SE530733C2 - Förfarande och anordning för framställning av ett batteri, jämte batteri - Google Patents

Description

530 733 ligtvis för handen för att inte elektrolyten efter en urladd- ning skall bestå av enbart vatten.

Tillräckligt med sulfatjoner kan tillförsäkras genom att en viss volym syra av en viss koncentration tillsätts batteriet.

Koncentrationen av svavelsyran brukar anges som dess densitet och är vanligtvis inte högre än 1,30 g/cma i ett laddat blybat- teri. Denna densitet motsvarar koncentrationen 520 g HZSO4 per liter elektrolyt. Eftersom vilospänningen hos en battericell beror av syrans densitet enligt formeln: V = 0,84 + densitet, finns en strävan att öka syrakoncentrationen och eventuellt minska volymen syra för att nå bättre batteriprestanda. Detta kan emellertid leda till svårigheter vid laddningen eftersom blysulfatet blir mer svårlösligt. Det är därför av största vikt att redan vid tillverkningen kontrollera att rätt volym syra med korrekt densitet påfylls batteriet.

Ett batteri kan vara monopolärt eller bipolärt. I det först- nämnda fallet, vilket är det vanligaste förekommande, är alla positiva elektroder i batteriet parallellkopplade liksom alla de negativa. I ett bipolärt batteri finns ett antal elektroder som består av en elektroniskt ledande mellanvägg och med den ena sidan försedd med positivt aktivt material samt den andra sidan med negativt aktivt material. Mellan varje sådan elektrod finns en separator. Alla elektroderna är seriekopp- lade. En bipolär batteristapel uppvisar därför en hög spän- ning, medan den monopolära cellen visar en låg spänning. Den senare kan i allmänhet urladdas med en betydligt högre ström än det bipolära batteriet. 737489; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 'F33 För förståelse av uppfinningen förklaras nu generellt innebör- den av den s. k. formeringen av ett blybatteri.

Sedan elektroderna försetts med blymassor bestående av bly, blyoxider, vatten och svavelsyra samt, för den negativa mas- san, även vissa tillsatser såsom BaSO4, sot och s.k. expander (trämjöl eller andra produkter från trä), måste de formeras.

Detta innebär en första laddning, varvid blykomponenterna i den positiva massan oxideras elektrolytiskt till PbO2 (bly- dioxid) och blykomponenterna i den negativa massan reduceras elektrolytiskt till metalliskt, poröst bly.

Denna process genomföres bäst i svavelsyra av densiteten ca 1,10 g/cm3, men kan även göras med syra av högre densitet. Den låga koncentrationen kan tillgripas när elektroderna skall sköljas och torkas efter formeringen och därefter monteras till batterier tillsammans med separatorer. Man har då erhål- lit ett torrladdat batteri, som kan användas så snart syra av korrekt densitet har fyllts på i batteriets alla celler. En viss värmeutveckling kan förekomma vid denna påfyllning.

Man kan genomföra denna formering i låg syradensitet direkt i batterierna, varvid oformerade elektroder läggs samman med separatorer och ansluts till batteriets poler på föreskrivet sätt. Därefter fylls syra av låg densitet på batteriet och formeringen startas. När formeringen är genomförd har kvarva- rande syra en densitet som är något högre än begynnelsedensi- teten på grund av frisättning av sulfatet i massorna. Denna syradensitet är emellertid inte tillräckligt hög för att ge batteriet tillräckliga prestanda, utan ett byte av syra måste göras. Detta är relativt enkelt på batterier med ”flooded electrolyte” men praktiskt taget omöjlig på batterier med ”starved electrolyte”. 737486; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 I det senare fallet tillgrips istället ett förfarande kallat ”one shot", vilket innebär att det till det oformerade batte- riet tillsätts en syra med sådan densitet och till en sådan volym att syradensiteten vid formeringens slut är den som spe- cificerats for batteriets prestanda.

Denna formeringsmetod har den nackdelen att den relativt starka syran som pàfylls före formeringen reagerar med oxi- derna till blysulfat och vatten under stark värmeutveckling.

Därvid bildas svárlösligt PbSO4. Det föreligger dessutom risk för att all syra reagerar och att elektrolyten kommer att bestå av nästan bara vatten vid formeringens början. Detta formeringssätt är det hitintills enda sättet att formera AGM- batterier (Absorbed Glass Mat), såvida dessa inte tillverkas med torrladdade elektroder.

