DE2711284C3 - Vorrichtung zum Tränken gesinterter Elektroden für alkalische Akkumulatoren - Google Patents

Description

Der Gegenstand der Erfindung ist aus dem Anspruch ersichtlich.

Die erfindungsgemäße Anlage kann bei der Herstellung von Nickel-Cadmium-Akkumulatoren der meisten Typen verwendet werden, sie sichert die Steigerung der Arbeitsproduktivität, die Stoffeinsparung und die Vereinfachung der Technologie des Tränkens, insbesondere bei Bearbeitung von besonders dünnen bandförmigen Halbzeuger ^rQr Elektroden von Akkumulatoren mit einer erhöhten spezifischen Energieintensität

Die Steigerung der spezifischen Energie von alkalischen Akkumulatoren mit gesinterten Elektroden, z. B. für Batterien, die im Flugwesen, in Elektromobilen usw. Anwendung finden, wird hauptsächlich durch die Herstellung von besonders dünnen Elektroden erreicht, .die aus einem gesinterten bandförmigen Halbzeug nach dessen Tränken, Formgebung und Reinigung von den Beimengungen ausgestanzt Werden.

Ein bekanntes Verfahren zum Tränken von gesinterten Elektroden, die aus besonders dünnen bandförmigen Halbzeugen mit einer Stärke der gelochten Metallunterlage von ca. 20 bis 50 Mikrometer ausgestanzt werden, ist mit technologischen Schwierigkeiten verbunden, die durch eine unzureichende Festigkeit solcher Bänder hervorgerufen sind. Man tränkt entweder einzelne Elektroden oder Halbzeuge mit einer geringen Länge, die der Länge von I bis 3 Elektroden gleich ist, die aus einem Sinterband vor dem Tränken ausgestanzt worden sind.

Das oben erwähnte Verfahren (siehe z. B. das Buch von M. A. Dasojan, W, W. Nowodershkin, F.F. Tomaschewski »Herstellung von elektrischen Akkumulatoren«, 2. Ausgabe »Wysschaja schkola«, UdSSR, Moskau, 1970; S. 384-387, 393-395) besteht darin, daß die Halbzeuge manuell zu technologischen Kassetten mit einem Spielraum zusammengebaut werden, der der Lösung eine freie Zirkulation zwischen den Nachbarhalbzeuqen ermöglicht.

Die Kassetten mit den Halbzeugen werden zu Aufhängungen zusammengefaßt und die letzteren in aktive Lösungen in einer bestimmten Reihenfolge, entsprechend der Technologie, untergebracht.

Diese Verfahren führt man in aggressiven Medien und bei Temperaturen bis I5O°C durch. Nach dem Abschluß des Tränkens werden die Aufhängungen und Kassetten auseinandergenommen; die Halbzeuge unter-

ίο

wirft man einer vorläufigen Handreinigung und leitet sie zur Formgebung und elektrochemischen und mechanischen Reinigung weiter.

Das geschilderte Tränken erfordert einen großen Handarbeitsaufwand, es hat eine geringe Leistung und gibt keine Möglichkeit, die arbeitsaufwendigen Arbeitsgänge zu mechanisieren, und beim Ausstanzen von Elektroden aus Meßhalbzeugen sind erhöhte Stoffabfälle unvermeidlich.

Es ist ebenfalls bekannt, daß die französische Firma »Saft«, eine führende Firma in der Produktion von Akkumulatoren mit umhüllten Sinterelektroden, das Tränken von bandförmigen Halbzeugen unter Anwendung eines Verfahrens durchführt, das darin besteht, daß das gesinterte bandförmige Halbzeug zu einer Rolle aufgewickelt wird, in die zwischen den Windungen Spiraldorne eingelegt werden, die die technologischen Spielräume für die Zirkulation der Lösung sichern. Dabei sichern die Spiraldorne den Spielraum, indem sie die Windungen des bandförmigen Halbzeuges an seinen Kamen halten.

