DE69423820T2

DE69423820T2 - Gehäuse für bipoläre Batterie und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69423820T2
Application number: DE69423820T
Authority: DE
Inventors: Robert Eugene Adams; Clarence Alfred Meadows
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1994-06-01
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: KR0136040B1; EP0631338A1; KR950002097A; US5562741A; CA2118866A1; JPH0757768A; US5527642A; EP0631338B1; DE69423820D1

Description

Die Erfindung betrifft bipolare elektrische Speicherbatterien vom Typ mit gegenüberliegenden Elektroden und insbesondere eine Gehäuseanordnung dafür sowie ein Verfahren zur Herstellung der Batterie.
Bipolare Batterien sind entweder mit bipolaren Elektroden vom gegenüberliegenden oder vom nebeneinanderliegenden Typ ausgestattet. Bei bipolaren Elektroden vom gegenüberliegenden Typ wird eine elektrolytbeständige, undurchlässige, im Wesentlichen ebene, leitfähige Trennwand verwendet, die auf ihrer einen Seite aktives Material einer ersten Polarität und auf ihrer anderen Seite aktives Material einer entgegengesetzten Polarität aufweist. Es ist bekannt, daß die elektrisch leitfähige Trennwand, welche die aktiven Materialien entgegengesetzter Polarität der bipolaren Elektrode voneinander trennt, entweder (1) eine dünne Metallplatte aufweist (z. B. Blei bei einer Bleisäure-Batterie), (2) ein elektrisch leitfähiges Polymer oder (3) ein nichtleitfähiges Polymer mit einer Anzahl von darin eingebetteten nietähnlichen Leitern zum elektrischen Austausch der einen Seite der Trennwand mit der anderen. Aus einer Anzahl von Gründen wird die Verwendung von festen Metallplatten für langlebige bipolare Batterien mit hoher Leistung bevorzugt. Eine Trennwand aus einer Metallplatte ist insbesondere für Bleisäure-Batterien zweckmäßig, wie sie in der parallelen Patentanmeldung EP-A-0 630 063 (US-A-5 344 727) und der korrespondierenden Patentanmeldung in den USA (Nr. 08/079,030) beschrieben ist.
Für andere Typen von Batteriesystemen (z. B. alkalische Batterien) sind andere metallische oder leitfähige Trennwände zweckmäßig, wie im Stand der Technik bekannt ist.
Die bipolaren Elektroden werden in nichtleitfähigen Rahmen angeordnet und derart aufeinandergestapelt, daß die Seiten entgegengesetzter Polarität benachbarter bipolarer Elektroden über einen mit Elektrolyt gefüllten Spalt einander gegenüberliegen, der ebenso ein für Elektrolyt durchlässiges, Dendrit unterdrückendes Trennelement (z. B. mikroporöses Polyethylen, eine Glasmatte oder mikroporöses PVC) enthält. Eine solche Batterie ist beispielsweise in US-A-3,728,158 (Poe et al.) beschrieben.
Die zum Befestigen der bipolaren Elektroden verwendeten Rahmen sind typischerweise entweder klemmend oder klebend miteinander verbunden, um die fertige Batterie zu bilden. Dies sind keine praktischen Lösungen, um solche Batterien herzustellen. Diesbezüglich erzeugt das Anklemmen der Rahmen typischerweise zusätzliches Gewicht für das System und führt zu einer Anordnung, die für ein Auslaufen des Elektrolyts durch eine der vielen Verbindungsstellen zwischen den vielen aneinander angrenzenden Rahmen anfällig ist. Andererseits ist das klebende Zusammenfügen der Rahmen äußerst unsauber, insbesondere in Verbindung mit der Handhabung, der Ausrichtung und den Erfordernissen der Anordnung für so viele einzelne Bauteile, um die fertige Batterie zu bilden.