De aktiva materialen undergàr vid formeringen väsentliga strukturomvandlingar vilka normalt medför volymförändringar.

Dessa kan ofta vara okontrollerade och medföra oönskade ytojämnheter hos elektroderna, vilket kan vara problematiskt vid olika typer av batterier. Vid elektroder till bipolära batterier kan det dessutom vara risk för att volymförändring- arna tenderar att spränga loss de aktiva materialen från den i huvudsak plana mellanväggen i elektroden.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Det är ett ändamål med uppfinningen att tillhandahålla ett förfarande respektive en anordning för framställning av batte- rier jämte ett batteri, varvid problemen med den kända tekniken undviks. 737486; 2008-06-02 lO 15 20 25 30 530 733 Enligt uppfinningen uppnås dessa ändamål genom ett förfarande och en anordning med särdragen i patentkravet l respektive 23 samt genom ett batteri med särdragen i kravet 33.

Genom att det påläggs ett mekaniskt tryck mot de aktiva mate- rialen kommer de att formeras inom en begränsad eller (krav 2) väsentligen konstant volym.

Genom uppfinningen kontrolleras de aktiva materialen under formeringen så att därmed nämnda volymförändringar begränsas, varigenom oönskade ytojämnheter hos elektroderna undviks, vilka annars kan vara problematiska vid olika typer av batte- rier, i synnerhet vid batterier med ringa avstånd mellan elektroderna.

Vid elektroder till bipolära batterier undviks eller åtmin- stone reduceras risken för att volymförändringarna tenderar att spränga loss de aktiva materialen från den i huvudsak plana mellanväggen i elektroden.

I synnerhet påläggs ett tryck av c:a 50 - 250 kPa, och fore- draget ett tryck av c:a 100 - 200 kPa, vilka värden har befun- nits ge goda resultat.

Genom att nämnda mekaniska tryck anbringas genom att en plan tryckyta av ett antryckningselement, vilket innehåller forme- ringselektrolyt, under tryck bringas att anligga mot en ytter- yta av aktivt material på varje elektrod tillförsäkras till- gång till formeringselektrolyt under den kontrollerade forme- ringen. 737488; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 'P33 Genom att det mekaniska trycket anbringas medelst ett ihåligt antryckningselement tillförsäkras enkelt tillförsel och till- gång till en önskad mängd formeringselektrolyt.

Det föredras att trycket anbringas genom ett inàligt antryck- ningselementet utgjort av ett skivformat kanalelement, såsom ett skiva kanalplast, med håltagningar på sina mot elektro- derna vända sidor eftersom detta innebär en effektiv och eko- nomisk lösning.

Genom att nämnda mekaniska tryck anbringas genom att en plan tryckyta av ett poröst antryckningselement, vilket i sina porer innehåller formeringselektrolyt, under tryck bringas att anligga mot en ytteryta av aktivt material på varje elektrod uppnås att den för formeringen nödvändiga elektrolyten på ett fördelaktigt sätt finns närvarande under trycksättningen. Det är lämpligt att antryckningselementet har en porositet av cza 45 - 90%.

Särskilt föredras att det är fråga om ett väsentligen dimen- sionsstabilt, poröst antryckningselement. ställning av batteriet.

Om formeringen utförs med ett flertal i en stapel lagda elektroder med mellanliggande antryckningselement, varvid sta- peln utsätts för nämnda mekaniska tryck, uppnås ökad rationa- litet vid förfarandet eftersom flera elektroder under ett och samma tryck kan formeras samtidigt med en gemensam anordning 737486; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 inom en liten volym. Uppfinningen är därvid särskilt tillämp- lig vid ett bipolärt batteri, varvid formeringen utförs på en stapel av ett flertal bipolära elektroder, för bildande på vardera elektroden positivt och negativt aktivt material på ömse sidor av en elektronledande vägg. Uppfinningen är sär- skilt föredragen vid aktiva material innehållande föreningar av bly och elektrolyten innehållande svavelsyra.

