DE3038440A1

DE3038440A1 - Elektrode fuer bleiakkumulatoren

Info

Publication number: DE3038440A1
Application number: DE19803038440
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Chem. Dr. Aumayer; Siegfried 3200 Hildesheim Ziegler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-10-11
Filing date: 1980-10-11
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE3038440C2

Description

Elektrode für Bleiakkumulatoren
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Elektrode für Bleiakkumulatoren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Elektrode bekannt (CH-PS 487 515, CH-PS 493 106), bei der in der elektrochemisch aktiven Masse aus thermoplastischem Kunststoff bestehende Fasern enthalten sind, welche zur Verbesserung des Zusammenhalts der elektrochemisch aktiven Masse im Masseträger dienen; hierbei zeigte sich jedoch, daß die Verbindung der Fasern mit der aktiven Masse nicht in jedem Falle ausreichend war. In den vorstehend benannten schweizer Patentschriften werden als Mittel zur Verbesserung dieser Verbindung zwischen Fasern und elektrochemisch aktiver Masse Über züge der Fasern (Ligninsulfonat) genannt; als Fasermaterial wird Polyäthylen und Polypropylen erwähnt.
Weiterhin ist es bekannt (DE-OS 20 46 014), bei mit Fasern vermischt er elektrochemisch aktiver Masse für Bleiakkumulatoren-Elektroden die auf der Oberfläche der Elektroden befindlichen Fasern zu erschmelzen und derart zu verformen, so daß sie infolgedessen eine bessere Verankerung mit der elektrochemisch aktiven Masse erhalten.
Aus der DE-OS 26 58 493 ist außerdem bekannt, daß bei Zugabe von Polytetrafluoräthylen-Pulver zur elektrochemisch aktiven Masse von Bleiakkumulatoren die Zyklen-Lebensdauer der positiven Elektroden und die Niederstrom- und Kältehochstrom-Ausbeute der negativen Elektroden verbessert wird; in der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß der Zusammenhalt der Masse im Gitter nur dann befriedigt, wenn der elektrochemisch aktiven Masse zusätzlich noch Fasermaterial beigemengt ist.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Elektrode für Bleiakkumulatoren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die in die elektrochemisch aktive Masse einzubettenden thermoplastischen Kunststoff-Fasern keines besonderen Überzugs und keiner besonderen Wärmebehandlung bedürfen, um der elektrochemisch aktiven Masse einem festen Zusammenhalt zu geben; die Zugabe der Fasern zur aktiven Masse kann auf herkömmliche Art erfolgen, d.h., als Komponente zur Einstreichpaste.
Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß bei Zugabe derartiger Fasern bei den positiven Elektroden die Zyklenlebensdauer und bei den negativen Elektroden die Niederstrom- und Kältehochstrom-Ausbeute mindestens um den gleichen Prozentsatz verbessert wird wie bei Zugabe von Polytetrafluoräthylen-Pulver, jedoch keine zusätzlichen Faserzugaben notwendig sind; preislich liegen außerdem beispielsweise bei Verwendung von Polypropylen-Fibriden die Kosten bei nur etwa 10 % der Kosten von entsprechender Zugabe von Polytetrafluoräthylen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Elektrode für Bleiakkumulatoren möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäß zugegebenen Fasern noch hydrophiliert sind, was noch eine weitere um etwa 10 Punkte verbesserte Zyklenlebensdauer und Stromausbeute mit sich bringt.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der. nachfolgenden Beschreibung näher erläutert; die Figur zeigt eine plattenförmige Elektrode für Bleiakkumulatoren im Teilschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die in der Figur dargestellte plattenförmige Elektrode für Bleiakkumulatoren besitzt ein Bleigitter als Masseträger 10, der aus einem Rahmen 11, Querstegen 12, Längsstegen 13 und einer am Rahmen 11 angeformten Anschlußfahne 14 besteht. Die vom Rahmen 11 und den Stegen 12, 13 gebildeten Zwischenfelder 15 sind mit der elektrochemisch aktiven Masse 16 gefüllt; diese elektrochemisch aktive Masse 16 besteht in bekannter Weise in der Hauptsache aus Bleioxiden, Wasser, Schwefelsäure und Zuschlagstoffen (z.B. Lignin, Kohlenstoff, Fasermaterial) und wird üblicherweise in Form einer Paste in den gitterförmigen Masseträger 10 eingebracht. Anstelle eines gitterförmigen Masseträgers 10 aus Blei sind auch solche bekannt, die nur teilweise aus einem elektrolytbeständigen Metall bestehen und deren andere Teile aus Kunststoff bestehen.
In der elektrochemisch aktiven Masse 16 sind erfindungsgemäß aus thermoplastischem Kunststoff bestehende, elektrolyt- und oxidationsbeständige Fasern 17 enthalten, die eine zersplissene und verzweigte Struktur haben und vorzugsweise Fibride sind. Unter Fibriden versteht man in Längsrichtung hochoiientierte Fäserchen mit zellstoffähnlicher Gestalt von bis zu einigen Millimetern Länge; sie haben eine stark verästelte Struktur mit unterschiedlicher Tringe und unregcl#näi?>igcm Durchmesser. Wie im Elektronenmikroskop erkenntlich ist, haben die Fibride durchgehende, in Strömungsrichtung verlaufende Fibrillen, die lateral mit scheibenförmigen Gebilden besetzt sind und dadurch an einen Schaschlikspieß erinnern; in Fachkreisen wird diese Struktur "Shish-Kebab" (arabisches Wort für Schaschlik) genannt. Die genannten Fasern, einschließlich der Fibride 17 zeichnen sich durch eine hervorragende Verankerung in der aktiven Masse 16 aus, wodurch die Schüttelfestigkeit mit solchen Fasern 17 versehener aktiver Masse 16 bei der Herstellung von Bleiakkumulatoren und auch während der späteren Lebensdauer äußerst günstig beeinflußt wird. Mittels diesen gut in der aktiven Masse 16 verankerten Fasern 17 wird auch der Zusammenhalt der Masse 16 während der Lade- und Entladevorgänge in einer Batterie äußerst vorteilhaft beeinflußt, während der ja bekanntlich Wasserstoff- und Sauerstoffgase in den Elektroden entwickelt werden und sich das Volumen der aktiven Masse 16 ändert.
Die diesbezüglichen Fasern 17, die bevorzugt aus Polyäthylen bzw. Polypropylen bestehen, können der elektrochemisch aktiven Masse 16 in einer Menge bis zu einem Gewichtsprozent zugegeben werden, wobei die Gewichtsprozente auf die Summe von aktiver Masse, Zuschläge und Fasern bezogen sind. Werden diese Fasern 17 der positiven aktiven Masse 16 in einer Menge zwischen 0,03 bis 1,0 Gew.% zugegeben, so wird die Zyklenlebensdauer derartiger Elektroden um mindestens 40 % gegenüber der Zyklenlebensdauer von Bleiakkumulatoren ohne Faserzugabe verbessert; die bevorzugte Zugabemenge an solchen Fasern 17 zur positiven aktiven Masse 16 liegt zwischen 0,1 bis 0,15 Gew.%.
Werden die genannten Fasern 17 der negativen, elektrochemisch aktiven Masse 16 in einer Menge bis zu 0,5 Gew.% hinzugefügt, so hat das zur Folge, daß die Niederstrom- und Kältehochstrom-Ausbeute dieser Masse 16 erheblich verbessert wird: Bei der Zugabe von 0,03 bis 0,05 Gew.% dieser Fasern 17 wird die Niederstromkapazität der Elektrode um etwa 10 % und die Kältehochstromausbeute gleichzeitig um etwa 30 % erhöht.
Die Verankerung dieser Fasern 17 in der aktiven Masse 16 und die Verbesserung der Zyklenlebensdauer sowie der Niederstrom- und Kältehochstrom-Ausbeute kann noch um weitere 10 Punkte verbessert werden, wenn die Fasern 17 hydrophiliert sind; das Hydrophilieren von derartigen Fasern 17 erfolgt nach bekannten Verfahren und hat das Ziel, die Fasern mit Wasser nicht nur benetzbar, sondern insbesondere auch dispergierbar und mit anderen hydrophilen Stoffen (Rezepturbestandteilen) mischbar zu machen. Aufgrund dieser Eigenschaften sind diese Fasern 17 anläßlich des herkömmlichen Herstellprozesses von elektrochemisch aktiver Masse 16 problemlos den anderen Rezepturbestandteilen der aktiven Masse 16 beizumengen.

