DE3300407C2

DE3300407C2 - Lamellenelektrode für alkalische Akkumulatoren und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE3300407C2
Application number: DE3300407A
Authority: DE
Inventors: Michail Borisovi&ccaron; &Scaron;apot; Ilya Lvovi&ccaron; &Scaron;nitkind; Boris Isakovi&ccaron; Leningrad Fi&scaron;man; Sergei Sergeevi&ccaron; Leningrad Filatov; Georgij Konstantinovi&ccaron; Leningrad verstorben Golobokov; Tamara Beniaminovna Kasian; Nikolaj Aleksandrovi&ccaron; Stepanov; Tamara Konstantinovna Teplinskaja; Boris Ivanovi&ccaron; U&zcaron;inov; Evgenia Nikolaevna Yarochkina
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-01-07
Filing date: 1983-01-07
Publication date: 1987-04-30
Also published as: DE3300407A1

Abstract

Die Erfindung betrifft den Bereich der elektrotechnischen Industrie. Die Lamellenelektrode gemäß der Erfindung enthält auf eine Metalltrennwand (Grundfläche) aufgepreßte aktive Masse, die zwischen an den Seitenkanten verbundenen, gelochten Metallbändern untergebracht ist, sowie aus einem stromleitenden Werkstoff hergestellte Befestigungsmittel, die durch die gelochten Metallbänder, die aktive Masse und die Metalltrennwand hindurchlaufen. In die aktive Masse und die gelochten Metallbänder sind profilierte Rillen eingepreßt. Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrode umfaßt die Bereitung der aktiven Masse, die Fertigung der gelochten Metallbänder, das Aufbringen der aktiven Masse auf die Metallgrundfläche und die Verdichtung derselben mindestens bis auf einen Wert, der eine Abbröckelung der aktiven Masse von der Metallgrundfläche ausschließt, die Verbindung der Seitenkanten der gelochten Metallbänder mit Ausbildung eines ausgedehnten Halbzeuges, die Umpressung des Halbzeuges mit Einpressung von profilierten Rillen in dieses, das Durchstoßen des Halbzeuges mit den Befestigungsmitteln aus einem stromleitenden Werkstoff, die Zerlegung des Halbzeuges in Platten und die Umrandung der Platten an der Trennstelle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lamellenelektrode für alkalische Akkumulatoren, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Lamellenelektrode.

Lamellenelektroden für alkalische Akkumulatoren, bei denen die aktive Masse zwischen zwei gelochten Metallblechen eingeschlossen ist und in ihrem Inneren eine metallische Einlage umschließt, sind aus der DE-PS 6 69 791 und aus der GB-PS 4 19 183 bekannt. Dabei sind für die Ausbildung der in der aktiven Masse eingeschlossenen Einlage verschiedene Formen vorgesehen, und insbesondere kann diese Einlage ein gelochtes Blech oder ein metallisches Netz sein. Die Lamellenelektroden gemäß der GB-PS 4 19 183 weisen eine ebene Oberfläche auf, während gemäß der DE-PS 6 69 791 auch eine Profilierung der Oberfläche der die aktive Masse umschließenden gelochten Metallbleche und der aktiven Masse selbst vorgesehen sein kann.

Weiter ist aus der FR-PS 3 19 528 ein Elektrodenaufbau für Bleiakkumulatoren bekannt, bei dem die auf eine Platte mit gitterartig ausgebildeten Vorsprüngen aufpastierte aktive Masse in den Taschen zwischen diesen Vorsprüngen durch ein Metallnetz festgehalten wird, das seinerseits mit Hilfe von Nieten auf der Platte befestigt ist, die jeweils in die Kreuzungspunkte der gitterartigen Vorsprünge eingelassen sind.

Ausgehend von diesem Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, auf dem sich Lamellenelektroden für alkalische Akkumulatoren herstellen lassen, die sich durch ein vermindertes Aufquellen der aktiven Masse, eine Vergrößerung der elektrischen Kapazität der Elektrode, eine Herabsetzung des elektrischen Widerstandes im Laufe der gesamten Lebensdauer und eine verlängerte Lebensdauer der Elektrode überhaupt auszeichnen, wobei außerdem der Arbeitsaufwand für die Fertigung vermindert und eine gute Fertigungsgerechtigkeit gewährleistet sein soll.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Lamellenelektrode, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist, bzw. durch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Elektrode, wie es im Patentanspruch 13 definiert ist.

Die Ausführung der Lamellenelektrode mit einer Trennwand in Form einer Öffnungen aufweisenden metallischen Einlage, die zwischen die gelochten Metallbänder eingesetzt wird und auf die die aktive Masse aufgepreßt ist, wobei diese mindestens bis auf einen Wert verdichtet wird, bei dem sie sich auf der Einlage ohne Abbröckeln festhält, gestattet es, die Menge der in der Elektrode unterzubringenden aktiven Masse zu vergrößern und auf diese Weise die elektrische Kapazität der Elektrode zu erhöhen. Außerdem wird infolge der Verwendung der Einlage mit Öffnungen die Möglichkeit zur Verdichtung der aktiven Masse auf dieser bis auf den beliebigen erforderlichen Dichtigkeitsgrad erreicht, was es gestattet, die elektrische Kapazität der Elektrode ohne Änderung von deren volumenbezogenen Kenndaten zu variieren, und es ermöglicht, im Laufe der Herstellung der Elektrode die aktive Masse ohne Abbröckeln derselben von der Einlage auf beliebige, durch die technologische Linie bedingte Abstände leicht zu verschieben. Die Einlage erhöht die Festigkeit der Elektrode, setzt deren elektrischen Widerstand herab und verbessert die Ableitung des Stromes, ohne daß dabei die wirksame Ausnutzung des Innenvolumens der Elektrode praktisch vermindert wird. Dank der Öffnungen in der Einlage wird ein behinderungsloses Durchstoßen des Halbzeuges mit den Befestigungselementen erreicht.

