CH669478A5

CH669478A5 -

Info

Publication number: CH669478A5
Application number: CH5193/86A
Authority: CH
Inventors: Toyoji Machida; Shyuichi Ueno; Yukiteru Yoshihira; Satoshi Sakamoto
Original assignee: Sanyo Electric Co
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1986-12-22
Publication date: 1989-03-15
Also published as: FR2592228A1; JPS62147661A; US4709472A; DE3643997A1; FR2592228B1; GB2184594B; GB2184594A; GB8630289D0; DE3643997C2; JPH0437549B2

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gewickelten Elektrodenanordnung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Beim bisher angewendeten Verfahren zur Herstellung einer solchen gewickelten Elektrodenanordnung wurde eine der beiden Elektroden, die mit einem Separator bedeckt war, in einen Schlitz in einem Wickelkörper eingesteckt. Dann wurde diese Elektrode um den Wickelkörper gewickelt und während des Aufwickeins dieser erstgenannten Elektrode wurde die andere Elektrode beigefügt um danach beide Elektroden die durch den

Separator voneinander getrennt sind miteinander um den Wickelkörper zu wickeln.

Bei Elektrodenanordnungen die nach diesem Verfahren hergestellt waren ist die erstgenannte Elektrode bei der Stelle an der sie aus dem Schlitz des Spulenkörpers austritt um etwa 90° gebogen, um danach um den Spulenkörper gewickelt zu werden. Als Folge davon tendiert diese Elektrode zu zerreissen, wenn sie aus weichem Material mit niedriger mechanischer Festigkeit hergestellt wird, wie beispielsweise Lithium, Natrium oder Aluminium. In andern Fällen kann die Elektrode an der Biegepartie gebrochen werden und diese abgebrochene Partie der Elektrode des aktiven Materials das von der Elektrode abfällt kann den Separator durchdringen und mit der benachbarten Elektrode der entgegengesetzten Polarität eine leitende Verbindung schaffen, was dann zu einem inneren Kurzschluss führt.

Um diesen Nachteil zu beheben wurde gemäss dem US Patent Nr. 3 298 871 vorgeschlagen eine Schutzeinlage an den inneren und äusseren Enden der Wicklungen der Elektroden anzubringen. Dieser Vorschlag befriedigte jedoch nicht vollständig, indem diese Schutzstreifen abgestreift werden können während dem Wickeln der Elektroden und zudem wurde das Problem des Brechens an der gebogenen Stelle nicht behoben, was ebenfalls zu einem Durchbrechen durch die entsprechende Partie des Schutzstreifens führen konnte.

Ein Verfahren zur Verbesserung des Verfahrens nach dem genannten US Patent wurde in der japanischen Veröffentlichung Nr. 47-50417 (1972) beschrieben. Demgemäss soll ein Blatt mit einer bestimmten Länge in Form einer Folie oder eines gewobenen Textilstreifens aus synthetischen Fasern mit seinem einen Ende am innern Ende der Elektrode die durch den Separator bedeckt ist befestigt werden und dieses Blatt wird dann mit seinem andern Ende in den Schlitz des Wickelkörpers eingesetzt und dann um den Wickelkörper gewickelt. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, weil die Elektrode um den Wickelkörper gewickelt werden kann ohne diese gefährliche Biegung zu haben. Weil jedoch das Blatt nur am innern Ende der Elektrode befestigt ist kann es sich ebenfalls lösen oder während des Wickeins abgestreift werden. Darüber hinaus kann keine grössere Kraft beim Wickeln aufgebracht werden. Deshalb ist die Elektrodenanordnung nach dem Aufwickeln nicht genügend dicht gewickelt.

Die japanische Offenlegungsschrift 50-55843 beschreibt ein Verfahren wonach ein Separator über das innere Ende der Elektrode hinausragt, wobei dieses Ende mittels Wärmever-schweissung kompaktiert wird um dann diesen verstärkten Separatorteil in einen Schlitz des Wickelkörpers einzusetzen um dann diese Separatorverlängerung aufzuwickeln und danach die Elektrode ebenfalls um diesen inneren Teil zu wickeln. Bei diesem Verfahren weist der Separator eine grosse Länge am inneren Ende der Elektrode auf, auf der die Separatorwirkung als Resultat der Wärmeverschweissung verloren geht und die Aktivität der Zelle ist in dieser Partie als Folge einer unerwünschten Reduktion der Zellenkapazität verringert.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung diese Probleme zu lösen und ein Verfahren anzugeben, mit dem eine gewickelte Elektrodenanordnung hergestellt werden kann, bei der kein innerer Kurzschluss als Folge einer abgebrochenen Elektrode auftreten kann oder bei der die Kapazität aus irgendeinem Grunde verringert wäre.

Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 erreicht.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine Draufsicht auf eine negative Elektrode die vollständig mit einem Separator bedeckt ist.

Fig. 1B eine Schnittansicht gemäss der Schnittlinie A-A' in Fig. 1,

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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht mit der Verlängerung des Separators auf einem halbzylindrischen Stift als Teil eines Wik-kelkörpers,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines verlängerten Separators in einem Schlitz zwischen zwei halbzylindrischen Stiften, von denen der eine in Fig. 2 dargestellt war,

Fig. 4 eine Schnittansicht gemäss der Schnittlinie B-B' in Fig. 3,

Fig. 5 eine Schnittansicht zur Darstellung wie Separator und Elektroden um den Wickelkörper durch Drehen des Spulenkörpers aufgewickelt werden,

Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 5, jedoch in einem fortgeschrittenen Stadium der Aufwicklung,

Fig. 7 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 6, aber nach Vollendung der Wicklung und entferntem Wickelkörper, und

Fig. 8 einen Aufriss einer Zelle zum Teil geschnitten zur Darstellung der gewickelten Elektrodenanordnung.

Gemäss Figuren 1A und 1B ist eine negative Elektrode 1 aus einem Material wie Lithium mit Ausnahme eines leitenden Anschlusses vollständig durch einen Separator 2 bedeckt. Das vordere Ende 2a des Separators 2 erstreckt sich über das Ende der negativen Elektrode 1 hinaus und bildet eine Verlängerungspartie 2a die nur aus dem Separator 2 besteht. Vorzugsweise besteht der Separator der die negative Elektrode 1 bedeckt aus 2 Separatorblättern auf beiden Oberflächen der negativen Elektrode 1 die die Elektrode an ihren seitlichen Kanten in der Breite der Elektrode 1 betrachtet überdeckt, wo dann diese beiden Separatorblätter an zwei Schweissnähten 2b miteinander ver-schweisst sind und dadurch die negative Elektrode 1 im derart gebildeten Futeral des Separators 2 eingeschlossen ist. Es ist jedoch nicht notwendig, dass bei diesem Verfahren die Elektrode 1 vollständig durch Verschweissen der Randpartien der beiden Separatorblätter in diesen Separator eingeschlossen wird, sondern es könnten auch andere Verfahren zum Umhüllen der Elektrode angewendet werden. Zum Beispiel könnte ein solches Verfahren darin bestehen, dass ein Separatorblatt mit grösserer Breite U-förmig gebogen würde und nach Einlegen der negativen Elektrode 1 in diesen U-förmigen Separator die offenen Enden des Separators mittels Wärme zu verschweissen, um damit die negative Elektrode 1 vollständig zu umhüllen.

Daraufhin wird wie in Fig. 2 gezeigt die Verlängerung 2a des Separators 2 der die negative Elektrode 1 vollständig um-schliesst auf eine ebene Fläche eines Stiftes 3a aus halbkreisförmigem Querschnitt gelegt. Dieser Stift 3a wirkt mit einem gleichartigen Stift 3b zusammen, der dadurch einen drehbaren Wickelkörper 3 mit zylindrischer Form wie in Fig. 3 dargestellt ist aufweist. Dann'wird wie in Fig. 3 und 4 gezeigt der andere Stift 3b mit ebenfalls halbkreisförmiger Querschnittsfläche auf die Verlängerung 2a des Separators 2 gelegt, um mit dem dadurch gebildeten Schlitz zwischen den beiden Stiften 3a und 3b die Verlängerung 2a des Separators zu haltern. In diesem Fall ist die Länge der Partie 2ai der Verlängerung 2a so angeordnet, dass sie über den Wickelkörper 3 hinausragt um vorzugsweise etwas mehr als die Hälfte der Länge des Umfangs des Wickelkörpers 3 und ebenfalls sollte die Länge der Partie 2a2 der Verlängerung 2a zwischen dem Spulenkörper 3 und dem inneren Ende der negativen Elektrode 1 vorzugsweise grösser sein als die Länge des Umfangs des Wickelkörpers 3 ist.

