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Formationaverfahren für positive
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und negative Elektroden aus Bandmaterial für elektrische Akkumustoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung positiver und negativer Elektroden
aus Bandmaterial für elektrische Akkumulatoren, die vor dem Einbau einer Formation
unterzogen werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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In der Akkumulatorenpraxis versteht man unter Formation eine Konditionierungsbehandlung
frisch hergestellter Elektroden durch zyklisches Laden und Entladen in einem Elektrolytüberschuß
mit dem Ziel, vom Herstellungsprozeß herrührende Verunreinigungen zu beseitigen
und die elektrochemisch wirksame Masse zu aktivieren.
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In alkalischen Akkumulatoren sind heute aus Sinterbändern gefertigte
Elektroden weit verbreitet. Die weiter unten beschriebenen Methoden ihrer Formation
stehen nur beispielheft für die derzeit übliche Verfahrenstechnik, denn die Erfindung
erstreckt sich ebenso suf Elektrodenbänder saurer Akkumulatoren.
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Nach einer dieser Methoden (vgl. S. Uno Falk, Alvin J. Selkind: Alkaline
Storage Batteries, 5. 138 ff, John tdiley & Sons, Inc., 1. Aufl. 1969) werden
zur Formation die positiven und negativen Sinterbänder in Stücke geschnitten und
mit Kontoktfshnen versehen. Die positiven und negativen Sandstücke werden abwechselnd
mit Separatoren als Zwischenlage in einem Tank mit Kalilauge eingebaut und einer
Zyklenbehandlung unterworfen. Nachteilig ist hier die Stückeluno
des
Bandes, die bei dem nachfolgenden Stanzen der Elektroden aus den Bandstücken zu
viel Abfall (ReststückeS führt. AuBerdem ist das Kontaktieren jedes Elektrodenstückes
sehr aufwendig.
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Bei einem anderen üblichen Verfahren wird ein Formationscoil aus einem
positiven und einem negativen Sinterband mit dazwischenliegenden Separetorenbändern
gewickelt. Zur Kontaktierung müssen aus Potentialgründen viele Drähte angepunktet
oder mit Stromklammern befestigt werden Nach einem abgeänderten Verfahren'wird der
Formationscoil versetzt gewickelt und die herausstehenden Ränder beidseitig über
Metellbürsten kontaktiert.
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Alle bekannten Formationsverfahren sind nicht nur mit technischem,
sondern auch mit zeitlichem Aufwand behaftet, weil Ladung und Entladung zeitlich
nacheinander ausgeführt werden.
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Die Arbeitsweise ist diskontinuierlich und gestattet daher keinen
kontinuierlichen Herstellungsprozeß der Bänder in einer sogenannten #roduktionsstraße.
Bedingt durch die gleichzeitig zu formierende Menge kann hier nur mit niedrigen
Stromdichten formiert werden. Jedoch sind zur Erzielung von hohen Flächenkapazitäten
und guten Hochstromeigenschaften von Ni-oder Cd-Sinterelektroden bei der Formation
hohe Stromdichten, z.B. 2 CA, erforderlich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Konditionierung von Elektrodenbändern anzugeben, welches den Erfordernissen einer
rationellen, modernen Akkumulatorenfertigung angepaßt ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß
durch die mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gekennzeichnete Serfahrenweise gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird mittels einer Anordnung ermöglicht,
bei der die Formationebehälter selbst, von denen
einer an den positiven,
der andere an den negativen Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen ist, als Gegenelektroden
für die aufzunehmenden Bandabschnitte fungieren können. Die Wannen sind daher aus
elektrischleitendem Material gefertigt oder besitzen zumindest eine elektrischleitende
Auskleidung.
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Da das von dem Sekundärstrom durchflossene Elektrodenband über keinen
großen Leitungsquerschnitt verfügt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die benachbarten
Bandabschnitte bei Ladung und Entladung durch eine zusätzliche Kurzschlußleitung
miteinander zu verbinden.