Vid en föredragen aspekt av uppfinningen för framställning av batterier innefattande ett flertal porösa och formerade elektroder med elektrolyt och, mellan varje par av elektroder, en separator av inert, ev. fibröst, material samt elektrolyt, inneslutna i ett elektrodrum, tillförs elektrolyten respektive separator innan elektrodrummet förslutes. Härigenom ges möj- lighet att på ett kontrollerat sätt tillse att batteriet till- förs rätt elektrolytmängd med rätt koncentration. Påfyllning av syra i ett bipolärt blybatteri är annars svår att göra så att syran fördelas jämt i cellen beroende på det ofta korta avståndet mellan en positiv elektrod och en motstående negativ elektrod. Detta avstånd kan vara så litet som 0,5 - l mm och vara helt uppfyllt av AGM-separatorer.

Särskilt föredras att elektrolyt tillförs separatorn innan denna bringas i kontakt med båda elektroderna i sitt respek- tive elektrodpar, ev. efter att den pålagts den ena elektro- den.

Uppfinningen möjliggör att montera formerade bipolära elektro- der till batterier utan att dessa sköljes och torkas, vilket annars skulle vara komplicerat då varje elektrod innehåller, förutom mellanväggen, de två olika aktiva formerade elektrod- sidorna. Uppfinningen möjliggör även att man undviker att en hög värmeutveckling uppnås i batteriet. 737486; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 Motsvarande fördelar uppnås genom motsvarande anordningssär- drag. Ytterligare särdrag och fördelar med övriga krav framgår av det nedanstående.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Figur l visar i en perspektivvy ett batteri enligt uppfin- ningen.

Figur 2 visar i en sektionsvy en batteristapel av elektrOder lagda tillsammans mot varandra och bildande tätande ytor.

Figur 3A visar, delvis i sektion, en batteristapel sedd upp- ifrån och inkluderande antryckningselement.

Figur 3B visar i en perspektivvy ett isärtaget antryckningselement enligt Figur 3A.

Figur 4 visar en kassett för trycksättning av en batte- ristapel.

Beskrivning av utföringsexempel Bipolära batterier är lämpliga att tillverka i form av staplar av flera elektroder, vanligen med 48 V nominell spänning, men även upp till 200 V förekommer.

Detta innebär att 24 eller upp till 96 elektroder kopplas i serie. Batterier framställda enligt uppfinningen kan bringas att uppvisa så hög grad av noggrannhet att höga precisionskrav kan uppfyllas på grund av de kontrollerat formerade elektroderna. 737486; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 Med hänvisning till Fig. 1 visas principen för ett bipolärt batteri, vilket inkluderar ett flertal bipolära elektroder, vilka inte är förbundna med varandra genom yttre förbindningar utan är monterade till en stapel 5 genom stapling av först en ändelektrod 9 med en strömavtagare 7, därefter en separator ll, en bipolär elektrod 10, en separator ll osv. för att avslutas med en ny ändelektrod 9' med strömavtagare 8 men av motsatt polaritet. Varje elektrod utformas med ramar l3 så att dess sidor vid sammanläggningen till en stapel kommer att innestänga all nödvändig elektrolyt mellan den positiv sidan av den ena bipolära elektroden och den negativa sidan av den intilliggande elektroden.

I Fig. 2 visas ett batteri l inkluderande en stapel 5, vilken är sammanhållen mellan tryckplattor 7 av dragstänger 4. Mut- terbelastade fjädrar 2 används här för att erhålla ett önskat tryck på stapeln.

Vid en utföringsform av uppfinningen, som framgår av figur 3A kommer de bipolära elektroderna lO att före formering staplas på motsvarande sätt. Emellertid är tillhandahållna antryck- ningselement 12, vilka för formeringssteget lämpligen är utformade på ett annorlunda sätt än separatorerna vid de slut- monterade batterierna. Då formeringen bara avser en första laddning och eventuellt ett fåtal urladdningar, s.k. upparbet- ningar, behöver inte dessa antryckningselement 12 vara lika flexibla (fjädrande) eller lika porösa som separatorerna i batteriet. De bör vara relativt tryckstabila och ska vara syrabeständiga. Det är så att formering med samma täta inbygg- nad som förekommer i det tillverkade batteriet inte är möjlig på grund av att separatorn i sådant fall är endast ca 0,5 - 1,0 mm. Tillräcklig syravolym är då inte möjlig att tillföra utan att det då blir för hög temperatur och kraftig sulfat- 737486: 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 10 bildning. I utföringsformen i fig. 3A är däremot antrycknings- elementen 12 utformade med en inre volym för upptagning av en tillräcklig mängd elektrolyt. Som exempel kan kanalelement omfattande två tunna skivor åtskilda och sammanbundna av ett flertal parallella mellanväggar komma till användning. Kanal- plast av ett relativt styvt plastmaterial, såsom exempelvis polykarbonat, kan med fördel utnyttjas för framställning av antryckningselementen 12.

