DE3106203A1

DE3106203A1 - Mehrzelliger elektrischer akkumulator und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3106203A1
Application number: DE19813106203
Authority: DE
Inventors: Barry Philip Kelley; Kenneth Lancashire Peters
Original assignee: Chloride Group Ltd
Current assignee: Chloride Group Ltd
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1981-02-19
Publication date: 1981-12-17
Also published as: GB2070844A; ES8206099A1; AU6745781A; AU536606B2; GB2070844B; ES499644A0

Description

CHLORIDE GROUP LIMITED 18. Februar 1981

52 Grosvenor Gardens AL/II/ho

London SW1W OAU K 2011 England

Beschreibung

Mehrzelliger elektrischer Akkumulator und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Akkumulatoren und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf Bleiakkumulatoren .

Die Erfindung betrifft Akkumulatoren vom sog. "verschlossenen" Typ oder mit einem "Rekombxnationsmittel". Dabei handelt es sich um Akkumulatoren, bei denen die Menge des vorhandenen Elektrolyten derart begrenzt ist, daß kein freier nicht absorbierter Elektrolyt in den Zellen vorhanden ist, und bei denen die während des Betriebs oder des Ladens sich entwickelnden Gase "eranlaßt sind, sich innerhalb des Akkumulators zu rekombinieren.

Es hat sich gezeigt, daß im Gegensatz zur hei ]iömmlichen Lehre Rekombinations-Akkumulatoren bzw. -Batterien, die nahezu keinen freien nicht absorbierten Elektrolyten in den Zellen enthalten, nicht notwendigerweise voneinander abgedichtet sein müssen, um den frühzeitigen Akkumulatorausfall aufgrund eines ionischen Zwischenzellenlecks zu ver-"" meiden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Akkumulator zu schaffen, der einfach und

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wirtschaftlich hergestellt und wirtschaftlich aus Materialien aufgebaut werden kann und der gute Entladungskennlinien bei starken Entladungswerten aufweist.

** Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüche erfaßte Erfindung.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein mehrzelliger elektrischer Akkumulator einen in Fächer unterteilten Behälter, der durch einen Deckel bzw. eine Kappe abgedeckt ist und der zwei oder mehr Zellen aufweist, die jeweils abwechselnde positive und negative Elektroden enthalten, die mit einem Separatormaterial aus einem kompressiblen faserförmigen absorbierenden Material und weitgehend ohne freien nicht absorbierten Elektrolyten aufeinanderfolgend vorgesehen sind. Dabei ist die jeweils andere Elektrode in den beiden Endzellen eine unipolare Platte, und die übrigen Elektroden bilden die eine Hälfte einer bipolaren Platte, die mit ihrer anderen Hälfte in einer benachbar-

ten Zelle mittels eines Überbrückungsteils verbunden ist.

Die Überbrückungsteile stellen Zwischenzellen-Verbinder dar, die um zumindest eine Seite der Zwischenzellen-Trennwände herumlaufen.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zum Herstellen bzw. Zusammenbauen eines derartigen Akkumulators, umfassend die Bereitstellung eines Akkumulatorbehälters mit einem oder mehreren Zwischenzellen-Trennwänden, die den „- betreffenden Behälter in Fächer unterteilen. In den betreffenden Behälter wird eine Schicht aus Elektroden und einem kompressiblen faserförmigen absorbierenden Separatormaterial eingesetzt. Dabei wird eine Elektrode in jedes Fach eingesetzt. Sodann werden weitere derartige Schichte ten solange eingesetzt, bis der Behälter weitgehend gefüllt ist. Dabei ist die jeweils andere Elektrode in den Endfächern eine unipolare Platte, während die übrigen Elektroden die eine Hälfte von biplaren Platten bilden,

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welche mit der anderen Hälfte in einem benachbarten Fach mittels eines Überbrückungsteiles verbunden sind, welches um eine Kante einer Zwischenzellen-Trennwand verläuft. Die Zwischenzellen-Verbinder in dem fertigen Akkumulator sind durch die Überbrückungsteile gebildet. Ferner wird eine Menge eines Elektrolyten in jedes Fach eingefüllt, in welchem die betreffende Elektrolytmenge von den Elektroden und dem Separatormaterial weitgehend absorbiert wird. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise im Anschluß an das Einsetzen der Elektroden und des Separatormaterials einen Verfahrensschritt, gemäß dem eine Abdeckplatte mit den Zwischenzellen-Trennwänden entsprechenden Schlitzen eingesetzt wird. Die betreffende Abdeckplatte wird in eine Position bewegt, in der die Elektroden und das Separatormaterial unter Druck stehen. In dieser Stellung wird die .betreffende Abdeckplatte gesichert.

