DE10119841A1 - Verfahren zur Herstellung von Trägergerüsten für Elektroden galvanischer Elemente - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Trägergerüsten für Elektroden galvanischer Elemente in Form von aus Streckmetall bestehenden Platten, bei dem ein Metallband in Transportrichtung mit Spaltschnitten versehen und im wesentlichen quer zu diesen Spaltschnitten gestreckt wird und durch Schnitte quer zur Transportrichtung unterteilt wird, wird das Streckmetall vor der Unterteilung im Schnittbereich flachgedrückt. Zur Elektrodenherstellung wird das Streckmetallband vor oder nach dem Einpastieren der aktiven Masse im Schnittbereich flachgedrückt. Bei mit einem Schutzpapier abgedeckten Band wird das Schutzpapier im flachgedrückten Bereich mittels eines auf diesen Bereich aufgebrachten Kunststoffmaterials verfestigt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Trägergerüsten für die Elektro­ den galvanischer Elemente in Form von aus Streckmetall bestehenden Platten, bei dem ein Metallband in Transportrichtung mit Spaltschnitten versehen und im wesentlichen quer zu die­ sen Spaltschnitten gestreckt wird und durch Schnitte quer zur Transportrichtung unterteilt wird. Weiterhin sind Gegenstand der Erfindung Verfahren zur Herstellung von Elektroden mit derarti­ gen Trägergerüsten sowie die Trägergerüste und Elektrodenplatten, die mit derartigen Verfah­ ren hergestellt sind.

Der überwiegende Teil von galvanischen Elementen besitzt positive und negative Elektroden, die durch Separatoren getrennt sind, wobei die Elektroden leitfähige Trägergerüste besitzen, welche mit den eigentlichen aktiven Massen versehen sind.

Als Trägergerüst wird vielfach Streckmetallmaterial verwendet. Zur Herstellung solchen Ma­ terials wird beispielsweise ein Metallband durch Messerwalzen transportiert und mit Spalt­ schnitten in Transportrichtung versehen. Anschließend wird das geschnittene Band quer zur Transportrichtung gestreckt. Im allgemeinen ist an wenigstens einem Längsrand ein maschen­ loser Streifen vorhanden, der zur elektrischen Verbindung des Streckmetallgerüsts mit Polab­ leitern dient bzw. aus dem gegebenenfalls Anschlussfahnen ausgestanzt werden. Aus dem gestreckten Metallband werden durch Schnitte quer zur Transportrichtung Einzelplatten gebil­ det, die anschließend pastiert und als fertige Elektroden zu Elektrodenblöcken oder Wickel­ elektroden zusammengebaut werden, oder das Streckmetallband wird zuerst pastiert und dann in Platten der gewünschten Größe geschnitten.

Zwischen positiven und negativen Elektroden derartiger galvanischer Elemente sind dünne Se­ paratoren angeordnet. Durch den Trennschnitt bei der Herstellung von Platten aus dem Streckmetallband entstehen scharfkantige offenliegende Ränder mit Metallspitzen, die eine Durchstoßung des Separatormaterials verursachen können und damit zu einem Kurzschluss im galvanischen Element führen.

Um derartige Durchstoßungen des Separatormaterials zu verhindern, werden spezielle Sepa­ ratorkonstruktionen verwendet, die im Plattenrandbereich Verdickungen besitzen. Solche Sepa­ ratoren sind beispielsweise aus dem Dokument EP 484295 B1 oder aus dem Dokument EP 899 801 A1 bekannt, wobei aus der Druckschrift EP 899 801 A1 auch das typische Bild üblicher Streckmetallgerüste zu entnehmen ist.

