DE2516530B2

DE2516530B2 - Alkalischer Akkumulator mit Wickelelektroden

Info

Publication number: DE2516530B2
Application number: DE2516530A
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: 1980-01-10
Also published as: GB1451302A; DE2516530C3; US3960603A; DE2516530A1

Description

Die Erfindung betrifft einen alkalischen Akkumulator 4» mit Wickelelektroden, die durch einen Separator voneinander getrennt sind und von denen der positive Wickel einen leitenden Randabschnitt an der einen und der negative Wickel einen leitenden Randabschnitt an der entgegengesetzten Stirnseite aufweist, sowie Strom- 4"> abnehmern, die jeweils aus einer Stromabnehmerlasche und einer im wesentlichen die ganze Stirnfläche der jeweiligen Elektrode bedeckenden Metallplatte bestehen, wobei die Metallplatte jeweils auf einer Seite mehrere konvexe Erhebungen aufweist, die durch ein an -,0 der Außenfläche der Metallplatte angeordnetes Punktschweißpolpaar leitfähige Schweißverbindungen mit den Randabschnitten der Elektroden bilden.

Aus der DE-AS 12 48 770 ist bereits ein derartiger Akkumulator mit Wickelelektroden bekannt, bei dem die Metallplatten als Polscheiben mit zu den Rändern der Elektroden hin vorstehenden und radial verlaufenden Sicken ausgebildet sind. Dabei werden jedoch die Randabschnitte der Elektroden an den Stellen, an denen sie mit den Sicken verschweißt werden sollen, durch t,o einen zusätzlichen Arbeitsschritt zusammengepreßt, bevor sie mit den Sicken verschweißt werden. Durch diesen zusätzlichen Arbeitsschritt ist der bekannte Akkumulator für eine Massenproduktion ungeeignet und er weist auch noch die Nachteile auf, daß sowohl beim Schweißvorgang als auch bei der Stromabnahme Stromverluste auftreten und die Festigkeit der Verbindung zwischen Stromabnehmern und Elektroden aufgrund der kleinen Anzahl von Schweißpunkten nicht ausreichend ist

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, einen Akkumulator der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die Verbindung zwischen Stromabnehmer und Elektrodenrand mit nur geringen Stromverlusten und einer erhöhten Festigkeit herstellbar ist, so daß der Akkumulator wirkungsvoller genutzt werden kann und für eine Massenproduktion geeignet ist

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Metallplatte eine dünne, flexible Platte ist, daß die konvexen Erhebungen als Grate von rhombusartigen, in gleicher Richtung verlaufenden öffnungen in der Metallplatte ausgebildet sind, daß das Punktschweißpolpaar in Richtung der kürzeren Diagonale der rhombusartigen öffnungen angeordnet ist und daß die Stromabnehmerlasche in Richtung der längeren Diagonale der rhombusartigen Öffnung verläuft

Durch die dünne, flexible Platte können die Unebenheiten der Randabschnitte der Elektroden ausgeglichen und die Festigkeit der Schweißverbindungen erheblich verbessert werden. Aufgrund der speziellen Ausbildung der öffnungen und der Anordnung des Punktschweißpolpaars kann der Schweißvorgang ohne große Stromverluste durchgeführt werden. Durch die spezielle Anordnung der Stromabnehmerlasche kann die Stromabnahme verbessert werden, da der Widerstand der Metallplatte in Richtung der längeren Diagonale minimal ist und damit ein großer Strom abgenommen werden kann.

Damit wird ein alkalischer Akkumulator geschaffen, der — wie im nachfolgenden noch mit Bezug auf Tabelle I ausgeführt wird — gegenüber dem Stand der Technik einen niedrigeren inneren Widerstand, einen höheren Nebenschlußstrom, einen größeren Ladungswirkungsgrad bzw. ein besseres Güteverhältnis sowie eine größere Festigkeit der Schweißverbindung aufweist.

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

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Zellenanordnung aus Elektroden und einem Separator mit einem erfindungsgemäßen 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 und 4 andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stromabnehmers,

Fig.5 eine vergrößerte und teilweise veränderte Ansicht von F i g. 3.

In F i g. 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 sind. Der Separator 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 Kontanktpunkt 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 Schweißpoien durch das Stromabnehmermaterial, wird der Stromverlust beim Schweißprozeß minimisiert, was ein Reihenschweißverfahren ermöglicht, welches ein auf dem Stromabnehmer angeordnetes 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 Schweißpolen minimisiert den Stromverlust zwischen den Schweißpolen und erlaubt die Verwendung eines runden Stromabnehmers, wie in F i g. 3 gezeigt wird.

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

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die z. B. aus einem 0,3 mm dünnen Eisenfilm bestehende Tragwerlcplatte zahlreiche rhombicche öffnungen auf. Die Öffnungen werden durch ein Preß- und Dehr.verfahren ausgebildet, bei dem ein Formpaar mit zahlreichen keilförmigen Schneidkanten verwendet wird.

Wie in F i g. 5 gezeigt ist, ist das Schweißpolpaar 6, 7 entlang der kürzeren Diagonale (A) der rhombischen öffnungen angeordnet, und der Stromabnehmervorsprung fi' erstreckt sich in Richtung der längeren Diagonale (B) der rhombischen öffnungen. Damit kann wegen des minimalen Stromverlustes durch den Stromabnehmer in Richtung (A) ein wirksamer 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 h =0,7—0,9 mm und die kürzere Diagonale /2 = 0,4—0,8 mm auf, mit einem Verhältnis Uh=3/2.