Wie oben erwähnt, enthalten die Zellen im wesentlichen keinen freien nicht absorbierten Elektrolyten. Im am mei-

sten bevorzugten Zustand der Zellen reicht die Elektrolytmenge nicht aus, um die Poren in den Elektroden und in den Separatoren zu sättigen. Das Elektrolyt-Absorptionsverhältnis des Separatormaterials ist vorzugsweise grosser als hundert Prozent.

Das Elektrolyt-Absorptionsverhältnis ist das Verhältnis - wie ein prozentuales Verhältnis - des Voli_ lens des von dem benetzten Teil des Separatormaterials absorbierten Elektrolyten zu dem Trockenvolumen des betreffenden benetzten Teiles des Separatormaterials für den Fall, daß ein Streifen des trockenen Separatormaterials vertikal oberhalb einer Masse eines eine Dichte von 1,27 besitzenden wässrigen Schwefelsäure-Elektrolyten, der 0,01 Gewichtsprozent Natrium-Laurylsulfanat enthält, derart aufgehängt ist, daß 1 cm des unteren Endes des betreffenden Streifens in den Elektrolyten eingetaucht ist, und zwar nachdem ein Dauerzustand durch Dochtwirkung bei 20° C und einer relativen Feuchtigkeit von weniger als 50 Pro-

zent erreicht ist.

Die Dickenmessung zumindest bezüglich der Messung des Elektrolyt-Absorptionsverhältnisses wird mit Hilfe eines Mikrometers bei einer Belastung von 10 Kilopascal (1,45 psi) und einer Fläche von 200 mm² ausgeführt (in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach der britischen Normenvorschrift Nr.3983). Damit wird das Trockenvolumen des Untersuchungsobjekts dadurch ermittelt, daß die Breite und die Länge der betreffenden Probe mit deren Dicke multipliziert werden, die in der beschriebenen Weise ermittelt ist.

Vorzugsweise sollte das Separatormaterial eine Dochthöhe von zumindest 5 cm oberhalb der Probe aufweisen, damit nämlich der Elektrolyt auf eine Höhe von zumindest 5 cm oberhalb der Oberfläche des Elektrolyten angestiegen ist, in die der Streifen aus dem Separatormaterial

eingetaucht ist, wenn der Dauerzustand erreicht ist. 20

Es hat sich gezeigt, daß diese beiden Forderungen durch faserförmige löschpapierartige Materialien mit Fasern erfüllt werden, deren Durchmesser im Bereich von 0,01 Mikrometer oder darunter bis zu 10 Mikrometer liegen. Der mittlere Wert der Durchmesser der betreffenden Fasern ist dabei kleiner als 10 Mikrometer, und vorzugsweise ist er kleiner als 5 Mikrometer . Das Verhältnis von Gewicht zu Faserdichte, nämlich das Verhältnis des Gewichts des ^_n faserförmigen Materials in Gramm/Quadratmeter bezogen auf die Dichte in Gramm/Kubikzentimeter des betreffenden Materials, aus welchem die einzelnen Fasern bestehen, liegt zumindest bei 20 und vorzugsweise bei 30 und insbesondere bei 50.

Diese Kombination von Eigenschaften führt zu einem Stoff bzw. Material, das einen starken Widerstand gegenüber einem "Durchwachsen" zeigt, neunlich gegenüber dem Wachsen

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von Bleidendriten von der Pluselektrode des Bleiakkumulator s zu der Minuselektrode unter Erzeugung von Kurzschlüssen, während zugleich sogar in dem Fall, daß große Mengen an absorbierendem Elektrolyten vorhanden sind, dennoch ein erhebliches Ausmaß an Gasübertragungsfähigkeit vorhanden ist.

