DE3521734A1 - Elektrode fuer eine primaere oder eine sekundaere elektrische batterie, elektrische batterie mit solchen elektroden, sowie verfahren zur herstellung einer solchen elektrode - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für eine primäre oder eine sekundäre elektrische Batterie mit einer elektroschemischen Aktivmasse, die an der einen oder an beiden Seiten eines tragenden, elektrisch leitenden Substrates angeordnet und von einem elektrolytpermeablen Separator gedeckt ist. Die Erfindung betrifft ausserdem eine elektrische Batterie mit mindestens zwei Elektroden, die mit positiver bzw. negativer Aktivmasse versehen sind. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung der erwähnten Elektrode.

Die positive elektrochemische aktive Masse kann z.B. aus Metalloxid, wie MnOp, PbO₂, NiOOH,HgO und Ag₂O bestehen, das bei der Entladung der Batterie reduziert wird, während die negative Aktivmasse aus einem Metall, wie Zn, Cd₇ Pb und Sn, bestehen kann, das bei Entladung oxidiert. Die Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf die genannten wohlbekannten Elektrodenmaterialien beschränkt, sondern umfasst alle solchen festen Materialien, die sowohl in reduziertem als auch in oxidiertem Zustand elektrochemisch wirken können. Allen festen Elektrodenmaterialien gemeinsam ist, dass sie bei Entladung und Aufladung der Batterie ihr Volumen mehr oder weniger ändern, wobei die Aktivmasse der Elektrode dazu neigt, ihre Kohäsionskraft zu verlieren, und die Kapazität der Batterie und auch ihre Fähigkeit wiederholten Auf- und Entladungen unterworfen werden zu können reduziert werden. Dieser Umstand wirkt oft begrenzend auf die praktische Verwendbarkeit der Batterie, und es wurde schon versucht ihm durch verschiedene bauliche Ausgestaltungen der Elektroden abzuhelfen.

Die von den Volumenänderungen verursachten Probleme machen sich insbesondere bei der wohlbekannten Blei-Säure-Batterie bemerkbar, bei der das Material der negativen Elektrode aus Bleischwamm, und das der positiven Elektroden aus Bleidioxid PbO₂ während der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure besteht. Die Erfindung wird deshalb im folgenden hauptsächlich im Zusammenhang mit diesem Batterietyp beschrieben werden, ohne dass dies irgendwie den Verwendungsbereich der Erfindung begrenzen soll.

Die Elektroden bekannter Blei-Säure-Batterien sind oft als aus einer Bleilegierung bestehende Gitter oder Platten ausgebildet, in denen die positive und die negative Elektrodenmasse in der Form einer Pasta angeordnet sind, die in an sich bekannter Weise aufgearbeitet und formiert wird, vgl. z.B. Hand Bode: "Lead Acid Batteri-

es", John Wiley and Sons, 1977, Seiten 2-5. Batterien mit Elektroder dieser Art werden Gitter platten- oder Flachplattenbatterien genannt und finden weitgehend Verwendung als Startbatterien für Kraftfahrzeuge.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass beim Einsatz von Batterien dieser Art zum Antrieb von Gabelstaplern oder elektrischen Kraftfahrzeugen die aktive Masse nach wenigen Hundert Auf- und Entladungen ihre elektrische Aktivität verliert, weil die Körner der Masse ihren Kontakt sowohl miteinander als auch mit dem Bleigitter verlieren, das zum Zu- und Ableiten des elektrischens Stromes dient. Eine Aktivmasse mit grosser Fläche kann somit nicht durch die über die Aktivmasse angebrachten Schichten aus Gewebe oder perforiertem Kunststoff intakt gehalten werden. Dies hat zur Folge, dass sich insbesondere die Aktivmasse lockert und dann nicht länger an dem elektrochemischen Prozess teilnimmt. Die Lebensdauer der Batterie gemessen in Anzahl Auf- und Entladezyklen sowie die Leistung oder Kapazität der Batterie hängt also insbesondere davon ab, wie gut insbesondere die positive Aktivmasse festgehalten werden kann.

