DE2305309A1

DE2305309A1 - Akkumulatorenplatte und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2305309A1
Application number: DE19732305309
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Dr Brinkmann; Willi Heissmann; Manfred Rasche
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1973-02-03
Filing date: 1973-02-03
Publication date: 1974-08-08
Also published as: US3944432A; FR2216682A1; JPS49105933A; IT1006145B; GB1437572A; BR7400722D0; FR2216682B3; ZA7410B

Description

Reg.-Nr.: HP 366 DT - 6233 Kelkheim, 24. Jan. 1973

V Ά R T A Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover, Stöckener Straße 351

Akkumulatorenplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Anmeldung betrifft eine Akkumulatorenplatte mit einem Bleigitter aus parallel verlaufenden Bleistäben, die in der Mitte von durch Stege eines Kunststoffgitters gebildeten, die aktive Masse aufnehmenden Hohlräumen arretiert sind.

Bekannt sind bei Blei-Batterien sogenannte Gitterplatten. Die Platte besteht hierbei aus einem Bleigitter, das die Aufgabe hat, einmal die für. die Energieumwandlung erforderliche aktive Masse zu halten und zum andern den elektrischen Strom aus der aktiven Masse heraus zu den elektrischen Anschlüssen zu leiten. Aufgrund der Volumenausdehnung der a.ktiven Masse bei der Umwandlung während der Ladung und Entladung von Pt»o„ in PbSO₄ bzw. von Pb in PbSO₄ ergibt sich im Laufe der Lebensdauer der Batterie ein Ablösen von Teilen der aktiven Masse von den Platten. Hierdurch ist besonders die positive Platte des Blei-Akkumulators in ihrer Lebensdauer begrenzt.

Bekannt -sind ferner sogenannte Panzerplatten. Hierbei wird die aktive Masse dadurch gehalten, daß in Röhrchen mit geringem Durchmesser und einer für die Säurediffusion durchlässigen Wandung zentrisch in der Röhrenenmitte -Bleiseelen

409832/0560 ' " ²·"

angeordnet sind und der Zwischenraum zwischen der Seele und dem umgebenden Röhrchen mit der aktiven Masse ausgefüllt wird. Die Bleiseele hat jetzt vernehmlich die Aufgabe, den · elektrischen Strom aus der aktiven Masse abzuleiten. Das umgebende Röhrchen übernimmt die Aufgabe, die aktive Kasse vor dem Abbröckeln zu bewahren. Bei dieser Plattenbauart lassen sich sehr hohe Ausnutzungsgrade der aktiven Masse erreichen, weil für die Phase der Herstellung kein fester mechanischer Verband innerhalb der aktiven Masse erforderlich ist, da sie ja durch die Armierung mittels des Röhrchens gehalten wird. Demzufolge kann die aktive Masse mit dem Ziel einer guten Masseausnutzung optimiert werden. Ferner liegt durch die Armierung der aktiven Masse mittels der umgebenden Wandungen der Röhrchen und des dadurch stark reduzierten Abbröckeins der aktiven Masse die Lebensdauer .solcher Röhrchenplatten nennenswert über der der Gitterplatten.

Die Röhrchen bestehen aus geschlitztem Hartgummi, aus einem Glaswollvlies mit umliegendem perforiertem Kunststoffmantel oder aus einem Gewebe, das aus Glas, Kunststoff oder einem Gemisch beider hergestellt worden ist.

'Ein Nachteil dieser Röhrchenbauart ist, daß die aktive Masse in die kleinen Zwischenräume zwischal Bleiseele und Röhrchenwand eingefüllt werden muss. Dies erfordert einen zeitaufwendigen Schüttelvorgang. Eine Massenfertigung solcher Röhrchenplatten ist daher nur mit großem Aufwand möglich.

Bei anderen Plattenbauarten hat man versucht, bei normalen Gitterplatten das Abbröckeln -der aktiven Masse dadurch zu reduzieren, daß vor dem Einbau der Platten in die Zellengefäße die aktive Masse des positiven Gitters eine Abdeckung durch ein Gewebe oder durch ein Vlies erhält. Durch diese

409832/0560

— 3 —

Maßnahme ist jedoch die hohe Lebensdauer der positiven Röhrchenplatten nicht erreicht worden.' Ein weiterer Nachteil ist, daß die in die Gitter einzubringende aktive Masse eine solch große mechanische Verbindung untereinander haben muß, daß sie während des Fertigungsvorganges nicht aus dem Gitter herausfällt. Hierdurch wird eine Konsistenz der aktiven Masse erforderlich (Pasten), die eine optimale Massenausnutzung verhindert.

