibt die elektrolytgetränkten Separatoren 40.

Aus dem in Fig. Dl schematisch gezeigten und im vorstehenden beschriebenen Aufbau ergibt sich eine Vielzahl von Vorteilen. Die Verwendung des Trägerstreifens als Substrat ermöglicht es, die positiven Elektroden und die Zwischenzellen-Polbrücken aus Materialien herzustellen, die während der Herstellung der Doppel-Elektroden nicht oder nur schwer als Trägerstreifen wirken können.

Der leitende Haftstoff D 56 ist für den Elektrolyten undurchdringbar, elektrisch leitend und läßt keine unerwünschten elektrochemischen Reaktionen mit dem Abschnitt des Metall-Trägerstreifens oder der positiven Elektrode zu.

Die Doppel-Elektrode wird nach der Herstellung auf die im vorstehenden beschriebene Weise zur vielzelligen Batterie zusammengestellt. Vorzugsweise wird der Aufbau zur Vielzellen- Batterie durchgeführt, während die Doppel-Elektroden noch durch den zusammenhängenden Trägerstreifen strukturell verbunden sind, ähnlich wie dies im Abschnitt A beschrieben wurde. Danach werden die Trägerstreifen zwischen den Doppel-Elektroden zerschnitten, um nicht mehr zusammenhängende Vielzellen-Batterien zu erhalten. Alternativ kann das Zerschneiden der Trägerstreifen jedoch auch unmittelbar nach dem Aufbringen der Elektroden auf die Streifen erfolgen, und die unverbundenen Doppel-Elektroden können dann zur Vielzellen-Batterie zusammengestellt werden, wie dies ebenfalls im

Abschnitt A beschrieben wurde. Die fertige Vielzellen-Batterie D 5 ist in F i g. D3 gezeigt.

Die für die positiven Elektroden 20 und 20-A die elektrolytgetränkten Separatoren 40 und die flüssigkeitsdichten Schichten verwendeten Materialien können die gleichen wie im Abschnitt A beschriebenen Materialien sein. Vorzugsweise werden jedoch positive Elektroden 20 und 20-Λ mit Teilchen aus Mangandioxid und Metall-Trägerstreifen aus Zink verwendet, wodurch die beschriebenen Elektroden sowohl im LeClanche- als auch im elektrochemischen Alkali-Mangan-System verwendet werden können. Bei diesen beiden Systemen sind zwar gleiche aktive Materialien jedoch unterschiedliche Elektrolyte verwendet. Der Elektrolyt beim LeClanche-System besteht im wesentlichen aus einer sauren Lösung von Ammoniumchlorid und/oder Zinkchlorid, während beim Alkali· Mangan-System eine Lösung von Kaliumhydroxid Verwendung findet. In beiden Fällen ist es üblich, die Mangandioxidteilchen in einer Binder-Grundmasse einzubetten.

Ein Zink-Trägerstreifen und Mangandioxid als positive Elektroden und Elektrolyt vom LeCIanche- oder Alkali-Mangan-Typ werden zwar erfindungsgemäß bevorzugt verwendet, jedoch können auch andere Materialien und Systeme in geeigneten Fällen verwendet werden. So kann beispielsweise eine Bleifolie als Trägerstreifen verwendet werden, die positive Elektroden aus Bleioxid und Schwefelsäure als Elektrolyt aufweist, so daß eine Bleibatterie entsteht.

Abschnitt E:

Trägerstreifen aus Metall, mit wenigstens
einer elektrochemisch inerten Oberfläche

F i g. El zeigt schematisch einen zusammenhängenden Trägerstreifen aus im wesentlichen homogenem Metall (Einmetall) £50, der von einer Rolle oder einer anderen Vorratsquelle £250 durch Elektroden-Auftragvorrichtungen 220 und 230 geführt wird, von denen mit Abstand voneinander angeordnete positive und negative Elektrodenabschnitte 20 bzw. 30 auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerstreifens aufgebracht werden. Jeder negative Elektrodenabschnitt liegt im wesentlichen einem positiven Elektrodenabschnitt gegenüber. Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß ein Abschnitt des Trägerstreifens mit positiven und negativen Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten eine Doppel-Elektrode bildet.