WO-A-87/04011 offenbart eine Batterie mit separaten Wänden, die beispielsweise aus Polyurethanschaum geformt sind, das in das Gehäuse eingebracht oder in einem flüssigen Zustand zwischen die Platten des Stapels gegossen und in situ ausgehärtet wird. FR-A-1214394 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses in situ durch Spritzgießen von Kunststoffmaterial, wobei der Plattenstapel unter Kompression gehalten wird, bevor das Kunststoffmaterial aushärtet. EP-A-0 402 265 offenbart eine Batterie mit einem Kunststoffschaummantel und nichtleitfähigen Rahmen. JP-A-01195673 offenbart die Verwendung eines Harzschaums in einer Batteriezelle zusammen mit Zellenrahmen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gehäuseanordnung für bipolare Batterien vom gegenüberliegenden Typ bereitzustellen, die eine Anzahl von bipolaren Elektroden beinhalten, von denen jede an ihrem Umfang durch einen nichtleitfähigen Rahmen umfaßt ist, wobei die Rahmen aufeinandergestapelt und in einem Polymermaterial eingebettet in situ eingegossen sind, um die verschiedenen Verbindungsstellen zu versiegeln und ein Gehäuse für die Batterie zu bilden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Batterie bereitzustellen, bei der das Gehäuse ein Kunststoffschaummaterial mit geschlossenen Zellen aufweist. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen zur Herstellung einer gasrekombinanten Version der Batterie mit Trennelementen aus einer komprimierten Glasfasermatte von dem in der US-A-3,862,861 beschriebenen Art. Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung weiter offenbar.
Eine bipolare Batterie, ein Verfahren zur Herstellung einer bipolaren Batterie und ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses um eine bipolare Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung sind jeweils durch die in den Ansprüchen 1, 4 und 6 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet.
Eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Bleisäure-Speicherbatterien, so daß die Erfindung in diesem Zusammenhang beschrieben wird, nicht aber auf solche Batterien beschränkt ist. Bei einer bipolaren Bleisäure-Batterie umfaßt die bipolare Elektrode eine Bleiplatten-Trennwand mit einer daran haftenden porösen Ummantelung auf zumindest einer Seite (vorzugsweise beiden Seiten) der Trennwand, um das bleihaltige aktive Material sicher daran zu verankern. Die Ummantelung umfaßt mehrere Schichten von auf der Oberfläche der Trennwand im Lichtbogen miteinander verschmolzenen Bleipartikeln, die eine Anzahl von verbindenden interstitiellen Poren aufweisen, um das bleihaltige aktive Material (d. h. Pb, PbO oder PbO&sub2;) an der Trennwand zu befestigen (siehe Patentanmeldung EP-A-0 630 063 (US-A-5 344 727) sowie die korrespondierende US-Patentanmeldung Nr. 08/079,030 (supra)). Die bipolaren Elektroden sind in nichtleitfähigen Rahmen befestigt, haben über ihren Oberflächen liegende nichtleitfähige Gitter und sind mit Distanzrahmen sowie monopolaren Elektroden (an den Enden des Stapels) aufeinandergestapelt, um eine vollständige bipolare Batterie zu bilden, wie in der parallelen Patentanmeldung EP-A-0 630 066 (US-A-5 326 656) und der parallelen US-Patentanmeldung Nr. 08/079,029 detailliert beschrieben. Die monopolaren Elektroden in den Endzellen der Batterie weisen vorzugsweise jeweils eine der bipolaren Elektroden auf, die nur auf einer ihrer Seiten mit aktivem Material versehen ist. Ein Anschluß der Batterie ist vorzugsweise in eine Außenwand der Batterie eingegossen und weist davon ausgehende Fortsätze auf, die mit einer unpastierten Seite der bipolaren Elektrode in Kontakt stehen, welche als monopolare Elektrode dient. Die Fortsätze werden vorzugsweise mit der Trennwand der monopolaren Elektrode induktionsverschweißt, nachdem die Batterie zusammengesetzt wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Rahmen in einem Gehäuse aus Polymermaterial (z. B. thermoplastisches oder wärmeausgehärtetes Polymer) eingebettet, das in situ um die Rahmen gegossen wird, um den Stapel einzubetten und die