DD253326A5 - Kadmiumelektrode fuer einen alkaliakkumulator und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kadmiumelektrode fuer einen Alkaliakkumulator und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Sie hat ein Verfahren zur Herstellung einer mit einem Polymer konsolidierten Kadmiumelektrode besonders hoher Porositaet und grosser mechanischer Stabilitaet zum Ziel. Die Porositaet der Elektrode soll zwischen 50 und 70% betragen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein gelbildendes Mittel, Kadmiumoxid und Kadmium in Pulverform, das das aktive Material bildet, und ein karboxyliertes Styrol-Butadien-Kopolymer mit einem Anteil zwischen 0,5 und 3 Gew.-%, bezogen auf das aktive Material, in Wasser mischt, dann die Paste auf einen metallischen Stromkollektor auftraegt, das Ganze trocknet und einer Waermebehandlung bei einer Temperatur von 120 bis 150C waehrend einiger Minuten unterzieht, damit das Polymer vernetzen kann.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kadmiumelektrode für Alkaliakkumulatoren zur Speicherung elektrischer Energie sowie auf die Herstellung einer Kadmiumelektrode hierfür.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Elektroden für Alkaliakkumulatoren werden in der Regel durch Sintern bei hoher Temperatur hergestellt. Für gewisse Anwendungsfälle und aus Gründen billigerer Herstellung hat man auch Kadmiumelektroden hierfür vorgeschlagen, die aus einem metallischen Träger und einer darauf befestigten aktiven Paste bestehen. Die Paste enthält das eigentliche aktive Material und ein Bindemittel, beispielsweise Polytetrafluorethylen. Aufgabe dieses Bindemittels ist es, das aktive Material im industriellen Rahmen ohne Materialverlust manipulieren zu können. Natürlich muß dieses Bindemittel im Elektrolyt stabil sein. Aus der US-Patentschrift 4476205 ist eine derartige Elektrode bekannt, bei der eine Mischung aus Kadmiumoxid und einem Bindemittel vom karboxylierten Styrol-Butadien-Kopolymertyp in Wasser verteilt wird, wobei der Bindemittelanteil zwischen 3,8 und 5% der trockenen Mischung beträgt. Dann trocknet man die Mischung, so daß das Bindemittel teilweise vernetzt. Das so erhaltene Produkt wird nun gemahlen und mit Kadmiummetall in Pulverform gemischt. Schließlich ergibt sich die endgültige Elektrode, indem die pulvrige Mischung auf ein Gitter oder einen Träger aus geprägtem Metall aufgewalzt wird. Um einen ausreichenden mechanischen Halt zu erzielen und um den Zusammenhalt des Pulvers zu erhöhen, der unter der Partiellen Vernetzung des Bindemittels gelitten hat, ist es notwendig, einen sehr großen Druck auf die Pulvermischung auszuüben. Dies hat große Nachteile, da dadurch die Porosität der aktiven Masse ungleichmäßig und sehr niedrig wird, d. h. bei etwa 30% liegt, was für die elektrochemische Formierung der Elektrode, für die Reaktivität des Kadmiums und ganz allgemein für den Betrieb des Akkumulators nachteilig ist.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die Mängel bezüglich der Porosität'zu vermeiden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, beidem sich trotz des Vorhandenseins eines Bindemittels in der aktiven Paste eine Kadmiumelektrode hoher mechanischer und elektrochemischer Qualität ergibt.
Diese Aufgabe wird durch eine Elektrode erreicht, deren Porosität zwischen 50 und 70% liegt.
Wenn es notwendig ist, die Elektrode abschließend zu walzen, dann liegt die Porosität der Elektrode zwischen 45 und 65%.
Der metallene Stromkoilektor ist vorteilhaft ein dünnes, glattes, perforiertes vernickeltes Stahlblech, dessen Löcher einen Durchmesserzwischen 0,1 und 2mm betragen und dessen Lochanteil zwischen 40 und 45% liegt.
Das Verfahren zur Herstell u ng einer durch ei η Polymermaterial konsolidierten Kadmiumelektrode für einen Alkaliakkumulator ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein gelbildendes Mittel, Kadmiumoxid und Kadmium in Pulverform, das das aktive Material bildet, und ein karboxyliertesStyrol-Butadien-Kopolymer in einem Anteil zwischen 0,5 und 3Gew.-%, bezogen auf das aktive Material, in Wasser mischt, daß dann die so erhaltene Paste auf einen metallischen Stromkollektor aufgetragen wird, daß man das Ganze trocknen läßt und während einiger Minuten auf eine Temperatur zwischen 120 und 1500C bringt, so daß das Polymer vernetzen kann.
Der Anteil des gelbildenden Mittels liegt zwischen 0,3 und 3Gew.-%. Die Elektrode kann zusätzlich einer Walzpressung unterzogen werden.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Man mischt folgende Elemente in Wasser:
— aktives Material Kadmiumoxid und Kadmium 92 bis 97%
— Zusätze 3 bis 5%
— gelbildendes Produkt 0,3 bis 3%
— karboxyliertesStyrol-Butadien-Kopolymer 0,5bis3%
Die Zusätze können beispielsweise Kaliumborat oder Polyvinylalkohol, Nickel oder Nickelhydroxid sein.
Das gelbildende Mittel kann Karboxymethylcellulose, Methocel oder Ethylmethylcellulose sein.
Diese Stoffe werden gemischt und geknetet, z. B. in einem Planetarkneter.
Die Viskosität der erhaltenen Paste liegt zwischen 105und 25 · 105 Centipoise.
Der Elektrodenträger ist ein dünnes, glattes, perforiertes vernickeltes Stahlblech, wobei die Löcher einen Durchmesserzwischen 1,1 mrri und 2mm besitzen und der Lochanteil zwischen 40 und 45% beträgt.
Die aktive Masse wird auf beide Seiten des Trägers aufgebracht, indem der Träger durch einen die Paste enthaltenden behälter gezogen wird. Die Dicke des Auftrags wird durch eine Abstreifvorrichtung mit kontrolliertem Abstand vergleichmäßigt.
Das so erhaltene Band wird dann vollständig getrocknet und einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 120 und 1500C während einer Dauer von 1 bis 5 Minuten unterzogen. Diese Behandlung reicht aus, um die Vernetzung des Polymers sicherzustellen.
Man erreicht so eine Elektrode, deren Pososität zwischen 50 und 70% liegt.
Wenn es notwendig ist, die Elektrode abschließend zu walzen, dann erhält man eine Elektrode mit einer Porosität zwischen 45 und 65%, wobei dieser Wert deutlich über der mit bekannten Verfahren erreichbaren Pososität liegt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektroden sind mechanisch sehr widerstandskräftig, was die Stabilität gegenüber Stoßen und Abbröckeln angeht. Dies sind sehr umweltfreundliche Eigenschaften, denn das fein verteilte Metalloxid, das das aktive Material bildet, kann sich während des Umgangs mit den Elektroden nicht freisetzen.
Im Vergleich mit aktiven Pasten ohne Polytetrafluoräthylen erhält man mit der erfindungsgemäßen Elektrode eine um den Faktor 3 bessere Haftung bei Scherversuchen.

