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DE19804650A1 - Low maintenance nickel-cadmium battery fibrous electrode structure - Google Patents

Low maintenance nickel-cadmium battery fibrous electrode structure

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Publication number
DE19804650A1
DE19804650A1 DE19804650A DE19804650A DE19804650A1 DE 19804650 A1 DE19804650 A1 DE 19804650A1 DE 19804650 A DE19804650 A DE 19804650A DE 19804650 A DE19804650 A DE 19804650A DE 19804650 A1 DE19804650 A1 DE 19804650A1
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DE
Germany
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electrode
arrangement according
electrode arrangement
separator material
electrodes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19804650A
Other languages
German (de)
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Detlef Dipl Chem Dr Ohms
Willi Kitzhoefer
Uwe Dipl Chem Dr Schaffrath
Gabor Dipl C Benczur-Uermoessy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoppecke Batterie Systeme GmbH
Original Assignee
Hoppecke Batterie Systeme GmbH
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Publication date
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Priority to DK99101951.4T priority patent/DK0935305T3/en
Priority to EP99101951A priority patent/EP0935305B1/en
Priority to BR9900767-3A priority patent/BR9900767A/en
Priority to CNB991017730A priority patent/CN1149692C/en
Priority to US09/245,538 priority patent/US6458484B2/en
Priority to IDP990083A priority patent/ID21834A/en
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Abstract

A nickel-cadmium battery electrode structure is produced by stacking fibrous electrodes with an interposed separator material which has a different gas permeability in different directions and has cavities for temporary gas storage. A nickel-cadmium battery electrode structure is produced by stacking fibrous positive and negative electrode plates with interposed separator material to form an electrode packet, connecting electrodes of the same type together by pole bridges and pressing the electrode packet to compress and fix the separator material in a shape stable state. The separator material has a different gas permeability in different directions at least in the pressed and fixed state, so that gas transfer is prevented in the direction parallel to the surface of the electrode plates but is possible in the transverse direction, and has cavities for temporary storage of gas. An Independent claim is also included for a nickel-cadmium battery electrode structure produced by the above stacking, electrode connection and compression operations, the electrode packet being positioned between mechanical clamping elements. Preferred Features: The separator material is a fiber fleece of permanently elastic material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für Nic­ kel-Cadmium-(NC)-Akkumulatoren. Insbesondere betrifft die Erfindung Elektrodenanordnungen für NC-Akkumulatoren, bei welchen wenigstens ein Elektrodentyp unter Anwendung der Faserstrukturtechnologie hergestellt ist.The present invention relates to an electrode arrangement for Nic Kel-Cadmium (NC) accumulators. In particular, the invention relates Electrode arrangements for NC batteries, in which at least one Electrode type is made using fiber structure technology.

Herkömmliche NC-Akkumulatoren werden unter Einsatz sogenannter Sinterelektroden hergestellt. Die Sinterelektroden können nur bis zu einer gegebenen Dicke hergestellt werden, so daß auch die zur Verfügung stehende Energiedichte begrenzt ist. Die Entwicklung der Faserstrukturtechnologie hat dies verbessert. Dabei werden metallisierte Faserstrukturgerüste eingesetzt, welche durch Metallisieren poröser Vliesstoffe oder Nadelfilze aus elektrisch nicht leitenden Kunststoffasern hergestellt werden. Derartige Faserstrukturelektroden können dicker ausgebildet werden, so daß bei gleicher Energiedichte der Akkumulator kleiner oder leichter ausgebildet werden kann oder bei gleicher Größe eine höhere Kapazität bereitgestellt werden kann. Faserstrukturelektroden haben auch den Vorteil einer größeren Lebensdauer. Allerdings benötigen die Faserstrukturelektroden eine etwas höhere Ladespannung als Zellen mit Sinterpositiven. Dadurch erfordert der Einsatz von NC-Akkumulatoren mit Faserstrukturelektroden die Berücksichtigung des Bedarfs an höherer Ladespannung. Gleichzeitig kann sich eine erhöhte Ladespannung ungünstig auf den Wasserverbrauch auswirken. Conventional NC batteries are using so-called Sintered electrodes manufactured. The sintered electrodes can only have up to one given thickness can be made, so that the available Energy density is limited. The development of fiber structure technology has this improves. Metallized fiber structure scaffolds are used which by metallizing porous nonwovens or needle felts from electrical non-conductive plastic fibers are produced. Such Fiber structure electrodes can be made thicker, so that the same Energy density of the accumulator can be made smaller or lighter or a higher capacity can be provided with the same size. Fiber structure electrodes also have the advantage of a longer life. However, the fiber structure electrodes require a slightly higher one Charging voltage as cells with sintered positives. This means that the use of NC batteries with fiber structure electrodes taking into account the Need for higher charging voltage. At the same time, an increased Charging voltage adversely affect water consumption.  