Die Anlage zur Durchführung des genannten Verfahrens enthält Behälter mit aktiven Lösungen, in denen die Aufhängung mit dem auf Spulen aufgewickelten bandförmigen Halbzeug und Spiraldorne untergebracht sind, die technologische Spielräume zwischen den Windungen bei der Aufwicklung des bandförmigen Halbzeuges aufspulen sichern.

Die Nachteile des oben geschilderten Verfahrens zum Tränken der bandförmigen Halbzeuge und der Anlage zu dessen Durchführung sind die. daß das Verfahren und die Anlage das Tränken von besonders dünnen bandförmigen Halbzeugen nicht ermöglichen, da die Kanten der Bänder mit einer Stärke der Metallunterlage von ca. 20 bis 50 Mikrometer über eine geringe Festigkeit verfügen und nicht imstande sind, das bandförmige Halbzeug in den Spiraldornen festzuhalten und folglich einen gleichmäßigen Spielraum zwischen den Windungen des bandförmigen Halbzeuges in seiner gesamten Breite zu sichern. Außerdem ist das Einlegen der Bandkanten in die Spiralen bei der Aufspulung des Bandes mit der Anwendung spezieller Lenkvorrichtungen verbunden, die eine genügende Elastizität der Bänder benötigen, und erfolgt mit einer geringen Geschwindigkeit unter ständiger Aufsicht eines Arbeiters unter Anwendung von Handarbeit

Die Aufwicklung der besonders dünnen Bänder mit einer geringen Festigkeit in diesem Verfahren wird einen noch größeren Handarbeitsaufwand verlangen und ist wirtschaftlich unzweckmäßig.

Der Gedanke der chemischen Behandlung von Bändern in Lösungen durch Aufrollen zusammen mit einer Ausbuchtungen aufweisenden bandförmigen Zwischenschicht ist schon lange bekannt, so z. B. aus der Photographic.

Bekannt sind ferner Behandlungsverfahren unter Aufrollung eines Bandes durch Einlegen der Windungsenden in spiralig verlaufende Rinnen in den Spulenbak· ken, wo die Fixierung der Windungen Ober die Kanten des Bandes erfolgt.

Alle diese Verfahren sind für die Behandlung von dünnen, keine ausreichende Steifigkeit, Elastizität und Festigkeit der Kanten aufweisenden Bändern, wie /. B. von Elektrodenbändern, deren Behandlung ja gerade der Zweck der erfindungsgemäßen Anmeldung ist, nicht akzeptabel.

Dies hängt damit zusammen, daß die dünnen Kanten des zu behandelnden Bandes dieses bei der Aufwicklung

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nicht in den Pillen zu halten vermögen. Außerdem ist es bei dem derzeitigen Stand der Technik nicht möglich, eine bandförmige Zwischenlage aus verformbarem Material herzustellen, das Temperaturen bis zu 150⁰C und aggressiven Lösungen standzuhalten in der Lage wäre. Die Zwischenschicht hat dabei nicht nur die einzelnen Windungen voneinander zu trennen, sondern auch das freie Strömen der Lösung zwischen ihnen zu verhindern.

Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß erfindungsgemäß zum ersten Mal ein Verfahren zum Tränken von gesinterten porösen Elektrodenbändem geringer Dicke in chemischen Lösungen für Elektroakkumulatoren beschrieben wird.

Der wichtigste Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß das Band zusammen mit dem auf der gesamten Breite und Länge angeordneten bandförmigen Abstandshalter aufgerollt wird, wodurch ein Zwischenraum zwischen den einzelnen Windungen des Bandes zwecks freier Strömung der Lösungen erzeugt wird.

Der Abstandshalter wird dabei aus einem verformbaren chemikalien- und hitzebeständigen Material hergestellt

Es Ist zweckmäßig, das Trennstück aus einem Tetrafluoräthylen-Copolymer mit Äthylen z. B. durch Druckguß herzustellen, wodurch die Haltbarkeit des Stückes in einem aggressiven Medium und bei einer Temperatur bis 200° C gesichert wird.