Eine andere Art von Elektrode für Batterien sind die sogenannten Röhrchenzellenelektroden, die z.B. in der DK-PS 141.977 beschrieben werden und aus einer Anzahl von verhältnismässig engen Röhrchen aus einem Separatormaterial bestehen, die mit einer pulver- oder pastaförmigen Aktivmasse gefüllt sind, und in denen jeweils ein Bleistrang als Stromableitungselektrode zentral angeordnet ist. Diese Bleistränge sind derart miteinander verbunden, dass die Elektrode aus einer Anzahl parallel angeordneter Röhrchen besteht. Batterien, die von solchen Elektroden aufgebaut sind, können mehr als 1000 Male auf- und entladen werden, bevor die Kapazität der Batterie absinkt, sie haben nicht die anderen obengenannten Nachteile der Flachplattenbatterien, sie bieten eine grosse Fläche der aktive Masse dar, so dass sie für ein kräftiges Entladen geeignet sind, und sie können Erschütterungen widerstehen, und sind somit alles in allem für die obengenannten Traktionszwecke wohlgeeignet. Dafür haben sie aber andere erhebliche Nachteile wie sehr hohe Herstellungskosten der Elektroden, weil die Herstellung von diesen recht aufwendig ist, und insbesondere das Füllen der Röhrchen mit Aktivmasse ist ein mühsamer und kostenaufwendiger Vorgang, und ausserdem setzt diese Ausführung einen verhältnismässig hohen Verbrauch an inaktivem Blei voraus, was das Gewicht der Batterie erhöht. Ferner ist der Innere Widerstand der

Batterie erheblich höher als bei der Gitterplattenbatterie, bei der die Elektroden dicht aneinander angeordnet werden können. Ähnliche Verhältnisse machen sich bei Röhrchenzellenelektroden für andere Batterietypen, z.B. für die Eisen-Nickel-Batterie geltend.

Eine herkömmliche Batterieplatte, die in der US-PS 2.313.498 gezeigt ist, besteht aus einem Metallgitter, das durch längsgehende Schlitze in eine Anzahl Streifen aufgeteilt ist, die durch leitfähige Endstücke miteinander verbunden sind. Nach Aufbringen einer Pasta auf die Streifen werden diese durch obere und untere teleskopisch einander gesteckte, mit Flanschen versehene Mäntel zum Festhalten der Pasta überdeckt. Klebstoff an den Flanschen hält die Mäntel zusammen. Alternativ können die Platten von zwei perforierten Kappenflächen gedeckt sein, die je eine Seite der Platte decken und durch in die Schlitze der Platte eingesetzte Gummiverankerungsstreifen befestigt sind. Diese bekannte aus einer Reihe von zusammenzufassenden Einzelteilen bestehende Elektrode ist ziemlich kompliziert, was zu einer zeit- und kostenaufwendigen Herstellung und Montage führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die vorteilhaften Herstellungskosten und Eigenschaften der Gitterplattenelektrode und die lange Lebensdauer der Röhrchenzellenelektrode vereinigt werden, und bei der die vorstehend beschriebenen Nachteile beider Arten von Elektroden vermieden sind.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erzielt, dass das Substrat durch eine kontinuierliche Platte gebildet wird, auf der die Aktivmasse in Streifen angeordnet ist, und dass die Masse durch den Separator, der an dem zwischen den aufgebrachten Streifen von Aktivmasse gelegenen freien Teil des Substrates befestigt ist, mit einem Druck in Anlage an dem Substrat gehalten wird.

Dadurch wird wie bei der Röhrchenzellenelektrode erzielt, dass die Aktivmasse daran verhindert wird, sich auszuweiten und damit einwandfrei in Anlage am Substrat gehalten wird, so dass die chemisch bedingte Volumenänderung allein in den Zwischenräumen zwischen den Körnern der Masse erfolgt. Dadurch werden während Auf- und Endladung der gegenseitige Kontakt und der Kontakt mit dem Substrat aufrechterhalten. Im Vergleich zur Röhrchenzellenbatterie wird eine viel grössere Kontaktfläche erzielt, und bei geeigneter Querschnittsform der Streifen aus Aktivmasse kann der Abstand zwischen der positiven und negativen Masse klein gehalten werden.

