DE2358975A1

DE2358975A1 - Verfahren zum abdichten bzw. verbinden einer zusammenfassung von batterieschichten

Info

Publication number: DE2358975A1
Application number: DE2358975A
Authority: DE
Inventors: Kent V Anderson; John M Bilhorn
Original assignee: ESB Inc
Current assignee: ESB Inc
Priority date: 1972-12-07
Filing date: 1973-11-27
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR2210019A1; AU6308373A; NL7316690A; IT1000200B; ATA979873A; AR203093A1; FR2210019B1; BE808193A; US3945853A; JPS4988047A; BR7309388D0; AU473843B2; GB1405817A; CA995745A; DE2358975B2; DE2358975C3; ZA738991B

Description

G 49 111 -su

Firma ESB Incorporated _r 5 Penn Center Plaza, Philadelphia, USA

Verfahren zum Abdichten bzw. Verbinden einer Zusammenfassung von Batterieschichten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abdichten bzw. Verbinden einer Zusammenfassung von sich bewegenden Batterieschichten, wobei die Zusammenfassung eine Schicht mit einer positiven Elektrode längs einer ihrer Seiten und eine andere Schicht mit einer negativen Elektrode längs einer ihrer Seiten aufweist und wobei die positive Elektrode der negativen Elektrode weitgehend gegenüberliegt.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine durchgehende Kette von Batterien durch geeignetes Zusammenfassen einer Reihe von Schichten aufzubauen, von denen jede unterbrochene Elektrodenablagerungen aufweist, und dann eine Abdichtung bzw. Verbindung um jede positive Elektrode und ihre entgegengesetzte negative Elektrode durchzuführen. Beispielhafte Verfahren sind in den US-Patentschriften 3.OO4.O93, 3.OO4.O94 und 3.494.796 beschrieben.

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Bei den vorgeschlagenen Verfahren werden die Abdichtungen bzw. Verbindungen dadurch erzielt, daß die Zusammenfassung der Schichten kontinuierlich über ein Paar von stationären Druckrollen bewegt wird (gemäß den ersten beiden US-Patenten).

Es ist eine vollkommen flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung bzw. Verbindung um jede positive und ihre entgegengesetzte negative Elektrode notwendig. Bei einem Dichtungsfehler kann die Flüssigkeit aus dem Inneren der Batterie austreten, was zu einer verminderten Batteriewirksamkeit und Lebensdauer und möglicherweise zu einer Korrosion der die Batterie umgebenden Teile führt.

Drei mit dem Abdichtungsprozeß verbundene Faktoren, nämlich die Hitze, der Druck und die Zeit, beeinflussen den Grad und daher die Qualität der Abdichtungen. Die Größe des Zeitfaktors kann in einem beträchtlichen Bereich variiert werden, wenn die übrigen zwei Faktoren geeignet eingestellt sind. Jedoch können Abdichtungen höchster Qualität nicht durch Verwendung von stationären Ener gietafeln bzw. -platten (beispielsweise Öruckrollen oder andere Energieübertragungsmechanismen) in Verbindung mit einer kontinuierlichen Bewegung einer Schichtzusammenfassung erzielt werden. Das hängt mit dem Erfordernis einer minimalen'Zeitdauer zusammen, während dere. Wärme und/oder Druck zur Erzielung guter Dichtungen zugeführt werden muß. Diese Minimalzeit übersteigt jedoch die Zeit, während derer mittels der Druckrollen der erwähnten bekannten Verfahren Druck zugeführt wird, was zumindest dann gilt, wenn die zusammengefaßten Schichten mit solchen Geschwindigkeiten bewegt werden, die bei modernen, ökonomischen Produktionsverfahren erforderlich sind.

In der US-Patentanmeldung Serial No. 156.686 ist ein Verfahren zum Aufbau von Batterien beschrieben, bei dem eine Zusammenfassung von Schichten unterbrochene Ablagerungen von positiven und negativen Elektroden enthält. Um die entgegengesetzten Paare von positiven und negativen Elektroden müssen flüssigkeitsundurchlässige Abdichtungen bzw. Verbindungen vorgesehen werden. Es ist erwünscht, daß die Schichtzusammenfassung gemäß der obigen Patent-

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änmeldüng sich kontinuierlich während des größten Teils oder während des ganzen Herstellverfahrens bewegt.

Im US-Patent 3.7ol.69o wurde vorgeschlagen, Flecken oder Bereiche eines Klebemittels von der Form geschlossener Schleifen in ein Batterietrennmaterial zu imprägnieren und dann diese Schleifen in zusammengefaßte Schichten von Batteriematerialien einzufügen, wobei die klebenden Flecken flüssigkeitsundurchlässige Abdichtungen um entgegengesetzte Paare von positiven und negativen Elektroden bilden. Der Vorschlag gemäß dem genannten US-Patent kann in Verbindung mit dem Verfahren aus der genannten Patentanmeldung verwendet werden.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, daß ein Paar von hin und her gehenden Tafeln oder Platten verwendet.werden kann, um das aktive Blattmaterial von Batterieelektrodeh in sich bewegende Gitter oder Netze zu pressen (US-Patent 3.oo3.ol5).

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines-Verfahrens der genannten Art, bei dem die Nachteile bekannter Anordnungen und Verfahren vermieden sind und das sich sehr gut für die automatische Abdichtung auch bei hohen Produktionsraten eignet. , - -

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Verfahren der genannten Art erzielt durch die Schritte eines Bewegens der Zusammenfassung der Batterieschichten, eines Bewegens einer Energietafel bzw. -platte und einer Energieübertragung von der Energietafel oder -platte zu den Schichten in einer Weise und ausreichenden Größe, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zu erzielen. · .

