DE2254319A1

DE2254319A1 - POCKET ELECTRODE FOR ALKALINE ACCUMULATORS

Info

Publication number: DE2254319A1
Application number: DE2254319A
Authority: DE
Inventors: Helmut Glaser; Guenter Dipl Chem Dr Kraemer
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1972-11-06
Filing date: 1972-11-06
Publication date: 1974-05-16

Description

Taschenelektrode für alkalisclle Akkumulatoren Die Erfindung betrifft eine Taschenelektrode für alkalische Akkumulatoren, bestehend aus mehreren streifenförmigen, über-bzw. nebeneinander angeordneten, miteinander verbundenen Massebehältnissen aus metallisch leitendem Material mit den Elektrolytdurchtritt ermöglichenden Öffnurgen. Pocket Electrode for Alkaline Batteries The invention relates to a pocket electrode for alkaline batteries, consisting of several strip-shaped, over or. juxtaposed, interconnected mass containers Made of metallically conductive material with openings that allow electrolyte passage.

Elektroden vom Taschentyp bestehen aus mehreren miteirander verfalzten, i.a. streifenförmig nebeneinander-angeordiiüten mit aktiver Masse gefüllten metallischen Behältnissen. Die die späteren Elektrodenflächen bildenden Teile der als 't'£aschen't bezeichneten Netallbehältnisse sind zur Ermöglichung des Ladungsaustauschs mit Löchern versehen, die die senkrechten Wände und die Falzflächen bildenden Bahnen der Behältnisse sind nicht perforiert. In der Praxis werden Stahlbänder von ca. -15 - 25 mm Breite auf einer ca. 10 - 15 mm breiten Mittelbahn mittels Perforationswalzen oder Nadelwerkzeugen perforiert. Es werden je nach Anwendungszweck etwa 300 - 600 Löcher je cm2 angebracht; der Lochdurchmesser bzw. die Lochfläche beträgt 0,2 - 0,3 mm bzw. 3 . Der - 6 ~ cm2. Der Offnungsgrad der perforierten Bahn liegt bei 14 - 18 ,~. Zur Verhinderung einer späteren Korrosion werden diese Bänder, speziell die für positive Elektroden vorgesehenen, vernickelt.Pocket-type electrodes consist of several folded together, i.a. metallic strips, arranged side by side, filled with active material Containers. The parts of the as 't' £ aschen't which will later form the electrode surfaces designated metal containers are to enable the charge exchange with holes provided that the vertical walls and the folding surfaces forming the paths of the containers are not perforated. In practice, steel strips with a width of approx. -15 - 25 mm are used on an approx. 10 - 15 mm wide central web using perforation rollers or needle tools perforated. Depending on the application, about 300 - 600 holes per cm2 are made; the hole diameter or the hole area is 0.2 - 0.3 mm or 3. The - 6 ~ cm2. The degree of opening of the perforated sheet is 14 - 18 ~. To prevent later corrosion will cause these tapes, especially those for positive electrodes provided, nickel-plated.

Im weiteren Verlauf des Fertigungsprozesses werden die als Unterteil des späteren taschenförmigen Behältnisses dienenden Bänder mittels Profllwalzen im kontinuierlichen Verfahren so verformt, daß sie einen etwa wannenförmigen Quersciiriltt au:rweisen. Die so erhaltene Vertiefung wird mit aktiver Masse gefüllt, für die positiven Elektroden mit einer Mischung auf Basis von Nickelhydroxid und Graphit, für die negativen Elektroden mit Masse auf Basis von Cadmium oder/und Eisen bzw.In the further course of the manufacturing process, they are used as a lower part of the later pocket-shaped container serving belts by means of profiled rollers in the continuous process like that deformed so that they are roughly tub-shaped Show cross-sectional views. The well obtained in this way is filled with active material, for the positive electrodes with a mixture based on nickel hydroxide and Graphite, for the negative electrodes with mass based on cadmium and / or iron respectively.