Das Metall F50 des in F ι g. El gezeigten Trägerstreifens wird so gewählt daß es in der verwendeten elektrochemischen Umgebung inen ist d. h, daß es bezüglich des speziell verwendeten Elektrodenmaterials und des in der Batterie verwendeten Elektrolyten inert ist Metalle, die in nahezu allen elektrochemischen Umgebungen bei üblicher Anwendung inen sind, sind beispielsweise Titan, Tantal und Gold. Diese Metalle und andere Metalle, die in einigen, jedoch nicht allen elektrochemischen Umgebungen inen sind, können verwendet werden.

Die fertige Vielzellen-Batterie bleibt gleich, gleichgültig ob die in der F i g. El gezeigten Weise hergestellten Doppel-Elektroden vor oder nach der strukturellen und elektrischen Trennung voneinander zur Vielzellen-Batterie zusammengestellt werden. F i g. E2 zeigt solch eine Vielzellen-Batterie FS in einer perspektivischen oder Schrägansicht Fig.E3 zeigt einen Abschnitt der Vielzellen-Batterie FS in einer vergrößerten Querschnittsansicht und läßt die Bauteile der Batterie erkennen. Wie aus F i g. E3 hervorgeht, umfaßt dii Batterie F5 die Kombination einer äußeren positivei Elektrode 20-A einer äußeren negativen Elektrode 30-/1 und wenigstens einer Doppel-Elektrode zwischei den Elektroden 20-Λ und 30-A wobei jede Doppel Elektrode in der in Fig. El gezeigten Weise aufgebau ist. Die in Fig. E3 gezeigte Doppel-Elektrode besteh aus der Kombination eines Abschnitts eines Einmetall Trägerstreifens £50 (Fig. El), der als Zwischenzellen

ίο Polbrücke der Doppel-Elektrode wirkt, mit positiver und negativen Elektroden 20 bzw. 30 auf gegenüberlie genden Seiten des Abschnitts. Die Vielzellen-Batterie £5 ist außerdem mit je einem elektrolytgetränkter Separator 40 zwischen jeder positiven Elektrode 2( oder 20-Λ und jeder negativen Elektrode 30 oder 30-A versehen. Gleichzeitig als Stromleiter dienende flüssig keitsdichte Schichten 80 und 90 stehen mit den äußerer Elektroden 20-Λ bzw. 30-A im Kontakt. Gleichzeitig als Dampfsperren dienende Stromsammler 60 und 70 liegen an der Außenseite der Schichten 80 und 90. Mit 100 ist eine für den Elektrolyten undurchlässige Dichtung und elektrische Isolierung bezeichnet, welche die elektrolytgetränkten Separatoren 40 umgibt.

Die in Fig. El schematisch dargestellte und im vorstehenden beschriebene Ausbildung hat eine Vielzahl von Vorteilen. Die Verwendung des Trägerstreifens als Substrat ermöglicht es, die Elektroden aus Materialien herzustellen, die während des Aufbaus der Doppel-Elektroden nicht oder nur schlecht als Trägerstreifen geeignet sind.

Der leitende Trägerstreifen ermöglicht den Stromfluß zwischen der positiven und der negativen Elektrode einer Doppel-Elektrode, ohne daß zusätzliche elektrische Leiter verwendet werden müssen.

Die Doppel-Elektroden werden nach ihrer Herstellung in der im vorstehenden beschriebenen Weise zur Vielzellen-Batterie zusammengestellt Die Herstellung der vielzelligen Batterie erfolgt vorzugsweise während die Doppel-Elektroden noch durch den zusammenhängenden Trägerstreifen miteinander verbunden sind, wobei ähnlich wie in Abschnitt A beschrieben vorgegangen wird. Danach werden die Trägerstreifen zwischen den Doppel-Elektroden zerschnitten, um nicht mehr zusammenhängende Vielzellen-Batterien zu er-

halten. Alternativ kann das Zerschneiden der Trägerstreifen jedoch auch unmittelbar nach dem Aufbringen der Elektroden auf dem Streifen erfolgen und die unverbundenen Doppel-Elektroden können dann in der im Abschnitt A beschriebenen Weise zur Vielzellen- Batterie zusammengestellt werdea Die fertige Vielzel len-Batterie E 5 ist in F i g. E3 gezeigt F i g. E6 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der ein Trimetall-Streifen £50 verwendet ist dessen innere Metallage £53 an der der positiven Elektrode 20 zugewandten

