DE952282C - Staendig gasdicht verschlossene Akkumulatorenzelle mit spiralig gewickelten Elektroden, insbesondere Sintergeruestfolien-Elektroden - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 15. NOVEMBER 1956

V86nIVa/2ib

Gegenstand der Erfindung ist eine gasdicht verschlossene Akkumulatorenzelle mit spiralig gewickelten Elektroden, insbesondere SintergerüstfoMen-Elektroden, die sich durch herstellungstechnisch günstige Konstruktions- und Wirkungsmerkmale dadurch auszeichnet, daß eine der Elektrodengerüstträgerfolien, insbesondere die negative Elektrode, nur einseitig mit dem Tragergerüst für die elektrochemisch aktiven Substanzen versehen ist und mit diesen aktiven Schichten innen,, aneinanderliegend zum Doppelblatt gefaltet oder aufeinandergelegt die doppelseitig wirksame andere Elektrode, bevorzugt die positive Elektrode, beidseitig vollständig abdeckt. Die Elektroden sind mit Anschlußfahnen versehen, die bevorzugt von Lappen od. dgl. der besinterten Trägerfolie, also von dem Elektrodenträgergerüst, mitgebildet" sind. In bekannter Weise können diese Elektrodenteile nach dem Sintern gepreßt, also das Sintergerüst geglättet und verdichtet sein oder auch aus blanken ao Teilen der Trägerunterlage bzw. -einlage der Sintergerüstfolie bestehen. Diese Anschlußfahnen bilden beim Wickeln der erfindungsgemäß ineinanderliegenden Elektroden den Wickelanfang und sie wirken dadurch als in der Wickelbohrung liegende Kontakthülsen, die Bestandteil der Elektroden sind. Die Anordnung der Kontaktfahnen beim Zusammenlegen der Elektroden ist so, daß

die Fahnen unterschiedlicher Polarität beim Wickeln je an eine der beiden Wickelstirnseiten zu liegen kommen. Mit den so gebildeten Kontakthülsen sind konstruktiv und herstellungstechniseh in günstiger Weise Voraussetzungen für die Verbindung mit den an der Zelle außen liegenden Polanschlüssen geschaffen. Es werden dafür in die Kontakthülsen dornartige Kontaktansätze eingedrückt bzw. eingetrieben, die von den beiderseitig als Gehäuseabschkiß vorhandenen Kappendeckeln der Zelle gebildet sind. Als Kappendeckel werden bevorzugt metallische Drehteile verwendet, die auf die Rohrmantelenden des Zellengehäuses aufgesetzt, insbesondere aufgepreßt, werden und die mittels Metallkleber, insbesondere Äthoxylenharz, beim Aufsetzen oder Aufpressen gegenüber dem Rohrmantel abgedichtet und isoliert sind. Der Metallkleber bildet eine Schicht zwischen dem Überwurfteil der Kappendeckel und den Rohrmantelenden, die eine hoch beanspruchbare druckfeste Verbindung bei gleichzeitiger Laugen- und Isolationsbeständigkeit für den gas- und flüssigkeitsdichten Abschluß der Zellengehäuse ergibt.

Die Kontaktansätze der Kappendeckel können an diesen Deckeln außen offene Gewindesacklöcher bilden, in die beliebige Kontaktmittel, wie Anschlußbolzen, Klemmschrauben od. dgl., eirischraubbar sind.

