DE2358975B2

DE2358975B2 - Verfahren zum herstellen von flachzellenbatterien

Info

Publication number: DE2358975B2
Application number: DE19732358975
Authority: DE
Inventors: Kent V Madison Bilhorn John M Edgerton Wis Anderson (V St A)
Original assignee: ESB Inc, Philadelphia, Pa (VStA)
Priority date: 1972-12-07
Filing date: 1973-11-27
Publication date: 1977-07-21
Also published as: NL7316690A; FR2210019A1; CA995745A; AR203093A1; AU6308373A; GB1405817A; AU473843B2; DE2358975A1; FR2210019B1; ZA738991B; BE808193A; DE2358975C3; JPS4988047A; IT1000200B; BR7309388D0; US3945853A; ATA979873A

Description

Die Erfindung betrifft ein zum Herstellen von Flachzellenbatterien, deren einzelne Zellen aus. einer flachen positiven und einer flachen negativen Elektrode, einer über diese Elektroden allseitig überstehenden Trägerfclie und einer gleich großen elektrisch leitenden Folie bestehen und durch eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den über die Elektroden überstehenden Randabschnitten der Folien zur Batterie verbunden sind, bestimmtes Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches.

Flachzellenbalterien müssen bei ihrer Herstellung rundum vollkommen flüssigkeitsdicht geschlossen werden, da ein Auslecken der Batterieflüssigkeit die Brauchbarkeit und Lebensdauer der Batterie verringert und zu einer Korrosion der im Bereich der Batterie befindlichen Teile führen kann. Die Qualität der Abdichtung wird durch drei Faktoren bestimmt, nämlich die angewendete Hitze, der angewendete Druck und die Einwirkungszeit. Die Einwirkungszeit kann in einem sehr großen Bereich variiert werden, wenn die beiden anderen Faktoren richtig eingestellt sind.

Aus den US-PS 30 04 093 und 30 04 094 ist es bekannt, Flachzellenoatterien aus einzelnen aufeinandergestapeltcn Schichten zu bilden, welche mit Hilfe von Druckrollen um ihre jeweilige positive Elektrode und dieser gegenüberliegende negative Elektrode unter Abdichtung des Innenraumes der einzelnen Flachzellenbatterien miteinander verbunden werden. Ein ähnliches Verfahren ist aus der US-PS 34 94 776 bekannt.

Mit Hilfe der Druckrollen kann man nur sehr kurzfristig Druck auf die zu verbindenden und abzudichtenden Stellen übertragen, während eine Hitzeübertragung in ausreichendem Umfang mittels der Druckrollen praktisch nicht möglich ist. Hinzu kommt, daß die in Querrichtung verlaufenden Kantenbereiche der einzelnen Flachzellenbatterien in einem gesonderten Arbeitsgang geschlossen werden müssen. Nur bei sehr langsamer Drehgeschwindigkeit der Druckrollen könnten einigermaßen befriedigende Abdichtungen erzielt werden, jedoch sind derart geringe Arbeitsgeschwindigkeiten für moderne und wirtschaftliche Produktionsverfahren nicht akzeptabel.

Aus der US-PS 37 01 690 ist es bekannt, Klebstoff in Form geschlossener Schleifen in das Trennmaterial der Batterie zu imprägnieren und dann diese Schleifen in gestapelte Schichten von Batteriematerialien einzufügen, damit die klebenden Stellen flüssigkeitsundurchlässige Abdichtungen um die einander gegenüberliegenden Batterieelektroden bilden. Auf diese Weise kann man einen zum Herstellen von Flachzellenbatterien kontinuierlich vorlaufenden Stapel aus mehreren übereinander-

Hegenden Folien unter Abdichtung der Batterieinnenrftume dauerhaft miteinander verbinden, jedoch ist die Anbringung der aus Klebstoff bestehenden Schleifen kostsoielig und eine absolut dichte Verbindung bei Verwendung von Druckrollen auch nicht gewährleistet.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, nit Hilfe von zwei hin- und hergehenden Druckplatten das aktive Material von Batterieelektroden in Gitter oder Netze zu pressen (US-PS 30 03 015). Auf diese Weise werden aber keine Flachzellenbatterien hergestellt. ,„