Das Durchstoßen der Elektrode mit den aus einem stromleitenden Werkstoff gefertigten Befestigungselementen, die durch die gelochten Metallbänder, die aktive Masse und die Einlage hindurchgehen, gestattet es, den Kontakt der aktiven Masse mit den stromleitenden gelochten Metallbändern zu verbessern und also den Widerstand der Elektrode herabzusetzen und ihre elektrischen Kenndaten zu verbessern. Dank des Durchstoßens der Elektrode mit den Befestigungselementen wird ihre Festigkeit erhöht und damit ihre Lebensdauer verlängert sowie das Aufquellen der aktiven Masse wesentlich vermindert, was zu einer Verbesserung der spezifischen volumenbezogenen Kenndaten der Elektrode führt.

Die Herstellung der Elektrode nach dem angegebenen Verfahren ermöglicht es, eine Monolamellenelektrode zu erhalten, d. h. eine Elektrode mit nur einer festen und hochwirksamen Lamelle statt einer Vielzahl schmaler Lamellen, die mittels Verschlüssen zu einer Elektrode verbunden werden. Das gestattet es, die Menge der in der Elektrode unterzubringenden aktiven Masse und ihre Arbeitsoberfläche zu vergrößern, Material für die gelochten Bänder einzusparen und das Gewicht der Elektrode herabzusetzen sowie ihren elektrischen Widerstand durch das Ausschließen der Widerstände in den Lamellenverschlüssen zu vermindern.

Das Ausschließen solcher Operationen bei der Herstellung der angegebenen Lamellenelektrode wie das Zerlegen des schmalen ausgedehnten Halbzeuges in Lamellen bestimmter Länge und das Verbinden dieser Lamellen zu einer Elektrode ermöglicht eine Herabsetzung des Arbeitsaufwands und eine Erhöhung der Produktivität bei der Herstellung der Elektroden.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Lamellenelektrode wird die metallische Einlage in Form eines Netzes ausgeführt.

Da das Netz eine entwickelte Oberfläche besitzt, wird das Aufpressen der aktiven Masse auf die Einlage erleichtert, und es wird eine hohe Adhäsionsfestigkeit der aktiven Masse darauf gewährleistet. Außerdem wird infolge der entwickelten Oberfläche des Netzes die Berührungsfläche der Einlage mit der aktiven Masse vergrößert und als Ergebnis davon das Ablaufen der elektrochemischen Vorgänge an der Elektrode erleichtert, was letzten Endes zu einer Verbesserung der elektrischen Kenndaten der Elektrode führt.

Gemäß noch einer anderen Ausführungsvariante der Lamellenelektrode wird die metallische Einlage in Form eines Gitters ausgeführt.

Diese Ausführung der Lamellenelektrode gestattet es, die elektrischen Kenndaten der Elektrode dadurch zu verbessern, daß das Gitter einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist, wodurch die Ableitung des Stroms in der Elektrode erleichtert wird. Außerdem erhöht die Ausführung der Einlage in Form eines Gitters die Steifigkeit der Elektrode und damit ihre Festigkeit, wodurch die Verwendung dieser Elektrode unter Bedingungen ermöglicht wird, wenn erhöhte Anforderungen an die Festigkeitsdaten der Elektrode vorliegen.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Lamellenelektrode werden die Befestigungselemente in Form von Metallbügeln ausgeführt.

Die Verwendung von Metallbügeln als Befestigungselemente gestattet es, in Abhängigkeit vom Verwendungszweck der Elektrode und deren Ausmaßen die Durchstoßungsparameter zu variieren: die Länge des "Steppstichs" und den Abstand zwischen diesen "Stichen". Die Metallbügel sind vorzüglich in Elektroden mit mittlerer und geringer Stärke zu verwenden. Das Durchstoßen mit Metallbügeln kann leicht mechanisiert werden, es können dazu Ausrüstungen benutzt werden, die man in anderen Industriezweigen, z. B. in der polygraphischen Industrie, verwendet, wodurch eine hohe Arbeitsleistung bei dieser Operation gewährleistet wird.

Bei einer anderen Ausführungsvariante der Lamellenelektrode werden zweckmäßigerweise die Befestigungselemente in Form von Metalldraht ausgeführt.

Die Verwendung von Metalldraht als Befestigungselemente gestattet es, den Kontakt der aktiven Masse mit den gelochten Metallbändern zu verbessern, wenn eine bedeutende Verdichtung der Elektrode erforderlich ist. Das betrifft in erster Linie Elektroden mit großer Stärke und mit einer hohen Dichte der aktiven Masse. Das Durchstoßen mit Metalldraht kann desgleichen leicht mechanisiert werden, es können dazu Ausrüstungen benutzt werden, die man in anderen Industriezweigen, z. B. in der polygraphischen, Bekleidungs- und Schuhwarenindustrie, verwendet, wodurch eine hohe Arbeitsleistung dieser Operation erzielt wird.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Lamellenelektrode werden zweckmäßigerweise die Befestigungselemente in Form flacher Metallbänder ausgeführt.

