DE69204550T2

DE69204550T2 - Verfahren zum Verbinden eines metallischen Ableiters an eine ein Schaumgerüst als Trägerteil enthaltende Elektrode für einen elektrochemischen Generator und bei diesem Verfahren erhaltene Elektrode.

Info

Publication number: DE69204550T2
Application number: DE69204550T
Authority: DE
Inventors: Joel F-33200 Bordeaux Brunarie; Bernard F-33130 Begles Carteau; Michel F-33110 Le Bouscat Grange-Cossou; Jean-Marc F-33850 Leognan Guerinault
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2012-05-27
Also published as: ES2076706T3; DE69204550D1; GR3017980T3; FR2677173A1; FR2677173B1; EP0516535A1; EP0516535B1; WO1992022095A1; ATE127620T1; DK0516535T3; JPH05508512A; JP3113276B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines metallischen Anschlusses mit einer Elektrode auf Schaumstoffträgerbasis für elektrochemische Generatoren.
Sie bezieht sich insbesondere auf elektrochemische Generatoren mit einem alkalischen Elektrolyten, bei denen mindestens eine Elektrode einen mit aktivem Material versehenen metallischen porösen Träger aufweist. Dieser poröse Träger besitzt eine Matrixstruktur vergleichbar einem Schwamm, dessen Zellen miteinander durch ein dreidimensionales Netz verbunden sind, das im vorliegenden Fall mit dem Begriff "Schaum" bezeichnet wird.
Vor dem Aufbringen des aktiven Materials liegt die Porosität des Schaums über 90%. Nach dem Aufbringen wird die Elektrode derart verdichtet, daß ihre Dicke einen bestimmten Wert annimmt, was ihren Zusammenbau erleichtert und einen einwandfreien Betrieb des Generators gewährleistet.
Die betroffenen Generatoren können ebene oder spiralig gewickelte Elektroden aufweisen.
Die Verbindung einer solchen Elektrode mit einer Klemme des Generators erfordert die Verwendung eines eigenen metallischen Anschlusses.
Um eine solche Operation durchzuführen, würde die Übertragung von für andere Elektrodentypen allgemein bekannten Techniken zu einem der vier folgenden Verfahren führen:
- Das Anschweißen eines Metallteils oder eines nicht mit aktivem Material versehenen Schaumstoffanschlusses auf dem im allgemeinen nicht mit aktivem Material versehenen Schaumstoff in der Schweißzone.
- Das Ausschneiden des eventuell mit aktivem Material versehenen Schaumstoffträgers in der Weise, daß ein Anschluß deutlich wird.
- Das Annieten oder Anklammern eines Metallteils auf dem mit aktivem Material versehenen Schaumstoffträger.
- Das Komprimieren eines nicht mit aktivem Material versehenen Schaumstoffanschlusses auf dem mit aktivem Material versehenen Schaumstoffträger.
Das erste Verfahren besitzt den Nachteil der nur mäßigen Zuverlässigkeit der Verschweißung von Komponenten geringer Dicke. Die Vorbereitung der zu verschweißenden Oberfläche der Elektrode erfordert oft eine zusätzliche Operation.
Das zweite Verfahren führt zur Herstellung eines brüchigen Bauteils, das bei den nachfolgend erforderlichen Operationen häufig bricht. Weiter geht der Ausschnitt des Anschlusses im Schaumstoff zu Lasten der Kosten: Verlust an Schaumstoff und eventuell von aktivem Material beträchtlichen Werts.
Das dritte Verfahren mit Annieten oder Anheften versteift den Träger. Die Folge ist insbesondere eine Verringerung der Biegefähigkeit für die Spiralbildung der Elektrode.
Der durch das vierte Verfahren erhaltene Schaumstoffanschluß ist kostspielig und brüchig.
Diese unterschiedlichen Verfahren besitzen weiter den Nachteil, daß sie die aktive Oberfläche der Elektroden verkleinern.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verbindungsverfahrens, das keine zusätzliche Behandlungsphase erfordert und das nur eine vernachlässigbare Verkleinerung der aktiven Oberfläche der Elektrode herbeiführt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden eines metallischen Anschlusses mit einer Elektrode in Form eines Schaumstoffträgers für elektrochemische Generatoren, wobei man von dem Träger ausgeht, der eine Porosität vom mehr als 90% besitzt und mit einem aktiven Material versehen ist, worauf eine Kompression erfolgt, um eine bestimmte Dicke zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Anschluß aus Streckmetall oder aus perforiertem Metallblech mit einer Lochrate von über 40% herstellt, der zwei Schenkel besitzt, die aneinander befestigt und zu beiden Seiten des mit aktivem Material versehenen Trägers angeordnet sind, und daß man die Kompressionsoperation des Trägers benutzt, um den Anschluß in den Träger eindringen zu lassen.
