DE2516530A1

DE2516530A1 - Alkalische batterie

Info

Publication number: DE2516530A1
Application number: DE19752516530
Authority: DE
Inventors: Shigeo Dejima; Yuji Morioka
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1974-04-15
Filing date: 1975-04-15
Publication date: 1975-10-30
Also published as: US3960603A; DE2516530C3; GB1451302A; DE2516530B2

Description

GLAWE₁ DELFS, MOLL & PARTNER

PAT

DR.-ING. RICHARD GLAWE, MÖNCHEN DIPL-ING. KLAUS DELFS, HAMBURG DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHL, HAMBURG

8 MÖNCHEN 26
POSTFACH 37
LIEBHERRSTR. 20
TEL. (089) 22 65 48
TELEX 52 25 05

MÜNCHEN

A 17

2 HAMBURG13 POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE 58 TEL. (040)410 20 08 TELEX 21 29 21

SANYO ÄüiCTRIC CO., LTD. C s a k a / Japan

Alkalische Batterie

Die Erfindung betrifft eine alkalische Batterie, wie etwa Niekel-Cadmium, Nickel-Zink, Silber-Zink usw. und insbesondere eine alkalische Batterie, die sich durch eine hohe Entladungsdauer im Betrieb und Materialeinsparungen auszeichnet und leicht herzustellen ist.

Wenn man eine wickel-Cadmiurn-Batterie als Beispiel für alkalische Batterien nimmt, so besteht die Batterie im wesentlichen aus einem Paar Elektroden, einer positiven und negativen Platte, einem Trennelement und einem Behälter.

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ORfGlNAL INSPECTED

Zur Vorbereitung der positiven oder negativen Platten muß ein feines Nickelpulver auf einen Metallträger, wie etwa gestanztes Metall oder einen Drahtgewebeschirm, aufgesintert werden. Die positive Elektrode wird durch Imprägnieren der gesinterten Platte mit hydratisiertem Nickel, als einem aktiven Material, und die negative Elektrode durch Imprägnieren der gesinterten Platte mit hydratisiertem Cadmium hergestellt,

Die Batteriezelle wird zusammengebaut durch Rollen der durch eine Isolationsschicht getrennten beiden Elektroden zu einer festen Rolle oder einem Kern oder durch ein abwechselndes Aufschichten der beiden Elektroden.

Es sind Verfahren zum Anbringen von Stromabnehmern an jede Elektrode bekannt, bei denen ein Stromabnehmer am Metallträger durch Stanzen vor dem Sinterprozeß gebildet wird oder durch Anschweißen einer Abnehmerklemme an die Elektrode nach der Imprägnierung mit aktiven Materialien.

Jedoch ist im ersteren Falle durch die übrigbleibenden, ausgeschnittenen oder ausgestanzten Teile des Metallträgers ein Materialverlust unvermeidlich. Außerdem ist ein komplexes Verfahren zum Ausschneiden oder Ausstanzen des Stromabnehmers nötig. .

Die Konzentration des Stromabnahmepunktes auf der Elek-

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trode hat auch den Nachteil, daß eine niedrige Entladungsdauer der Zelle bewirkt wird. Beim letzteren Verfahren ist der Prozeß des Anschweißens des Stromabnehmers an die Elektrode nach Imprägnierung mit aktiven Materialien eine äußerst schwierige Technik und weist denselben Nachteil der niedrigen Entladungsdauer der Zelle auf.

Die US-PS 3 732 124 offenbart ein verbessertes Verfahren zum Anbringen des Stromabnehmers, um die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden. Bei diesem Verfahren weist eine Zelle eine Elektroden- und Trennelementanordnung auf. Entgegengesetzte Seiten oder Enden der Elektroden weisen blanke Teile der Metallträger auf, wobei die vorspringenden blanken Teile jeweils an den Enden oder Seiten der Anordnung an ein Stromabnahmemittel angeschweißt werden. Die Zelle ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stromabnahmemittel Ränder aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu seiner Hauptebene stehen und die durch Schweißen in die blanken vorspringenden Teile der entsprechenden Elektrode eingelassen sind. Folglich ist die Zelle stabiler und weist eine höhere Entladungsdauer auf als die Zelle, die die oben beschriebenen Abnehmer anwendet.