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Diese Maßnahme wirkt sich besonders günstig aus und ermöglicht die
Anwendung hoher Formierstromstärken, wenn der Transport des Elektrodenbandes taktweise
geschieht und die stromleitende Verbindung zwischen den Elektrodenbandabschnitten
und der Kurzschlußleitung durch eine Kontaktierung hergestellt wird, die während
des taktweisen Weitertransports unterbrochen werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Figuren näher erläutert.
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Figur 1 zeigt das Verfahrensprinzip gemäß der Erfindung.
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Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Formationavorrichtung in einer
vorzuosweisen Ausführung.
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Nach Figur 1 wird das mit aktiver Masse versehene Elektrodenband 1
durch die mit Elektrolyt gefüllte Wanne 2 aus einem elektrischleitenden Werkstoff,
z.B. Nickelblech, geführt.
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Ein Kunststoffblock 3 als Isolator teilt die Wanne 2 in eine negativ
gepolte Hälfte A und eine positiv gepolte Hälfte B. Er hat zum Durchlaufen des Bandes
einen schmalen Schlitz 4. Bei einem positiv imprägnierten Elektrodenband
wird
das auf der Seite A befindliche Bandstück geladen und das auf der Seite B befindliche
gleichzeitig entladen. Bei negativ imprägnierten Bändern ist es umgekehrt, d.h.
auf der Seite a wird geladen und auf der Seite A entladen; deshalb wird dann entweder
die Bandtransportrichtung umgedreht oder die Polarität der Stromanschlüsse 5, 6
an der Wanne vertauscht. Wegen der vertikalen Stellung des Elektrodenbandes ist
zu seiner Durchführung das Anbringen von Dichtzonen 7, 8 an den Stirnseiten der
Doppelwanne notwendig. BEi der Forkation eines positiven Bandes fließt der Strom
Im Band von der Seite B zur Seite Ao Da bei größeren Strömen die Leitfähigkeit des
Bandes vielfach nicht ausreicht, wird eine parallele Kurzschlußleitung 9 angeschlossen,
die das Band auf beiden Seiten mehrfach kontaktiert. Die Kontaktierung geschieht
beim kontinuierlichen Durchlauf über stromführende Rollen, beim schrittweisen Durchziehen
über pneumatisch oder hydraulisch betriebene Stromkontakte, die zum Weitertransport
geöffnet werden. Öffnen und Schließen geschieht stromlos, d.h.
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hierzu wird die Stromversorgung der Wanne unterbrochen. Infolge des
kontinuierlichen bzw. schrittweisen Bandtransports wird nacheinander das gesamte
Send geladen und wieder entladen, d.h. formiert; es resultiert ein kontinuierlicher
bzw. quesikontinuierlicher Prozeß. Die Stromdichte wird durch die Stromstärke und
die Große des in der Wanne befindlichen Sandstückes bestimmt. SeIde lassen sich
in weiten Grenzen einstellen.
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Zur Erklärung der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ablaufenden
Vorgänge wird Im folgenden die Formation eines positiv imprägnierten Bandes und
eines negativ imprägnierten Cd-Bandes, wie sie zur Herstellung von Ni/Cd-Akkumulatoren
benötiot werden, beschrieben. Als Elektrolyt wird in der Doppelwanne Kali lauge
verwendet.
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Bei Stromfluß finden im Fall des Ni-Randes folgende elektro-
chemische
Reaktionen statt: im Innern der negativ gepolten Wannenseite A:
am Elektrodenband Seite A (Ladereaktion):
bzw. die parasitäre Nebenreaktion:
am Elektrodenband Seite 8 (Entladereaktion):
bzw. bei Tiefentladung als parasitäre Nebenreaktion:
im Innern der positiv gepolten Wannenseite 8:
Der negative Stromfluß läuft wie folgt: Erzeugung von OH - Ionen an der negativ
gepolten Wannenseite A, über den Ladeprozeß des Elektrcdenbandes auf der Seite A
Verbrauch der OH - Ionen und Erzeugung von Elektronen, die über das Band und über
die parallelliegende Kurzschlußleitung 9 zur Seite 8 fließen. Dort werden dIe Elektronen
über den Entladeprozeß verbraucht und OH - Ionen erzeugt, die an der positiv gepolten
Wannseite B zu Wasser oxidiert werden. Dieser Stromtransport wird durch den Stromanschluß
an die beiden Wennenhälften A und B aufrechterhalten.
