DE2256077A1 - Elektrodenanordnung fuer eine sekundaerzelle - Google Patents

Description

OR.-INQ. DIPU-INO. M. »C. DIW-PHVS. DR. DIPL-PMVS.

HÖGER - STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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31.10.1972

GOULD INC.

1110 Highway 110

Mendota Heights, Minnesota

USA

eine Elektrodenanordnung für/Sekundärzelle

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für eine Sekundärzelle, insbesondere für eine Nickel-Cadmium-Zelle, mit zwei aus porösem Metallmaterial bestehenden Elektroden, von denen die eine mit einem positiv aktivierenden und die andere mit einem negativ aktivierenden Material imprägniert ist und zwischen denen ein mit einem Elektrolyten getränktes Trennelement vorgesehen ist.

Alkalische Sekundärzellen werden in zunehmendem Umfang auf allen Gebieten eingesetzt und verwendet. Die Nickel-Cadmium-Zelle hat dabei die größten Umsatzsteigerungen zu verzeichnen und ist die bekannteste alkalische Sekundärzelle. Nickel-Cadmium-Zellen gibt es von den sogenannten Kopfzellen mit einer Kapazität von einem Bruchteil einer Amperestünde bis zu sehr großen, bzw. belüfteten,rechteckigen Zellen mit Kapazitäten von mehreren hundert Amperestunden. Derartiae Zellen

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finden verbreitete Anwendung in der Unterhaltungsindustrie, in elektronischen Baueinheiten, in industriellen Ausrüstungen, in Kommunikationseinrichtungen und auf vielen anderen neuen Gebieten, auf denen der Einsatz von Speicherzellen vorher nicht gerechtfertigt gewesen wäre. Der wichtigste Nachteil von alkalischen Zellen besteht jedoch in ihrem hohen Preis, welcher weitgehend auf die Schwierigkeiten bei der Herstellung derartiger Zellen zurückzuführen ist.

Ein übliches Verfahren zur Herstellung alkalischer Sekundärzellen, wie zum Beisoiel Nickel-Cadmium-Zellen,besteht darin, die einzelnen Elektroden aus komprimierten, dünnen,gesinterten Metallen, wie zum Beispiel Nickel, Eisen oder dergleichen herzustellen, wobei üblicherweise von einem Gitter bzw. einem Netzwerk ausgegangen wird. Nachdem dann zwischen die beiden flachen Elektroden ein Trennelement eingelegt wurde, werden diese spiralig aufgewickelt, um auf diese Weise die Elektrodenanordnung zu erzeugen. Die gewickelte Elektrodenanordnung wird anschließend in einen zylindrischen Behälter eingesetzt, welcher das Batteriegehäuse darstellt. Die gesinterten Metallelektroden werden einzeln mit einem aktiven Material imprägniert, welches im Falle der positiven Elektrode, Nickel- Hydroxyd und im Falle der negativen Elektrode Cadmitun-Hydroxyd sein kann. Nachdem die gewickelte Elektrodenanordnung in dem Batteriegehäuse untergebracht ist, wobei sich das Trennelement, welches üblicherweise aus einem synthetischen Material, wie zum Beispiel Nylon besteht, zwischen den Elektroden befindet, wird die Elektrodenanordnung mit einem Elektrolyten getränkt, der aus einem konzentrierten alkalischen Material, wie zum Beispiel Kaiium-Hydroxyd besteht.

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Wenn sich die aktivierte Elektrodenanordnung in dem Batteriegehäuse befindet, wird auf der offenen Seite desselben ein Deckel angebracht und anschließend erfolgt eine Versiegelung der Batterie unter Anwendung üblicher Verfahren, beispielsweise durch uitibördeln oder dergleichen.

Außer den Herstellungskosten sind bei derartigen alkalischen Sekundärzellen auch die Materialkosten ziemlich hoch, da bei der beschriebenen Konstruktion der Elektrodenanordnung beträchtliche Mengen teuerer Gitter und teuerer Materialien für das Trennelement benötigt werden. Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Elektrodenanordnung für Sekundärzellen vorzuschlagen, die einfacher und billiger herstellbar ist als die bekannten Elektrodenanordnungen,ohne daß hierdurch die Vorteile der üblichen gewickelten Elektrodenanordnungen verloren gingen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Elektrodenanordnung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektroden aus zwei koaxial ineinander angeordneten, einstückigen, porösen Metallrohren bestehen, zwischen denen ein Trennelement angeordnet ist.

