DE2757569A1

DE2757569A1 - Elektrode fuer alkalische akkumulatoren

Info

Publication number: DE2757569A1
Application number: DE19772757569
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bundfuss; Siegfried Dickfeldt; Bernhard Falke; Karl-Georg Dipl Phys Dr Horn; Wolfgang Ing Grad Knabenbauer; Walter Lach; Juergen Dipl Chem Dr Woidt
Original assignee: VARTTA BATTERIE AG
Current assignee: VARTTA BATTERIE AG
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE2757569C2; SE7810392L; FR2412953B1; FR2412953A1

Description

Reg.-Nr. HP 414-DT 6233 Kelkheim, 16. Dez. 1977

EAP-Dr. Ns/Mar 2757569

VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51

Elektrodenplatte für alkalische Akkumulatoren

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenplatte für elektrische Akkumulatoren mit alkalischem Elektrolyten, die an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten mit einem den Rand der Platte einfassenden U-förmigen Rahmen versehen ist.

Alkalische Hochleistungsakkumulatoren, z.B. des Systems Ni/Cd, enthalten meistens viele relativ dünne Elektroden mit Dicken von etwa 0,4 ram bis 1,0 mm. Die Elektroden entgegengesetzter Polarität sind durch Separatoren voneinander getrennt. Als solche dienen im allgemeinen Gewebe oder auch Vliese mit Dikken zwischen 0,2 mm und 0,5 mm. Die positiven Elektroden sind meistens als Sinterplatten ausgeführt. Sie bestehen aus einem hochporösen, beidseitig auf einen Metallträger, beispielsweise ein Gewebe, Streckmetall oder Lochblech, bei etwa 900° C bis 1100° C aufgesinterten Kuchen aus feinkörnigem Nickelpulver. In diestn porösen Kuchen wird die elektrochemisch wirksame aktive Masse nach einem der bekannten Verfahren, beispielsweise durch chemische oder elektrochemische Imprägnierung, galvanische Abscheidung und dergleichen, eingebracht. Die negativen Elektroden bestehen zwar ebenfalls oft aus Sinterplatten, einige Hersteller bevorzugen jedoch Preßplatten. Bei diesen ist die "aktive Kasse" in einem Metallträger aus Gewebe, Streckmetall oder gelochtem Blech einpastiert, gepreßt, gewalzt oder

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elektrolytisch abgeschieden.

Sinterelektroden wie auch Preßelektroden benötigen ein derartiges, wenn auch äußerst dünnes Trägermaterial, einmal wegen der notwendigen mechanischen Stabilität, zum anderen zum Anbringen einer Stromzuführung bzw. -ableitung.

Werden derartige Elektroden aus einer großflächigen Sinteroder Preßplatte oder einem Endlosband beider Typen ausgestanzt oder ausgeschnitten, so kommt es sehr oft zu Masse-Ablösungen an den Schnittkanten, so daß an den Elektrodenrändern Teile des besagten Trägermaterials in Form von Drahtspitzen bei metallischen Geweben oder angeschnittenen Stegen oder Stanzgraten bei Streckmetallen oder gelochten Blechen hervortreten. Sxe sind eine der hauptsächlichen Ursachen für Zellen-Kurzschlüsse, indem sie durch die weiche und dünne Separation dringen und Kontaktbrücken zwischen Elektroden entgegengesetzter Polarität bilden.

Besonders bei der eingangs erwähnten Ausführung mit vielen dünnen Elektroden besteht wegen des extrem geringen Plattenabstandes (Abstand ■ Scheiderdicke) diese Gefahr in erhöhtem Maße. Es werden deshalb seitens der meisten Hersteller Maßnahmen getroffen, die die Kurzschluß-Risiken vermindern sollen. So wird beispielsweise versucht, die Schnittkanten vor der Elektroden-Imprägnierung und dem Stanzen oder Schneiden durch eine Prägung zu verfestigen. Auch ist bekannt, die Schnittkanten im Nachhinein durch Bestreichen mit Harten oder Lacken zu versteifen. In der DT-PS 1 028 181 wird ein Verfahren beschrieben, nach dem an Preßelektroden schon im Zuge der Herstellung, beim Verpressen des Pulvers, eine Randeinfassung angebracht werden kann. Ähnliche Randeinfassungen sind auch der DT-PS 904 200 zu entnehmen.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Sinter- und Preßelektroden ist im Bereich der Stromableitung zu suchen. Die Stromübertragung erfolgt vom oberen Elektrodenrand aus. Insbesondere bei