Die Erfindung ermöglicht die Anbringung flüssigkeitsundurchlässiger Abdichtungen um entgegengesetzte positive und negative Batterieelektroden in einer Zusammenfassung von Batterieschichten,wobei den entgegengesetzten Elektroden mit anderen Mitteln und über eiaein längeren Zeitraum als bei herkömmlichen Dr^ckrollen Energie;

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zugeführt wird. Die Abdichtungen werden mittels Energieplatten oder -tafeln erzielt, die sich entweder während der Abdichtung mit der bewegenden Schichtzusammenfassung mitbewegen oder die in Kontakt mit einem kurzzeitig angehaltenen Anteil der Schichtzusammenfassung gebracht werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung bzw. Verbindung bei der Bewegung der Schichtzusammenfassung gebildet. Die Abdichtung wird mittels einer Energietafel bzw. -platte erzielt, die sich in derselben Richtung und mit weitgehend derselben Geschwindigkeit wie die zusammengefaßten Schichten bewegt. Diese Ausführungsform kann entweder kleine Stücke von Schichten und Elektroden aufweisen, die in der beschriebenen Weise zusammengefaßt sind, oder auch kontinuierliche bzw. durchgehende Schichten, längs derer unterbrochene Ablagerungen von Elektroden vorgesehen sind. Wenn durchgehende Schichten mit unterbrochenen Ablagerungen von Elektroden in Bewegung abgedichtet bzw. verbunden werden, werden hierzu zumindest zwei Energietafeln bzw. -platten verwendet, die auf sich längs einer geschlossenen Bahnschleife bewegenden Trägern befestigt sind. Jede der Tafeln oder Platten überträgt Energie auf die Schichten, während sie sich in derselben Richtung und weitgehend mit derselben Geschwindigkeit wie die Schichtzusammenfassung bewegt. Die Position einer Tafel oder Platte in Längsrichtung und in bezug auf eine gegenüberliegende Tafel oder Platte der Bahn ist vorzugsweise einstellbar, um eine Kompensation kleiner Unregelmäßigkeiten in der Lage der Elektrodenablagerungen längs der Schichten zu ermöglichen.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Zusammenfassung von entweder durchgehenden oder einzelnen, getrennten Batterieschichten durch ein zeitweiliges oder kurzzeitiges Anhalten dieser Schichten an einer Abdichtungsstation verbunden oder abgedichtet werden, wobei in dieser Station hin und her gehende Tafeln oder Platten vorgesehen sind, die sich in bezug auf die Schichtzusammenfassung mehr rechtwinklig als in Längsrichtung bewegen.

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In jeder der Ausfuhrungsformen ist es bevorzugt, die Energietafel oder -platte in körperlichen Kontakt mit der Schichtzusammenfassung zu bringen, so daß die Tafel oder Platte den Druck auf die miteinander zu verbindenden bzw. abzudichtenden Bereiche führt. Den Bereichen, wird Wärme zugeführt "und danach wieder abgenommen, während sich die Bereiche noch unter dem Druck der Tafel oder Platte befinden. Der Druck wird vorzugsweise den Schichten über die von den Elektroden eingenommenen Bereiche zugeführt, bevor die Schichten um die Elektroden herum abgedichtet bzw. verbunden werden.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - einen Aufriß zur Darstellung einer Zusammenfassung von Batterieschichten, die sich längs einer Abdichtstation bewegen, wo entgegengesetzte Paare von positiven und negativen Elektroden mit flüssigkeitsdichten Dichtungen oder Abschlüssen versehen werden, und zwar mit ,,Energie-Drucktafeln, die längs einer geschlossenen Schleifenbahn getragen werden,

Figur 2 - einen kontinuierlichen Streifen eines Dichtgrundträgers mit haftenden oder klebenden Flecken, die zur Erzielung der Dichtungen oder Abschlüsse verwendbar sind, wobei ein oder mehrere derartiger Streifen in der Zusammenfassung gemäß Figur 1 enthalten sein können,

Figur 3 - kontinuierliche Batterieschichten in geeigneter Zusammenfassung, und zwar einerseits" Schichten, auf denen sich unterbrochene Ablagerungen von positiven Elektroden befinden, ferner' solche, auf denen unterbrochene Ablagerungen von negativen Elektroden angeordnet sind, und Streifen von Dichtgrundträgern gemäß Figur 2,

Figur 4 - eine Batterie nach Zusammenfassung der Schichten ge-

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maß Figur 3, wobei entgegengesetzte Elektrodenpaare rundherum abgedichtet und ausgeschnitten sind, um aufbaumäßig eine Batterie von den anderen zu trennen,

Figur 5 - einen Querschnitt der Batterie aus Figur 4 gemäß der Linie A-A aus Figur 4, wobei flüssigkeitsundurchlässige Dichtungen in den Bereichen der die Elektroden umgebenden Schichten dargestellt sind,

Figur 6 - einen kontinuierlichen Streifen eines Dichtgrundträger s mit im Abstand angeordneten öffnungen, in die ein zelne Batteriekomponenten eingefügt werden können, wobei dieser Dichtgrundträger in der Zusammenfassung als Ersatz für denjenigen aus Figur 2 verwendbar ist.