Eine solche Elektrodenanordnung besitzt einen einfachen Aufbau und läßt sich billiig herstellen, da Herstellung und Zusammenbau automatisiert werden können.

Insbesondere ist es ein Vorteil dieser Elektrodenanordnung, daß die Elektroden näher und genauer aneinander herangebracht

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werden können, und daß diese Lage zwischen den zusammengebauten Elektroden sicherer aufrechterhalten werden kann, als bei den vorbekannten Elektrodenanordnungen.

Des weiteren ist es ein Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung, daß das Trennelement, welches als Isolator zwischen der positiven und der negativen Elektrode dient, beim Zusammenbau das Einsaetzen der inneren Elektrode in die größere Elektrode erleichtert.

Es ist auch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß das Trennelement einen einfachen Aufbau besitzt und billig hergestellt werden kann, da sowohl bei der Herstellung als auch bei dem Zusammenbau eine Automatisierung erfolgen kann. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere günstig, daß das Trennelement gleichzeitig eine genaue gegenseitige Ausrichtung der beiden Elektroden in der Elektrodenanordnung unterstützt.

Dabei wird besonders eine Ausführungsform der Elektrodenanordnung bevorzugt, bei der beide Elektroden entsprechend konisch ausgebildet sind und bei der das Trennelement die beiden Elektroden zu einer stabilen Einheit vereinigt, da bei dieser Ausführungsform ein Materialüberschuss bzw. eine Faltenbildung vermieden werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert und oder sind Gegenstand der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Sekundärzelle mit einer Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung,

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Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Elektrodenanordnung der Batterie gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Sekundärzelle ähnlich Fig. 1, jedoch mit einer abgewandelten Ausführungsform der Elektrodenanordnung^

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Sekundärzelle mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen.Elektrodenanordnung ,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Trennelement für eine erfindungsgemäße Elektroanordnung,

Fig. 6 eine vergrößerte Explosionsdarstellung des Trennelements gemäß Fig. 5 beim Einsetzen desselben in die äußere Elektrode,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform eines Trennelementes für eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung, insbesondere für eine Elektrodenanordnung mit konischen Elektroden,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Sekundärzelle mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung und einem leitenden Stützelement ,

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein ungerolltes Stützelement für eine Sekundärzelle gemäß Fig. 8,

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Fig. 10 einen Längsschnitt durch das ungerollte Stützelement gemäß Fig. 9 längs der Linie 10-10 in dieser Figur,

Fig. 11 eine perspektivischer Darstellung des zu einem Rohr gerollten Stützelements gemäß Fig. 9 und 10 und

Fig. 12 eine perspektivischer Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform eines Stützelementes,für eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung»

Die Batterie in Fig. 1 ist insgesamt mit dem Bezugszeichen IO bezeichnet und hat die Form einer üblichen D-Batterie. Die Batterie umfaßt eine Elektrodenanordnung,, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist und welche sich in einem leitenden "fe talige hä use bzw. in einen Batteriegehäuse 14 oder dergleichen befindet ,wobei letzteres bei dem dargestellten Ausführungsbeisüiel durch ein einseitig geschlossenes Rohr gebildet wird. Der Zusammenbau der in. Fig.. 1 gezeigten Batterie erfolgt in der Weise, daß nach Einsetzen der Elektrodenanordnung 1.2 in das Batteriegehäuse 14 der obere Rand 16 desselben nach innen umgebördelt wird, wobei die Öffnung mit Hilfe eines Deckels und eines eingebördelten Dichtungsrings 20 geschlossen wird. Eine ringförmige Dichtung 22 aus Nylon oder dergleichen dient als Isolator zwischen dem Deckel 18 sowie dem Rand 16 und dem Dichtungsring 20.

Bezüglich der Einzelheiten der Versiegelung der Batterie und des Druckausgleichs wird auf die US-Patentschrift 3 062 910 verwiesen. Im allgemeinen ist eine Membrane 24 vorgesehen, die den Hohlraum 26 zwischem dem aufgewölbten Mittelteil des Deckels 18 und dem hohlen Inneren 28 der Elektrodenanordnung 12 ab-

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schließt. Die Membrane 24 dient als Sicherheitsventil für den Fall, daß die in der Batterie eingeschlossenen Gase einen übermäßigen Druck entwickeln sollten.

