-
Verfahren zum Herstellen von Akkumulator-Elektroden Die Erfindung
bezicht sich auf eir Verfahren zum herstellen von Akkumulator-Elektroden aus einem
Gemisch von aktiver @asse und Kunststoff und einen otromableiter.
-
Mit @ilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Elektroden
sowohl für Bleiakkumulatoren als auch für alkalische Akkumulatoren herstellen.
-
Der @leiakkumulator stellt nach wie vor eine der bedeutendsten Quellen
für eine Erzeugung von elektrissher energie auf
elektrochemischem
Wege dar Neben seinen unbesti#eitbaren Vorteilen, als die insbesondere sein kleiner
innerer Widerstand und seine verhältnismäßig große Klemmenspannung zu nenner; sind,
weist er jedoch auch Nachteile auf, zu denen irisbesondere eine relativ- geringe
Lebensdauer insbesondere seiner positiven Elektroden und sein großes Gewicht gehcren.
-
Einer der Wegc, auf denen bisher versucht worden ist, die Lebensdauer
der Elektroaeri -von Akkumulatoren zu steigern und insbesondere auch das Elektrodengewicht
für Bleiakkuinulatoren herabzusetzen, besteht. in der Ausbildung eines mechanisch
festen und porösen Skeletts aus Kunststoff, in dem die aktive Masse eingeschlossen
werden kann. Ein solches Skelett soll ein Ausfallen der aktiven Masse aus dem Elektrodengitter
wGhrend des Akkumulatorbetriebs verhindern, und außerdem führt es bei Ausbildung
mit Mikroporosität zu einer Verminderung des Elektrodengewichts und stellt außerdem
mit seinen feinen Poren einen Speicher für Elektrolyt dar, der dann unter Diffusion
zu den Stellen der aktiven Masse gelangen kann, an denen die elektrochemische Reaktion
abläuft, was insbesondere bei großen Belastungen der Akkumulatoren von Vorteil ist.
Dabei kann insbesondere eine über die.Elektrodendicke unterschiedliche Porosität
des Kunststoffgerüsts vorgesehen werden.
-
Die Herstellung von; Akkumulator-Elektroden mit einem Gerüst aus
Kunststoff geschieht-bisher in der Weise, daß entweder ein Gemisch aus fein granuliertem
Kunststoff'und-#-aktiver Masse hergestellt und anschließend gesintert wird oder
daß zuerst ein poröses Skelett gebildet und anschließend die aktive
Masse
in Form von kolloiden Dispersionen in dieses Skelett eingeführt wird. Als Kunststoff
wird in beiden Fällen meist Polyäthylen verwendet.
-
Als Vorteile solcher Elektroden mit einem Skelett aus Kunststoff
sind insbesondere zu nennen: a) Die Elektroden sind mechanisch stabiler und haben
insbesondere auch bei hoher Belastung, wie sie beim Betrieb von Starterbatterien
oder Traktionsbatterien häufig auftritt, eine größere Lebensdauer.
-
b) Dank der höheren Elektrodenporosität und dem entsprechend verbesserten
Zutritt von Elektrolyt zur aktiven Oberfläche der Elektroden lä#t sich ein höherer
Ausnutzungsgrad für die aktive Masse erhalten, und die Elektroden zeigen insgesamt
günstigere Leistungsparameter und energetische Parameter.
-
c) Da das Elektrodengitter nicht mehr die Aufgabe eines Trägers für
die aktive Masse übernehmen muß und allein als Stromableiter dienen kann, läßt sich
auch eine Verminderung des Elektrodengewichts erzielen.
-
Ungeachtet vielfacher Versuche ist es jedoch noch nicht gelungen,
ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich Elektroden der oben erwähnten Art in zufriedenstellender
Weise in Großserienfertigung und den in der technischen Praxis gegebenen
Bedingungen
herstellen ließen. Eine wesentliche Schwierigkeit die bisher nicht überwunden werden
konnte, besteht dabei darin, daß es bei der Sinterung der Pulver aus aktiver Hasse
zu einer verhaltnismäßig großen Volumenkontraktion in der Elektrode kommt, die eine
Rißbildung in den Elektroden zur Folge hat, da der Stromableiter dieser Volumenkontraktion
nicht in gleicher Weise zu folgen vermag.
-
Eine befriedigende Beseitigung dieses Nachteils ist auch bei einer
Herstellung von Elektroden mittels Pressen unter hohem Druck nicht gelungen, da
es die bisher verwendeten Stahlformen nicht ermöglichen, wänrend der Sinterung einen
gleichmäßigen Druck auf die Elektrodenoberfläche auszuüben, so daß keine Homogenität
der Eigenschaften der Elektroden auf ihrer gesamten Fläche erreicht werden konnte.
-
Ein wesentliches Hindernis ist dabei darin zu sehen, daß es nur sehr
schwer gelingt, auf einer großen Fläche eine gleichmäßige, verhältnismäßig dünne
Schicht aus Pulvermassen mit stark unterschiedlichem spezifischem Gewicht zu erzielen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunue, ein Verfahren der eingangs
erwähnten Art anzugeben, das es gestattet, unter Vermeidung der oben erwähnten Nachteile
Elektroden her zu stellen, die sich sowohl durch geringes Gewicht, hohe Porosität
und völlige Homogenität und Rißfreiheit auszeichnen.