Als Ergebnis wurde beim praktischen Gebrauch festgestellt, daß der in der US-PS 3 732 124 beschriebene Prozeß verschiedene Nachteile aufweist, die ihn unpraktisch machen. Da der Strom-

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abnehmer und die Elektrode nur am eingelassenen gebogenen Teil des Abnehmers zusammengeschweißt sind, ist nämlich die Festigkeit der Verbindungsstelle nicht ausreichend und vom Standpunkt der Massenproduktion aus nicht zuverlässig. Außerdem ist, um das Einbetten des Stromabnehmers in die Elektrode sicherzustellen, am Rand einer jeden Elektrode eine ausreichende Größe des blanken vorspringenden Teiles nötig.

Die Erfindung bezweckt daher die Überwindung der oben erwähnten Nachteile. Dabei weist die Zelle leitfähige Platten als Stromabnehmer auf, wobei die Platten zahlreiche konvexe Erhebungen auf der Oberfläche aufweisen. Z.B. kann die Platte eine Tragwerkplatte, ein Drahtgeflecht oder ein gestanztes Metall sein, das an der Oberseite der ausgestanzten Perforationen ausgeschnittene Ränder aufweist. Die zahlreichen konvexen Erhebungen des Stromabnehmers werden an die Ränder einer jeden Elektrode angeschweißt.

Somit sieht die Erfindung eine alkalische Batterie vor, die eine durch ein Trennelement getrennte positive und negative Elektrode aufweist, wobei jede Elektrode am einen Ende einen blanken leitfähigen Teil aufweist. Die aus einer dünnen leitfähigen Platte mit darauf ausgebildeten zahlreichen konvexen Erhebungen bestehenden Stromabnehmer werden an die leitfähigen Teile angeschweißt. Die konvexen Erhebungen bilden leitfähige Punkte mit den leitfähigen Teilen der Anordnung.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Zellenanordnung aus Elektroden und einem Trennelement mit einem erfindungsgemaßen Stromabnehmer,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab eine Ansicht des geschweißten Teiles zwischen dem Stromabnehmer und dem einen Ende der Anordnung, wobei (a) eine Tragwerkplatte, (b) ein gestanztes Metall und (c) ein Drahtgeflecht jeweils als Stromabnehmer zeigt,

Fig. 3 andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen und 4

Stromabnehmers,

Fig. 5 eine vergrößerte und teilweise veränderte Ansicht von Fig. 3.

In Fig. 1 ist mit 1 und 2 die positive und negative Elektrode gekennzeichnet, die jeweils aus einem Metallträger, wie etwa einem gestanzten Metall oder einem Drahtgewebeschirm, und einem darauf befindlichen aufgesinterten feinen Nickelpulver bestehen und mit einem aktiven Material imprägniert

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sind. Das Trennelement 3 ist zwischen dem Elektrodenpaar 1 und 2 angeordnet. Der vorspringende Teil 4 einer der Elektroden ist blank und leitfähig. Der Stromabnehmer 5 besteht aus einem eine Vielzahl von konvexen Erhebungen aufweisenden Metallteil. Jede konvexe Erhebung bildet einen Kontaktpunkt mit einem entsprechenden Randteil 4 der Elektroden 1 oder 2,

Da der Stromabnehmer an jedem Kontaktpunkt an die Elektrode angeschweißt ist, garantieren die zahlreichen konvexen Erhebungen eine feste Verbindung. Wegen der niedrigeren Leitfähigkeit zwischen den Schweißpolen durch das Stromabnehmermaterial, wird der Stromverlust beim Schweißprozeß minimisiert, was ein Reihenschweißverfahren ermöglicht, welches ein auf dem Stromabnehmer angeordnetas Schweißpolpaar 6 und 7 verwendet. Der benutzte Begriff "Reihenschweißverfahren" kennzeichnet ein Schweißverfahren, welches mindestens zwei Schweißpunkte zur Bildung mindestens eines geschlossenen Kreises herstellt. Die niedrigere Leitfähigkeit zwischen den Schweißpalen minimisiert den Stromverlust zwischen den Schweißpolen und erlaubt die Verv/endung eines runden Stromabnehmers, wie in Fig. 3 gezeigt wird.

Der am Randteil 4 angeschweißte Stromabnehmer¹ 5 besteht aus einem leitfähigen Material mit zahlreichen konvexen Erhebungen, wie etwa einer Tragwerkplatte, einem Drahtgeflecht, einem Drahtgewebe oder einer gestanzten Metallplatte.