deren Verbindungen mit Sauerstoff. Die Füllung kann durch Einstreuen der pulverförmigen Masse oder durch Einlegen vorverfestigter Massetabletten erfolgen. Das gefüllte Unterband wird mit einem ebenfalls in seiner Nittelbahn perforierten Oberband abgedeckt. Der neutrale Rand des Oberbandes wird um die die Deckelauflagen bildenden neutralen Randteil des Unterbandes herumgefalzt und die Falzkanten nach unten gebogen. Durch Ineinanderhängen der Falzkanten werden je nach Anzahl der Einzeltaschenstreifen Eiektrodenstreifen in gewünschter Länge hergestellt und nach Durchlaufen eines der Verdichtung der aktiven Masse und der besseren mechanischen und elektrischen Verbindung der Einzelstreifen dienenden Walzenpaares auf die gewunschte Elektrodenbreite geschnitten. Die offenen Schnittkanten werden mit U-Profilen verschlossen. Am oberen Ende der Platte wird zwischen die U-Profile eine Anordnung zur Stromzufuhr bzw.their compounds with oxygen. The filling can be sprinkled the powdery mass or by inserting pre-solidified mass tablets. The filled lower band is also perforated in its middle track with a Upper band covered. The neutral edge of the upper band is around the lid supports forming the neutral edge part of the lower band and the folded edges bent down. By interlinking the folded edges, depending on the number of individual pocket strips Electrode strips produced in the desired length and after passing through one of the Compaction of the active mass and the better mechanical and electrical connection the pair of rollers serving the individual strips is cut to the desired electrode width. The open cut edges are closed with U-profiles. At the top of the An arrangement for power supply or power supply is placed between the U-profiles.

-abnahme eingepreßt und verp#iktet. Die Elektrode ist nunmehr für den Einbau in die Akkumulatorzelle bereit.-Acceptance pressed in and p # iked. The electrode is now for ready for installation in the accumulator cell.

Elektroden der beschriebenen Art zeichnen sich durch mechanische Robustheit und Langlebigkeit aus. Sie sind befriedigende Ausführungsformen, solange die mit ihnen bestückten Akkumulatoren nur mit relativ schwachen Strömen - entsprechend einer mehrstündigen Entladezeit - belastet werden. Bei höheren Belastungen im Minuten - oder sogar im Sekundenbereich, wie sie gegenwärtig zum Starten von Verbrennungsmotoren oder in Notstromaggregaten für die kurzzeitige tiberbrückung von Stromausfall ohne Spannungseinbruch benötigt und in zunehmendem Maße gefordert werden, erfahren solche Elektroden einen derartigen Spannungsabfall, der ihre Verwendbarkeit infrage stellt oder unmöglich macht, und den Einsatz der relativ kostenaufwendigen Akkumulatoren mit Sinterelektroden erfordert.Electrodes of the type described are characterized by mechanical robustness and durability. They are satisfactory embodiments as long as those with batteries equipped with them only with relatively weak currents - accordingly a discharge time of several hours. With higher loads in minutes - or even in the seconds range, as they are currently used to start internal combustion engines or in emergency power generators for short-term bridging of power failures without Voltage drops are required and increasingly demanded, experience such Electrodes have such a voltage drop that their usability is questionable or impossible, and the use of the relatively expensive accumulators with sintered electrodes required.

Auf dem beschriebenen Weg der mechanischen Perforation des Metallbandes kann der Öffnungsgrad nicht mehr willkürlich vergrößert werden. Beim gegenwärtigen Stand der Technik liegt die obere Grenze bei etwa 18 O/o. Stärker perforiertes Material neigt bei der Profilierung sowie im Betrieb infolge der Volumenänderungen der aktiven Massen zum Reißen.In the described way of mechanical perforation of the metal strip the degree of opening can no longer be arbitrarily increased. At the present In the prior art, the upper limit is about 18%. More perforated material tends in profiling as well as in operation as a result of the volume changes of the active Masses to tear.