-
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Stromableiter einerseits und die aktive Masse
und der Kunststoff
andererseits in einer Form zwischen zwei Schichten eines elastischen Materials wie
Silikonkautscnuk eingebracht und zwischen diesen Schichten auf eine durch den 3chmelzpunkt
und die Viskosität des jeweils verwendeten Kunststoffs bestimmte Temperatur erwärmt
werden, wodurch eine Sinterung zu einer mechanisch festen Einheit bewirkt wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu Akkumulator-Elektroden, die
sich durch eine vielfach höhere Lebensdauer, durch günstigere und vorteilhaftere
Leistungsparameter und energetische Parameter, durch ein geringeres Gewicht und
durch eine erhöhte mechanische Stabilität auszeichnen. Die aus elastischem Material
wie Silikonkautschuk bestehenden Schichten in der Form passen sich auch bei erhöhter
Temperatur selbst sehr unebenen Elektrodenoberflächen gut an, so daß diese Elektrodenoberfläche
während der Sinterung derart unter Druck gehalten wird, daß die Volumenkontraktion
nur eine Verkleinerung der Elektrodendicke, nicht aber auch der Elektrodenfläche
zur Folge hat.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann während der Wärmebehandlung auf das elastische Material zusätzlich von außen
her mechanischer Druck ausgeübt werden, und eine Ausführungsvariante für das erfindungsgemäße
Verfahren kennzeichnet sict dadurch, daß in einem ersten Arbeitsgang aus aktiver
Masse und Kunststoff
Platten hergestellt werden, die dann in gleicher
Weise von beiden Seiten her auf den Stromableiter aufgepreßt werden.
-
Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung
Bezug genommen, deren einzige Figur einen schematisch gehaltenen Axialschnitt durch
eine Form wiedergibt, wie sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet
werden kann.
-
In der Zeichnung ist eine Stahlform dargestellt, die aus einer Grundplatte
A, aus einem seitlichen Rahmen B und einem oberen Deckel C zusammengesetzt ist.
Für die Elektrodenherstellung wird auf die Grundplatte A mit aufgesetztem seitlichem
Rahmen B eine Schicht D aus Silikonkautschuk aufgebracht, und auf diese wird ein
Stromableiter aufgesetzt, worauf dann ein Gemisch aus aktiver Masse und Kunststoff,
das gegebenenfalls noch weitere Bestandteile für eine Elektrode E enthalten kann,
schichtweise aufgestrichen. Auf das aufgestrichene Elektrodenmaterial wird sodann
eine zweite Schicht D aus Silikonkautschuk aufgelegt und schließlich der obere Deckel
C aufgesetzt. Die in dieser Weise zusammengesetzte Form wird beispielsweise mit
Hilfe einer Presse unter Druck gesetzt und außerdem wird die zusammengepreßte Form
einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei Temperatur und #eitdauer der Wärmebehandlung
durch die Schmelztemperatur und die Viskosität des für die Elektrode E verwendeten
Kunststoffs bestimmt wird. Beispielsweise liegt der Temperaturbereich für die Wärmebehandlung
bei Verwendung von Polyäthylen als Kunststoff zwischen 115 und 190 Or
wrend
sich die Zeitintervalle für die Wärmebehandlung zwischen 5 und 30 Minuten bewegen.
Die Scnicnten D aus elastischem Material, im vorliegenden Falle aus Silikonkautschuk,
stellen eine Quelle für eine Anpreßkraft dar, da das thernlische Ausdehnungsvermögen
des Silikonkautschuks größer ist als das des Stahls, aus dem die Forn: mit der Grundplatte
A, dem seitlichen Rahmen B und dem oberen Deckel C besteht. Daher kann gegebenenfalls
auf die Ausübung eines äußeren Druckes auf die Form verzichtet werden. Die verschiedenen
Teile der Form mit den eingelegten Schichten D aus Silikonkautschuk und dem dazwischen
befindlichen Elektrodenmaterial werden beispielsweise mit Hilfe von Schrauben zu
einer kompakten Einheit verbunden. Die so zusammengehaltene Form wird gegebenenfalls
nur mit Wärme behandelt, wobei der auf das Material der Elektrode E ausgeübte Druck
allein durch das Wärmeausdehnungsvermögen des Silikonkautschuks der Schichten D
zustandekommt.
-
Das oben beschriebene Verfahren gestattet die Herstellung von Akkumulator-Elektroden
sowohl in Einzelfertigung als auch in Serienfertigung mit großen Stückzahlen unter
Verwendung nur wenig aufwendiger Maschinen und Geräte. Für eine Großserienfertigung
kann das Verfahren beispielsweise so abgewandelt werden, daß zunächst aus der aktiven
Masse und dem jeweils verwendeten Kunststoff Platten in den geforderten Abmessungen
hergestellt werden, welche Platten dann in gleicher Weise nachträglich von beiden
Seiten her auf einen Stromableiter aufgepreßt werden.