Bleiakkumulatoren mit einem Rekombinationsmittel können beim Laden unter Uberatmosphärendruck arbeiten, beispielsweise bei einem Druck von 1,1 Bar aufwärts. Aufgrund der begrenzten Elektrolytmenge, aufgrund des hohen Elektrolytabsorptionsverhältnisses des Separators sowie aufgrund der Tatsache, daß die Kapazität der negativ aktiven Masse im allgemeinen zumindest so groß ist wie die der positiv aktiven Masse, sowie aufgrund des höheren elektrochemischen Wirkungsgrades der negativen Elektrode arbeitet die Zelle unter dem sog. "Sauerstoffzyklus", bei dem Sauerstoff während des Ladens oder Überladens an der positiven Elektrode annahmegemäß durch die Gasphase in dem Separator zu der Oberfläche der negativen Elektrode transportiert wird, die mit Schwefelsäure befeuchtet ist. Dort erfolgt eine Rekombination mit dem Blei unter Bildung von Bleioxid, welches durch die Schwefelsäure in Bleisulfat umgewandelt wird. Ein Verlust an Wasser ist somit infolge

eines übermäßigen Gasdrucks innerhalb der Zelle vermieden. Wenn im Ladezustand Sauerstoff mit einer höheren Geschwindigkeit erzeugt wird als mit der Geschwindig^veit, mit der der Sauerstoff zu der negativen Elektrode hin transportiert werden kann und dort reagiert, dann wird der überschüssige

Sauerstoff von der Zelle durch Entlüftung herausgeführt.

Die Menge des hinzugesetzten Elektrolyten ist nicht sehr kritisch, da beobachtet worden ist, daß dann, wenn ein geringer Elektrolytüberschuß hinzugegeben wird, der den

Elektrolytanteil übersteigt, welcher zur Sättigung der Porosität der Zellenkomponenten erforderlich ist, der Rekombinationsmechanismus unterbunden ist und der Elektrolyt durch Elektrolyse solange verloren geht, bis das

Elektrolytvolumen den für die fragliche Zelle richtigen Wert erreicht hat, d.h. bis die Zellenporosität das richtige Maß an Nicht-Sättigung erreicht hat, wenn der Rekombinationsmechanismus wieder in Gang kommt und eine Dauerzustands-Rekombination auftritt.

Die Gasentlüftungseinrichtuggen sind vorzugsweise in Form eines Rückschlagventils vorgesehen, so daß Luft keinen Zugang zum Innenraum des Akkumulators bzw. der Batterie erhalten kann, obwohl in dem betreffenden Innenraum erzeugtes Gas zur 'Atmosphäre hin entweichen kann.

Bei Akkumulatoren mit einem hinsichtlich des Rekombinationsmittels verminderten Elektrolyten wird es als wichtig erachtet, daß die Platten und die Separatoren in innigem Kontakt gehalten werden, so daß die gesamte Oberfläche der Platten für ihre elektrochemischen Bedürfnisse einen ausreichenden Elektrolyten zur Verfügung hat. Unter Herstellungsbedingungen neigt die Dicke der Platten jedoch dazu, ein wenig zu variieren. Wenn die Platten lediglich in ein Fach eingesetzt wären, könnte der innige Kontakt fehlen, oder aber die betreffenden Platten könnten zu dicht angeordnet sein, und zwar aufgrund der Variationen in der Plattendicke. Ein Weg zur Überwindung dieses Problems besteht darin, die Elemente der jeweiligen Zelle außerhalb des Behälters zusammenzusetzen und diese dann mit Hilfe von Kunststoffbändern zusammen zu verbinden, so daß eine bestimmte Druckkraft ausgeübt wird. Dies ist jedoch bei der Herstellung unzweckmäßig

^Q und hinsichtlich des Zeitaufwandes unwirtschaftlich. Die Verwendung von Platten, welche längs der Innenzellen-Trennwände gleiten können, und das anschließende Zusammendrücken dieser Platten und Festhalten in der betreffenden Stellung mittels der Abdeckplatte überwindet jedoch

in starkem Maße diese Probleme in einer wirtschaftlichen und einfachen Art und Weise.

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' Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an zwei besonderen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Perspektivansicht eines Akkumulator- bzw. Batteriebehälters mit einer Elektrodenschicht.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht einer Verschlußplatte in verkleinertem Maßstab.

•0 Figuren 3a und 3b zeigen Ansichten einer unipolaren Elektrode bzw. einer bipolaren Elektrode.

