DE3142091C2

DE3142091C2 - Verfahren zur Herstellung einer stabilen Verbindung zwischen einem Elektrodengerüst aus einem metallisierten Faserkörper und einer Stromableiterfahne

Info

Publication number: DE3142091C2
Application number: DE3142091A
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: 1984-05-30
Also published as: GB2109410A; FR2515431B1; FR2515431A1; DE3142091A1; GB2109410B; US4439281A

Abstract

Elektrodengerüste aus metallisierten Faserkörpern, z.B. metallisiertem Filz, haben den Vorteil, aufgrund ihrer Eigensteifigkeit kein eingebautes Stützgerüst zu benötigen. Die Befestigung der Stromableiterfahnen an einem derartigen Elektrodengerüst ist jedoch schwierig, da das Gerüst an der Befestigungsstelle leicht mechanisch geschädigt wird. Diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß der Rand des Elektrodengerüstes in einer Breite von 0,3 bis 1 cm durch eine galvanisch abgeschiedene Metallauflage verstärkt wird. Die Verstärkung des Randes kann gegebenenfalls auch gleichzeitig mit der galvanischen Herstellung des Elektrodengerüstes erfolgen. An dem verstärkten Rand kann die Stromableiterfahne ohne Schwierigkeit befestigt werden.

Description

Poröse metallische Körper werden z. B. als Träger der aktiven Masse in der Batterietechnik angewendet. Diese Trägergerüste werden mittels 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 eignen sich metallisierte Faserkörper besonders gut als Elektrodengerüst, so weist z. B. ein Elektrodengerüst aus einem metallisierten Filz eine Porosität von etwa 85% auf. Der Elektrodengerüstkörper wird so hergestellt, daß auf einem elektrisch leitfähigen Textilkörper galvanisch eine genügend starke Metallauflage, z. B. aus 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 strom- bo loses chemisches Verfahren vormetallisiert wird. (Vgl. dazu DE-PS 22 51 160 und DE-PS 24 18 742.)

Da die so hergestellten Gerüstkörper wegen ihrer guten Eigenstabilität und ihrer guten Stromleitung keinen Metallträger wie ein Streckmetall oder ein Loch- μ blech benöligen, maß die Stromfahne 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 Eiektrodengerüstes wird durch eine galvanisch abgeschiedene Metallauflage verstärkt und an diesem Rand wird die Stromableiterfahne befestigt.

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 Galvanisieren 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 Verschwelßbarkeit 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 03 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 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. Hänser Verlag, München (1963) beschrieben. Vernickelt man z. B. einen frei im Bad (mit Abstand zu den Wänden) aufgehängten 4,5 mm dicken Filz mit den Abmessungen 36 · 40 cm², so erhält man bei einer durchschnittlichen Nickelbelegung in der Flächenmitte von 240 mg/cm² durch den Kanteneffekt an den Rändern eine örtliche Nickelbelegung von etwii 800 mg/cm². 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 Stromabieiterfahne kann so erfolgen, daß die Stromabieiterfahne seitlich an den verstärkten Rand der Platte angesetzt wird, wobei sie das Gerüst in gewünschter Breite, z. B. um etwa 5 mm 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 mm 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 40 · 40 cm² große rMatte, bestehend aus Kohlefaserfilz, wird in einem galvanischen Nickelbad innerhalb von 10 Stunden mit einer Nickelauflage von 100 mg/cm² versehen, dabei werden praktisch alle Fasern mit Nickel ummantelt. Aus der Mitte der Platte wird ein 14 ■ 14 cm² großes Stück ausgeschnitten und zwecks Randverstärkung mit einer Kante bis zu einer Tiefe von 0,5 cm in ein Nickelbad getaucht. Das einge- || tauchte 14-0,5 cm² große Teilstück wird innerhalb von

|i 30 Minuten mit einem Strom -»on 2,8 A vernickelt und pf! damit verstärkt. Die Belegung in dem behandelten I* Randbereich beträgt jetzt etwa 300 mg/cm², etwa 17% J^-J₁ des Porenvolumens wird mit Nickel gefüllt. Nach Wa-

fVJ sehen und Trocknen wird an die Platte eine Nickelfahne ■!| aus 1,0 mm Blech durch Punktschweißen befestigt. Da- fi bei überlappen sich Breite und Fahne auf 14 cm Länge Iß und 0,5 mm Breite.

.*; Bei einer Belastung mit einer Biegespannung von

' Ob = 890 N/cm² brach die Fahne im Bereich der Punktschweißzone ab.

",

>; Vergleichsbeispiel

^i Das Beispiel wurde wiederholt, jedoch wurde der

!| Rand der Platte vor dem Befestigen der Nickelfahne

Iv nicht galvanisch verstärkt. Die Nickelfahne brach be-

ja reits bei einer Belastung mit Ob = 190 N/cm² ab.

Claims

Patentansprüche:

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

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand auf einer Breite von 03 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 erzieh wird.

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

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableiterfahne 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 befestigt wird.