Beides trägt dazu bei, Batterien mit solchen Elektroden einen niedrigen inneren Widerstand und damit eine erhöhte Stromdichte oder Leistungsdichte zu geben, was für Traktionszwecke, insbesondere bei Beschleunigung des Fahrzeuges, vorteilhaft ist. Mit der erfindungsgemässen Elektrode wird das bei den Rohrchenzellenelektroden erforderliche kostenaufwendige Füllen der Röhrchen vermieden, indem die Aktivmasse nur auf das Substrat aufzubringen ist, worauf der Separator oben auf der Aktivmasse angeordnet und mit dem Substrat verbunden wird. Es versteht sich, dass die als Substrat für die aktive Masse dienende leitfähige Platte sowohl gute elektrische Eigenschaften als auch gute mechanische Eigenschaften haben muss und chemisch beständig gegen die verwendeten Elektrodenmasse und den verwendeten Elektrolyt sein soll. Diese Voraussetzungen erfüllen z.B. in Bezug auf Bleibatterien gewisse Bleilegierungen z.B. mit 2 bis 9% Antimon, während man bei alkalischen Batterien Nickel oder Eisen als Substrat verwenden kann.

In gewissen Fällen kann es, um besonders gute mechanische oder elektrische Eigenschaften z.B. ein niedriges Gewicht zu erzielen, vorteilhaft sein, andere Metalle, wie z.B. Kupfer- oder Aluminiumlegierungen zu verwenden, die nicht chemisch beständig sind. Erfindungsgemäss können diese dann mit einem dichten, chemisch beständigen, elektrisch leitenden Belag versehen werden, der z.B. aus einem beständigen Metall, wie Titan, Blei oder Gold, oder aus einem elektrisch leitenden Polymer, wie Polyacetylen oder Polyisobutylen mit einem zugesetzten leitfähigen Material, wie Graphit, Russschwarz oder Metallpulver bestehen kann. Abhänging von der Verwendung der Elektroden können beide Seiten mit einem schützenden Belag versehen sein, oder die eine Seite des Substrates kann unbeschützt sein, während die andere Seite mit dem schützenden Belag versehen ist.

Bei einer Ausführungsform der Elektrode nach der Erfindung wird die Metallplatte durch ein perforiertes Blech oder ein Metallnetz gebildet, das allseitig von einem elektrisch leitenden Belag umgeben ist. Da das Material des Belages sich hier durch die Perforationen oder Öffnungen der Platte hindurch erstrecken kann, wird eine besonders wirksame Bindung zwischen der Metallplatte und dem Belag erzielt.

Um eine sehr effektive Befestigung des Separators am Substrat zu erzielen, wenn letzteres mit einem leitenden Belag versehen ist, kann der Separator nach der Erfindung durch eine perforierte

Kunststoffschicht gebildet werden, die z.B. mit einer verstärkenden Schicht, z.B. aus Glasfasern, imprägniertem Papier od.dgl. ergänzt wird, die ausser dem Separator zu verstärken auch Elektrolyt aufsaugen kann, und ausserdem dazu dienen kann, elektrophoretische Wanderung von leitenden Partikeln der Aktivmasse zwischen den Elektroden zu verhindern.

Die Befestigung des Separators am freien zwischen den Streifen aus Aktivmasse gelegenen Teil des Substrates kann erfindungsgemäss abhängig vom Material des Substrates und des Separators durch Verkleben, Vulkanisieren oder Verschweissen erfolgen, oder aber in Form einer mechanischen Verankerung, z.B. mittels eines zusammengepressten Vulstes aus dem Substratmaterial oder einer Kombination dieser Befestigungsarten durchgeführt werden.

Obwohl das Wesentliche darin zu sehen ist, dass die Aktivmasse in Streifen, die verschiedene Querschnittsformen haben können, auf dem Substrat angeordnet ist, sind die Streifen nach der Erfindung zweckmässig parallel zueinander und haben einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt, wodurch in einfacher Weise der Abstand zwischen in gleicher Weise ausgebildeten positiven und negativen Elektroden klein gehalten werden kann.