Eftersom formeringen bäst genomföres vid låg densitet hos elektrolyten skall dessa antryckningselement 12 ha en tjock- lek, som företrädesvis är betydligt större än de separatorer som kommer till användning i de färdigmonterade batterierna.

Genom att välja en stor volym av elektrolyt, vilket blir följ- den av antryckningselementets 12 större tjocklek, påverkas inte koncentrationen nämnvärt genom frisättningen av den i elektrodmassorna bundna sulfatmängden.

Det kan dock finnas anledning att genomföra formeringen i högre syrakoncentration t.o.m. så hög att koncentrationen efter formeringen har antagit samma värde som avses i det fär- diga batteriet, s.k. ”one shot”-formering. Man vinner därmed den fördelen att mindre volymer av elektrolyt behöver recirku- leras. I sådant fall anpassas elektrolytens koncentration och volym vid formeringens början till innehållet av sulfat i de aktiva oformerade massorna. elektrodytan resp. hela den negativa elektrodytan och är i ett utföringsexempel utformat så att tätningsytor direkt eller indirekt pressas mot de ramar 13 som håller elektroderna 10 för att skapa inneslutningar av elektrolyt. Detta kan ses på fig. 3A vid 16. Vidare är antryckningselementen över de mot 73748e; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 ll elektroderna vända sidorna försedda med ett flertal hål 14, vilka tillförsäkrar att elektrolyten lätt kan nå elektroderna.

Kantpartierna av antryckningselementet 12 i fig. 3B har ett icke hålat område, vilket tjänar som tätningsyta.

Antryckningselementens ytterytor utformas så att det aktiva materialet inte skadas när stapeln pressas samman. T.ex. kan, såsom framgår av fig. 3A och B ett utjämnande skikt i form av ett tunt eftergivligt skikt såsom en glasfibermatta 15 av AGM- typ läggas på varje trycksida av antryckningselementet för att utgöra den trycköverförande ytan, vilket ger en skonsam tryck- överförande effekt och även elektrolytfördelande effekt. Detta kan med fördel tillämpas även pà porösa antryckningselement (se nedan).

Det pàlagda trycket kan vara mellan 50 och 250 kPa, företrä- desvis mellan 100 och 200 kPa.

Tjockleken av antryckningselementen väljs normalt mellan 5 och 25 mm, företrädesvis mellan 10 och 20 mm med det lägre värdet för den s.k. ”one shot”-formeringen.

Antryckningselementen kan även vara porösa med en porositet hos materialet mellan 45 till 90%. Detta begränsas endast av den mekaniska styrkan i materialet. Porstrukturen i materialet i antryckningselementet skall vara jämn med poröppningar till- räckligt stora för att tillåta ett snabbt byte av formerings- elektrolyten mot en elektrolyt av annan koncentration.

Elektroderna kan insättas i kassetter eller hållare redan efter smörjningen dvs. när den positiva resp. negativa massan pàförts den bipolära mellanväggen. Enligt en aspekt av uppfin- ningen formeras bipolära elektroder som är belagda med både 737486; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 l2 positiv och negativ massa vilket medför att dessa elektroder på ett fördelaktigt sätt därigenom kommer att genomgå en mog- ningsprocess gemensamt. Dessutom ska enligt uppfinningen de aktiva materialen stå under ett visst tryck under formeringen.

De ännu fuktiga elektroderna sätts under ett visst tryck i en kassett varefter detta tryck i huvudsak bibehålles även under formeringen.

Fig. 4 visar en kassett 16, vilken inkluderar ett utrymme för upptagning av en stapel av elektroder 9, 10, , 9' och mellan- liggande antryckningselement 12. Sidoriktade strömavtagare är betecknade 7 och 8. En stödplatta 17 förankras i spår i en vägg i kassetten så att ett antal fjädrar 18 utövar en önskad kraft mot en tryckplatta 19, vilken i sin tur utövar det öns- kade trycket mot stapeln. Syran för formeringen tillsättes efter monteringen i kassetten genom öppningar 12' i antryck- ningselementen.

