DE4306111C2 - Electrode for electric accumulators, process for their manufacture and use of the electrode - Google Patents
Electrode for electric accumulators, process for their manufacture and use of the electrodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für elektrische Akkumulatoren, die von aktiver Masse um gebene leitfähige Stäbe enthält, Verfahren zur Herstellung der Elektrode und die Verwendung der Elektrode.The invention relates to an electrode for electrical accumulators, the active mass around Contains given conductive rods, method of manufacturing the electrode and the use the electrode.
Elektroden für elektrische Akkumulatoren im weitesten Sinne bestehen aus dem aktiven Mate rial, das der eigentliche Energiespeicher ist, und einem Träger, der das aktive Material auf nimmt, den elektrischen Strom zu- und ableitet und den Elektroden Form und Festigkeit gibt. Je nach den Anforderungen an einen Akkumulator kommen für dessen Elektrodenbestückung sehr unterschiedliche Ausführungsformen infrage.Electrodes for electrical accumulators in the broadest sense consist of the active mate rial, which is the actual energy storage, and a carrier, which contains the active material increases, feeds and discharges the electrical current and gives the electrodes shape and strength. Depending on the requirements of an accumulator come for its electrode assembly very different embodiments in question.
Eine für Bleiakkumulatoren besonders typische Elektrodenform ist die der Gitterplatte mit einpa stierten elektrochemisch wirksamen Massen. Um eine große Oberfläche zu erhalten und der Säure möglichst guten Zutritt zur aktiven Masse zu gestatten, sind die Platten z. B. von Starter batterien sehr dünn.A particularly typical electrode shape for lead accumulators is that of the grid plate stated electrochemically active masses. To get a large surface and the To allow acid to have the best possible access to the active mass, the plates are e.g. B. from Starter batteries very thin.
Demgegenüber besteht die Röhrchenplatte aus einer Parallelschar zylindrischer Röhrchen, die durch ein gemeinsames Gitteroberteil oder Joch verbunden und an den unteren Enden durch eine gemeinsame Abschlußleiste aus Kunststoff verschlossen sind. Jedes Röhrchen enthält mit einer elektrolytdurchlässigen Kunststoff- oder Gewebeumhüllung das aktive Material sowie ei nen zentrisch mit dem Joch verbundenen Gitterstab, der als Stromleiter dient. Elektroden dieser Bauart werden allerdings nur als positive Elektroden verwendet.In contrast, the tube plate consists of a parallel family of cylindrical tubes that connected by a common lattice top or yoke and at the lower ends by a common plastic cover strip are closed. Each tube contains an electrolyte-permeable plastic or fabric covering the active material and egg NEN centrally connected to the yoke, which serves as a conductor. Electrodes of this Design are only used as positive electrodes.
Eine gewicht- und materialsparende Elektrodenausführung ist die bipolare Elektrode. Bei dieser befindet sich positives aktives Material auf der einen Seite und negatives aktives Material auf der anderen Seite eines elektronenleitenden, jedoch elektrolytundurchlässigen und vorzugs weise flächig ausgebildeten Trägers. Mit Hilfe solcher Bipolarelektroden läßt sich der Bau einer konventionellen Batterie mit in Serie geschalteten Zellen vereinfachen, weil der erwähnte Träger sowohl die Rolle einer Zellentrennwand als auch die eines Zellenverbinders übernehmen kann, so daß die üblichen Zellentrennwände aus Kunststoff entfallen können. The bipolar electrode is a weight and material-saving electrode design. At this there is positive active material on one side and negative active material on the other side of an electron-conductive, but electrolyte-impermeable and preferred wise flat trained carrier. With the help of such bipolar electrodes, the construction of a Simplify conventional battery with cells connected in series because of the carrier mentioned can take on the role of a cell partition as well as that of a cell connector, so that the usual plastic cell partitions can be omitted.
