DE3142091A1

DE3142091A1 - "verfahren zur herstellung einer stabilen verbindung zwischen einem elektrodengeruest aus einem metallisierten faserkoerper und einer stromleiterfahne"

Info

Publication number: DE3142091A1
Application number: DE19813142091
Authority: DE
Inventors: Gábor Dr. 7000 Stuttgart Benczúr-Ürmössy; Claus 7012 Fellbach Schneider
Original assignee: Deutsche Automobil GmbH
Current assignee: Deutsche Automobil GmbH
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1981-10-23
Publication date: 1983-05-05
Also published as: GB2109410B; GB2109410A; DE3142091C2; FR2515431A1; US4439281A; FR2515431B1

Description

Deutsche Automobilgesellschaft mbH DAUG 81 /k

Stuttgart J EPT Dr.Am/gro

1^. Okt. 1981

Verfahren zur Herstellung einer stabilen Verbindung zwischen einem Elektrodengerüst aus einem metallisierten Faserkörper und einer Stromableiterfahne

Poröse metallische Körper werden z.B. als Träger der aktiven Masse in der Batterietechnik angewendet. Diese Trägergerüate werden mitteis bekannter Verfahren (Tränken, elektrochemische Abscheidung) mit der aktiven Masse imprägniert. Für Batterien mit derartigen Elektroden stellt sich die Aufgabe, den Strom aus dem Trägergerüst über eine Stromfahne (stromableiterblech) auf den Batteriepol zu leiten. Übliche Gerüstkörper aus gesintertem Metallpulver enthalten dazu einen Metallträger, der an einer Kante aus dem Sintergerüst herausragt. Als Träger werden Lochbleche, Streckmetall oder Metallnetze verwendet. An dem aus dem Sintergerüst überstehenden Teil des Trägers kann die Stromableiterfahne befestigt werden, z.B. durch elektrisches Punkt- oder Rollschweißen.

Wegen ihrer hohen Porosität eigenen sich metallisierte Faserkörper besonders gut als Elektrodengerüst, so weist ZeB. ein ElektrodengerUst aus einem metallisierten Filz ©ine Porosität von etwa 85$ auf. Der Elektrodengerüstkörper

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wird so hergestellt, daß auf einem elektrisch leitfähigen Textilkörper galvanisch eine genügend starke Metallauflage, z.B. as Ni oder Cu abgeschieden wird. Der leitfähige Textilkörper kann ein Filz oder Gewebe aus Kohlefasern sein oder ein Textil wie z.B. ein Filz, Gewebe oder Vlies, welches in bekannter Weise durch PVD bzw. CVD-Verfahren oder durch ein stromloses chemisches Verfahren vormetallisiert wird. (Vgl. dazu DE-PS 22 51 l60 und DE-PS 2h 18

Da die so hergestellten Gerüstkörper wegen ihrer guten Eigenstabilität und ihrer guten Stromleitung keinen Metallträger wie ein Streckmetall oder ein Lochblech benötigen, muß die Strorafahne direkt mit dem Stützgerüst verbunden werden. Wegen der hohen Porosität der Metallfasergerüste bereitet das Befestigen der Stromfahne durch Punkt- oder Rollnahtschweißen oder Nieten Schwierigkeiten, da während des Schweiß- bzw. Nietvorganges der Gerüstkörper an der Verbindungsstelle sehr stark verdichtet wird. Dabei besteht die Gefahr, daß Fasern im Verbindungsbereich brechen, wodurch die mechanische Stabilität der Verbindung und der Stromübergang verschlechtert werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die sichere Befestigung der Stromfahnen an den hochporösen Gerüstkörpern zu ermöglichen und gleichzeitig für einen geringen elektrischen Übergangswiderstand zu sorgen.

Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen beschriebene Verfahren gelöst.

Der Rand des Elektrodengerüstes wird durch eine galvanisch abgeschiedene Metallauflage verstärkt und an diesem Rand wird die Stromabieiterfahne befestigt.