Elektrodenmassen gleicher Art kann an beiden Seiten des Substrates angeordnet werden. Eine Batteriezelle mit solchen Elektroden besteht dann aus einer Anzahl Elektroden mit negativer Masse und einer Anzahl Elektroden mit positiver Masse, die zusammen mit dem Elektrolyt wechselweise in einem Raum eines Batteriegehäuses, das mehrere Zellen enthalten kann, angeordnet sind. Elektroden gleicher Polarität werden dann in an sich bekannter Weise verbunden, und die einzelnen Zellen einer Batterie können in Reihe geschaltet werden.

Bei einer anderen Ausführungsform wird jede Elektrode mit positiver Masse an der einen Seite und negativer Masse an der anderen Seite des Substrates versehen. Bei Zusammenfassung solcher bipolaren Elektroden werden die Zellen in an sich bekannter Weise hintereinander geschaltet ohne Verwendung von besonderen Verbindungsstücken. Dieser besondere Vorteil kann nicht durch die eingangs beschriebenen bekannten Röhrchenzellenelektroden erzielt werden.

In einer elektrischen Batterie, die mindestens zwei Elektroden enthält, die mit positiver bzw. negativer Aktivmasse versehen sind, sind parallele Streifen aus Aktivmasse mit im wesentlichen

dreieckigem Querschnitt auf einander gegenüberliegenden Elektroden mit entgegengesetzter Polarität um eine halbeTeilung zueinander versetzt angeordnet. Dadurch wird eine besonders kompakte Konstruktion mit maxsimaler Grenzfläche zwischen dem Elektrolyt und der Oberfläche der aktiven Masse erzielt, was besonders günstig für den Verlauf der diffusionsbedingten Transportvorgänge ist, die sonst oft die Effektivität der Batterie begrenzen. Der minimale Abstand zwischen den positiven und den negativen Aktivmassen ermöglicht den erwähnten niedrigen inneren Widerstand und damit die hohe Stromdichte der Batterie.

Die beschriebene Ausführung kann sowohl mit ein- als auch zweipolige Elektroden verwendet werden.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Batterie sind die Substratplatten längs ihrer Peripherie von Aktivmasse freigehalten, und bei der Zusammenfassung von Elektroden zu einer Batterie wird jedes Elektrodenpaar mit zugesetztem Elektrolyt nach der Erfindung mit einer umlaufenden Dichtung, z.B. aus Gummi oder ähnlichem Material, versehen, die teils die einzelnen Zellen isoliert und abdichtet, so dass der Elektrolyt nicht auslaufen kann, und teils den gegenseitigen Abstand der Platten fiksiert. Diese Dichtung kann mit Vorteil mit einer Anzahl paralleler Dichtungslippen versehen sein, die an den Elektroden anliegen und eine hohe Dichtungssicherheit gewähren. Die Batterie wird an ihren Enden mit einseitig bekleideten, besonders dicken, mit positiver bzw. negativer Aktivmasse versehenen Substratplatten versehen. Diese Abschlussplatten sind etwas grosser als die dazwischenliegenden Elektroden und beim Zusammenspannen, z.B. durch Stegbolzen oder durch Umschnüren eines Metall- oder Kunststoffbandes, wird eine einwandfreie Abdichtung erzielt. Zur Erzielung einer noch sicheren Abdichtung können die Elektroden längs ihrer Peripherie mit einer elastischen Dichtungsmasse auf Gummi- oder Silikonebasis versiegelt werden, die z.B. selbstvulkanisierend sein kann. Durch an sich bekannter Technik kann die Batterie im übrigen in solcher Weise ausgebildet werden, dass bei Überladung keine wesentlichen Gasmengen entwickelt werden, wodurch die gesammte Konstruktion hermetisch geschlossen werden kann, wobei jedoch ein Sicherheitsventil in jeder einzelnen Zelle zu verwenden ist. Bei der beschriebenen Konstruktion mit Verwendung von dicken Endplatten kann die Anordnung der Batterie in einem besonderen Batteriegehäuse unterlassen werden, obwohl es natürlich auch möglich ist, die Batterie in einem solchen anzuordnen, was aber zu einer Erhöhung des Gesamt-