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größeren Elektroden entstehen dabei erhebliche .Spannungsabfälle über die Elektrodenlänge. Aufgrund der ungleichmäßigen Stromverteilung arbeiten ganze Bezirke in den unteren Plattenregionen nur mit vermindertem Wirkungsgrad. Verringerte Kapazitäten, insbesondere im Hochstrombereich, sowie schlechte Spannungslaoen sind die Folgen. Diese Nachteile sind besonders dann sehr groß, wenn als Fahnenraaterial gleichzeitig angestanzte Teile des mit gewöhnlich 0,1 bis 0,2 mm sehr dünnen Trägers dienen. In vielen Fällen versucht man deshalb, die Spannungsabfälle durch zusätzliche, auf den oberen Elektrodenrand aufgeschweißte oder aufgepunktete Ableiterfahnen zu reduzieren. Von der Randbefestigung wird darüber hinaus die Separation beeinflußt; denn bei der üblichen Separation, bei der das dünne Scheidermaterial mäanderförmig um die Längskanten der Elektrodsn geführt wird, ist oft ein Einschneiden des freigelegten Trägermaterials in die Separation die Folge.

Abgesehen davon jedoch, daß die bekannten Randeinfassungen zusätzliche Bauelemente und zusätzliche Bearbeitungsgänge erfordern, kann durch solche Methoden das Ablösen von Masseschichten aus den Randpartien nicht zuverlässig verhindert werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die aufgeführten Nachteile herkömmlicher Elektrodenplatten mit U-förmigen Rahmen sowohl bezüglich der Schnittkanten als auch der Stromableitung zu beseitigen.

Die Aufuabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der U-förmige Rahmen aus dem Trägermaterial der Elektrode selbst oder aus den Schenkeln eines mit der Elektrode verbundenen Fahnenableiters gebildet ist.

Anhand von Figuren sei der Erfindungsgegenstand durch einige vorzugsweise Ausführungsformen verdeutlicht.

Figur 1 zeigt in der Draufsicht einen Elektroden-Zuschnitt.

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Auf ein metallisches, gelochtes Trägermaterial 1 mit dem ungelochten Randstreifen 2 ist beidseitig eine hochporöse Nickelscnicht 3 aufgesintert. In diese ist die aktive Masse nach einem der bekannten Verfahren eingebracht. Das Trägermaterial kann statt aus gelochtem Blech auch aus Streckmetall mit ungestreckten Randpartien bestehen.

Nach der Erfindung können nun die ungelochten Randstreifen U-förmig abgewinkelt werden, wie es Figur 2 im Schnitt zeigt. Dadurch entsteht an den Elektroden-Längsseiten in Gestalt der völlig glatten U-Profile 4 eine Rahmung, die z.B. ein Einschneiden der Elektroden in eine mäanderförmig um ihre Längsseiten gelegte Separation wirksam verhindert.

Nach der Erfindung werden dann in die an den Elektroden-Längsseiten entstandenen U-Profile 4 die Schenkel 6 eines entsprechend zugeschnittenen und dimensionierten Fahnenableiters 5 eingeschoben. Figur 3 zeigt die nunmehr entstandene Elektrode mit besagtem Fahnenableiter. Um eine feste Verbindung des Fahnenableiters mit der Elektrodenplatte zu erreichen, werden die U-Profile 4 zur gleichzeitigen Dickenkalibrierung auf die Fahnenableiterschenkel 6 gepreßt und zweckmäßigerweise durch Schweißen (Punkt- oder Rollenschweißen) verfestigt. Je nach Erfordernissen können die Fahnenableiterschenkel 6 die gesamte Elektroden-Längsseite über die U-Profile 4 kontaktieren, sie dürfen aber auch wesentlich kürzer sein, so daß nur der obere Teil der Randprofile erfaßt wird. Auch können die beiden Schenkel 6 unterschiedlich lang sein. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Schenkellängen nicht kürzer als 25 % der gesamten Elektrodenlänge zu machen.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist, wie dies Figur 4 zeigt, in die U-Profile ein die gesamte Elektrode allseitig umschließender Ableiter-Rahmen 7 eingeschoben.