Ein leitendes Metallrohr 30, dessen Oberkante nach außen aufgeweitet bzw. abgewinkelt ist und in Kontakt mit der Membrane 24 steht, stützt den Deckel 18 und verbindet eine der Elektroden der Elektrodenanordnung 12 mit dem Deckel,so daß dieser einen der Anschlüsse 19 auf der Außenseite der Batterie 10 bildet. Die zweite Elektrode der Elektrodenanordnung 12 berührt das Batteriegehäuse 14, so daß der Boden 32 des Batteriegehäuses den zweiten Anschluß der Batterie bildet. Die elektrische Verbindung zwischen der äußeren Elektrode 36 und dem Batteriegehäuse 14 kann auf eine der folgenden Arten hergestellt werden:

Die Elektrode kannn an der Wandung des Batteriegehäuses kanter Druck anliegen,und / oder es kann ein leitender Einsatz in die Elektrodenanordnung eingebettet sein, wobei ein Teil desselben aus der Elektrodenanordnung herausragt, welcher nach Einsetzen der Elektrode 36 in das Batteriegehäuse 44 an dem Boden befestigt bzw. mit diesem verschweißt wird»

Es versteht sich, daß die Polarität der Elektrodenkontakte bezüglich des Anschlusses 19 bzw. des Batteriebodens 32 entsprechend den Bestandteilen der Batterie vorgegeben werden kann und daß die Sekundärzelle,wie in Fig. !,versiegelt sein kann oder je nach Wunsch auch halb geschlossen.

Gemäß vorliegender Erfindung ist in der Batterie eine neuartige ringförmige Elektrodenanordnung 12 vorgesehen, welche sowohl vom Material her als auch von den Herstellungskosten billig herstellbar ist. Wie man den Fig. 1 und 2 entnimmt, besteht die

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Elektrodenanordnung 12 aus zwei koaxial ineinander geschachtelten Elektroden 34 und 36, die beide aus einstückigen gegossenen oder in Formen gesinterten porösen Metallrohren bestehen.

Die Struktur der rohrförmigen porösen Elektroden 34, 36 welche aus geeigneten Metallpulvern, wie Nickel, Eisen oder dergleichen hergestellt werden, eignet sich für verschiedene Typen von alkalischen Sekundärzellen, wie zum Beispiel Nickeloxyd-Zink-, Silberoxyd-Zink-, Silberoxyd-Cadmium-, Nickeloxyd-Eisen- und Nickeloxyd-Cadmium-Zellen. Die rohrförmigen Elektroden sind so gestaltet, daß sie teleskopartig ineinander passen und wie die Elektroden 34 und 36 vor dem Einsetzen in das Batteriegehäuse zusammengesetzt werden können oder auch erst in dem Gehäuse selbst. Die gegossenen rohrförmigen porösen Elektroden sind mit einem positiv bzw. negativ aktivierenden Material imprägniert, um die positive bzw. negative Elektrode zu bilden.

Bei einem Nickel-Cadmium-System kann das Laden bzw. Imprägnieren beispielsweise durch Imprägnieren der jeweiligen porösen, gegossenen Substratrohre mit Nickel- oder Cadmiumsalz erfolgen, wobei die Umwandlung der Salze in das aktive Material mittels zum Stande der Technik gehöriger Verfahren erfolgt.

Zwischen den rohrförmigen Elektroden 34 und 36 ist ein Trennelement 38 vorgesehen, welches aus gewebtem oder nicht gewebtem

Gel

Material, aus ainem/oder aus einer gelartigen Elektrolytsubstanz bestehen kann, wie zum Beispiel aus einem hochmolekularen kolloidalen Karboxyviny!polymer, wie es unter der Marke Carbopol im Handel ist. Wenn ein aus Stoff bestehendes Trennelement verwendet wird, so wird ein Elektrolyt, wie z.B. die übliche Natriumhydroxydlösung zwischen die Elektroden gegeben.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Innneseite der äußeren röhrenförmigen Elektrode und die Außenseite der inneren röhrenförmigen Elektrode konisch bzw. kegelförmig