Die dreidimensionalen, porösen Strukturen des Trägers und des Anschlusses durchdringen sich gegenseitig und verbinden sich im Laufe der Kompression. Man erzielt dann einen optimalen mechanischen Halt gegen das Abreißen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform definiert der Anschluß eine Zunge, die über den Träger hinaustritt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform erstreckt sich Anschluß über eine ganze Kante des Trägers. Man erhält so eine Elektrode mit einem metallischen Randstreifen, die an der Kante verschweißt werden kann und auf einem Herstellungs-Fließband mit bekannten Elektroden austauschbar wird.
Vorzugsweise weist das Streckmetall Maschen mit Rippen auf, deren Breite 1 zwischen der halben und der dreifachen Dicke e gewählt ist.
Das Flächengewicht des Trägers kann zwischen 3g/dm² und 7 g/dm² liegen.
Der Anschluß ist mit dem Träger über eine Oberfläche verbunden, die zwischen 0,1% und 60% der Oberfläche des Trägers ausmacht.
Das Material des Trägers ist vorzugsweise Nickel und das Material des Anschlusses ist unter den Metallen Nickel, vernickelter Stahl und rostfreier Stahl gewählt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Elektrode für elektrochemische Generatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode einen elektrischen Anschluß aus Streckmetall oder aus perforiertem Metallblech mit einer Lochrate von über 40% enthält, wobei die dreidimensionalen porösen Strukturen des Trägers und der Anschluß sich aufgrund einer Kompression gegenseitig durchdrungen und verbunden haben.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind im wesentlichen folgende:
- die vernachlässigbare Verringerung der aktiven Oberfläche der Elektrode, da das aktive Material der Elektrode im Bereich des Anschlusses wirken kann,
- die Einfachheit der geometrischen Form des Anschlusses sowie seiner Anbringung im Verlauf der Kompression des Trägers, ohne zusätzliche Behandlungsphase,
- die Möglichkeit der Herstellung von entlang einer Kante schweißbaren Elektroden, was es ermöglicht, Elektroden zu erhalten, deren Leistungsmerkmale denen von Elektroden mit sogenanntem "Zungen"-Anschluß überlegen sind und die gegen bekannte Elektroden mit herkömmlichem Träger austauschbar sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden, nicht beschränkend zu verstehenden Beschreibung von Ausführungsformen hervor.
Die Figuren 1A bis 1D zeigen sehr schematisch und in Perspektive verschiedene Anschlußtypen vor der Verdichtungsoperation, die mit einem Schaumstoffträger zur Herstellung einer sogenannten "Zungen"-Elektrode verbunden werden können.
Die Figuren 2A bis 2D zeigen die Anschlüsse und den Träger der Figuren 1a bis 1D nach der Kompression.
Die Figuren 3A bis 3D entsprechen Schnitten entlang den Linien IIIA-IIID der Figuren 2A bis 2D.
Figur 4 zeigt schematisch und perspektivisch eine positive Elektrode mit Zunge für einen prismatischen, elektrochemischen Generator.
Figur 5 zeigt schematisch und perspektivisch eine Elektrode mit einem entlang seiner Kante angeschweißten Anschluß gemäß der Erfindung. Figur 6 zeigt schematisch im vergrößerten Maßstab ein Beispiel für Streckmetall, das zur Herstellung eines Anschlusses gemäß der Erfindung verwendet wird.
Man sieht in den Figuren 1A bis 1D einen Träger 1 aus Nickelschaum, der ein Flächengewicht von 3,59/dm² sowie eine Dicke von 1,6 mm aufweist und der mit aktivem Material auf Nickeihydroxidbasis versehen ist.
Für den Anschluß verwendet man ein Streckmetall 100 aus reinem Nickel oder vernickeltem Stahl, das in Figur 6 zu sehen ist, und dessen quadratische Masche mit einer Diagonalen von 1,45 mm durch Rippen mit einer Dicke e von größenordnungsmäßig 0,1 mm und einer Breite l von größenordnungsmäßig O,17mm begrenzt ist. In diesem Streckmetall bringt man Einschnitte an und bringt die in den Figuren 1A bis 1D jeweils entsprechend mit 3, 7, 12, 15 bezeichneten Anschlüsse in Form.
Der Anschluß 3 enthält einen flachen Abschnitt 4, auf den zwei Schenkel 5 und 6 folgen, die dazu bestimmt sind, sich an je eine der Seiten 20 und 21 des Trägers 1 anzulegen.
Der Anschluß 7 enthält einen flachen Abschnitt 8, auf den zwei Schenkel 9 und 10, die sich an die Seite 20 anlegen, sowie ein Schenkel 11 folgen, der sich an die Seite 21 anlegt.
