DE2517368C3 - Vorrichtung zum Pastieren eines Plattengitters für Batterien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pastieren eines bahnförmigen weichen Plattengitters für Batterien im Durchlaufverfahren, mit einer auf das Plattengitter gerichteten Düse, aus der die Paste aufgetragen wird, und einem in Arbeitsrichtung hinter der Düse angeordneten Walzenpaar zum Eindrücken der Paste in die Zwischenräume des Plattengitters.

Die konventionellen Vorrichtungen zum Pastieren der Platten von Bleiakkumulatoren verarbeiten ein im wesentlichen starres Gitter (z. B. aus Gußblei), das während der Pastierung mit aktivem Material, die durch eine Zahnradpumpe mit offener vertikaler Zuführung erfolgt, horizontal bewegt wird. Die Pumpe liegt direkt auf dem sichbewegenden Gitter auf und übt daher eine nach unten gerichtete Kraft auf das Gitter aus. Die Paste wird mit Druck in die Gilterzwischenräume injiziert. Die Pumpe gibt eine überschüssige Pastenmenge an die Platte ab. Die überschüssige Paste wird mit einer in Transportrichtung hinter der Pumpe angeordneten Abstreifklinge, die direkt auf dem bewegten Gitter aufliegt, abgestreift und an die Pumpe zurückgeführt. Ein Nachteil derartiger Maschinen besteht darin, daß die sich ergebende Stärke der Batterieplatte lediglich von der Stärke des Gittersubstrates bestimmt wird. Oftmals besteht ein solches Gitter aus einem Spreizmamäßigkeiten über die Länge variiert. Auf diese Weise erzeugt man eine Platte aus pastiertem aktivem Material mit ungleichmäßiger Stärke. Solche konventionellen Verfahren werden in nicht-kontinuierlichem Betrieb durchgeführt.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung zum Verpasten von Gitterstreifen zur Herstellung von Sammlerelektroden (DTPS 5 70 235) läuft das Plattengitter zunächst auf die eine Walze eines Walzenpaares auf, wird von diesem umgelenkt und durchläuft dann den Walzenspalt Auf den Walzenspalt ist eine horizontal ausgerichtete Düse gerichtet, aus der die Paste herausgedrückt wird. Dadurch, daß die Paste unmittelbar in den Walzenspalt hineingegeben wird, erfolgt

is keine freie Verteilung auf dem Plattengitter und somit keine ausreichende Vergleichmäßigung der Pastenschicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Paste auf das Plattengitter aufgetragen wird, bevor dieses den Walzenspalt durchläuft, so daß die Paste in freier Verteilung auf dem Gitter in den Walzenspalt hineingelangt Dabei soll sichergestellt sein, daß das weiche und leicht verformbare Plattengitter durch das Auftragen der Paste nicht beschädigt wird. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Düse frei u-n ihren Einlaßteil verschwenkbar ist und unter einem spitzen Winkel lose auf dem Plattengitter aufliegt, ohne einen erheblichen vertikalen Druck auf dieses auszuüben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verarbeitung hochviskoser thixolroper Batteriepasten im kontinuierlichen Durchlaufverfahren, wodurch man exakt vorherbestimmbare Plattenabmessungen erhalten kann.

Zweckmäßigerweise läuft zusammen mit dem die Paste tragenden Plattengitter in den Walzenspalt eine dünne flexible Materialbahn ein, an der die Paste nicht klebt und die das gepastete Plaltengitter von den Walzen trennt. Diese Materialbahn kann aus Papier bestehen, das mit einer mit der Paste verträglichen Flüssigkeit befeuchtet ist, um das Ablösen der Paste von der Materialbahn zu gewährleisten.

Wenn die Paste unmittelbar mit den Walzen in Berührung kommt, bestehen diese vorzugsweise aus einem porösen Material, und sie sind zur Verhinderung des Anklebens der Paste von innen mit einem Druckfluid versorgt.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Die Zeichnung stellt schematisch eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Pastiervorrichtung dar.

Obwohl die Erfindung insbesondere anhand der Herstellung von Elektrodenplatten für elektrochemische Blei-Säure-Zellen beschrieben wird, kann sie auch bei anderen Arten von Elektrodenplatten angewandt werden, bei denen ähnliche Arten von Pasten (z. B. thixotropische) und Substrate (z. B. deformierbare) verwendet werden.