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, beim Herstellen von Fhchzellenbatterien das Verbinden der bis zu den Rändern durchgehenden Schichten dei selben im Randbereich so zu gestalten, daß bei kontinuierlicher Arbeitsweise die zum Erzielen einer dauerhaften und flüssigkeitsdichten Verbindung erforderliche Energie, nämlich Druck und gegebenenfalls Hitze, ausreichend lange übertragen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmrlen des m Kennzeichens des Anspruches ) oder den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird der zum Verbinden der Randbereiche der die Flachzellenbatterien bildenden Folien benötigte Druck und die zu diesem Zweck ebenfalls gegebenenfalls benötigte Hitze auf einen kontinuierlich vorlaufenden Folienstapel mit Hilfe von Druckplatten übertragen, die für eine ausreichende ya Zeitdauer auf den vorlaufenden Stapel einwirken unu dabei die Stellen des Stapels zusammendrücken, welche flüssigkeitsdicht miteinander verbunden werden sollen. Die Druckplatten laufen zu diesem Zweck ein gewisses Stück praktisch synchron mit dem vorlaufenden Stapel ^ mit. Andererseits ist es aber auch möglich, den bahnförmigen Stapel zum Verbinden seiner Folien im Bereich einer Abdichtstation für die Dauer der Einwirkung der Druckplatten anzuhalten und den nachlaufenden Teil des bahnförmigen Stapels in einer Speichereinrichtung zu speichern, so daß der Zulauf dt.s bahnförmigen Stapels nicht unterbrochen zu werden braucht. Daher braucht das Zusammenfügen des Stapels aus den einzelnen Folien mit den daran angebrachten Elektroden nicht unterbrochen bzw. intermittierend ausgeführt zu werden, sondern es ist ein kontinuierlich gleichförmiges Zusammenführen der Folien möglich. Dies ist für die Automatisierung der Herstellung von Flachzellenbatterien mit hohen Produktraten vorteilhaft.

Durch die Erfindung ist es möglich, jede einzelne in einer fortlaufenden Folge hergestellte Flachzelle.ibatterie gleichzeitig rundum zu schließen und dabei sicher abzudichten, weil der hierzu benötigte Druck und die gegebenenfalls angewendete Hitze ausreichend lange mittels der Druckplatten auf die Dichtstellen übertragen wird. Die Position wenigstens einer der Druckplatten läßt sich in Vorlaufrichtung des bahnförmigen Stapels vorzugsweise einstellen, um kleine Ungenauigkeiten in der Lage der an den Folien angebrachten Elektroden do ausgleichen zu können. Druck und Hitze werden nur auf die miteinander zu verbindenden Bereiche, d. h. also die Randbereiche der Flachzellenbatterien ausgeübt. Vorzugsweise beginnt die Druckeinwirkung vor der Wärmeeinwirkung, was den Vorteil hat, daß durch < >Wärmeeinwirkung die miteinander zu verbindenden Flächen nicht vorzeitig ungünstig beeinflußt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der zum Verbinden der übereinanderliegenden Folien mit Hilfe von mit dem Foliensiapel mitlaufenden Druckplatten verwendeten Abdichtstation,

Fig.2 eine schaubildliche Ansicht einer zu Abdichtzwecken bestimmten Folie mit klebenden Stellen.

F i g. 3 eine schaubildliche Ansicht einer Bahn von Flachzellenbatterien, wobei die einzelnen Schichten bzw. Folien teilweise getrennt voneinander gezeichnet und teilweise weggebrochen sind.

Fig.4 eine schaubildliche Ansicht einer fertigen und von dc Bahn gemäß Fig. 3 abgetrennten Flachzellenbatterie,

Fig.5 einen Querschnitt durch die Flachzellenbatterie nach Linie A-A aus F i g. 4.

Fig.6 eine schaubildliche Ansicht einer der zu Dichtungszwecken vorgesehenen Folien der Flachzellenbatterie mit im Abstand voneinander angeordneten öffnungen,

Fig.7 und 8 Querschnitte durch gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus F i g. 5 abgewandelte Ausführungsformen der Flachzellenbatterie,

Fig.9A und 9B schematische Darstellungen einer Abdichtstation, in welcher die Folienbahn zum Verbin den und Abdichten einzelner Abschnitte derselben angehalten wird und sich vor der Abdichtstation ein Speicher zum Speichern des nachlaufenden bahnförmigen Stapels befindet,

Fig. 10 eine schaubildliche Draufsicht auf eine H.-r verwendeten Druckplatten,

Fi g. 11 eine schaubildliche Ansicht eines Trägers für eine Druckplatte und

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Einstellen einer Druckplatte in Längsrichtung gegenüber einer gegenüberliegenden, auf einer endlosen geschlossenen Bahn laufenden Druckplatte.

Fig. 1 zeigt eine Zusammenfassung von kontinuierlichen bzw. durchgehenden Batterieschichten, die sich in Pfeilrichtung zunächst durch eine Abdichtungsmaschine an einer Abdichtstation bewegen. Die Maschine enthält ein Paar von Bahnen Ul jeweils in der Form einer geschlossenen Schleife 112. Längs jeder Bahn wandert eine Anzahl von Energie-Druckplatten 300, die auf Trägern 320 befestigt sind. Die Druckplatten 300 wandern in derselben Richtung und mit weitgehend derselben Geschwindigkeit wie die Zusammenfassung der sich durch die Abdichtungsmaschine bewegenden Schichten. Die Druckplatten übertragen Energie auf die Schichten, und zwar in einer solchen Weise und Menge, die zur Erzeugung von flüssigkeitsundurchlässigen Dichtungen um entgegengesetzte Paare von positiven und negativen Elektroden in der Zusammenfassung der Schichten ausreicht. Während die geschlossenen Bahnen an ihren Enden jeweils Führungsrollen bzw Kettenräder 100 aufweisen, befinden sich an ihren Außenseiten Heizbereiche 102. Im rechten Bereich aus F i g. 1 schließt sich zwischen den verschiedenen Bahnen ein Kühlbereich 103 an. In jeder Bahnschleife der Energie-Druckplatten befinden sich einerseits eine Einrichtung zur Zuführung von Energie zu den einzelnen Druckplatten und andererseits eine Einrichtung zum Einstellen der Längsposition einer Druckplatte in bezug auf die gegenüberliegende Druckplatte derselben Schleife.