Die Verwendung eines flachen Metallbands als Befestigungselement ist bevorzugt, wenn keine bedeutende Verdichtung der aktiven Masse der Elektrode erforderlich ist. Der Vorteil der Verwendung eines flachen Metallbands, das auf der Oberfläche der Elektrode angeordnet wird, besteht darin, daß sich keine merkbare Vergrößerung der Elektrodenstärke ergibt.

Gemäß noch einer Ausführungsvariante der Lamellenelektrode werden zweckmäßigerweise die Befestigungselemente auf der Elektrode in profilierten Rillen angeordnet.

Diese Anordnung der Befestigungselemente gestattet es, den Kontakt der aktiven Masse mit den gelochten Metallbändern zu verbessern und den elektrischen Widerstand herabzusetzen sowie das Aufquellen der Elektrode zu vermindern. Außerdem wird dabei die Stärke der Elektrode nicht vergrößert, da die auf diese Weise angeordneten Befestigungsmittel über die Oberfläche der Elektrode nicht hervorragen, während ihre Festigkeit ansteigt. Die Anordnung der Befestigungselemente in profilierten Rillen ist besonders zweckmäßig, wenn die Befestigungselemente in Form von Metallbügeln bzw. Metalldraht ausgeführt sind.

Gemäß noch einer Ausführungsvariante der Lamellenelektrode werden zweckmäßigerweise die profilierten Rillen parallel zueinander an einer der Seiten der Elektrode ausgeführt, wobei ihre Länge auf dieser Seite gleich sein soll.

Diese Ausführung der profilierten Rillen verfestigt die Elektrode, verleiht den gelochten Metallbändern eine erhöhte Steifigkeit und verbessert außerdem die Bedingungen des Ablaufs der Lade- und Entladevorgänge im Akkkumulator, da sie zur Verbesserung der Zirkulation des Elektrolyts an der Oberfläche der Elektrode und zur Erleichterung der Ableitung von Gasen beiträgt.

Gemäß noch einer Ausführungsvariante der Lamellenelektrode werden zweckmäßigerweise die profilierten Rillen senkrecht zueinander unter Ausbildung rechtwinkeliger Zellen an der Oberfläche der Elektrode ausgeführt.

Diese Ausführung der profilierten Rillen trägt zur Verbesserung des Kontakts der gelochten Metallbänder mit der aktiven Masse zur Erhöhung ihrer Steifigkeit und zur Verminderung eines Aufquellens der aktiven Masse bei. Eine solche Ausführung der profilierten Rillen ist für Elektroden mit mittlerer und großer Stärke zweckmäßig.

Gemäß noch einer Ausführungsvariante der Lamellenelektrode werden zweckmäßigerweise in die rechtwinkeligen Zellen Vertiefungen eingedrückt.

Diese Ausführung der Lamellenelektrode trägt desgleichen zu einer noch größeren Verbesserung des Kontakts der gelochten Metallbänder mit der aktiven Masse, der Erhöhung ihrer Steifigkeit und einer Verminderung des Aufquellens der aktiven Masse bei. Das Eindrücken der Vertiefungen in den Zellen kann gleichzeitig mit der Ausbildung der profilierten Rillen geschehen, demzufolge die Fertigungsgerechtigkeit einer solchen Konstruktion nicht herabgesetzt wird. Es ist zweckmäßig, diese Ausführung für Elektroden mit großer Stärke zu verwenden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Lamellenelektrode werden zweckmäßigerweise die profilierten Rillen an Abschnitten der Elektrode ausgeführt, die von Lochungen frei sind.

Diese Ausführung der profilierten Rillen trägt zu einer Vermeidung von Rissen in den gelochten Metallbändern bei.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsvariante der Lamellenelektrode werden die Befestigungselemente an der Oberfläche der Elektrode längs paralleler Linien angeordnet.

Die Anordnung der Befestigungselemente an der Oberfläche der Elektrode längs paralleler Linien verleiht der Elektrode die Form einer Reihe parallel angeordneter und durch ihre Seitenwände miteinander verbundener Rohre, für die das geringste Aufquellen kennzeichnend ist. Dabei werden an der Oberfläche der Elektrode günstige Bedingungen für die Zirkulation des Elektrolyts und die Ableitung von Gasen längs den Anordnungslinien der Befestigungselemente geschaffen.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten des Verfahrens zur Herstellung der Lamellenelektrode für einen alkalischen Akkumulator wird zweckmäßigerweise das Durchstoßen des Halbzeugs in Form von parallelen Reihen ausgeführt.

Diese Ausführung des Verfahrens verbessert die Kenndaten der Elektrode, erhöht die Fertigungsgerechtigkeit und gestattet eine breite Anwendung der existierenden Ausrüstungen der Bekleidungs-, Schuhwaren- und polygraphischen Industrie.