gewichtes führt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Hersteilung einer Elektrode für eine elektrische Batterie, welche Elektrode eine elektrochemische Aktivmasse umfasst, die an der einen oder an beiden Seiten eines tragenden, plattenförmigen, elektrisch leitenden Substrates angeordnet und von einem elektrolytpermeablen Separator gedeckt ist, und das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in Form einer Bahn durch eine Station geführt wird, in der die Aktivmasse in Pastaform auf das Substrat in einer Anzahl von parallelen Streifen mit einer den Abmessungen jeder herzustellenden Elektrode entsprechenden Länge aufgebracht wird, dass Separatormaterial in Bahnform an einer anderen Station auf den Streifen aus Aktivmasse angeordnet und wenigstens zwischen den Streifen aus Aktivmasse am Substrat befestigt wird, und dass die fertige Plattenbahn zur Bildung von einzelnen Elektroden abgeschnitten wird. Der Vorteil eines solchen Verfahrens besteht darin, dass das Verfahren als ein kontinuierlicher Vorgang durchgeführt werden kann, der sich leicht automatisieren lässt, so dass die Herstellungskosten niedrig gehalten werden. Bei einem Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Separatormaterial mittels Druckeinrichtungen am Substrat befestigt, die die Teile aus Aktivmasse zusammenpressen. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Verschweissen unter Zufuhr von Schweissmasse und Wärme. Die Druckeinrichtungen können z.B. durch Ultraschall vibriert werden. Die Befestigung kann auch z.B.

durch ein druckempfindliches Klebemittel, durch Festklemmen des Separators in einem Vulst im Substrat oder durch eine Kombination der genannten Methoden erfolgen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ' näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Ausfüh

rungsform einer einzelnen Elektrode nach der
Erfindung >

Fig. 2 einen entsprechenden Querschnitt durch eine andere Ausführungsform einer Elektrode nach der Erfindung in der Form einer bipolaren Elektrode,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform einer bipolaren Elektrode nach der Erfindung,

Fig. 4 eine geschnittene Bahn aus Substrat, wobei die

Aktivmasse quer zur Längsrichtung der Bahn angeordnet ist,

Fig. 5 eine entsprechende geschnittene Bahn aus Substrat, bei der die Streifen aus Aktivmasse parallei zur Längsrichtung der Bahn angeordnet sind,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie Vl-Vl in Fig. 4 bzw.

Fig. 5,

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Teil einer einpoligen Elektrode, bei der die Aktivmasse an beiden Seiten des Substrates angeordnet ist,

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Teil einer Batterie mit einpoligen Elektroden nach Fig. 7, die in einem Batteriegehaüse angeordnet sind,

Fig. 9 einen Schnitt durch einen Teil einer Batterie nach der Erfindung mit bipolaren Elektroden und mit

einer Dichtung für jedes Elektrodenpaar, und Fig. 10 eine Ansicht mehrerer zusammengefassten Batterien nach Fig. 9.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Elektrode zur Verwendung in einem elektrischen Element oder einer Batterie. Die Elektrode besteht aus einem Substrat, das eine Metallplatte 5 umfasst, die zur Erzielung einer leichten und billigen Ausführung z.B. aus Aluminium bestehen kann. Die Platte 5 weist einen dichten, leitenden Belag 6 auf, um die Platte gegen den Elektrolyt und die aktive Masse zu schützen. Die aktive Masse ist in Fig. 1 mit 3 bezeichnet und besteht bei einer Blei-Säure-Batterie aus Bleidioxyd bzw. porösem Blei und ist wie gezeigt in einer Anzahl von parallelen Streifen angeordnet (vgl. auch Fig. 4 und 5). Aussen an den Streifen von Aktivmasse 3 ist eine säurebeständige Separatorschicht 1 aus einem elektrolytpermeablen Material, wie einem Gewebe oder einem perforierten Kunststoffmaterial 17, mit einer porösen verstärkenden Schicht 18 aus glasfaserimprägniertem Papier od.dgl. vorgesehen, die bei der Verwendung der Elektrode in einer Batterie Elektrolyt aufsaugen kann. Der Separator 1 ist zwischen den Streifen 3 am Substrat, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform wie bei 4 gezeigt, am Belag 6 des Substrates befestigt derart, dass er einen Druck auf die Aktivmasse ausübt, die in dieser Weise in Teilbereiche mit jeweils verhältnismässig kleiner Fläche aufgeteilt ist, so dass mit der Zeit lose Fragmente der Masse vermieden werden. Obwohl es nicht unbedingt erforderlich ist,

wird der Separator in der Regel auch an den Enden der Streifen aus Aktivmasse am Substrat befestigt, vgl. auch Fig. 6.