In der Zeichnung ist eine Extrudereinrichtung mit einer Auslaßdüse 10, die einen im wesentlichen kreisförmigen Einlaß 12 aufweist, dargestellt. Die Extrudiervorrichtung ist mit dem Ausgang einer Verdrängerpumpe 14 verbunden, die wiederum Bestandteil eines geschlossenen Umlaufsystems für die Paste ist, das zum Teil von den Leitungen 15 und 17

ienai, dessen SiäiKc infolge vom

Das geschlossene Umlaufsystem für die Paste, die Dosierpumpe 14 und die Düse 10, sind in der älteren (nicht vorveröffentlichten) Anmeldung P 23 62 880.0 beschrieben. Das Umlaufsystem ist im wesentlichen geschlossen, um eine schädliche Einwirkung von Luft auf die Paste auszuschließen und die Z'rkulierende Paste in Bewegung zu halten und sorgfältig zu mischen, bevor sie durch die Düse 10 hindurch ausgetragen wird. Wegen der speziellen Konsistenz der Paste verwendet man bevorTvgt eine Verdrängerpumpe 14, beispielsweise in Form einer Pumpe mit archimedischer Spirale, die eine vorbestimmte volumetrische Flußrate an Paste aufnimmt und durch die Austrageinrichtung auf ein durchlaufendes Batteriegittersubstrat 16 ableitet. Zur Verbesserung der Konsistenz der auf das Substrat aufgebrachten Paste ist vorzugsweise die Menge der aus dem geschlossenen Umlaufsystem durch die Pumpe 14 zur Auslaßdüse 10 hin ausgetragenen Paste nur ein kleiner Anteil derjenigen Pastenmenge, die in dem Umlaufsystem rezirkuliert. Der Anteil beträgt zwischen etwa '/i 5 bis etwa '/so.

Die verwendete Paste ist ihrer Art nach hochviskos, thixotrop und gleicht einer breiähnlichen Suspension aus diskreten kristallinen feinverteilten Partikeln, wie Bleioxyd, das in einem wäßrigen Trägermittel suspendiert ist. Eine solch■ Paste kann Theologisch Fließton, feuchtem Mörtel, einem Bindemittel od. dgl. g •ichgesetzt werden. Die feinverteilten Partikel aktiven Materials sind ihrer Größe nach generell makromolekular, anstatt kolloidal. Die Pastenmaterialien sind ·χη wesentlichen nicht-plastisch und verhalten sich insofern wie nicht newtonsche Flüssigkeiten, als die Viskosität der Paste sich mit der Strömungsrate in dem geschlossenen Umlaufsystem ändert. Infolge dieser besonderen Eigenschaften der Paste sind die Prozeßparameter, insbesondere die Verweilzeit, kritisch, um eine Verfestigung der Paste an irgendeiner Stelle des Systems zu vermeiden. Zu denjenigen Pasten, deren Zusammensetzungen die obenangegebenen Eigenschaften haben, gehören die Pasten für die negativen und positiven Platten von Blei-Säure-Batterien, die einen größeren Anteil an Bleioxyden enthalten, z. B. Bleiglätte, die in einem kleineren Anteil an Trägermittel, z. B. Wasser, aufgeschlämmt ist. Oftmals können zusätzliche Pastenbestandteile, wie Expander, elementares Blei und Pb3O4 vorhanden sein. Vorzugsweise enthält die Batteriepaste keine eingeschlossenen Fluide, die zu einer Verschlechterung der Pasteneigenschaften durch Oxydation oder andere Mechanismen führen könnten.

Das Substrat 16 ist vorzugsweise ein weiches flexibles und formbares Material, das porös gemacht ist, um das Pastenmaterial aufnehmen zu können. Das Substrat kann die Form eines gewebten Drahtschinnes oder einer Drahtmatte, eines perforierten Metallbleches oder eines Spreizgitters haben. Vorzugsweise sind Verunreinigungen z. B. durch Antimon in dem Substrat so gering wie möglich gehalten, um die Wasserstoff- und Sauerstoffüberspannungen möglichst groß zu machen und eine Passivierung der Platte während der Lade- und Entladezyklen zu vermeiden. Herkömmliche Substrate für Bleigitter enthalten normalerweise mehr als 0,1 % an Verunreinigungen, insbesondere Kalzium oder Antimon, um die erforderliche Eigenständigkeit und Festigkeit der Gitter zu erzeugen. Nach der vorliegenden Erfindung werden relativ reine Gitter von vorzugsweise mindestens 99,9% und insbesondere von mindestens 99,99% reinem blei verwendet. Dagegen sind Verunreinigungen, die sich auf insgesamt mehr als 0,1% belaufen, zulässig, wenn sie nicht die Wirkung haben, daß die Wasserstoffüberspannung der sich ergebenden Platte wesentlich reduziert wird. Solche Zuschlagstoffe können benutzt ./.-erden, obwohl die Platte starr sein kann.