Fig.2 und 3 zeigen typische Schichten, die in der Zusammenfassung enthalten sein können. F i g. 2 stellt

einen durchgehenden Streifen 40 dar, der als Diehtgrundträgcr bzw. als Träger klebender oder haftender Flecken 41 fungiert, welche zur Abdichtung der Batterien und zum Trennen zwischen positiven und negativen Elektroden der Batterien benutzt werden, s Um beiden Zwecken gerecht zu werden, ist der Streifen 40 mit haftenden bzw. klebenden Flecken 41 imprägniert, von denen jeder die Form einer geschlossenen Schleife aufweist. Die innerhalb dieser geschlossenen Schleifen liegenden Bereiche 42, die nicht mit dem ιυ Haftmittel imprägniert sind, dienen als Trcnnglieder zwischen den Elektroden in den Batterien und bilden Flächen, an denen der Elektrolyt zurückgehalten werden kann.

Fig. 3 zeigt die Battcricschichten in geeigneter ι--, Zusammenfassung. Am Boden der Zusammenfassung befindet sich eine durchgehende Schicht, die eine Folie aus elektrisch leitendem Kunststoff 50- A und Metall 70 enthält, während an der oberen oder innen gelegenen Seite dieser Schicht unterbrochene Ablagerungen von ^o negativen Elektroden 30 vorgesehen sind. |cde dieser Elektroden 30 ist von den Kanten der Schicht 50-A abgesetzt, so daß sich ein Bereich dieser Schicht um und außerhalb jeder negativen Elektrode 30 erstreckt. Diese umgebenden Bereiche, die gemäß Fig. 3 mit einem js Haftmittel 101 beschichtet sind, bilden die Stellen, an denen die flüssigkeitsundurchlässigen Dichtungen bzw. Abschlüsse von der Abdichtungsmaschinc hergestellt werden.

Oberhalb der zuletzt beschriebenen Schicht befindet .v> sich in der Zusammenfassung gemäß Fig. 3 ein Dichtgrundträger 40 der in Fig.2 dargestellten Art. Dieser ist in der Schichtzusammenfassung derart angeordnet und ausgerichtet, daß seine Haftslcllcn 41 mit den Haftstellcn 101 der darunterliegenden Schicht Ί5 zusammenfallen, während die Bereiche 42 innerhalb der Haftstellen 41 über den negativen Elektroden 30 liegen.

Oberhalb der Schicht 40 schließt sich gemäß F i g. 3 eine Schicht aus elektrisch leitendem Kunststoff 50- B an, der eine Kette von Doppelücktrodcn bildet. An der .|o Unterseite dieser Schicht befinden sich unterbrochene Ablagerungen von positiven Elektroden 20, die jeweils von den Kanten der Schicht abgesetzt sind, so daß sich ein Bereich der Schicht 50-0 außerhalb jeder positiven Elektrode um diese erstreckt, wobei diese umgebenden Flächen ebenfalls mit einem Haftmittel beschichtet sein können. Die positiven Elektroden 20 an der Unterseite der Schicht 50-ß sind so angeordnet, daß sie sich oberhalb und weitgehend gegenüber den negativen Elektroden 30 befinden und zu diesen weisen. An der v> Oberseite der Schicht 50-Ö befinden sich unterbrochene Ablagerungen von negativen Elektroden 30. und zwar jeweils gegenüber den positiven Elektroden 20 an der anderen Seite der Schicht 50·B. Die Oberseite der Schicht 50-ß gleicht daher der Oberseite der Schicht ss 50- A.

Oberhalb der Schicht 5Q-B folgen in der Schicht/u sammcnfassung abwechselnd zusätzliche Schichten von Diehtgrundträgcrn 40 und Elektrodenirägcrn 3OC 30- /J usw., und /.war in der jeweils gewünschten Anzahl, f«) Die oberste Schicht ist als Gegenstück zur Bodenschicht dergestalt, daß sie eine Folie aus elektrische leitendem Kunststoff 30-/? und Metall 60 enthalt, wobei die untere oder leitende Kunststoffsilo dieser folicnarligcn Schicht unterbrochene Ablagerungen von positiven <"> elektroden 20 tragt, die direkt über den unterbrochenen und von den unteren Schichten getragenen positiven nmi nt'Uiiiivcn Elektroden 20 und 10 angeordnet sind.

Ferner befindet sich in F i g. 3 ein aufgeprägtes oder eingeschlagenes Registrierzeichen 104.

Fig.4 zeigt eine Batterie 5 nach dem Zusammenfassen und Verbinden der Schichten aus F i g. 3, wobei entgegengesetzte Paare von Elektroden 20 und 30 rundherum abgedichtet und abgeschnitten sind, um eine Batterie von der anderen zu trennen.