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Der Rand eines fertigen Elektrodengerüstes wird zu diesem Zweck in der gewünschten Breite in ein Elektrolytbad getaucht und galvanisch metallisiert, bis er eine für die Befestigung der Stromableiterfahne ausreichende Stabilität besitzt. Das ist im allgemeinen der Fall, wenn im Bereich des Randes die Metallbelegung so gewählt wird, daß 10 bis 25# des Porenvolumens mit Metall gefüllt sind. Die Zusammensetzung galvanischer Bäder und die Technik des Galvanisierens ist wohlbekannt und Gegenstand zahlreicher Handbücher. Bevorzugt wird zur Verstärkung des Randes das Metall aufgetragen, das auch der übrige Gerüstkörper enthält.Es ist mitunter jedoch auch vorteilhaft, auf den Rand ein anderes Metall aufzutragen, das z.B. preiswerter als das Metall des Gerüstkörpers ist, oder um den Rand mit spezifischen Eigenschaften, z. B. verbesserter Verschweißbarkeit oder chemischer Resistenz zu versehen.

Der Rand des Gerüstkörpers wird in einer Breite, die das Befestigen der Stromableiterfahne zuläßt, galvanisch verstärkt. Dazu reicht im allgemeinen ein Randstreifen mit einer Breite von 0,3 bis 1,0 cm aus , wobei eine Verstärkung mit einer Breite von 0,3 cm dann zur Anwendung kommt, wenn als Stromableiterfahne ein Draht verwendet wird. Bei der Verwendung von Blechstreifen als Stromableiterfahne wird der Randstreifen breiter (etwa 0,5 cm und mehr) gehalten.

Zur Erzeugung des verstärkten Randes ist es nicht immer erforderlich, den Rand des Gerüstkörpers nachträglich galvanisch zu verstärken. Zur Herstellung des Gerüstkörpers •wird ein leitfähiger plattenförmiger Textilkörper galvanisch mit einer ausreichend starken Metallauflage versehen. Bei dem Galvanisieren einer Platte scheidet sich das Metall gewöhnlich nicht gleichmäßig über die Fläche verteilt ab. Vielmehr tritt an den Rändern der Platte eine

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Erhöhung der örtlichen Stromdichte auf, die wiederum an diesen Stellen eine erhöhte Metallbelegung hervorruft. Diese Erhöhung der örtlichen Stromdichte kann man sich zur Erzeugung eines galvanisch verstärkten Randes zunutze machen, da das Ausmaß der Erhöhung von der Geometrie des Galvanikbades, der Art des Elektrolyten und der Stromstärke abhängt. Diese Zusammenhänge sind allen Fachleuten wohlbekannt und z.B. in Dettner-Elze: Handbuch der Galvanotechnik, Band i/l S. 136 ff, C. Hanser Verlag, München 1963) beschrieben. Vernickelt man z.B. einen frei im Bad (mit Abstand zu den Vänden) aufgehängten 4,5 nun dicken Filz mit den Abmessungen 36 χ ^O cm , so erhält man bei einer durchschnittlichen Nickelbelegung in der Flächenmitte von 240 mg/cm durch den Kanteneffekt an den Rändern eine örtliche Nickelbelegung von etwa 800 mg/cm . Diese erhöhte Belegung konzentriert sich im wesentlichen auf einen von der Plattenaußenkante aus gemessenen 0,5 bis 1 cm breiten Streifen. Etwa 2 cm vom Rand entfernt stellt sich bereits wieder die Durchschnittsbelegung der Platte ein.

Dieser stark vernickelte Rand der Gerüstplatte kann ausgenutzt werden, um an das Metallfasergerüst die Stromfahne anzubringen.

Es ist ferner möglich, zunächst eine verhältnismäßig große Platte mit einer Randverstärkung zu versehen und diese Platte dann in kleinere Trägergerüste zu teilen. Dazu wird die größere Platte vorteilhafterweise so geteilt, daß jedes kleinere Gerüst mindestens einen verstärkten Rand aufweist, an dem dann die Stromableiterfahne befestigt wird.