Seite mit einem inerten Metall £54 und seiner der negativen Elektrode 30 zugewandten Seite mit einem inerten Metall £55 beschichtet ist Die beiden mchtreagierenden Metalle £54 und £55 bieten dieselben Vorteile wie die beiden Metalle £51 und £52

in F i g. E5. Die Verwendung eines dreischichtigen Aufbaus ermöglicht die Wahl eines inneren Metalls im Trägerstreifen, das nach den Gesichtspunkten Kosten, elektrische Leitfähigkeit und günstige Bearbeitbarkeit gewählt werden kann, ohne daß auf elektrochemische

«•5 Beständigkeit in Verbindung mit den Elektroden und dem Elektrolyten Rücksicht genommen werden muß. Die beiden äußeren Metalle £54 und £55 können gleich oder verschiedene Metalle sein, z. B. kann die

Streifenzusammensetzung Nickel £54 — Stahl £53 — Nickel £55 oder Nickel £54 - Stahl £53 - Zinn £55 gewählt sein.

F i g. E7 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform, bei welcher ein Bimetall-Trägerstreifen verwen- det ist, der aus den Metallen £56 und £57 besteht. Das Metall £56 ist aus Metallen gewählt, welche in der Batterie als negative Elektroden elektrochemisch aktiv, so daß das Metall £56 in der Wirkung dem im Abschnitt D beschriebenen Metall D 52 und den Elektroden 20 der Fi g. El, E3, E4, E5 und E6 entspricht. Bei der Auslegung der Batterie wird die Menge des aktiven Metalls £56 unter Berücksichtigung der Menge der in den positiven Elektroden 20 und 20-Λ vorhandenen Matenalmenge bestimmt. Als Metall £57 ist ein bezüglich der positiven Elektrode 20 inertes Metall gewählt. Das Metall £57 entspricht dem in den Fig. El, E3 und E4 gezeigten Einmetall, da es die einzige Schicht aus nichtreagierendem Metall im Trägerstreifen ist, es ist jedoch auch den Metallen £51 in F i g. E5 ähnlich, da es unter besonderer Berücksichtigung seiner Fähigkeit nicht mit der positiven Elektrode 20 zu reagieren ausgewählt werden kann. Obgleich es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, kann ein Trimetall, dessen äußere beiden Metalle den Metallen des in F i g. E7 gezeigten Bimetalls entsprechen, anstelle des in dieser Figur gezeigten Bimetalls verwendet werden, wobei das Metall der Innenschicht des Trimetalls aus einer großen Vielzahl von Metallen gewählt werden kann.

F i g. E5 zeigt eine alternative Ausführungsform zu den Fi g. El, E3 und E4. Anstelle der Verwendung eines Einmetall-Trägerstreifens, wie er im vorstehenden beschrieben wurde, ist beim Aufbau nach der F i g. E5 ein Bimetall-Trägerstreifen £50 verwendet, bei welchem das der positiven Elektrode 20 zugewandte Metall £51 in bezug auf diese Elektrode inert und das der negativen Elektrode 30 zugewandte Metall £52 in bezug auf diese Elektrode inert ist. Der Vorteil des in F i g. 5 gezeigten Aufbaus liegt darin, daß eine größere Freizügigkeit bei der Wahl der Materialien gegeben ist. wobei jeweils nur die Fähigkeit mit der unmittelbar benachbarten Elektrode zu reagieren berücksichtigt werden muß. Die Vorteile der Verarbeitung bei Verwendung eines Bimetall-Streifens nach Fig. E5 entsprechen den Vorteilen bei Verwendung eines F.inmetall-Streifens nach den F i g. El. E3 und E4.

Aus den vorstehenden Erörterungen geht hervor, daß der Einmetall-Streifen nach den F i g. E1, E3 und E4. der Bimetall-Streifen nach Fig.E5, der Trimetall-Streifen so nach F i g. E6 und der Bimetall-Streifen nach F i g. E7 charakterisiert werden können als Metall-Trägerstreifen mit wenigstens einer inerten Metallseite. Jeder dieser Streifen kann für die Herstellung von Doppel-Elektroden und anschließendem Zusammenbau dieser Elektroden zu Vielzellen-Batterien verwendet werden.