Fig. 5 zeigt als Querschnitt der Batterie 5 die flüssigkeitsundurchlässigen Abdichtungen oder Abschlüsse, die nach der vorliegenden Erfindung erzielt werden.

F i g. b zeigt einen Dichlgrundiräger, der alternativ zu demjenigen aus Fig.2 verwendbar ist. Dieser Dichtgrundträger 40Λ (der den Haftstellcn 41 des Trägers 40 aus F i g. 2 entspricht), weist im Abstand befindliche Öffnungen (entsprechend den Bereichen 42 aus F i g. 2) auf, in denen einzelne Batteriekomponenten 40ß befestigt werden können. Diese Komponenten 40/i können verwendet werden, um positive und negative Elektroden körperlich voneinander zu trennen und um einen Elektrolyten aufzunehmen. Nach dem Aufbau aus Fig.b ist es anders als bei demjenigen aus Fig. 2 möglich, daß sich das das Haftmittel enthaltende Material von demjenigen unterscheidet, das den Elektrolyten enthält.

F i g. 7 zeigt einen Querschnitt einer Batterie, die derjenigen aus F i g. 5 mit dem Unterschied ähnelt, daß sich die Schichten 40 zum körperlichen Trennen der Elektroden voneinander und zum Aufnehmen des Elektrolyten nicht außerhalb der Elektroden in die Bereiche erstrecken, wo die flüssigkeiisundurchlässige Abdichtung vorgenommen wird. Die in F i g. 7 dargestellten Dichtungen 105 werden mit Ringen aus einem Haftmittel erzielt, die sich um die entgegengesetzten Paare der Elektroden erstrecken und diese einschließen. Diese Haftmittclringe können auf die die Elektroden tragenden Schichten 50-Λ bis 50-/-."in einer entsprechenden Weise wie in Fig. 3 aufgeprägt b/w. aufgedruckt werden. Die Schichten 40, die in F i g. 7 als einzelne Stücke und nicht als durchgehende Streifen dargestellt sind, befinden sich in der Zusammenfassung an einem bequemen Punkt etwas stromaufwärts der Abdichuings station.

Fig.8 zeigt einen Querschnitt einer Balteric, deren Aufbau sich etwas von demjenigen aus I" i g. 7 unterscheidet. Gemäß I"ig.8 bestehen die Schichten 51-0 bis 51-D (entsprechend den Schichten 50· ß bis 50-D aus Fig.7) aus einem elektrisch nichtleitenden Material, und ein elektrisch leitendes Material 33 ist an beiden Seiten eines jeden nichtleitenden Gliedes 51 angefügt und durch öffnungen geführt. Die elektrische Leitfähigkeit /wischen der positiven Elektrode 20 einer Zelle und der negativen Elektrode 30 der gegenüberliegenden Zelle ergibt sich durch das leitende Material 33. Dieses erstreckt sich nicht bis in den Dichtungsbcrcich am Umfang der Batterie, und die Dichtungen können dadurch hergestellt werden, daß die Schichten 30·A, 51 - ß. 31 C, SI Dund 30- ffdirekt miteinander verbunden und abgedichtet werden, und /war beispielsweise mittels gegenseitiger Verbindung b/w. Abdichtung durch Wärme.

Die in Fig.3 dargestellten Schichten 30-Λ bis 50 /:" fungieren als Träger für unterbrochene Ablagerungen von Elektroden während der Anordnung der Batterien. Als Alternative können die Schichten 40, die schon /ur Bildung eines Dichtgrundträgers, eines I'.lckirodentrcnncrs und einer Elcktrolytcnaufnahmc beschrieben sind, auch als Träger oder Untergrund dienen, auf dem die

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Elektroden vor der Batterieanordnung abgelagert sind. Dies gilt dann, wenn die Schichten 40 in der Schichf/.usamnicnfassung als kontinuierliche Streifen oder als kurze, einzelne Stücke eingefügt sind, wobei hinsichtlich der Verwendung eines durchgehenden Trennstreifens in dieser Art auf das US-PS 36 94 2Ö8 verwiesen wird. Unabhängig davon, welche Schicht zum Tragen der Elektroden verwendet wird, ergibt es sich, daß in jeder Zelle einer derartigen Schiiht/usammcn fassung eine Schicht mit einer positiven Elektrode längs einer ihrer Seilen und eine weitere Schicht mit einer negativen Elektrode längs einer ihrer Seiten (beispielsweise Schicht 50-/4 bis 50-if in F i g. 3, 5 und 7, Schichten 5O-A51-0. CDund50-Ein Fig.8) vorhanden sind. Die Elektroden sind von den Kanten der Schichten abgesetzt, so daß sich Schichtbcreiche außerhalb der Elektroden um diese erstrecken und zur Herstellung von flüssigkeitsundurchlässigen Dichtungen dienen.

