DE4405863C2 - Plattensatz für einen Bleiakkumulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattensatz für einen Bleiakkumulator, dessen positive und ne­ gative Elektrodenplatten mit einem zwischenliegenden Separator eine Stapelanordnung bilden, wobei die Separatoreinlage aus einem zick-zack-förmig gefalteten Band besteht, welches die positiven und die negativen Elektroden abwechselnd umschließt.

Die positiven und negativen Platten einer Akkumulatorenzelle, im Wechsel der Polaritäten aufeinandergelegt, bilden einen gemeinsamen Plattensatz. Zur gegenseitigen Isolierung der Platten sind zwischen diese sogenannte Scheider oder Separatoren eingefügt. Aufgrund ihrer offenen Porenstruktur stellen die Separatoren die Ionenleitung zwischen den Platten sicher. Werden die positiven und die negativen Elektroden jeweils über Polbrücken mit dem positiven und dem negativen Zellenpol verbunden, so kann nach Ausfüllen der Zwischen­ räume mit Schwefelsäure der Stromkreis über einen Verbraucher zum Zwecke der Entla­ dung geschlossen werden.

Die beschriebene Plattensatz-Ausführung birgt die Gefahr in sich, daß durch einseitig ge­ genüber den Platten verschobene Separatoren und durch sogenanntes Seitenmossing ein seitlicher Kurzschluß, d. h. eine direkte elektronenleitende Verbindung zwischen den Platten auftreten kann. Unter Seitenmossing versteht man die Bildung einer Leitfähigkeitsbrücke zwischen den Platten durch Reduktion von in der Säure schwebenden PbO₂- oder PbSO₄-Teil­ chen, die sich von der negativen Platte her aufbaut.

Durch eine Randisolation der negativen Elektrode läßt sich das Seitenmossing vermeiden. So ist z. B. aus der DE 24 54 824 C2 eine Elektrodenplatte mit einer Abdeckfolie auf jeder Seite bekannt, bei der die nur geringfügig über den Elektrodenumriß übergreifenden Kanten der Abdeckfolien durch ein flaches, steifes Band miteinander verbunden und die Elektro­ denränder wie von einer glatten Leiste abgeschlossen sind. Allerdings ist der Herstellungs­ prozeß wegen des Anbringens der Randleiste in Form einer erst allmählich aushärtenden Klebemasse aufwendig und zeitraubend.

Umständlich ist auch die Aufnahme der negativen Elektroden in Taschen.

Als einfachere Lösung bietet sich hingegen, wie z. B. der DE 32 09 713 A1 entnehmbar, ein Bandseparator an, welcher abwechselnd eine positive und eine negative Platte umschließt und sich in zick-zack-förmiger Bahn durch den Plattensatz hindurch erstreckt.

Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, daß die Lage des Separators am Anfang und am Ende um so schwieriger eingehalten werden kann, je mehr Platten von ihm erfaßt werden sollen. Ist der Separatorstreifen zu lang erschwert der Überstand das Einsetzen des Plat­ tensatzes in das Gefäß; ist er zu kurz, kann sich von den Endplatten Seitenmossing aus­ breiten.

Außerdem mangelt es dickeren Scheidermaterialien von mehr als ca. 2 mm Stärke an der notwendigen Flexibilität, um sich an den 180°-Windungen den Plattenkanten genügend eng anzuschmiegen. Es kommt zu Spreizwirkungen, die ebenfalls das Einführen des Platten­ satzes in das Zellengefäß erschweren.

Aus der DE 33 18 523 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenbau von Batteriezellenelementen bekannt, wobei dort zur Erleichterung des Elementzusammenbaus das Separatorblatt mit Kniffen oder Nuten versehen wird. Hierdurch soll die Faltung vereinfacht werden. Auch bei dieser Ausbildung wird aber eine exakte Faltung und ein enges Anschmiegen des Scheiderblattes an die Plattenkanten nicht sichergestellt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Plattensatz für einen Bleiakkumula­ tor gemäß dem eingangs formulierten Gattungsbegriff anzugeben, der problemlos in eine automatisierte Batteriefertigung integriert werden kann und bei dem die der Separation anhaftenden Mängel, wie vorstehend beschrieben, nicht bestehen.

Die Aufgabe wird mit einem Plattensatz gelöst, wie er in Patentanspruch 1 definiert ist.

Danach hat sich als Abhilfe ein Faltbandseparator erwiesen, der jeweils am Beginn des Plattensatzes und im Bereich der Plattenkanten, die er in seinem S-förmigen Verlauf ab­ wechselnd umschließt, zusammengedrückt ist.

