DE69710068T2

DE69710068T2 - Verfahren zur herstellung von gewickelten elektrodenanordnungen

Info

Publication number: DE69710068T2
Application number: DE69710068T
Authority: DE
Inventors: J. Figueira; D. Lindemayer
Original assignee: Duracell Inc USA
Current assignee: Gillette Co LLC
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: CN1221516A; EP0906640B1; JP2000510279A; AU2929197A; HK1018548A1; DE69710068D1; EP0906640A1; JP4233606B2; CN1171332C; TW342538B; ATE212478T1; WO1997043792A1; US5657522A; CA2253805A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft gewickelte Elektrodenanordnungen mit leitfähigen Abgriffen, Verfahren zum Anbringen der leitfähigen Abgriffe an der gewickelten Elektrode und betrifft elektrochemische Zellen, bei denen derartige Anordnungen eingesetzt werden.
Elektrochemische Zellen, bei denen gewickelte Elektrodenanordnungen eingesetzt werden, sind auf dem Gebiet weit verbreitet. Bei vielen dieser Zellenkonstruktionen wird die gewickelte Elektrodenanordnung in ein Verbundgehäuse eingesetzt, das die Funktion der stromleitenden Klemmen für die Zelle übernimmt. Wenn dieser Zellentyp zusammengebaut wird, muss zuerst ein leitfähiger Abgriff an den Elektroden mit Hilfe geeigneter Mittel befestigt werden, wie beispielsweise durch Schweißen.
Zellen, bei denen gewickelte Elektrodenanordnungen eingesetzt werden, können unter Verwendung verschiedener elektrochemischer Systeme hergestellt werden, wie beispielsweise Nickel/Metallhydrid, Nickel/Cadmium, Nickel/Zink u. dgl. Bei Verwendung von Nickel/Metallhydrid-Zellen ist im typischen Fall die negative Elektrode der Nickel/Metallhydrid-Zellen eine Wasserstoff-Speicherelektrode in Form eines Metallhydrids. Die positive Elektrode ist im typischen Fall Nickelhydroxid. Diese Zellen enthalten ebenfalls einen Separator und einen Elektrolyten, wie auf dem Gebiet bekannt ist.
Das positive Elektrodenband ist im Allgemeinen die äußerste Bindung der Elektrode bei NickeI/Metallhydrid-Zellen und verfügt über einen leitfähigen Abgriff, der an einer ausgewählten Fläche des Trägers an dem einen Ende befestigt ist und an dem Zellengehäuse an dem gegenüberliegenden Ende. Vor dem Befestigen des leitfähigen Abgriffes an der Elektrode muß eine ausgewählte Fläche des leitfähigen Trägers von jeglichem aktiven Elektrodenmaterial freigemacht werden. Konventionell erwirkt diese Entfernung mit Hilfe von Verfahren, wie beispielsweise Sandstrahlblasen, Kratzen, Saugen, Ultraschallreinigen u. dgl. Allerdings ist die Anwendung dieser Verfahren vom Träger (Substrat) sowohl hinsichtlich des Wirkungsgrades der Entfernung von aktivem Material von dem Substrat als auch hinsichtlich der Festigkeit der resultierenden Schweißverbindung des leitfähigen Abgriffes an dem Substrat abhängig.
Mit der Entwicklung leitfähiger Träger, die aus Filz, Schaumstoff und anderen brüchigen Substraten gefertigt werden, ist die Aufgabe des Entfernens von aktivem Material von dem Substrat und das Anbringen eines leitfähigen Abgriffs schwieriger geworden. Es sind zahlreiche Verfahren angewendet worden, um das aktive Material von dem Substrat abzubrechen oder zu lösen, wie beispielsweise Ultraschallentfernung von aktivem Material von der gewünschten Fläche, Entfernung von aktivem Material von dem Substrat entlang des gesamten Randes der Elektrode, Anbringen von Abgriffen in der Form eines "T" oder "V" oder "H", um den Abgriffbereich zu verstärken u. v. m.