Det är emellertid också möjligt att först låta elektroderna genomgå mogningsprocessen, (dvs. oxidering av Pb, bildning av blysulfatkristaller och bindning av massorna) och torkning för att uppnå samma egenskaper som beskrivits ovan och därefter montera de torra elektroderna med antryckningselement. Härvid kan de pålagda massorna under mogningen skyddas med t.ex. plastfolier för att ej fastna i varandra.

Med hänsyn till att den kommande formeringen därefter skall utföras i samma utrustning (kassett eller hållare) och vid samma tryck måste denna vara utförd så att inget strömläckage kan förekomma. All ström ska under formeringen passera från den positiva sidan av en elektrod till den närmast liggande, motstående, elektrodens negativa sida. 73748e; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 l3 Anordningen för mogning och formering bör lämpligen innehålla en eller flera ventilationsmöjligheter. Ventilationen kan vara avstängd under första delen av mogningen för att sedan öppnas under torkningssteget. Detta kan i och för sig enkelt och automatiskt anordnas på t. ex. elektrisk väg. Det är även önskvärt att denna ventilation utformas så att den kan tjäna som gasavledare under formeringen eftersom, i varje fall i slutet av formeringssteget, såväl vätgas som syrgas utvecklas.

Efter formeringssteget skall batteriet slutmonteras. Elektro- derna i anordningen lossas en efter en, antryckningselementen tvättas och torkas eventuellt för återanvändning och elektro- derna staplas på samma sätt som tidigare före formeringen. De är nu emellertid syravàta och - särskilt de negativa - behöver skyddas från oxidation av luftens syre eller åtminstone läggas samman till nyssnämnd stapel inom någon eller några minuter.

I enlighet med en föredragen aspekt av föreliggande uppfinning kommer de i batteriet insatta separatorerna att innehålla en förutbestämd mängd syra, varvid det är lämpligt att denna mängd motsvarar ca 80-100% av separatorns porvolym vid drift- färdigt batteri, eventuellt med tryckbelastad batteristapel.

Vid ett föredraget utförande motsvarar mängden elektrolyt ca 85-95% av nämnda porvolym.

Eftersom separatorerna kommer att pressas samman under tyngden av elektroderna i stapeln eller, vilket föredras, genom att efter monteringen stapeln pålagts ett yttre tryck av bestämd storlek, kommer en del av den tillförda syran att pressas ut ur separatorerna. Separatorerna i batteriet blir i sådant fall helt fyllda med syra och syrgasrekombinationen startar inte i dessa celler förrän en del av denna syravolym förbrukats genom gasavgáng. 737485; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 14 Vid ett föredraget utförande tillsätts till varje separator en så avpassad volym syra att inget av denna syramängd pressas ut ur separatorn vid det tryck som läggs över stapeln. Hantering av syravåta separatorer har visat sig vara relativt problem- löst med ringa eller inget syraläckage vid förflyttningar därav.

En av fördelarna med denna del av uppfinningen är att separa- torerna kan inmonteras i batteriet tillsammans med syrafyllda elektroder. Dessa kan alltså föras över från formeringsproces- sen direkt till montering av batteriet utan sköljning och torkning vilket är både arbetsbesparande, miljöfrämjande och ekonomiskt. Syran, som tillsätts separatorerna, bör i ett föredraget fall ha samma densitet (koncentration) som den vilken finns i elektrodernas porsystem, men kan vara högre eller lägre beroende på hur formeringsprocessen genomförts.

Syrgasrekombination innebär att det vid laddning utvecklas syrgas på den positiva elektroden när spänning-temperatur- ström är tillräckligt höga. För att i största möjligaste mån förhindra ogynnsamma verkningar av denna bireaktion förses batterierna med ventiler 6 i fig. 2 av enkelt slag som skall förhindra ett alltför högt tryck i cellen, men framför allt för att ge den bildade syrgasen tid att diffundera över till den negativa elektroden, där den reduceras tillbaka till vat- ten.

Om inte denna reduktion av syrgasen kan åstadkommas kommer livslängden hos batteriet att bli avkortad på grund av förlust av vatten till omgivning. En förutsättning för att kunna genomföra denna reaktion vid ett bipolärt stapelbatteri med separatorer är att separatorn inte är helt fylld med svavel- syra utan tillåter syrgastransport. AGM-separatorer brukar ha 7374822; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 15 en porositet av ca 96 %, men bör, för att syrgasrekombinatio- nen skall fungera, ha endast ca 90 % av dess porer fyllda.