äußere Oberfläche des Gehäuses zu formen. Auf diese Weise sind der Elektrodenstapel zusammen mit den Endplatten für die Batterie in einem Gußhohlraum zusammengeklemmt, und flüssiges Polymermaterial fließt daherum, um den den Hohlraum zu füllen und das Gehäuse der Batterie zu formen. Das Gehäuse wird geformt durch Spritzgießen von heißem, thermoplastischem Material (beispielsweise Polyolefine, wie z. B. Polyethylen und Polypropylen) in den Hohlraum, um so den Stapel darin einzubetten. Ebenso können wärmeausgedehnte Polymere verwendet werden. Das Polymer enthält ein Schäumungsmittel, das aufgrund der Erwärmung Gase entwickelt, um das Polymer zu formen und aufzuschäumen. Die Verwendung des Schäumungsmittels verursacht eine Expansion des Polymers zum vollständigen Ausfüllen des Gußhohlraums bei niedrigem Druck, ohne den Elektrodenstapel nachteiligen hohen Drücken beim Spritzgießen (z. B. ca. 82,737 kPa bis 110,316 kPa bzw. 12,000 psi bis 16,000 psi) auszusetzen, die andernfalls erforderlich sind, um ein vollständiges "Ausfüllen" des Gußhohlraums zu gewährleisten und ein der Ummantelung folgendes Schrumpfen zu verringern. Durch die Verwendung des Schäumungsmittels in dem Polymer können in Abhängigkeit der Menge des verwendeten Schäumungsmittels die Drücke beim Spritzgießen auf etwa 1/4 bis zu 1/3 des andernfalls erforderlichen Druckes verringert werden. Das Formgießen des Gehäuses direkt um den Stapel vereinfacht und kombiniert nicht nur die Ausbildung des Gehäuses zusammen mit den Vorgängen zur Anordnung der Batterie in einem einzigen Vorgang, sondern es verhindert auch jede Leckage aus den Verbin dungsstellen des Stapels. In dem Fall einer Bleisäure-Batterie vom gasrekombinanten Typ mit zwischen den Elektroden zusammengedrückten Trennelementen aus Glasmatte werden die Glasmatten durch Aufbringen einer Kraft auf die Enden des Stapels zusammengedrückt, der Stapel unter Kompression in einer Gußform plaziert und das Gehäuse um den Stapel gegossen, um den Stapel unter Kompression zu halten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform helfen die Gußformhälften, den Stapel zusammenzudrücken.
Die Erfindung wird besser verständlich aus der Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung einer besonderen, bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Dabei sind:
Fig. 1 eine überhöhte Frontansicht einer bipolaren Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine seitlich überhöhte Schnittansicht der bipolaren Elektrode in der Richtung 2-2 von Fig. 1;
Fig. 3a, 3b und 3c Ansichten ähnlich der Fig. 2 einer alternativen Ausführungsform des in Fig. 2 gezeigten Rahmens und Gitters;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 4 von Fig. 2;
Fig. 5 eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 2, wobei auf beiden Seiten der Elektrode aktives Material pastiert ist;
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der Fig. 5, wobei nur auf einer Seite der Elektrode aktives Material aufgebracht ist, um eine monopolare Elektrode zu bilden;
Fig. 7 eine überhöhte, teilweise aufgeschnittene Frontansicht eines Distanzrahmens zwischen den Elektroden;
Fig. 8 eine Schnittansicht des Distanzrahmens in der Richtung 8- 8 von Fig. 7;
Fig. 9 eine überhöhte Frontansicht einer Außenwand einer bipolaren Batterie;
Fig. 10 eine Schnittansicht der Außenwand in der Richtung 10-10 von Fig. 9;
Fig. 11 eine Schnittansicht der Außenwand in der Richtung 11-11 von Fig. 9;
Fig. 12 eine Explosionsdarstellung eines bipolaren Batteriestapels;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer bipolaren Batterie in einem separaten Gehäuse; und
Fig. 14 eine Schnittansicht von der Seite auf die bipolare Batterie in der Richtung 14-14 von Fig. 13.