Die bisherigen Darstellungen und Beschreibungen bezogen sich aiii Elektroden, die von den Kanten der Schichten, auf denen sie abgelagert sind, abgesetzt sind, wobei die die Elektroden umgebenden Bereiche zur Herstellung der flüssigkeitsundurchlassigen Dichtungen dienen. Alternativ können die Dichtungen direkt an der Peripherie der positiven und/oder negativen Elektroden selbst angebracht werden. Wenn beispielsweise die Zusammensetzung der Elektroden dergestalt ist. daß sie von Natur aus porös sind, können die Dichtungen dadurch hergestellt werden, daß ein Haftmittel zum Eindringen in die Poren veranlaßt wird. Wenn die Elektroden nicht von Natur aus porös sind, beispielsweise bei Blattmaterial negativer Elektroden, können die Dichtungen direkt beispielsweise mittels Haftmaterialien, Wärmedichtmalerialien usw. hergestellt werden. Während die Figuren die die Elektroden umgebenden Bereiche als die Dichtstellen darstellen, können die Dichtungen auch an der Peripherie und in direktem Kontakt mit den Elektroden selbst erzeugt werden.

Während die dargestellten Zusammenfassungen unci Batterien Vielzellenbatlerieaufbautcn zeigen, ist die Erfindung auch für den Aufbau von F.in/clzcllcnbattcricn geeignet. Wegen der größeren Anzahl von Schichten bei Vielzellenbatiericn ist die Verwendung der vorliegenden Erfindung bei Vielzcllenbuttericn wichtiger und notwendiger als bei Einzclzcllcnbiittcrien, da die zur Erzielung einer zufriedenstellenden, flüssigkeitsundurchlässigen Dichtung erforderliche Abdichtzcit bei Vicl/ellcnbnttcrien großer als bei Hin/el/ellen battcricnist.

Fig.IA und 9H /eigen, wie die flüssigkeitsundureh lässigen Abdichtungen in einer Zusammenfassung von durchgehenden Schichten mittels Verwendung eines Paares von hin und her gehenden Druckplatten 300 moglieh ist. Die sich in Pfeilrichtung bewegende Schicht/usHinmcnfussung wandert über eine Abdichtungsstation bzw. entsprechende Abdiehuingsmasehinc, wo ein Anteil der abzudichtenden Schichl/usammcnfassung kurzzeitig angehalten wird, wobei die Teile der Schicht/usammcnfassting stromaufwärts der Abdicht station 106 entweder ebenfalls kurz/eilig angehalten oder in einer Spcichcrungsclnrichtung 107 gesammelt werden, wenn sie ihre Bewegung fortsetzten. Der letztgenannte FnII ist in Fig.9A und 4B dargestellt, wobei gemäß F i g. 9A nur eine vergleichsweise kurze Länge der zusammengefaßten Schichten in der Speicheranordnung 107 /u Beginn des Abdichtungsschrittes vorhanden ist. während gcmtlß Fig.9B eine größere 1 .Hnge der Schichten in der Speicheranordnung 107 am Ende des Abdichtungsbclriebcs vorhanden ist. Nach Beendigung des Abdichtungsschrittes gibt die .Speicherungseinrichtung stromaufwärts der Abdichtungsstation einen anderen Anteil der Schichtz.usammenfassung frei, der dann zur Durchführung der Abdichtung zur Abdichlungsstation 106 geführt wird. Handelsübliche und zur Durchführung der genannten Schritte geeignete Speicherungsrollen ermöglichen auch andere erforderliche Schritte bei der Herstellung

ίο von Batterien aus kontinuierlichen, sich bewegenden Streifen stromaufwärts von der Abdichtungsstation, während die zusammengefaßten Schichten an der Abdichtungsstation kurzzeitig angehalten werden. Wenn es erwünscht ist, können zusätzliche Speichcrungseinrichtungcn in den Produktionsablauf der Batterie stromabwärts von der Abdichtstation eingeschaltet werden, um vorher gespeicherte Längen der Schichtzusammenfassung freizugeben, während der an der Abdichiungsstation angehaltene Anteil abgedichtet wird.

Zusammenfassungen von einzelnen, durchgehenden Schichten können auch dadurch abgedichtet werden, daß sie an den hin und her gehenden Druckplatten 300 der in Fig.9A und 9B dargestellten Abdichiungsirkischine kurzzeitig angehalten werden.

Fig. 10 zeigt eine nach der vorliegenden Erfindung verwendbar Energie Druckplatte 300. Diese kann entweder bei der Drehtyp-Maschinc aus F i g. 1 oder bei der in Fig.9Λ und 9B dargestellten Maschine mit hin und her gehenden Druckplatten 300 verwendet werden. Die in Fi g. 10 dargestellte Druckplatte bzw. Drucktafcl 300 dient zur Erzeugung eines Berührungskontaktes und zur Zuführung von Druck und Wärme auf die sich um die Elektroden der Schichtzusammcnfassurig erstreckenden Bereiche. Zu diesem Zweck ist die Druckplatte mit einer Oberfläche 305 in Form einer geschlossenen Schleife, die die Schicht/usammcnfassung berührt, und mit einem Wärmeübergangssystem 310 verschen, das die Wärme schnell und gleichförmig in und von der Oberfläche 305 überträgt. Es kann erwünscht sein, ein oder mehrere Nuten in jeder Drucktafeln vorzusehen, um ein gesteuertes Ausdrükken der Dichtungsmateiialien, wie beispielsweise der Haftmittel, zu erzeugen.