Alkalische Zellen, wie die NC-Akkumulatoren, können in geschlossenem und offenem Design gebaut werden.Alkaline cells, such as the NC batteries, can be used in closed and open design.

Bei offener Bauweise werden die am Ladeende entstehenden Gase abgeleitet. Der Separator trennt dabei nicht nur die Elektroden sondern verhindert das Durchtreten der Gase.In the case of an open construction, the gases generated at the end of the loading are discharged. The separator not only separates the electrodes, it prevents this Passage of the gases.

Dagegen wird bei geschlossenem Design der an der positiven Elektrode entste­ hende Sauerstoff direkt zu den geteilten negativen Elektroden geleitet. Dadurch vermindert sich die Ladespannung am Ladeende. Bei gasdicht ausgebildeten NC-Akkumulatoren mit Faserstrukturelektroden wird der Sauerstoff über die Gasphase und eine poröse, gasleitende Zwischenschicht zwischen den negativen Elektroden geführt. Die geschlossene Bauweise erfordert die Begrenzung der Elektrolytmenge um genügend elektrolytfreie Gaskanäle zu erhalten. Die geschlossenen NC-Zellen in Fasertechnologie benutzen darüber hinaus eine gasmäßige Evakuierung des Zellgefäßes bei der Fertigung und eine dauerhafte Hermetisierung, um den Gastransport zu erleich­ tern. Durch die Begrenzung der Elektrolytmenge vermindert sich die Wärmekapazität der Zellen deutlich und erhöht damit die Gefahr des Über­ hitzens bei Überladung der Zellen.On the other hand, when the design is closed, the one on the positive electrode is created oxygen is passed directly to the shared negative electrodes. This reduces the charge voltage at the end of the charge. At gastight trained NC batteries with fiber structure electrodes Oxygen via the gas phase and a porous, gas-conducting intermediate layer passed between the negative electrodes. The closed design requires the electrolyte amount to be limited by sufficient electrolyte-free Get gas channels. The closed NC cells in fiber technology also use a gas evacuation of the cell vessel at the Manufacturing and permanent hermeticization to facilitate gas transport tern. By limiting the amount of electrolyte, the Heat capacity of the cells significantly and thus increases the risk of over heat when the cells are overloaded.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, prismatische Nickel-Cadmium-Akku­ mulatoren ohne Elektrolytmengenbegrenzung herstellen zu können, welche Faserstrukturelektroden aufweisen, die unter Beibehaltung der oben beschriebenen Vorteile gegenüber herkömmlichen NC-Akkumulatoren in Bezug auf die Ladespannung zu diesen kompatibel sind, also demgegenüber keine höheren Ladespannungen benötigen, und im Hinblick auf den Wasserverbrauch einen verringerten Wartungsaufwand haben. Weiterhin soll die Herstellung vereinfacht werden. Based on the described prior art, the present Invention based on the object, prismatic nickel-cadmium battery to be able to manufacture mululers without limiting the amount of electrolyte, which have fiber structure electrodes that while maintaining the above described advantages over conventional NC batteries in relation on the charging voltage are compatible with them, in contrast none need higher charging voltages, and in terms of water consumption have a reduced maintenance effort. The production should continue be simplified.  