Nachstehend werden eine erfindungsgemäße Lamellenelektrode für einen alkalischen Akkumulator und das Verfahren zu ihrer Herstellung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Lamellenelektrode in Gesamtansicht mit einem vergrößerten Ausschnitt A;

Fig. 2 den Ausschnitt A von Fig. 1 mit einer in Form eines Netzes ausgeführten metallischen Einlage in nochmals vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 den Ausschnitt A von Fig. 1 mit einer in Form eines Gitters ausgeführten metallischen Einlage in nochmals vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV von Fig. 1 mit in Form von Bügeln ausgeführten Befestigungselementen in vergrößertem Maßstab;

Fig. 5 einen entsprechenden Schnitt wie in Fig. 4 mit in Form von Draht ausgeführten Befestigungselementen in vergrößertem Maßstab;

Fig. 6 nochmals einen Schnitt wie in Fig. 4 mit in Form eines flachen Bandes ausgeführten Befestigungselementen in vergrößertem Maßstab;

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Lamellenelektrode mit senkrecht zueinander verlaufenden profilierten Rillen und Ausbildung rechteckiger Zellen;

Fig. 8 eine Fig. 7 entsprechende Darstellung mit in den rechteckigen Zellen ausgeführten Vertiefungen;

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX von Fig. 8;

Fig. 10 eine erfindungsgemäße Lamellenelektrode mit profilierten Rillen, die an den von der Lochung freien Abschnitten der Elektrode ausgeführt und parallel zueinander angeordnet sind;

Fig. 11 eine Fig. 10 entsprechende Darstellung mit senkrecht zueinander angeordneten profilierten Rillen und mit Vertiefungen in den rechteckigen Zellen;

Fig. 12 ein Diagramm für Stromspannungskennlinien bei einer Elektrode gemäß der Erfindung und bei einer Elektrode nach dem Stande der Technik;

Fig. 13 ein Diagramm der Potentialänderungen bei einer Elektrode gemäß der Erfindung und bei einer Elektrode nach dem Stande der Technik für ein Entladen mit verschiedenen Strömen;

Fig. 14 das prinzipielle Herstellungsschema für eine erfindungsgemäße Lamellenelektrode.

Die in Fig. 1 dargestellte Lamellenelektrode für einen alkalischen Akkumulator enthält aktive Masse 1, die zwischen gelochten Metallbändern 2 untergebracht ist, die miteinander an den Seitenkanten mittels Metallrippen 3 verbunden sind, und eine Stromableitung 4. Die Seitenkanten der gelochten Metallbänder 2 können auch mit Hilfe von anderen Mitteln verbunden sein, z. B. durch Schweißung oder Verbiegung zu einem Verschluß. In die aktive Masse 1 und die gelochten Metallbänder 2 sind profilierte Rillen 5 eingepreßt. Zwischen den gelochten Metallbändern 2 ist eine Metalltrennwand 6 mit Öffnungen 7 angeordnet, auf die wie auf eine Grundfläche die aktive Masse 1 aufgepreßt ist. Die Elektrode ist mit Befestigungsmitteln 8 versehen, die aus einem stromleitenden Werkstoff ausgeführt sind und die durch die gelochten Metallbänder 2, die aktive Masse 1 und die Metalltrennwand 6 hindurchlaufen. Die Befestigungsmittel 8 werden an der Elektrode entweder in den profilierten Rillen 5 oder außerhalb der profilierten Rillen 5 angebracht bzw. ein Teil von ihnen wird in den profilierten Rillen 5 und der andere Teil außerhalb der profilierten Rillen 5 angeordnet. Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Elektrode werden die profilierten Rillen 5 parallel zueinander ausgeführt. In einer anderen Ausführungsvariante der Elektrode sind die Befestigungsmittel 8 auf der Oberfläche der Elektrode längs parallelen Linien angeordnet. Gemäß einer der Varianten der Elektrode ist die Metalltrennwand 6 in Form eines Netzes 9 (Fig. 2), gemäß einer anderen Variante in Form eines Gitters 10 (Fig. 3) ausgeführt. Die Befestigungsmittel 8 (Fig. 4) werden gemäß einer Variante der Elektrode in Form von Metallbügeln 11 und gemäß einer anderen Variante in Form eines Metalldrahtes 12 (Fig. 5) oder in Form eines flachen Metallbandes 13 (Fig. 6) ausgeführt. Dabei beträgt der Durchmesser des Drahts 12 (Fig. 5) oder der Bügel 11 (Fig. 4), die zum Durchstoßen der Elektrode benutzt werden, ¹/&sub3; bis ¹/&sub1;&sub5; der Elektrodenstärke. Die Länge des Bügels 11 (Fig. 4) oder die Länge des Stichs beim Durchstoßen mit dem Metalldraht 12 (Fig. 5) oder mit dem flachen Metallband 13 (Fig. 6) beträgt ¹/&sub1;&sub0; bis ¹/&sub9;&sub0; der größten Seite der Elektrode. Bei der Verwendung von Bügeln 11 (Fig. 4) als Befestigungsmittel 8 ist der Abstand zwischen den Bügeln 11 längs der Durchstoßlinie der Länge des Bügels 11 gleich oder kleiner als diese. Die profilierten Rillen 5 (Fig. 7) werden gemäß einer Ausführungsvariante zueinander senkrecht mit Ausbildung rechteckiger Zellen 14 ausgeführt. Die Seitenausmaße der Zellen betragen ¹/&sub3;&sub5; bis ¹/&sub6; der Elektrodenbreite und ¹/&sub9;&sub0; bis ¹/&sub1;&sub0; von deren Länge. Als Variante der konstruktiven Ausführung der Elektrode werden in den rechteckigen Zellen 14 Vertiefungen 15 (Fig. 8, 9) ausgeführt, deren Tiefe zu ½&sub0; bis ¹/&sub5; der Elektrodenstärke gewählt wird, und deren Fläche ¹/&sub3;&sub5; bis ½ der Fläche der rechteckigen Zelle 14 (Fig. 8) beträgt. Als Variante der Elektrodenausführung werden die profilierten Rillen 5 (Fig. 10, 11) auf den von der Lochung 16 freien Abschnitten der Elektrode eingepreßt.