Die Fig. 1-5 zeigen eine bipolare Elektrode mit einer Bleitrennplatte 2, die von einem nichtleitfähigen Kunststoffrahmen 6 umgeben ist, der einen den Umfang der Platte 2 umfassenden inneren Kragen 4 aufweist. Der Rahmen 6 ist vorzugsweise um die Platte 2 formgegossen, indem die Platte in einer Gußform positioniert und der Rahmen daherum geformt wird. Nichtleitfähige Gitter 8 (z. B. aus Polyolefin) weisen eine Anzahl von sich kreuzenden Gitterdrähten 8a und 8b auf, die eine Anzahl von Taschen 10 definieren, die auf den gegenüberliegenden Seitenflächen der Trennplatte 2 aufliegen. Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Gitter 8 mit dem Rahmen 6 in einem Stück geformt werden, so daß Ränder 5 der Gitter 8 mit dem Rahmen 6 um eine Kante 12 der Platte 2 geformt sind. Wie in den Fig. 3a, 3b und 3c gezeigt, können alternativ eines oder beide Gitter 8 separat von dem Rahmen 6 geformt und anschließend durch Bonden einstückig damit verbunden werden (z. B. durch Wärmeversiegeln, Ultraschallbonden oder Klebeverbinden). Wie in Fig. 3a gezeigt, wird die Kante 12 der Platte 2 mit der Kante 7 der Ränder 5 der Gitter 8 ausgerichtet, und anschließend wird der Rahmen 6 daherum geformt, um so die Kanten 7 der Gitter 8 damit einstückig zu bonden. Die Fig. 3b und 3c zeigen andere selbsterläuternde Variationen der Verbindung zwischen den Gitterrändern 5 und dem Rahmen 6.
An der Verbindung zwischen den Rändern 5 der Gitter 8 und dem Rahmen 6 sind Schultern 14a und 14b ausgebildet, die sich vollständig um die Gitter 8 herum erstrecken. Die Gitter 8 sind wie Tafeln über die Seiten 9a und 9b des Rahmens 6 erhoben und derart dimensioniert, daß sie in komplementär geformte, in einem (später beschriebenen) Distanzrahmen ausgebildete Vertiefungen zum Ausrichten und Zusammenfügen der Rahmen passen, um ein seitliches Verschieben der Rahmen zueinander zu verhindern und eine hinreichend große Zwischenfläche zwischen angrenzenden Rahmen einzurichten, um eine gute Abdichtung des Elektrolyts dazwischen zu erreichen.
In dem Fall einer bipolaren Bleisäure-Batterie mit einer eine Bleiplatte aufweisenden Trennwand ist zumindest auf einer Seite 18 der Trennplatte 2 eine Ummantelung 16 vorgesehen, wobei die Ummantelung mehrere Schichten von Bleipartikeln 20 umfaßt, die untereinander und mit der Oberfläche 18 verschmolzen sind, um so eine Anzahl von verbindenden, interstitiellen Poren 22 dazwischen zu definieren. Diese Ummantelung wird vorzugsweise ausgebildet durch Lichtbogenschmelzen einer Anzahl von geschmolzenen Bleitröpfchen auf die Oberfläche 18 der Platte 2, wie in der parallelen Patentanmeldung EP-A-0630 063 (US-A-5 344 727) sowie in der korrespondierenden US-Patentanmeldung Nr. 08/079,030 (supra) beschrieben.
Bei der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird die Trennplatte 2 in einer passenden Gußform plaziert und ein Kunststoffmaterial (z. B. thermoplastisches oder wärmeaushärtendes Material) daherum eingespritzt, um gleichzeitig den Rahmen 6 und das Gitter 8 in einem einzigen "Spritzgußvorgang" zu formen.
Nach dem Befestigen der Trennplatte 2 in den Rahmen/Gittern wird jeweils ein aktives Material 24 mit einer ersten Polarität und ein aktives Material 26 mit einer zweiten Polarität in die Taschen 10 der Gitter 8 gespritzt und in dem Fall einer Bleisäure-Batterie gegen die Ummantelung 16 gepreßt, um so deren Poren 22 zu imprägnieren und das aktive Material ausreichend daran zu verankern.