Es hat sich allerdings gezeigt, dass derartige Maßnahmen nicht ausreichend sind, um Durch­ stoßungen sicher zu verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Streckmetall­ trägergerüste bzw. für Elektroden mit Streckmetallträgergerüst anzugeben, durch welches Trägergerüste und Elektroden bereitgestellt werden, bei denen Durchstoßungen des Separa­ tormaterials an den Elektrodenrändern sicher vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim eingangs genannten Verfahren durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens, Trägergerüste für Elektroden sowie Elektroden sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird das Streckmetallband vor der Unterteilung in Einzelplatten im vorgese­ henen Schnittbereich flachgedrückt und dann in diesem flachgedrückten Bereich geschnitten bzw. abgelängt. Das Flachdrücken dieses Bereiches kann erfolgen beim noch nicht weiterbe­ handelten Streckmetallband, oder es kann erfolgen, nachdem die aktive Masse bereits in das Streckmetall band einpastiert wurde. Besonders vorteilhaft ist es, das Streckmetallband in die­ sem Bereich, der später den seitlichen Plattenrand bildet, soweit zusammenzudrücken, bis die ursprüngliche Materialdicke des Bandmaterials erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist es, bei der Verwendung von Bleistreckmetall, wie es für Bleiakkumulatoren verwendet wird, darüber hinaus auch eine Umformung des Materials vorzunehmen und beispielsweise soweit flachzu­ drücken, dass eine Dicke von ca. 10 bis 20% der ursprünglichen Materialdicke bzw. Stegdicke erreicht wird.

Sofern beim Pastiervorgang die Elektrode beidseitig mit einem Schutzpapier abgedeckt wird, ist es besonders vorteilhaft, nach dem Flachdrücken des Schnittbereichs, das in diesem Bereich vorhandene Schutzpapier und einen kleinen Bereich seitlich dieses Schnittbereichs mit einem Material zu behandeln, welches eine zusätzliche Verfestigung in dem geschnittenen Kantenbe­ reich der Elektrode mit sich bringt. Dazu kann beispielsweise ein in einem Lösungsmittel ge­ löster Kunststoff, ein Kunstharz oder ein Lack auf diesen Bereich aufgesprüht werden. Eine solche Verfahrensweise erhöht den Schutz des Plattenrandes gegen Verbiegungen erheblich. Geeignete Materialien für die streifenförmige Imprägnierung des Pastierpapiers sind Kunst­ stoffe wie Polyester, Styrol, Polyisocyanat, Polyacryate, Silikonkautschuk oder Nitrolacke. Es können auch Wassserglas oder in beispielsweise Toluol gelöstes Kolophonium verwendet wer­ den. Die Trocknung kann gegebenenfalls durch Erwärmung oder durch UV-Bestrahlung be­ schleunigt werden.

Zur Herstellung einer für Bleiakkumulatoren geeigneten Elektrode wird beispielsweise von ei­ nem ca. 1 mm dicken Bleiband ausgegangen. Dieses wird partiell in Förderrichtung mit pa­ rallelen versetzten Schnitten versehen, wobei mindestens einseitig ein nichtgeschlitzter Bereich zur späteren elektrischen Verbindung mit anderen Elektroden verbleibt. Anschließend wird das geschlitzte Band quer zur Förderrichtung gestreckt, das entstandene rautenförmige Gitterwerk wird mit dem aktiven Material der negativen oder positiven Platte pastiert und unmittelbar da­ nach beidseitig mit einer Schutzfolie, meist einem sich später in der Batteriesäure auflösendem Papier, belegt. Das Band wird dann in längere Stücke, gegebenenfalls zur Anfertigung eines Wickels, zusammen mit einem Separator und einer Elektrode der Gegenpolarität verarbeitet oder in kurze Einzelelektroden geschnitten, wie sie in prismatischen Akkumulatorenzellen Ver­ wendung finden.