Das Verfahren zum Tränken von gesinterten Elektroden eines alkalischen Akkumulators und die erfindungsgemäße Vorrichtung sichern die Steigerung der Arbeitsproduktivität und die Senkung des Arbeitsaufwandes beim Tränken von besonders dünnen Elektroden mit einer erhöhten spezifischen Energieintensität dadurch, daß das Trennstück, das über der gesamten Breite und Länge des bandförmigen Halbzeuges verteilt ist, das Tränken und die Reinigung der besonders dünnen Elektroden im bandförmigen Halbzeug mit einer geringen Stärke und Festigkeit der Kanten ermöglicht, die Aufwicklung der Bänder aber sich mechanisieren läßt, was im Vergleich zum manuellen Zusammenbau der Halbzeuge zu technologischen Kassetten zur Senkung des Arbeitsaufwandes bei der Durchführung des Tränkprozesses um ein Fünf- bis Achtfaches führt

Die Möglichkeit, bandförmige Halbzeuge zusammen mit dem Trennstück mit einer größeren Geschwindigkeit aufzuwickeln, als es im oben geschilderten Analogbeispiel der Fall war, in dem die Aufwicklung der Rolle durch das Einlegen der Windungen in Spiraldorne erfolgt, die die Windungen des bandförmigen Halbzeuges an seintm Kanten haken, macht die Anwendung der erfindungsgemäßen Anlagen auch für das Tränken von genügend starken und festen bandförmigen Halbzeugen ökonomisch rentabel.

Die Ausführung des Trennstückes aus einzelnen angelenkten Rahmen, die eine ununterbrochene Kette bilden, ermöglicht die Herstellung der einzelnen Rahmen im Druckgußverfahren aus chemisch wärme beständigen Stoffen, bevorzugt fluorhaltigen, die eine hohe Haltbarkeit und Festigkeit und folglich eine lange Lebensdauer des Trennstücks sichern. Die Möglichkeit, einzelne Rahmen in der Kette des Trennelementes bei ihrem Ausfall auszuwechseln, verringert die Betriebskosten für die Bedienung der erfindungsgemäßen Anlage.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bu. jgnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g, 1 eine Anlage zum Tränken der gesinterten Elektroden eines alkalischen Akkumulators, im Schnitt (Ausfuhrungsbeispiel mit einem Behälter);

F i g. 2 eine Spule mit einem bandförmigen Halbzeug

und einem Trennstück während der Aufwicklung;
F i g. 3 die Gesamtansicht des Trennstückes;
F i g. 4 dasselbe, Ansicht von der Stirnseite,
Das Tränkverfahren besteht darin, daß gesinterte bandförmige Elektrodenhalbzeuge zusammen mit

ίο einem Trennstück zu einer Rolle aufgewickelt werden, indem das Trennstück über der gesamten Breite und Länge des bandförmigen Halbzeuges verteilt wird, wodurch ein gleichmäßiger Spielraum zwischen den Windungen des bandförmigen Halbzeuges, unabhängig von seiner Stärke und Festigkeit, und die Zirkulation der Lösungen zwischen den Windungen des bandförmigen Halbzeuges gesichert werden. Danach führt man das Tränken des bandförmigen Halbzeuges unmittelbar in der Rolle durch, die nacheinanderfolgend in Behälter mit verschiedenen Lösungen und ir die Kammern mit einem kontrollierbaren Medium untergebracht wird. Nach dem Abschluß des gesamten Tränkzyklus werden das bandförmige Halbzeug und das Trennstück von der Rolle abgewickelt, gleichzeitig werden sie gespült mechanisch gereinigt und getrocknet

Danach wird das bandförmige Halbzeug entsprechend der Technologie zur weiteren Bearbeitung geleitet und das Trennstück wird wiederholt verwendet Es ist zweckmäßig, das Trennstück aus einem Tetrafluoräthylen-Copolymer mit Äthylen z. B. durch den Druckguß herzustellen, wodurch die Haltbarkeit des Trennstückes und seine lange Lebensdauer bei mehrfacher Verwendung unter den Bedingungen einer hohen Aggressivität der aktiven Lösungen und einer

j5 hohen Temperatur in den Kammern mit einem kontrollierbaren Medium erhöht werden.

