DE69015974T2

DE69015974T2 - Verfahren zum Beziehen einer Elektrode mit schaumförmigem Träger für elektroschemischen Generator und nach diesem Verfahren erhaltene Elektrode.

Info

Publication number: DE69015974T2
Application number: DE69015974T
Authority: DE
Inventors: Georges Caillon; Cyrille Lebarbier
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1989-11-07
Filing date: 1990-11-02
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2010-11-03
Also published as: JPH03171554A; FR2654262A1; DE69015974D1; EP0427141A1; FR2654262B1; ES2067625T3; EP0427141B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkleidung einer Elektrode mit Schaumträger für einen elektrochemischen Generator und eine durch dieses Verfahren erhaltene Elektrode. Sie bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf dichte elektrochemische Generatoren mit alkalischem Elektrolyten und mit spiralförmigen Elektroden, von denen mindestens eine Elektrode einen mit aktivem Material versehenen porösen metallischen Träger aufweist. Dieser Träger besitzt eine Matrixstruktur, die einem Schwamm vergleichbar ist, dessen Zellen in einem dreidimensionalen Netz miteinander verbunden sind. Er wird mit "Schaum" bezeichnet. Die Porosität dieses Schaums ohne aktives Material liegt bei über 90%.
Nach dem Einbringen des aktiven Materials in die Elektrode wird diese derart komprimiert, daß sie die richtige Dicke bekommt, daß ihr Zusammenbau erleichtert ist, und daß der gute Betrieb des Generators somit gesichert ist.
Wenn man eine Spiralwicklung von zwei Elektroden mit einem dazwischengefügten Separatorband durchführt, muß man einen sehr zugfesten Separator verwenden (z.B. höher als 50 N fur einen Separator einer Breite von 5 cm). Ein solcher Separator besteht normalerweise aus einer Folie auf der Basis von Polyamid- oder Polypropylenfasern mit einem Faserdurchmesser in der Größenordnung von 25 Mikrometern.
In der japanischen Patentanmeldung JP-A-75 145 833 verkleidet man die Elektrode, indem man zu beiden Seiten des porösen Metallträgers von der Art des mit aktivem Material versehenen Schaums eine Schicht eines Gewebes aus Polypropylenfasern anordnet und die erhaltene Einheit komprimiert. Um eine gewisse Haftung der Schichten aus Polypropylengewebe auf dem Schaum zu erhalten, muß man vorher Vinylchloridfasern heiß auf dieses Gewebe aufkleben.
Dieses Verfahren ist kompliziert und teuer. Außerdem ist die Verwendung einer chlorierten Verbindung im Kontakt mit der positiven Elektrode nicht empfehlenswert, insbesondere bei einem dichten Akkumulator, der das bevorzugte Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung bildet; diese Verbindungen setzen nämlich in einem geschlossenen Gehäuse Chloride frei und verursachen so eine nicht umkehrbare Korrosion der Elektroden.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteil zu vermeiden und ein einfacheres Verfahren zum Verkleiden einer Elektrode vorzuschlagen das trotzdem eine gute Haftung des Separators auf der Elektrode sowie eine Verbesserung der elektrochemischen Leistungen des Generators ergibt.
Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur Verkleidung einer Elektrode für einen elektrochemischen Generator gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 zum Gegenstand.
Man beobachtet eine gute Haftung der Separatoren auf der ganzen Oberfläche des Trägers.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Elektrode mit Schaumträger Separatoren aus Polyolefinfasern aufweisen, die einen Durchmesser unter 5 Mikrometer haben, wobei diese Separatoren eine Zugfestigkeit aufweisen, die zehnmal geringer ist als die der üblichen Separatoren.
Das Flächengewicht dieser Separatoren liegt vorzugsweise zwischen 5 und 50 g/m².
Solche Elektroden können mit den üblichen Spiralwicklungsverfahren spiralförmig aufgewickelt werden, eventuell mit einem zusätzlichen zwischengeiügten Separator. Ein solcher Separator aus Polyamid oder Polypropylen hat Fasern, deren Durchmesser in der Größenordnung von 20 Mikrometern liegt, mit einem Flächengewicht zwischen 60 und 90 g/m².
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Maße der beiden Separatorschichten derart gewählt, daß diese beiden Schichten sich zusammenfügen und die Ränder des Trägers schützen können. Es ist natürlich angebracht, die Verlängerung der verschiedenen Bestandteile bei der Komprimierung zu berücksichtigen.
Vorzugsweise wird dieser Träger mit seinem elektrischen Anschluß versehen, ehe er seine beiden Separatorschichten erhält.
Die vorliegende Erfindung hat weiter eine Elektrode für einen elektrochemischen Generator zum Gegenstand, die einen schaumartigen porösen metallischen Träger enthält, der mit aktivem Material vergehen ist und einen elektrischen Anschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in seine beiden Flächen zwei Separatorschichten auf der Basis von Polyolefinfasern eingelegt sind, deren Durchmesser unter 5 Mikrometer liegt wobei der Separator ein Flächengewicht von zwischen 5 und 50 g/m² hat.
Die vorliegende Erfindung hat zahlreiche Vorteile.
Zuerst einmal verstärkt die Faserstruktur des Separators deutlich die Biegefähigkeit der Elektrode. Daraus folgt, daß die Elektrode leichter gewickelt werden kann. Außerdem ist es möglich, zerbrechlichere Schaumträger oder Schaumträger mit einem geringeren Flächengewicht als die üblichen Träger zu verwenden.
Für die gleiche Menge an Separatormaterial weist außerdem der erfindungsgemäße Separator mit sehr feinen Fasern eine verbesserte Benetzbarkeit durch den Elektrolyten, ein besseres Filter- und Isoliervermögen gegenüber festen Bestandteilen und Elektronen auf, die den Separator nicht durchqueren dürfen, und dies ohne Veränderung der Ionendurchlässigkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Verwendung eines zusätzlichen Zwischenseparators; wenn eine der Separatorschichten einen Fehler aufweist, der örtlich ihre Filter- und Isoliereigenschaften schwächen könnte, wird durch das Übereinanderlegen mehrerer Schichten praktisch die Wirkung eines solchen Fehlers aufgehoben.
Da die Separatoren mit sehr feinen Fasern billiger sind als die üblichen Separatoren, kann man entweder die globalen Kosten der Separatoren in einem Akkumulator senken oder eine leistungsfähigere Möglichkeit mit mehreren Schichten zum gleichen Preis verwenden.
Schließlich schützen die zwei Separatorschichten einer erfindungsgemäßen Elektrode die Umwelt vor Staubteilchen aktiven Materials, die sich von der Elektrode lösen können. Dies ermöglicht den Verzicht auf eine Oberflächen- und Volumenbehandlung dieser Elektroden durch Anti-Staub-Produkte, die Fibrillierung oder "Postcoating" genannt wird. Die Menge der in den Werkhallen vorhandenen Staubteilchen ist also beträchtlich begrenzt. Daraus foffigt eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen und eine Reduzierung der Gefahren für die Gesundheit des Personals.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auch besonders vorteilhaft ist für spiralförmig gewickelte Elektroden von zylindrischen Akkumulatoren, so ist es aber auch sehr interessant für flache Elektroden. Man erhält nämlich Schaumträger- Elektroden mit einer über die ganze Oberfläche des Trägers haftenden Hülle; man nutzt also einen großen Teil der obengenannten Vorteile.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die nicht einschränkend zu verstehen sind.
Figur 1 ist eine Explosionsansicht in Perspektive eines erfindungsgemäßen Elektrodenträgers mit zwei Separatorschichten vor der Komprimierung.
Figur 2 ist eine Perspektivansicht der Bestandteile der Figur 1 nach der Komprimierung.
Figur 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Details A der Figur 2.