Denkt man sich die Elektroden des Plattensatzes in der Höhe gestapelt, muß der Bandse­ parator bereits an der Unterseite der zuunterst liegenden Platte beginnen. Damit er bis über die zuoberst liegende Platte hinweg die richtige Länge besitzt, in die auch Längentoleranzen der Faltzonen eingehen, ist es von Vorteil, den Separator mit seinem durch Zusammendrücken verdichteten einem Ende so an der Außenseite der ersten bzw. untersten Platte anzusetzen, daß er 10 bis 30%, vorzugsweise ca. 15% ihrer Breite über­ lappt. In jedem Falle sollte die Überlappungsbreite etwa 20 mm, mindestens jedoch die dop­ pelte Plattendicke betragen.

Die Erstellung des Plattensatzes beginnt mit dem Auflegen der ersten Platte, in der Regel einer Negativen, auf das Ende des zunächst flach liegenden Separatorstreifens mit der eben genannten Maßgabe. Der Streifen wird daraufhin um die Plattenkante um 180° herumgeschlagen, so daß die Plattenoberseite abgedeckt ist, und auf diese dann die nächste Platte, eine Positive, abgelegt. Nach Herumschlagen des Streifens um deren Kante und Abdecken ihrer Oberseite folgt wieder eine negative Platte usw., bis der Separator auf der Oberseite der zuletzt aufgelegten Platte, wiederum eine Negative, endet.

Es ist erfindungsgemäß von Vorteil, wenn auch dieses Ende des Separatorstreifens zu­ sammengedrückt ist. Die Breite der Überlappung sollte mindestens die für den Anfang des Streifens angegebenen Maße erreichen, um die Kantenisolierung auch der obersten Platte sicherzustellen. Eine größer ausfallende Überlappungsbreite ist jedoch unkritisch.

Die in die Bereiche der Plattenkanten fallenden Abschnitte des Separatorstreifens sollten erfindungsgemäß über eine Länge entsprechend dem 1,5-fachen der Plattendicke zusam­ mengedrückt sein. Mit dieser Maßgabe ist im allgemeinen ein flexibles, zugleich genügend festes Einschlagen der Elektrodenplatten in die Separatorbahn möglich.

Im speziellen Fall, d. h. wenn besonders dicke positive Rohrplatten mit einem Durchmesser von z. B. 9 mm und negative Gitterplatten von z. B. 4,5 mm Stärke zu separieren sind und das verfügbare Scheidermaterial nicht besonders geschmeidig ist, sind bei dem Separator Ver­ dichtungszonen mit alternierenden Breiten vorzusehen, die aber den angegebenen Dicken­ abmessungen der Platten nahezu entsprechen können, so daß sich in den Faltzonen eine optimale Anpassung ergibt.

Erfindungsgemäß einsetzbare Separatoren müssen einerseits flexibel, andererseits ohne Wirksamwerden elastischer Rückstellkräfte irreversibel zusammendrückbar sein, wobei ihre mechanische Festigkeit keine Einbuße erleiden darf.

Geeignete Scheidermaterialien sind daher thermoplastische, mikroporöse Kunststoffe, z. B. Polyethylen oder Polypropylen. Dem Kunststoffmaterial können zusätzlich Füllstoffe wie z. B. amorphe Kieselsäure beigemischt werden.

Anhand einiger Figuren wird der Gegenstand der Erfindung im folgenden näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Batteriescheiders aus Polyethylen.

Fig. 2 zeigt die Verformung des Batteriescheiders gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt einen Plattensatz mit einem an den Enden und in den Faltungsbereichen zusammengepreßten Bandscheider gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 besitzt der Scheider 1 mittels Profilwalzen integral aus dem Kunststoff geformte massive Rippen 2 auf der jeweils der positiven Elektrodenplatte zugekehrten Seite, deren Höhe größer als die Dicke des Scheiderblattes ist. Auf der Rückseite des Scheiders, mit der er jeweils der negativen Elektrodenplatte anliegt, sind kleinere Rippen 3, meist nur in Form einer Welligkeit, ausgebildet. Ihre Höhe beträgt 0,3 mm, während die Blattdicke 0,6 mm und die Höhe der großen Rippen 1,4 mm beträgt so daß sich eine Ge­ samtdicke des Scheiders von 2,3 mm ergibt.

Die großen Rippen sorgen dafür, daß einerseits der Kontakt des Scheiders mit der positiven Platte auf ein Minimum begrenzt ist und daß andererseits für die Säureversorgung ein not­ wendiger Abstand zwischen Scheiderblatt und Elektrode verbleibt. Der gegenseitige Ab­ stand zwischen zwei großen Rippen beträgt etwa 10 mm.