Die Anwendung eines Trennstückes, das über der gesamten Breite des bandförmigen Halbzeuges bei ihrer gemeinsamen Aufwicklung zur Rolle verteilt ist, ermöglicht das Tränken der gesinterten Elektroden mit einer geringen Stärke und Festigkeit im bandförmigen Halbzeug, wodurch die Steigerung der Arbeitsproduktivität und die Senkung des Arbeitsaufwandes gesichert werden, da sich die Aufwicklung der Rollen mechanisieren läßt

Die Anwendung eines Trennstückes, das aus fluorhaltigen Stoffen hergestellt ist die über eine hohe chemische, mechanische und Wärmebeständigkeit verfügen, verringert die Produktionskosten,

so Das Verfahren zum Tränken der gesinterten Elektroden eines alkalischen Akkumulators in einem bandförmigen Halbzeug gibt die Möglichkeit, Hilfsarbeitsgänge zu mechanisieren und kann in der nachstehend geschilderten Anlage verwirklicht werden.

Die erfindungs£«mäße Anlage zum Tränken der gesinterten Elektroden eines alkalischen Akkumulators umfaßt einen Satz von Behältern 1 (in F i g. 1 ist ein Behälter dargestellt, die anderen sind ähnlich), die mit verschiedenen aktiven Lösungen gefüllt sind und in die

ω der Reihe nach, entsprechend der Technologie, eine Aufhängung 2 mit dem zu bearbeitenden bandförmigen Halbzeug untergebracht wird. (Möglich tit die Ausführung der Anlage mit einem Behälter, in dem nacheinanderfolgend aktive Lösungen ausgewechselt

h'. werden, die Aufhängung aber bleibt unbeweglich während der gesamten Bearbeitung des bandförmigen Halbzeuges.). Die Aufhängung 2 enthält einen Satz von den Spulen 3 (Fig. I, 2), auf die die bandförmige

Halbzeugelektrode 4 (Fig. 2) zusammen mit einem Trennstück 5 aufgewickelt sind. Das Trennstück 5 (Fig.2, 3, 4) besteht aus Rahmen 6 mit den ösen 7 (Fig.3) einerseits und mit Gegenösen 8 andererseits. Bei der Koinzidenz der ösen 7 und 8 der Nachbarrahmen 6 und bei ihrer Verbindung durch einen Stab 9 entstehen Gelenkverbindungen, die eine Kette aus den Rahmen 6 zusammenstellen. An der Oberfläche der Längs- und Querstreifen jedes Rahmens 6 sind beiderseits Erhebungen 10 ausgeführt (bevorzugt sphärische), die den vorgegebenen technologischen Spielraum zwischen den Windungen des bandförmigen Halbzeuges 4 (Fig. 2) bei gemeinsamer Aufwicklung sichern und eine freie Zirkulation der Lösungen zwischen den Nachbarwindungen der bandförmigen H albzeugelektrode 4 ermöglichen.

Dabei darf sich die Gesamthöhe zweier koaxialer Erhebungen 10 (F i g. 4) von der Höhe (im Querschnitt) der Gelenkverbindung der ösen 7 und 8 der

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Es ist wünschenswert, die Nachbaransätze 10 an den Querstreifen der Rahmen 6 durch Rippen 11 zu verbinden, die eine Bandbiegung bei seiner Aufwicklung mit Spannung verhindern.

Die Aufhängung 2 (Fig. 1) stellt einen Schaft 12 dar, auf den die Spulen 3 aufgesetzt sind und der an einem Ende durch eine Stützscheibe 13 begrenzt ist und am anderen Ende eine öse 14 für die Verbindung mit dem Haken eines Hebezeugs (in den Zeichnungen nicht gezeigt) bei der Beförderung der Aufhängung 2 hat.

