DE3142091C2 - Verfahren zur Herstellung einer stabilen Verbindung zwischen einem Elektrodengerüst aus einem metallisierten Faserkörper und einer Stromableiterfahne - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer stabilen Verbindung zwischen einem Elektrodengerüst aus einem metallisierten Faserkörper und einer StromableiterfahneInfo
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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.
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 (6)
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.
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