Die fertigungsübliche Öffnungsfläche von 3 ~ 10 4 - 6 10#4cm2/ Loch ermöglicht der der Quellung unterworfenen aktiven Masse ein Ausweichen nach außen in den Elektrolyten. Unter#den derzeitigen Fertigungsbedingungen ist mit zunehmender Zyklenzahl eine die aktive Massemenge in den die Elektroden bildenden Behältnissen und damit die KapaZität mindernde Abschlammung feststellbar, die schließlich zu Kurzschlüssen führen kann, wenn der schlammhaltige Elektrolyt nicht rechtzeitig gewechselt wird. Eine weitere Verringerung der mechanisch perforierten Lochgrößen ist kaum mehr möglich. Schon bei den gegenwärtigen Perforierwerkzeugen beträgt die Standzeit nur einige Stunden.The usual production opening area of 3 ~ 10 4 - 6 10 # 4cm2 / hole enables the active mass subject to swelling to escape to the outside in the electrolyte. Under # the current manufacturing conditions is increasing with Number of cycles is the active mass amount in the containers forming the electrodes and thus the capacity-reducing sludge can be determined, which finally to Short circuits can result if the sludge-containing electrolyte is not used in a timely manner is changed. A further reduction in mechanically perforated hole sizes is hardly possible anymore. Even with the current perforating tools, this is Service life only a few hours.

Eine weitere Verkleinerung würde zu einer überlinearen Verkürzung der Werkzeugstandzeit führen.A further reduction would result in a superlinear reduction the tool life.

Neben dem hohen Werkzeugverschleiß hat die mechanische Perforation noch den Nachteil der Ungleichmäßigkeit mit fortschreitender Abarbeitung der Werkzeuge, wodurch sich die Lochgröße und damit der bffnungsgrad allmählich verändert.In addition to the high level of tool wear, there is also mechanical perforation nor the disadvantage of unevenness as the tools are processed, which gradually changes the size of the hole and thus the degree of opening.

Da eine gleichmäßige Perforation. bei hohem Öffnungsgrad und geringer Lochgröße ermöglichende Verfahren der Elektronenstrahlperforation (FR-PS 1 512 504) scheidet zur Zeit noch aus wirtschaftlichen Grunde aus.Because a uniform perforation. with a high degree of opening and lower Method of electron beam perforation that enables hole size (FR-PS 1 512 504) is currently retiring for economic reasons.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine besondere Au#ührüngsform der Taschen vorzugsweise das Starkstromverhalten alkalischer Akkumulatoren mit Taschenelektroden zu verbessern. Insbesondere soll eine Vergrößerung des Öffnungsgrades der Breitseiten der metallischen Massebehältnisse bei gleichzeitiger Verringerung der Lochgröße ermöglicht werden. Dies bedeutet eine @erabsetzung der wahren Stromdichte, eine Verb#sseiung der Transportverhältnisse für die Ionen des Elektrolyten zur aktiven Masse und resultiert infolge des geförderten Ladungsaustausches in einer Verringerung der den Spannungsabfall bedingenden Polarisation und in einer Anhebung der Masseausnutzbarkeit bei hoher Belastung. Weiterhin soll die Abschlammung der aktiven Ma,fse vermindert, die Kapazitätskonstanz über die Lebensdauer verbe#-sert und die Lebensdauer selbst verlängert werden.The object of the invention is to use a special embodiment of the pockets preferably the high current behavior of alkaline batteries with pocket electrodes to improve. In particular, an increase in the degree of opening of the broad sides is intended of the metallic mass containers with a simultaneous reduction the Hole size are made possible. This means a reduction in the true current density, an improvement in the transport conditions for the ions of the electrolyte to the active one Mass and results in a reduction as a result of the promoted charge exchange the polarization causing the voltage drop and an increase in the usability of the mass at high loads. Furthermore, the desludging of the active mass should be reduced, the constant capacity over the service life and the service life itself be extended.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest die die Elektrodenfläche bildenden Teile der einzelnen Taschen aus einer äußeren Stutzschicht mit großen Öffnungen und einer inneren feinporösen Filterschicht bestehen.This object is achieved in that at least the the parts of the individual pockets that form the electrode surface are made of an outer support layer with large openings and an inner fine-pored filter layer.