In Fig. 12 ist ein Diagramm für Stromspannungskennlinien einer erfindungsgemäßen Elektrode und einer Elektrode, von der die Erfindung ausgeht, wiedergegeben. Dabei sind auf der Ordinatenachse die Werte des Potentials φ der Elektroden in Volt, gemessen in bezug auf eine Quecksilberoxyd-Normalelektrode, aufgetragen. Auf der Abszissenachse sind die Werte des Entladestroms 1 in Ampère aufgetragen. Die Gerade b zeigt die Stromspannungskennlinie der erfindungsgemäßen Elektrode und die Gerade c die der Elektrode, von der die Erfindung ausgeht. Aus dem Diagramm folgt, daß die Stromspannungskennlinie der Elektrode nach der Erfindung bedeutend besser ist als die der Elektrode, von der die Erfindung ausgeht, was von einem geringeren elektrischen Widerstand zeugt.

In der Fig. 13 ist ein Diagramm für die Änderung der Potentiale bei einer erfindungsgemäßen Elektrode und bei einer Elektrode, von der die Erfindung ausgeht, beim Entladen mit verschiedenen Strömen dargestellt. Auf der Ordinatenachse sind die Werte des Potentials φ der Elektroden in Volt, gemessen in bezug auf eine Quecksilberoxyd-Normalelektrode, aufgetragen. An der Abszissenachse ist die Zeit t in Stunden angegeben. Im Diagramm ist mit den Kurven d&min;, d&min;&min;, d&min;&min;&min; die Änderung der Potentiale der erfindungsgemäßen Elektrode und mit den Kurven e&min;, e&min;&min;, e&min;&min;&min; die Änderung der Potentiale der Elektrode, von der die Erfindung ausgeht, bei den Entladungen mit verschiedenen Strömen gezeigt: Kurve d&min; und e&min; mit dem Strom einer 5-Stunden-Entladung, Kurven d&min;&min; und e&min;&min; mit dem Strom einer 3-Stunden-Entladung und Kurven d&min;&min;&min; und e&min;&min;&min; mit dem Strom einer 2-Stunden-Entladung.

Das Diagramm zeigt, daß die elektrischen Kenndaten (Entladepotential und Kapazität) der erfindungsgemäßen Elektrode bedeutend besser sind als die der bisherigen Elektrode, wobei sich dieser Vorteil mit dem Entladestrom vergrößert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Lamellenelektrode für einen alkalischen Akkumulator umfaßt die Vorbereitung der aktiven Masse 1 (Fig. 1) und die Anfertigung der gelochten Metallbänder 2, wobei die Lochung sowohl über die ganze Oberfläche der Metallbänder 2 als auch in Form einer Abwechslung mit nicht gelochten Abschnitten der Bänder erfolgen kann. Danach gelangt die vorbereitete aktive Masse 1 (Fig. 14) in ein Gefäß 17. Dann läuft sie zusammen mit der Metallgrundfläche (der Einlage) 6 zwischen Walzen 18 hindurch und wird mindestens bis auf einen Wert verdichtet, bei dem sich die aktive Masse 1 auf der angegebenen Grundfläche ohne Abbröckelung festhält. Die Verdichtung kann auch mit anderen (in der Zeichnung nicht gezeigten) Mitteln geschehen. Der obere Höchstwert der Verdichtung ist nicht begrenzt und wird durch die erforderlichen Parameter der zu erhaltenden Elektrode (Menge der aktiven Masse, elektrische Kapazität und Stärke der Elektrode) bestimmt. Die auf dem Metallgrund verdichtete aktive Masse 1 wird zwischen den gelochten Metallbändern 2 untergebracht, deren Seitenkanten mit Hilfe einer Anlage 19 miteinander verheftet werden. Das Heften der Seitenkanten der gelochten Metallbänder 2 kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen, z. B. durch Umranden mit einer Rippe, Einrollen der Kanten zu einem Verschluß, Verschweißen dieser Kanten u. a. Ein auf diese Weise sich ausbildendes ausgedehntes Halbzeug 20 wird in Walzen 21 umpreßt und gleichzeitig werden mit diesen Walzen 21 die profilierten Rillen 5 über die ganze Länge oder Breite bzw. Länge und Breite des ausgedehnten Halbzeugs 20 eingepreßt. Die Einpressung der profilierten Rillen 5 kann sowohl parallel zueinander als auch senkrecht zueinander mit Ausbildung rechteckiger Zellen 14 geschehen. Dabei können im letzten Fall in den Zellen 14 gleichzeitig die Vertiefungen 15 (Fig. 8 und 9) eingepreßt werden. Die profilierten Rillen 5 (Fig. 14) können sowohl in die gelochten Abschnitte als auch in die ungelochten Abschnitte der Elektrode eingepreßt werden. Dabei ist der letztere Fall bevorzugt. Nach der Umpressung des ausgedehnten Halbzeugs 20 wird dieses mit den Befestigungsmitteln 8 mit Hilfe von Durchstoßmaschinen 22 durchstoßen. Die Befestigungsmittel können in Form der Bügel 11 (Fig. 4), des Drahts 12 (Fig. 5) oder des flachen Bandes 13 (Fig. 6) ausgeführt werden. Das Durchstoßen erfolgt entweder längs der profilierten Rillen 5 (Fig. 14), oder außerhalb dieser, bzw. gleichzeitig in und außerhalb derselben. Dabei ist das Durchstoßen längs der profilierten Rillen 5 bevorzugt. Außerdem ist es bevorzugt, das Durchstoßen längs paralleler Linien durchzuführen. Nach dem Durchstoßen des ausgedehnten Halbzeugs 20 wird dieses mittels einer Einrichtung 23 in einzelne Platten 24 zerlegt, und die Platten 24 werden an der Trennstelle mit Hilfe einer Einrichtung 25 unter Druck umrandet.