Obgleich die Entfernung von aktivem Material von der gesamten Länge der Elektrode zum Gesamtwirkungsgrad der Fertigung dieser Zellentypen beiträgt, besteht der gegenwärtige Trend darin, die Kapazität dadurch auf ein Maximum zu bringen, dass so viel aktives Material wie möglich umgesetzt wird, das in der elektrochemischen Zelle vorhanden ist. Es besteht immer noch ein Bedarf nach Verfahren zum Herstellen von gewickelten Elektrodenanordnungen, bei denen im Wesentlichen nur ein geringer Abschnitt des aktiven Materials von den brüchigen Substraten entfernt wird, ohne die Substrate zu schwächen oder zu beschädigen, und bei denen die Anbringung eines leitfähigen Abgriffes auf den so freigemachten Substraten möglich ist.
Die JP-A-62 202 457 offenbart ein gesintertes Metallsubstrat, das aus Nickelfasern hergestellt wird und eine Porosität von 95 Prozent gefüllt mit einer Paste aus aktivem Material hat. Aktives Material wird von den Leitung verbindenden Teilen des Substrats durch Hämmer entfernt, die Nadeln aufweisen. Die Nadeln durchdringen die oberen und unteren Seiten des Substrats, wobei Ultraschallschwingungen aufgebracht werden, um aktives Material von den Nickelfasern in dem Bereich der Nadeldurchdringung zu entfernen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenplatte gewährt, die eine leitfähige Abgrifffläche hat, welches Verfahren die Schritte umfasst:
a. Erzeugen einer Elektrodenplatte durch Beschichten einer exponierten Oberfläche eines leitfähigen, porösen Substrats mit einer Lage vorn aktivem Material;
b. Durchstoßen einer Fläche der Elektrodenplatte mit einander gegenüberliegenden, versetzten Dornenplatten, die über erhöhte Oberflächenstifte verfügen, indem die gegenüberliegenden Dornenplatten auf die Lage aus aktivem Material aufgebracht werden, so dass die erhöhten Oberflächenstifte durch die Lage aus aktivem Material dringen und auch in das darunter liegende Substrat eindringen;
c. Freimachen der resultierenden Fläche von aktivem Material, um ein darunter liegendes, poröses Substrat unter Erzeugung einer leitfähigen Abgriff- Fläche zu exponieren; sowie
d. Anbringen eines leitfähigen Abgriffes an dem exponierten, darunterliegenden, porösen Substrat.
Die vorliegende Erfindung betrifft gewickelte Elektrodenanordnungen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung Elektrodenplatten, die in gewickelten Elektrodenanordnungen verwendet werden und einen daran angebrachten leitfähigen Abgriff haben. Indem die Leitfähige Abgrifffläche einer Elektrodenplatte, die mit aktivem Material beschichtet ist, in der hierin beschriebenen Weise behandelt wird, entfernen die nachfolgenden Schritte der Ultraschallreinigung weitgehend das gesamte in dieser Fläche vorhandene aktive Material. Ultraschallschweißen eines leitfähigen Abgriffes an einer derart behandelten Fläche führt zu einer Elektrodenplatte, die über eine stark zusammenhaltende Abgriffanordnung verfügt.
Der erste Schritt der Erfindung ist ein Schritt des Durchstoßens, bei dem gegenüber befindliche, versetzte Dornenplatten gegen die Elektrodenplatte in der leitfähigen Abgrifffläche gepresst werden. Die Dornenplatten verfügen über erhöhte Oberflächenstifte, die das aktive Material durchdringen und in der behandelten Fläche ein Muster von kleinen Löchern erzeugen. Der nächste Schritt des Freimachens der behandelten Fläche führt zu einer leitfähigen Abgrifffläche, die weitgehend von aktivem Material frei ist. Unter Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung können sodann verschiedene Arten von leitfähigen Abgriffen an der freigemachten Fläche angebracht werden, was zu einer stark zusammenhaltenden Abgriffanordnung führt.
Es ist außerdem festgestellt worden, dass nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Elektroden als gewickelte Anordnungen zur Verwendung in elektrochemischen Zellen leichter zusammenzubauen sind, was auf eine relativ ebene Abgrifffläche zurückzuführen ist. Darüber hinaus erlaubt das Verfahren den Einbau von mehr aktivem Material in die fertige elektrochemische Zelle, was zu einer höheren Kapazität führt.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Elektrodenplatte im Kontakt mit Dornenplatten, die über erhöhte Oberflächenstifte verfügen.