Nachdem die Verlängerung 2a des Separators 2 im Schlitz des Wickelkörpers 3 in der oben beschriebenen Weise gehaltert ist wird der Wickelkörper 3 rotiert bis die Partie 2a2 der Verlängerung 2a um den Wickelkörper 3 gewickelt ist, wobei auch die Partie 2ai der Verlängerung 2a wie in Fig. 5 gezeigt ist aufgewickelt wird. Wenn die Partie 2ai der Verlängerung 2a um den Wickelkörper 3 um mehr als die Länge des Umfangs des Wickelkörpers 3 gewickelt ist wird das innere Ende der positiven Elektrode 4 in die Lage gemäss Fig. 5 gebracht und die positive Elektrode 4 wird zusammen mit der Elektrode 1 wie in

Fig. 6 gezeigt um den Wickelkörper 3 gewickelt. Beispielsweise wird die positive Elektrode 4 vorbereitet, indem ein eine positive Elektrode bildendes Agens mit einem aktiven Material wie beispielsweise Mangan-Dioxid um einen Trägerkern 4a geformt wird.

Vor dem Aufwickeln der positiven Elektrode 4 wird ein Band 5 am vorderen Ende der positiven Elektrode 4 befestigt. Die positive Elektrode 4 und die negative Elektrode 1 werden dann zusammen um den Wickelkörper 3 gewickelt, wobei das innere Ende der negativen Elektrode 1 hinter dem der positiven Elektrode 4 bezüglich des Wickelkörpers 3 liegt. Vorzugsweise besteht das Band 5 aus einem organischen Kunstharz wie Teflon, Polypropylen, Polyäthylen, Nylon oder Polyester oder aus einem anorganischen Material wie Glasfasernoder Kohlefasern.

Indem das Band 5 am inneren Ende der positiven Elektrode 4 befestigt wird, wird die positive Elektrode 4 durch das Band 5 geführt um mit der Elektrode 1 zusammen genau auf den Spulenkörper 3 gewickelt zu werden und das Band 5 verhindert eine Beschädigung des Separators 2 durch die scharfen Kanten des inneren Endes der positiven Elektrode 4. Zudem wird eine Beschädigung der Partie 2a2 durch die scharfen Kanten des inneren Endes der harten positiven Elektrode 4 noch vorteilhafterweise dadurch verhindert, dass die Separatorpartie 2ai zwischen das innere Ende der positiven Elektrode 4 und die Separatorpartie 2ai gelegt wird. Überdies wird das innere Ende der negativen Elektrode 1 hinter dasjenige der positiven Elektrode 4 gelegt, wenn die positive Elektrode 4 gewickelt wird. Daher, auch wenn die Separatorpartie 2a2 durch die scharfen Kanten des hinteren Endes der positiven Elektrode 4 beschädigt würde, kann sich später kein innerer Kurzschluss bilden, weil an der Stelle wo die Partie 2a2 beschädigt werden könnte keine negative Elektrode 1 vorhanden ist. Indem die Blätter die den Separator 2 bilden entlang ihrer Längskanten verschweisst sind kann die negative Elektrode 1 und der Separator 2 mit einer grösseren Aufwickelkraft in der Längsrichtung gezogen werden, so dass die Elektroden 1, 4 und der Separator eng gewickelt werden können.

Nachdem die negative Elektrode 1, der Separator 2 und die positive Elektrode 4 vollständig um den Wickelkörper 3 gewik-kelt sind kann der Wickelkörper 3 herausgezogen werden um die gewickelte Elektrodenanordnung gemäss Fig. 7 zu bilden. Dann wird eine solche Elektrodenanordnung in ein Gehäuse 6 eingebaut um eine zylindrische nichtwässerige elektrolytische Zelle zu bilden wie in Fig. 8 dargestellt ist. Das Gehäuse 6 dient auch als positiver Anschluss und auf der inneren Bodenfläche des Gehäuses 6 befindet sich auf diesem Grund eine isolierende Einlage 7. Eine Dichtungskappe 8, die auch als negativer Anschluss verwendet ist, umfasst ein Dichtungsglied 10 das mit einer Ventilöffnung 9 versehen ist, eine kappenförmige Anschlussplatte 13 mit einem Gasablassloch 11, eine Schneidklinge 12 und eine flexible dünne Platte 14. Eine isolierende Dichtung 15 befindet sich zwischen dem Gehäuse 6 und der Dichtungskappe 8 um so die Zelle zu vervollständigen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich somit, dass zur Herstellung einer gewickelten Elektrodenanordnung nach der Erfindung zuerst eine Partie die nur aus dem Separatormaterial besteht im ersten Schritt der Wicklungsoperation aufgewickelt wird. Dadurch wird verhindert, dass eine Partie der einen Elektrode um einen Winkel von etwa 90° gebogen wird, was üblicherweise zu einem nachteiligen Kurzschluss in der Batterie führen kann, so dass ein Kurzschluss auftreten kann durch den die Batteriespannung zusammenfällt. In einem zweiten Schritt der Wicklungsoperation wird gemäss der Erfindung die andere Elektrode vor den Beginn der ersten Elektrode angesetzt, so dass beim Wickeln, sollte die Kante der Elektrode den Separator durchstossen, die beiden Elektroden voneinander isoliert bleiben und daher ebenfalls keinen Kurzschluss in diesem