Claims

Ansprüche 1/ Elektrode für Bleiakkumulatoren, die sich im wesentlichen aus einem zumindest teilweise elektrisch leitfähigem Masseträger und von diesem Masseträger gehaltener, elektrochemisch aktiver Masse zusammensetzt, die zum Großteil aus Bleioxid besteht und aus thermoplastischem Kunststoff bcstcbende, eiektroiyt- und oxidationsbeständige Fasern enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (17) eine zersplissene und verzweigte Struktur haben, vorzugsweise Fibride sind.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (17) hydrophiliert sind.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (17) aus Polyäthylen bzw.

Polypropylen bestehen.
4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Masse (16) bis zu 1 Gew.

Fasern (17) mit zersplissener und verzweigter Struktur, vorzugsweise Fibride enthält, wobei die Gewichtsprozente auf die Summe von Bleioxid, Zuschläge und Fasern (17) bezogen sind.
5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die positive, elektrochemisch aktive Masse (16) 0,03 bis 1,0 Gew.%, vorzugsweise jedoch 0,1 bis 0,15 Gew.% Fasern (17) mit zersplissener und verzweigter Struktur, vorzugsweise Fibride enthält, wobei die Gewichtsprozente auf die Summe von Bleioxid, Zuschläge und Fasern (17) bezogen sind.
6. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die negative, elektrochemisch aktive Masse (16) bis zu 0,5 Ges.%, vorzugsweise jedoch 0,03 bis 0,05 Gew.% Fasern (17) mit zersplissener und verzweigter Struktur, vorzugsweise Fibride enthält, wobei die Gewichtsprozente auf die Summe von Bleioxid, Zuschläge und Fasern (17) bezogen sind.