Figuren
und 8

Figuren
9A und 9B-

Figur Io
Figur 11
Figur 12

Querschnitte von Batterien, die anders als diejenige aus Figur 5 aufgebaut sind und die jedoch Zusammenfassungen von Schichten aufweisen, in denen Abdichtungen um entgegengesetzte Paare von Elektroden vorgesehen sind,

ein Paar von hin und her gehenden Druckplatten zur Erzeugung von Dichtungen oder Abschlüssen in den Batterieschichten, ferner einen Zwischenspeicher stromaufwärts der Abdichtstation, um eine fortgesetzte Bewegung der stromaufwärts gelegenen Schichtteile und deren Speicherung zu ermöglichen, während die Schichtanteile an der Abdichtstation für den Vorgang des Abdichtens zeitweilig gestoppt werden, wobei Figur 9A die Zusammenfassung der Schichten bei Beginn des Abdichtschrittes darstellt, während Figur 9B die Schichten zu einem späteren Zeitpunkt des Abdichtbetriebes wiedergibt, und zwar mit einer Speicherung der Schichten, die sich stromaufwärts der Abdichtstation angesammelt haben,
eine Energie-Druckplatte,
einen Druckplattenträger und

eine schematische Ansicht zur Darstellung einer Einrichtung, mittels derer die Längsposition einer Druckplatte in bezug auf eine gegenüberliegende und längs

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■--.:. . der geschlossenen Schleifenbahn wandernde Druckplatte eingestellt wird.

Figur 1 zeigt eine Zusammenfassung von kontinuierlichen bzw. durchgehenden Batterieschichten, die sich in Pfeilrichtung zunächst durch eine Abdichtungsmaschine an einer Abdichtstation be-

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wegen. Die Maschine enthält ein Paar von'Bahnen/jeweils in der Form einer geschlossenen Schleife/. Längs jeder Bahn wandert eine Anzahl von Energie-Druckplatten 3oo, die auf Trägern 32o befestigt sind. Die Druckplatten 3oo wandern in derselben Richtung und mit.weitgehend derselben Geschwindigkeit wie die Zusammenfassung der sich durch die Abdichtungsmaschine bewegenden Schichten. Die Druckplatten übertragen Energie auf die Schichten, und zwar in einer solchen Weise und Menge, die zur Erzeugung von flüssigkeitsundurchlässigen Dichtungen um entgegengesetzte Paare von positiven und negativen Elektroden in der Zusammenfassung der Schichten ausreicht. Während die geschlossenen Bahnen an ihren Enden jeweils Führungsrollen bzw. Kettenräder loo aufweisen, be-r finden sich an ihren Außenseiten Heizbereiche Io2. Im rechten Bereich aus Figur 1 schließt sich zwischen den verschiedenen Bahnen ein Kühlbereich Io3 an. In jeder Bahnschleife der Energie-Druckplatten befinden sich einerseits eine Einrichtung zur Zuführung von Energie zu den einzelnen Druckplatten und andererseits eine Einrichtung zum Einstellen der Längsposition einer Druckplatte in bezug auf die gegenüberliegende Druckplatte derselben Schleife,

Figuren 2 und 3 zeigen typische Schichten, die in der Zusammenfassung enthalten sein können. Figur 2 stellt einen durchgehenden Streifen 4o dar, der als Dichtgrundträger bzw. als Träger klebender oder haftender Flecken 41 fungiert, welche zur Abdichtung der Batterien und zum Trennen zwischen positiven und negativen Elektroden der Batterien benutzt werden. Um beiden Zwecken gerecht zu werden, ist der Streifen 4o mit haftenden bzw. klebenden Flekken 41 imprägniert,, von denen jeder die Form einer geschlossenen Schleife aufweist. Die innerhalb dieser geschlossenen Schleifen liegenden Bereiche 42, die nicht mit dem Haftmittel imprägniert sind,· dienen als Trennglieder zwischen den Elektroden in den Bat-'"■■-. .'"■-■ - ■'. ■ ■■■'■■■■· . - 8 -

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terien und bilden Flächen, an denen der Elektrolyt zurückgehalten werden kann.

Figur 3 zeigt die Batterieschichten in geeigneter Zusammenfassung Am Boden der Zusammenfassung befindet sich eine durchgehende Schicht, die eine Folie aus elektrisch leitendem Kunststoff 5o-A und Metall 7o enthält, während an der oberen oder innen gelegenen Seite dieser Schicht unterbrochene Ablagerungen von negativen Elektroden 3o vorgesehen sind. Jede dieser Elektroden 3o ist von den Kanten der Schicht 5o-A abgesetzt, so daß sich ein Bereich dieser Schicht um und außerhalb jeder negativen Elektrode 3a erstreckt. Diese umgebenden Bereiche, die gemäß Figur 3 mit einem Haftmittel lol beschichtet sind, bilden die Stellen, an denen die flüssigkeitsundurchlässigen Dichtungen bzw. Abschlüsse von der Abdichtungsmaschine hergestellt werden.

Oberhalb der zuletzt beschriebenen Schicht befindet sich in der Zusammenfassung gemäß Figur 3 ein Dichtgrundträger 4o der in Figur 2 dargestellten Art. Dieser ist in der Schichtzusammenfassung derart angeordnet und ausgerichtet, daß seine Haftstellen 41 mit den Haftstellen lol der darunter liegenden Schicht zusammenfallen, während die Bereiche 42 innerhalb der Haftstellen .41 über den negativen Elektroden 3o liegen.

Oberhalb der Schicht 4o schließt sich gemäß Figur 3 eine Schicht aus elektrisch leitendem Kunststoff 5o-B an, der eine Kette von Doppelelektroden bildet. An der Unterseite dieser Schicht befinden sich unterbrochene Ablagerungen von positiven Elektroden 2o, die jeweils von den Kanten der Schicht abgesetzt sind, so daß sich ein Bereich der Schicht 5o-B außerhalb jeder positiven Elektrode um diese erstreckt, wobei diese umgebenden Flächen ebqnfalls mit einem Haftmittel beschichtet sein können. Die positiven Elektroden 2o an der Unterseite der Schicht 5o-B sind so angeordnet, daß sie sich oberhalb und weitgehend gegenüber den negativen Elektroden 3o befinden und zu diesen weisen. An der Oberseite der Schicht 5o-B befinden sich unterbrochene Ablagerungen von negativen Elektroden 3o, und zwar jeweils gegenüber den po-

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sitiven Elektroden 2o-an- der anderen Seite der Schicht 5ο-B. Die Oberseite der Schicht 5o-B gleicht daher der Oberseite der Schicht 5o-A.