Zur technischen Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen eine Elektrodenanordnung für NC-Akkumulatoren mit wenigstens teilweiser Verwendung von Faserstrukturelektroden, wobei positive und negative plattenförmige Elektroden hergestellt, unter Zwischenlegen von Separatormaterial wechselweise zur Bildung eines Elektrodenpakets in vorgegebener Anzahl gestapelt und die gleichgerichteten Elektroden jeweils untereinander mittels Polbrücken verbunden sind, wobei das Elektrodenpaket vollflächig unter Kompression des zwischen den Elektroden befindlichen Separatormaterials gepreßt und formstabil fixiert ist, wozu das Elektrodenpaket zwischen mechanische Klemmelemente eingebracht ist. Vorteilhafterweise wird ein Separatormaterial verwendet, welches zumindest im eingebauten und gepreßten Zustand einen Gastransfer parallel zu den Oberflächen der plattenförmigen Elektroden liegenden Richtungen im wesentlichen hindert, quer zu den Oberflächen der plattenförmigen Elektroden jedoch im wesentlichen gestattet und Kavitäten zur zeitweisen Zwischenspeicherung von Gas aufweist. Als Separatormaterial wird ein Faservlies mit einer, eine ausreichende Gasspei­ cherung gewährleistenden Dicke, die sich auch im Flächengewicht ausdrückt, verwendet, welches vollständig oder teilweise vom Elektrolyten benetzbar ist und vorzugsweise aus einem Polyamid oder Polyolefin oder ähnlichen Polymeren bzw. Gemischen dieser Stoffe besteht, wobei Polyamid bevorzugt wird. Das Separatormaterial soll eine dauerhafte Elastizität aufweisen, die einen beständigen mechanisch bündigen Kontakt zu den Elektroden gewährleistet.A technical solution to the problem is proposed Electrode arrangement for NC batteries with at least some Use of fiber structure electrodes, being positive and negative plate-shaped electrodes, with the interposition of Separator material alternately to form an electrode pack in predetermined number stacked and the rectified electrodes each are connected to one another by means of pole bridges, the electrode package all over with compression of the one located between the electrodes Separator material is pressed and fixed in shape, which is why the electrode package is inserted between mechanical clamping elements. Advantageously a separator material used, which at least in the built-in and pressed state a gas transfer parallel to the surfaces of the plate-shaped electrodes essentially prevents lying directions, transversely to the surfaces of the plate-shaped electrodes, however, essentially permitted and has cavities for the temporary storage of gas. A fiber fleece with a sufficient gas volume is used as the separator material guaranteeing thickness, which is also expressed in basis weight, used, which is fully or partially wettable by the electrolyte and preferably a polyamide or polyolefin or the like Polymers or mixtures of these substances exist, polyamide being preferred becomes. The separator material should have a permanent elasticity that one ensures constant mechanically flush contact to the electrodes.

Überraschend hat sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäßen Elektrodenanordnungen die Vorteile der NC-Akkumulatoren mit Faserstrukturelektroden gegenüber herkömmlichen NC-Akkumulatoren nicht verändern, darüber hinaus aber mit niedrigen Ladespannungen auskommen, also gegenüber den anderen Systemen kompatibel sind, und einen geringeren Wartungsaufwand benötigen, da der Wasserverbrauch gegenüber herkömmlichen NC-Akkumulatoren erheblich reduziert ist. Dies ist bedingt durch die Fixierung des in der Überladephase gebildeten Sauerstoffs im Elektrodenpaket und dessen anschließendem Verzehr an der Negativen, sowie eines verbesserten Wärmehaushalt, der sich auch durch die Verwendung niedrigerer Ladespannungen ergibt. Wesentlich ist, daß die Pressung vor der sogenannten Inbetriebsetzungsladung, also der Initialladung erfolgt und das Elektrodenpaket formstabil im gepreßten Zustand fixiert wird.It has surprisingly been found that the inventive Electrode arrangements share the advantages of NC batteries Fiber structure electrodes are not compared to conventional NC batteries change, but also manage with low charging voltages, are compatible with the other systems, and a smaller one Need maintenance as compared to water consumption conventional NC accumulators is significantly reduced. This is conditional  by fixing the oxygen formed in the charging phase in the Electrode package and its subsequent consumption on the negatives, as well an improved heat balance, which is also reflected in the use results in lower charging voltages. It is essential that the pressing before so-called commissioning charging, i.e. the initial charging takes place and that Electrode package is fixed dimensionally stable in the pressed state.