Fig. 2 ist eine Vorderansicht einer Dornenplatte mit erhöhten Oberflächenstiften.
Fig. 2a ist eine Ansicht in auseinander gezogener Darstellung eines erhöhten Oberflächenstiftes einer Dornenplatte.
Fig. 3 ist eine photographische Darstellung, die eine leitfähige Abgrifffläche einer Elektrodenplatte nach einem erfindungsgemäßen Schritt des Durchstoßens zeigt.
Fig. 4 ist eine photographische Darstellung, die eine leitfähige Abgrifffläche einer Elektrodenplatte nach einem erfindungsgemäßen Schritt des Durchstoßens und einer Ultraschallreinigung der resultierenden Fläche zeigt.
Fig. 5 ist eine photographische Darstellung einer Abgrifffläche einer Vergleichselektrodenplatte nach Ultraschallreinigung der Abgrifffläche ohne einen erfindungsgemäßen Schritt des Durchstoßens.
In dem ersten Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird die leitfähige Abgrifffläche einer Elektrodenplatte mit einander gegenüber liegenden, versetzten Dornenplatten durchstoßen, die über erhöhte Oberflächenstifte verfügen. In dem nächsten Schritt wird die resultierende Fläche von aktivem Material freigemacht, um ein darunter liegendes, poröses Substrat, das weitgehend frei ist von aktivem Material, zu exponieren. Sodann wird ein leitfähiger Abgriff an dem exponierten, darunter liegenden, porösen Substrat angebracht.
Verwendbare Substrate bei der Herstellung von positiven Elektroden in elektrochemischen Zellen, die nach der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, schließen jedes beliebige Substrat mit hoher Porosität ein, das über eine geringe mechanische Festigkeit verfügt, wie beispielsweise Schaumstoff, Filz u. dgl. Die Substrate werden mit dem aktiven Material für das gewünschte elektrochemische System beschichtet.
Im Fall der Nickel/Metallhydrid-Zellen weist das aktive Material der positiven Elektrode eine Nickelverbindung oder eine Mischung davon auf, wie beispielsweise Nickelhydroxid. Das aktive Material kann auch andere auf dem Gebiet bekannte Verbindungen enthalten, einschließlich einen Verstärker für die Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kobaltoxid, ein leitfähiges Material, wie beispielsweise Carbonblack, ein Mittel zum Eindicken, ein Bindemittel u. dgl. Die Metallpulver und andere Komponenten werden mit Wasser unter Erzeugung einer nassen Aufschlämmung gemischt, die auf das poröse Substrat nach bekannten Verfahren aufgetragen kann, wie beispielsweise Rakeln, Walzenbeschichten, Spritzbeschichten u. dgl. Das beschichtete Substrat wird sodann getrocknet und einem Kalandrierprozess unterworfen, um eine glatte, gehärtete Elektrodenplatte zu erzeugen, wobei auf dem Gebiet bekannte Maßnahmen zur Anwendung gelangen. Die Enddicke der Elektrodenplatten liegt normalerweise im Bereich von 0,6 bis 0,7 mm, vorzugsweise 0,63 bis 0,67 mm. Die Elektrodenplatten werden sodann auf das gewünschte Maß zur Verwendung in einer elektrochemischen Zelle geschnitten.
Es ist festgestellt worden, dass mit Hilfe des Durchstoßens der leitfähigen Abgrifffläche mit gegenüber liegenden, versetzten Dornenplatten der leitfähige Abgriffbereich weitgehend von aktivem Material freigemacht werden kann, ohne das darunter liegende poröse, brüchige Substrat zu beschädigen. Die Ieitfähige Abgrifffläche, die von aktivem Material freigemacht werden soll, kann etwas größer sein als die Breite des leitfähigen Abgriffs, der an der freigemachten Fläche angebracht werden soll.
Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht einer Elektrodenplatte (1) im Kontakt mit gegenüber liegenden Dornenplatten (2) in dem Schritt des Durchstoßens. Die Elektrodenplatte (1) wird einem Druck von etwa 20 bis 110 psi ((1 psi = 6,89 kPa)) von gegenüber liegenden Dornenplatten (2) ausgesetzt, die über erhöhte Oberflächenstifte (3) verfügen, die in einem Punkt münden. Die erhöhten Oberflächenstifte sind derart versetzt, dass die Spitzen der erhöhten Oberflächenstifte (3), wenn die gegenüber liegenden Dornenplatten die Elektrodenplatte berühren, die Oberfläche des darunter liegenden porösen Substrats durchstoßen, ohne sich untereinander zu berühren. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform durchdringen die erhöhten Oberflächenstifte die Elektrodenplatte bis zu dem darunter liegenden Substrat, ohne jedoch an der gegenüberliegenden Oberfläche der Elektrodenplatte auszutreten.
Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht einer Dornenplatte (2) mit versetzten erhöhten Oberflächenstiften (3). Die Oberflächenstifte sind gegenüber angrenzenden Stiften um einen Abstand (4) und zur nächsten Reihe von Oberflächenstiften um einen Abstand (5) derart versetzt, dass einander gegenüber liegende Oberflächenstifte ein Berühren untereinander vermeiden, wenn sie gegen die Elektrodenplatte gedrückt werden. Wie in Fig. 2a als auseinander gezogene Ansicht einer der Oberflächenstifte gezeigt, sind die Oberflächenstifte vorzugsweise spitzwinklig (6) mit weniger als 20 Grad und vorzugsweise 18 bis 22 Grad gegenüber einer senkrecht zur Grundlinie des Oberflächenstiftes zur Spitze des Oberflächenstiftes gezogenen Linie. Die Oberflächenstifte haben eine Grundlinie (7) von etwa 0,4 mm und eine Höhe (8) von näherungsweise 0,6 mm in Abhängigkeit von der Dicke der Elektrodenplatte. Die Grundlinie und die Höhe der Oberflächenstifte können gegenüber diesen Abmessungen variieren, um eine Beschädigung des darunter liegenden, porösen Substrats zu vermeiden. Beispielsweise können die Stifte, wenn mehrere Stifte mit schmaler Oberfläche verwendet werden, an der gegenüber liegenden Seite der Elektrodenplatte austreten, ohne das darunter liegende poröse Substrat zu beschädigen. Wenn Stifte mit breiterer Oberfläche verwendet werden, sollte die Eindringtiefe der Oberflächenstifte in die Elektrodenplatte derart sein, dass das darunter liegende, poröse Substrat nicht beschädigt wird.
Fig. 3 ist eine photographische Darstellung einer leitfähigen Abgrifffläche einer Elektrodenplatte, die mit dem vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Schritt des Durchstoßens behandelt wurde. Die resultierende Fläche weist kleine Löcher mit diamantförmigen Mustern auf der Oberfläche der Elektrodenplatte auf. In Abhängigkeit vom Substrattyp und der Dicke des aufgebrachten aktiven Materials können ein oder mehrere Schritte des Durchstoßens zur Anwendung gelangen, um eine weitgehende Entfernung von aktivem Material von diesem Bereich während des nächsten Schrittes des Freimachens zur erleichtern.
In dem nächsten Schritt des Verfahrens wird die leitfähige Abgrifffläche unter Anwendung konventioneller Mittel von aktivem Material frei gemacht. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Entfernung des aktiven Materials eine Ultraschallbehandlung angewendet. Es wird angenommen, dass der erfindungsgemäße Schritt des Durchstoßens auch den Umfang der Ultraschalltechnik herabsetzt, der zur weitgehenden Entfernung von aktivem Material von der behandelten Fläche benötigt wird, was zu einer geringeren Beschädigung des darunter liegenden, brüchigen Substrats führt. Die Art der zur Aufbringung von Ultraschall auf die behandelte Fläche angewendeten Anlage variiert und schließt im typischen Fall einen Ultraschalltrichter ein, der entweder über glatte oder erhöhte Oberflächen und einen Amboss mit entweder glatten oder erhöhten Oberflächen verfügt. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verfügt das Ultraschallhorn über eine glatte Oberfläche, und der Amboss besteht aus einem beweglichen Rad mit erhöhten Oberflächen, die diamantförmige abgestumpfte Spitzen aufweisen, um eine Beschädigung des Substrats zu vermeiden. Die im typischen Fall aufgebrachte Ultraschallmenge liegt im Bereich von mindestens etwa 20 kHz bei 100 Prozent Amplitude (näherungsweise eine Energie von 20 kJ) für eine Dauer von etwa 0,5 bis 1,0 Sekunden.
