DE2516530C3

DE2516530C3 - Alkalischer Akkumulator mit Wickelelektroden

Info

Publication number: DE2516530C3
Application number: DE2516530A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Dejima; Yuji Morioka
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1974-04-15
Filing date: 1975-04-15
Publication date: 1980-09-11
Also published as: DE2516530B2; DE2516530A1; US3960603A; GB1451302A

Description

Die Erfindung betrifft einen alkalischen Akkumulator mit Wickelelektroden, die durch einen Separator voneinander getrennt sind und von denen der positive Wickel einen leitenden Randabschnitt an der einen und der negative Wickel einen leitenden Randabschnitt an der entgegengesetzten Stirnseite aufweist, sowie Stromabnehmern, die jeweils aus einer Stromabnehmerlasche und einer im wesentlichen die ganze Stirnfläche der jeweiligen Elektrode bedeckenden Metallplatte bestehen, wobei die Metallplatte jeweils auf einer Seite mehrere konvexe Erhebungen aufweist, die durch ein an der Außenfläche der Metallplatte angeordnetes Punktschweißpolpaar leitfähige Schweißverbindungen mit den Randabschnitten der Elektroden bilden.

Aus der DE-AS 12 48 770 ist bereits ein derartiger Akkumulator mit Wickelelektroden bekannt, bei dem die Metallplatten als Polscheiben mit zu den Rändern der Elektroden hin vorstehenden und radial verlaufenden Sicken ausgebildet sind. Dabei werden jedoch die Randabschnitte der Elektroden an den Stellen, an denen sie mit den Sicken verschweißt werden sollen, durch bo einen zusätzlichen Arbeitsschritt zusammengepreßt, bevor sie mit den Sicken verschweißt werden. Durch diesen zusätzlichen Arbeitsschritt ist der bekannte Akkumulator für eine Massenproduktion ungeeignet und er weist auch noch die Nachteile auf, daß sowohl b5 beim Schweißvorgang als auch bei der Stromabnahme Stromverluste auftreten und die Festigkeit der Verbindung zwischen Stromabnehmern und Elektroden aufgrund der kleinen Anzahl von Schweißpunkten nicht ausreichend ist

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, einen Akkumulator der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die Verbindung zwischen Stromabnehmer und Elektrodenrand mit nur geringen Stromverlusten und einer erhöhten Festigkeit herstellbar ist, so daß der Akkumulator wirkungsvoller genutzt werden kann und für eine Massenproduktion geeignet ist

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Metallplatte eine dünne, flexible Platte ist daß die konvexen Erhebungen als Grate von rhombusartigen, in gleicher Richtung verlaufenden öffnungen in der Metallplatte ausgebildet sind, daß das Punktschweißpolpaar in Richtung der kürzeren Diagonale der rhombusartigen öffnungen angeordnet ist und daß die Sttomabnehmerlasche in Richtung der längeren Diagonale der rhombusartigen öffnung verläuft

Durch die dünne, flexible Platte können die Unebenheiten der Randabschnitte der Elektroden ausgeglichen und die Festigkeit der Schweißverbindungen erheblich verbessert werden. Aufgrund der speziellen Ausbildung der öffnungen und der Anordnung des Punktschweißpolpaars kann der Schweißvorgang ohne große Stromverluste durchgeführt werden. Durch die spezielle Anordnung der Stromabnehmerlasche kann die Stromabnahme verbessert werden, da der Widerstand der Metallplatte in Richtung der längeren Diagonaie minimal ist und damit ein großer Strom abgenommen werden kann.

Damit wird ein alkalischer Akkumulator geschaffen, der — wie im nachfolgenden noch mit Bezug auf Tabelle I ausgeführt wird — gegenüber dem Stand der Technik einen niedrigeren inneren Widerstand, einen höheren Nebenschlußstrom, einen größeren Ladungswirkungsgrad bzw. ein besseres Güteverhältnis sowie eine größere Festigkeit der Schweißverbindung aufweist

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Zellenanordnung aus Elektroden und einem Separator mit einem erfindungsgemäßen Stromabnehmer,

Fig.2 im vergrößerten Maßstab eine Ansicht des geschweißten Teiles zwischen dem Stromabnehmer und dem einen Ende der Anordnung, wobei (a) eine Tragwerkplatte, (b) ein gestanztes Metall und (c) ein Drahtgeflecht jeweils als Stromabnehmer zeigt,

F i g. 3 und 4 andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stromabnehmers,

Fig.5 eine vergrößerte und teilweise veränderte Ansicht von F i g. 3.