Es wird angenommen, daß die Aufnahmekapazität und das Rückhaltevermögen des Separatormaterials für Sauerstoffs und der damit gewährleistete gleichmäßige Verzehr des Sauerstoffs an der negativen Elektrode ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist. Der im Betrieb an den positiven Elektroden entstehende Sauerstoff wird weder aus dem Raum zwischen den benachbarten Elektroden abtransportiert noch direkt durch das Separa­ tormaterial an die negativen Elektroden herangeführt, sondern teilweise zur negativen Elektrode geführt, teilweise zwischengelagert. Somit wird ein lang anhaltender, kontinuierlicher Gaszustrom zur negativen Elektrode gewährleistet, der deren Ladezustand und damit die Polarisation begrenzt, die zum Anstieg der Ladeendspannung führen würde. Der gleichmäßige Verzehr des Sauerstoffs und der Elekrolytüberschuß mindert die Gefahr des Überhitzens. Durch das Fressen des Elektrodenpaketes wird parallel zu den Elektrodenoberflächen der Separator für den Sauerstofftransport gesperrt, quer dazu wird ein Widerstand gegen die Überführung erzeugt, der ein Zwischenspeichern bewirkt. Wesentlich ist, daß ein bedeutender Anteil des in der Überladephase gebildeten Sauerstoffs, der zwischen 70 und 98% liegen kann, auf diese Weise verzehrt wird, obwohl die Zelle ohne Elektrolytmengenbegrenzung auskommt. Vielmehr enthalten die Zellen einen hohen Elektrolytüberschuß mit einem Elektrolytstand bis über den oberen Rand des Elektrodenstapels, ähnlich wie in offenen Nickel-Cadmium-Zellen. It is believed that the absorption capacity and the retention capacity of the separator material for oxygen and the so guaranteed even consumption of oxygen at the negative electrode is an essential aspect of the invention. The one in operation at the positive Oxygen generated is neither from the space between the electrodes neighboring electrodes are still transported directly through the Separa gate material brought up to the negative electrodes, but partly to led negative electrode, partially temporarily stored. So it will be a long one ensures continuous, continuous gas flow to the negative electrode, which limits their state of charge and thus the polarization that leads to an increase in End charging voltage would lead. The even consumption of oxygen and the excess of electrolyte reduces the risk of overheating. By the Eating of the electrode pack is carried out parallel to the electrode surfaces Separator is blocked for oxygen transport, across it is a resistor generated against the overpass, which causes temporary storage. Essential is that a significant proportion of that formed in the overload phase Oxygen, which can be between 70 and 98%, is consumed in this way even though the cell does not have an electrolyte limit. Much more the cells contain a high excess of electrolyte with an electrolyte level to over the top of the electrode stack, similar to that in open Nickel-cadmium cells.  

In vorteilhafter Weise erfolgt die Pressung auf einen vorgegebenen Elektrodenabstand und/oder auf einen vorgegebenen Kompressionszustand des Separators und/oder unter Vorgabe einer definierten Preßkraft.The pressure is advantageously applied to a predetermined one Electrode distance and / or to a predetermined compression state of the Separators and / or by specifying a defined pressing force.

Die Elektrodenplatten können in gestapeltem Zustand zunächst vor Einbau in ein Zellengehäuse gepreßt und durch Anordnung entsprechender Elemente fixiert werden. Beispielsweise können auf die äußeren Elektrodenplatten Rahmenplatten aufgelegt werden, die nach der Pressung mit entlang der Seitenkanten der Elektrodenplatte verlaufenden Stegen verbunden werden. Dabei kann die Verbindung durch Schweißen, Schrauben oder dergleichen erfolgen, auch kann die Verbindung nachstellbar sein, so daß Paketdicke und -drücke nachjustierbar sind.When stacked, the electrode plates can first be installed in a cell housing pressed and by arranging appropriate elements be fixed. For example, on the outer electrode plates Frame plates are placed, which after pressing with along the Side edges of the electrode plate extending webs are connected. The connection can be made by welding, screwing or the like take place, the connection can also be adjustable, so that packet thickness and pressures are readjustable.

Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß die äußeren Elektrodenplatten negative Platten sind, auf denen das Klemmrahmenmaterial ohne Zwischenlage von Separatormaterial aufliegt.It is advantageously proposed that the outer electrode plates be negative Are plates on which the clamping frame material without the interposition of Separator material rests.

Gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung wird als Separatormaterial ein dauerhaft elastisches Material verwendet, und der Separator wird bei der Fixierung des Elektrodenstapels vorzugsweise auf 70% bis 90% seiner Ursprungsdicke komprimiert. Verwendet wird ein sogenanntes Faservlies als Separatormaterial, welches gemäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag der Erfindung mehrlagig eingesetzt wird. Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann der Separator in Taschenform die Elektroden umgebend eingesetzt werden. Hieraus ergibt sich automatisch eine Mehrlagigkeit einerseits und ein Kantenschutz andererseits. Das Eintaschen erleichtert insbesondere auch die Handhabung der Elektroden. According to an advantageous proposal of the invention is used as a separator material a permanently elastic material is used, and the separator is used in the Fixation of the electrode stack preferably to 70% to 90% of it Original thickness compressed. A so-called non-woven fabric is used as Separator material, which according to a particularly advantageous proposal the invention is used in multiple layers. According to another advantageous Aspect of the invention, the separator can pocket the electrodes be used in the surrounding area. This automatically results in one Multi-layer on the one hand and edge protection on the other. The pocket especially facilitates the handling of the electrodes.  

Im übrigen hat der Separator alle üblichen Eigenschaften herkömmlicher Separatoren, ist also in der Lage, elektrisch zu separieren, hat eine zumindest standardgemäße Ionenleitfähigkeit im elektrolytgefüllten Zustand.Otherwise, the separator has all the usual properties of conventional Separators, is therefore able to separate electrically, at least has one Standard ion conductivity in the electrolyte-filled state.

Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß die Elektrodenplatten vor dem Auflegen des Separatormaterials oberflächlich geebnet werden. Man spricht vom sogenannten Vorkalibrieren. Das Vorkalibrieren kann gemäß einem Vorschlag der Erfindung bei gefüllten und getrockneten Elektroden mechanisch mit Hilfe von Walzen erfolgen, wobei abstehende bzw. das Dendritenwachstum fördernde metallisierte Faserenden bzw. metallisierte Faserreste weitgehend entfernt und die Rauhigkeit der Elektrodenoberflächen minimiert wird. Die Minimierung der Rauhigkeit ist von besonderer Bedeutung, denn durch die Pressung des Elektrodenpaketes kommt es zu einem dauerhaft elastischen, vollflächigen Kontakt zwischen der Oberfläche der Elektrodenplatte und dem Separatormaterial, so daß praktisch keine Gaswanderung entlang der Oberfläche der Elektrodenplatte erfolgen kann.Advantageously, it is proposed that the electrode plates be put on before placing of the separator material are leveled on the surface. One speaks of so-called pre-calibration. The pre-calibration can be done according to a suggestion the invention mechanically using filled and dried electrodes done by rollers, with protruding or dendrite growth promoting metallized fiber ends or metallized fiber residues largely removed and the roughness of the electrode surfaces is minimized. The Minimizing the roughness is of particular importance, because through the Pressing the electrode pack results in a permanently elastic, full-surface contact between the surface of the electrode plate and the Separator material, so that practically no gas migration along the Surface of the electrode plate can be done.

Die Pressung und/oder Fixierung des Elektrodenpaketes können vor dem Einbau in ein Zellengefäß aber auch in einem Zellengefäß erfolgen.The pressing and / or fixing of the electrode pack can be carried out before installation in a cell vessel but also in a cell vessel.

Besonders vorteilhaft hat sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Verwendung von Elektroden erwiesen, wobei metallisierte Faserstrukturgerüste, gebildet durch Metallisieren poröser Vliesstoffe oder Nadelfilze aus elektrisch nicht leitenden Kunststoff-Fasern, verwendet werden, wobei die Porosität der zugrundeliegenden textilen Struktur zwischen 50% und 98% liegt und der Faserdurchmesser zwischen 5 und 40 µm mißt, das Flächengewicht des Vliesstoffes oder Nadelfilzes zwischen 50 g/m2 und 800 g/m2 liegt, sowie die Dicke des textilen Materials im Bereich von 0,5 bis 5 mm liegt. The use of the method according to the invention has proven to be particularly advantageous when using electrodes, wherein metallized fiber structure structures formed by metallizing porous nonwovens or needle felts made from electrically non-conductive plastic fibers are used, the porosity of the underlying textile structure being between 50% and 98%. is and the fiber diameter is between 5 and 40 microns, the basis weight of the nonwoven or needle felt is between 50 g / m 2 and 800 g / m 2 , and the thickness of the textile material is in the range of 0.5 to 5 mm.

Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung erlaubt die Herstellung von neuartigen NC-Akkumulatoren, welche gegenüber herkömmlichen NC-Akkumulatoren bei gleicher Kapazität leichter und kleiner sind, kompatibel hinsichtlich der Ansprüche an die Ladespannung und vergleichbar in Bezug auf den Wartungsaufwand sind. Die erfindungsgemäßen Elektrodenanordnungen sind neu und aus dem Stand der Technik nicht bekannt oder nahegelegt.The electrode arrangement according to the invention allows the production of Novel NC accumulators, which compared to conventional NC batteries with the same capacity are lighter and smaller, compatible regarding the demands on the charging voltage and comparable in terms of the maintenance effort. The electrode arrangements according to the invention are new and are not known or suggested from the prior art.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren.Further advantages and features of the invention result from the following Description based on the figures.

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Elektrodenanordnung nach der Erfindung, Fig. 1 is a side view of an embodiment for an electrode assembly according to the invention,

Fig. 2 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels von unten, Fig. 2 is a view of the embodiment from below,

Fig. 3 eine mögliche Fixierung des Elektrodenstapels unter Verwendung von elastisch wirkenden Spannbändern um die Druckplatten, Fig. 3 shows a possible fixation of the electrode stack using elastically acting clamping bands around the printing plates,

Fig. 4 eine Ansicht gemäß Fig. 3 von unten, Fig. 4 is a view according to FIG. 3 from below,

Fig. 5 eine mögliche Fixierung des Elektrodenstapels unter Verwendung von Stützelementen, die die Kraftwirkung auf die Zellwandung bzw. deren Kanten ableiten, Fig. 5 shows a possible fixation of the electrode stack using support members and the edges of which derive the force acting on the cell wall,

Fig. 6 eine Ansicht gemäß Fig. 5 von unten, Fig. 6 is a view according to Fig. 5 from below,

Fig. 7 die Verwendung von Druckschalen die durch Verschweißen, Ver­ schrauben oder eine andere form- bzw. kraftschlüssige Verbindungstechnik fixiert werden, Fig. 7 illustrates the use of the pressure shells, screw Ver by welding or other positive or non-positive connection technique to be fixed,

Fig. 8 eine Ansicht gemäß Fig. 7 von unten und Fig. 8 is a view of FIG. 7 from below and

Fig. 9 die Verwendung von Separatortaschen um alle Elektroden unter beispielhafter Anwendung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7 und 8. Fig. 9, the use of separator pockets to all the electrodes under exemplary application of the embodiment of FIG. 7 and 8.

In den Teilfiguren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the partial figures, the same elements are provided with the same reference symbols.

Positive Elektroden 1 und negative Elektroden 2 sind vorzugsweise beide als sogenannte Faserstrukturelektroden ausgebildet und abwechselnd unter Zwischenlage von Separatormaterial 3 zu einem Elektrodenpaket gestapelt. Die positiven Elektroden 1 sind mit einer Polplatte 6, die negativen Elektroden 2 mit einer davon elektrisch getrennten Polplatte 7 verbunden und mit dem Polbolzen 8 versehen. Beidseitig sind auf die Elektroden Druckplatten 4 aufgelegt und durch Spannelemente 5, vorzugsweise Spannstege oder Spannklammern, verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise durch Schrauben, Schweißen und dergleichen erfolgen. Die Baugruppe ist in ein Zellgehäuse 9 eingesetzt.Positive electrodes 1 and negative electrodes 2 are preferably both designed as so-called fiber structure electrodes and stacked alternately with the interposition of separator material 3 to form an electrode packet. The positive electrodes 1 are connected to a pole plate 6 , the negative electrodes 2 to a pole plate 7 which is electrically separated therefrom and provided with the pole bolt 8 . Pressure plates 4 are placed on both sides of the electrodes and connected by tensioning elements 5 , preferably tensioning webs or tensioning clamps. The connection can be made, for example, by screwing, welding and the like. The assembly is inserted in a cell housing 9 .

Fig. 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform, wobei der Elektrodenstapel in gleicher Weise beidseitig mit Druckplatten 4 belegt ist, die jedoch durch Spannbänder 10 verbunden sind. Die Spannbänder 10 können dabei durch Klebe- oder Schweißtechniken, aber auch durch andere an sich bekannte Fügetechniken verbunden sein. FIGS. 3 and 4 show an alternative embodiment in which the electrode stack is covered in the same way on both sides with printing plates 4, which are, however, connected by clamping bands 10. The straps 10 can be connected by adhesive or welding techniques, but also by other known joining techniques.