BEISPIEL I

Man sieht in Figur 1 einen Träger 1 aus Nickelschaum mit einem Flächengewicht von 5 g/dm² und einer Dicke von 1,1 mm, mit einer ursprünglichen Porosität von mehr als 90%. Dieser Träger wird mit 17 g/dm² aktivem Material auf der Basis von Nickel-, Kobalt- und Kadmiumhydroxid beladen. Dieser Träger kann mit einem (nicht dargestellten) elektrischen Anschluß versehen sein.
Zwei Separatorschichten 2 und 3 sind zu beiden Seiten des Trägers 1 angeordnet. Jede Schicht, deren Dicke etwa 0,1 mm beträgt, besteht aus Polypropylenfasern mit einem Faserdurchmesser zwischen 0,5 und 5 um. Ihr Flächengewicht beträgt 550 g/m².
Nach der Komprimierung erhält man eine Elektrode 10 einer Dicke von 0,7 mm (siehe Figur 2) mit ihren drei Bestandteilen 1', 2', 3'. Die Dicke jeder Schicht 2', 3' beträgt etwa 0,015 mm. Man sieht in vergrößertem Maßstab in Figur 3 die Wände 5 des Trägers 1' aus Nickel, die Hohlräume für das aktive Material 4 bilden; die Fasern des Separators 3' sind in den Träger 1' eingedrungen, was ihre sehr starke Haftung über die ganze Oberfläche dieses Trägers bewirkt.
Die Elektrode 10 ist einer üblichen negativen Kadmiumelektrode zur Herstellung eines Nickel-Kadmium-Akkumulators mit spiralförmig gewickelten Elektroden zugeordnet. Beim Wikkeln wird ein Stück eines üblichen Separators aus Polyamid eines Flächengewichts von zwischen 70 und 90 g/m² verwendet, um den Vorgang zu starten und den Kern der Spirale besser zu schützen, der immer den Bereich bildet, der der Gefahr eines Isolationsfehlers am stärksten ausgesetzt ist.