Oberhalb der Schicht 5o-B folgen in der Schichtzusainmenf assung abwechselnd zusätzliche Schichten von Dichtgrundträgern 4o und E lektr odentr ägerri 5o-C, 5o-D usw., und zwar in'der jeweils ge,-wünschten Anzahl. Die oberste Schicht ist als Gegenstück zur Bodenschicht dergestalt, daß sie eine Folie aus elektrisch leitendem Kunststoff 5o-E und Metall 6o enthält, wobei die untere oder leitende Kunststoffseite dieser folienartigen Schicht unterbrochene Ablagerungen von positiven Elektroden 2o trägt, die direkt über den unterbrochenen und von den unteren Schichten getragenen positiven und negativen Elektroden 2o und 3o angeordnet sind. Ferner befindet sich in Figur 3 ein aufgeprägtes oder eingeschlagenes Registrierzeichen Io4.

Figur 4 zeigt eine Batterie .5 nach dem Zusammenfassen und Verbinden der Schichten aus Figur 3„ wobei entgegengesetzte Paare von Elektroden 2o und 3o rundherum abgedichtet und abgeschnitten sind, um eine Batterie von der anderen zu trennen.

Figur 5 zeigt als Querschnitt der Batterie 5 die flüssigkeitsundurchlässigen Abdichtungen oder Abschlüsse, die nach der vorlie-'genden Erfindung erzielt werden. ~

Figur 6 zeigt einen Dichtgrundträger, der alternativ zu demjenigen aus Figur 2 verwendbar ist. Dieser Dichtgrundträger 4oA, (der den Haf'tstellen 41 des Trägers 4o aus Figur 2 entspricht) weist im Abstand befindliche Öffnungen (entsprechend den Bereichen 42 aus gigur 2) auf, in denen einzelne Batteriekomponenten 4oB befestigt werden können. Diese Komponenten 4 oB' können verwendet werden, um positive und negative Elektroden körperlich voneinander zu trennen und um einen Elektrolyten aufzunehmen. Nach dem Aufbau aus Figur 6 ist es anders als bei demjenigen aus Figur 2 möglich, daß sich das das Haftmittel enthaltende Material von demjenigen unterscheidet, das den Elektrolyten enthält.

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Figur 7 zeigt einen Querschnitt einer Batterie, die derjenigen aus Figur 5 mit dem Unterschied ähnelt, daß sich die Schichten , 4o. zum körperlichen Trennen der Elektroden voneinander und zum Aufnehmen des Elektrolyten nicht außerhalb der Elektroden in die Bereiche erstrecken, wo die flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung vorgenommen wird. Die in Figur 7 dargestellten Dichtungen Io5 werden mit Ringen aus einem Haftmittel erzielt, die sich um die entgegengesetzten Paare der Elektroden erstrecken und diese einschließen. Diese Haftmittelringe können auf die die Elektroden tragenden Schichten 5o-A bis 5o-E in einer entsprechenden Weise wie in Figur 3 aufgeprägt bzw. aufgedruckt werden. Die Schichten 4o, die in Figur 7 als einzelne Stücke und nicht als durchgehende Streifen dargestellt sind, befinden sich in der Zusammenfassung an einem bequemen Punkt etwas stromaufwärts der Abdichtungsstation.

Figur 8 zeigt einen Querschnitt einer Batterie, deren Aufbau sich etwas von demjenigen aus Figur 7 unterscheidet. Gemäß Figur 8 bestehen die Schichten 51-B bis 51-D (entsprechend den Schichten 5o-B bis 5o-D aus Figur 7) aus einem elektrisch nicht leitenden Material, und ein elektrisch leitendes Material 53 ist an beiden Seiten eines jeden nicht leitenden Gliedes 51 angefügt und durch Öffnungen geführt. Die elektrische Leitfähigkeit zwischen der positiven Elektrode 2o einer Zelle und der negativen Elektrode 3o der gegenüberliegenden. Zelle ergibt sich durch das leitende Material 53. Dieses erstreckt sich nicht bis in den Dichtungsbereich am Umfang der Batterie, und die Dichtungen können dadurch hergestellt werden, daß die Schichten 5o-A_y 51-B, 51-C, 51-D und 5o-E direkt miteinander verbunden und abgedichtet werden, und zwar beispielsweise mittels gegenseitiger Verbindung bzw. Abdichtung durch Wärme.

Die in Figur 3 dargestellten Schichten 5o-A bis 5o-E fungieren als Träger für unterbrochene Ablagerungen von Elektroden während der Anordnung der Batterien. Als Alternative können die Schichten 4o, die schon zur Bildung eines Dichtgrundträgers, eines Elektrodentrenners und einer Elektrolytenaufnahme beschrieben sind,

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auch als Träger oder Untergrund dienen, auf dem die Elektroden vor der Batterieanordnung abgelagert sind» Dies gilt dann, wenn die Schichten 4o in der Schichtzusammenfassung als kontinuierliche Streifen oder als kurze, einzelne Stücke eingefügt sind, wobei hinsichtlich der Verwendung eines durchgehenden Trennstreifens in dieser Art auf das US-Patent 3»694„268 verwiesen wird» Unabhängig davon, welche Schicht zum Tragen der Elektroden verwendet wird, ergibt es sich, daß in jeder Zelle einer derartigen Schichtzusammenfassung eine Schicht mit einer positiven Elektrode längs einer ihrer Seiten und eine weitere Schicht mit einer negativen Elektrode längs einer ihrer Seiten (beispielsweise Schicht