Fig. 4 ist eine photographische Darstellung einer leitfähigen Abgrifffläche, die mit dem erfindungsgemäßen Schritt des Durchstoßens behandelt wurde, gefolgt von einem Ultraschallschritt für das Freimachen und zeigt das darunter liegende, poröse Substrat im Wesentlichen frei von aktivem Material in der leitfähigen Abgrifffläche. Die photographische Darstellung zeigt, das der Zusammenhang des brüchigen Substrats intakt geblieben ist.
Fig. 5 ist eine photographische Darstellung eines Vergleichsverfahrens, wo die leitfähige Abgrifffläche lediglich unter Anwendung von Ultraschall ohne den erfindungsgemäßen Schritt des Durchstoßens freigemacht wurde und zeigt die Beschädigung an den Fasern des darunter liegenden, brüchigen, porösen Substrats. Das Freimachen der leitfähigen Abgrifffläche mit Ultraschall ohne die Anwendung mindestens eines der erfindungsgemäßen Schritte macht die Möglichkeit zunichte, einen leitfähigen Abgriff an der freigemachten, leitfähigen Abgrifffläche des Substrats anzuschweißen.
Nach Entfernung des aktiven Materials von der behandelten Fläche kann ein leitfähiger Abgriff an dem Substrat unter Anwendung des Ultraschallschweißens oder Widerstandschweißens angebracht werden. Der leitfähige Abgriff kann aus Nickel oder nickelplattiertem Stahl sein und kann jede beliebige gewünschte Form haben, wie beispielsweise ein doppellagiger Abgriff (V-Form oder H-Form) oder ein rechteckiger, flacher, einlagiger Abgriff. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein rechteckig geformter, einlagiger Abgriff an dem Substrat unter Anwendung des Ultraschallschweißens angebracht. Das Ultraschallschweißen wird unter Anwendung auf dem Gebiet bekannter Mittel ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt das Ultraschallhorn über erhöhte Oberflächen, und der Amboss hat eine ebene Oberfläche. Um eine Reibschweißnaht zwischen dem Substrat und dem leitfähigen Abgriff zu erzeugen, werden in paralleler Richtung (180 Grad) zu den zu verschweißenden Oberflächen Ultraschallschwingungen bei 20 kHz und 100 Prozent Amplitude mit einem Schweißdruck von etwa 30 psi aufgebracht. In Abhängigkeit vom Typ des zu verwendenden leitfähigen Abgriffes kann die Schweißenergie im Bereich von etwa 18 Joule bei einem einlagigen Abgriff und bis zu etwa 30 bis 45 Joule bei einem doppellagigen Abgriff mit einer Schweißdauer von etwa 0,5 bis 1 Sekunde liegen.
In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein einlagiger, leitfähiger Abgriff an dem freigemachten, brüchigen Substrat unter Verwendung eines Ultraschallhorns angebracht, das über eine erhöhte Oberfläche und einen Amboss verfügt, der eine ebene Olberfläche aufweist. Es ist überraschend, dass ein einlagiger, leitfähiger Abgriff und ein brüchiges Substrat eine zufriedenstellende Reibschweißnaht unter Verwendung eines ebenen Ambosses bilden. Im typischen Fall umfasst das Ultraschallschweißen eines leitfähigen Abgriffes an einem brüchigen Substrat die Verwendung eines doppellagigen, leitfähigen Abgriffes, wie beispielsweise ein H-Abgriff oder V-Abgriff. Dieser Typ der doppellagigen Abgriffe erleichtert die Verwendung sowohl eines Ambosses mit erhöhten Oberflächen als auch eines Ultraschallhorns, das über erhöhte Oberflächen verfügt; da das Substrat sandwichartig zwischen zwei Metallschichten eingebettet ist und sich weder mit dem Ultraschallhorn noch mit dem Amboss im Kontakt befindet. Die Verwendung eines Ambosses, der über erhöhte Oberflächen verfügt, würde die exponierten brüchigen Fasern des Substrats zerstören, wenn ein einlagiger, leitfähiger Abgriff geschweißt wird. Es ist festgestellt worden, dass unter Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung alle Formen von Abgriffen zufriedenstellend mit der leitfähigen Abgrifffläche eines brüchigen, porösen Substrats unter Verwendung eines ebenen Ambosses verschweißt werden können.