Figur 3c zeigt, wie das Separatormaterial angeordnet

wird, um die beiden Hälften einer bipolaren Platte '^ zu überdecken.

Figur 3d zeigt in einer Perspektivansicht eine Modifikation, bei der eine Hälfte der bipolaren Platten mit

einem Separatormaterial überzogen ist. 20

Figuren 4, 5, 6a und 6b zeigen in ähnlichen Ansichten wie Figuren 1, 2, 3a und 3b eine modifizierte Ausführungsform.

Figur 7 zeigt eine Elektronenabtastungs-Mikrophotographie eines bevorzugten Separatoimaterials in 100Ofacher Vergrößerung.

Figur 8 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Figar 7 bei 30

400Ofacher Vergrößerung.

Figur 1 zeigt einen Akkumulator- bzw. Batteriebehälter aus Polypropylen mit einem Boden 2_f zwei Stirn- bzw.

Endwänden 4 und 6 und einer Seitenwand 8. Die Deckwand 35

und die andere Seitenwand des Behälters sind weggelassen. Der Behälter ist in sechs gleichgroße Fächer durch fünf Zwischenzellen-Trennwände 10 unterteilt, die mit dem Boden 2 und der Seitenwand 8 zusammenhängen. Die Stirn-

wände sowie die Zwischenzellen-Trennwände verlaufen jeweils bis zu einer Stelle, die etwa 5 mm vor der Vorderseite der Seitenwand 8 liegt. Um die Batterie bzw. den Akkumulator zusammenzubauen, wird der Behälter, wie dies in Figur 1 veranschaulicht ist, so gelegt, daß seine Seitenwand nach unten zeigt. Eine unipolare Platte 12, wie sie in Figur 3a veranschaulicht ist, wird in jedes der Endfächer eingelegt. Zwei bipolare Platten 14, die jeweils aus zwei Hälften bestehen, welche an einem Ende mittels eines überbrückungsteiles 16 verbunden sind und die als generell' TTförmig oder als abgeflachtes umgedrehtes U aufgefaßt werden können, wie dies in Figur 3b veranschaulicht ist, werden in den übrigen vier Fächern derart eingesetzt, daß jedes der betreffenden vier Fächer

¹^ eine Hälfte einer Platte enthält. Das überbrückungsteil 16 (am oberen Ende der Platte gemäß Figur 3b) erstreckt sich über die Oberseite der Zwischenzellentrennwände 10. Die Überbrückungsteile weisen eine Breite von etwa 3 mm auf; sie sind so angeordnet, daß sie sich nicht über die

*^w Oberseite der Seitenwand 8 erstrecken. Ein oberer Streifen und das überbrückungsteil der jeweiligen Platte bestehen aus massivem Metall, was bedeutet, daß diese Teile nicht ausgedehnt sind. Ein rechteckförmiger Streifen 17 aus einem Separatormaterial, auf das weiter unten

noch näher eingegangen werden wird, wird sodann in das jeweilige Fach eingesetzt, so daß es die darunterliegende Platte vollständig abdeckt und über deren Kanten im oberen Bereich sowie im unteren Bereich und an den Seiten übersteht (siehe Figur 3c). Sodann wird eine wei-

tere Plattenschicht in den Behälter eingesetzt, umfassend drei bipolare Platten 14. Es sei darauf hingewiesen, daß die Überbrückungsteile 16 dieser drei bipolaren Platten von jenen der darunterliegenden Platten versetzt sein

werden. Weitere Streifen aus einem Separatormaterial 35

werden sodann eingesetzt, woraufhin eine dritten Plattenschicht ähnlich der ersten Plattenschicht folgt. Der Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Behälter voll ist.

Bei Akkumulatoren bzw. Batterien mit einem hinsichtlich des Rekombinationsmittels verminderten Elektrolyten wird es als wichtig erachtet, daß die Platten und die Separatoren in innigem Kontakt miteinander gehalten werden, so daß die gesamte Oberfläche der Platten für ihre elektrochemischen Bedürfnisse einen ausreichenden Elektrolyten zur Verfügung hat. Aus diesem Grunde wird sodann eine Abdeckplatte 20, wie sie in Figur 2 veranschaulicht ist und die den Trennwänden 10 entsprechende Schlitze 22 aufweist, auf die Oberseite des Stapels aus den Platten und Separatoren aufgesetzt und sodann nach unten gedrückt, um die Platten und Separatoren unter Druck zu setzen. Die Abdeckplatte wird sodann in der betreffenden Stellung an der Bodenwand, den Seitenwänden und den Trennwänden des Behälters befestigt, und zwar durch Anschweißen oder Ankleben. Sodann wird eine Seitenwand mit einer der Größe der Wand 8 gleichen Größe an der Batterie bzw. dem Akkumulator befestigt, und zwar ebenfalls durch Anschweißen oder Ankleben, um der betreffenden Batterie bzw. dem Akkumulator ein ordentliches Fertigaussehen zu geben.

