用于生产电极板的方法和设备、电极板以及可充电电化学电池的制作方法
【专利说明】用于生产电极板的方法和设备、电极板以及可充电电化学电池
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于生产可充电电化学电池的电极板的方法。本发明还涉及一种根据权利要求9所述的用于生产这种电极板的设备、一种根据权利要求10所述的电极板以及一种根据权利要求11所述的可充电电化学电池。
[0002]—般来说，本发明涉及具有板状电池电极的可充电电化学电池领域，该板状电池电极也被称作电极板。这种可充电电化学电池尤其制造为铅酸电池。在此，该酸形成液体电解质。根据可充电电池的实施例，液体电解质可以是游离的或者受限于纤维状材料中。在后一种情况下，这种可充电电池可设计为AGM电池，其中，AGM表示吸附式玻璃纤维隔板(AbsorbentGlassMat)。在这些类型的可充电电池中，至少一部分电极板(通常是正电极板)可由微玻璃纤维隔板覆盖，例如以如下方式，在制造该电极板期间将该电极板包覆于微玻璃纤维隔板内，类似于包装礼物那样。
[0003]对于这些类型的可充电电池，期望在电池首次填充液体电解质时电解质尽可能迅速且均匀地湿润电极板。根据电极板的具体制造技术，电极板吸收电解质的能力会有显著不同。
[0004]因此本发明的目的在于，说明一种用于生产电极板的方法，该电极板展示出尽可能与用于生产所述电极板的制造技术无关的改善的电解质吸收能力。此外，说明一种用于生产电极板的有利的设备、一种电极板以及一种具有这种电极板的可充电电化学电池。
[0005]该目的根据权利要求1通过一种用于生产可充电电化学电池的电极板的方法来实现，该方法具有按如下顺序执行的步骤:
[0006]a)生产基本上平面的铅栅，该铅栅具有多个格栅条和在格栅条之间形成的多个窗格状的凹处，
[0007]b)将活性物质引入该凹处中和/或引到铅栅的格栅条上，
[0008]c)通过对设有活性物质的铅栅进行机械冲击而在活性物质中产生槽状凹痕图案，其中，该凹痕从活性物质的外表面深入其中。
[0009]在此要注意的是，本发明的解决方案包括在活性物质中产生凹痕，其中，这些凹痕从活性物质的外表面深入其中。这种凹痕例如是在活性物质中的裂纹，尤其是压力裂纹或者应力裂纹，或者是通过对设有活性物质的铅栅进行机械冲击而产生的裂缝状凹痕。如下面将更详细说明的，当活性物质已至少轻微地硬化时，能够以特别简单并且容易实现的方式制造裂纹结构。活性物质的“外表面”(凹痕从该外表面深入其中)在此基本上相应于活性物质已被引入凹处中和/或引到铅栅的格栅条上以后活性物质的外表面。
[0010]通过机械冲击产生的槽状凹痕图案可显著改善电极板的电解质吸收能力。正电极板(在其中以冲压工艺生产铅栅)尤其显示出显著改善，因为正电极板还具有相对平滑的活性物质表面。但是，一般而言，本发明对于任何类型的电极板(无论采用何种制造技术)都可以达到改善电解质吸收能力以及电解质更均匀地湿润活性物质的目的。因此本发明有利地也适用于在其中例如通过铸造来生产铅栅的电极板。本发明不仅适用于正电极板，而且也适用于负电极板。因此，本发明尤其能更好地生产在其中电极板相互紧密地按压在电池壳体内的可充电电池。
[0011 ]通过机械冲击产生的凹痕从所述活性物质的外表面深入该活性物质中。由此，凹痕在活性物质的否则会是均匀的表面中形成细裂纹。有利的是，凹痕深入至少0.5至1mm。凹痕也可完全穿透活性物质，即，一直延伸通过到铅栅的铅材料，但并非必须如此。凹痕的深度跨凹痕的长度不必相同，并且在不同的凹痕中深度也可不同。
[0012]槽状凹痕图案可以以不同的方式产生。例如，一种类型的压机可以用于对活性物质进行机械冲击。该压机可已展示出对应于待产生的凹痕的相应凸起结构。当在设有活性物质的电极板的相对侧面上产生槽状凹痕图案时，也可采用两个压机，电极板布置在该两个压机之间。然后，压机朝向彼此相对运动，按压在它们之间的电极板，由此，在电极板的两侧面上产生槽状凹痕图案。