4S Fig. Il zeigt einen Träger 320. auf dem eine Drucktafcl 300 befestigt sein kann. Der Träger Ϊ20 rollt bzw.llluft Itingsder Bahn gemliß Fig. I.

F i g. 12 zeigt H'hcmatisch eine Einrichtung, die die Längsposition einer Drucktafcl 300 in bezug auf eine gegenüberliegende Drucktafcl einstellt, welche sich längs der geschlossenen Schlcifenbahn bewegt. Kim solche Einstelleinrichtung, die eine genaue Ausrichtung einer jeden Drucktafcl 300 in bezug auf der abzudichtenden Anteil der Sehicht/usammcnfassunt

S3 ermöglicht, sorgt für eine Kompensation für kleinen und ungewollte Abweichungen In den crwunschtci Längen innerhalb der Schicht/usammcnfassung. Untc Hinweis auf die F i g. 1 und 12 kann die Einstellcinrich lung einen Fühler 108 aufweisen, der am Äußeren de SehichizusammcnfasNung erscheinende Registrier/ei chcn oder -marken lesen bzw. abtasten kann. Wenn siel ein Registrierzeichen 180 nicht genau dort befindet, wi es sich im Minblick auf die eingreifende Drucktafcl 30 befinden sollte, beeinflußt der Fühler einen Steuerung«

*3 und DiffcrcntialgcschwindigkcitsHinstcllmcchanismu der seinerseits die Rotationsgeschwindigkeit eint /ahn oder Kettenrades 330 kurzzeitig einstellt Dicst beschleunigt oder verlangsamt die ein/eine Druiktiifi

300 und den Träger 320, deren Positionen in bezug auf das Registrierzeichen 180 bestimmt werden. Der Fühler, die Steuerung, der Differentialgcschwindigkeits-Einstellmechanismus und das Ketten- oder Zahnrad ermöglichen daher eine Änderung der Lage einer jeden Drucktafel und des dazugehörigen Trägers in bezug auf die Lage einer gegenüberliegenden Drucktafcl-Träger-Anordnung innerhalb vorbestimmter Grenzen. Der Drucktafelträger 320 weist Rollenrädcr 322 (Fig. II) auf, die in Aussparungen im gezahnten Rad 330 eingreifen. Nachdem die Rollen 322 das Rad 330 freigegeben haben, treten sie in die Bahn der Maschine ein. wo sie unter Federbelastung gegen die Schichtzusammenfassung gedrückt werden und wo sie in einer Ebene parallel zur Fortbewegungsrichtung frei geführt werden. Diese freie Bewegung hindert die Druckiafcln an der Ausübung von Kräften, die zu einer Längsverschiebung einer Schicht in bezug auf eine andere Schicht der Schichtzusammenfassung führen können.

Die speziell in Fig. 1 dargestellte Maschine verwendet Energie-Druckplatten.die in Berührungskoniakt mit der Schichtzusammenfassung von Batterieschichten kommen und die dabei Druck zuführen. Die Maschine ist mit einer Einrichtung 102 zum Erwärmen der Drucktafeln verschen, bevor diese in Berührungskontakt mit der Schichtzusammenfassung kommen, wobei beispielsweise ein Heizbereich 102 mit Bestrahlungslampen verwendet wird. Ferner ist ein Kühlbercich 103 vorgesehen, an dem die Wärme von der Schichtzusammenfassung entfernt werden kann. Vorzugsweise wird von den Drucktafeln Warme an die Schichtbereiche geliefert, die sich außerhalb der Elektroden und um diese erstrecken, während diese Bereiche nutiels der Drucktafeln unter Druck gehalten werden. Die Druckausübung auf die .Schichtzusammenfassung wird vorzugsweise ferner fortgesetzt, wenn die erwärmten Bereiche nachfolgend gekühlt werden. Bei thermoplastischen und durch Wärme crhärtbaren Materialien dürfte sich eine bessere Dichtqualität ergeben, da die abzudichtenden bzw. zu verbindenden Oberflächen länger der Wärme und dem Druck ausgesetzt werden, als es bei stationären Druckrollcn nach dem Stand der Technik möglich ist. Ferner dürfte sich die Dichtqualiiäi bei thermoplastischen Materialien weiter verbessern, da die verbundenen Bereiche gekühlt werden, während noch ein Druck auf sie ausgeübt wird. Die exakte und richtige Kombination der durch die Drucktafeln zugeführten Wärme und der Zeit sowie Größe des Drucks ist einem großen Variationsbereich unterworden, der beispielsweise von folgenden Faktoren abhangt: der Masse und daher dem thermischen Gehalt der Drucktafeln. der thermischen Leitfähigkeit des Materials der Drucktafeln, dem körperlichen Aufbau der Drucktafeln, der Anzahl sowie der Dicke und der thermischen Leitfähigkeit der Schichten in der Schichtzusammenfassung, der Natur der beim Abdichten b/w. Verbinden zweier bestimmter Materialien auftretenden Frscheinung und möglicherweise von anderen Werten. Wahrend es nicht möglich ist. maximale oder minimale Werte der Temperatur, der Zeit und des erforderlichen Drucks für die Drucktafeln zur Erzeugung von Abdichtungen in der Schichtzusammcnfassung hoher Qualität anzugeben, ist die Bestimmung eines minimalen relativen Erfordernissen möglich. So müssen die Größe und die Zeitdauer der Warme- und Druckbeeinflussung größer sein, als es bei der Verwendung herkömmlicher, stationärer Drucktollen erzielbar ist.