In F i g. 1 ist mit 1 und 2 die positive und negative Elektrode gekennzeichnet, die jeweils aus einem Metallträger, wie etwa einem gestanzten Metall oder einem Drahtgewebeschirm, und einem darauf befindlichen aufgesinterten feinen Nickelpulver bestehen und mit einem aktiven Material imprägniert sind. Der Separator 3 ist zwischen dem Elektrodenpaar 1 und 2 angeordnet. Der vorspringende Teil 4 einer der Elektroden ist blank und leitfähig. Der Stromabnehmer 5 besteht aus einem eine Vielzahl von konvexen Erhebungen aufweisenden Metallteil. Jede konvexe Erhebung bildet einen Kontanktpunkt mit einem entsprechenden Randteil 4 der Elektroden 1 oder 2.

Da der Stromabnehmer an jedem Kontaktpunkt an die Elektrode angeschweißt ist, garantieren die zahlreichen konvexen Erhebungen eine feste Verbindung.

Wegen der niedrigeren Leitfähigkeit zwischen den Schweißpolen durch das StromabnehmermateriaL wird der Stromverlust beim Schweißprozeß minimisiert, was ein Reihenschweißverfahren ermöglicht, welches ein auf dem Stromabnehmer angeordnetes Schweißpolpaar 6 und 7 verwendet Der benutzte Begriff »Reihenschweißverfahren« kennzeichnet ein Schweißverfahren, welches mindestens zwei Schweißpunkte zur Bildung mindestens eines geschlossenen Kreises herstellt Die niedrigere Leitfähigkeit zwischen den Schweißpolen iu minimisiert den Stromverlust zwischen den Schweißpolen und erlaubt die Verwendung eines runden Stromabnehmers, wie in F i g. 3 gezeigt wird.

Der am Randteil 4 angeschweißte Stromabnehmer 5 besteht aus einem !eitfähigen Material mit zahlreichen konvexen Erhebungen, wie etwa einer Tragwerkplatte, einem Drahtgeflecht, einem Drahtgewebe oder einer gestanzten Metallplatte.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die z. B. aus einem 0,3 mm dünnen Eisenflm bestehende Tragwerkplatte zahlreiche rhombische öffnungen auf. Die öffnungen werden durch ein Preß- und Dehnverfahren ausgebildet, bei dem ein Formpaar mit zahlreichen keilförmigen Schneidkanten verwendet wird.

Wie in F i g. 5 gezeigt ist, ist das Schweißpolpaar 6, 7 entlang der kürzeren Diagonale (A) der rhombischen Öffnungen angeordnet und der Stromabnehmervorsprung 5' erstreckt sich in Richtung der längeren Diagonale (B) der rhombischen öffnungen. Damit kann wegen des minimalen Stromverlustes durch den Stromabnehmer in Richtung (A) ein wirksames Reihenschweißverfahren durchgeführt und wegen des minimalen Widerstandes in Richtung (B) auch eine wirksame Stromabnahme erreicht werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die längere Diagonale des Rhombus eine Länge von A =0,7—0,9 mm und die kürzere Diagonale /₂ = 0,4—0,8 mm auf, mit einem Verhältnis/,//₂ = 3/2.

Diese Konfiguration basiert auf der von den Erfindern gefundenen Tatsache, daß die Leitfähigkeit des Stromabnehmers 5 in Richtung (B) insofern höher

Tabelle

ist als die in Richtung (A), als es sich um den Punktschweißstrom handelt Der längere Stromweg in Richtung (A) um die rhombischen öffnungen herum, verglichen mit dem kürzeren in Richtung (B) erklärt dieses Phänomen.

Die Schweißpunkte zwischen Elektroden und dem Stromabnehmer und ihre Lage kann genauer in den F i g. 2 (a), (b), (c) einer jeden Ausführungsform ersehen werden.

Wie aus jeder Figur zu ersehen ist, berührt der Stromabnehmer 5 die Elektrode mit leichtem Druck. Wie in F i g. 4 gezeigt ist, kann auch eine eine Vielzahl von Vorsprüngen auf ihrer Oberfläche aufweisende leitfähige Metallplatte 5 als Stromabnehmer verwendet werden. Da der elektrische Widerstand des Stromabnehmervorsprungs 5' geringer ist als in den anderen Fällen, ist sie für die Stromabnahme effektiv.

