DE4405863C2

DE4405863C2 - Plate set for a lead accumulator

Info

Publication number: DE4405863C2
Application number: DE4405863A
Authority: DE
Inventors: Wieland Dr Rusch; Werner Lohkamp
Original assignee: VHB INDUSTRIEBATTERIEN GmbH
Current assignee: Lohkamp Werner 67434 Neustadt De; Rusch Wieland Dr 14467 Potsdam De
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1994-02-23
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: DE4405863A1

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.The invention relates to a plate set for a lead accumulator, the positive and ne gative electrode plates with an intermediate separator a stack arrangement form, the separator insert consisting of a zigzag folded band, which alternately encloses the positive and the negative electrodes.

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.The positive and negative plates of an accumulator cell, alternating the polarities placed on top of one another, form a common set of plates. For the mutual isolation of the Plates are inserted between these so-called separators or separators. Because of With their open pore structure, the separators provide the ionic conduction between the plates for sure. If the positive and negative electrodes are connected to the positive and the negative cell pole connected, so after filling the intermediate Clear the circuit with sulfuric acid via a consumer for the purpose of discharging be closed.

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.The plate set design described carries the risk that a side short circuit, ie a direct electron-conducting connection between the plates, can occur due to separators displaced on one side relative to the plates and by so-called side mossing. Side mossing is the formation of a conductivity bridge between the plates by reducing PbO ₂ or PbSO ₄ particles suspended in the acid, which builds up from the negative plate.

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.Edge insulation of the negative electrode prevents side mossing. So z. B. from DE 24 54 824 C2 an electrode plate with a cover sheet on each Known side, where the edges only slightly overlap the electrode outline the cover foils connected by a flat, stiff band and the electrical the edges are closed off by a smooth strip. However, the manufacturing process because of the attachment of the edge strip in the form of a gradually hardening Adhesive is complex and time-consuming.

Umständlich ist auch die Aufnahme der negativen Elektroden in Taschen.It is also cumbersome to put the negative electrodes in pockets.

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.On the other hand, a simpler solution is such as: B. DE 32 09 713 A1, a Band separator, which alternately encloses a positive and a negative plate and extends in a zigzag path through the plate set.

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.A disadvantage of this construction is that the position of the separator at the beginning and at In the end, the more plates it can hold, the more difficult it will be to keep should. If the separator strip is too long, the protrusion makes it difficult to insert the plat set into the vessel; if it is too short, side molding can occur from the end plates broad.

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.There is also a lack of thicker cutting materials of more than approx. 2 mm in thickness necessary flexibility to keep the panel edges sufficiently tight at the 180 ° turns to nestle. There are spreading effects which also result in the insertion of the plates complicate in the cell vessel.

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.DE 33 18 523 A1 describes one method and one Device for assembling battery cell elements known, where there to facilitate the Element assembly the separator sheet with gimmicks or Grooves is provided. This is said to fold be simplified. With this training too an exact folding and a tight fitting of the Scheiderblatt not to the plate edges ensured.

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.The invention is therefore based on the object of a plate set for a lead accumulator Tor according to the generic term stated at the outset, which easily in a Automated battery production can be integrated and in which the separation there are no inherent defects as described above.

Die Aufgabe wird mit einem Plattensatz gelöst, wie er in Patentanspruch 1 definiert ist.The object is achieved with a set of plates as defined in claim 1.

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.Thereafter, a folding tape separator has proven to be a remedy, each at the beginning of the Plate set and in the area of the plate edges, which he in his S-shaped course alternately encloses, is compressed.

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.If you think of the electrodes of the plate set stacked in height, the band must parator start at the bottom of the lowest plate. So that he can over the top plate has the right length, into which too Length tolerances of the folding zones, it is advantageous to use the separator with its compressed by compressing one end on the outside of the first or bottom plate that he should be 10 to 30%, preferably about 15% of its width laps. In any case, the overlap width should be about 20 mm, but at least the dop plate thickness.

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.The creation of the plate set usually begins with the first plate a negative, on the end of the initially flat separator strip with the just mentioned requirement. The strip is then turned 180 ° around the edge of the plate knocked over so that the top of the plate is covered, and then the next plate, a positive, filed. After flipping the strip around its edge and covering its top is followed again by a negative plate, etc. until the separator opens the top of the last placed plate, again a negative, ends.

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.It is advantageous according to the invention if this end of the separator strip also closes is squeezed. The width of the overlap should be at least that for the beginning of the Strips specified dimensions reach the edge insulation even the top plate ensure. However, a larger overlap width is not critical.

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.The sections of the separator strip falling into the areas of the plate edges should according to the invention over a length corresponding to 1.5 times the plate thickness be crowded. With this stipulation, flexible is generally sufficient at the same time the electrode plates can be firmly driven into the separator sheet.

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.In the special case, i.e. H. if particularly thick positive tube plates with a diameter from Z. B. 9 mm and negative grid plates of z. B. 4.5 mm thickness are to be separated and that available separator material is not particularly supple, with the separator Ver sealing zones with alternating widths, but the specified thicknesses Dimensions of the plates can almost correspond, so that there is a in the folding zones optimal adjustment results.