Durch die Verwendung der Kontaktfahnen für die Bildung von Kontakthülsen, die für den Elektrodenwickel als Wickelkern dienen, wird in dem Wickel ein zentraler Hohlraum gebildet, der sich bestens als .Elektrolytraum eignet. Das Füllen dieses Hohlraumes und die Einstellung der von der Menge des in der Zelle vorhandenen Elektrolyts abhängigen Möglichkeit zum Betrieb als überladbare, gasdicht verschlossene Zelle erfolgt günstig dadurch, daß einer der Kappendeckel einen axial durchbohrten Kontaktansatz bildet, dessen Bohrung in den Wickelhohlraum mündet. Durch diese Öffnung erfolgt das Evakuieren des Gehäuses mit dem eingesetzten Elektrodenwickel nach dem Aufsetzen der Kappendeckel sowie das EinfüUen der Lauge in den evakuierten Zellenraum. Nach vorhandenen Erkenntnissen ist es ein wesentliches Merkmal für die Beherrschung der Gasentwicklung bzw. Gasrückbildung in einer dicht verschlossenen Akkumulatorenzelle, daß neben den mit engstem Flächenabstand unter Zwischenschaltung eines Separators aneinanderliegenden und betriebsmäßig gehaltenen Elektroden die Elektrolytfüllung der Zelle eine auf bestimmte Überladung eingestellte ist. Für die Erlangung dieser Voraussetzung wird die in den Wickelhohlraum mündende Bohrung des Kontaktansatzes mit benutzt. Durch begrenztes Überladen der Zelle nach dem Einfüllen der Lauge wird die bei diesem begrenzten Überladungszustand im Gehäuse vorhandene überschüssige Lauge durch die Kontaktansatzbohrung herausgetrieben, so lange, bis die günstigste restierende Laugenmenge, die einen Gleichgewichtszustand zwischen Gasrückbildung und Ladestrom mit ermöglicht, vorhanden ist. Mit der so festgelegten Elektrolytfüllung des Gehäuses wird die Bohrung des Kontaktansatzes verschlossen, was z. B. günstig mit einem Lot, insbesondere Kunstharz oder selbsthärtendem Gießharz, z. B. Äthoxylenharz, erfolgt.

Für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Akkumulatorenzelle ist es wichtig, daß alle Windüngen des zwischen den Elektroden ungleicher Polarität liegenden Separators immer gleichmäßig mit Elektrolyt · durchtränkt sind. Vorteilhafterweise werden deshalb vor dem Wickeln auf die beim Wickel innen liegende Fläche der übereinanderliegenden Elektroden Kunstharzstneifen aufgelegt, die als Abstandhalter zwischen den Wickelwindungen wirken und die mindestens einen an den Wickelhohlraum angeschlossenen, mit ■ der Wickelspirale laufenden Laugenspak zwischen den Windungen bilden. Es kann sich dabei auch um das Einlegen nur eines Kunstharzstreifens handeln, der z. B. mit Längsaussparungen (Schlitzen) versehen ist, die die erwähnten Laugenspalte bilden. Um ein Eindringen des Elektrolyts in die Separatorschicht zwischen zwei Elektroden zu begünstigen, können die Elektroden, mindestens im Bereiche des Laugenspaltes, durchbrochen sein. Um einen Verlust an aktivem Elektrodenmaterial weitmöglichst auszuschließen, wird man in die Elektrodenschlitze einschneiden, die ohne Materialaussparung von einfachen Schnitten gebildet sind. Die Stirnseitenhohlräume zwischen Elektrodenwickel und Gehäusekappendeckel können mit Kunstharz, insbesondere Äthoxylenharz, ausgegossen sein. Die Vergußmasse wirkt dabei als Schnittkantenisolation der Elektroden an den Wickelstimseiten, und sie verhindert dadurch die Gasentwicklung beim Überladen oder Überentladen an sich nicht flächenparallel gegenüberliegenden Stellen der ungleichpoligen Elektroden. Ein solches Ausgießen der Stirnseitenhohlräume vergrößert auch die Abdichtfläche an den Zellenstirnseiten gegenüber dem Gehäuserohrmantel. Für den erleichterten Einbau des Wickels in den Zellenrohrmantel und für das lagendicht geschichtete Halten desselben in dem Gehäuse ist es vorteilhaft, den Elektrodenwickel als einen in sich verfestigten Körper in das Gehäuserohr einzusetzen und in diesem mit laugenbeständigem Kunstharz, z. B. Äthoxylenharz, zu vergießen. Dabei soll das Gießharz als Verfestigungsschicht auch zwischen die Gehäuseinnenwandung und die Wickelmantelfläche eindringen, um ein Aufgehen des Wickels bei zwischen den Wickelschichten entstehendem Quell- oder Gasdruck zu verhindern. Der Elektrodenwickel kann vor seinem Einsetzen in das Gehäuse z. B. mit Kunststoffband bandagiert sein, und es können auch die Wickelstirnseitenflächen, z. B. durch eine auf diese Flächen aufgetragene Kunst- iao Stoffschicht oder durch vor dem Wickeln auf die Randkanten und Schnittflächen aufgetragene Isolierlackschicht, isoliert sein. So vorbereitete Wickelkörper gewährleisten, wenn sie in ihrem Gehäuse mit laugenbeständigem Kunstharz allseitig ver- ;ossen werden, also wenn alle außerhalb des