Genom att elektrolyten tillföres separatorerna innan elektrod- rummet förslutes uppnås således möjligheter att tillföra bestämda mängder av elektrolyt på ett säkert sätt. Vidare upp- nås förfaringstekniska fördelar med avseende på reducering av antalet moment, som ska vidtas vid sammansättningen av batte- riet. Varje bipolär elektrod kan således med stor säkerhet enkelt ges samma volym syra och syra av samma densitet, vilket är särskilt viktigt när batterier med höga batterispänningar tillverkas.

De batterier som uppfinningen i första hand är avsedda att tillämpas på har separatorer av typ AGM, d.v.s. högporösa och kompressibla. Uppfinningen kan emellertid också tillämpas på icke-kompressibla separatorer.

AGM-separatorer som huvudsakligen består av mikrofin glasull, kan vara förstärkta på olika sätt t.ex. med inslag av orga- niska fibrer, impregnerade med kiselsyragel (WO 2004/021478 A1) men har alla den egenskapen att de kan innehålla stora mängder elektrolyt i förhållande till sin egen volym.

Vid ett föredraget förfarande för sammansättning av ett bipo- lärt batteri placeras de syravåta elektroderna horisontellt.

Därefter placeras den med rätt mängd syra försedda separatorn på den översta elektroden, varefter nästa elektrod, mönopolär eller bipolär, placeras på separatorn. Nästa separator place- ras ovanpå denna elektrod o. s.v. i en stapel. En monopolär stapel börjar och avslutas vanligtvis med en negativ elektrod och positiva och negativa elektroder parallellkopplas.

Elektrodpaketet sammantrycks därefter ev. med ett på förhand 737486; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 ?33 16 bestämt tryck eller till en viss tjocklek och nedsätts i bat- terikärlet.

Som exempel på en automatiserad tillverkning kan separatorerna tillformas eller -skäras till rätt dimension och överföras till en på mitten delbar skiva som förs framåt mot en elektrodstapel. Den översta elektroden hålls lämpligen alltid i konstant höjd med i och för sig kända metoder. Separatorn tillförs nu en bestämd mängd syra av bestämd densitet genom t.ex. dysor som sprider syran som en spray eller med större droppar jämnt över separatorns yta.

Allmänt kan andra sätt att tillföra elektrolyt förekomma, såsom att doppa ner separatorn i en bestämd elektrolytmängd eller att med en kontinuerlig stràle tillföra elektrolyten.

När skivan når rätt position över den översta elektroden i stapel delas skivan och den påfyllda separatorn faller på plats. En ny elektrod tillförs stapeln och stapelns höjd justeras varpå en ny separator tillförs syra och skjuts fram i position o.s.v.

Som alternativ metod kan elektrolyt tillföras separatorn på motsvarande sätt som beskrivs ovan efter att den placerats ovanpå en elektrod och innan nästa elektrod pàlagts.

Av vissa skäl, som är väl kända för fackmannen, tillsätts ofta till batteriets elektrolyt små mängder av tillsatser. Vad gäller blybatteriets elektrolyt, svavelsyra, kan tillsättas t. ex. oorganiska salter, Na2SOM PüPO4 eller andra kemiska före- ningar. Om dessa tillsatser inte redan ingàr i formeringssyran kan de ingå i den syra, som pàfylles separatorn. Koncentratio- nen av ifrågavarande tillsatser bör då vara något högre än vad 7374Be; 2008-06-02 10 15 20 530 733 17 som föreskrivs för att batteriet ska få rätt koncentration av dessa tillsatser.

Eftersom den bipolära elektroden har en sida med positivt material och en sida med negativt material kan en sådan elektrod inte utan svårigheter torrladdas, d.v.s. först forme- ras och sedan torkas eftersom de två sidorna kräver olika torkningsförfarande.

Man kan givetvis tänka sig att elektrodhalvorna var för sig processas till formerat, torrt tillstånd och sedan förenas genom exempelvis lödning. Uppfinningen kan tillämpas även på sådana elektroder.