Die Stützschicht kann eine perforierte Metallfolie sein oder beispielsweise aus Streckmetall bestehen, die Innenschicht kann ein feinporiges Netailgewebe oder ein poröses Yxunststoffmaterial, beispielsweise ein Kunststoffvlies, sein oder die Innenschicht kann eine poröse Sinterschicht sein, welche beispielsweise dadurch hergestellt wird, daß in die grobporösen Durchbrüche der Stützschicht Nickelpulver trocken oder in pastenform eingestrichen oder eingosintert ist.The support layer can be a perforated metal foil or, for example consist of expanded metal, the inner layer can be a fine-pored detail fabric or a porous plastic material, for example a plastic fleece, be or the Inner layer can be a porous sintered layer, which for example thereby is produced that in the coarsely porous openings of the support layer nickel powder is coated dry or in paste form or is sintered.

Bei Verwendung von Metallgewebe der Siebcharakteristiken DIN 4Q, DIN 50, DIN 60 für die Innenschicht kommt man z.B. bei Lochgrößen von 2.25 ~ 10-4 cm2, 1.44 ~ 10 -4 cm2, 1.00 . 10-4 cm2 zu Öffnungsgraden von 36 ,~, also auf einen Wert, der bei Stromentnahme oder -zufuhr nur der halben Flächenbelastung der zur Zeit besten mechanisch perforierten Taschenbandmaterialien entspricht.When using metal mesh with sieve characteristics DIN 4Q, DIN 50, DIN 60 for the inner layer you get e.g. hole sizes of 2.25 ~ 10-4 cm2, 1.44 ~ 10 -4 cm2, 1.00. 10-4 cm2 with opening degrees of 36 ~, i.e. to a value that when drawing or supplying electricity is only half the wing load of the current one best mechanically perforated pocket tape materials.

Die geringe Lochgröße vermindert weiterhin die Abschlammung.The small hole size also reduces sludge formation.

In der Figur ist der Gegenstand der Erfindung näher dargestellt.In the figure, the subject of the invention is shown in more detail.

Dabei zeigt die Figur perspektivisch einen Teil einer einzelnen Tasche bestehend aus einer Stützschicht in Form eines mit grösseren Perforationen versehenen vernickelten Stahlbandes 1, welches mit einem feinporösen Metallgewebe 2 hinterlegt ist. Es ist möglich, die die eigentlichen ' ektrodenoberflächen bildenden Teile la der Taschen mit zwei die Behältniswände, #uflagerän der und Falzränder bildenden kompakten metallischen Randstreifen Ib durch Schweißen, beispielsweise durch automatisches Rollenschweißen, zu verbinden.The figure shows a part of an individual bag in perspective consisting of a support layer in the form of one with larger perforations Nickel-plated steel strip 1, which is backed with a fine-pore metal mesh 2 is. It is possible that the actual 'electrode surfaces forming parts la of the pockets with two the container walls, # uflagerän der and rabbet edges forming compact metallic edge strips Ib by welding, for example by automatic roller welding.

Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit bzw. der Steifigkeit, wie sie beispielsweise für großflächige Elektroden erforderlich sein kann, ist die Verwendung von Massebehältnissen aus Verbundmaterial mit unterschiedlicher Lochgröße außerordentlich vorteilhaft, insbesondere, da die Stabilität der Anordnung innerhalb weiter Grenzen variiert werden kann. So kann man aus der Nittelbahn des üblicherweise verazendeten Netallbandes relativ große Durchbrüche oder Fenster beliebiger Form ausstanzen und auf diese Weise Offnungsgrade von über 50 73 bis maximal 80 % erhalten. Dieses sehr offene und doch relativ steife Band als Stützschicht kann dann auf der späteren Innenseite in Breite der sonst perforierten Bahn mit Metallgewebe oder Streckmetall hohen Offnungsgrades und kleiner Lochgröße als Innenschicht hinterlegt und im kpntinuierlichen Verfahren in einer entsprechenden Führungsvorrichtung durch Rollenschweißung befestigt und elektrisch leitend verbunden werden.To improve the mechanical strength or rigidity, as it may be required for large-area electrodes, for example, is the Use of bulk containers made of composite material with different hole sizes extremely advantageous, in particular because of the stability of the arrangement within further limits can be varied. So you can usually get out of the Nittelbahn verazendeten Netallbandes relatively large openings or windows of any shape punch out and in this way obtain degrees of opening of over 50 73 to a maximum of 80%. This very open and yet relatively stiff band as a support layer can then be applied to the later inside in width of the otherwise perforated web with metal mesh or Expanded metal with a high degree of opening and small hole size deposited as the inner layer and in a continuous process in a corresponding guide device Roll welding attached and electrically conductively connected.

