DE2513443A1 - Verfahren zum herstellen von akkumulator-elektroden - Google Patents

Verfahren zum herstellen von akkumulator-elektroden

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DE2513443A1
DE2513443A1 DE19752513443 DE2513443A DE2513443A1 DE 2513443 A1 DE2513443 A1 DE 2513443A1 DE 19752513443 DE19752513443 DE 19752513443 DE 2513443 A DE2513443 A DE 2513443A DE 2513443 A1 DE2513443 A1 DE 2513443A1
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Germany
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plastic
plastics
conductive
rubber layers
active
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Pending
Application number
DE19752513443
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English (en)
Inventor
Milan Calabek
Miroslav Dr Cenek
Frantisek Kalab
Vojtech Dipl Ing Koudelka
Oldrich Dipl Ing Kouril
Jiri Dr Malik
Josef Sandera
Josef Dipl Ing Vanacek
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Prazska Akumulatorka N P
Original Assignee
Prazska Akumulatorka N P
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Publication date
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Publication of DE2513443A1 publication Critical patent/DE2513443A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

  • 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.

Claims (3)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Akkumulator-Elektroden aus einem Gemisch von aktiver Masse und Kunststoff und einem Stromableiter, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Stromableiter einerseits und die aktive Masse und der Kunststoff andererseits in einer Form zwischen zwei Schichten eines elastischen Materials wie Silikonkautschuk eingebracht und zwischen diesen Schichten auf eine durch den Schmelzpunkt und die Viskosität des jeweils verwendeten Kunststoffs bestimmte Temperatur erwärmt werden 5 wodurch eine Sinterung zu einer mechanisch festen Einheit bewirkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das elastische Material während der Wärmebehandlung zusätzlich von außen her mechanischer Druck ausgeübt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Arbeitsgang aus aktiver Masse und Kunststoff Platten hergestellt werden, die dann von beiden Seiten her auf den Stromableiter aufgepreßt werden.
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