Das Gittersubstrat kann von einer Spule 18 abgenommen und unter die Düse 10 geführt werden. Im Rahmen der Erfindung ist wichtig, daß die Düse 10 nicht mit einer erheblichen nach unten gerichteten Kraftkomponente auf das bewegte Gitter 16 drückt, wenn das bevorzugte weiche Substrat verwendet wird. Vorzugsweise ist die Düse in nur ganz geringem Abstand von dem bewegten Gitter angeordnet, was bedeutet, daß die Düse entweder oberhalb des bewegten Gitters liegt oder daß sie mit diesem in leichter Berührung steht. Die zuletzt genannte Möglichkeit kann realisiert werden, indem man die Düse 10 frei um ihr Einlaßteil 12 verschwenkbar macht, so daß sie auf dem Gitter aufliegt oder ganz leicht auf diesem schleift und einen spitzen Winkel θ mit der Vertikalebene bildet, die durch das Gittermaterial hindurchgeht. Auf diese Weise werden Deformierungen des Gitters und Behinderungen des freien Flusses des Gittermaterials durch die Vorrichtung hindurch verhindert.

Vorzugsweise liefert die Düse 10 die richtige Menge an Paste auf die Oberseite des Gitters und verteilt sie streifenförmig aus einem im wesentlichen rechtwinkligen Schlitz auf das Gitter. Die Auslaßdüse hat vorzugsweise einen solchen Durchflußquerschnitt und eine solche Ausbildung der Innenfläche, daß die viskose Paste mit einer vorbestimmten volumetrischen Durchflußrate ausgetragen wird, ohne daß eine wesentliche »Kanalbildung« stattfindet, d. h. ohne partielles Verstopfen. Als geeignete Düsenform hat sich eine konische Oberfläche mit zum Auslaßschlitz hin vergrößertem Querschnitt als geeignet erwiesen. Die Auslaßfläche der Düse verläuft vorzugsweise parallel zur Richtung des Gitters, so daß sie außerdem ähnlich wie eine Abstreifklinge wirkt, ohne jedoch gegen das Gitter zu drücken, wie es in der oben bereits erwähnten Anmeldung beschrieben ist.

Das dünne Band der Paste 20, das auf dem Gitter 16 erzeugt worden ist, hat eine ausreichende Viskosität, um nicht übermäßig durch die Gittermaschen hindurch nach unten zu sinken. Wenn das auf diese Weise pastierte Gitter 20 nach links bewegt wird, gelangt es in den Spalt zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Walzen 24 und 26. Vorzugsweise wird das pastierte Gitter im wesentlichen rechtwinklig zu der durch die Walzenachsen hindurchgehenden Ebene zugeführt, um eine Streckung oder andersartige Deformation des weichen und biegsamen Gitters zu vermeiden. Die Walzen verteilen die Paste gleichmäßig über die gewünschte Breite auf dem Bleigitter und regeln die Stärke der pastierten Bleiplatte, indem lediglich der Abstand zwischen den Walzen eingestellt wird. Die Walzen werden beispielsweise durch einen (nicht dargestellten) Antrieb mit variabler Geschwindigkeit angetrieben. Obwohl die Walzen vorzugsweise mit gleichen Geschwindigkeiten angetrieben werden, kann es in einigen Fällen zweckmäßig sein, die individuellen Geschwindigkeiten der Walzen 24 und 26 zu ändern.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die Walzen aus Stahl oder einem anderen geeigneten

(15 Material bestehen, das durch dazwischenliegende Schichten aus dünnem, flexiblem, nicht klebendem Material 28 und 30 daran gehindert wird, an der Paste an/uklcben. Die nicht klebenden Bahnen können eine

oder mehrere Papierschichten, beispielsweise auf einer Zellulosebasis, sein.

Um das Ankleben der angrenzenden Paste zu verhindern, können die Papierschichten vorzugsweise nicht-hygroskopisch gemacht werden, indem sie mit einer geeigneten Flüssigkeit behandelt werden, die mit der Paste kompatibel ist, z. B. Wasser. Dieses Material macht es möglich, die Platte zusammenzudrücken und kann entweder auf der Platte belassen oder um Walzen 32 und 34 herum abgezogen werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Schichten aus Papier oder anderem Material 28 und 30 fortgelassen werden, wenn die Walzen 24 und 26 in bezug auf die Paste hinreichend nicht-adhäsiv gemacht worden sind, um ein Festkleben zu vermeiden. Dies !5 kann dadurch geschehen, daß man ein in geeigneter Weise poröses Material für die Walzenoberfläche wählt und die Walzen von innen her durch Wasser oder eine andere Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt. Zu diesem Zweck eignen sich Dampf, atomisiertes Wasser, Luft oder auch Gase. Walzen, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgreich eingesetzt wurden, ohne daß Papierschichten benötigt wurden, bestanden beispielsweise aus gesintertem Glas, Graphit und Kohlenstoff.