Wie besonders in Fig. 6 gezeigt, kann eine der oben beschriebenen "bipolaren" Elektroden auch als monopolare Elektrode verwendet werden (d. h. zur Verwendung in den Endzellen der Batterie), indem nur eine ihrer Seiten mit einem Belag 26 aus aktivem Material pastiert wird. In der Endzelle liegt die pastierte Seite 26 der Seite mit entgegengesetzter Polarität einer benachbarten bipolaren Elektrode gegenüber, während die unpastierte Seite 27 der Endwand 44 der Batterie gegenüberliegt. An einem Ende der Batterie weist der Belag aus aktivem Material auf der monopolaren Elektrode positives aktives Material auf und an dem anderen Ende der Batterie weist der Belag aus aktivem Material auf der monopolaren Elektrode negatives aktives Material auf. Alternativ können auch herkömmlich pastierte, gitterartige, monopolare Elektroden, die in einem passenden Rahmen befestigt sind, als monopolare Elektroden in den Endzellen der Batterie verwendet werden.
Die Fig. 7 und 8 zeigen einen Distanzrahmen 30, der in der fertigen Batterie dazu dient, eine bipolare Elektrode von der nächsten benachbarten Elektrode (d. h. bipolar oder monopolar) in dem Stapel zu beabstanden und einen Bereich 32 zwischen den gegenüberliegenden Seiten der benachbarten Elektroden zur Aufnahme des Elektrolyts der Batterie und eines Trennelements (z. B. eine Glasmatte 58 bei einer Batterie vom gasrekombinanten Typ (vgl. Fig. 14)) zwischen den Platten zu definieren. Zur Erleichterung der Handhabung und der Zusammensetzung ist es wünschenswert, die Kanten des Trennelements (z. B. einer Glasmatte 58) direkt in den Rahmen 30 (nicht gezeigt) einzugießen/einzubetten. Der Distanzrahmen 30 umfaßt ringförmige, in dessen Seiten geformte und sich bis zu einem inneren Kragen 33 erstreckende Vertiefungen 34a und 34b, wobei die Vertiefungen derart dimensioniert sind, daß sie die die tafelähnlichen Gitter 8 umgebenden Schultern 14a und 14b auf einbettende Weise aufnehmen. Anstelle des zuvor genannten Distanzrahmens können die Elektrodenrahmen selbst in der Richtung orthogonal zu der Hauptebene der Elektrode verbreitert sein oder ähnliches, um einen Bereich für den Elektrolyt zwischen den Elektroden ohne die Notwendigkeit eines separaten Distanzrahmens 30 einzurichten. Eine obere Seite 36 jedes Distanzrahmens 30 weist Öffnungen 38 und 40 auf, um es dem Elektrolyt zu ermöglichen, in die jeweiligen Bereiche 32 einzudringen und/oder die Bereiche zu lüften, was erforderlich sein kann, nachdem der Stapel von Elektroden zusammengesetzt wurde. Anstelle von zwei Öffnungen kann eine einzige solche Öffnung vorgesehen sein.
Die Fig. 9-11 zeigen eine Endwand 44 eines bipolaren Elektrodenstapels einer Batterie. Die Wand 44 umfaßt ein nichtleitfähiges Material (z. B. thermoplastischer oder wärmeausgehärteter Kunststoff) mit einer ringförmigen Vertiefung 46 darin, die so angepaßt ist, daß sie eine Schulter 14a oder 14b an einer der oben beschriebenen monopolaren Elektroden (siehe Fig. 6) aufnimmt. Eine Anzahl von sich kreuzenden Rippen 48 auf der Außenseite der Wand 44 gegenüber der Vertiefung 46 versteift die Endwand 44 und verhindert deren Ausbeulen unter Druck. In die Wand 44 ist ein Metallblatt 50 eingegossen, das eine Anzahl von sich davon in die Endzelle der Batterie nach außen abstehenden Fortsätzen 52 aufweist und sich über eine Kante 42 an dessen Umfang hinaus erstreckt, um einen Anschluß 54 für die Batterie zu bilden. Der Anschluß 54 hat eine geeignete Öffnung 56, die geeignet ist, einen Bolzen oder ähnliches zur Verbindung an einen externen elektrischen Schaltkreis aufzunehmen. Die von dem Blatt 50 abstehenden Fortsätze 52 erstrecken sich soweit, daß sie mit der unpastierten Seite 27 der Trennplatte 2 in Kontakt stehen und sind damit induktionsverschweißt, nachdem der Stapel zusammengesetzt wurde. Das Blatt 50 umfaßt vorzugsweise mit Zinn oder Blei/Zinn ummanteltes Kupfer, wobei die Zinn- oder Blei/Zinn-Ummantelung das Bonden des Blattes 50 mit dem die Wand 44 bildenden Kunststoffmaterial fördert und das Induktionsverschweißen des Blattes 50 mit der Trennplatte 2 vereinfacht. Anstelle von Kupfer kann auch jedes leitfähige, korrosionsbeständige Metall, z. B. Titan, verwendet werden.