Die Befestigung der Stromableiterfahne kann so erfolgen, daß die Stromableiterfahne seitlich an den verstärkten

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Rand der Platte angesetzt wird, wobei sie das Gerüst in gewünschter Breite, z.B. um etwa 5 nun überlappt. Die Verbindung von Fasergerüst und Stromfahne kann ohne Schwierigkeiten durch Punkt- oder Rollnahtschweißen oder Nieten, mitunter auch durch Löten, hergestellt werden, da durch die erhöhte Metallauflage in der Verbindungszone des Metallfasergerüstes eine zu starke Verdichtung des Gerüstes und damit das Brechen der Fasern verhindert werden. Die Stromfahne kann außerdem so angebracht werden, daß der verstärkte Rand der Platte ca. 5 nun tief längs eingeschlitzt wird und in diesen Spalt das Stromableitblech eingesetzt wird. Die Verbindung erfolgt dann gleichfalls durch Schweißen, Nieten oder Löten. Als Verbindungstechnik wird im allgemeinen Schweißen und Nieten bevorzugt.

Beispiel; Eine 2 mm dicke kO χ kO cm große Platte, bestehend aus Kohlefaserfilz, wird in einem galvanischen Nickelbad innerhalb von 10 Stunden mit einer Nickelauflage von 100 mg/cm versehen, dabei werden praktisch alle Fasern mit Nickel ummantelt. Aus der Mitte der Platte wird ein I^ x 1^+ cm großes Stück ausgeschnitten und zwecks Randverstärkung mit einer Kante bis zu einerTiefe von 0,5 cm in ein Nickelbad getaucht. Das eingetauchte Ik χ 0,5 cm große Teilstück wird innerhalb von 30 Minuten mit einem Strom von 2,8 A vernickelt und damit verstärkt. Die Bele

gung in dem behandelten Randbereich beträgt jetzt

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etwa 300 mg/cm , etwa 17% des Porenvolumens wird

mit Nickel gefüllt. Nach Waschen und Trocknen wird an die Platte eine Nickelfahne aus 1,0 mm Blech durch Punktschweißen befestigt. Dabei über

lappen sich Platte und Fahne auf Ik cm Länge und 0,5 nun Breite.

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Bei einer Belastung mit einer Biegespannung von Cr'jj = 890 N/cm² bracl
Punktschweißzone ab.

= 890 N/cm brach die Fahne im Bereich der

Vergleichsbeispiel:

Das Beispiel wurde wiederholt, jedoch wurde der ^O Rand der Platte vor dem Befestigen der Nickelfahne nicht galvanisch verstärkt. Die Nickelfahne brach bereits bei einer Belastung mit & = 190 N/cm² ab.

Claims

Deutsche Automobilgesellschaft mbH DAUG 81 /k

Stuttgart EPT Dr.Am/gro

Ii*. Okt. 1981

Patentansprüche

/\ Ii Verfahren zur Herstellung einer stabilen Verbindung zwischen einem Elektrodengerüst aus einem metallisierten Faserkörper und einer Stromabieiterfahne, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand des Elektrodengerüstes durch eine galvanisch abgeschiedene Metallauflage verstärkt wird und die Stromableiterfahne an diesem Rand befestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Rand auf einer Breite von 0,3 bis 1,0 cm verstärkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß im Randbereich eine Metallbelegung von 10 bis 25% des Porenvolumens erzielt wird.

k. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Verstärkung des Randes gleichzeitig mit der galvanischen Herstellung des Elektrodengerüstes erfolgt,

I/

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5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis k,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabieiterfahne durch Schweißen oder Nieten an dem verstärkten Rand befestigt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5»

dadurch gekennzeichnet , daß der verstärkte Rand geschlitzt und die Stromableiterfahne in dem entstandenen Spalt gefestigt wird.