Des weiteren ist vorgeschlagen worden, die Gitter von Platten für Akkumulatoren mit Bleileitern für die Stromabführung und mit einem Wabengerüst für die Halterung der aktiven Masse herzustellen. Das Wabengerüst besteht bei dieser Plattenbauart aus Kunststoff. Diese Plattenbauart hat den Nachteil, daß durch das Y/abengerüst ein großer Teil des Plattenvolumens für die Aufnahme von aktiver Masse verloren geht. Die erreichbare Energiedichte (Wh/cm ) einer solchen Platte ist daher gering.

Als weiterer Nachteil muß angesehen werden, daß die Waben— platte nur mit einer pastenförmigen aktiven Masse gefüllt werden kann, die aufgrund ihrer Konsistenz einen geringeren Ausnutzungsgrad bei der Energieumsetzung hat. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Halterung der aktiven Masse durch das Wabengerüst nicht so gut ist, daß dadurch mit der Wabenplatte die hohe Lebensdauer der Röhrchenplatte erreicht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Akkumulatorenplatte zu vermeiden und eine Platte zu entwerfen, die eine optimale Massenausnutzung ermöglicht und eine große Lebensdauer besitzt, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Platte zu entwicklen, das eine einfache Fertigung ermöglicht.

409832/0560

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Akkumulatorenplatte beidseitig mit elektrolytdurchlässigen Matten abgedeckt ist, die mit den Kunststoff-Querverbindungen und Kunststoffstreifen fest verbunden sind und daß diese Kunststoff-Querverbindungen und die Kunststoffstreifen lange schmale, die pulverförmige aktive Masse aufnehmende Kanäle bilden.

Gemäß der Erfindung besteht die Platte aus einem Gitter, das sich aus parallel verlaufenden Bleistäben zusammensetzt, wobei die Bleistäbe auf einer oder auf beiden Querseiten durch Bleileisten miteinander verbunden sind. Parallel zu den Bleistäben verlaufen in der Mitte zwischen jeweils zwei Bleistäben Streifen aus säurefestem Kunststoff, die eine möglichst geringe Dicke besitzen und eine Breite haben, die in etwa der späteren Dicke der fertigen Platte entspricht. Durch verschiedene Querverbindungen ebenfalls aus säurefestem Kunststoff sind die vorher erwähnten Kunststoffstreifen miteinander verbunden. Gleichzeitig umschließen diese Querverbindungen aus Kunststoff die jeweiligen Bleistäbe so, daß sie zentrisch in den aus den Kunststoffstreifen gebildeten Kanälen gehalten werden. Das Längenverhältnis der Querverbindungen vax den Streifen liegt im Bereich von 1:4 "bis 1:25» vorzugsweise von 1:5 bis 1:12 Die Kunststoffstreifen und Kunststoffquerverbindungen bestehen aus einem Material, das gieß- oder spritzbar ist und sich gut schweissen oder kleben läßt, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polystyrol oder Polypropylen.

Bei der Herstellung der Platten wird zunächst auf einer Seite des Gitters auf die Kunststoffstreifen und auf die Kunststoffquerverbindungen eine dünne Matte aus feinem Gewebe aus Glas-, Kunststoffäden oder aus einem Gemisch von

409832/0560

von beiden aufgeklebt oder aufgeschweißt. Als Matte läßt sich aber auch ein Gelege, d. h. eine Schicht von regelmäßig arretierten Fasern^die von wenigen Querfäden gehalten sind, oder ein Vlies aus Glas- oder Kunststoff wolle verwenden. Ebenso ist als Matte ein in der Akkumulatorentechnik bekannter Scheider denkbar.

Nach dem Aufkleben oder Aufschweissen der Matte auf die Kunststoffstreifen und Kunststoffquerverbindungen ist das Gitter nunmehr nach einer Seite hin verschlossen.