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Bei der Formation des Cd-Bandes finden folgende elektrochemische Reaktionen
statt: Im Innern der positiv gepolten Wannenseite B:
am Elektrodenband Seite B (Ladereaktion):
bzw. die parasitäre Nebenreaktion:
am Elektrodenband Seite A (Entladereaktion):
bzw. bei Tinfentladung als Nebenreaktion:
in der negativ gepolten Ni-Wanne Seite A:
Der Stromtransport erfolgt hier analog dem Stromfluß, wie er weiter oben zur Formation
des Bandes erläutert wurde, Die Formation von Elektrodenbändern für saure Akkumulatoren
geschieht erfindungsgemäß nach dem gleichen Prinzip, nur muß anstelle des Werkstoffs
Nickel für die Doppelwanne ein anderes für den betreffenden Elektrolyten beständiges
Metall verwendet werden Bei der in Figur 2 wiedergegebenen vorzugsweisen Ausführung
einer Formetionevorrichtung gemäß der Erfindung werden Dichtzonen (7, 8 in Fig.
1) an den Stirnseiten der Doppelwanne 2 vermieden, indem die gesamte Bandführung
über die Rollen 10, 11 und den Schlitz 4 im Kunststoffblock 3 schräg gegen die Horizontale
gestellt ist. Dichtzonen bereiten nämlich in der Praxis Schwierigkeiten, und eine
horizontale Bandführung ist ungünstig, da in diesem Fall die Lade gase nicht herauskommen
können. Die Schrägstellung des Bandes zur Horizontalen sollte 30 bis 700, vorzugsweise
45 bis 600 betragen. Dann ist es mög
lich, das Sand durch Abbiegen
aus der Ebene schräg in die Wanne hinein- und herauszuführen. Hierzu muß die Doppelwanne
am Anfang und am Ende verbreitert werden. Das Band 1 kann dann von einer schräg
und erhöht stehenden Haspel 12 abgerollt und am Ende wieder nach schräg oben herausgebracht
werden. Anschließend läßt sich das durchlaufende Band einer kontinuierlichen oder
quasikontinuierlichen Weiterverarbeitung durch z.B. Waschen oder Trocknen unterziehen.
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Als Kontaktelemente- zwischen dem Elektrodenband 1 und der Kurzschlußleitung
9 sind bei der hier dargestellten Formationsvorrichtung Stromzangen 13 vorgesehen,
die über Pneumatikzylinder 14 mittels Druckluft betätigt werden. Dies geso'zieht
hier im Gleichtakt mit den Stillstands- und Bewegungsphasen eines schrittweisen
Bandtransports, wobei in der Stillstandsphase die Klammern den imprägnierungsfreien
Rand des Elektrodenbandes fest umschließen und unmittelbar vor dem nächsten Vorschub,
bei dem die Stromzuführung zur Wanne ggfls.
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auch unterbrochen ist, öffnen. Eine die Pneumatikzylinder versorgende
Druckluftleitung ist mit 15 bezeichnet.
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Die Formationsstromstärke sollte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
0,2 bis 10 CA betragen. Elektrodenbänder für Ni/Cd-Sinterzellen, die erfindungsgemäß
unter diesen Bedingungen formiert worden sind, wiesen hohe Flächenkapazitäten und
gute Hochstromeigenscheften auf. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, mehrere
Doppelwannen parallel aneinanderzuschweißen. Es können dann gleichzeitig mehrere
Elektrodenbänder entsprechend der Anzahl der Doppelwannen formiert werden.