BEISPIEL II

Man geht in gleicher Weise vor wie im Beispiel I mit einem Träger 1 aus Nickelschaum mit einem Flächengewicht von 3,5 g/dm², einer Dicke von 1,1 mm und einer Ladung von 17 g/dm² an aktivem Material auf der Basis von Nickel-, Kobalt- und Kadmiumhydroxid. Die Separatorschichten haben ein Flächengewicht von 16 g/m² und die sie bildenden Polypropylenfasern haben einen Durchmesser zwischen 0,5 und 5 Mikrometern. Die Dicke eines solchen Separators kann (vor der Komprimierung) zwischen 0,05 und 0,13 mm liegen.
Die Elektrode 10 mit ihren beiden in den Träger 1' eingearbeiteten Separatorschichten 2' und 3' hat eine Dicke von 0,7 mm nach der Komprimierung. Die durch jede Separatorschicht eingeführte Überdicke liegt zwischen 0,01 und 0,03 mm.
Diese Elektrode wird einer üblichen negativen Elektroden wie im Beispiel I zugeordnet, mit einem zusätzlichen Zwischenseparator mit Fasern eines Durchmessers von 25 Mikrometern, der ein Flächengewicht von 60 g/m² aufweist, d.h. unterhalb der der üblichen Separatoren.

BEISPIEL III

Man verwendet den gleichen Träger wie im Beispiel II mit dem gleichen aktiven Material einer Menge von 18 g/dm².
Die Separatorschichten haben ein Flächengewicht von 25 g/m² mit Polypropylenfasern eines Durchmessers von zwischen 0,5 und 5 Mikrometern. Die Einheit wird derart komprimiert, daß die positive Elektrode eine Dicke von 0,7 mm hat.
Man stellt nach dem gleichen Verfahren eine negative Elektrode her, deren Schaumträger ein Flächengewicht von 5 g/dm² hat und deren aktives Material eine Legierung auf der Basis von Lanthan und Nickel ist. Die Ladung mit aktivem Material beträgt 17 g/dm². Man ordnet diesem Träger zwei Separatorschichten auf der Basis von Polypropylenfasern eines Faserdurchmessers von zwischen 0,5 und 5 Mikrometern mit einem Flächengewicht von 25 g/m² zu. Das Ganze wird komprimiert, bis die negative Elektrode eine Dicke von 0,4 mm hat.
Diese beiden Elektroden werden einander gegenüber angeordnet und spiralförmig gewickelt, um einen Niederdruck- Nickel-Wasserstoff-Generator zu bilden. Beim Wickeln wird ein Stück eines üblichen Separators verwendet, wie im ersten Beispiel.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die soeben beschriebenen Beispiele beschränkt. Man könnte, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, jedes Mittel durch ein gleichwertiges Mittel ersetzen.

Claims

1. Verfahren zum Verkleiden einer Elektrode für einen elektrochemischen Generator, wobei die Elektrode eine porösen metallischen Träger (1) der Art eines mit aktivem Material beladenen Schaums aufweist und wobei man nach diesem Verfahren zu beiden Seiten des Trägers eine Separatorschicht (2, 3) auf der Basis von Polyolefinfasern anbringt und die so erhaltene Einheit komprimiert, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Separator wählt, der aus nicht verwebten Fasern mit einem Durchmesser von unter 5 Mikrometern besteht und ein Flächengewicht zwischen 5 und 50 g/m² aufweist, wobei die Komprimierung zur Wirkung hat, die Fasern in den Träger derart einzufügen, daß der Separator auf der ganzen Oberfläche dieses Trägers gut haftet.

2. Verfahren zum Verkleiden einer Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Maße der beiden Separatorschichten so wählt, daß ihre Ränder sich vereinigen und die Ränder des Trägers schützen.

3. Verfahren zum Verkleiden einer Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anbringen der Separatorschichten der Träger mit einem elektrischen Anschluß versehen wird.

4. Elektrode für einen eiektrochemischen Generator mit einem schaumartigen porösen metallischen Träger, der mit aktivem Material beladen und mit einem elektrischen Anschluß versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in seine beiden Flächen zwei Separatorschichten auf der Basis von Polyolefinfasern mit einem Durchmesser von weniger als 5 Mikrometer durch Komprimierung eingedrückt sind, wobei das Flächengewicht dieser Schichten zwischen 5 und 50 g/m² liegt.