Jede der unipolaren Platten 12 in den beiden Endfächern ist mit einem seitlich abstehenden Anschlußansatz 24 versehen. Der Akkumulator bzw. die Batterie weist somit eine Reihe derartiger Ansätze auf, die seitlich vom jeweiligen Ende der Batterie bzw. des Akkumulators bis zu einer Ebene hin verlaufen, die etwas unterhalb der Oberseite der Seitenwände liegt. Sodann wird eine Linie eines Abdichtungsmaterials, wie aus einem Epoxidharz, aus ein^m durch Wärme

schmelzbaren Klebstoff oder dergleichen längs jeder der Reihen von Ansätzen bis zu der Ebene der Seitenwände aufgebracht, und sodann wird der Behälter mittels eines Dek— kels durch Anschweißen oder Ankleben abgedichtet. Die Ansätze der jeweiligen Reihe werden dann verbunden, bei-

spielsweise durch Anlöten oder Vergießen von geschmolzenem Blei in eine Form um die Ansätze herum, um Anschluß-Verbinder zu bilden. Der Elektrolyt kann den Zellen hinzugesetzt werden, bevor der Deckel auf den Behälter auf-

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gesetzt wird oder danach/ beispielsweise durch Injektion durch in dem betreffenden Deckel enthaltene Löcher. Die Menge des hinzugesetzten Elektrolyten liegt in typischer Weise im Bereich von 7 bis 12 ml Schwefelsäure mit einer Dichte von 1,27 pro Zelle im entladenen Zellenzustand pro Amperestunde der Zellenkapazität.

Es dürfte einzusehen sein, daß die Uberbrückungsteile 16 die Zwischenzellen-Verbinder bilden und daß es daher nicht notwendig ist, Zwischenzellen-Verbinder in einem gesonderten Schritt zu bilden. Dies erspart einen großen Anteil des Bleis, der üblicherweise in den relativ massiven Plattenbändern und Zwischenzellen-Verbindern verwendet wird. Überdies führt die betreffende Maßnahme zu einer

Verkürzung der Stromwege innerhalb der Batterie bzw. des Akkumulators und damit zu einer Herabsetzung des Innenwiderstandes der betreffenden Batterie bzw. des Akkumulators und zu einer Anhebung der Entladungskennlinien für eine Entladung bei hohen Entladungsraten. Die Uberbrückungsteile sind gegenüber den Zwischenzellen-Trennwänden oder der Batterie bzw. dem Akkumulator nicht abgedichtet. Die Akkumulator- bzw. Batterie-Leistungsfähigkeit ist jedoch nicht wesentlich beeinträchtigt, da das Zwischenzellen-Ionenleck kein ernsthaftes Problem bei Akkumulatoren bzw. Batterien mit einem hinsichtlich des Rekombinationsmittels verminderten Elektrolyten darstellt. Es kann jedoch wünschenswert sein, Einrichtungen bereitzustellen, die das Auftreten von Zwischenzellen-Ionenleckströmen längs der OQ Uberbrückungsteile verhindern.

In Figuren 4, 5, 6a und 6b ist eine modifizierte Ausführungsform gezeigt, bei der dieselben Bezugszeichen verwendet sind, wie sie zur Bezeichnung entsprechender EIeoc mente zuvor benutzt worden sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform hängen die Trennwände 10 mit nur einer Wand des Behälters zusammen, und zwar in diesem Fall mit der Seitenwand 8. Die beiden Hälften der jeweiligen bipolaren Platte sind durch zwei uberbrückungsteile mitein-

ander verbunden. Diese Überbrückungsteile befinden sich an den Enden der betreffenden Platte. Die bipolaren Platten können somit generell als O-förmig mit einem mittleren Schlitz aufgefaßt werden, der am jeweiligen Ende durch ^ ein Uberbrückungsteil 16 geschlossen ist. Diese bipolaren Platten sind daher strukturell stabiler als die U-förmigen Platten. Die Bereitstellung von zwei Uberbrückungsteilen pro bipolarer Platte steigert die Fläche der leitenden Wege zwischen benachbarten Zellen und führt somit zu einer noch weiteren Herabsetzung des Innenwiderstandes der Batterie bzw. des Akkumulators. Das Verfahren des Zusammenbaus ist mit dem oben beschriebenen Verfahren identisch.