5o-A bis 5o-E in Figuren 3, 5 und 7, Schichten 50-A, 51-B, C, D und 5o-E in Figur 8) vorhanden sind«, Die Elektroden sind von den Kanten der Schichten abgesetzt, so daß sich Schichtbereiche außerhalb der Elektroden un diese erstrecken und zur Herstellung von flüssigkeitsundurchlässigen Dichtungen dienen»

Die bisherigen Darstellungen und Beschreibungen bezogen, sictjfauf Elektroden, die von den Kanten der Schichten, auf denen sie abgelagert sind, abgesetzt sind, wobei die die Elektroden umgebenden Bereiche zur Herstellung der flüssigkeitsundurchlässigen Dichtungen dienen» Alternativ können die Dichtungen direkt an der Peri~ pherie der positiven und/oder negativen Elektroden selbst angebracht werden. Wenn beispielsweise die Zusammensetzung der Elektroden dergestalt ist, daß sie von Natur aus porös sind, können die Dichtungen dadurch hergestellt werden, daß ein. Haftmittel zum Eindringen in die .Poren veranläßt wird. Wenn die Elektroden nicht von Natur aus porös sind, beispielsweise bei Blattmaterial negativer Elektroden, können die Dichtungen direkt beispielsweise mittels Haftmaterialien, Wärmedichtmaterialien usw. hergestellt werden. Während die -Figuren die die Elektroden umgebenden Bereiche als die Dichtstellen darstellen, können die Dichtungen auch an der Peripherie und in direktem Kontakt mit den Elektroden selbst erzeugt werden.

Während die dargestellten Zusammenfassungen und Batterien Vielzellenbatterieaufbauten zeigen, ist die Erfindung auch für den

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Aufbau von Einzelzellenbatterien geeignet. Wegen der größeren Anzahl von Schichten bei Vielzellenbatterien ist die Verwendung der vorliegenden Erfindung bei Vielzellenbatterien wichtiger und notwendiger als bei Einzelzellenbatterien, da die zur Erzielung einer zufriedenstellenden, flüssigkeitsundurchlässigen Dichtung erforderliche Abdichtzeit bei Vielzellenbatterien größer als bei Einzelzellenbatterien ist.

Figuren 9A und 9B zeigen, wie die flüssigkeitsundurchlässigen Abdichtungen in einer Zusammenfassung von durchgehenden Schichten mittels Verwendung eines Paares von hin und her gehenden Druckplatten 3oo möglich ist. Die sich in Pfeilrichtung bewegende Schichtzusammenfassung wandert über eine Abdichtungsstation bzw. entsprechende Abdichtungsmaschine, wo ein Anteil der abzudichtenden Schichtzusammenfassung kurzzeitig angehalten wird/ wobei die Teile der Schichtzusammenfassung stromaufwärts der Abdichtstation Io6 entweder ebenfalls kurzzeitig angehalten oder in einer Speicherungseinrichtung Io7 gesammelt werden, wenn sie ihre Bewegung fortsetzen. Der letztgenannte Fall ist in Figuren 9A und 9B dargestellt, wobei gemäß Figur 9A nur eine vergleichsweise kurze Länge der zusammengefaßten Schichten in der Speicheranordnung Io7 zu Beginn des Abdichtungsschrittes vorhanden ist, während gemäß Figur 9B eine größere Länge der Schichten in der Speicheranordnung Io7 am Ende des Abdichtungsbetriebes vorhanden ist. Nach Beendigung des Abdichtungsschrittes gibt die Speicherungseinrichtung stromaufwärts der Abdichtungsstation einen anderen Anteil der Schichtzusammenfassung frei, der dann zur Durchführung der Abdichtung zur Abdichtungsstation I06 geführt wird. Handelsübliche und zur Durchführung der genannten Schritte geeignete Speicherungsrollen ermöglichen auch andere erforderliche Schritte bei der Herstellung von Batterien aus kontinuierlichen, sich bewegenden Streifen stromaufwärts von der Abdichtungsstation, während die zusammengefaßten Schichten an der Abdichtungsstation kurzzeitig angehalten werden. Wenn es erwünscht ist, können zusätzliche Speicherungseinrichtungen in den Produktionsablauf der Batterie stromabwärts von der Abdichtstation eingeschaltet werden, um vorher gespeicherte Längen der Schichtzusammenfassung freizu-

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geben, während der an -der Abdichtungsstation angehaltene Anteil abgedichtet wird.

Zusammenfassungen von einzelnen, durchgehenden Schichten können auch dadurch abgedichtet werden, daß sie an den hin und her gehen den Druckplatten 3oo der in Figuren 9A und 9B dargestellten Abdichtungsmaschine kurzzeitig angehalten -werden.

Figur Io zeigt eine nach der vorliegenden Erfindung verwendbare Energie-Druckplatte 3oo. Diese kann entweder bei der Drehtyp-Maschine aus Figur 1 oder bei der in Figuren 9A und 9B dargestellten Maschine mit hin und her gehenden Druckplatten 3oo verwendet werden. Die in Figur Io dargestellte Druckplatte bzw, Drucktafel 3oo dient zur Erzeugung eines Berührungskontaktes und zur Zuführung von Druck und Wärme auf die sich um die Elektroden der Schichtzusammenfassung erstreckenden Bereiche. Zu diesem Zweck ist die Druckplatte mit einer Oberfläche 3o5 in Form einer geschlossenen Schleife, die die S chichtzüs ammenf as sung berührt,- und mit einem Wärmeübergangssystem 31ο versehen, das die Wärme schnell.und gleichförmig in und von der Oberfläche 3o5 überträgt. Es kann erwünscht sein., ein oder mehrere Nuten in jeder Drücktafel vorzusehen, um ein gesteuertes Ausdrücken der Dichtungsmaterialien, wie beispielsweise der- Haftmittel, zu erzeugen.