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Λ.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die aus einem 0,3 mm dünnen Eisenfilm bestehende Tragwerkplatte zahlreiche rhombische öffnunger^auf. Die Öffnungen werden durch ein Preß- und Dehnverfahren ausgebildet, bei dem ein Formpaar mit zahlreichen keilförmigen Schneidkanten verwendet wird.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist das Schweißpolpaar 6, 7 entlang der kürzeren Diagonale (A) der rhombischen öffnungen angeordnet,und der Stromabnehmervorsprung· 5' erstreckt sich in Richtung der längeren Diagonale (B) der rhombischen Öffnungen. Damit kann wegen des minimalen Stromverlustes durch den Stromabnehmer in Richtung (A) ein wirksames Reihenschweißverfahren durchgeführt und wegen des minimalen Widerstandes in Richtung (B) auch eine wirksame Stromabnahme erreicht werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die längere Diagonale des Rhombus eine Länge von I^ = 0,7 - 0,9 mm und die kürzere Diagonale I₂ = 0,4 - 0,8 mm auf, mit einem Verhältnis I₁A₂ = ³^²-

Diese Konfiguration basiert auf der von den Erfindern gefundenen Tatsache, daß die Leitfähigkeit des Stromabnehmers 5 in Richtung (B) in_sofern höher ist als die in Richtung (A), als es sich um den Punktschweißstrom handelt. Der längere Stromweg in Richtung(A) um die rhombischen Öffnungen herum, verglichen mit dem kürzeren in Richtung (B) erklärt dieses Phänomen.

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Die Schweißpunkte zwischen Elektroden und dem Stromabnehmer und ihre Lage kann genauer in den Fig. 2 (a),(b), (c) einer jeden Ausführungsform ersehen werden.

Wie aus jeder Figur zu ersehen ist, berührt der Stromabnehmer 5 die Elektrode mit leichtem Druck. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann auch eine eine Vielzahl von VorSprüngen auf ihrer Oberfläche aufweisende leitfähige Metallplatte 5 als Stromabnehmer verwendet werden. Da der elektrische Widerstand des Stromabnehmervorsprungs 5' geringer ist als in den anderen Fällen, ist sie für die Stromabnahme effektiv.

Der Stromabnehmer wird jeweils an die entsprechende Elektrode in der folgenden Art und Weise angeschweißt. Eine Grundanordnung wird dadurch gebildet, daß beide durch das Trennelement getrennte Elektroden zu einer festen Rolle oder zu einer Blockform gerollt werden, wobei die blanken Randteile der Trägerplatten an entgegengesetzten Seiten oder Enden der Anordnung sich von den entsprechenden Elektroden aus nach außen erstrecken. Darauf wird an der Oberseite der Anordnung ein Stromabnehmer einer Tragwerkplatte angeordnet, die eine Dicke von 0,3 mm' und ein Verhältnis der Löcher zur Gesamtfläche von 20 % aufweist. Der Schweißstrom von etwa 800 Ampere wird zwei-

f> 7
mal für Tqqq bis TqqT) Sekunden über ein Schweißelektrodenpaar an jeden Arm des Stromabnehmers angelegt, wobei ein Druck von etwa 8kg/cm auf den Stromabnehmer ausgeübt wird.

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Hie in Fig. 2 gezeigt ist, liefern die zahlreichen konvexen Erhebungen auf der Oberfläche des Stromabnehmers Punktkontakte slit den entsprechenden Randteilen der Elektrode und damit eine feste Schweißstelle.

Tabelle I zeigt einen Vergleich zwisehen einer erfindungsgeiaäßen Zelle und den bisher bekannten Zellen.

Tabelle I

	Ä	B	C
Innerer Widerstand	4EUl.	6.5mCL	SmTL
Nebenschluß strom	140.OA	116.5A.	88.7A
Kapazität(bei 0,2 C)	131QEiiih	1324siAh	1357mAh
Ah-Wirkungsgrad (bei 1C) (ratio of capacity (at lc)	92,3%	90,8Sa	90,3£
¹¹ (bei 2C) (at 2c)		83,5%	S4,8&
» (bei 4C) (at 4c)	79,9Si	73,2%	80,0^i
¹¹ (bei 8C) (at 8c)	6h,3%	SQ, 1&	58_f5#
Wirksame Ladung (charge essentially) 0,1C χ 8 h (Ladung) O,2C (Entladung)	97,0$S	95,3&	92,0$
Festigkeit der Schweißver bindung des Stromabnehmers	10kg	3kg

C = auf die Standardkapazität bezogene Stromstärke

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In Tabelle I stellt A eine erfindungsgemäße Zelle,
B eine In der US-PS 5 732 124 ge offenbarte Zelle und C eine Zelle dar, bei der das Stromabnehmerteil auf dem Metallträger durch einen Ausstanzprozeß vor dem Sinterprozeß ausgebildet wird.