Die Elektrodenträger sind aus prismatischen Gittern gegossen oder gezogen, die aus Blei, 0,07 Prozent Kalzium, 0,7 Prozent Zinnlegierung bestehen. Die Gitter weisen eine Dicke von 1,2 mm auf; sie sind stabil, selbsttragend und widerstehen sogar unter Belastung einer Deformation.

Die Separatoren sind in Figuren 7 und 8 veranschaulicht. Es handelt sich dabei um eine stark absorbierende, löschpapierartige kurzstaplige Gasfasermatte mit einer Dicke von etwa 1 mm, wobei die Fasern 61 einen Durchmesser von

etwa 0.2 Mikrometer und die Fasern 60 einen Durchmesser 25

von etwa 2 Mikrometer aufweisen. Der mittlere Durchmesser der Fasern beträgt etwa 0,5 Mikrometer.

Es zeigt sich, daß das Material zwar stark absorbierend wirkt, dennoch einen sehr großen Anteil eines offenen Zwischenraumes zwischen den einzelnen Fasern aufweist. Beim Test wurde der Elektrolyt durch das Material mit 113 Prozent dessen eigenen Trockenvolumens absorbiert. Dieser Wert stellt das Elektrolyt-Absorptionsverhältnis des betreffenden Materials dar.

Das Separatormaterial wiegt 200 g/m²; es weist eine Porosität von 90 bis 95 Prozent auf, und zwar gemessen durch

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das Quecksilber-Exndringmeßverfahren. Die Dichte des Glases, aus dem die Fasern des Separators hergestellt sind, beträgt 2,69 g/cm²; das Verhältnis von Gewicht zur Faserdichte beträgt somit 74.
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Bei beiden Ausführungsformen wirken die beiden Hälften der jeweiligen bipolaren Platte als Platten entgegengesetzter Polarität. Obwohl es möglich wäre, die beiden Hälften mit positiv aktiver Masse bzw. negativ aktiver Masse zu überziehen, würde dies den Zusammenbauvorgang komplizieren, weshalb es bevorzugt wird, die bipolaren Platten mit einer universell aktiven Elektrodenmasse zu überziehen, d.h. mit einer Elektrodenmasse, die nach elektrolytischer Formation in Abhängigkeit von der Formation entweder als positiv oder als negativ aktive Masse wirkt. In entsprechender Weise werden die unipolaren Platten zweckmäßigerweise mit einer universellen aktiven Masse überzogen, um zu vermeiden, daß zwei Arten von unipolaren

Platten aufzubewahren sind.
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Gemäß einer Modifikation der oben beschriebenen Verfahren wird das Separatormaterial 17 gleichzeitig mit zumindest einigen der Platten eingesetzt. In zweckmäßiger Weise kann dies dadurch erfolgen, daß eine Hälfte der jeweiligen bipolaren Platte umhüllt oder umwickelt wird (siehe Figur 3d). Dadurch ist sichergestellt, daß das Separatormaterial zwischen jedem Paar von benachbarten Platten vorhanden ist und zu einer beträchtlichen Vereinfachung beim Zusammenbau führt. Wenn das Separatormaterial um die bipolaren Platten herumgewickelt wird, kann die Falte an der Unterseite einer Plattenkante oder längs der Unterseite auftreten. Sofern erwünscht, kann die jeweilige bipolare Platte insgesamt auch derart umwickelt oder eingehüllt qc sein. In diesem Falle werden zwei Schichten aus dem Separatormaterial zwischen benachbarten bipolaren Platten vorhanden sein. Das Separatormaterial weist in typischer Weise ein Gewicht von 100 g/m² auf.