Figur 11 zeigt einen .Träger 32o, auf dem eine Drucktafel 3oo befestigt sein kann. Der Träger 32o rollt bzw. läuft längs der Bahn gemäß Figur 1.

Figur 12 zeigt schematisch eine Einrichtung, die die Längsposition einer Drucktafel 3oo in bezug auf eine gegenüberliegende Drucktafel einstellt, welche sich längs der geschlossenen Schleifenbahn bewegt. Eine solche Einstelleinrichtung, die eine genaue Ausrichtung einer jeden Drucktafel 3oo in bezug auf den abzudichtenden Anteil der Schichtzusammenfassung ermöglicht, sorgt für eine Kompensation für kleinere und ungewollte Abweichungen in den erwünschten Längen innerhalb der Schichtzüsammenfassung. Unter Hinweis auf die Figuren 1 und 12 kann die Einstelleinrichtung

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einen Fühler Io8 aufweisen, der am Äußeren der Schichtzusammenfassung erscheinende Registrierzeichen oder -marken lesen bzw. abtasten kann. Wenn sich ein Registrierzeichen I8o nicht genau dort befindet, wo es sich im Hinblick auf die eingreifende Drucktafel 3oo befinden sollte, beeinflußt der Fühler einen Steuerungs und Differentialgeschwindigkeits-Einstellmechanismus, der seinerseits die Rotationsgeschwindigkeit eines Zahn- oder Kettenrades 33o kurzzeitig einstellt. Dieses beschleunigt oder verlangsamt die einzelne Drucktafel 3oo und den Träger 32o, deren Positionen in bezug auf das Registrierzeichen 18o bestimmt werden. Der Fühler, die Steuerung, der Differentialgeschwindigkeits-Einstellmechanismus und das Ketten- oder Zahnrad ermöglichen daher eine Änderung der Lage einer jeden Drucktafel und des dazugehörigen Trägers in bezug auf die Lage einer gegenüberliegenden Drucktafel-Träger-Anordnung innerhalb vorbestimmter Grenzen« Der Drucktafelträger 32o weist Rollenräder 322 (Figur 11) auf, die in Aussparungen im gezahnten Rad 33o eingreifen. Nachdem die Rollen 322 das Rad 33o freigegeben haben, treten sie in die Bahn der Maschine ein, wo sie unter Federbelastung gegen die Schichtzusammenfassung gedrückt werden und wo sie in einer Ebene parallel zur Fortbewegungsrichtung frei geführt werden. Diese freie Bewegung hindert die Drucktafeln an der Ausübung von Kräften, die zu einer Längsverschiebung einer Schicht in bezug auf eine andere Schicht der Schichtzusammenfassung führen können.

Die speziell in Figur 1 dargestellte Maschine verwendet Energie-Druckplatten, die in Berührungskontakt mit der Schichtzusammenfassung von Batterieschichten kommen und die dabei Druck zuführen Die Maschine ist mit einer Einrichtung Io2 zum Erwärmen der Druck tafeln versehen, bevor diese in Berührungskontakt mit der Schicht· Zusammenfassung kommen, wobei beispielsweise ein Heizbereich Io2 mit Bestrahlungslampen verwendet wird. Ferner ist ein Kühlbereich Io3 vorgesehen, an dem die Wärme von der Schichtzusainmenfassung entfernt werden kann. Vorzugsweise wird von den Drucktafeln Wärme an die Schichtbereiche geliefert, die sich außerhalb der Elektroden und um diese erstrecken, während diese Bereiche mittels der Drucktafeln unter Druck gehalten werden. Die Druckausübung auf

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die Schichtzusammenfassung wird vorzugsweise ferner fortgesetzt, wenn die erwärmten Bereiche nachfolgend gekühlt werden. Bei thermoplastischen und durch Wärme erhärtbaren Materialien dürfte sich eine bessere Dichtqualität ergeben/ da die abzudichtenden bzw. zu verbindenden Oberflächen länger der Wärme und dem Druck ausgesetzt werden, als es bei stationären Druckrollen nach dem Stand der Technik möglich ist. Ferner dürfte sich-die,Dichtqualität bei thermoplastischen Materialien weiter verbessern, da die verbundenen Bereiche gekühlt werden, während noch ein Druck auf sie ausgeübt wird. Die exakte und richtige Kombination der durch die Drucktafeln zugeführten Wärme und der Zeit sowie Größe des Drucks ist einem großen Variatiorisbereich unterworfen, der beispielsweise von folgenden Faktoren abhängt; Der Masse und daher dem thermischen Gehalt der· Drucktafeln, der thermischen Leitfähigkeit des Materials der Drucktafeln«, dem körperlichen Aufbau der Drucktafeln, der Anzahl sowie der Dicke und der thermischen Leitfähigkeit der Schichten in der Schichtzusammenfassung, der Natur der beim Abdichten bzw« Verbinden zweier "bestimmter Materialien auftretenden Erscheinung und möglicherweise von anderen Werten. Während es nicht möglich ist, maximale oder minimale. Werte der Temperatur, .der Zeit und des erforderlichen Drucks für die Drucktafeln zur Erzeugung von Abdichtungen in der Schicht-- · Zusammenfassung hoher Qualität anzugeben, ist die Bestimmung eines minimalen relativen Erfordernisses möglich. So müssen die Größe und die Zeitdauer der Wärme- und Druckbeeinflussung größer sein, als es bei der Verwendung herkömmlicher, stationärer Druckrollen erzielbar ist. ' -