Wickels im Gehäuse vorhandenen Hohlräume mit Kunstharzmasse ausgefüllt sind, in bester Weise einen gasdicht verschlossenen Betrieb ohne nachteilige Gasansammlung in dem Gehäuse, auch bei sehr langen Überladezeiten mit den üblichen Ladeströmen von beispielsweise ein Fünftel der Akkumulatorenkapazität (bei ι Ah = 0,2 A).

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. ι zeigt ein für das Wickeln vorbereitetes Elektrodenpaar, bestehend aus der von -einem Sintergerüstfolienbtatt gebildeten positiven Elektrode i, in deren beidseitig auf eine Trägereinlage aufgebrachtes Sintergerüst elektrochemisch aktive Substanz in bekannter Weise eingelagert ist, und der negativen Elektrode 2, die als einseitig besinterte Foliengerüstelektrode zum Doppelblatt gefaltet die positive Elektrode 1 zwischen sich liegend vollständig bedeckt. 3 und 4 sind Separatoreinlagen zwischen den sich flächenparallel gegenüberliegenden aktiven Elektrodenschichten ungleicher Polarität. Die positive Elektrode bildet die Kontaktfahne 5 und die zum Doppelblatt gefaltete Kathode 2 die Kontaktfahne 6. 7 und 8 sind auf die beim Wickel innen Liegende Fläche der übereinanderliegenden Elektroden aufgelegte Metall- oder Kunststoffstreifen, die durch ihren Abstand voneinander einen Laugenspalt 9, der an den Wickelhohlraum angeschlossen ist, bilden. In die negativen Elektroden sind die in dem Laugenspalt 9 liegenden Schlitze 10 eingeschnitten, diie ohne Verlust an Elektrodenmaterial ein Eindringen der Elektrolytflüssigkeit aus dem Raum im Innern des Wickels in die Separatorenschichten 3 und 4 ermöglichen.

In Fig. 2 ist die Schichtung vergrößert dargestellt, und es ist daraus auch der Aufbau der einzelnen Elektroden deutlich erkennbar. 11 ist die einseitig besinterte Trägerfolie der zum Doppelblatt gefalteten negativen Elektrode^ und 12 die doppelseitig besinterte Trägerfolie der positiven Elektrode 1.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäß gestaltete gasdicht verschlossene Zelle mit dem nach der vorbeschriebenen Konstruktion aufgebauten' Elekfrrodenwickel 13 dargestellt. Die Kontaktfahnen 5 und 6 bilden als Wickelkerne wirkende Kontakthülsen, in die dornartige Kontaktansätze 14 der Kappendeckel 15 und 16 gut kontaktgebend eingedrückt, bevorzugt eingepreßt, sind. Die dornartigen Kontaktansätze 14 bilden Gewindesacklöcher für die Anschlußschrauben 17 und 18. Der Kontaktansatz 14 des Kappendeckels 15 ist durchbohrt, und er ist für das Evakuieren der Zelle, das Einfüllen des Elektrolyts und das Einstellen der Elektrolytmenge durch ladeabhängiges Austreiben des überschüssigen Elektrolyts an den Wickelhohlraum angeschlossen. Die Bohrung des Kontaktansatzes 14 ist für den dichten Abschluß der Zelle mit Kunststoff 19 vergossen (Fig. 4).

Die Kappendeckel 15, 16 sind nach dem Auftragen einer elektrisch isolierenden Metallkleberschicht auf das Gehäuserohr 20 aufgesetzt, und es füllt eine solche Schicht auch den Raum zwischen den Wickelstirnseken und den Kappendeckeln 15, aus. Der in das Gehäuserohr 20 eingesetzte Wickelkörper ist auch an seiner Mantelfläche mit einem isolierenden Überzug versehen, so daß der Gehäusemantel 20 kein Potential führt.