stumpf/ausgebildet, wobei sich die beiden Kegel entsprechen. Diese Maßnahme erleichtert nicht nur das Zusammensetzen der röhrenförmigen Elektroden, sondern gewährleistet auch eine sehr dichte Passung nach dem Zusammenbau,selbst wenn die Dicke des Trennelements zwischen den Elektroden schwankt. Es hat sich her-* ausgestellt, daß der öffnungswinkel des Kegels der beiden benachbarten Oberflächen der Elektroden vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und etwa 3 liegt. Der öffnungswinkel ist für die Elektroden 34 und 36 in Fig. 2 als Winkel T bzw. T-¹ eingezeichnet.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die Elektroden 34 und 35 so ausgebildet, daß sich nach dem Zusammenbau derselben am oberen und am unteren Ende derElektrodenanordnung im wesentlichen die gleiche Wandstärke ergibt und daß sich eine zylindrische Mittelöffnung 28 ergibt. Wie Fig. 1 zeigt, besitzt die äußere Elektrode an ihrem oberen Ende eine dünnere Wandung und die konische Innenseite derselben verjüngt -sich in Richtung auf das untere Ende. Die innere Elektrode besitzt an ihrem oberen Ende eine größere Wandstärke und verjüngt sich kegelförmig in Richtung auf ihr unteres Ende. Diese Ausgestaltung der Elektroden ermöglicht den Zusammenbau der Elektrodenanordnung im Batteriegehäuse. Falls dies erwünscht ist, kann die Anordnung auch umgekehrt werden, wobei der Zusammenbau der Elektrodenanordnung dann allerdings nur außerhalb des Betteriegehäuses erfolgen könnte.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß mit einer geringfügig modifizierten Ausgestaltung ein besserer Ausgleich der Ampera-.

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stunden-Kapazität länqs der Elektroden erreicht werden kann.
Eine solche geringfügig abgewandelte Elektrodenanordnung zeigt Fig. 3, wobei die Batterie 10 A im wesentlichen ebenso wie die Batterie 10 gemäß Fig. 1 aufgebaut ist, mit der Ausnahme, daß
die Wand der Elektrode 34 A in Fig. 3 am oberen Ende dünner
ist als die Wand der Elektrode 34 in Fig. 1 und daß die Wand
der Elektrode 34 A in Fig. 3 am unteren Ende dicker ist als
die Wand der Elektrode 34 in Fig. 1. Wie man aus der Zeichnung erkennt, ergibt sich bei dieser Ausgestaltung der Elektrode
bei einem Querschnitt durch die Elektroden 34 A und 36 A in jeder Stellung zwischen dem oberen und dem unteren Ende für beide Elektroden eine im wesentlichen gleich große meßbare Fläche zur Aufnahme der aktivierten Masse. Wenn man ähnliche Schnitte durch die Elektroden gemäß Fig. 1 führen würde, so würde sich
ergeben, daß sich für die innere Elektrode 34 eine größere
Fläche für die Aufnahme der aktivierten Masse ergeben würde als für die äußere Elektrode 36, und zwar am oberen Ende, während die Situation am unteren Ende umgekehrt wäre.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist die Innenseite der inneren
Elektrode 34 A von oben nach unten konisch ausgebildet, so daß das leitende Stützelement 34 A eine entsprechende kegelstumpfförmige bzw. konische Form annehmen muß.

Um die wesentlichen Unterschiede herauszustellen, die sich aus der Gestaltung und dem Aufbau der erfindungsgemHßen Elektrodenanordnung im Vergleich zu den üblichen spiralförmig aufgewickelten, alkalischen Sekundärzellen ergeben, werden nachstehend Einzelheiten für eine übliche Nickel-Cadmium-Batterie der Größe D angegeben.

Bei einer üblichen alkalischen Sekundärzelle mit spiralförmig

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gewickelter Elektrodenanordnung beträgt die mittlere Wandstärke des aufgewickelten Elektrodenmaterial etwa 5o8 bis etwa 889 jam, und es werden etwa 89 cm Trennelementmaterial und Stützgittermaterial benötigt. Die nominelle_/ geschätzte Kapazität der Zelle liegt im allgemeinen bei etwa 4 Ah. Bei der Elektrodenanordnung gemäß vorliegender Erfindung werden etwa 13 cm Trennelementmaterial benötigt, und auf das teuere Stützgitter kann vollkommen verzichtet werden. .

Versuche, welche mit Batterien mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung, durchgeführt wurden, führten zu folgenden Ergebnissen :

Tabelle I

Typische in mehrerer Versuchen gewonnene Daten für abgedichtete Nickel-Cadmium-Zelle

Batteriegröße "D"

geringe Elektrolytmenge (starved electrolyte condition) verschiedene Mengen von aktivem Material

mittlere	Wandstarke	außen	theoretische	gemessene Kapazität
der Elektroden ca.yum	3800	Kapazität +)	Kapazität +*)
innen	3800	Ah	Ah
3500	5330	4,8	4,5
3500	4,5	4,1
3500	3,8	3,7

+) die Berechnung erfolgte ausgehend von dem Anteil an aktivem ^faterial der positiven Elektrode; in obiger Tabelle ist die positive Elektrode die die Kapazität begrenzende Elektrode.