Uppfinningen är främst tillämplig vid blybatterier med bipo- lära elektroder, men begränsas dock inte till sådana batterier utan kan tillämpas på andra typer av blybatterier eller t.o.m. batterier av annat slag vilka inkluderar ett eller flera for- meringssteg. 737486; 2008-06-02

Claims (33)

10 15 20 25 30 530 733 18 Patentkrav:

1. Förfarande för framställning av ett batteri med ett flertal elektroder, varvid förfarandet inkluderar ett formeringssteg för att formera oformerat aktivt material på varje elektrod, varvid elektroderna och därigenom initialt oformerat aktivt material hålls under mekaniskt tryck under formeringen för att begränsa det aktiva materialets volymförändring, kännetecknat av följande steg: - att formeringen utförs på bipolära elektroder med positivt aktivt material på en sida och negativt aktivt material på en sida, och - att elektroderna efter formeringssteget lossas och därefter slutmonteras till ett batteri med separatorer emellan elektroderna.

2. Förfarande enligt kravet 1, kännetecknat av att det meka- niska trycket pålägges så att aktivt material formeras inom en väsentligen konstant volym.

3. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, kännetecknat av att ett mekaniskt tryck av c:a 50 - 250 kPa och särskilt föredraget cza 100 - 200 kPa pålägges.

4. Förfarande enligt kravet l, 2 eller 3, kânnetecknat av att nämnda mekaniska tryck anbringas genom att en plan tryckyta av ett antryckningselement, vilket innehåller formeringselektro- lyt, under tryck bringas att anligga mot en ytteryta av aktivt material på varje elektrod.

5. Förfarande enligt något av kraven l - 4, kännetecknat av att det mekaniska trycket anbringas medelst ett ihåligt antryckningselement. 737486; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 19

6. Förfarande enligt kravet 5, kännetecknat av att trycket anbringas genom ett ihåligt antryckningselement utgjort av ett skivformat kanalelement, såsom ett skiva kanalplast, med hàltagningar på sina mot elektroderna vända sidor.

7. Förfarande enligt något av kraven l - 4, känflêteflkflat av att det mekaniska trycket anbringas medelst ett poröst antryckningselement, vilket i sina porer innehåller forme- ringselektrolyt.

8. Förfarande enligt kravet 7, kännetecknat av att det meka- niska trycket anbringas medelst ett antryckningselement med en porositet av c:a 45 - 90%.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att formeringselektrolyt med sådan koncentration tillsätts inför formeringen att den efter formeringen resulterande elektrolytkoncentrationen motsvarar koncentrationen av det färdiga batteriets elektrolyt.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att formeringen utförs med ett flertal i en stapel lagda elektroder med mellanliggande antryckningselement, varvid sta- peln utsätts för nämnda mekaniska tryck.

11. ll. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid batte- riet är ett bipolärt batteri, kännetecknat av att formeringen utförs på en stapel av ett flertal bipolära elektroder för bildande på vardera elektroden positivt och negativt aktivt material på ömse sidor av en elektronledande vägg.

12. l2. Förfarande enligt kravet ll, kännetecknat av att även en positiv och en negativ andelektrod formeras. 737489: 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 20

13. Förfarande enligt kravet 11 eller 12, kännetecknat av att de aktiva materialen innehåller föreningar av bly och att elektrolyten innehåller svavelsyra.

14. Förfarande enligt något av föregående krav, för framställ- ning av batterier innefattande ett flertal porösa och forme- rade elektroder med elektrolyt och, mellan varje par av elektroder, en separator av inert fibermaterial samt elektro- lyt, inneslutna i ett elektrodrum, kännetecknat av att elektrolyten tillförs respektive separator innan denna bringas i kontakt med sitt respektive elektrodpar och elektrodrummet förslutes.

15. Förfarande enligt kravet 14, kännetecknat av att sepa- ratorn tillformas, tillsättes en förutbestämd syramängd, fram- förs till en stapel av formerade elektroder och läggs på den översta elektroden i stapeln, varefter en ytterligare elektrod påläggs separatorn och ovanstående steg upprepas ett önskat antal gånger tills ett batteri med önskade prestanda erhål- lits.

16. Förfarande enligt kravet 14 eller 15, kännetecknat av att elektrolyten tillförs till AGM-separatorer.

17. Förfarande enligt något av kraven 14 - 16, kânnetecknat av att en stapel bildad av ett flertal elektroder och mellanlig- gande separatorer trycksätts till mellan c:a 50 - 250 kPa och mest föredraget mellan cza 100 - 200 kPa.