Ein direkter Berührungskontakt /wischen den F.ner

gie-Drucktafeln und der Schichtzusammcnfassung ist nicht bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung notwendig. Beispielsweise müssen Energictafcln in Form dielektrischer Encrgieplattcn, welche die Energie durch Abgabe von Energiewcllcn auf die Schichtz.usammenfassung übertragen, nicht notwendigerweise die Schichten körperlich berühren. Danach können die zusammengefaßten Schichten gekühlt und gleichzeitig durch einen gesteuerten Luftdruck komprimiert werden. Gleichermaßen ist die Zuführung von Wärme mittels der Platten auf die Schichtz.usammenfassung nicht in allen Fällen erforderlich, was beispielsweise dann gilt, wenn die Abdichtung mit druckabhängigen Haftmittel durchgeführt wird. Ferner kann auch ein Ultraschallhorn oder -trichter zur Erzeugung von Wärme in der Schichtzusammenfassung verwendet werden. Wenn der Schichtzusammenfassung als Schritt des Abdichtcns Wärme zugeführt wird, muß diese nicht notwendigerweise weitgehend oder ganz in einer Richtung rechtwinklig zur oberen und unteren Schicht der Schichtzusammenfassung zugeführt werden. Die Wärmeenergie kann auch von den Seiten in Ebenen parallel zu den Schichten nach innen geführt werden. Und wenn eine fliissigkcitsundurchlassige Dichtung um den gesamten Umfang entgegengesetzter positiver und negativer Elektroden in den fertigen Batterien erforderlich ist, muß die Dichtung um den gesamten Umfang nicht in einem einzigen Schritt erzeugt werden. So können eine Platte bzw. Tafel und ein Abdichtschritt benutzt werden, um Abdichtungen über die Breite der Schichtzusammenfassung zu erzielen, und zwar an beiden Enden eines F.lekirodcnpaares, während eine unterschiedliche Platte oder Tafel und ein anderer Schritt /ur Erzeugung einer Abdichtung an beiden Seiten in Längsrichtung eines Elcktrodcnpaares dienen.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können Zusammenfassungen von Battcricschichten vielfältiger Materialien abgedichtet bzw. verbunden werden, die sowohl thermoplastische als auch unter Wärme erhärtende Materialien umfassen. Der Abdichuingsbetrieb kann physikalische und/oder chemische Änderungen in zumindest einigen der Schichten und zumindest auf zeillicher Basis hervorrufen, oder ein durch ausreichenden Druck begründeter einfacher BeniMzungsvorgang kann sich ohne andere physikalische «der chemische Änderungen einstellen.

Die vorstehend verwendeten Ausdrücke 'Dichtung'. 'abdichten' usw. sind sehr allgemein zu verstehen und beinhalten den Vorgang eines Anheften*. Ankleben;. oder dergleichen eines Körpers aus einem Material an einen solchen aus einem anderen Material und/oder zweier nneinunder haftender Materialkörper, wobei die Bedeutung der genannten Ausdrücke sich nach dem Inhalt richtet, mit dem die Ausdrücke erscheinen. Abgesehen von den Falle, wo es tatsächlich erforderlich ist. beinhalten die genannten Ausdrücke nicht das Erfordernis, daß die zwei Materiolkorper voneinander unterschiedliche physikalische und/oder chemische Zusammensetzungen vor. wehrend und nach der Abdichtung aufweisen oder daß die Abdichtung notwendigerweise eine physikalische und/oder chemische Änderung in allen Füllen auch auf einer zeitlichen Basis erzeugt,

Es kann wünschenswert sein, die Schichtzusammenfossungsbcreiche. welche entgegengesetzte Elektrodenpaare überlagern, vor dem Abdichten zusammenzupressen b/w. anzudrucken, entweder um die Elektroden mil einem Elektrolyten zu benetzen und/oder Luft bus der

Sehichtzusammenfassung auszudrücken. Das Ausdrükken b/.w. die Kompression kann durch Kissen erzielt werden, die innerhalb der die Abdichtung erzeugenden Komponenten der Energie-Platten angeordnet sind.

Die nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Baiierien können eine große Vielzahl von positiven und negativen Elektrodenmaterialicn und einen weiten Bereich elektrochemischer Systeme mit ersten und zweiten Systemen aufweisen. Zwischen den positiven Elcktrodenmatcrialien befinden sich solche anorgani- _t0 sehen Metalloxide wie Mangandioxid, Bleidioxid, Nickcloxyhydroxid, Quecksilberoxid, und Silberoxid, anorganische Metallhalogenide wie Silbcrchlorid und Bleichlorid sowie organische und reduzierbare Materialien wie Dinitrobenzol und Azodicarbonamid-Verbindüngen. Zwischen den negativen Elektrodenmatcnalicn befinden sich üblicherweise verwendete Metalle wie Zink, Aluminium, Magnesium, Blei, Kadmium und Eisen. Die vorliegende Erfindung kann Elektrolyten umfassen, die herkömmlich im LcClanche-Systcm (Ammoniumchlorid und/oder Zinkchlorid) benutzt werden, ferner alkalische Elektrolyten wie Hydroxide von Kalium, Natrium und/oder Lithium, saure Elektrolyten wie Schwefel- oder Phosphorsäure, ferner nichtwäßrige Elektrolyten, wobei die Elektrolyten selbstverständlich so ausgewählt sind, daß sie mit den positiven und negativen Elektroden verträglich sind.