Dabei kann das als Unterband vorgesehene Band vorher profiliert werden. In einer Abart dieser Ausführung können die Durchbrüche der mittleren Bandbahn bzw. der Stützschicht mit Metallpulver trocken oder in Pastenform gefüllt und dieses in die Durchbrüche eingesintert werden, so daß die Innenschicht eine poröse Sinterschicht ist. Die Innenschicht kann außer aus Metallgewebe oder Streckmetall bzw. der letztgenannten Sinterschicht auch aus einem porösen Kunststoff, zweckmäßigerweise einem Vlies aus Kunststoffasern, bestehen.The band provided as the lower band can be profiled beforehand. In a variant of this design, the openings in the middle belt web or the support layer filled with metal powder dry or in paste form and this be sintered into the openings, so that the inner layer is a porous sintered layer is. The inner layer can be made of metal mesh or expanded metal or the latter Sintered layer also made of a porous plastic, expediently a fleece Synthetic fibers.

Der. Extremfall dieser Ausführungsform stellt ein Band dar, bei dem zwei neutrale, also kompakte Randstreifen, die später als Wände bzw. Falzränder der Massebehältnisse dienen, in einer Führungsvorrichtung durch Rollenschweißung mit dem die eigentliche Elektrodenflächen bildenden aus mehreren Sch@@@@ten bestehenden Material verbunden werden.Of the. The extreme case of this embodiment is a band in which two neutral, i.e. compact marginal strips that will later be used as walls or folded edges the bulk containers are used in a guide device by roller welding with which the real Electrode areas formed from several Sch @@@@ ten existing material can be connected.

Bei allen geschilderten Beispielen erfolgt die weitere Verarbeitung (Profilierung, Massefüllung, Verschließen durch Verfalzung mit dem in gleicher Weise hergestellten Oberband, sowie das ZusammenfUgen der Streifen bis zur fertigen Elektrode) analog den beim Stand der Technik eingangs beschri ebenen Verfahren.Further processing takes place in all of the examples described (Profiling, mass filling, closing by interlocking with the in the same way produced upper band, as well as the joining of the strips to the finished electrode) analogous to the method initially described in the prior art.

- Patentansprkiche - - Patent claims -

Claims

Claims 1. Pocket electrode for alkaline batteries, consisting of several strip-shaped, arranged one above the other or next to one another interconnected wet containers made of metallically conductive material with openings permitting the passage of electrolyte, characterized in that at least the parts of the individual pockets forming the electrode surface from an outer one Support layer with large openings and an inner fine-pored filter layer exist.

2. pocket electrode according to claim 1, characterized in that the Support layer is a perforated metal foil.

3. pocket electrode according to claim 1, characterized in that the Support layer consists of Streciunetall.

4. Pocket electrode according to claim 2 or 3, characterized in that that the inner layer is a fine-pored metal mesh.

5. Pocket electrode according to claim 2 or 3, characterized in that that the inner layer is made of a porous plastic material, in particular a plastic fleece, consists.

6. r pocket electrode according to claim 2 or 3, characterized in that that the inner layer is a sintered-on porous sintered layer.

7. pocket electrode according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the forming the actual electrode surfaces Parts with two compact ones that form the container walls, support edges and folded edges.

metallic edge strips are connected by welding.

L e r s e i t e