In den Fig. 5 mit 5 a und 6 mit 6 a sind An-Ordnungen unter Verwendung der erfindungsgemäßen gasdichten Rundzellen dargestellt. Die Zusammenfassung von Zellen 21 zu parallel geschalteten Zellengruppen mittels Stromschienen 22 zeigen die Fig. 5 und 5 a, und die Hintereinanderschaltung durch axiales Zusammensetzen mehrerer Zellen 23 ist aus den Fig. 6 und 6 a ersichtlich. Durch die Möglichkeit der Verwenidung beliebiger Kontaktschrauben 17, 18 oder 24 können die verschiedensten Arten der Anschlußgestaltung und konstruktiven Zusammenfassung zu Zellengruppen gewählt werden. 25 sind' Anschlüsse für den Spannungsabgriff der hintereinander angeordneten Zellen 23.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Ständig gasdicht verschlossene Akkumulatorenzelle mit spiralig gewickelten Elektroden, insbesondere Sintergerüstfolien-Elek- go troden, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektrodengerüstträgerfolien, insbesondere die negative Elektrode (2), nur einseitig mit dem Trägergerüst für die elektrochemisch aktiven Substanzen versehen ist und mit diesen aktiven Schichten innen aneinander liegend zum Doppelblatt gefaltet oder aufeinandergelegt die doppelseitig wirksame andere Elektrode (1) beidseitig vollständig abdeckt und nach dem Wickeln die Anschlußfahnen (5, 6) an den Wickelenden in dem Wickelhohlraum, liegende Kontakthülsen bilden, in welche dornartige Kontaktansätze (14) der beiderseitig als Gehäuseabscbluß vorhandenen Kappendeckel (15, 16) eingetrieben sind und die Verbindung zwischen dem Rohrmantel (20) des Gehäuses und den Kappendeckeln durch Aufpressen derselben auf die Rohrmantelenden mit zusätzlichem Abdichten und Isolieren der Deckel gegenüber dem Mantel mittels Metallkleber erfolgt ist.
2. 2. Akkumulatorenzelile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktansätze (14) der Kappendeckel (15, Γ 6) Gewindesacklöcher für einschraubbare Anschlußbolzen, Schrauben od. dgl. bilden.
3. 3. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kappendeckel einen axial durchbohrten Kontaktansatz (14) bildet, dessen Bohrung (19) in den Wickelhohlraum mündet, als Öffnung für das Evakuieren des Gehäuses mit eingesetztem Elektrodenwickel sowie das Einfüllen der Lauge dient und nach dem Austreiben überschüssiger Lauge durch begrenztes Überladen der Zelle mit Lot oder Gießharz dicht verschlossen wird.
4. 4· Akkumulatorenzelle nach Anspruch ι, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Wickeln auf die beim Wickel ienenliegende Fläche der übereinanderliegenden Elektroden Kunstharzstreifen (7, 8) aufgelegt sind, die als Abstandhalter zwischen den Wickelwindungen wirken und mindestens einen an den Wickelhohlraum angeschlossenen mit der .Wickelspirale laufenden Laugenspalt (9) zwischen den Windungen bilden.
5. 5. Akkumulatorenzelle nach Anspruch 4, -dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden im Bereiche des Laugenspaltes (9) durchbrochen, insbesondere ohne Ausschneiden von Elektrodenmaterial geschlitzt sind (10).
6. 6. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume zwischen Elektrodenwickel (13) und Gehäusekappendeckel (.15, 16) mit Kunstharz, insbesondere Äthoxylenharz, ausgegossen sind.
7. 7. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenwickel (13) bandagiert und/oder an den Wickelstirnseitenflächen durcheine aufgetragene Kunststoffschicht isoliert als dichtschichtig gewickelt verfestigter Körper in das Gehg.userohr eingesetzt und in diesem mit laugenbeständigem Kunstharz auch zwischen Gehäuseinnenwandung und Wickelmantelfläche vergossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 526/317 5.56 (609 682 11.56)