Unter der großen Vielzahl elektrochemischer Systeme, die bei der Herstellung von Batterien nach der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, befinden sich auch diejenigen, bei denen die positiven Elektroden Mangandioxid enthalten, während die negativen Elektroden weitgehend eine Säurclösung aus anorganischen Salzen aufweisen. Ein anderes bekanntes System ist das alkalische Mangansystem, bei denen die positiven Elektroden Mangandioxid und die negativen Elektroden Zink aufweisen, während der Elektrolyt weitgehend eine Lösung aus Kaliumhydroxid darstellt. Ferner können auch andere wäßrige Elektrolytcnsysteme mil Nickel-Zink, Silber-Zink, Quecksilber-Zink, Quecksilber-Kadmium und Nickel-Kadmium verwendet werden Auch sind Systeme mit organischen positiven Elektroden und sauren Elektrolyten verwendbar, bei dener vvicderaufladbare Systeme unter Verwendung vor A/.odicarbonamidverbindungselektrodcn und eir LeClanche-Elektrolyt enthalten sind.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfuhren zum Herstellen von Flachzellcnbatterien. deren einzelne Zellen aus einer flachen positiven und einer flachen negativen Elektrode, einer über diese Elektroden allseitig überstehenden Trägerfolie und einer gleich großen elektrisch leitenden Folie bestehen und durch eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den über die Elektroden überstehenden Randabschnitten der Folien /ur Batterie verbunden sind, bei dem die einzelnen Folien mit daran angebrachten Elektroden zu einem Stapel zusammengeführt und der so gebildete Stapel bei kontinuierlichem Vorlauf neben den Längskanten der Elektroden und zwischen aufeinanderfolgenden Elektroden unter Druck- und gegebenenfalls Hitzeeinwirkung zu einzelnen Flachzellenbatterien verbunden und in die einzelnen Batterien zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Folien (40; 50) mittels Druckplatten (300), welche ein Stück mit dem Stapel mitlaufen und dabei für eine bestimmte Zeit flächenmäßig Druck und gegebenenfalls Hitzeübertragen, miteinander verbunden werden.

2. Verfahren zum Herstellen von Flachzellenbatterien, deren einzelne Zellen aus einer flachen positiven und einer flachen negativen Elektrode, einer über diese Elektroden allseitig überstehenden Trägerfolie und einer gleich großen elektrisch leitenden Folie bestehen und durch eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den über die Elektroden überstehenden Randabschnitten der Folien zur Batterie verbunden sind, bei dem die einzelnen Folien mit daran angebrachten Elektroden zu einem Stapel zusammengeführt und der so gebildete Stapel bei kontinuierlichem Vorlauf neben den Längskanten der Elektroden und zwischen aufeinanderfolgenden Eleiktroden unter Druck- und gegebenenfalls Hitzeeinwirkung zu einzelnen Flachzellenbatterien verbunden und in die einzelnen Batterien zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Folien (40; 50) mittels Druckplatten (300), welche für eine bestimmte Zeit flächenmäßig Druck und gegebenenfalls Hitze übertragen, miteinander verbunden werden, während die vorliegenden Stapel zeitweilig bzw. kurzzeitig an einer Abdichtstalion (106) angehalten werden, wobei die Druckplanen (300) in bezug auf den angehaltenen Teil in eine solche Lage bewegt werden, daß sie Druck und Hitze auf die Bereiche der angehaltenen Teile, die das Paar entgegengesetzter Elektroden umgeben, übertragen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vor der Abdichtstation (106) befindlichen Teile des Stapels ihre Bewegung fortsetzen und in einer Speichereinrichtung (107) gespeichert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmten Bereiche des Stapels gekühlt werden, während die Druckplatten (300) noch Druck auf sie ausüben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinwirkung vor der Wärmeeinwirkung beginnt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stapel gleichzeitig in derselben Richtung und mit derselben Geschwindigkeit bewegt werden und daß zumindest

zwei auf Tragern (320) befestigte Druckplatten (300) längs einer Bahn (111) in Form einer geschlossenen Schleife (112) geführt werden, wobei jede Druckplatte auf die Bereiche der miteinander dichtend zu verbindenden Stellen eines Stapels einwirkt, während sie sich in derselben Richtung und mit praktisch derselben Geschwindigkeit wie der jeweilige Stapel bewegt.

7. Verfahren nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Druckplatten (300) vor dem Einwirken auf einen Stapel in bezug auf eine andere Druckplatte in Längsrichtung der Bahn (Ul) eingestellt werden.