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++) die Entladungsgeschwindigkeit betrug 750 mA.

Dei den durchgeführten Versuchen wurden Elektroden gemäß der Erfindung erfaßt, die folgende mittlere Wandstärken aufwiesen:

Äußere Elektrode ca. 2286 bis 4064 um
innere Elektrode-etwa 3302 bis 7874yun_f

und zwar für eine D-Batterie mit einer Nennkapazität von 4 Ah.

Bei der Herstellung einer 4 Ah-Batterie ändert sich die erforderliche Wandstärke mit den Verfahren zum Aufladen der rohrförmigen Substratelektroden mit aktiven Materialien. Außerdem kann die Batteriekapazität größer oder kleiner als 4Ah sein, und zwar in Abhängigkeit von der Ladung und der Wandstärke. Es versteht sich auch, daß die Erfindung nicht auf die angegebenen Wandstärkonboreiche begrenzt ist, sondern daß auch dünnere oder dickere rohrförmige Elektroden erzeugt werden können, d.h. Batterien mit kleinerem Durchmesser würden im allgemeinen in einem niedrigeren Wandstärkenbereich liegen, während Batterien mit größerem Durchmesser als die D-Batterien vorzugsweise mit Elektroden ausgerüstet würden, deren Wandstärken oberhalb der angegebenen Hereiche liegen würden.

In Fig. 4 ist eine weitere Batterie dargestellt, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet ist und die die typische Form einer erfindungsgemHßen Batterie aufweist und die Batteriogröße D besitzt. Die Batterie 40 v/eist eine Elektrodenanordnung 41 in einem leitenden Metallbehälter 42 oder dergleichen auf, wobei letzterer bei dem Ausführungsbeispiel die Form eines einseitig geschlossenen Rohrs aufweist. Der Aufbau der in Fig. 4

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gezeigten Batterie ist so, daß nach Einritzen dar Elektrodenanordnung 41 in den Behälter 42 der obere Rand 43 den Behälters umgebördelt wird, wobei die Öffnung durch einen Deckel 44 und einen auf gebördelten Dichtungsring 45 verschlossen wird." Fine ringförmige Dichtung 46 aus, einem Kunststoff oder durgleichen, beispielsweise aus Nylon, dient aLs Isolator ζwischem den Dekkcl 44 einerseits und dem oberen Rand 13 sowie dem Dichtungsr tng 4'5 andererseits„

Die L'lektrodananordnung 41 besteht aus einer inneren und einer äußeren Elektrode 46 bzw, 4 7, die beide aus einem einstückig gego »jenen bzw, ge formten, gesinterten, porösen Metallrohr beistehen. Ein leitendes Metallrohr 48 stützt und verbindet die EIeJ:-' trodenonordnung mit den Abdeckte ilen.

Gemäß vorliegender Erfindung ist zwischen den Elektroden 46 und 4 7 und zwischen der Elektrode 46 und dem Gehäuseboden 52 in Fig. 4 ein Trenne leinen fc 50 angeordnet. Das Trennelemeiit dient als Isolator zv/ischen den Elektroden und gleichzeitig als Reservoir für den Elektrolyten,wie zum Beispiel die übliche Kalium-Hydroxyd-Lösung, die in alkalischen Zellen verwendet wird. Das Trennelement kann aus jedem geeigneten Stoff (gewebt oder ungewebt)hergestellt werden und besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, wie zum Beispiel Nylon, da es sich herausgestellt hat, daß dieses Material am gleichförmigsten gefärbt wird und die für das Trennelement erforderlichen Eigenschaften besitzt.

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung Wird, wie Fig. 5 zeigt, das Trennelement zunächst als flaches bzw, ungefaltetes Gebilde hergestellt, welches im wesentlichen kreuzförmig ist und Arme 54 aufweist, die im wesentlichen unter einem rechten Winkel von einem Mittelstück 52 abstehen. Das

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Trennelenont kann dabei aus Streifen hergestellt werden orter einteilig aus einen Stück Material ausgeschnitten worden. Da:? aIc:¹ ierit. k.mri auch mehr il;; vier Arme aufweisen.