Der Stromabnehmer wird jeweils an die entsprechende Elektrode in der folgenden Art und Weise angeschweißt Eine Grundanordnung wird dadurch gebildet daß beide durch den Separator getrennte Elektroden zu einer festen Rolle oder zu einer Blockform gerollt wet den, wobei die blanken Randteile der Trägerplatten an entgegengesetzten Seiten oder Enden der Anordnung sich von den entsprechenden Elektroden aus nach außen erstrecken. Darauf wird an der Oberseite der Anordnung ein Stromabnehmer einer Tragwerkplatte angeordnet die eine Dicke von 0,3 mm und ein Verhältnis der Löcher zur Gesamtfläche von 20% aufweist Der Schweißstrom von etwa 800 Ampere

wird zweimal für j₍^ bis ^q Sekunden über ein Schweißelektrodenpaar an jeden Arm des Stromabnehmers angelegt, wobei ein Druck von etwa 78,45N/cm² auf den Stromabnehmer ausgeübt wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist liefern die zahlreichen konvexen Erhebungen auf der Oberfläche des Stromabnehmers Punktkontakte mit den entsprechenden Randteilen der Elektrode und damit eine feste Schweißstelle.

Die Tabelle zeigt einen Vergleich zwischen einer erfindungsgemäßen Zelle und den bisher bekannten Zellen.

Innerer Widerstand
Nebenschlußstrom
Kapazität (bei 0,2 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 1 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 2 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 4 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 8 C)

Wirksame Ladung
0,1 CX 8 h (Ladung)
0,2 C(Entladung)

Festigkeit der Schweißverbindung

des Stromabiitiimers

C = Auf die Standardkapazität bezogene Stromstärke.

4 mii	6,5 m< >	8 mti
140,0 A	116,5 A	88,7 A
131OmAh	1324 mAh	1357 mAh
92,3%	90,8%	90,3%
88,5%	83,5%	84,8%
79,9%	78,2%	80,0%
64,3%	60,1%	58,5%
97,0%	95,3%	92,0%

10 kg 3 kg

In der Tabelle stellt A eine erfindungsgemäße Zelle, B eine in der US-PS 37 32 124 geoffenbarte Zelle und C eine Zelle dar. bei der das Stromabnehmerteil auf dem Metallträger durch einen Ausstanzprozeß vor dem Sinterprozeß ausgebildet wird.
Da die jjesamte Oberfläche der Stromabnehmer an

5 6

die Ränder der jeweiligen Elektrode angeschweißt ist, Elektrodenrandes so minimisiert werden, daß c

wird bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Sinterplatte mit mehr aktivem Material imprägnU

innere Widerstand vermindert und die Ladungsge- werden kann. Die Flexibilität des Abnehmers erlau

schwindigkeit erhöht. Außerdem ist die Verbindung große Toleranzen in bezug auf die ungleiche Höhe d

zwischen dem Stromabnehmer und den Elektrodenrän- 5 vorspringenden blanken Teile der Elektrode ui

dem viel fester. vermindert die Fehlerrate im Schweißprozeß.

Da der St-omabnehmer und die Elektrode in einer Es ist leicht verständlich, daß die Erfindung auch a

Punkt-Rand-Verbindung zusammengeschweißt sind, eine Zelle mit abwechselnd aufgeschichteten Elektr

kann zudem die blanke vorspringende Fläche des den anwendbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Alkalischer Akkumulator mit Wickelelektroden, die durch einen Separator voneinander getrennt sind und von denen der positive Wickel einen leitenden Randabschnitt an der einen und der negative Wickel einen leitenden Randabschnitt an der entgegengesetzten Stirnseite aufweist, sowie Stromabnehmern, die jeweils aus einer Stromabnehmerlasche und einer im wesentlichen die ganze Stirnfläche der jeweiligen Elektrode bedeckenden Metallplatte bestehen, wobei die Metallplatte jeweils auf einer Seite mehrere konvexe Erhebungen aufweist, die durch ein an der Außenfläche der Metallplatte angeordnetes Punktschweißpolpaar leitfähige Schweißverbindungen mit den Randabschnitten der Elektroden bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte eine dünne, flexible Platte (5) ist, daß die konvexen Erhebungen als Grate von rhombusartigen, in gleicher Richtung verlaufenden öffnungen in der Metallplatte (5) ausgebildet sind, daß das Punktschweißpolpaar (6,7) in Richtung der kürzeren Diagonale (A) der rhombusartigen öffnungen angeordnet ist und daß die Stromabnehmeriasehe (5') in Richtung der längeren Diagonale (B) der rhombusartigen öffnungen verläuft

2. Alkalischer Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längere Diagonale (h) eine Länge von 0,7 bis 0,9 mm und die kürzere jo Diagonale (h) der rhombusartigen öffnungen eine Länge von 0,4 bis 0,8 mm aufweisen und daß das Verhältnis (hlI₁) der Diagonalen der rhombusartigen öffnungen gleich 3/2 ist.