Diese Konfiguration basiert auf der von den Erfindern gefundenen Tatsache, daß die Leitfähigkeil des Stromabnehmers 5 in Richtung (B) insofern höher

Tabelle

ist als die in Richtung (AX 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.

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

ίο Wie aus jeder Figur zu ersehen ist berührt der Stromabnehmer 5 die Elektrode mit leichtem Druck. Wie in F i g. 4 gezeigt ist kann auch eine eins 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 den ^üparator getrennte Elektroden zu einer festen Rolle oder zu einer Blockform gerollt werden, wobei die blanken Randteile der Trägerplatten an entgegengesetzten Seiten oder

2·) 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 e'v/a 800 Ampere

wird zweimal für _](K)() bis _|()(K) Sekunden über ein Schweißelektrodenpaar an jeden Arm des Stromabnehmers angelegt, wobei ein Druck von etwa 78,45N/cm²

j) auf den Stromabnehmer ausgeübt wird.

Wie in F i g. 2 gezeigt ist, liefern die zahlreichen konvexen Erhebungen auf der Oberfläche des Stromabnehmers Punktkontakte mit den entsprechenden Randteilen der Elektrode und damit eine feste Schweißstelle.

4(i Die Tabelle zeigt einen Vergleich zwischen einer erfindungsgemäßen Zelle und den bisher bekannten Zellen.

Innerer Widerstand
Nebenschiiißstrom
Kapazität (bei 0,2 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 1 C) Ah-Wirkungsgrad (bei 2 C) Ah-Wirkungsgrad (bei 4C) Ah-Wirkungsgrad (bei 8C)

Wirksame Ladung
0,1 CX 8 h (Ladung)
0,2 C(Entladung)

Festigkeit der Schweißverbindung des Stromabnehmers

C = Auf die Standardkapazität bezogene Stromstärke.

4 mi>	6,5 mil	8 miJ
140,0 A	116,5 A	88,7 A
1310 mAh	1324 mAh	1357 mAh
92,3%	90,8%	90,3%
88,5%	83,5%	84,8%
79,9%	78,2%	80,0%
64,3%	60,1%	58,5%
97,0%	95,3%	92,0%

10 kg 3 kg

In der Tabelle stellt A eine erfindungsgemäße Zelle, B ;ine in der US-PS 37 32 124 geoffenbarte Zelle und C :ine Zelle dar, bei der ν as Stromabnehmerteil auf dem Metallträger durch einen Ausstanzprozeß vor dem Sinterprozeß ausgebildet wird.
Da die gesamte Oberfläche der Stromabnehmer an

die Ränder der jeweiligen Elektrode angeschweißt ist, wird bei der erfindungsgemäßiin Ausführungsform der innere Widerstand vermindert und die Ladungsgeschwindigkeit erhöht. Außerdem ist die Verbindung zwischen dem Stromabnehmer und den Elektrodenrändern viel fester.

Da der Stromabnehmer und die Elektrode in einer Punkt-Rand-Verbindung zusammengeschweißt sind, kann zudem die blanke vorspringende Fläche des F.lektrodenrandes so minimisiert werden, dal Sinterplatte mit mehr aktivem Material irnpräj werden kann. Die Flexibilität des Abnehmers ei große Toleranzen in bezug auf die ungleiche Höh vorspringenden blanken Teile der Elektrode vermindert die Fehlerrate im Schweißprozeß.

Es ist leicht verständlich, daß die Erfindung auc eine Zelle mit abwechselnd aufgeschichteten Eic den anwendbar ist.

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Claims

Patentansprüche:

1. Alkalischer Akkumulator mit Wickelelektroden, die durch einen Separator voneinander getrennt sind und von denen der positive Wickel einen leitenden Randabschnitt an der einen und der negative Wickel einen leitenden Randabschnitt an der entgegengesetzten Stirnseite aufweist, sowie Stromabnehmern, die jeweils aus einer Stromabnehmerlasche und einer im wesentlichen die ganze Stirnfläche der jeweiligen Elektrode bedeckenden Metallplatte bestehen, wobei die Metallplatte jeweils auf einer Seite mehrere konvexe Erhebungen aufweist, die durch ein an der Außenfläche der Metallplatte angeordnetes Punktschweißpolpaar leitfähige Schweißverbindungen mit den Randabschnitten der Elektroden bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte eine dünne, flexible Platte (5) ist, daß die konvexen Erhebungen als Grate von 2η rhombusaitigen, in gleicher Richtung verlaufenden Öffnungen in der Metaiipiatte (5) ausgebildet sind, daß das Punktschweißpolpaar (6, 7) in Richtung der kürzeren Diagonale (A) der rhombusartigen öffnungen angeordnet ist und daß die Stromabnehmeriasehe (5') in Richtung der längeren Diagonale (B) der rhombusartigen öffnungen verläuft.

2. Alkalischer Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längere Diagonale (l\) eine Länge von 0,7 bis 03 mm und die kürzere Diagonale (h) der rhombusartigen öffnungen eine Länge vor 0,4 bis 0,8 mm aufweisen und daß das Verhältnis (l\/h) der Diagona'en der rhombusartigen öffnungen gleich 3/2 ist.