V/fiun ein solcher» Trenne lenont be Lu Zusammenbau r;o angeordnet wird, d i\\ d.i.; Mi t to Is tück 52 ziuvichiJt die Öffnung dor äußeren Elektrode: I/ beieckt, ',rum die; innere Klekttode 4(i in die
äußere Elektrode Ii Lnr: incjt'st'hoben wird, dann fei 1 t in sich die
i\n,:j 54 nach oben,:;o d ifi di; Tr^nnelomcnt schliePlich el i >i
in l'lif. fi d irqestellteFoi η annimmt,

Ficf. 7 zeigt ein:; ;j :r iti it ''ta ι r aha ü/ande ite Aus führ λ\λ<\ι; fori.i
Ciiiicv: Trenneleuent .·. , ·./·-■ 1 .·.¹Ir >.<; b(;;ondt>rs für konir.chrj Elektroden T?aicrnet ist und br; i welchem ebenfalls R^ieiche: verrci ■ ■-don werden, in deiiüti sich Filten bilden bzw. in cton- ;n sir-'i
überschÜ5-.j.ig(;s Miterial sammelt. Zu diesem ZWeC¹C btijitzt «In;; Trennelement im flachen bzw. unijefalteten Zustrind ein im
wesentlichen kreisförmiaan Mitte Istück 56, sowie eine Anzahl von r.ich in Richtung auf dar, Mittelstück ver jungenden Arm^n 58,

Die Breite der Arme 58 an deren inneren Enden ist Lnsgesamt
gleich dein Umfang desjeniaun Teils der Elektrode 46, welche
den kleineren Durchmesser aufweist, w'ihrend die Breite der
Arme 58 an ihren äußeren Enden insgesamt gleich dem Umfang
der Elektrode 46 in deren einen größeren Durchmesser aufweisenden Bereich ist. Nach dem Zusammenbau nimmt das Trennelement folglich eine kegelstumpfförmige Gestalt an, welche sowohl der Außenflüche der inneren Elektrode,als auch der Innenfläche der äußeren Elektrode entspricht.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Batterie gemäß der Erfindung ist ein rohrförmiges Stützelement 60 vorgesehen, welches

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vorzugsweise zumindest teilweise in eine der Elektroden eingebettet ist und welches für die Verbindung mit einem Elektrodenkontakt auf der Außenseite der Batterie vorbereitet ist. Zu diesem Zweck ist das Stützelement 60 aus einem leitfähigen Metall stück, v/ie zum Beispiel aus Nickel, aus mit Nickel plattiertem Stahl, aus Stahl oder dergleichen hergestellt und so ausgebildet, daß ein Gießen des pulverförmigen Elektrodenmaterials um das Stützelement 60 und ein anschließendes Sintern des pulverförmigen Materials zu einer mit dem Stützelement vereinigten rohrförmigen Elektrode möglich ist.

Die Ausbildung des Stützelements 60 in der Weise, daß dieses gemäß der Erfindung zumindest teilweise in die Elektrode eingebettet werden kann erhöht den Zusammenhalt zwischen Elektrode und Stützelement, wodurch gleiohzeitig der Kontaktwiderstand zwischen den beiden Teilen verringert wird.

Gemäß einem v/eiteren wichtigen Merkmal der Erfindung wird bei der J'onstiuktion des Stützelements auch darauf geachtet, daß dessen Kontaktfläche mit dem gesinterten Elektrodenmaterial und folglich seine Kontaktfläche mit dem durch Imprägnieren in die Elektroden eingebrachten aktiven Material ·.erhöht xijird. 7i\\ diesem Zweck ist das Stützelement 60 mit einer Anzahl von Öffnungen 62 versehen, die sich über einen beträchtlichen Teil der Oberfläche des Stützelement.s erstrecken, wodurch es möglich ist:, die wand des Stützelements in die Elektrode einzubetten. Als günstig hat es sich dabei orwiesen, d iß die Öffnungen mindestens etva die Hälfte oder nehr der Oberflache des Stützelements 60 bedecken.