Der an sich gebrauchsfertige und als Bandmaterial vorliegende Scheider gemäß Fig. 1 aus Polyethylen mit einer Porosität von ca. 60% wird erfindungsgemäß durch zwei Kalander­ walzen 4 durchgeführt und zwischen diesen, wie in Fig. 2 dargestellt, an vorbestimmten Längenintervallen, die im späteren Plattensatz die Plattenkanten umgeben, durch Zusam­ menpressen verdichtet.

Als Kalanderwalzen dienen Stahlzylinder mit einem Durchmesser von 100 mm. Die Anpreß­ kraft pro Zylinderlänge beträgt 50 kN/m. Mit großem Vorteil werden beheizbare Stahlzylin­ der eingesetzt. Unter Preßdruck und vorzugsweise gleichzeitiger Einwirkung von Wärme, wobei eine Walztemperatur von 50 bis 70°C günstig ist, wird der Scheider plastisch verformt und auf eine Dicke von 0,5 bis 0,7 mm zusammengedrückt. Das Ergebnis des egalisieren­ den "Plattwalzens" ist eine nahezu totale Einebnung des Rippenprofils im Bereich der vor­ gesehenen Faltzonen.

Der Vorschub des Separatorbandes bzw. der Bewegungsantrieb des Kalanders und die Zeitintervalle für die Pressung zwischen beiden Stahlzylindern werden so eingestellt, daß ein ausreichend langes Scheiderstück am Ende des letzten und am Beginn des neuen Plattensatzes gepreßt wird.

Nach erfolgter Herstellung des letzten Plattensatzes wird der gepreßte Scheiderabschnitt mittig getrennt, und der zurückbleibende Abschnitt 5 ist der Beginn des Scheiders für den neuen Plattensatz.

Nach weiteren Vorschüben in Pfeilrichtung jeweils um die Länge l, entsprechend der Breite der Elektrodenplatten, (z. B. 180 mm), wird der Scheider erneut über einen Abschnitt 6 der Länge b gepreßt, der erfindungsgemäß bei dem 1,5-fachen der Plattendicke liegen soll. Die dadurch hergestellten Verdichtungszonen machen es möglich, den Scheider beim Zusam­ mentragen des Plattenstapels geschmeidig und ohne störende Spreizwirkung um die nega­ tiven und positiven Platten herumzuführen. Auch das Einsetzen des Plattensatzes in das Zellengefäß ist damit problemlos möglich.

In Fig. 3 ist ein fertiger Plattensatz 7 aus drei negativen Platten 8 und zwei positiven Platten 9 mit einem erfindungsgemäß bearbeiteten Separator 1 wiedergegeben. Die Figur macht den Ansatz des Separatorbandes am Beginn des Plattensatzes, nämlich an der Außenseite der zuunterst liegenden Platte deutlich, wobei die vom Separatoranfang 5 bereits ge­ schützte Fläche vorzugsweise ca. 15% der gesamten Plattenbreite ausmacht. Jeweils an den Kanten der Platten kommen die nach dem Verfahren gemäß Fig. 2 zusammengepreßten und dadurch geschmeidiger gewordenen Separatorabschnitte 6 so­ wie Teile der Enden 5 zur Anlage.

Durch die erhebliche Materialverdichtung wird die Anpassungsfähigkeit des Scheiders in den Umschlagsbereichen verbessert und die Gefahr eines Seitenmossings ausgeschlossen. Außerdem leistet die erfindungsgemäße Maßnahme einen entscheidenden Beitrag zur Automatisierung der Plattensatz-Herstellung.

Claims (8)

1. Plattensatz für einen Bleiakkumulator, dessen positive und negative Plattenelektroden mit einem zwischenliegenden Separator eine Stapelanordnung bilden, wobei die Sepa­ ratoreneinlage aus einem zick-zack-förmig gefalteten Band besteht, welches die positi­ ven und die negativen Elektroden abwechselnd umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatorband am Beginn des Plattensatzes und jeweils in den Umschlagsbe­ reichen um die Plattenkanten durch Zusammendrücken verdichtet ist.

2. Plattensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatorband am Ende des Plattensatzes gleichfalls durch Zusammendrücken verdichtet ist.

3. Plattensatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatorband am Beginn des Plattensatzes die erste Platte an ihrer Außenseite um 10 bis 30%, vor­ zugsweise um ca. 15% der Plattenbreite überlappt.

4. Plattensatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Überlappung ca. 20 mm beträgt.

5. Plattensatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Überlappung mindestens der doppelten Plattendicke entspricht.

6. Plattensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu­ sammengedrückten Längenabschnitte des Bandseparators in den Umschlagbereichen um die Plattenkanten eine Breite vom ca. 1,5-fachen der Plattendicke besitzen.

7. Plattensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sepa­ ratormaterial Polyethylen ist.

8. Plattensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ dichtungen des Separatorbandes durch Zusammenpressen zwischen zwei Zylinderwal­ zen erzeugt sind.