Die Fig. 12-14 zeigen einen bipolaren Elektrodenstapel vor und nach der Unterbringung in einem separaten Gehäuse. Fig. 12 zeigt, wie die Endwände 44, die Elektrodenrahmen und die Distanzrahmen ineinander gebettet werden, um einen bipolaren Elektrodenstapel zu bilden. Wenn die Elektrodenrahmen 6 vollständig innerhalb der Distanzrahmen untergebracht sind, grenzen diese gegenüberliegend aneinander an, wobei der Distanzrahmen 30 einen verhältnismäßig hohen Grenzflächendichtungsbereich an der Verbindungsstelle dazwischen und einen kurvenreichen Pfad für den Elektrolyt einrichtet, der versucht, aus den Elektrolytbereichen 32 über die Verbindungsstellen zwischen den Rahmen zu entweichen. Fig. 12 zeigt auch ein Trennelement 58 aus mikroporöser Glasmatte, die innerhalb des Distanzrahmens 30 angeordnet ist. Dieses Trennelement ist vorzugsweise von der Art, wie es üblicherweise in gasrekombinanten Batterien verwendet wird, und ist dementsprechend naturgemäß dicker als die dünne Abmessung des Elektrolytbereichs 32 und wird zwischen den Elektroden zusammengedrückt, wenn der Stapel zusammengesetzt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der zusammengesetzte Stapel in einer passenden Gußform positioniert und geschmolzenes Polymermateri al (z. B. thermoplastisches oder wärmeaushärtendes Material) wird daherum eingespritzt, um ein äußeres Gehäuse 60 zu formen, in dem die Rahmen eingebettet sind und das die Rahmen flüssigkeitsdicht zusammenhält (siehe Fig. 13). Vor dem Gießformen des Gehäuses wird der Stapel zwischen den Gußformhälften plaziert, die verwendet werden, um den Gußhohlraum zum Formen des Gehäuses zu definieren. Die Gußformhälften greifen an den Endwänden 44 an und werden zusammengeführt, um die Trennelemente 58 aus Glasmatte zu komprimieren, wobei sie die Rahmen während des Einspritzens des Polymermaterials umgeben und zusammenhalten. Diesbezüglich haben die Glasmatten 58 jeweils eine Dicke, die etwa 20% bis 50% größer ist als der Elektrolytbereich zwischen den Elektroden, und die durch die Gußformhälften auf den Stapel ausgeübte Kraft bewegt die Rahmen zusammen und komprimiert die Matten 58 in deren jeweiligen Elektrolyt-Rückhaltebereich 32. Alternativ kann der Stapel mit Verpackungsmaterial (z. B. Klebeband, nicht gezeigt) an benachbarten Ecken am Deckel und am Boden des Stapels zusammengebunden werden, das nach dem Formgießen in dem Gehäusematerial eingebettet ist. Das Ineinanderschachteln der Rahmen ist insbesondere in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, da es ein seitliches Verschieben unter dem Einfluß des Einspritzdruckes in der Gußform verhindert.
Das eingespritzte Polymermaterial enthält vorzugsweise 20 Gew.-% eines Schäumungsmittels (z. B. F-CL-Schäumungsmittel, erhältlich bei Wilson Fiberfill International, USA) und wird unter niedrigem Druck um den Stapel herum eingespritzt. Bei Temperaturen über 177ºC (350ºF) erzeugt das Schäumungsmittel Kohlenmonoxid-, Kohlendioxid- und Ammoniak- Schaumgase, die sich ausdehnen und das Kunststoffmaterial aufschäu men, um die Gußform vollständig auszufüllen, ohne den Stapel hohen Drücken beim Spritzgießen auszusetzen, die andernfalls erforderlich sind, um den Gußhohlraum auszufüllen. Das fertige Gehäuse hat vorzugsweise ein Porösität von 25 Vol.-%, das eine ausreichende gußformfüllende Fähigkeit ohne Nachteile für die Festigkeit des Gehäuses bietet. Darüber hinaus hilft das aufgeschäumte Gehäuse, die Komponenten der Batterie von der Umgebungstemperatur (z. B. die Wärme im Motorraum eines Kraftfahrzeugs) zu isolieren.