Um freistehende Gitterenden an den Plattentrennkanten, die die seitlichen Ränder der so ent­ stehenden Platten bilden, zu vermeiden, und um zu verhindern, dass Spitzen der Randstege aus der Plattenebene gebogen werden können, werden die Streckmetallgitterstäbe, die eine typische Querschnittsfläche von ca. 1 mm² besitzen, bis auf ca. 0,1 mm flachgedrückt. Eine so verformte, im Rand- bzw. Schnittbereich besonders weiche Gitterstegspitze, kann einen übli­ chen Separator, der eine Folienstärke von 0,1 bis 0,2 mm besitzt, nicht mehr durchstoßen und wird schon durch geringe beidseitig wirkende Führungskräfte daran gehindert, dauerhaft aus der Plattenebene hinausgebogen zu werden. Um solche abgeplatteten Gitterstege entlang der Plattenschnittkante herzustellen, ist eine Messerkonstruktion geeignet, die zunächst in einem sehr eng begrenzten Teil der Schnittzone das Streckmetallgitter über die gesamte Bandbreite bzw. Elektrodenhöhe stark quetscht und danach genau mittig schneidet. Um Justageprobleme zu vermeiden, werden die Quetschvorrichtungen bzw. Quetschkanten zusammen mit dem Schnittmesser auf einer gemeinsamen Welle montiert, sodass deren Teilung auf dem Umfang einer Walze exakt der Länge der zu schneidenden Platte entspricht. Beim Flachdrücken hat sich eine Pressung auf ca. 10 bis 20% der ursprünglichen Banddicke, bzw. bei aus 1 mm dickem Bleiband hergestellten Elektroden, auf ca. 0,1 mm als ausreichend herausgestellt. Die­ ses Flachdrücken erfolgt in einem Bereich von beidseitig je ca. 0,2 bis 0,3 mm von der Schnitt­ kante.

Besonders vorteilhaft ist es, die nach dem Einbringen der aktiven Masse aufgebrachte Papier­ schutzfolie innerhalb der späteren Schnittzone und ca. 3 bis 4 mm beiderseits der späteren Schnittkante, mit einem Kunststoffmaterial zu verfestigen. Dazu kann beispielsweise ein wär­ meaushärtender Kunststoff auf diesen Bereich gesprüht werden, oder es können Kunstharze oder wasserhaltige Lacke verwendet werden, die nach dem Trocknen der Papierschutzfolie diesem Bereich eine solche Festigkeit verleihen, dass ein zusätzlicher Verbiegeschutz für die darunterliegenden abgeplatteten Gitterstäbe gegeben ist.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Fig. 1 zeigt einen Teil eines Streckmetallbandes, die Fig. 2 und 3 zeigen Querschnitte durch ein solches Band.

Das Streckmetallband 1 ist erfindungsgemäß im Bereich der Schnittkante 2 flachgedrückt. Der flachgedrückte Bereich 3 erstreckt sich auf ca. 0,2 mm bis 0,3 mm beidseitig der Schnittstelle 2. Gemäß Fig. 2 ist das Streckmetallband 1 auf die Dicke des Bleibandes 4 flachgedrückt, ge­ mäß Fig. 3 ist das Bleiband noch darüber hinaus verformt.

Elektrodenplatten mit erfindungsgemäß behandelten Plattenkanten können problemlos alle folgenden Fertigungsprozesse durchlaufen, ohne dass die Gefahr einer Durchstoßung eines dünnen Folienseparators besteht.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Trägergerüsten für Elektroden galvanischer Elemente, in Form von aus Streckmetall bestehenden Platten, bei dem ein Metallband in Transportrich­ tung mit Spaltschnitten versehen und im wesentlichen quer zu diesen Spaltschnitten ge­ streckt wird und durch Schnitte quer zur Transportrichtung unterteilt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Streckmetall vor der Unterteilung im Schnittbereich flachgedrückt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Elektroden für galvanische Elemente mit einem Trägergerüst aus Streckmetall, bei dem ein Metallband in Transportrichtung mit Spaltschnitten versehen und im wesentlichen quer zu diesen Spaltschnitten gestreckt wird und in welches aktive Masse einpastiert wird, und welches durch Schritte quer zur Transportrichtung unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Streckmetallband vor oder nach dem Einpastieren der aktiven Masse im Schnittbereich flachgedrückt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Streckmetallband auf die Dicke des Ursprungsbandmaterials zusammengedrückt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Streckmetallband auf 10 bis 20% der Ursprungsdicke des Ursprungsmetallbands zusammengedrückt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das pastierte Band mit Schutzpapier abgedeckt wird und das Schutzpapier im flachgedrückten Bereich mittels eines auf diesen Bereich aufgebrachten Kunststoffmaterials verfestigt wird.

6. Trägergerüst für Elektrodenplatten galvanischer Elemente, hergestellt nach einem der Ver­ fahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5.

7. Elektrodenplatte für galvanische Elemente, hergestellt nach einem der Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5.

8. Trägergerüst nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Bleilegierung besteht.

9. Elektrodenplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergerüst aus einer Bleilegierung besteht.