DE3632352C1 - Faserstruktur-Elektrodengeruest aus metallisierten Kunststoffasern mit angeschweisster Stromableiterfahne - Google Patents

Description

Zur Verbindung von Faserstrukturelektrodengerüsten aus me­ tallisierten Kunststoffasern, z. B. aus vernickeltem Poly­ olefin-Filz oder -Fliesstoff ist es bekannt, den Rand des Elektrodengerüstes zu schlitzen, in diesen Schlitz die Strom­ fahne hinein zu schieben und dann das Elektrodengerüst mit der Stromfahne zu verschweißen. Eine solche Möglichkeit ist je­ doch sehr teuer und nur bei kleinen Stückzahlen durchführ­ bar. Bei größeren Stückzahlen wird die Stromfahne auf den galvanisch verstärkten Rand des Faserstruktur-Elektrodengerüstes aufge­ legt und unter Druck mit diesem verschweißt. Die Stromfahne besteht dabei aus einem entsprechend geformten Blech, ins­ besondere aus Nickel oder aus vernickelten Blechen. Beim Verschweißen der Stromfahnen mit den Faserstruktur-Elektro­ dengerüsten drückt sich die Unterkante der Stromfahne in das metallisierte Fasergerüst ein, wodurch eine starke Pressung des metallisierten Faserstruktur-Elektrodengerüstes über den verstärkten Rand hinweg erfolgt. Hierdurch kommt es zu Rissen im metallisierten Elektrodengerüst im Bereich der Schweißung und zu einem geringen tragenden Querschnitt. Dies alles führt zu einer geringen Festigkeit der Schweißverbindung und damit zu Ausschuß bei der weiteren Bearbeitung der umgefüllten Faserstruktur-Elektroden, z. B. dem mechanischen Impräg­ nieren, dem Schweißen von Plattensätzen, dem Separieren und dem Formieren. Ferner leidet die Kapazität von ferti­ gen Batterien, wenn im Betrieb bei einzelnen Platten eine ungenügende Schweißverbindung vorliegt, die bei einer wechselnden Beanspruchung den auftretenden Kräften und Mo­ menten nicht standhält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Faserstruk­ tur-Elektrodengerüst aus metallisierten Kunststoffasern mit verstärktem Rand und mit angeschweißter Stromableiterfahne zu finden, bei dem in unmittelbarer Nähe der Schweißverbin­ dung keine Rißbildung im Faserstruktur-Elektrodengerüst auf­ tritt und bei dem die Schweißverbindung eine hohe Festig­ keit nicht nur bei Zugbeanspruchung, sondern auch in Quer­ richtung aufweist und das es ermöglicht, Elektroden mit günstigen elektrischen Übergangswiderständen und hohen Stand­ zeiten herzustellen, so daß diese auch in Traktionsbatterien eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Faserstruktur-Elektrodengerüst gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Stromfahne ist an der dem Fa­ sergerüst anliegenden Seite mit einer im wesentlichen stu­ fenlos auslaufenden Fase versehen, die einen Winkel von 10° bis 50° mit der Fahne bildet. Die Verschweißung des Faser­ gerüstes liegt im wesentlichen bis 5 mm oberhalb des Beginns der Fase auf dem nicht angefasten Teil der Stromableiterfahne. Da bei der Verschweißung eine starke Erhitzung der Fahne so­ wie des Fasergerüstes erfolgt, kann die Verschweißung in manchen Fällen durchaus in den Bereich der Fase hineinreichen. Bei dem Verschweißen wird das Faserge­ rüst durch den Anpreßdruck der Schweißelektroden im Bereich der Schweißnaht dauerhaft komprimiert. Diese Komprimierung findet vor allem in dem verstärkten Rand des Faserstruktur- Elektrodengerüstes statt, der mechanisch eine höhere Stabi­ lität als der Rest des Elektrodengerüstes aufweist. Die gal­ vanische Verstärkung des Randes ist bekannt und wird durch eine höhere Metallauflage auf den Fasern des Elektrodengerüstes er­ reicht (DE-PS 31 42 091). Ausgehend von der Schweißnaht wird dann bedingt durch die Fase sowie eine entsprechende Ausge­ staltung der Gegenelektrode ein beidseitig etwa symmetrisches Auslaufen auf die volle Stärke des Fasergerüstes erreicht. Da­ durch werden Spannungen im Elektrodengerüst weitgehend vermie­ den. Besonders günstig ist dies für dickere Elektrodengerüste, insbesondere solche mit einer Stärke von 1,5 bis 8 mm. Als Elektrodengerüste Verwendung finden metallisierte Kunststoff­ fasergerüste, insbesonders Filze, Nadelfilze, Vliese und der­ gleichen. Die Metallisierung erfolgt nach den üblichen Tech­ niken, wobei als metallischer Überzug auf den Fasern insbe­ sondere Nickel oder Kupfer Verwendung finden. Die Elektroden­ gerüste werden an dem Rand, an dem die Stromableiterfahne an­ gebracht werden soll, mit einer Randverstärkung versehen, die durch einen stärkeren Metallüberzug auf den einzelnen Fasern erreicht wird. Als Material für die Fasern kommen die auch für textile Fasern geeigneten Kunststoffmaterialien infrage, z.B. Poly­ olefine, Polyamide, Polyacrylnitril usw., sofern sie stabil gegenüber dem Elektrolyten sind, mit dem sie später in Be­ rührung kommen.