Eine weitere alternative Ausführungsform ist in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Hier sind die Elektrodenplatten mit Druckplatten 4 beidseitig belegt. Jedoch erfolgt die Fixierung der Pressung im Inneren des Zellgehäuses 9 durch entsprechende Stützelemente 11. Vorzugsweise sind die Stützelemente 11 im Inneren der Zellgehäuse so angeordnet, daß die Kräfte über die Ecken abgeleitet werden. Eine außerhalb des Gehäuses vorgenommene Pressung des Elektrodenstapels wird durch die Stützelemente 11 im Gehäuseinneren fixiert. Another alternative embodiment is shown in FIGS. 5 and 6. Here the electrode plates are covered with pressure plates 4 on both sides. However, the pressure is fixed in the interior of the cell housing 9 by means of corresponding support elements 11 . The support elements 11 are preferably arranged in the interior of the cell housing in such a way that the forces are dissipated via the corners. A pressing of the electrode stack carried out outside the housing is fixed by the support elements 11 inside the housing.

Eine weitere alternative Ausführungsform ist in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Hier werden anstelle von Druckplatten beidseitig auf die Elektroden Druckschalen 12 aufgelegt, die beim Zusammenbau unter Kraftwirkung aufeinandergepreßt und fixiert werden. Die Fixierung erfolgt durch eine kraft- oder formschlüssige Verbindungstechnik. Vorteilhaft kann eine Punktschweißung eingesetzt werden, durch welche die Schalen miteinander verbunden werden.Another alternative embodiment is shown in FIGS. 7 and 8. Here, instead of pressure plates, pressure shells 12 are placed on both sides of the electrodes, which are pressed together and fixed during the assembly under the action of force. The fixation is done by a non-positive or positive connection technology. Spot welding can advantageously be used, by means of which the shells are connected to one another.

Schließlich ist in Fig. 9 die Verwendung von Separatortaschen um alle Elektroden dargestellt, und zwar unter beispielhafter Anwendung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7 und 8.Finally, FIG. 9 shows the use of separator pockets around all electrodes, using the exemplary embodiment according to FIGS. 7 and 8 as an example.

Die Separatortaschen, beispielsweise aus Vliesmaterial, umgeben alle Elektrodenplatten. Die Taschen um die außenliegenden negativen Elektroden sind aufgeschnitten und dienen dem Schutz der seitlichen Kanten der Elektroden. Die Separatortaschen sind mit dem Bezugszeichen 13 versehen.The separator pockets, for example made of nonwoven material, surround all the electrode plates. The pockets around the external negative electrodes are cut open and serve to protect the lateral edges of the electrodes. The separator pockets are provided with the reference number 13 .

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung und sind nicht beschränkend. The exemplary embodiments described serve for explanation and are not restrictive.  

BezugszeichenlisteReference list

11

positive Elektrode
positive electrode

22nd

negative Elektrode
negative electrode

33rd

Separator
separator

44th

Druckplatte
printing plate

55

Spannelement
Clamping element

66

Polplatte (plus)
Pole plate (plus)

77

Polplatte (minus)
Pole plate (minus)

88th

Polbolzen
Pin

99

Zellgehäuse
Cell housing

1010th

Spannband
Strap

1111

Stützelement
Support element

1212th

Druckschale
Pressure shell

1313

Separatortaschen
Separator pockets

Claims (22)