Die in Fig. 2 dargestellte bipolare Elektrode mit jeweils negativer und aktiver Aktivmasse 2 bzw. 3 an den Seiten der Elektrode besteht ebenfalls aus einer dünnen Metallfolie 5, die wie in Fig. 1 beidseitig mit einem elektrolytbeständigen Belag 6 aus Kunststoff oder Metal! versehen ist, und die Aktivmasse an beiden Seiten ist ebenfalls von einer elektrolytbeständigen Separatorschicht 1 bedeckt, die wie in Fig. 1 durch Verschweissen mit dem Belag 6 an diesem befestigt ist.

Die Streifen 2 und 3 aus Aktivmasse haben einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt und sind zum Zwecke der Zusammenfassung der Elektroden zu einer Batterie um eine halbe Teilung zueinander versetzt.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform einer bipolaren Elektrode entspricht mit dem Unterschied der in Fig. 2 dargestellten Elektrode, dass der Separator hier dadurch am Substrat befestigt ist, dass er zwischen den Streifen von Aktivmasse in einem zusammengeklemmten Vulst 19 gehalten wird, der im Substrat, d.h. in der dargestellten Ausführungsform im Belag 6 des Substrates ausgebildet ist. Zur Erzielung einer noch besseren Verankerung im Vulst kann dieser auch mit einem Klebstoff (nicht gezeigt) versehen werden. Die Figuren 4 und 5 zeigen je eine in einzelne Elektroden aufgeteilte Bahn von Elektroden. Diese Bahn kann kontinuierlich hergestellt werden, wobei das Substrat, d.h. die Metallplatte 5 gegebenenfalls versehen mit dem Schutzbelag 6 an einer Vorrichtung vorbeigefügt wird, in der die Streifen 2 und/oder 3 aus Aktivmasse in Pastaform, z.B. durch Ekstrudieren durch eine Anzahl nebeneinander angeordneter Düsen hindurch an die eine oder an beide Seiten des Substrates aufgebracht werden, indem die Streifen mit der gewünschten Länge, wie in Fig. 4 dargestellt, in Querrichtung der Bahn oder, wie in Fig. 5 dargestellt, in Längsrichtung der Bahn auf diese aufgebracht werden. Darauf wird eine Bahn aus Separatormaterial 1 über die Aktivmassen gezogen und durch Ringflanschwalzen oder andere Druckeinrichtungen an den Verbindungsstellen 4 zwischen den Streifen aus Aktivmasse befestigt. Der Separator wird unter Zuführung einer Schweissmasse, die in der Form eines Bandes oder Drahtes auf den Separator gelegt wird, mit dem Substrat verschweisst. Die Walzen oder die Druckeinrichtungen können vorteilhaft durch Ultraschall geheizt werden. Die Verbindungen können auch durch ein druckemp-

findliches Bindemittel, durch Befestigung in den Vulsten 19 wie in Fig. 3 gezeigt, oder durch andere bekannte Methoden zur Befestigung von Kunststoff- und/oder Metallschichten erfolgen.

In Fig. 6 ist in einem Schnitt durch eine bipolare Elektrode gezeigt, wie die stirnseitigen Ränder 8 der Streifen 2,3 durch eine versiegelnde Verschweissung der Separatoren 1 mit dem Belag und einem weiteren aufgelegten Verschlussstreifen 20, z.B. aus Kunststoff, geschlossen sind.