Bei den in Fig.E5 bis E7 gezeigten Bimetall- und Trimetall-Streifen können die inerten Oberflächen durch Aufwalzen. Plattieren, Flammspritzen, Vakuumabscheidung oder auf andere geeignete Weise herge- fo stellt werden.

Die Materialien der positiven Elektroden 20 und 20-A, der negativen Elektroden 30 und 30-A der elektrolytgetränkten Separatoren 40 und der flüssigkeitsdichten Schichten können den in den vorhergehen ««5 den Abschnitten beschriebenen Materialien entsprechen und bei der in diesem Abschnitt E beschriebenen Batterie verwendet werden.

Die gemäß vorliegendem Abschnitt erforderlichen inerten Metalle werden so gewählt, daß sie in der Umgebung, in welcher sie verwendet werden, nicht reagieren, d.h., daß sie bezüglich des speziellen Elektrodenmaterials und des verwendeten Elektrolyts der Batterie inert sind. Metalle wie Titan und Gold sind in nahezu allen üblicherweise verwendeten elektrochemischen Umgebungen inert. Andere Metalle wie Tantal sind im wesentlichen inert in Lösungen aus Zinkchlorid und Ammoniumchlorid oder sauren Elektrolyten, während Metalle wie Nickel und Stahl in alkalischen Systemen im wesentlichen inert sind.

Zur Erläuterung einiger der verschiedenen Konstruktionen, die in Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre dieses Abschnitts aufgebaut werden können, werden die folgenden Beispiele gegeben:

Beispiel 1

Unter Verwendung des Aufbaus nach den F i g. El, E3 und E4 wird eine Vielzellen-Batterie unter Verwendung eines Einmetall-Trägerstreifens aus Titan oder Tantal unter Anwendung des elektrochemischen LeClanche-Systems (positive Elektrode aus Mangandioxid, negative Elektrode aus Zink und Elektrolyt aus einer Lösung von Zinkchlorid und/oder Ammoniumchlorid) aufgebaut.

Beispiel 2

Unter Verwendung des in den Fig. El, E3 und E4 gezeigten Aufbaus wird eine Vielzellen-Batterie unter Verwendung eines Einmetall-Trägerstreifens aus Titan und des Blei-Säure-Systems (positive Elektrode aus Bleidioxid, negative Elektrode aus Blei und Schwefelsäure als Elektrolyt) aufgebaut.

Beispiel 3

Unter Verwendung des in den Fig. Ei, E3 und E4 gezeigten Aufbaus wird eine Vielzellen-Batterie unter Verwendung eines Einmetall-Trägerstreifens aus Nickel und des Nickel-Kadmium-Systems (positive Elektrode ■ms Nickeloxyh\droxid. negative Elektrode aus Kadmium und Kaliumhydroxid als Elektrolyt) aufgebaut.

Beispiel 4

Unter Anwendung des Herstellungsverfahrens nach F ; g. El und eines Trimetall-Streifens, wie er in F i g. E6 gezeigt ist. wird eine Vielzellen-Batterie unter Verwendung eines Nickel-Stahl-Zinn-Trägerstreifens und des Alkali-Mangan-Systems (positive Elektrode aus Mangandioxid, negative Elektrode aus Zink-Amalgam und Kaliumhydroxid und Zinkoxid als Elektrolyt) aufgebaut

Beispiel 5

Unter Anwendung des in F i g. El gezeigten Herstellungsverfahrens und eines Bimetall-Streifens, wie er in F i g. E5 gezeigt ist wird eine vielzellige Batterie unter Verwendung eines Nickel-Zinn-Trägerstreifens und des Silber-Zink-Systems (positive Elektrode aus Silberoxid, negative Elektrode aus Zinkamalgam und Elektrolyt aus Kaliumhydroxid und Zinkoxid) aufgebaut

Beispiel 6

Unter Anwendung des in F1 g. El gezeigten Herstellungsverfahrens und eines Trimetall-Streifens, wie er in F1 g. 6 gezeigt ist wird eine Vielzeflen-Batterie unter

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Verwendung eines Gold-Stahl-Zinn-Trägerstreifens und des Quecksilber-Zink-Systems (positive Elektrode aus Quecksilber^ I)-oxid, negative Elektrode aus Zink-Amalgam und Elektrolyt aus Kaliumhydroxid und Zinkoxid) aufgebaut.