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Gebiet bilden können. Somit kann als erwiesen angesehen werden, dass auch eine Elektrode mit einem Trägerkern in zufriedenstellender Weise als die später eingewickelte Elektrode verwendet werden kann, ohne dass ein interner Kurzschluss auftreten könnte.

Gemäss dem Vorschlag wird eine der Elektroden, bzw. die negative Elektrode wenigstens an ihren beiden Oberflächen durch den Separator bedeckt und das innere Ende des Separators erstreckt sich über das innere Ende dieser negativen Elektrode hinaus. Diese Verlängerung der Elektrode wird vorerst aufgewickelt, so dass keine übermässige Aufwickelkraft auf die negative Elektrode einwirkt. Deshalb kann diese Elektrode auch aus weichem Material hergestellt sein das keine grosse mechanische Festigkeit aufweist wie beispielsweise Lithium, Natrium, s Aluminium oder deren Legierungen.

Gemäss der Erfindung ist das innere Ende der negativen Elektrode weniger durch Material bedeckt als in den herkömmlichen Batterien, deshalb ist die gesamte negative Elektrode bis an ihr innerstes Ende für die Funktion der Batterie verwendbar, io wodurch die Kapazität der Zelle vergrössert wird.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung einer gewickelten Elektrodenanordnung, insbesondere für eine zylindrische nichtwässerige Elektrolytzelle oder für eine zylindrische alkalische Akkumulatorzelle, die durch Wickeln einer Elektrode der einen Polarität, einer Elektrode der entgegengesetzten Polarität und eines Separators zwischen den beiden Elektroden auf einen Wickelkörper gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Elektrode (1) beidseits mit einem.grössere Abmessungen als die Elektrodenflächen aufweisenden Separator (2) bedeckt wird, derart, dass eine Partie (2a) der Separatoren (2) über das eine Ende der genannten Elektrode (1) vorsteht, dass dann die überstehende Partie (2a) in einen Schlitz des Wickelkörpers (3) eingesetzt und auf den Wickelkörper (3) aufgewickelt wird, bis wenigstens eine dem Umfang des Wickelkörpers (3) entsprechende Länge der Partie (2a) aufgewickelt ist, dass danach die andere Elektrode (4) zwischen die Windungen der genannten Partie (2a) eingeführt wird, derart, dass das innere Ende der einen Elektrode (1) hinter das innere Ende der anderen Elektrode (4) zu liegen kommt, dass dann der Wickelkörper (3) gedreht wird, bis damit beide durch die genannten Separatoren (2) voneinander separierten Elektroden (1, 4) auf den Wickelkörper gewickelt sind, und dass schliesslich der Wickelkörper (3) herausgezogen wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erstgenannte Elektrode (1) aus einem weichen Metall besteht das aus der Gruppe enthaltend Lithium, Natrium, Aluminium oder Legierungen dieser drei Elemente ausgewählt ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweitgenannte Elektrode (4) aus einem um einen Kern (4a) geformten aktiven Material besteht.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erstgenannte Elektrode (1) vollständig von einem Separator (2) umgeben ist.

5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (2) entlang seiner Längsränder (2b) ver-schweisst ist.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper (3) mit seinem Schlitz aus zwei Teilen mit je einem halbkreisförmigen Querschnitt gebildet ist, die im Abstand voneinander angeordnet eine wenigstens angenähert zylindrische Mantelfläche bilden.

7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einsetzen der Partie (2a) des Separators (2) in den Schlitz des Wickelkörpers (3), wobei ein erster Teil aus dem Schlitz vorsteht und ein anderer Teil zwischen dem Wickelkörper (3) und der Elektrode (1) verbleibt, die beiden Teile des Separators (2) aufgewickelt werden, derart, dass die Dicke der Partie (2a) des Separators (2) auf der das innere Ende der Elektrode liegt, etwa zweimal so dick ist wie die des andern Teils.

8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am innern Ende der zweiten Elektrode (4) ein Schutzband (5) befestigt ist.