Erfindungsgemäß einsetzbare Separatoren müssen einerseits flexibel, andererseits ohne Wirksamwerden elastischer Rückstellkräfte irreversibel zusammendrückbar sein, wobei ihre mechanische Festigkeit keine Einbuße erleiden darf.Separators that can be used according to the invention must be flexible on the one hand, but without on the other Elastic restoring forces become irreversibly compressible, their mechanical strength must not suffer any loss.

Geeignete Scheidermaterialien sind daher thermoplastische, mikroporöse Kunststoffe, z. B. Polyethylen oder Polypropylen. Dem Kunststoffmaterial können zusätzlich Füllstoffe wie z. B. amorphe Kieselsäure beigemischt werden.Suitable separating materials are therefore thermoplastic, microporous plastics, e.g. B. Polyethylene or polypropylene. Fillers such as e.g. B. amorphous silica.

Anhand einiger Figuren wird der Gegenstand der Erfindung im folgenden näher erläutert.The subject matter of the invention is explained in more detail below with the aid of some figures.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Batteriescheiders aus Polyethylen. Fig. 1 shows the structure of a battery separator made of polyethylene.

Fig. 2 zeigt die Verformung des Batteriescheiders gemäß der Erfindung. Fig. 2 shows the deformation of the battery separator according to the invention.

Fig. 3 zeigt einen Plattensatz mit einem an den Enden und in den Faltungsbereichen zusammengepreßten Bandscheider gemäß der Erfindung. Fig. 3 shows a plate set with a band separator compressed at the ends and in the folding areas according to the invention.

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.According to FIG. 1, the separator 1 has, by means of profile rollers, solid ribs 2 formed integrally from the plastic on the side facing the positive electrode plate, the height of which is greater than the thickness of the separator blade. Smaller ribs 3 , usually only in the form of a ripple, are formed on the back of the separator, with which it lies against the negative electrode plate. Its height is 0.3 mm, while the sheet thickness is 0.6 mm and the height of the large ribs is 1.4 mm, so that there is a total thickness of the cutter of 2.3 mm.

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.The large ribs ensure that on the one hand the contact between the separator and the positive one Plate is limited to a minimum and that on the other hand a need for the acid supply there remains an agile distance between the cutting blade and the electrode. The mutual Ab stood between two large ribs is about 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.The ready-to and present as tape material separator of Fig. 1 of polyethylene having a porosity of about 60% is achieved according to rolls by two calenders 4 was carried out and displayed between these, as shown in Fig. 2, at predetermined length intervals in the later set of plates surround the plate edges, compacted by pressing them together.

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.Steel cylinders with a diameter of 100 mm serve as calender rolls. The pressure force per cylinder length is 50 kN / m. Heated steel cylinders are a great advantage the used. Under pressure and preferably simultaneous exposure to heat, where a rolling temperature of 50 to 70 ° C is favorable, the separator is plastically deformed and compressed to a thickness of 0.5 to 0.7 mm. The result of equalizing "Flat rolling" is an almost total leveling of the rib profile in the area of the front seen fold zones.

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.The feed of the separator belt or the movement drive of the calender and the Time intervals for the pressure between the two steel cylinders are set so that a sufficiently long piece of divider at the end of the last and at the beginning of the new one Plate set is pressed.

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.After the last set of plates has been produced, the pressed separator section is separated in the center, and the remaining section 5 is the beginning of the separator for the new plate set.

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.After further feeds in the direction of the arrow by the length l, corresponding to the width of the electrode plates (e.g. 180 mm), the separator is again pressed over a section 6 of the length b, which according to the invention is 1.5 times the plate thickness should lie. The compression zones created in this way make it possible to guide the separator smoothly around the negative and positive plates when collating the stack of plates and without any disruptive spreading action. It is also easy to insert the set of plates into the cell container.

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.In Fig. 3 a finished set of plates 7 of three negative plates 8 and two positive plates 9 shown with a processed according to the invention separator 1. The figure shows the approach of the separator belt at the beginning of the plate set, namely on the outside of the lowest plate, the area already protected from the separator 5 5 preferably constituting approximately 15% of the total plate width. The separator sections 6 , pressed together by the method according to FIG. 2 and thereby becoming more flexible, come to rest on the edges of the plates, as do parts of the ends 5 .

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.The adaptability of the separator in the Handling areas improved and the risk of side mossing eliminated. In addition, the measure according to the invention makes a decisive contribution to Automation of plate set production.

Claims

1. plate set for a lead accumulator, the positive and negative plate electrodes form a stack arrangement with an intermediate separator, the separator insert consisting of a zigzag-shaped folded band which alternately encloses the positive and negative electrodes, characterized in that the separator belt at the beginning of the plate set and each in the Umschlagsbe range around the plate edges is compressed by compression.

2. Plate set according to claim 1, characterized in that the separator belt on End of the plate set is also compressed by pressing together.

3. Plate set according to claim 1 or 2, characterized in that the separator belt at the beginning of the plate set, the first plate on its outside by 10 to 30% preferably overlapped by approx. 15% of the plate width.

4. Plate set according to claim 3, characterized in that the width of the overlap is about 20 mm.

5. Plate set according to claim 3, characterized in that the width of the overlap corresponds to at least twice the plate thickness.

6. Plate set according to one of claims 1 to 5, characterized in that the compressed length sections of the belt separator in the envelope areas have a width of around 1.5 times the thickness of the board.

7. Plate set according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Sepa rator material is polyethylene.

8. plate set according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Ver Seals of the separator belt by pressing between two cylinder rollers zen are generated.