[0013]也可通过使设有活性物质的铅栅变形来产生槽状凹痕图案。这在此可利用所使用的材料(即，铅材料和活性物质材料)的弹性程度不同。尤其，首先膏状的活性物质干燥/硬化，使得至少与更软的铅材料相比，膏状的活性物质变得相对较脆。在设有活性物质的铅栅变形期间，铅材料可容易地跟随变形运动而不受损伤。但是，在此接着发生活性物质的表面结构中的一种断裂，从而将形成期望的裂纹结构，即，活性物质中的槽状凹痕图案。试验已表明，一次或两次来回弯曲设有活性物质的铅栅足以达到产生期望的裂纹结构的目的。
[0014]用于产生槽状凹痕图案的所提及的方法步骤的组合也是有利的。例如通过冲击工具或手工可进行机械冲击。在设有活性物质的铅栅的机械冲击中施加的压力将被调节，以便恰好产生期望的凹痕，而活性物质不脱离铅栅或者铅栅不受损。因为铅栅本身是相对软的并且可变形的，但是活性物质相对较脆，所以当压力被准确设置时铅栅将不受损，而在坚硬的活性物质中将形成裂纹。
[0015]本发明的一种有利的改进方案设置成仅通过设有活性物质的铅栅的变形，仅通过对活性物质进行机械冲击，或者仅通过这些可选方案的组合来实现槽状凹痕图案。这使得槽状凹痕图案能够迅速且有效地产生并且还保持设备成本受到控制。因此用于生产电极板的设备仅需进行较少的、更经济的的变型。
[0016]根据本发明的一种有利的改进方案，在预干燥活性物质期间或在预干燥活性物质之后，或者在固化活性物质期间或在固化活性物质之后，产生槽状凹痕图案。该改进方案具有如下优点，活性物质已略微更硬也更脆，并且因此能够更容易且更迅速地产生期望的裂纹结构。涉及可充电电池的制造的固化指活性物质的最终硬化，如那时在制成的电极板中发现的那样。
[0017]根据本发明的一种有利的改进方案，以圆形剖面轮廓和/或锐边轮廓实现机械冲击。特别地，在使用上述提及的压机时，压机的表面可具有锐边轮廓。使用圆形剖面轮廓具有如下优点，以相对温和的方式产生槽状凹痕图案并且能够更好地避免不希望的对电极板的损伤。尤其避免了活性物质响应于机械冲击而脱离该电极板，例如由于从各个窗格状的凹处中脱落或者被压出。波形轮廓尤其可用于圆形剖面轮廓，例如呈交错的辊带、各个柱形棍或者球体或半球体的形式。
[0018]关于锐边轮廓，锐边轮廓例如可以是刀状或者针状的，例如呈冲孔单元或者刀网的形式。
[0019]根据本发明的一种有利的改进方案，用于对设有活性物质的铅栅进行机械冲击的冲击工具包括辊、圆筒和/或球体和/或半球体，或上压机和下压机，在上压机和下压机之间按压设有活性物质的铅栅。
[0020]根据本发明的一种有利的改进方案，在机械冲击时，设有活性物质的铅栅相对于冲击工具以连续运动的方式运动。在此冲击工具对设有活性物质的铅栅进行机械冲击。因此，可连续地拉动或推动铅栅通过例如构造成呈交错的辊带形式的冲击工具。所述运动也可以是不连续的，从而设有活性物质的铅栅在机械冲击期间静止，并且在机械冲击之前和机械冲击之后相对于冲击工具运动。当上文提及的压机用于引入槽状凹痕图案时这是尤其有利的。在该情况下，待加工的铅栅可被自动驱动到加工站中，压机布置在加工站中，然后操作压机，并且接下来，在压机移开之后将设有槽凹痕图案的铅栅从加工站中移出。
[0021 ]根据本发明的一种有利的改进方案，分别相对于电极板在可充电电化学电池中的安装取向，在根据说明书的该电池的正常位置中，沿电极板的水平延伸方向和/或竖直延伸方向产生凹痕。一般地，水平对齐于电池的底部是根据说明书的该电池的正常位置。凹痕也可沿结合的水平和竖直延伸方向延伸，即，以不同的角度斜对地延伸。
[0022]在此，槽状凹痕图案可形成不规则的网状结构或者规则的结构。各个凹痕可彼此合并，相交或者与其他凹痕分离地延伸。
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