Ba die gesamte Oberfläche der Stromabnehmer an die Ränder der jeweiligen Elektrode angeschweißt ist, wird bei der erflndungsgeiEäßen Äusführungsforia der Innere ¥iderstand vermindert und die ledungsgeschwindigkeit erhöht. Außerdem ist die ¥erblndung zwischen dem Stromabnehmer und den Elektrodenrandern viel fester.

Da der Stromabnehmer und die Elektrode in einer Punkt-Kand-¥erbindung zusammengeschweißt sind, kann zudem die blanke vorspringende Fläche des Elektrodenrandes so minimisiert werden, daB die Sinterplatte mit mehr aktivem Material imprägniert werden kann. Die Flexibilität des Abnehmers erlaubt
groSe Toleranzen in bezug auf die ungleiche Höhe der vorspringenden blanken Teile der Elektrode und vermindert die
Fetolerrate im Schweißprozeß.

Es 1st leicht verständlich, daß die Erfindung auch auf eine Zelle mit abwechselnd aufgeschichteten Elektroden anwendbar 1st.

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Claims

Patentansprüche

1. .Alkalische Batterie mit einer Elektrodenanordnung, bestehend aus einer positiven und einer negativen Elektrode, die durch ein Trennelement getrennt sind, wobei eine Elektrode einen blanken leitfähigen Teil am einen, die andere Elektrode einen blanken leitfähigen Teil am anderen Ende der Anordnung aufweist, dadurch gekennze ichnet, daß an diesen Elektroden (1, 2) zahlreiche Stromabnahmemittel angeschweißt sind, die jeweils aus einer dünnen leitfähigen Platte (5) mit zahlreichen darauf ausgebildeten konvexen Erhebungen bestehen, wobei diese konvexen Erhebungen an die entsprechenden leitfähigen Teile (4) der Elektrodenanordnung angeschweißt sind und mit diesen leitfähige Schweißpunkte bilden.

2. Alkalische Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmer eine Fachwerkplatte (5) bzw. eine Profilplatte ist.

3. Alkalische Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmer ein Drahtgeflecht (5) oder ein Maschendrahtgewebe (5) ist.

4. Alkalische Batterie nach Anspruch % dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmer eine mit

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zahlreichen Graten ausgebildete gestanzte Platte (5) ist.

5· 'Alkalische Batterie nach Anspruch 1, dadurch g e kennze i ohne t, daß der Stromabnehmer im wesentlichen die gesamten blanken, leitfähigen Teile der Elektroden bedeckt.

6. Alkalische Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmer eine dünne leitfähige, Löcher aufweisende Metallplatte ist, die eine Dicke von 0,3 mm und ein Verhältnis der Löcher zur gesamten Fläche von 20 % aufweist.

7. Alkalische Batterie mit einer Elektrodenanordnung, bestehend aus positiver und negativer Elektrode und einem Trennelement, wobei die Elektroden einen blanken leitfähigen Teil jeweils an gegenüberliegenden Enden der Anordnung und Stromabnehmer aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabnehmer eine an die leitfähigen Teile der Elektroden (1, 2) angeschweißte Profilplatte (5) darstellen, wobei diese Profilplatte (5) zahlreiche\konvexe Erhebungen aufweist und diese komplexen Erhebungen leitfähige Schweißpunkte mit den entsprechenden leitfähigen Teilen der Anordnung bilden.

8. Alkalische Batterie nach Anspruch 7, dadurch g e kennze i chnet, daß die Profilplatte (5) 0,3 mm

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dick ist und ein Verhältnis der Löcher zur gesamten Fläche von 20 % aufweist, wobei die komplexen Erhebungen leitfähige Schweißpunkte bilden, die die gesamten entsprechenden leitfähigen Teile bedecken.

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