Eine besondere Art einer bipolaren Elektrodenanordnung liegt bei der mehrzelligen Batterie gemäß WO 89/02230 vor. Dort stehen sich positive Elektrodenplatten auf der einen Seite einer Zellenzwischenwand und negative Elektrodenplatten auf der an deren Seite der Zellenzwischenwand waagrecht einander gegenüber und sind paar weise mittels einer elektrolytdicht durch die Trennwand hindruchgeführten Seele elektrischleitend verbunden. Mit diesen Elektroden korrespondieren Elektrodenplatten der jeweils entgegengesetzten Polarität, welche an Seelen aus leitfähigem Material befestigt, von den gegenüberliegenden Außenwänden der Zelle hervorspringen.A special type of bipolar electrode arrangement is the multi-cell one Battery according to WO 89/02230. There are positive electrode plates one side of a cell partition and negative electrode plates on the one the sides of the cell partition are horizontally opposite each other and are few wise by means of an electrolyte-tight core led through the partition electrically connected. Electrode plates correspond to these electrodes the opposite polarity, which is on souls made of conductive material attached, protrude from the opposite outer walls of the cell.
Sämtliche Elektroden sind dabei derart ineinander verschachtelt, daß parallele Schnitte zu der Zellenzwischenwand durch Elektroden beider Polaritäten gehen.All electrodes are nested in such a way that parallel Make cuts to the cell partition through electrodes of both polarities.
Ein ähnliches Bauprinzip liegt der aus der EP 0 467 861 A1 bekannten Bleibatterie zu grunde, mit dem Unterschied jedoch, daß die plattenförmigen Elektroden durch solche in Stabform ersetzt sind, welche ineinander verschachtelt sind.A similar construction principle applies to the lead battery known from EP 0 467 861 A1 reasons, with the difference, however, that the plate-shaped electrodes by such are replaced in rod form, which are nested inside each other.
Ein offenkundiger Vorteil solcher bipolarer Elektrodenanordnungen ist durch die Kürze der Stromwege zwischen den Elektroden gegeben.An obvious advantage of such bipolar electrode arrangements is the brevity given the current paths between the electrodes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode für einen elektrischen Ak kumulator verfügbar zu machen, die mit entsprechenden Gegenelektroden so kombi nierbar ist, daß sich eine elektrisch ähnlich günstige Anordnung ergibt, die sich jedoch auf einfachere Weise fertigen läßt.The invention has for its object an electrode for an electrical Ak to make the accumulator available, so combi with corresponding counter electrodes It is possible that there is an electrically similarly favorable arrangement, which however can be manufactured in a simpler way.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrode gelöst, wie sie im Pa tentanspruch 1 definiert ist.The object is achieved according to the invention by an electrode such as that in Pa claim 1 is defined.
Die neue Stabelektrode wird danach von mehreren Stäben aus einem leitfähigen Ma terial gebildet, die zumindest an einer Seite durch einen Verbindungssteg, ebenfalls aus leitfähigem Material, miteinander verbunden sind. Die Stäbe haben einen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt und tragen eine Beschichtung von aktivem Material, vorzugsweise in Form eines Pastenauftrags. Der um die Auf tragsstärke vergrößerte Stabquerschnitt ist ebenfalls rechteckig oder quadratisch, wobei jedoch eine Abrundung der Kanten aus Gründen, die noch erörtert werden, günstig ist. The new stick electrode is then made up of several rods made of a conductive material material formed, at least on one side by a connecting web, likewise made of conductive material. The bars have one rectangular, preferably square cross-section and have a coating of active material, preferably in the form of a paste application. The one about the up bar cross section is also rectangular or square, however, rounding off the edges for reasons to be discussed is cheap.
Zwischen den einzelnen, von aktiver Masse umgebenen Stäben sind jeweils Zwi schenräume etwa der gleichen oder einer größeren Breite wie die der besagten Stäbe vorgesehen.Between the individual bars surrounded by active mass there are two spaces about the same or a larger width than that of said rods intended.
Einige Figuren sollen den Gegenstand der Erfindung verdeutlichen.Some figures are intended to clarify the subject matter of the invention.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Stabelektrode. Fig. 1 shows a rod electrode of this invention.
Fig. 2 zeigt ein der Elektrode von Fig. 1 zugrundeliegendes Stabgitter. FIG. 2 shows a bar grid on which the electrode of FIG. 1 is based.
Fig. 3 zeigt eine Pastierform für das Stabgitter gemäß Fig. 2. FIG. 3 shows a pasting mold for the bar grid according to FIG. 2.
Fig. 4 zeigt eine Stapelanordnung von Stabelektroden in einem Akkumulator gemäß der Erfindung im Querschnitt. Fig. 4 shows a stack arrangement of stick electrodes in an accumulator according to the invention in cross section.