18. Förfarande enligt något av kraven 14 - 17, kännetecknat av att elektrolyten tillförs efter att separatorn placerats på en av elektroderna i nämnda elektrodpar varefter den andra 737486; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 21 elektroden i elektrodparet anbringas på separatorn.

19. Förfarande enligt något av kraven 14 - 18, kännetecknat av' att separatorerna tillförs elektrolyt i form av samma syra som förekommer i elektroderna med en densitet, som är avpassad för den slutliga syradensiteten i det driftklara batteriet.

20. Förfarande enligt kravet 19, kännetecknat av att sepa- ratorerna tillförs elektrolyt innehållande tillsatser av oorganiska salter.

21. Förfarande enligt något av kraven 14 - 20, kännetecknat av' att elektrolyt tillföres separatorerna i sådan mängd att separatorernas porvolym fylls till mellan c:a 80 och 100 % beräknat för batteriets driftsfärdiga tillstånd.

22. Förfarande enligt något av kraven 14 - 21, kännetecknat av' att elektrolyt tillföres separatorerna i sådan mängd att separatorernas porvolym fylls till mellan c:a 85 och 95 % beräknat för batteriets driftsfärdiga tillstånd.

23. Anordning för framställning av ett batteri med ett flertal elektroder, vardera uppvisande formerat aktivt material, varvid anordningen uppvisar organ för att hålla elektroderna och därmed initialt oformerat aktivt material under ett mekaniskt tryck under formeringen för att begränsa det aktiva materialets volymförändring och en hållare för upptagning av oformerade elektroder, kännetecknad av - att anordningen är utformad att utföra formeringen på bipolära elektroder med positivt aktivt material på en sida och negativt aktivt material på en sida, och - att anordningen är utformad så att elektroderna efter 737486; 2008-06-02 10 15 20 25 30 530 733 22 formeringssteget lossas, så att de därefter kan slutmonteras till ett batteri med separatorer emellan elektroderna.

24. Anordning enligt kravet 23, kännetecknad av att nämnda organ är inrättade att pålägga det mekaniska trycket så att aktivt material formeras inom en väsentligen konstant volym.

25. Anordning enligt kravet 23 eller 24, kännetecknad av att nämnda organ inkluderar ett antryckningselement, vilket är utformat för att innehålla formeringselektrolyt, med Plan tryckyta för anbringning av mekaniskt tryck mot en ytteryta av aktivt material pà varje elektrod.

26. Anordning enligt kravet 25, kännetecknad av att antryck- ningselementet är väsentligen dimensionsstabilt.

27. Anordning enligt kravet 25 eller 26, kännetecknad av att antryckningselementet är ihåligt.

28. Anordning enligt kravet 27, kännetecknad av att antryck- ningselementet uppvisar håltagningar i sina för anliggning mot elektroder avsedda sidor.

29. Anordning enligt kravet 25 eller 26, kännetecknad av att antryckningselementet är poröst med en porositet av c:a 45 - 90%.

30. Anordning enligt något av kraven 23 - 29, kännetecknad av att antryckningselementet är försett med utjämnande skikt på sina antryckningsytor.

31. Anordning enligt något av kraven 23 - 30, kännetecknad av organ för att utföra formeringen med ett flertal i en stapel 737486; 2008~O6-O2 10 15 20 530 733 23 lagda elektroder med mellanliggande antryckningselement, samt organ för att utsätta stapeln för nämnda mekaniska tryck.

32. Anordning enligt något av kraven 23 - 31, kännetecknad av organ för att tillforma en separator, tillsätta den en förutbestämd syramängd, framföra den horisontellt till en sta- pel av formerade elektroder och lägga den på en översta elektrod i stapeln samt för att repetera detta.

33. Batteri inkluderande elektrolyt, bipolära elektroder med positivt aktivt material på en sida och negativt aktivt material på en sida och separatorer mellan elektroderna, kännetecknad av att nämnda elektroder vid montering uppvisar begränsade volymförändringar i det aktiva materialet som ett resultat av att de under ett formeringssteg i en hållare hållits under ett volymförändringar begränsade mekaniskt tryck, varvid elektroderna efter formeringssteget har lossats och därefter slutmonterats till bildande av batteriet. 737486; 2008-06-02