In der Abbildung wird schematisch ein Faserstruktur-Elek­ trodengerüst mit angeschweißter Stromableiterfahne gemäß dem Stand der Technik einem erfindungsgemäßen Faserstruktur- Elektrodengerüst gegenüber gestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch eine bisher gebräuchliche Verbindung einer vernickelten Stromfahne mit einem Fasenstruktur-Elektrodengerüst vor dem Schweißen,

Fig. 2 zeigt das Gerüst gemäß Fig. 1 nach dem Schweißen,

Fig. 3 zeigt ein Faserstruktur-Elektrodengerüst mit einer Stromableiterfahne, die angefast ist vor dem Schweißen und

Fig. 4 zeigt das Faserstruktur-Elektrodengerüst gemäß Fig. 3 nach dem Schweißen.

Fig. 1 zeigt die Stromableiterfahne 11, die mit zwei ein­ geprägten Buckelreihen 13 und 13′ versehen ist. Auf die Buckelreihen 13 und 13′ ist das Ende des Faserstruktur- Elektrodengerüsts aufgelegt. In Fig. 2 erkennt man die Schweißelektroden 24 und 25, zwischen denen sich die Strom­ ableiterfahne 21 und das Faserstruktur-Elektrodengerüst 22 befinden. Durch den hohen Anpreßdruck der Schweißelektro­ den 24 und 25 ist der Buckel 13 gemäß Fig. 1 zu dem flacheren Buckel 23 verformt worden. Man erkennt ferner, daß durch die Schweißelektrode 25 die Faserstruktur über eine größere Strecke hinweg stark komprimiert ist. Am Ende 26 der Strom­ ableiterfahne erfolgt eine praktisch übergangslose Quer­ schnittsveränderung, die zu Rissen 27 führen kann. Nach dem Entfernen der Schweißelektroden 25 und 24 bleibt die dargestellte Form von Stromableiterfahne 21 und Faser­ struktur-Elektrodengerüst 22 im wesentlichen bestehen.

Fig. 3 zeigt wiederum eine Stromableiterfahne 31 sowie das Faserstruktur-Elektrodengerüst 32. Die Stromableiterfahne 31 ist mit einer Fase 38 versehen. Die Fase soll einen Winkel von 10° bis 50° mit der Fahne bilden. Wird der Winkel zu klein, so wird die Fase zu lang, was zu einer Verringerung der Kapazität einer entsprechenden Elektrode führt, wird der Fasenwinkel größer als 50°, so wird der Übergang von der komprimierten Zone des Faserstruktur-Elektrodengerüs­ tes zu dem unkomprimierten Teil zu schroff, so daß die Ge­ fahr besteht, daß sich Spannungsrisse wie beim Stand der Technik einstellen. Die Verschweißung findet im wesentlichen auf dem nicht angefasten Teil der Stromableiterfahne 31 statt. Das Faserstruktur-Elektrodengerüst soll zu diesem Zweck bis zu 5, insbesondere etwa 1 bis 3 mm in diesen nicht angefasten Bereich hineinragen. Unterschreitet man den Wert von 1mm wesentlich, so ist eine sichere Verschweißung nicht mehr immer gewährleistet, überschreitet man den Wert von 3 mm, so besteht die Gefahr, daß die Verschweißung auch in nicht verstärkten Rand des Faserstruktur-Elektrodengerüstes stattfindet, was zu einer Festigkeitseinbuße bei der Verbindung führen kann.