Auch können, wie in Figur 5 dargestellt, die U-förmigen Plat-

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ter.rä'icer nicht nur der Kontakte erung über einen Fahnenableiter, sondern auch gleichzeitig als Halterung für entsprechend ausgebildete starre und profilierte Schneiderplatten, z.B. der üblichen gelochten PVC-Platten, Rippenscheider oder Sinterscheider dienen. Die Scheiderplatten 8 müssen zu diesem Zweck mit RandvorSprüngen 9 ausgestattet sein, welche in die U-Proj'ile 4 eingreifen können. Für die Herstellung von bereits vorkomplettierten separierten Elektrodenplatten ist dies von besonderem Vorteil.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die je nach den fertigungstechnischen Möglichkeiten Anwendung findet, ist in Figur 6 dargestellt. Dabei erhält die Elektrodenplatte ihre Rahmung in Gestalt von U-Profilen 10 nicht aus dem eigenen Trägermaterial heraus, sondern durch entsprechende Faltung der - in diesem Falle breiter zugeschnittenen - Schenkel 6 des Fahnenableiters 5. Die Randstreifen 2 der in die U-Profile 10 eingelegten Elektrode sind dann glatt und durch Pressen, Schweißen oaer einer Kombination von beiden mit den U-Profilen 10 fest verbunden.

Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung wird nicht nur die Kuizschlußgefahr durch Stanzgrate sowie Masseauslösungen am Rand zuverlässig beseitigt, es wird vor allem durch die beidseitige Stromableitung an den Längsseiten der Elektrode der Spannungsabfall insbesondere über die Elektrodenlänge entscheidend reduziert.

Dies zeigten Vergleichsmessungen an Elektrodenplatten nach der Erfindung, bei denen die Schenkel der Fahnenableiter verschiedene Längen besaßen, und an Elektrodenplatten mit in üblicher Weise befestigten Fahnen. Die Ableiterfahnen waren mit Ausnahme einer angeschweißten Zusatzfahne von 0,25 mm Stärke ebenso wie das Trägerband 0,1 mm dick. Aus den Zahlenwerten der nachstehenden Tabelle ist zu ersehen, daß der Spannungsabfall in mV am Trägermaterial (diagonal gemessen) je nach

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Schenkellänge um etwa die Hälfte gegenüber dem bekannter Elektroden gesenkt werden konnte, wobei der die Platten durchfließende Strom 50 A betrug.

Angestanzte Fahne 0,1 mm 510 mV Angeschweißte Zusatzfahne 0,25 mm 400 mV Ableiter nach .der Erfindung

Schenkellänge 35 mm 285 mV

Schenkellänge 70 mm 265 mV

Schenkellänge 140 mm 220 mV

Aus fertigungstechnischer Sicht ist die erfindungsgemäße Rahmung noch dadurch besonders vorteilhaft, daß sie lediglich aus Verformungen von ohnehin notwendigen Elektrodenbestandteilen, nämlich des Elektrodentragers oder des Fahnenableiters, hervorgeht, mithin kein zusätzliches Bauteil mit einer Eigenfunktion darstellt.

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Claims

Reg.-Nr. HP 414-DT 6λ3Δ KelKbeini, 16. Dez. 1977 EAP-Dr.Ns/Mar VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51 Patentansprüche

1.1 Elektrodenplatte für elektrische Akkumulatoren mit alka- ^^ Iischem Elektrolyten, die an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten mit einem den Rand der Platte einfassenden U-förmigen Rahmen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ü-förmige Rahmen (4, 10) aus dem Trägermaterial (1) der Elektrode selbst oder aus den Schenkeln (6) eines mit der Elektrode verbundenen Fahnenableiters (5) gebildet ist.

2. Elektrodenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (6) des Fahnenableiters (5) über mindestens 1/4 der Elektrodenlängsseiten durch Schweißen oder Pressen mit dem Elektrodenrand elektrisch und mechanisch fes'u verbunden sind.

3. Elektrodenplatte nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (6) des Fahnenableiters (5) zu einem die Elektrode allseitig umgebenden Rahmen geschlossen sind.

4. Elektrodenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (6) des Fahnenableiters (5) als Halterung für die Separatoren ausgebildet sind.

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ORIGINAL INSPECTED