1. Elektrodenanordnung für NC-Akkumulatoren mit wenigstens teilweiser Verwendung von Faserstrukturelektroden, wobei positive und negative plattenförmige Elektroden hergestellt, unter Zwischenlegen von Separatormaterial wechselweise zur Bildung eines Elektrodenpakets in vorgegebener Anzahl gestapelt und die gleichgerichteten Elektroden jeweils untereinander mittels Polbrücken verbunden sind, wobei das Elek­ trodenpaket vollflächig unter Kompression des zwischen den Elektroden befindlichen Separatormaterials gepreßt und formstabil fixiert ist, wozu das Elektrodenpaket zwischen mechanische Klemmelemente eingebracht ist.1. Electrode arrangement for NC batteries with at least some Use of fiber structure electrodes, being positive and negative plate-shaped electrodes, with the interposition of Separator material alternately to form an electrode pack in predetermined number stacked and the rectified electrodes are connected to each other by means of pole bridges, the elec electrode package over the entire area with compression of the between the electrodes located separator material is pressed and fixed dimensionally, what for the electrode package is inserted between mechanical clamping elements is. 2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Separatormaterial verwendet ist, welches zumindest im eingebauten und gepreßten Zustand einen Gastransfer parallel zu den Oberflächen der plattenförmigen Elektroden liegenden Richtungen im wesentlichen hindert, quer zu den Oberflächen der plattenförmigen Elektroden jedoch im wesentlichen gestattet und Kavitäten zur zeitweisen Zwischenspeicherung von Gas aufweist.2. Electrode arrangement according to claim 1, characterized in that a Separator material is used, which at least in the built-in and pressed state a gas transfer parallel to the surfaces of the plate-shaped electrodes essentially prevents lying directions, transverse to the surfaces of the plate-shaped electrodes, however, in essentially allowed and cavities for temporary storage of gas. 3. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatormaterial ein dauerhaft elastisches Material ist.3. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the separator material is permanently elastic Material is. 4. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator im Elektrodenstapel oder in der Zelle auf 70% bis 90% seiner Ausgangsdicke komprimiert ist. 4. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the separator in the electrode stack or in the cell is compressed to 70% to 90% of its original thickness.   5. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator Faservlies ist.5. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the separator is nonwoven. 6. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator mehrlagig angeordnet ist.6. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the separator is arranged in multiple layers. 7. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator zu Taschen ausgebildet ist, in die die Elektrodenplatten eingesetzt sind.7. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the separator is formed into pockets in which the Electrode plates are used. 8. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten mit glatten, ebenen Oberflächen ausgebildet sind.8. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrode plates with smooth, flat Surfaces are formed. 9. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pressung und Fixierung innerhalb eines Akkumulatoren-Zellengehäuses durch eine Abstützung durch das Zellen­ gehäuse gebildet ist.9. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pressing and fixing within a Accumulator cell housing through a support by the cells housing is formed. 10. Elektrodenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung im Kantenbereich des Zellengehäuses ausgebildet ist.10. Electrode arrangement according to claim 9, characterized in that the Support is formed in the edge region of the cell housing. 11. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten in einen Klemmrahmen eingesetzt sind.11. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrode plates in a clamping frame are used. 12. Elektrodenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmrahmen käfigartig ausgebildet ist.12. Electrode arrangement according to claim 11, characterized in that the clamping frame is cage-like. 13. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmrahmen Spannklammern umfaßt. 13. Electrode arrangement according to one of claims 11 to 12, characterized characterized in that the clamping frame comprises clamps.   14. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmrahmen einstellbar ist.14. Electrode arrangement according to one of claims 11 to 13, characterized characterized in that the clamping frame is adjustable. 15. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmrahmenelemente durch Schweißen verbunden sind.15. Electrode arrangement according to one of claims 11 to 14, characterized characterized in that the clamping frame elements by welding are connected. 16. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmrahmenelemente durch Schrauben verbunden sind.16. Electrode arrangement according to one of claims 11 to 15, characterized characterized in that the clamping frame elements by screws are connected. 17. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmrahmenelemente formschlüssig verbunden sind.17. Electrode arrangement according to one of claims 11 to 16, characterized characterized in that the clamping frame elements are positively connected are. 18. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmrahmen aus Metall oder metallisiertem Kunststoff gebildet ist, wobei vorzugsweise als metallische Komponenten Eisenwerkstoffe, Nickel bzw. vernickelte Eisenwerkstoffe verwendet werden.18. Electrode arrangement according to one of claims 11 to 17, characterized characterized in that the clamping frame made of metal or metallized Plastic is formed, preferably as metallic components Ferrous materials, nickel or nickel-plated ferrous materials are used become. 19. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Platten des Elektrodenpaketes negative Elektrodenplatten sind.19. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the outer plates of the electrode package are negative Are electrode plates. 20. Elektrodenanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf den äußeren negativen Elektrodenplatten Klemmrahmenelemente ohne Separatormaterial aufgelegt sind. 20. Electrode arrangement according to claim 19, characterized in that on the outer negative electrode plates without clamping frame elements Separator material are placed.   21. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten der Elektrodenplatten durch Separatormaterial geschützt sind.21. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the side edges of the electrode plates by Separator material are protected. 22. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten Anschlußfahnen zum Anschluß an Polbrücken aufweisen, die elastisch sind.22. Electrode arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrode plates connecting lugs for connection have pole bridges that are elastic.
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