Ein direkter Berührungskontakt zwischen den Energie-Drucktafeln und der Schichtzusammenfässung ist nicht bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung notwendig. Beispielsweise müssen Energietafeln in Form dielektrischer Energieplatten, welche die Energie durch Abgabe von Energiewellen auf die/Schichtzusammenfassung übertragen, nicht notwendigerweise die Schichten körperlich berühren. Danach können die zusammengefaßten Schichten gekühlt und gleichzeitig durch einen gesteuerten Luftdruck komprimiert werden. Gleichermaßen ist die Zuführung von Wärme mit- >X -■"'." :' . , ;· "·■■'■ · - 16 -

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tels der Platten auf die Schichtzüsammenfassung nicht in allen Fällen erforderlich, was beispielsweise dann gilt, wenn die Abdichtung mit druckabhängigen Haftmitteln durchgeführt wird. Ferner kann auch ein Ultraschallhorn oder -trichter zur Erzeugung von Wärme in der Schichtzüsammenfassung verwendet werden. Wenn der Schichtzüsammenfassung als Schritt des Abdichtens Wärme zugeführt wird, muß diese nicht notwendigerweise weitgehend oder ganz in einer Richtung rechtwinklig zur oberen und unteren Schicht der Schichtzüsammenfassung zugeführt werden. Die Wärmeenergie kann auch von den Seiten in Ebenen parallel zu den Schichten nach innen geführt werden. Und wenn eine flüssigkeitsundurchlässige Dichtung um den gesamten Umfang entgegengesetzter positiver und negativer Elektroden in den fertigen Batterien erforderlich ist, muß die Dichtung um den gesamten Umfang nicht in einem einzigen Schritt erzeugt werden. So können eine Platte bzw. Tafel und ein Abdichtschritt benutzt werden, um Abdichtungen über die Breite der Schichtzusammenfassung zu erzielen, und zwar an beiden Enden eines Elektrodenpaares, während eine unterschiedliche Platte oder Tafel und ein anderer Schritt zur Erzeugung einer Abdichtung an beiden Seiten in Längsrichtung eines Elektrodenpaares dienen.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können Zusammenfassungen von Batterieschichten vielfältiger Materialien abgedichtet bzw. verbunden werden, die sowohl thermoplastische als auch unter Wärme erhärtende Materialien umfassen. Der Abdichtungsbetrieb kann physikalische und/oder chemische Änderungen in zumindest einigen der Schichten und zumindest auf zeitlicher Basis hervorrufen, oder ein durch ausreichenden Druck begründeter einfacher Benetzungsvorgang kann sich ohne andere physikalische oder ehemische Änderungen einstellen.

Die vorstehend verwendeten Ausdrücke "Dichtung¹, 'abdichten' usw. sind sehr allgemein zu verstehen und beinhalten den Vorgang eines Anheftens, Anklebens oder dergleichen eines Körpers aus einem Material an einen solchen aus einem anderen Material und/oder zweier aneinander haftender Materialkörper, wobei die Bedeutung der genannten Ausdrücke sich nach dem Inhalt richtet,mit dem die

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•Ausdrücke erscheinen.,Abgesehen von den Fällen, wo es tatsächlich erforderlich ist, beinhalten die genannten Ausdrücke nicht das Erfordernis, daß die zwei Materialkörper voneinander unterschiedliche physikalische und/oder chemische Zusammensetzungen vor, während und nach der Abdichtung aufweisen, oder daß die Abdichtung notwendigerweise eine physikalische und/oder "chemische Änderung in allen Fällen auch auf einer zeitlichen Basis erzeugt.

Es kann wünschenswert sein, die Schichtzusammenfassungsbereiche, welche entgegengesetzte Elektrodenpaare überlagern, vor dem Abdichten zusammenzupressen bzw. anzudrücken, entweder um die Elektroden mit einem Elektrolyten zu benetzen und/oder Luft aus der SchichtZusammenfassung auszudrücken. Das Ausdrucken bzw. die Kompression kann durch Kissen erzielt werden, die innerhalb der die Abdichtung erzeugenden Komponenten der Energie-Platten angeordnet sind.

Die nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Batterien können eine große Vielzahl von positiven und negativen Elektrodenmaterialien und einen weiten Bereich elektrochemischer Systeme mit ersten und zweiten Systemen aufweisen. Zwischen den positiven Elektrodenmaterialien befinden sich solche anorganischen Metalloxyde wie Mangandioxyd, Bleidioxyd, Nickeloxyhydroxyd, Quecksilberoxyd und Silberoxyd, anorganische Metallhalogenide wie Silberchlorid und Bleichlorid sowie organische und reduzierbare Materialien wie Dinitrobenzene- und Azodicarbonamide-Verbindungen. Zwischen den negativen Elektrodenmaterialen befinden sich üblicherweise verwendete Metalle wie Zink, Aluminium, Magnesium,

Blei, Kadmium und Eisen. Die vorliegende Erfindung kann Elektrolyten umfassen, die herkömmlich im LeClanche-System (Ammoniumchlor id und/oder Zinkchlorid) benutzt werden,- ferner alkalische Elektrolyten wie Hydroxyde von Kalium, Natrium und/oder Lithium, saure Elektrolyten wie Schwefel- oder Phosphorsäure, ferner nicht wässrige Elektrolyten, wobei die Elektrolyten selbstverständlich so ausgewählt sind, daß sie mit den positiven und negativen Elektroden verträglich sind.

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Unter der großen Vielzahl elektrochemischer Systeme; die bei der Herstellung von Batterien nach der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, befinden sich auch diejenigen, bei denen die positiven Elektroden Mangandioxyd enthalten, während die negativen Elektroden weitgehend eine Säurelösung aus anorganischen Salzen aufweisen. Ein anderes bekanntes System ist das alkalische Mangansystem, bei denen die positiven Elektroden Mangandioxyd und die negativen Elektroden Zink aufweisen, während der Elektrolyt weitgehend eine Lösung aus Kaliumhydroxyd darstellt. Ferner können auch andere wässrige Elektrolytensysteme mit Nickel-Zink, Silber-Zink, Quecksilber-Zink, Quecksilber-Kadmium und Nickel-Kadmium verwendet werden. Auch sind Systeme mit organischen positiven Elektroden und sauren Elektrolyten verwendbar, bei denen wiederaufladbare Systeme unter Verwendung von Azodicarbonamidverbindungselektroden und ein LeClanche-Elektrolyt enthalten sind.