Die auf diese Weise erhaltene Elektrode stellt nicht einen Satz einzelner schmaler Lamellen, sondern eine einheitliche Monolamellenkonstruktion dar, die über eine hohe Festigkeit, einen geringen elektrischen Widerstand, verbesserte elektrische Kenndaten und eine verlängerte Lebensdauer verfügt.

Nachfolgend werden konkrete Ausführungsbeispiele der Herstellung einer Lamellenelektrode für einen alkalischen Akkumulator angegeben:

Beispiel 1

Die aktive Masse 1 (Fig. 14), die ein Nickel(II)-hydroxid in einem Gemisch mit Graphit und Kobaltsulfat darstellt, wird auf die Metallgrundfläche 6 aufgetragen, die in Form eines Stahlnetzes aus Draht mit einem Durchmesser von 0,36 mm mit dem Ausmaß der Zellen von 1,4 × 1,4 mm² ausgeführt ist, und unter Druck von 39 · 10⁶ Pa bis zum Erhalten eines Briketts mit der Stärke 3,3 mm verdichtet.
Das erhaltene Brikett wird zwischen zwei gelochten Stahlbändern 2 untergebracht, deren eines ein Kastenprofil hat und deren anderes die Rolle eines Deckels spielt. Die Stärke der gelochten Stahlbänder 2 beträgt 0,1 mm, die Breite des Stahlbandes 2, aus dem das Kantenprofil erhalten wird, beträgt 165 mm und die Breite des Stahlbandes 2, das als Deckel dient, ist 158 mm gleich. Die Seitenkanten der gelochten Stahlbänder 2 werden mittels Kontaktschweißung verschweißt. Danach wird das so ausgebildete Halbzeug 20, dessen Länge 10,2 m und die Breite 0,15 m beträgt, unter einem Druck von 78,5 · 10⁶ Pa umpreßt, wobei gleichzeitig längslaufende profilierte Rillen 5 in beide Oberflächen des ausgedehnten Halbzeugs 20 eingepreßt werden. Dann wird das ausgedehnte Halbzeug 20 längs der profilierten Rillen 5 mit den Metallbügeln 11 (Fig. 4), die einen Durchmesser von 0,7 mm haben, durchstoßen, wobei diese Durchstoßung längs des ausgedehnten Halbzeugs 20 (Fig. 14) mit parallelen Stichen mit einer Stichlänge von 14 mm und einem Abstand von 13 mm zwischen den parallelen Durchstoßungslinien ausgeführt wird. Das ausgedehnte durchstoßene Halbzeug 20 wird dann in Platten 24 mit einer Länge von 340 mm zerlegt, die anschließend an den Trennstellen umrandet werden.
Die so erhaltene Elektrode hat eine elektrische Kapazität von 54 Ampèrestunden und einen elektrischen Widerstand von 6 · 10^-3 Ohm, während eine vergleichbare bekannte Elektrode, von der die Erfindung ausgeht, eine Kapazität von 40 Ampèrestunden und einen Widerstand von 10 · 10^-3 Ohm aufweist.

Beispiel 2

Die aktive Masse 1 (Fig. 14), die dasselbe Gemisch wie im Beispiel 1 darstellt, wird auf die Metallgrundfläche 6 aufgetragen, die ein vernickeltes Gitter mit Zellen hexagonaler Form mit einer Zellenseite von 3 mm und einer Seitenstärke von 0,5 mm darstellt, und unter einem Druck von 34 · 10⁶ Pa bis zum Erhalten eines Briketts mit einer Stärke von 1,8 mm verdichtet. Das erhaltene Brikett wird zwischen zwei gelochten Stahlbändern 2 mit einer Stärke von 0,1 mm untergebracht, deren Ränder in Form eines Verschlusses verbunden werden, wodurch ein ausgedehntes Halbzeug 20 mit einer Breite von 180 mm und einer Länge von 15,5 m erhalten wird. Danach wird das ausgedehnte Halbzeug 20 unter einem Druck von 73,5 · 10⁶ Pa umpreßt, und gleichzeitig werden in die Oberflächen des ausgedehnten Halbzeugs 20 die parallelen profilierten Rillen 5 eingepreßt. Die Rillen 5 sind senkrecht zur Seite des ausgedehnten Halbzeugs 20 mit einer Tiefe der Rillen 5 von 0,3 mm ausgeführt, und der Abstand zwischen ihnen beträgt 10 mm. Dann wird das ausgedehnte Halbzeug 20 mit dem flachen Metallband 13 (Fig. 6) mit einer Breite von 2 mm und einer Stärke von 0,1 mm in Form von zu den Seiten des ausgedehnten Halbzeugs 20 (Fig. 14) parallelen Reihen mit einem Abstand von 13 mm zwischen diesen Reihen durchstoßen. Nach dem Durchstoßen des ausgedehnten Halbzeugs 20 wird dieses in Platten 24 mit einer Länge von 255 mm zerlegt, und die Platten 24 werden an der Trennstelle umrandet.
Die elektrische Kapazität der auf diese Weise erhaltenen Elektrode beträgt 20 Ampèrestunden.