Fig. 4 zeigt Stromableiter und Faserstruktur-Elektroden­ gerüst gemäß Fig. 3 nach dem Verschweißen. Man erkennt die Stromableiterfahne 41 und das Faserstrukturelektrodengerüst 42 sowie die untere Schweißelektrode 44 und die obere Schweiß­ elektrode 45. Der stark komprimierte Teil des Faserstruktur- Elektrodengerüstes beschränkt sich auf den dem nicht ange­ fasten Teil der Stromableiterfahne anschließenden Bereich. Ausgehend von der Schweißnaht im nicht angefasten Teil der Stromableiterfahne läuft das Faserstruktur-Elektrodengerüst beidseitig in etwa kontinuierlich auf die volle Stärke aus.

Auf der der Stromableiterfahne abgewandten Seite des Faser­ struktur-Elektrodengerüstes wird das durch eine entsprechen­ de Ausgestaltung der Schweißelektrode erreicht. In der Ab­ bildung ist dieser Übergang durch eine leicht geschwungene Form der oberen Elektrode 45 erreicht. Es ist aber auch möglich, den Übergang stetig, wie z. B. durch die gestrichel­ te Linie 49 dargestellt, verlaufen zu lassen.

Durch diesen allmählichen Übergang von dem stark komprimier­ ten, die Schweißnaht tragenden Teil auf die volle Stärke des Faserstruktur-Elektrodengerüsts wird der verstärkt metalli­ sierte und damit besonders stabile Rand des Faserstruktur- Elektrodengerüstes am meisten belastet und verformt. Auf die davor liegenden Partien wird eine geringere Kraft aus­ geübt, die diese Partie weniger stark verformt, so daß die Verformung des weniger stark metallisierten Faserstruk­ tur-Elektrodengerüstes geringer wird und gegen null läuft. Gegenüber einem herkömmlichen Faserstruktur-Elektrodenge­ rüst mit angeschweißter Stromableiterfahne erhöht sich bei dem gefundenen Faserstruktur-Elektrodengerüst, bei dem die Stromableiterfahne eine Fase hat, die Festigkeit der Ver­ bindung im Übergangsbereich um über 60%. Damit sinken auch die Ausschußzahlen und eine derart ausgebildete Faserstruk­ tur-Elektrode ist dann nicht nur im stationären Anwendungs­ fall, sondern auch bei Traktionsbatterien gefahrlos einsetz­ bar. Durch das kontinuierliche Auslaufen des Elektrodenge­ rüstes vom stark komprimierten Zustand an der Schweißstelle auf die Sollstärke infolge der angefasten Stromableiterfahne sind auch die Spannungsspitzen geringer und die Hochstrom­ belastbarkeit mit solchen Elektrodengerüsten ausge­ rüsteten Batteriezellen besser.

Claims (2)

1. Faserstruktur-Elektrodengerüst aus metallisierten Kunst­ stoffasern mit verstärktem Rand und mit angeschweißter Strom­ ableiterfahne, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableiterfahne an der dem Fasergerüst anliegenden Seite mit einer im wesentlichen stufenlos auslaufenden Fase versehen ist, die einen Winkel von 10° bis 50° mit der Fahne bildet, daß die Verschweißung des Fasergerüstes im wesentlichen auf dem nicht angefasten Teil der Stromableiterfahne bis 5 mm oberhalb des Beginns der Fase vorgenommen ist und daß das Fasergerüst im Bereich der Schweißnaht komprimiert ist und von der Schweißnaht ausgehend beidseitig etwa kon­ tinuierlich auf die volle Stärke ausläuft.

2. Faserstruktur-Elektrodengerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergerüst eine Stärke von 1,5 bis 8 mm besitzt.