In Fig. 9 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines mit Öffnungen versehenen Haterialstückes 64 gezeigt, welches zu einem,

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rohrförmigen Stützelement 60 gemäß der Erfindung gerollt werden kann. Das Materialstück 64 besitzt kolineare und parallele im Abstand voneinander angeordnete Reihen von rechteckigen öffnungen 62, die durch Schlitzen oder auf andere geeignete Weise in dem Materialstück hergestellt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel wurden die rechteckigen öffnungen durch Einschneiden längs dreier Seiten erzeugt^ und das Material bzw. die Lappen 66, die sich dabei ergaben,wurden senkrecht zur Fläche des Materialstücks 64 abgewinkelt, wie dies insbesondere aus dem Querschnitt gemäß Fig. 10 deutlich wird. Wenn das Materialstück 64 durch Rollen in die in die in Fig. 11 gezeigte Form gebracht wird und dann fertiggestellt wird, indem die aneinander angrenzenden Kanten längs einer Naht 68 miteinander verschweißt oder auf eine andere Weise verbunden werden, dann stehen die Lappen 66 radial von der Umfangsfläche des Stützelements ab. Wenn die Lappen 66 in eine Elektrode eingebettet werden, die um das Stützelement herum hergestellt wird, dann stehen ihre beiden Seitenflächen in Kontakt mit der aktiven Masse,die in der Elektrode vorhanden ist, wodurch die Kontaktfläche mit der Elektrode erhöht wird.

Zur Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen dem Stützelement 60 und dem Batteriekontakt ist an dem Stützelement ein Streifen 70 aus leitendem Material oder ein anderes geeignetes Element angebracht, welches sich parallel zur Längsachse des Stützelements nach oben erstreckt, wie Fig. 11 zeigt. In Fig. erkennt man, daß der Streifen 70 in der fertigen Batterie abgewinkelt ist und in Kontakt mit den vereinigten Abdeckteilen der Batterie steht, wodurch eine leitende Verbindung zu dem Außenkontakt hergestellt wird.

In Fig.12 ist eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform

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eines Stützelements dargestellt, welches mit dem Bezugszeichen 60A bezeichnet ist. Bei diesem Stützelement ist das Verhältnis von Gesamtfläche zur Fläche der Öffnungen optimiert, wobei dennoch die notwendige Steifigkeit und die Möglichkeit erhalten bleibt, durch Rollen und Verbinden längs einer Naht ein Stützelement,wie dasjenige gemäß Fig. 11,herzustellen. Zu diesem Zweck wird das Stützelement 6OA aus Rxppenstreckmetall hergestellt, welches seinerseits in üblicher Weise durch Schlitzen und Strecken hergestellt wurde. _s

Das auf die beschriebene Weise hergestellte Stützelement 6OA besitzt zahlreiche öffnungen 62A, die einen größeren Teil der Oberfläche des Stützelements bedecken, und die verbleibenden Rippen 64A, welche die Öffnungen begrenzen, sind ausreichend dick, um die Kanten des Materialstücks miteinander durch Schweißen oder auf andere Weise zu verbinden. Es steht auch ein reichlich bemessener Oberflächenberexch zur Verfügung, um an dem Stützelement einen Kontaktstreifen 7OA anzuschweißen · oder auf andere Weise zu befestigen.

Es versteht sich, daß die Stützelemente60 und 6OA teilweise oder vollständig in das Elektrodenmaterial eingebettet werden können, obwohl sich das Stützelement 60 besser für Anordnungen eignet, bei denen nur die Lappen 66 eingebettet werden. Andererseits sollte das Stützelement 6OA ausreichend tief eingebettet werden, so daß Kontakt mit einem großen Teil der Oberfläche des Rippenstreckmetalls geschaffen wird.

Obwohl dies in Fig. 8 nicht gezeigt ist, kann ein Stützelement, wie das Stützelement 6OA gemäß Fig. 12,auch teilweise oder vollständig in die äuBere Elektrode eingebettet werden, um einen verbesserten elektrischen Kontakt zwischen dieser Elek-

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trode und dem Behälter 14 zu schaffen. In diesem Fall wird der Streifen 7OA aus leitendem Material am Boden des Behälters befestigt, insbesondere mit diesem verschweißt.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   1. Elektrodenanordnung für eine Sekundärzelle, insbesondere für eine Nickel-Cadmium-ZelIe mit zwei aus porösem Metallmaterial .bestehenden Elektroden, von denen die eine mit einem positiv aktivierenden und die andere mit einem negativ aktivierenden Material impräniert ist und zwischen denen ein mit einem
   Elektrolyten getränktes Trennelement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (34, 36; 34A, 36A; 46, 47) aus zwei koaxial ineinander angeordneten, einstückigen, porö-

   sen Metallrohren bestehen, zwischen denen ein Trennelement
   (38; 50 ) angeordnet ist.

   2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit mindestens einer der Elektroden (34;34A;46) ein
   Leiter (30;3oA;48;60,70) zur Herstellung eines elektrischen
   Anschlusses für die Elektrodenanordnung verbunden ist.