Beispiel 3

Die aktive Masse 1 (Fig. 14), die ein gleiches Gemisch wie im Beispiel 1 darstellt, wird auf die Metallgrundfläche 6 aufgetragen, die ein Netz darstellt, das aus Draht mit verschiedenem Durchmesser so ausgeführt ist, daß sich rechteckige Zellen ausbilden; dabei sind die Längsfäden des Netzes aus Draht mit einem Durchmesser von 0,45 mm und die Querfäden aus Draht mit einem Durchmesser von 0,36 mm ausgeführt. Die Zellen sind in Längsrichtung ausgezogen und haben Ausmaße von 1,4 × 2,7 mm². Dieses Netz gewährleistet eine gute Ableitung des Stroms von der Elektrode.
Danach wird die aktive Masse 1 auf dem Netz unter einem Druck von 45 · 10⁶ Pa bis zum Erhalten eines Briketts mit einer Stärke von 4,5 mm verdichtet. Das erhaltene Brikett wird zwischen zwei vernickelten Stahlbändern 2 untergebracht, die teilweise in Form von parallel zur Seitenkante verlaufenden Streifen gelocht sind, wobei die Breite der gelochten Streifen 8 mm und die Breite der ungelochten Streifen 2 mm beträgt. Die Seitenkanten der Bänder 2 werden mit Stahlrippen umrandet, und es entsteht dabei das ausgedehnte Halbzeug 20 mit einer Länge von 18,8 m und einer Breite von 126 mm. Das ausgedehnte Halbzeug 20 wird unter einem Druck von 95 · 10⁶ Pa umpreßt, wobei gleichzeitig in seine Oberflächen die profilierten Rillen 5 eingepreßt werden, die zueinander senkrecht und parallel zu den Seiten- bzw. Stirnrändern des ausgedehnten Halbzeuges 20 mit Ausbildung von rechteckigen Zellen 14 auf den Oberflächen des ausgedehnten Halbzeuges 20 angebracht sind, und außerdem werden in den rechteckigen Zellen 14 gleichzeitig mit den Rillen 5 die Vertiefungen 15 (Fig. 8, 9) ausgeführt. Die profilierten Rillen 5 (Fig. 14), die parallel zu den Seitenrändern des ausgedehnten Halbzeugs 20 verlaufen, werden in die nicht gelochten Abschnitte der Metallbänder 2 mit Abständen von 8 mm zwischen den Rillen 5 eingepreßt. Der Abstand zwischen den Rillen 5, die senkrecht zu den Seitenrändern des ausgedehnten Halbzeugs 20 verlaufen, beträgt 9 mm, die Tiefe der Rillen 5 beträgt 0,6 mm. Die Tiefe der Vertiefungen 15 (Fig. 8, 9) ist 0,3 mm, ihre Ausmaße sind 2 × 1,8 mm², wobei in jeder rechteckigen Zelle 14 je vier Vertiefungen 15 angebracht sind. Die Fläche der vier Vertiefungen 15 beträgt 14,4 mm², während die Fläche einer rechteckigen Zelle 14 eine Größe von 72 mm² hat, so daß die Fläche der Vertiefungen ¹/&sub5; der Fläche der rechteckigen Zelle 14 beträgt. Dann wird das ausgedehnte Halbzeug 20 (Fig. 14) mit Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,6 mm reihenweise parallel zu seinen Seitenrändern durchstoßen, wobei der Draht in den profilierten Rillen untergebracht wird. Nach dem Durchstoßen wird das ausgedehnte Halbzeug 20 in Platten 24 mit einer Länge von 470 mm zerlegt, die dann an den Trennstellen umrandet werden.
Die elektrische Kapazität der Elektrode beträgt 80 Amperestunden.
Die angegebenen Beispiele zeigen, daß die erfindungsgemäße Elektrode in einem großen Bereich von Abmessungen und Kapazitäten in Abhängigkeit von ihrem Verwendungszweck hergestellt werden kann. In allen Fällen haben die erfindungsgemäßen Elektroden eine größere Kapazität als die Elektrode, von der die Erfindung ausgeht, mit entsprechenden Abmessungen, da sie ein größeres Volumen und eine höhere Dichte der aktiven Masse aufweisen. Mit einer Vergrößerung der Elektrodenstärke (wie in den Beispielen 1 und 3) kann sich die Differenz der Kapazitäten bis auf einen Wert von 20 bis 35% erhöhen, und man kann sie noch mehr vergrößern. Eine solche Beziehung der Kapazitäten der erfindungsgemäßen Elektrode und der Elektrode, von der die Erfindung ausgeht, ergibt sich bei einer Fünfstunden- Entladung. Bei kürzeren Entladezeiten - dreistündigen und zweistündigen - verbessern sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Elektrode noch mehr, da diese Elektrode einen besseren Kontakt der aktiven Masse mit der Stromableitung sowie eine größere wahre Arbeitsfläche hat und im Ergebnis einen beinahe um die Hälfte geringeren Widerstand als die Elektrode aufweist, von der die Erfindung ausgeht. Demzufolge sind das Entladepotential und die Kapazität der erfindungsgemäßen Elektrode bei kurzen Entladezuständen bedeutend höher als bei der Elektrode, von der die Erfindung ausgeht.
Im konstruktiven Aufbau der Elektrode und im Verfahren zu ihrer Herstellung können unwesentliche Änderungen vorgenommen werden, welche die durch die Patentansprüche bestimmten Grenzen für Wesen und Umfang der Erfindung nicht überschreiten. So z. B. kann die Metalltrennwand eine andere, von Netz oder Gitter abweichende Form haben; die Befestigungsmittel können desgleichen unterschiedlich sein, sie können in Form von Nieten u. dgl. ausgeführt sein; die profilierten Rillen können gleicherweise mit verschiedenen Formen und Ausmaßen ausgeführt und auf der Elektrode beliebig und nicht nur zueinander parallel oder senkrecht angeordnet werden; das Durchstoßen soll vorzüglich in parallelen Reihen vorgenommen werden, kann jedoch auch in einer beliebigen anderen Anordnung geschehen.
Die erfindungsgemäße Elektrode und das Verfahren zu ihrer Herstellung sind außerordentlich effektiv, da sie gestatten, es aufgrund einer wesentlichen Verbesserung der elektrischen und der Betriebskenndaten der Lamellenelektrode sowie einer Verbesserung der Fertigungsgerechtigkeit bei deren Herstellung die spezifische Volumenenergie der alkalischen Akkumulatoren zu vergrößern und deren Lebensdauer zu verlängern bei gleichzeitiger Herabsetzung der Arbeitsaufwendigkeit für ihre Herstellung und Erhöhung der Arbeitsproduktivität.
Die Verwendung von Akkumulatoren mit solchen Elektroden in autonomen elektrifizierten Transportmitteln gestattet es, deren Trag- und Manövrierfähigkeit wesentlich zu erhöhen.