Obwohl das Substrat ggf. aus einem gegen die verwendeten Elektrodenmassen und den verwendeten Elektrolyt beständigen Metall bestehen kann, kann es vorteilhaft sein, andere Metalle zu verwenden, die nicht chemisch beständig sind, und es wird dann erforderlich sein, die Metallplatte 5 mit dem im vorstehenden erwähnten chemisch beständigen Belag 6 zu versehen. Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch eine Elektrode, die an beiden Seiten des Substrates mit einer Aktivmasse gleicher Art versehen ist, und bei der die Streifen 3 aus Aktivmasse einander gegenüberliegen. Das Substrat wird jedoch hier durch eine perforierte Metallplatte oder ein Metallnetz 21 gebildet und ist allseitig von einem Schutzbelag 6 umgeben. Die Anwendung einer solchen perforierten Platte oder eines Metallnetzes 21 bewirkt, dass auf einfache Weise eine einwandfreie Befestigung des Belages 6 an der Platte oder dem Netz 21 geschaffen werden kann, und durch Verschweissung des Separators 1 mit dem Belag 6 wird eine besonders wirksame Verankerung des Separators erzielt.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer Batterie bestehend aus einem Batteriegehäuse 15, das durch Trennwände 22 in Zellen 16 aufgeteilt ist. Jede Zelle 16 enthält eine Anzahl doppelseitiger, einpoliger Elektroden 23, z.B. von gleicher Art wie die in Fig. 7 dargestellte sowie eine einseitige Elektrode 24 an jeder Aussenseite der Zelle. Die Elektroden sind derart zueinander versetzt, dass die im wesentlichen dreieckigen Streifen aus Aktivmasse vollständig zwischen einander eingreifen. Die einzelnen Elektroden und die einzelnen Zellen sind in nicht dargestellter aber in an sich bekannter Weise miteinander verbunden.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Teilansicht eines Schnittes durch eine erfindungsgemasse Batterie werden eine Anzahl bipolarer Elektroden der in Fig. 2 dargestellten Art verwendet, bei der die Streifen 2,3 aus Aktivmasse bedeckt von den Separatorschichten, wie in Fig. 8 dargestellt, dicht aneinander anliegen, was dazu beiträgt,

ein Ablösen der Aktivmassen vom darunter liegenden Substrat zu verhindern. Obwohl die Streifen aus Aktivmasse mit einem im wesentlichen dreieckigen Querschnitt dargestellt sind, können natürlich auch andere Querschnitte verwendet werden, aber um die Batterie mögliehst kompakt auszubilden, werden die einander zugewandten Elektrodenseiten vorzugsweise so ausgebildet, dass der Raum zwischen ihnen im wesentlichen vollständig ausgenutzt wird. Um eine optimale Wirkung der Batterie zu erzielen, muss der Querschnitt des elektrolytgefüllten Raumes, der in der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen durch die Separatorschichten 1 mit darin aufgesaugtem Elektrolyt gebildet wird, von der gleichen Grössenordnung sein, wie der Querschnitt der aktiven Massen. Die in Fig. 9 gezeigte äusserste einseitig belegte Elektrode weist eine besonders dicke Elektrodenplatte 5' auf, die gleich den übrigen Elektrodenplatten mit einem schützenden Belag 6 versehen ist, auf der die Streifen von Aktivmasse angeordnet und durch einen Separator 1 gehalten sind. Die dicke Elektrodenplatte 5' ist, wie weiter unten beschrieben wird, längs ihres Randes mit Bolzenöffnungen 12 versehen.

Zwischen je zwei Elektroden, die in ihrem äusseren Randbereich keinen Belag aufweisen, ist eine Dichtung 10 aus Gummi oder aus einem anderen geeigneten Material angeordnet, die zur Erzielung einer guten Anlage an den Elektroden und damit einer guten Abdichtungssicherheit mit zwei oder mehreren parallelen Dichtlippen 13 versehen ist. Diese Dichtungen legen gleichzeitig den gegenseitigen Abstand der Platten fest. Zur Erzielung einer noch besseren Abdichtungssicherheit, und um die Elektroden zusammenzuhalten, kann ausserhalb der umlaufenden Dichtungen 10 eine versiegelnde elastische Dichtungsmasse auf Gummi- oder Silikonebasis angeordnet werden, die gut an die Substrate der Elektroden und die Dichtungen 10 anhaftet.