Der Anschluß 12 hat die Form eines U mit zwei Schenkein 13 und 14, die länger als breit sind, während der Anschluß 15 die Form eines U mit zwei Schenkeln 16 und 17 besitzt, die breiter als lang sind, und zwar für ein Anlegen im Bereich der Kante 18 des Trägers 1.
In den Figuren 2A bis 2D und 3A bis 3D sind der Träger und der damit verbundene Anschluß im Zustand nach der Anbringung und dem gleichzeitigen Komprimieren mit 1', 3', 7', 12' und 15' bezeichnet.
In Figur 4 findet man wieder eine Zungenelektrode mit ihrem Träger 30 und ihrem Anschluß 31 entsprechend der Variante der Figuren 1D, 2D, 3D. Die Breite des Trägers beträgt 14 mm und seine Höhe beträgt 38 mm. Er ist mit 15 g/dm² aktiven Materials auf Nickelhydroxidbasis versehen. Nach dem Verdichten beträgt die Dicke des Trägers von anfänglich 1,6 mm noch 0,5 mm.
Elektroden, die auf diese Weise hergestellt werden, können gemäß den bei prismatischen elektrochemischen Generatoren herkömmlichen Techniken montiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wurde der Träger 30 nicht mit Nickelhydroxid, sondern mit einer hydrierbaren Metallegierung mit einem Anteil von 17 g/dm² versehen.
Bei der Variante gemäß der Figur 5 wird das Verfahren gemäß der Erfindung analog zu der Variante der Figuren 1D, 2D, 3D angewandt, um einen Anschluß 42 über die gesamte Kante 41 eines Trägers 40 hinweg herzustellen. Der Träger, sein aktives Material sowie das verwendete Streckmetall gleichen demjenigen der Figur 1. Seine Länge beträgt 130 mm, und seine Dicke beträgt 30 mm. Er ist mit aktivem Material mit einem Anteil von 17 g/dm² versehen. Die so mit ihrem Anschluß versehene Elektrode kann spiralig mit einer negativen Elektrode auf Kadmiumbasis und mit einem eingefügten Separator gewickelt werden. Sie kann durch Elektroschweißen mit einem herkömmlichen Anschluß verbunden werden, der seinerseits in bekannter Weise an den Deckel des elektrochemischen Generators angeschlossen wird.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die soeben beschriebenen Ausführungsweisen begrenzt, insbesondere was die Merkmale des Schaumstoffträgers, jene des aktiven Materials, mit dem er versehen ist, die Abmessungen und das Material des Streckmetalls angeht. Im übrigen kann das Streckmetall durch ein perforiertes metallisches Bandmaterial ersetzt werden, dessen Lochrate über 40% liegt.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden eines metallischen Anschlusses mit einer Elektrode in Form eines Schaumstoffträgers für elektrochemische Generatoren, wobei man von dem Träger ausgeht, der eine größere Porosität als 90% besitzt und mit einem aktiven Material versehen ist, worauf eine Kompression erfolgt, um eine bestimmte Dicke zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Anschluß (3) aus Streckmetall (100) oder aus perforiertem Metallblech mit einer Lochrate von über 40% herstellt, der zwei Schenkel (5 und 6) aufweist, die aneinander befestigt und zu beiden Seiten des mit aktivem Material versehenen Trägers (1) angeordnet sind, und daß man die Kompressionsoperation des Trägers benutzt, um den Anschluß in den Träger eindringen zu lassen.

2. Verbindungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (3) eine Zunge (4) definiert, die über die Elektrode hinausragt.

3. Verbindungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anschluß (15) über eine gesamte Kante (18) des Trägers (1) erstreckt.

4. Verbindungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmetall (100) Maschen mit Rippen aufweist, deren Breite 1 zwischen der halben und der dreifachen Dicke e gewählt ist.

5. Verbindungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Trägers zwischen 39/dm² und 7 g/dm² liegt.

6. Verbindungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß mit dem Träger über eine Oberfläche verbunden ist, die zwischen 0,1% und 60% der Oberfläche des Trägers ausmacht.

7. Verbindungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Trägers Nickel ist und daß das Material des Anschlusses unter den Metallen Nickel, vernickelter Stahl und rostfreier Stahl gewählt ist.

8. Nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellte Elektrode für elektrochemische Generatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode einen elektrischen Anschluß aus Streckmetall oder aus perforiertem Metallblech mit einer Lochrate über 40% enthält, wobei die dreidimensionalen porösen Strukturen des Trägers und der Anschluß sich aufgrund einer Kompression gegenseitig durchdrungen und verbunden haben.