Die positive Elektrode, die wie vorstehend beschrieben über einen daran angebrachten leitfähigen Abgriff verfügt, kann sodann unter Anwendung konventioneller Schritte weiter verarbeitet werden. Diese Schritte können die Schaffung eines Stanzloches in dem Abgriff oberhalb des Elektrodenrandes einschließen, um die Flexibilität zu verbessern und die Anbringung des Abgriffes an der Zellenabdeckung zu erleichtern: und/oder Bandbewickeln des leitfähigen Abgriffes und der leitfähigen Abgrifffläche, um der Schweißnaht eine zusätzliche Festigkeit zu sichern und innere Kurzschlüsse zu vermeiden.
Die Möglichkeit zur Verwendung eines einlagigen, leitfähigen Abgriffes gegenüber eines doppellagigen, leitfähigen Abgriffes gewährt Verbesserungen in kommerziellen Herstellungsprozessen, indem eine erhöhte Fläche eliminiert wird, die normalerweise im Zusammenhang mit gewickelten Elektrodenanordnungen auftritt, die über einen doppellagigen Abgriff verfügen (d. h. doppelte Dicke). Die Eliminierung dieser erhöhten Fläche verringert auch die Möglichkeit zu inneren Kurzschlüssen und erlaubt die Verwendung zusätzlicher Lagen von Elektroden, die in die gewickelten Elektrodenanordnungen eingebaut werden.
Mit den folgenden Beispielen werden die Ergebnisse des Ultraschallschweißens und des konventionellen Widerstandschweißens unter Anwendung von Verfahren der vorliegenden Erfindung verglichen. Es werden positive Elektroden durch Nassaufschlämmung der gewünschten Bestandteile (Nickelhydroxid, Kobaltoxid, Gelbildner, Bindemittel und Carbonblack) auf mit Nickel plattierte Schaumstoffsubstrate mit einem Flächengewicht zwischen 320 m²/g bis Etwa 500 m²/g hergestellt, wie beispielsweise Eltec 400-Schaumstoff von der Eltex, Inc. Das beschichtete Substrat wird sodann bei näherungsweise 110º bis 120ºC getrocknet und unter Anwendung von Drücken zwischen etwa 30 bis 40 t unter Erzeugung der positiven Elektrodenplatten kalandriert. Die positiven Elektrodenplatten werden sodann auf die gewünschte Größe geschnitten. Eine Reihe von Elektrodenplatten wird unter Anwendung von einem oder mehreren der Schritte zum Durchstoßen nach der vorliegenden Erfindung hergestellt, um eine behandelte leitfähige Abgrifffläche zu erzeugen. Die leitfähige Abgrifffläche wird sodann unter Anwendung des Freimaehens mit Ultraschall mit Hilfe eines Ultraschallhorns freigemacht, das über glatte Oberfläche und einem beweglichen Radamboss verfügt, der erhöhte Oberflächen aufweist.
Sodann wird ein einlagiger, leitfähiger Abgriff an der freigemachten Fläche unter Anwendung des Ultraschallschweißens angebracht. Das Ultraschallschweißen wird unter Verwendung eines Ultraschallhorns mit erhöhten Oberflächen und einem Amboss ausgeführt, der eine glatte Oberfläche aufweist. Unter Anwendung des konventionellen Widerstandschweißens wird ein doppellagiger, leitfähiger Abgriff an einer zweiten Reihe von Elektrodenplatten angebracht, die entsprechend der vorstehenden Beschreibung hergestellt wurden.