Nach Fig. 1 setzt sich die neue Stabelektrode 1 aus einer Parallelschar äquidistanter, von aktiver Masse 3 umkleideter Stäbe 2 (durch die Masse verdeckt) sowie zumin dest einem ihre oberen Enden verbindenden Joch oder Verbindungssteg 4 mit Fah nenableiter 5 zusammen. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Stäbe, wie hier ersichtlich, auch an den unteren Enden durch einen Verbindungssteg oder eine Leiste 6 verbunden, was zur Erhöhung der mechanischen Stabilität beiträgt.According to Fig. 1, the new rod electrode rods 2 sets 1 from a multitude of equidistant parallel, cased of active material 3 (obscured by the mass) and at least one yoke connecting the upper ends or connecting web 4 with Fah nenableiter 5 together. In an advantageous embodiment of the invention, as can be seen here, the rods are also connected at the lower ends by a connecting web or a strip 6 , which contributes to increasing the mechanical stability.
Das Material der leitfähigen Stäbe sowie der ebenfalls leitfähigen Verbindungsstege ist vorzugsweise Blei oder eine Bleilegierung.The material of the conductive rods as well as the also conductive connecting bars is preferably lead or a lead alloy.
Die Dicke der Stäbe allein sollte erfindungsgemäß 1 mm bis 3 mm betragen, die Dicke der mit dem aktiven Material (PbO2 bei positiven, Bleischwamm bei negativen Elektroden) umkleideten Stäbe 2 mm bis 6 mm. Bevorzugte Stabdicken liegen bei ca. 2 mm, nach Massebeschichtung (d. h. im pastierten Zustand) bei ca. 4 mm.According to the invention, the thickness of the rods alone should be 1 mm to 3 mm, the thickness of the rods covered with the active material (PbO 2 in the case of positive, lead sponge in the case of negative electrodes) be 2 mm to 6 mm. Preferred bar thicknesses are approx. 2 mm, after mass coating (ie in the pasted state) approx. 4 mm.
Von entsprechender Größe ist die Breite der Zwischenräume 7 zwischen den Elektro denstäben, welche bei der Zellenmontage den Stäben der Gegenelektrode einschließ lich einer Separation Raum geben müssen. Stabdicken und Breite der Zwischenräume sind dann etwa gleich, wenn positives und negatives aktives Material ein gleiches spezifisches Volumen besitzen. Ist dies nicht der Fall, können Stabdicke und Zwi schenraumbreite bis zu 25% voneinander differieren.Of appropriate size is the width of the spaces 7 between the electrode rods, which must give the rods of the counterelectrode including a separation space during cell assembly. The thickness of the bars and the width of the gaps are approximately the same if positive and negative active materials have the same specific volume. If this is not the case, the bar thickness and the space width can differ by up to 25%.
Gemäß Fig. 2 stellt sich das Gerüst der erfindungsgemäßen Stabelektrode - hier in der bevorzugten Ausführung mit Verbindungsstegen oben und unten - als ein einfa ches und deshalb im Fertigungsprozeß sehr leicht zu handhabendes Stabgitter 8 dar. Dabei besitzt der obere Verbindungssteg 4 (Jochteil) vorzugsweise einen größeren Leitungsquerschnitt als die Einzelstäbe. Im übrigen bieten sich hier viele weitere Mög lichkeiten für eine designerische Gestaltung des Jochteils an, die über von außen nach einwärts sich verbreiternde Umrisse bis zu einer "Mittenanbindung" der Fahne reichen.Referring to FIG. 2, there is the backbone of the rod electrode according to the invention - here in the preferred embodiment with connecting webs above and below -. As a simp ches and therefore, in the manufacturing process very easily is to handle bar grid 8 The upper connecting web has 4 (yoke) is preferably a larger cable cross-section than the individual rods. In addition, there are many other possibilities here for a designer design of the yoke part, which extend from the outward widening outlines to a "central connection" of the flag.