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Gemäß einer weiteren Modifikation sind die Überbrückungsteile 16 an den Trennwänden und an dem Behälter abgedichtet, beispielsweise mit einem Epoxidharz, um die Möglichkeit eines Zwischenzellen-Ionenlecks zu eliminieren.

Gemäß einer noch weiteren Modifikation verlaufen die Anschlußansätze 24 von den unipolaren Platten aus nach oben und damit durch den Deckel bzw. die Kappe der fertigen Batterie hindurch. Die betreffenden Anschlüsse können in der herkömmlichen Art und Weise zusammengelötet sein. Es dürfte einzusehen sein, daß in diesem Falle die Stirnwände 4 und 6 soweit verlaufen wie die Seitenwand

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/f.

Leerseite

Claims

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE*,.* ~η>*ηαη**

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RECHTSANWALT PATENTANWÄLTEJOCHEN PAGENBERG dh.jur..ll _m.harvard WOLFGANG A. DOST dr.. d.pi -c«..··

UDO W. ALTENBURG d,_pl -phys ·

GALILEIPLATZ 1, 8000 MÜNCHEN 80

TELEFON (0 89) 98 66 64 TELEX: (06) 22 791 pad d CABLE: PADBÜRO MÜNCHEN

datum 1 9 . Februar 1981 • K 2011 AL/II/ho

Patentansprüche

1/. Mehrzelliger elektrischer Akkumulator mit einem in Fächer unterteilten Behälter, der mit einem Deckel abgedeckt ist und der zwei oder mehr Zellen aufweist, die jeweils abwechselnd positive und negative Elektroden aufweisen, welche mit einem Separatormaterial verschachtelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatormaterial ein kornpressibles faserförmiges absorbierendes Material (17) enthält, welches weitgehend ohne

freien, nicht absorbierten Elektrolyten ist, 10

daß die jeweils andere Elektrode in den beiden Endzellen eine unipolare Elektrode (12) ist,

daß die übrigen Elektroden die eine Hälfte einer bipolaren Platte (14) sind, die mit ihrer anderen Hälfte in einer benachbarten Zelle durch ein Uberbrückungsteil (16) verbunden ist,

und daß die Überbrückungsteile (16) Zwischenzellen-Verbinder bilden, die um zumindest eine Seite der Seiten der Zwischenzellen-Trennwände (10) herumlaufen.

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2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hälften der jeweiligen bipolaren Platte (14) durch ein einziges Uberbrückungsteil (16) verbunden sind, welches um eine Kante der zugehörigen Zwischenzellen-Trennwand (10) herumläuft.
3. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hälften der jeweiligen bipolaren Platte

(14) durch zwei Uberbrückungsteile (16) verbunden sind, die um zwei gegenüberliegende Kanten der zugehörigen Zwischenzellen-Trennwand (10) verlaufen.
4. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Uberbrückungsteil (16) ohne Abdichtung an dem Behälter (2, 4, 6, 8) oder der Zwischenzellen-Trennwand (10) derart vorgesehen ist, daß die betreffenden Zellen miteinander in Verbindung stehen.
5. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände (4, 6) parallel zu den Zwischenzellen-Trennwänden (10) verlaufen und kürzer sind als die Seitenwände (2),

daß jede unipolare Platte (12) einen Anschluß-Ansatz (24) aufweist, der seitlich über eine Stirnwand (4, 6) hinwegragt,

und daß die Anschluß-Ansätze mit dem jeweiligen Ende unter Bildung eines Anschluß-Verbinders miteinander verbunden sind.
6. Akkumulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen dem Deckel und den Stirnwänden (4, 6), durch die die Anschluß-Ansätze (24) hindurchragen, durch ein Abdichtungsmaterial ausgefüllt ist

und daß der Deckel an den Seitenwänden (2) und an dem Dichtungsmaterial abgedichtet ist.