Durch einen einfachen Füllvorgang läßt sich jetzt die Platte von ihrer anderen offenen Seite mit aktiver Masse füllen. Die verwendbare aktive Masse kann auf eine optimale Massenausnutzung ausgelegt sein; sie benötigt nach dem Einfüllen während des weiteren Fertigungsvorganges keine feste mechanische Verbindung untereinander, da sie durch die Kunststoffstreifen der Gitter und die an sie angeschweißte oder angeklebte Matte in den dadurch gebildeten dreiseitig geschlossenen Kanälen gehalten wird. Als aktive Masse kann daher u. a. auch Mennige verwendet werden, die - wie bekannt einen hohen Masseausnutzungsgrad hat.

-Nachdem der Füllvorgang abgeschlossen ist, wird in der beschriebenen V7eise auf die noch offene andere Seite der Platte ebenfalls eine Matte aus dem beschriebenen Material an die Kunststoffstreifen und Kunststoffquerverbindungen angeschweißt bzw. angeklebt.. Hierdurch ergibt sich eine nach beiden Seiten mit einer für Säurediffusion durchlässigen Matte mechanisch verschlossene Platte, die einerseits das Abbröckeln der aktiven Masse bei Betrieb der Batterie verhindert, und damit eine lange Lebensdauer der Batterie sichert, die andererseits aber auch die Verwendung einer aktiven Masse mit hohem Ausnutzungsgrad erlaubt und darüber hinaus eine weitgehend mechanisierte oder auch automatisierte Fertigung ermöglicht.

409832/0 560

Nach dem Ankleben oder Anschweissen der 2. Abdeckmatte kann die Platte erforderlichenfalls unter kurzzeitigem Anwärmen der Kunststoffstreifen und Kunststoffquerverbindüngen auf eine gewünschte Plattendicke gepresst oder gewalzt werden·. Hierdurch läßt sich jede gewünschte Verdichtung und damit jedes gewünschte spezifische Gewicht bzw. jedes gewünschte Porenvolumen erreichen.

Einzelheiten der neuartigen Platte werden in den Fig. 1-8 beschrieben.

In Fig. 1 stellt 1 die Bleistäbe des Gitters für die Stromleitung dar. 2 ist eine Bleileiste, durch die die Stäbe mechanisch und elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Mit der Anschlußfahne 3 können die einzelnen Platten gleicher Polarität beim Einbau in Zellen an eine gemeinsame Polbrücke . angeschweißt und damit elektrisch parallelgeschaltet werden. Mit einer zweiten Leiste 4 können die Bleistäbe auch auf der anderen Stirnseite zusammengeschweißt werden. Diese zweite Leiste 4 ist vorzugsweise mit geringerem Querschnitt hergestellt, weil sie nur bei Unsymmetrie der Platten einen geringen Strom zu führen hat. Die Leiste 2 ist vorzugsweise mit zur Fahne 3 hin ansteigendem Leitorquerschnitt ausgestattet.

Figur 2 zeigt das Gitter mit Bleistäben 1 und den Leisten 2 und 4, an die in einer Spritzgussform die Kunststoffstreifen 5 und die Kunststoffquerverbindungen 6 angespritzt sind. Es ist zweckmäßig, die Bleileisten 2 und 4 mit einer dünnen Kunststoffschicht zu überspritzen. Hierdurch werden sie im späteren Zellenverband elektrisch gegenüber der Umgebung isoliert. Dadurch lassen sich die bekannte Korrosion und Kurzschlüsse zwischen Platten unterschiedlicher Polarität vermeiden. Auch ist es denkbar, die Leiste 4 nicht aus Blei bei dem Gießen des Gitters, sondern bei dem Umspritzvorgang aus Kunststoff herzustellen.

409832/0560

Bei gleicher oder sogar besserer mechanischer Festigkeit wird an Gewicht gespart.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Gitter mit den Kunststoffstreifen und den Kunststoffquerverbindungen senkrecht zu den Bleistäben für die Stromleitung. In dieser Fig. sind 5 die im Schnitt sichtbaren Kunststoffstreifen, 6 sind wieder die Kunststoffquerverbindungen. 1 ist der im Schnitt sichtbare Bleileiter, der durch den umgespritzten Kunststoffquerverbinder in der Mitte des durch zwei benachbarte Kunststoffstreifen 5 gebildeten Kanals gehalten wird.