Claims (6)

1. Kadmiumelektrode für einen Akkumulator, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Porosität zwischen 50 und 70% aufweist.
2. Kadmiumelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Porosität zwischen 45 und 65% aufweist.
3. Kadmiumelektrode nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Stromkollektor ein dünnes, glattes, perforiertes vernickeltes Stahlblech ist, dessen Löcher einen Durchmeser zwischen 0,1 und 2 mm besitzen und dessen Lochanteil zwischen 40 und 45% liegt.
4. Verfahren zur Herstellung einer Kadmiumelektrode für einen Alkaliakkumulator, dadurch gekennzeichnet, daß man ein gelbildendes Mittel, Kadmiumoxid und Kadmium in Pulverform, das das aktive Material bildet, und ein karboxyliertes Styrol-Butadien-Kopolymer mit einem Anteil von zwischen 0,5 und 3 Gew.-%, bezogen auf das aktive Material, in Wasser mischt, daß dann die so erhaltene Paste auf einen metallischen Stromkollektor aufgebracht wird, und daß map das Ganze dann trocknet und einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 120 und 150 0C während einiger Minuten unterzieht, so daß das Polymer vernetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gelbildende Mittel zwischen 0,3 und 3 Gew.-% Anteil aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Elektrode einer Walzpressung unterzogen wird.
DD87299244A 1985-07-26 1987-01-14 Kadmiumelektrode fuer einen alkaliakkumulator und verfahren zu ihrer herstellung DD253326A5 (de)

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