Beispiel 7

Unter Verwendung eines Trägerstreifens, wie er in F i g. E7 gezeigt ist und unter Aufbringung von positiven Elektroden in der in Fig. El gezeigten Weise wird eine

Vielzellen-Batterie unter Verwendung eines Titan-Zink-Trägerstreifens und des LeClanche-Systems aufgebaut.

Beispiel 8

Unter Verwendung eines Trimetall-Trägerstreifens mit äußeren Schichten aus Nickel und Zink und einer inneren Schicht aus Zinn wird eine Vielzellen-Batterie unter Verwendung des Nickel-Zink-Systems (positive Elektrode aus Nickeloxyhydroxid, negative Elektrode aus Zink und Kaliumhydroxid als Elektrolyt) aufgebaut.

Hierzu 1 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Flachzellenbatterien mit bipolaren Elektroden, dadurch ge- s kennzeichnet, daß entlang eines Trägerstrtifens mit Abstand voneinander positive Elektrodenabschnitte (20) aufgebracht werden und daß entlang des Trägerstreifens mit Abstand voneinander negative Elektrodenabschnitte (30) aufgebracht to werden, wobei jeder negative Elektrodenabschnitt auf der gegenüberliegenden Seite in elektrischer Verbindung und im wesentlichen fluchtend mit einem positiven Elektrodenabschnitt aufgebracht wird, daß mindestens ein Trägerstreifen mit den positives und negativen Elektroden unter Einfügen eines einen Elektrolyt aufweisenden Separators zwischen äußeren positiven (20A) und negativen Elektroden (30A) angeordnet wird, daß die Elektroden und Separatoren entlang ihres Umfangs flüssigkeitsdicht gegeneinander abgedichtet werden, und daß an jeder der äußeren positiven und an jeder äußeren negativen Elektrode elektrisch leitende Schichten (60,70,80,90) angebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstreifen zwischen den im Abstand voneinander angebrachten Elektroden zerteilt wird, entweder vor oder nach der Anbringung der äußeren Elektroden und der Separatoren oder nach der flüssigkeitsdichten Abdichtung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf dem Trägerstreifen aus elektrisch leitendem Kunststoff aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf einem aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff bestehenden, mit durch Durchbrüche verlaufenden Leitern (B52) beschichteten Trägerstreifen (B50) aufgebracht werden, wobei jeder positive Elektrodenabschnitt mit dem negativen Elektrodenabschnitt auf der gegenüberliegenden Seite des Trägerstreifens über den durch die Durchlässe im Trägerstreifen verlaufenden Leiter elektrisch verbunden wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf einem aus Metall bestehenden Trägerstreifen aufgebracht werden, dessen eine Seite oder beide Seiten mit einer elektrochemisch nicht reagierenden, elektrisch leitenden Haftschicht oder einer elektrochemisch nicht reagierenden Metalloberfläche versehen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet caß für die positiven und/oder negativen Elektroden in einer Bindergrundmasse enthaltene, fein verteilte Teilchen aus elektrochemisch positivem bzw. -negativem aktiven Material verwendet werden.

7. Verfahren zur Herstellung von Flachzellenbatterien mit durch einen Trägeistreifen zusammenhän- genden, miteinander verbundenen bipolaren Elektroden, von denen jede einen Abschnitt des Trägerstreifens, eine positive Elektrode auf einer Seite des Abschnitts und eine negative Elektrode auf der anderen Seite des Abschnitts umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Triigerstreifen verwendet wird, dessen eine Oberfläche elektrochemisch inert und dessen andere Oberfläche bei Zusammenbau zu einer Batterie elektrochemisch aktiv ist und daß die positiven Elektrodenabschnitte im Abstand voneinander auf der elektrochemisch inerten Seite des Trägerstreifens aufgebracht werden, während die negative Elektrode von der elektrochemisch aktiven Oberfläche gebildet wird