Zur allseitigen, gleichmäßigen Beschichtung der Stäbe mit der jeweiligen Aktivmasse wird das Stabgitter in eine Pastierform 9 gemäß Fig. 3 eingelegt. Die Pastierform umfaßt eine Reihe paralleler Rippen 10 von rechteckigem Querschnitt, die mit ihren Enden durch Querleisten 11 verbunden sind. Die Rippen entsprechen in Länge und Querschnitt exakt den Zwischenräumen 7 der Stabelektrode 1. Sie können hohl oder massiv ausgeführt sein.For all-round, uniform coating of the bars with the respective active material, the bar grid is placed in a pasting mold 9 according to FIG. 3. The pastier form comprises a series of parallel ribs 10 of rectangular cross section, which are connected at their ends by cross bars 11 . The ribs correspond in length and cross section exactly to the spaces 7 of the rod electrode 1 . They can be hollow or solid.
Die Rippen 10 wechseln sich ab mit Aussparungen oder Zwischenräumen 12, welche der Aufnahme der Stäbe und der aktiven Masse dienen. Dabei sorgen Einschnitte 13 in den Querleisten 11 für eine exakte zentrische Positionierung der Stäbe.The ribs 10 alternate with recesses or spaces 12 , which serve to accommodate the rods and the active mass. Incisions 13 in the transverse strips 11 ensure exact central positioning of the bars.
Form 9 und eingelegtes Stabgitter 8 werden nunmehr gemeinsam einer Pastierma schine zugeführt, wobei dank den nach oben wie nach unten offenen Aussparungen 12 die Pastierung des Stabgitters von beiden Seiten her erfolgt. Zugleich erhalten die mit Masse umkleideten Stäbe ihre exakte prismatische Gestalt. Die Rippen 10 bleiben von der Pastierung ausgenommen und hinterlassen so die massefreien Zwischen räume bei der fertigen Elektrode.Form 9 and inserted bar grid 8 are now fed together to a pasting machine, the pasting of the bar grid being carried out from both sides thanks to the recesses 12 which are open at the top and bottom. At the same time, the rods covered with mass acquire their exact prismatic shape. The ribs 10 remain excluded from the pasting and thus leave the mass-free spaces in the finished electrode.
In Fig. 3 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit eine Pastierform für eine Stab elektrode mit nur 6 Stäben dargestellt. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Er findung, die Größenauslegung der Elektrode beliebig zu ändern und die Zahl der Stäbe dem jeweiligen Format anzupassen.In Fig. 3, a pasting mold for a rod electrode with only 6 rods is shown for reasons of clarity. Of course, it is within the scope of the invention to change the size of the electrode as desired and to adapt the number of rods to the respective format.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Stabelektrode gemäß Erfindung als Baustein für einen neuen elektrischen Akkumulator geeignet.In a particularly advantageous manner, the stick electrode according to the invention is a component suitable for a new electric accumulator.
Wie nämlich aus Fig. 4 ersichtlich, lassen sich erfindungsgemäße Elektroden im Wechsel ihrer Polaritäten und unter Zwischenlage eines Separators 14 so aufeinan derschichten, daß die von Masse 3 umgebenen Stäbe 2 der einen Elektrode in die Zwischenräume 7 der von Masse umgebenen Stäbe der anderen Elektrode hineinra gen, wobei sich der Separator mäanderförmig zwischen den Elektroden erstreckt. Die Montage eines Stabplattenstapels gemäß der Erfindung ist also sehr einfach. As can be seen from Fig. 4, electrodes according to the invention in alternating their polarities and with the interposition of a separator 14 so that the layers 3 surrounded by mass 3 rods 2 of one electrode into the spaces 7 of the rods surrounded by mass of the other electrode gene, wherein the separator extends meandering between the electrodes. The assembly of a stack of bar plates according to the invention is therefore very simple.
Bei der fertigen Stapelanordnung ergibt sich, wie aus Fig. 4 ebenfalls erkennbar, zwischen seitlich benachbarten Stäben stets eine einlagige, zwischen übereinander liegenden Stäben dagegen stets eine doppellagige Separation.In the finished stack arrangement, as can also be seen from FIG. 4, there is always a single-layer separation between laterally adjacent bars, but a double-layer separation between bars one above the other.
Ist ein nur wenig flexibles oder wenig reißfestes Separatormaterial verfügbar, könnten sich die einlagigen, vertikalen Bereiche der Separation als Schwachstellen erweisen.If a separator material that is not very flexible or not very tear-resistant is available, could the single-layer, vertical areas of the separation prove to be weak points.