Im Schnittbild der Fig. 4 ist gezeigt, wie die Matte 7» die aus einem Glasfaser- oder Kunststoffgewebe, aus einem Glaswoll- oder Kunstwollvlies oder aus einem üblichen porösen Zusammenkleben mit den Kunststoffstreifen 5 und den Kunststoff verbindungen 6 die Platte zu einer Seite hin abschließt.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Platte nach deren Befüllung mit aktiver Masse 9 und nach dem Anschweissen oder dem Ankleben der zweiten Matte 8.

In Fig. 6 ist gezeichnet, wie die Kunststoffstreifen 5 gestaucht sind, nachdem die Platte nach Befüllung mit aktiver Masse und nach Aufbringen der zweiten Matte 8 in einer Presse oder in einem Walzenpaar auf ein bestimmtes Dickemaß zusammengepresst wurde.

Wenn die für eine plastische Verformung von Kunststoffen erforderliche Wärme durch beide Matten an die Kunststoffstreifen 5 und die Kunststoffquerverbindungen 6 von aussen gleichmäßig herangebrächt wird, läßt sich eine Stauchung erreichen, bei der die Kunststoffstreifen 5 und die Kunststoff querverbindungen 6 an den Stellen 10, an denen sie mit

*) Scheiderroaterial bestehen kann, nach dem Zussrjcens oder

409832/0 5 60 - ⁸ -

den Matten 7 und 8 verbunden sind, breiter werden. Hierdurch wird die aktive Masse 9 innerhalb der Platte umlclammert '·' und zusätzlich arretiert. Während des Umspritzens der Bleistäbe 1 und der Bleileisten 2 und 4 mit den Kunststoff- ; querverbindungen 6 nach bekannten Verfahren erfolgen kann, empfiehlt es sich für das Anschweissen der Matten 7 und 8 .an die Kunststoffstreifen 5 und Kunststoffquerverbindungen

6 das sogenannte Spiegelschweissverfahren. Hierbei werden mittels Wärmeplatten oder Wärmewalze, die auf di e zu schweissenden Stellen der Kunststoffstreifen 5 und der Kunststoff querverbindungen 6 gebracht wird, diese Stellen erwärmt und in einen teigigem Zustand überführt. Die Matten

7 und 8 werden sofort danach aufgelegt und angedrückt. Die Fäden dieser Matten verschweissen oder verkleben mit dem teigigen Material der Kunststoffstreifen und Kunststoff querverbindungen; dadurch ergibt sich eine feste Verbindung.

Bei einer reinen Klebeverbindung wird auf die zu klebenden Stellen der Kunststoffstreifen und der Kunststoffquerverbindungen z. B. mittels Auftragswalze der Kleber aufgebracht und danach die Matten aufgelegt und aufgedrückt.

Das Verfahren der nachträglichen Stauchung hat den Vorteil, dass die Platten nicht bis zur Oberkante der Kunststoffstreifen mit der aktiven Masse gefüllt zu werden brauchen,

Fig. 7 zeigt eine solchermassen gefüllte Platte mit 9 als:, aktive Masse und 11 als Grenze der Befüllung. Hierdurch läßt sich erreichen-, daß die Schweiß- bzw. Klebeflächen 12 und 13 der Kunststoffstreifen 5 bzw. Kunststoffquerverbindungen 6 vor dem Schweissen bzw. Kleben leicht zu säubern sind. Ferner besteht nicht die Gefahr, daß die Wärmeplatten oder -walzen bzw. die Auftragswalzen die aktive Masse berühren. Bei der nachfolgenden Stauchung werden die Kunststoffstreifen 5 bzw. Kunststoffquerverbindungen 6 auf das Maß gestaucht, das zur Erreichung der gewünschten Dichte der aktiven Masse erforderlich ist.

409832/0560 - ·· -

"⁹~ q 2305303

Es ist möglich, anstelle eines vollen Kunststoffes einen porösen Kunststoff zu wählen und die Kunststoffstreifen 5 und Kunststoff querverbindungen 6 in einem Kunststof £- schaumspritzverfahrett herzustellen. Hierdurch wird bei einem offenporigen Schaum erreicht, dass das Porenvolumen des Schaumstoffes als Reservoir für Elektrolyt dient und über diesen Schaumstoff eine Elektrolytdiffusion möglich wird.