   3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der äußeren Elektrode (36; 36A; 47) und die Außenseite der inneren Elektrode (34;34A;46) einander entsprechend kegelstumpfförmig ausgebildet sind.

   4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (34,36;46,47) so ausgebildet sind, daß
   die Gesamtwandstärke der zusammengesetzen Elektrodenanordnung ( Pig. 1 und Fig. 4) über die gesamte Länge im Querschnitt im wesentlichen gleich ist.

   5. Elektrodenanordnung nach Anspruch3, dadurch gekennzeichnet,
   daß die Elektroden (34A, 36Ά) so ausgebildet sind, daß die

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   Gesamtwandstärke der zusammengesetzten Elektrodenanordnung (Fig. 3) im Querschnitt am oberen Ende größer als am unteren Ende ist.

   6. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungswinkel der Kegelstumpfflächen der Elektroden (34, 36; 34A, 36A; 46,47) zwischen etwa o,5 und 3° liegt.

   7. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (30;3OA; 48; 60,70; 6OA, 70A) ein rohrförmiges metallisches Stützelement (30; 3OA; 48; 60; 60A) umfaßt.

   8. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem einseitig geschlossenen rohrförmigen Behälter 0-4;42) angeordnet ist, welcher den einen Anschluß für die Elektrodenanordnung bzw. die Sekundärzelle bildet.

   9. Elektrodenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Seite des Behälters (14;42) durch Deckelemente (18 bis 24; 18A bis 24A; 45 bis 46) verschlossen isij die gegenüber dem Behälter (14;42) isoliert sind und den anderen Anschluß der Elektrodenanordnung bzw. der Sekundärzelle bilden.

   10. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (38;50) einen Elektrolyten enthält.

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   11. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (36;36A;47) in Kontakt mit dem Behälter (14;42) steht und daß die innere Elektrode (34;34A;46) mit dem Leiter (30; 30A; 48; 6o,70; 60A, 70A) verbunden ist, dessen anderes Ende mit den Deckelementen (18 bis 24; 18A bis 24A; 44 bis 46) verbunden ist.

   12. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (38;50) aus Stoff besteht und ein Mittelstück (52/56) aufweist, von welchem mehrere Arme (54,58) ausgehen und daß es in der zusammengesetzten Elektrodenanordnung so angeordnet ist, daß die Arme (54,58) die Elektroden gegeneinander isolieren und daß das Mittelstück (52) die innere Elektrode (46) gegenüber dem Behälter (42) isoliert.

   13. Elektrodenanordnung an Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelstück (56)im wesentlichen rund ist und daß die Arme (58) sich von innen nach außen verbreitern.

   14. Elektrodenanordnung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (54,58) des Trennelements (50) im wesentlichen kreuzförmig angeordnet sind.

   15. Elektrodenanordnung nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (50) kreuzförmig ausgebildet ist und aus mehreren Stoffstreifen besteht (Fig. 5).

   16. Elektrodenanordnung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche:/ dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (34,36; 34A,36A; 46,47) aus gesintertem Metall bestehen,

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   daß das Stützelement (60; 60A) mit einer Reihe von öffnungen (62;62A) versehen ist und daß mindestens ein Teil des Stützelements (60; 60A) im Bereich der öffnungen (62; 62A) in die eine Elektrode eingebettet ist.

   17. Elektrodenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (62; 62A) mindestens die Hälfte der Umfangsflache des Stützelements (60; 60A) ausmachen.

   18. Elektrodenanordnung nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (60) angrenzend an die öffnungen (62) radial nach außen abstehende Lappen (66) aufweist.

   19. Elektrodenanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (66) durch das nach außen gebogene Material aus dem Bereich der öffnungen (62) gebildet werden.

   20. Elektrodenanordnung nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (60A) aus Rippen-Streckmetall besteht und daß die öffnungen (62A) den größten Teil der Umfangsf lache des Stützelements (60A) ausmachen.

   21. Stützelement nach Anspruch 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stützelement (60; 60A) ein Kontaktstreifen (70; 70A) befestigt ist, der in Längsrichtung von demselben absteht.

   22. Elektrodenanordnung nach Anspruch 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (62; 62A) im wesentlichen rechteckig ausgebildet sind.

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   23. Elektrodenanordnung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement in die äußere Elektrode eingebettet ist.

   24. Elektrodenanordnung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement in die innere Elektrode eingebettet ist.

   25. Elektrodenanordnung nach Anspruch 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (66) in eine der Elektroden eingebettet sind.

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