Claims

1. Bipolare Batterie mit:

einem Stapel von im wesentlichen ebenen, bipolaren Elektroden, von denen jede eine leitfähige, für Elektrolyte undurchlässige Trennwand (2) aufweist mit einem aktiven Material positiver Polarität auf einer Seite der Trennwand (2) und einem aktiven Material entgegengesetzter Polarität auf der gegenüberliegenden Seite der Trennwand (2);

einer monopolaren Elektrode an jedem Ende des Stapels;

nichtleitfähigen ersten Rahmen (6), die jeweils den Umfang jeder Trennwand (2) umgeben;

nichtleitfähigen zweiten Rahmen (30), um die Elektroden in dem Stapel voneinander zu beabstanden und einen Rückhaltebereich (32) für den Elektrolyt zwischen benachbarten Elektroden zu definieren;

einer den Elektrolyt absorbierenden Matte in jedem Rückhaltebereich zwischen benachbarten Elektroden;

die monopolaren Elektroden umfassenden Anschlußmitteln (50, 52, 54) zur elektrischen Verbindung der Batterie mit einem externen elektrischen Schaltkreis; und

einem Gehäuse (60) aus Polymermaterial, das in situ um den Stapel geformt ist unter Verwendung eines Kunststoffmaterials als Ausgangsmaterial mit einem aktivierbaren, expandierbaren Schäumungsmittel, das den Stapel derart komprimiert, daß die Rahmen (6, 30) in einer zueinander angrenzenden Lage zusammengehalten und die Matten komprimiert werden, wobei das Material im geschmolze nen Zustand in die Gußform gespritzt, das Schäumungsmittel zum Aufschäumen des Materials in der Gußform aktiviert und das aufgeschäumte Kunststoffmaterial ausgehärtet wird, um so den Stapel unter Kompression zu halten.