Eine optimale elektrische Isolation der Stäbe wird jedoch in jedem Falle erfindungs gemäß dadurch erzielt, daß man entweder die Einzelstäbe zusätzlich mit einer umlau fenden Separation versieht oder auf ihnen durch Tauchen in eine Kunststoffdispersion einen elektrolytdurchlässigen, nichtleitenden Überzug erzeugt.However, optimal electrical insulation of the rods is fiction in any case according to achieved that either the individual rods additionally with a umlau fenden separation or by immersing them in a plastic dispersion creates an electrolyte-permeable, non-conductive coating.
Mit Rücksicht auf ein gutes Anschmiegen der Separation an die Kontur der Elektro denschichten ist es auch vorteilhaft, die Kanten der Stäbe durch leichte Abrundungen zu entschärfen. Dem könnte durch eine entsprechende Ausgestaltung der Pastierform leicht Rechnung getragen werden.With regard to a good nestling of the separation on the contour of the electrical It is also advantageous to layer the edges of the bars by slightly rounding them off to defuse. This could be done by designing the pastry pan accordingly easily taken into account.
Liegt ein sehr weiches, vliesartiges Separatormaterial vor, so kann dieses ungeachtet des mäandrierenden Verlaufes über die Stabreihen hinweg vermöge seiner An schmiegsamkeit auch auf das Jochteil bzw. die Verbindungsstege 4, 6 des Stabgitters übergreifen und diese so in die elektrische Isolation mit einbeziehen. Im Elektroden stapel liegen die Stege gegenpoliger Elektroden wegen der hohen Packungsdichte nämlich sehr dicht, gegebenenfalls nur im Abstand von ca. 1 mm, nebeneinander. Der allfälligen Kurzschlußgefahr könnte jedoch auch auf sehr einfache Weise durch eine Kunsttoffbeschichtung der Verbindungsstege vorgebeugt werden.If there is a very soft, fleece-like separator material, this can spread regardless of the meandering course across the rows of rods due to its suppleness to the yoke part or the connecting webs 4 , 6 of the rod grid and thus include them in the electrical insulation. Because of the high packing density, the ridges of opposite-pole electrodes are in the stack of electrodes very close together, possibly only at a distance of approx. The possible short-circuit risk could, however, also be prevented in a very simple manner by a plastic coating of the connecting webs.
Mit der neuen Elektrode werden quasi Konstruktionsprinzipien und Arbeitsschritte der Gitterplattentechnik bei Bleibatterien für einen Akkumulator mit Stabelektroden er schlossen. Die Erfindung setzt der bekannten Bauweise von Stabelektroden aus vielen Einzelstäben, die beiderseits einer Grundplatte befestigt sind und die eine ebenso umständliche Separation erfordern, ein gießbares Stabgitter als ein wesentlich einfacheres Bauelement entgegen. Dank der Stapelfähigkeit der neuen Elektroden werden Plattensätze mit gleicher Konfiguration der Gitterstäbe wie jene bei den bipo laren Elektroden gemäß EP 0 467 861 A1 erhalten. Die Zellenmontage mittels der neuen Elektroden ist jedoch wesentlich rationeller und einem zügigen Fertigungsfluß angepaßt.With the new electrode, the design principles and work steps of the Grid plate technology for lead acid batteries for an accumulator with stick electrodes closed. The invention is based on the known construction of stick electrodes many individual bars that are attached to both sides of a base plate and one also require laborious separation, a castable bar grille as an essential simpler component. Thanks to the stackability of the new electrodes plate sets with the same configuration of the bars as those for the bipo obtained laren electrodes according to EP 0 467 861 A1. The cell assembly by means of the However, new electrodes are much more efficient and a faster production flow customized.
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WO1984002230A1 (en) * | 1981-06-03 | 1984-06-07 | Tore Eriksson | Plural cell storage battery |
EP0467861A1 (en) * | 1990-07-17 | 1992-01-22 | Ente Per Le Nuove Tecnologie, L'energia E L'ambiente ( Enea) | A lead-acid storage battery with tubular bipolar electrodes |
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1993
- 1993-02-27 DE DE4306111A patent/DE4306111C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1984002230A1 (en) * | 1981-06-03 | 1984-06-07 | Tore Eriksson | Plural cell storage battery |
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