Das gleiche Ziel läßt sich erreichen» wenn anstelle der durchgehenden Kunststoffstreifen 5 abwechselnd ausgesparte Kunststoffstreifen 14 verwendet werden, wie im Schnittbild einer Platte in Fig. 8 dargestellt ist. Hier ist 1 der Bleileiter. Die geschnitten gezeichneten Kunststoffquerverbind— ungen sind 6, 7 vcn.d 8 stellen wieder die Matten dar.

Bei des Zusammenbau von Platten verschiedener Polarität zu Plattenpaaren kaiin auf einen zusätzlichen Scheider vor den Matten verzichtet werden, da diese Matten neben ihrer Arretieruiigsaufgäbe für die- aktive Masse auch die Funktion eines Scheiders übemekmen. Der Abstand zwischen Platten verschiedener Polarität wird durch in der Technik eingeführte Mittel gewährleistet.

Als Vorteil der erfindungsgemäßen Platte ist anzuführen» daß diese eine hohe Energiedichte speichern kann, daß das Ausschlammen der Masse mit Sicherheit unterbunden wird und daß sie eine vollautomatische Fertigung mit einer kurzen Fertigungszeit ermöglicht. Durch die erfindungsge— mäße Platte bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren entfällt auch der sehr aufwendige, bei herkömmlichen Röhrchen— elektroden erforderliche Schüttelvorgaag.

— Patentansprüche —

409832/0560

Claims

Reg.-Nr.: HP 366 PT . 6233 Kelkheim, 24. Jan. 1973 Patentansprüche

1. Akkumulatorenplatte mit einem Bleigitter ans parallel verlaufenden Bleistäben, die in der Mitte von durch Stege eines Kunststoffgitters gebildeten, die aktive Masse aufnehmenden Hohlräumen arretiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie beidseitig mit elektrolytdurchlässigen Matten (7, 8) abgedeckt ist, die mit den Kunststoff -Querverbindungen (6) und Kunststoffstreifen (5) fest verbunden sind und daß diese Kunststoff-Querverbindungen (6} und die Kunststoffstreifen (5) lange schmale, die pulverförraige aktive Masse aufnehmende Kanäle bilden.

. 2. AkkuBiulatorenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis der Kunst stoff-Querverbindungen (6) zu den Kunststoff—Streifen (5) im Bereich von 1:4 bis 1 : liegt.

3. Akkumulatorenplatte nach des. Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffstreifen (5) und -*querverbindungen (6) an den Berührungsflächen mit den Matten ver—

. dickt sind.

4. AkkuBiulatorenplatte nach den. Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matten aus Yliesraaterial bestehen.

ü>. Afckumulatorenplatte nach den Ansprüchen T bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matten aufgeschweißt sind.

6. Akkumulatorenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Querverbindungen (6) und die Kunststoffstreifen (5) aus einem offenporigen Schaumstoff bestehen.

409832/0B60

7. Akkumulatorenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Kunststoffstreifen (5) abwechselnd angeordnete Aussparungen besitzen.

8. Verfahren zur Herstellung einer Akkumulatorenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelverlaufenden Bleistäbe mit Kunststoffstreifen (5) und -Querverbindungen (6) umspritzt werden, daß eine Seite der Platte mit einer elektrolytdurchlässigen Matte (7) verschlossen wird, daß anschließend von der offenen Seite der Platte die aktive Masse bis kurz unterhalb der Oberkante der Kunststoffstreifen (6,)' eingefüllt wird, daß diese Seite der Platte mit einer Matte (8) fest verschlossen und daß anschließend die Platte auf ein vorgegebenes Dickenmaß zusammengepreßt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschließen der Platte die mit den Platten zu verbindenden Berührungsflächen der Kunststoffstreifen (5) und -Querverbindungen (6) erwärmt und in den teigigen Zustand gebracht werden und daß die Matten (7,8) anschließend aufgelegt und angedrückt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit den Matten zu verbindenden Berührungsflächen der Kunststoffstreifen (5) und -Querverbindungen (6) ein Kleber mit Hilfe von Walzen aufgetragen und die Matten (7,8) anschließend aufgelegt und angedrückt werden.

409832/0560