2. Bipolare Batterie gemäß Anspruch 1, wobei das Schäumungsmittel einen Kunststoffschaum erzeugt, der eine Porösität von bis zu 25 Vol.-% aufweist.

3. Bipolare Batterie gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse (60) aus Polymermaterial aus einem thermoplastischem Polymer geformt ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer gasrekombinanten, bipolaren Batterie mit einem Stapel aus bipolaren Elektroden, von denen jede eine leitfähige, für Elektrolyte undurchlässige Trennwand aufweist, deren Umfang jeweils in einem nichtleitfähigen ersten Rahmen (6) eingebettet ist und die durch einen Rückhaltebereich (32) für den Elektrolyt voneinander getrennt sind, der durch einen nichtleitfähigen zweiten Rahmen (30) definiert ist und dazu dient, die Elektroden durch einen Spalt vorgegebener Breite voneinander zu beabstanden, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:

a. Positionieren eines Trennelements (58) vom gasrekombinanten Typ aus Glasfasermatte in dem Bereich (32) zwischen den Elektroden, wobei das Trennelement (58) in seinem unkomprimierten Zustand eine Dicke aufweist, die größer ist als die Spaltbreite;

b. Positionieren des Stapels in einer Gußform zwischen einem Paar von gegenüberliegenden, zueinander beweglichen Gußformteilen, wobei die Gußform einen Gußhohlraum zum Formen eines äußeren Gehäuses (60) um den Stapel herum definiert;

c. Zusammenfügen der Gußformteile, um die Gußform zu schließen, die Trennelemente (58) zu komprimieren und die Rahmen aneinanderzufügen;

d. Einspritzen eines geschmolzenen Kunststoffmaterials in den Gußhohlraum um den Stapel herum, wobei das Material ein expandierbares, nach dem Einspritzen des Materials aktivierbares Schäumungsmittel beinhaltet;

e. Aktivieren des Schäumungsmittels zum Aufschäumen des Materials in der Gußform um den Stapel herum; und

f. Aushärten des Kunststoffmaterials, um das Gehäuse (60) zu formen und den Stapel unter Kompression zu halten.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Schäumungsmittel durch Wärme aktivierbar ist, um Gasblasen in dem gesamten Kunststoffmaterial zu erzeugen.

6. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (60) um eine bipolare Batterie mit einem Stapel von bipolaren Elektroden, von denen jede eine leitfähige, für Elektrolyte undurchlässige Trennwand beinhaltet, deren Umfang jeweils in einem nichtleitfähigen ersten Rahmen (6) eingebettet ist und die durch einen Rückhaltebereich (32) für den Elektrolyt voneinander getrennt sind, durch einen nichtleitfähigen zweiten Rahmen (30) gehalten werden und eine den Elektrolyt absor bierende Matte beinhalten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

a. Komprimieren des Stapels, so daß die Matten in dem Bereich komprimiert werden und die Rahmen aneinander anliegen;

b. Positionieren des Stapels in einer Gußform mit einem Gußhohlraum zum Formen des Gehäuses (60);

c. Einspritzen eines geschmolzenen Kunststoffmaterials in den Gußhohlraum um den Stapel herum, wobei das Material ein expandierbares, nach dem Einspritzen des Materials aktivierbares Schäumungsmittel beinhaltet;

d. Aktivieren des Schäumungsmittels zum Aufschäumen des Materials in der Gußform um den Stapel herum; und

e. Aushärten des aufgeschäumten Kunststoffmaterials, um das Gehäuse (60) zu formen und den Stapel unter Kompression zu halten.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Schäumungsmittel durch Wärme aktivierbar ist, um in dem gesamten Kunststoffmaterial Gasblasen zu erzeugen.