Die Festigkeit der Abgriffschweißungen wird unter Anwendung des Standard-Zugversuches auf Lloyd-Instrumenten, Model LXR, "PuN-Tester", gemessen. Der Test wird ausgeführt, indem das eine Ende der Prüfvorrichtung an den leitfähigen Abgriff eingespannt wird und das andere Ende an der Unterseite der Elektrodenplatte. Die Klemmen werden sodann in entgegengesetzten Richtungen mit einer Geschwindigkeit von 5 mm pro Minute gezogen, bis die Verbindung zwischen dem Abgriff und der Elektrodenplatte die maximale Kraft unmittelbar vor dem Schwächerwerden der Schweißung von leitfähigem Abgriff/Substrat erreicht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Es wurde ein Vergleichsbeispiel unter Verwendung einer Elektrodenplatte ausgeführt, die mit Ultraschall ohne Anwendung eines erfindungsgemäßen Schrittes des Durchstoßens freigemacht wurde. Ein einlagiger, leitfähiger Abgriff konnte nicht mit dieser Elektrodenplatte unter Anwendung des Ultraschallschweißens angeschweißt werden, was auf eine Beschädigung des darunter liegenden Substrats und ein unvollständiges Freimachen von aktivem Material von der leitfähigen Abgrifffläche zurückzuführen ist. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt. Jede Probenbezeichnung stellt ein Mittelwertergebnis von 5 Proben von 5 verschiedenen Chargen unter Anwendung identischer Verarbeitungsschritte dar. Tabelle 1: Zugtest
Die Ergebnisse zeigen eine gleichbleibende Schweißfestigkeit, wenn ein einlagiger, leitfähiger Abgriff unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angebracht worden war. Darüber hinaus liefert das Verfahren der vorliegenden Erfindung Schweißnahtfestigkeiten von einlagigem Abgriff/Substrat, die mit denen vergleichbar sind, bei denen Widerstandschweißungen von doppellagigem Abgriff/Substrat ausgeführt wurden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenplatte für eine gewickelte Elektrodenanordnung mit einer leitfähigen Abgriff-Fläche, umfassend die Schritte:

a. Erzeugen einer Elektrodenplatte durch Beschichten einer exponierten Oberfläche eines leitfähigen, porösen Substrats mit einer Lage von aktivem Material;

b. Durchstoßen einer Fläche der Elektrodenplatte mit einander gegenüberliegenden, versetzten Dornenplatten, die über erhöhte Oberflächenstifte verfügen, indem die gegenüberliegenden Dornenplatten auf die Lage aus aktivem Material aufgebracht werden, so dass die erhöhten Oberflächenstifte durch die Lage aus aktivem Material dringen und auch in das darunter liegende Substrat eindringen;

c. Freimachen der resultierenden Fläche von aktivem Material, um ein darunter liegendes, poröses Substrat unter Erzeugung einer leitfähigen Abgriff- Fläche zu exponieren; sowie

d. Anbringen eines leitfähigen Abgriffes an dem exponierten, darunterliegenden, porösen Substrat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mehr als den einen Schritt des Durchstoßens umfassend.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Freimachens durch Anwenden von Ultraschalltechnik auf die resultierende Fläche erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Ultraschalltechnik mit Hilfe eines Ultraschalltrichters angewendet wird, der über eine glatte Olberfläche verfügt und einen Amboss mit erhöhten Oberflächen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der Amboss ein beweglicher Radamboss ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das exponierte, darunter liegende, poröse Substrat nach dem Schritt des Freimachens im wesentlichen frei ist von aktivem Material.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Anbringens durch Aufbringen von Ultraschall erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei weichem die Ultraschalltechnik über einen Ultraschalltrichter angewendet wird, der über erhöhte Oberflächen verfügt und einen Amboss mit einer ebenen Oberfläche hat.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der leitfähige Abgriff aus Nickel oder mit Nickel plattiertem Stahl gefertigt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der leitfähige Abgriff ein einlagiger leifähiger Abgriff ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der leitfähige Abgriff ein doppellagiger leifähiger Abgriff ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Durchstoßens eines Lochs in dem leitfähige Abgriff.

13. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Sehritt des Bandbewickelns des leitfähigen Abgriffes und der leitfähigen Fläche.