Claims

1. Lamellenelektrode für alkalische Akkumulatoren, bei der die aktive Masse von zwei entlang ihrer Seitenkanten miteinander verbundenen und dazwischen profilierten und gelochten Metallbändern eingeschlossen ist und ihrerseits eine Öffnungen aufweisende metallische Einlage umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Masse (1) auf die Einlage (6) aufgepreßt ist und daß durch die Metallbänder (2), die aktive Masse (1) und die Einlage (6) diese zusammenhaltende Befestigungselemente (8) aus stromleitendem Werkstoff hindurchgeführt sind.

2. Lamellenelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (6) in Form eines Netzes (9) ausgeführt ist.

3. Lamellenelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (6) in Form eines Gitters (10) ausgeführt ist.

4. Lamellenelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Befestigungselemente (8) Metallbügel (11) vorgesehen sind.

5. Lamellenelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Befestigungselemente (8) Metalldrähte (12) vorgesehen sind.

6. Lamellenelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Befestigungselemente (8) flache Metallbänder (13) vorgesehen sind.

7. Lamellenelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (8) in profilierten Rillen (5) der Metallbänder (2) angeordnet sind.

8. Lamellenelektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Rillen (5) parallel zueinander auf der einen Seite der Elektrode ausgeführt sind, wobei ihre Länge der dieser Seite gleich ist.

9. Lamellenelektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Rillen (5) senkrecht zueinander unter Ausbildung von rechteckigen Zellen (14) auf der Oberfläche der Elektrode ausgeführt sind.

10. Lamellenelektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die rechteckigen Zellen (14) Vertiefungen (15) eingepreßt sind.

11. Lamellenelektrode nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierten Rillen (5) an den von Lochungen (16) freien Abschnitten der Elektrode ausgeführt sind.

12. Lamellenelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (8) auf der Oberfläche der Elektrode längs paralleler Linien angeordnet sind.

13. Verfahren zum Herstellen einer Lamellenelektrode für einen alkalischen Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit Bereitung von aktiver Masse, Fertigung gelochter Metallbänder, Einbringen der bereiteten aktiven Masse zwischen die gelochten Metallbänder, Verbindung der Seitenkanten der gelochten Metallbänder unter Ausbildung eines ausgedehnten Halbzeuges, um Pressen dieses Halbzeuges unter Einpressung von profilierten Rillen, Verlegung des Halbzeuges in Platten und Umrandung der Platten unter Druck an der Trennstelle, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Masse (1) vor ihrer Einbringung zwischen die gelochten Metallbänder auf eine metallische Einlage (6) aufgetragen und mindestens bis auf einen Wert verdichtet wird, bei dem die aktive Masse (1) auf dieser Einlage (6) ohne Abbröckelung festhält, und daß nach dem Umpressen des Halbzeuges (20) dieses mit Befestigungselementen (8) durchstoßen wird, die aus einem stromleitenden Werkstoff hergestellt sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchstoßen des Halbzeugs (20) mit den Befestigungselementen (8) in Form paralleler Reihen ausgeführt wird.