Der Behälter 1 ist mit einem Deckel 15 begrenzt und hat Stutzen, die an ein Ventilationssystem und an Mittel für Erwärmung. Auffüllung mit Lösungen und Entleerung des Behälters 1 angeschlossen werden (in den Zeichnungen nicht gezeigt).

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anlage ist wie folgt:

Vor dem Tränken wird die bandförmige Halbzeugelektrode 4 (Fig. 2) zusammen mit dem Trennstück 5 auf die Spule 3 aufgewickelt (z. B. an einem Mechanismus mit drei Wellen, von denen mindestens die eine mit einem Antrieb verbunden ist und zwei andere eine Bremsvorrichtung haben) und die Enden der bandförmigen Halbzeugelektrode 4 und des Trennstückes 5 werden befestigt, indem sie z. B. mit einer Schnur zusammengebunden werden.

Die aufgewickelten Spulen 3 werden auf den Schaft 12 (Fig. I) aufgesetzt, wonach die zusammengebaute Aufhängung 2 in den Behälter 1 mit einer aktiven Lösung untergebracht wird.

Das Tränken führt man entsprechend der Technologie durch, man bringt die Aufhängung 2 nacheinanderfolgend in verschiedene aktive Lösungen mit vorgegebener Haltezeit in diesen Lösungen unter.

Nach dem Tränken, der Spülung und Trocknung wird die Aufhängung 2 auseinandergenommen, das Band von den Spulen 3 abgewickelt und einer mechanischen, elektrochemischen Reinigung und Formgebung, entsprechend der Technologie, unterzogen.

Die eriindungsgemäße Anlage ermöglicht die Durchführung des Verfahrens zum Tränken der gesinterten

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geringen Stärke und Festigkeit im bandförmigen Halbzeug 4 dadurch, daß das Trennstück 5 aus den einzelnen Rahmen 6 ausgeführt ist, die die Möglichkeit geben, diese im Druckgußverfahren mittels hochleistungsfähiger Ausrüstung aus fluorhaltigen Stoffen herzustellen.

Die Ausführung des Trennstückes 5 in der Art von den angelenkten Rahmen 6, die eine Kette mit vorgegebener Länge bilden, gestattet es, die Aufwicklung der bandförmigen Halbzeugelektrode 4 und des Trennstückes 5 durch ein mechanisiertes Verfahren mit einer hohen Leistung durchzuführen.

Die Ausführung des Trennstöckes 5 aus den Rahmen 6, die durch Längs- und Querstreifen streifen von einer geringen Stärke mit den Erhebungen 10 beiderseits gebildet sind, sichert einen gleichmäßigen Spielraum zwischen den Nachbarwindungen der bandförmigen Halbzeugelektrode 4, unabhängig von seiner Stärke und Festigkeit und gleichzeitig verhindert sie nicht die Zirkulation der aktiven Lösungen zwischen den Windungen der bandförmigen Halbzeugelektrode 4.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Vorrichtung zum Tränken gesinterter Elektroden für alkalische Akkumulatoren, die einen Behälter mit aktiver Lösung enthält, in dem sich eine Aufhängung für die Halbzeugelektrode befindet, die in der Art eines Spulensatzes zur Aufwicklung des bandförmigen Halbzeugs auf jede Spule mit einem durch Trennstück gebildeten technologischen Spielraum zwischen den Windungen ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstücke (5) aus einzelnen angelenkten Rahmen (6) ausgeführt sind, die eine Kette mit vorgegebener Länge bilden und mit Erhebungen (10) beiderseits der Längs- und Querstreifen versehen sind, aus denen der Rahmen (6) besteht, wodurch die Zirkulation der aktiven Lösung zwischen den Windungen der bandförmigen Halbzeugelektrode (4) gesichert wird.