Die Elastizität der Dichtungsmasse muss so hoch sein, dass die Aktivmassen während Auf- und Entladungen arbeiten können, und gleichzeitig muss die Dichtungsmasse einen Innendruck in den Elektrolytkammern der einzelnen Zellen widerstehen können.

Eine in dieser Weise mit besonders dicken Substratplatten aufgebaute kann ohne ein besonderes Batteriegehäuse verwendet werden. Die Batterie kann auch mit Metall- oder Kunststoff bänder umgebunden werden oder aber in Fig. 10 gezeigt durch Stegbolzen 14, die durch die in den Flanschen der Aussenelektroden vorgesehenen Bolzenöffnungen geführt sind, zusammengespannt werden. Diese Bolzen können auch,

wie aus Fig. 10 ersichtlich, zum Zusammenspannen von mehreren in dieser Weise hergestellten Batterien verwendet werden, und ausserdem können Verbindungsleitungen durch die Bolzen befestigt werden.

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Claims (10)

1. Elektrode für eine primäre oder sekundäre elektrische Batterie mit einer elektrochemischen Aktivmasse (2,3), die an der einen

5 oder an beiden Seiten eines tragenden, plattenförmigen, elektrisch leitenden Substrates (5,6) angeordnet und von einem elektrolytpermeablen Separator (1) gedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch eine kontinuierliche Platte (5,6) gebildet wird, auf der die Aktivmasse in Streifen (2,3) angeordnet ist, und dass die Masse durch den Separator (1), der (bei 4) an dem zwischen den aufgebrachten Streifen aus Aktivmasse gelegenen freien Teil des Substrates befestigt ist, mit einem Druck in Anlage an dem Substrat gehalten wird.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch eine tragende Metalplatte (5,5') gebildet wird, die wenigstens an der einen Seite mit einem dichten chemisch beständigen, elektrisch leitenden schützenden Belag (6) versehen ist.

3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatte duch ein perforiertes Blech oder Metallnetz (21) gebildet wird, das allseitig von einem elektrisch leitenden Belag (6) umgeben ist.

4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (1) durch eine perforierte Kunstoff schicht (1) mit einer porösen Verstärkungsschicht (18) z.B.

aus Glasfasen oder imprägniertem Papier gebildet wird.

5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (1) durch eine kraft- oder formbedingte Verbindung (4) wie Verkleben, Vulkanisieren, Verschweissen, Wulstverbindung oder Nieten am Substrat befestigt ist.

6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (2,3) aus Aktivmasse parallel zueinander sind und einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt haben.

7. Elektrische Batterie enthaltend mindestens zwei Elektroden nach einem der vorhergehenden Ansprüche und versehen mit positiver bzw. negativer Aktivmasse, dadurch gekennzeichnet, dass parallele Streifen (2,3) aus Aktivmasse mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt auf einander gegenüberliegenden Elektroden mit ent-

gegengesetzter Polarität um eine halbe Teilung versetzt zueinander angeordnet sind.

8. Elektrische Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Elektrodenpaar mit zugesetztem Elektrolyt eine umlaufende Dichtung (10) aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine elektrische Batterie, welche Elektrode eine elektrochemische Aktivmasse (2,3) umfasst, die an der einen oder an beiden Seiten eines tragenden, plattenförmigen, elektrisch leitenden Substrates (5,6) angeordnet und von einem elektrolytpermeablen Separator (1) gedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5,6) in Form einer Bahn durch eine Station geführt wird, in der die Aktivmasse in Pastaform auf das Substrat in einer Anzahl von parallelen Streifen (2,3) mit einer den Abmessungen jeder herzustellenden Elektrode entsprechenden Länge aufgebracht wird, dass Separatormaterial (1) in Bahnform an einer anderen Station auf den Streifen (2,3) aus Aktivmasse angeordnet und wenigstens zwischen den Streifen aus Aktivmasse (bei 4) am Substrat (5,6) befestigt wird, und dass die fertige Plattenbahn zur Bildung von einzelnen Elektroden abgeschnitten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Separatormaterial (1) mittels Druckeinrichtungen am Substrat (5,6) befestigt wird, die die Teile zwischen den Streifen (2,3) aus Aktivmasse zusammenpressen.