- Patentansprüche -

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Claims

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1.; Verfahren zum Abdichten bzw. Verbinden einer Zusammenfassung von sich bewegenden Batterieschichten, wobei die Züsammenfassung eine Schicht mit einer positiven Elektrode längs einer ihrer Seiten und eine andere Schicht mit einer negativen Elektrode längs einer ihrer Seiten aufweist und wobei die positive Elektrode der negativen Elektrode weitgehend gegenüberliegt, gekennzeichnet durch die Schritte eines Bewegens der Zusammenfassung der Batterieschichten, eines Bewegens einer Energietafel bzw. -platte und einer Energieübertragung von der Energietafel oder -platte zu den Schichten in einer Weise und ausreichenden Größe, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zu erzielen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energietafel oder -platte in derselben Richtung, und mit derselben Geschwindigkeit wie die Batterieschichten bewegt wird, so daß sie in bezug auf das gegenüberliegende Paar von positiven und negativen Elektroden in der Schichtzusammenfassung stationär ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt der Energieübertragung die Energietäfel oder -platte

_ in körperlichen Kontakt mit der Schichtzusammenfassung gebracht wird, so daß die Tafel oder "Platte den miteinander zu verbindenden bzw. abzudichtenden Schichtbereichen Druck zuführt-

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der Tafel oder Platte Wärme auf die miteinander zu verbindenden Schichtbereiche übertragen wird, während diese Bereiche von der Tafel oder Platte unter Druck gehalten werden.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmten Bereiche nachfolgend gekühlt werden, während auf sie noch ein Druck von der Tafel oder Platte ausgeübt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Schichten in von den Elektroden eingenommenen Bereichen Druck zugeführt wird₇ bevor Energie auf die Bereiche dieser zu verbindenden bzw. abzudichtenden Schichten übertragen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei SchichtZusammenfassungen in aufeinanderfolgender Ausrichtung gleichzeitig in derselben Richtung und mit derselben Geschwindigkeit bewegt werden und daß zumindest zwei auf Trägern befestigte Energieplatten bzw. -tafeln längs einer Bahn in Form einer geschlossenen Schleife geführt werden, wobei jede Tafel oder Platte auf die Bereiche der miteinander abzudichtenden Schichten einer Schichtzusammenfassung Energie überträgt, und zwar während sie sich in derselben Richtung und mit weitgehend derselben Geschwindigkeit wie die jeweilige Schichtzusammenfassung bewegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsposition einer Tafel oder Platte in bezug auf eine andere Tafel oder Platte vor der Energieübertragung längs der Bahn eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durchgehende Batterieschichten verwendet werden, wobei jeweils Schichten mit unterbrochenen Ablagerungen von positiven bzw. negativen Elektroden vorgesehen sind, daß diese Zusammenfassung durchgehender Batterieschichten in entsprechender Weise bewegt wird, während zumindest eine Energietafel bzw. -platte in derselben Richtung und mit derselben Geschwindigkeit verschoben wird, während die Energie auf die Bereiche der miteinander zu verbindenden bzw. abzudichtenden Schichten zur Erzeugung einer flüssiqkeitsundurchlässiqen Abdichtung übertragen wird. -21-

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10. Verfahren nach Anspruch 9/ dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Energietafeln bzw. -platten auf Trägern befestigt sind und sich längs einer Bahn in Form einer geschlossenen Schleife bewegen, wobei jede Tafel oder -Platte auf die Bereiche der miteinander zu verbindenden bzw. abzudichtenden Schich ten Energie überträgt, während sie sich in derselben Richtung und weitgehend mit derselben Geschwindigkeit wie die Schichtzusammenfassung bewegt. ■■

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung bzw. Abdichtung um einen Anteil von durchgehenden, zusammengefaßten Batterieschichten erfolgt, wobei die Zusammenfassung eine Schicht mit einem Anteil aufweist, auf dem eine Ablagerung einer positiven Elektrode vorgesehen ist, während eine andere Schicht einen Anteil aufweist, auf dem sich eine Ablagerung einer negativen Elektrode befindet, daß bei der Bewegung der Zusammenfassung von durchgehenden Batterieschichten ein zeitweiliges bzw. kurzzeitiges Anhalten des Anteils der Schichtzusammenfassung an einer Abdichtungsstation durchgeführt wird, daß eine Energietafel bzw. -platte in bezug auf den angehaltenen Anteil in eine solche Lage bewegt wird, daß die Tafel oder Platte Energie auf die Bereiche der angehaltenen Anteile, die das Paar entgegengesetzter Elektroden umgeben-, übertragen kann.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche der Schichten stromaufwärts der Abdichtungsstation ihre Bewegung fortsetzen und in einer Speichereinrichtung gespeichert werden, während die Anteile an der Abdichtungsstation kurzzeitig angehalten werden.·

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusammenfassung von Batterieschichten, enthaltend eine Schicht mit einer Ablagerung einer positiven Elektrode und eine Schicht mit einer Ablagerung einer negativen Elektrode, bewegt und kurzzeitig an einei Abdichtungsstation angehalten wird, während eine Energietafel

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oder -platte in bezug auf die angehaltene Zusammenfassung in eine solche Lage bewegt wird, daß die Tafel oder Platte auf die Bereiche der angehaltenen und miteinander zu verbindenden bzw. abzudichtenden Schichtzusammenfassung Energie übertragen kann.

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