Die Spule 18 kann vorzugsweise mit einem Motor variabler Drehzahl angetrieben werden, so daß die Geschwindigkeit der Gitterzufuhr zu den Walzen in Einklang mit der volumetrischen Flußrate der von der Düse 10 her zugeführten Paste geregelt werden kann. Durch geeignete Zuordnung von Auslaßrate der Paste und Geschwindigkeit des Gittersubstrats wird jeweils die richtige Pastenmenge auf das Gitter aufgetragen und von den Pastierwalzen 24 und 26 zusammengedrückt, um eine Platte der gewünschten Breite und Stärke zu erzeugen, ohne daß ein erheblicher Pastenüberschuß, wenn überhaupt ein solcher vorhanden ist, entsteht. Die Breite und Stärke der Platte sowie die sich ergebende Dichte und Porosität der Pastenzusammensetzung können durch Änderung der Entfernung zwischen den Pastierwalzen sehr fein reguliert werden. Der durch die Walzen auT das Gitter ausgeübte Druck der Faste verursacht keine Deformation oder ein Minimum an Deformation, wenn ein weiches Gitter verwendet wird, um restlos sicherzustellen, daß die Paste an dem Gitter haften bleibt. Eine solche Kompression des Gitters kann geregelt werden, so daß die Platte frei zwischen den Walzen hindurchlaufen und dies anschließend zum Zwecke der Weiterbehandlung fortsetzen kann. Als Beispiel für ein solches Verfahren, bei dem Gitter aus im wesentlichen reinem Blei verwendet werden, kann das Bieigitter 16 vor seinem Eintritt in den Spalt der Walzen 24 und 26 charakteristischerweise eine Stärke von 1,4 mm haben und auf eine Stärke von etwa 1 mm zusammengedrückt werden, wenn es die Pastierwalzen verläßt. Durch eine solche Zusammendrückung erreicht man, daß die Paste 20 in die Zwischenräume des Gitters einfließt, so daß ein enger Kontakt zwischen dem Substrat und dem aktiven Material der sich ergebenden F.lektrodenplatte besteht.

Im Anschluß daran kann eine Weiterverarbeitung erfolgen, beispielsweise durch eine Schlitzvorrichtung 40 und eine Schneidvorrichtung 38, durch die die endgültigen Elektrodenstrukturen 42 erzeugt werden. Die so entstandene Platte kann in Plattenstapel-Konfigurationen oder in spiralförmigen Wickel-Konfigurationen verwendet werden und zeigt während der Zellenzyklen eine gute Kohäsion und strukturelle Eigenständigkeit.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise wurde die beschriebene Pastiermaschine mit einem bewegten Gitter 16 und einer stationären Auslaßdüse 10 beschrieben. Diese Rollen können selbstverständlich vertauscht werden, wobei man ebenfalls die benötigte Relativbewegung zwischen diesen beiden Elementen erhält. Ferner ist an dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Pastiervorrichtung mit horizontaler Zuführung und vertikal übereinander angeordneten Walzen beschrieben. Ebensogut könnte man einen davon abweichenden Zuführwinkel wählen und die Zuführung z. B. vertikal vornehmen, wobei die Walzen in gegenseitigem Abstand horizontal zueinanderliegen würden.

Obwohl die Erfindung am Beispiel von Bleipasten-Zusammensetzungen beschrieben wurde, sind das Verfahren und die Vorrichtung auch bei anderen hochviskosen und thixotropen Pasten anwendbar, wie beispielsweise bei zinkaktiven Pasten zur Verwendung in Zink-Luftoder Nickel-Zink-Zellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Pastieren eines bahnförmigen weichen Plattengitters für Batterien im Durchlaufverfahren, mit einer auf das Plattengitter gerichteten Düse, aus der die Paste aufgetragen wird, und einem in Arbeitsrichtung hinter der Düse angeordneten Walzenpaar zum Eindrücken der Paste in die Zwischenräume des Plattengitters, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (10) frei um ihren Einlaßteil (12) verschwenkbar ist und unter einem spitzen Winkel (ÖJIose auf dem Plattengittcr aufliegt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt des Walzenpaares (24, 26) kleiner als die Stärke des in den Walzenspalt einlaufenden pastierten Plattengitters (1&) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit dem die Paste tragenden Plaltengitter (16) in den Walzenspalt dünne, flexible Materialbahnen (28, 30) einlaufen, an der die Paste nicht klebt und die das gepastete Plattengitter von den Walzen trennt

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn (28) aus Papier auf Zellulosebasis besteht, das mit einer mit der Paste verträglichen Flüssigkeit befeuchtet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Düse (10) einen vom Einlaßteil (12) bis zum Ausiaßteil stetig erweiterten Querschnitt bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt am Einlaßteil (12) der Düse im wesentlichen kreisförmig und am Auslaßteil im wesentlichen rechteckig ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (24, 26) aus einem porösen Material bestehen und von innen mit Druckfluid beaufschlagt sind.