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7, Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände (4, 6) parallel zu den Zwischenzellen-Trennwänden (10) verlaufen und dieselbe Höhe aufweisen wie die Seitenwände (2),

daß jede unipolare Platte (12) einen Anschluß-Ansatz (24) aufweist, der durch den Batteriedeckel nach oben verläuft,

und daß die Anschluß-Ansätze (24) am jeweiligen Ende -in unter Bildung eines Anschluß-Verbinders miteinander verbunden sind»
8. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abdeckteil (20) quer zu den Zwischenzellen-Trennwänden (10) verläuft und Schlitze (22) aufweist, durch die die Zwischenzellen-Trennwände (10) verlaufen,

und daß das Abdeckteil (20) in der betreffenden Stellung derart gesichert ist, daß die Elektroden (12, 14) und ™ das Separatormaterial (17) in innigem Kontakt gehalten sind.
9. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hälfte der jeweiligen bipola-

^⁵ ren Platte (14) mit dem Separatormaterial (17) umhüllt ist.
10. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, daß das Separatormaterial (17) ein

Glasfasermaterial mit einem mikrofeinen Durchmesser ist.
11. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhandene Elektrolytmenge unzureichend ist, die Poren des Separatormaterials (17) und der Elektroden (12, 14) vollständig zu sättigen.
12. Verfahren zur Herstellung bzw. zum Zusammenbauen eines mehrzelligen elektrischen Akkumulators nach einem der Ansprüche 1 bis 11, unter Verwendung eines Akkumulatorbehälters, der ein oder mehrere Zwischenzellen-Trennwände aufweist, die den betreffenden Behälter in Fächer unterteilen, dadurch gekennzeichnet, daß in den betreffenden Behälter (2, 4, 6, 8) eine Schicht aus Elektroden (12, 14) und einem kompressiblen faserförmigen absorbierenden Separatormaterial (17) derart eingeführt wird, daß eine Elektrode in jedem Fach vorhanden ist,

daß sodann weitere derartige Schichten so lange eingeführt werden, bis der Behälter (2, 4, 6, 8) nahezu gefüllt ist, wobei jede andere Elektrode in den Endfächern eine unipolare Elektrode (12) und alle übrigen Elektroden eine Hälfte von bipolaren Platten (14) bilden, die mit der anderen Hälfte in einem benachbarten Fach durch ein Uberbrückungsteil (16) überbrückt werden, welches um eine Kante einer Zwischenzellen-Trenn-₉_ wand (10) herumläuft, wobei die Zwischenzellen-Verbinder in dem fertigen Akkumulator durch die Überbrückungsteile (16) gebildet werden,

und daß eine solche Menge eines Elektryten in das jeweilige Fach eingeführt wird, daß die betreffende Elektrolytmenge nahezu vollständig von den Elektroden (12, 14) und dem Separatorm^terial (17) absorbiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekei nzeichnet, daß unter Weglassung von zwei rechtwinklig zu den Trennwänden (10) verlaufenden benachbarten Behälterwänden die Schichten aus den Elektroden (12, 14) und dem Separatormaterial (17) in den Behälter (2, 4, 6,8) nahezu parallel zu den Zwischenzellen-Trennwänden (10) derart in Position gebracht werden, daß die betreffenden Wände rechtwinklig zu den Trennwänden (10) verlaufen, und daß die betreffenden beiden Wände anschließend mit dem Behälter verbunden werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede bipolare Platte (14) zwei Hälften aufweist, die durch ein einzelnes Überbrückungsteil (16) an oder neben einem Ende verbunden werden.
15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenzellen-Trennwände (10) mit lediglich einer Wand (8) des Behälters zusammenhängend ausgebildet oder an dieser abgedichtet werden

und daß die beiden Hälften der jeweiligen bipolaren Platte (14) durch zwei Uberbrückungsteile (16) miteinander verbunden werden, deren jedes an einem Ende der Platte vorgesehen wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch

gekennzeichnet, daß die Elektroden (12, 14) und das Separatormaterial (17) der jeweiligen Schicht sequentiell eingeführt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch

gekennzeichnet, daß eine Hälfte der jeweiligen bipolaren Platte (14) mit dem Separatormaterial (17) umgeben oder umwickelt wird, derart, daß die bipolaren Platten „_ (14) gleichzeitig mit ihrem zugehörigen Separatormaterial (17) eingeführt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Einführen der

OQ Elektroden (12, 14) und des Separatormaterials (17) eine Abdeckplatte (20) mit den Zwischenzellen-Trennwänden (10) entsprechenden Schlitzen (22) eingeführt bzw. eingesetzt wird,

daß die Abdeckplatte (20) in eine Stellung bewegt wird, in der die Elektroden (12, 14) und das Separatormaterial (17) unter Druck stehen,

und daß die betreffende Abdeckplatte (20) in der betreffenden Stellung gesichert wird.

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