SE463536B - Saett att framstaella ett aggregat av anodenheter samt aemne foer genomfoerande av saettet - Google Patents

Description

is 10 15 20 25 30 as cm m m w 2 eller alkalisk jordmetall och värdmetall kallas kombina- tioner av metallerna i det följande Li/Al. Som alterna- tiv till Al nämns dock speciellt Sn.

Till grund för uppfinningen ligger också problemen att separatorn i en cell med Li/Al-anod, som är spröd och lätt faller sönder, utsättes för tryckvariationer under laddning/urladdning, vilket innebär påfrestningar på separatorn, och att anbringande av en separator i en cell mellan anod och katod, t ex enligt ovan nämnda publikationer, innebär ett extra och därmed kostnadskrä- vande arbetssteg.

Enligt uppfinningen, såsom denna definieras i patent- kraven, åstadkommes en Li/A1-anodenhet in situ i ett flexibelt hölje i form av en åtminstone något elastisk mikroporös hålfiber av plast, som är ägnad att bilda separator i en cell/batteri gentemot en katod. Höljet bildar såväl form för bildning av Li/Al-anodenheten som separator i cell/batteri mellan denna anodenhet och katoden. Tack vare sin flexibilitet och elastiska karaktär kan höljet/separatorn följa med i de volymför- ändringar som äger rum när anodenheten framställes och när den är verksam som elektrod i en cell så att man undgår att anoden faller sönder. I ett batteri bildas anoden av en eller flera eller en mångfald dylika anod- enheter elektriskt förbundna med varandra.

Al-utgângselementet kan innehålla en kärna av en annan metall som inte bildar legering med Li, t ex Cu, vilken kärna bildar strömsamlare i anoden.

Lämpliga separatormaterial eller utgångsmaterial och tekniker för framställning av separatormaterial med ovan specificerad beskaffenhet finns redan på mark- naden. Ett lämpligt separatormaterial är polypropen som under varunamnet Celgard® saluföres av Celanese Corporation. Separatorns porstorlek bör ligga inom om- rådet 0,01-l00 um, helst 0,1-20 pm, innerdiameter 0,005-10 mm, helst 0,05-3 mm - med motsvarande ytter- tvärdimension på Al-utgångselementet - en tjocklek inom området 0,005-5 mm och en porositet på >l0%. Den elektro- 10 15 20 25 30 35 J; (ß (N L1 C ~l C\ 3 kemiska kontakten utföres företrädesvis genom kortslutning av en elektrokemisk cell med Al som elektrod och Li som motelektrod. Man kan dock också välja att på dessa elektroder påtrycka en spänning.

Två utföringsformer av uppfinningen beskrivs nu närmare med hänvisning till bifogade ritningar, där fig l - 3 visar den första utföringsformen och fig 4 - 5 den andra, båda i form av ett aggregat av flera anodenheter. Fig l är en sidovy, fig 2 en tvärsektions- vy, fig 3 en förstorad partialvy, fig 4 en sprängvy och fig 5 en sektionsvy.

Utgångspunkten för sättet i en första utförings- form är en hålfiber innehållande en Al-tråd. En sådan kombination kan framställas genom extrudering av separa- tormaterialet, t ex polypropen, på Al-tråden, med tek- nik som är känd från elkabel- och hålfiberframställnings- området. Al-tråden i kombinationen sättes i elektro- kemisk kontakt med en litiuminnehållande, icke vatten- haltig organisk lösning, med sammansättning t ex enligt US-4 690 840 så, att Al-tråden legeras med litium. Kom- binationen får bilda elektrod i en kortsluten elektro- kemisk cell med Li-motelektrod och med t ex THF-LiCF3SO3 som elektrolyt. Legeringsgraden av Al med Li regleras t ex med tiden som cellen får arbeta i kortslutning.

Det inses att på detta sätt anodenheter med god- tycklig form (rak, spiral, helix, etc) kan åstadkommas, liksom att samtidigt ett aggregat av en mångfald (t ex tiotusentals) anodenheter kan åstadkommas.

Nu beskrivs ett fördelaktigt, platt, gallerformigt anodenhetsaggregat med hänvisning till fig l - 3.

En kombination av termoplastisk hålfiber l och däri befintlig Al-tråd 2 drages i S-slingor mellan två metallskenor 3 (strömskenor), vid vilka Al-tråden fästes med elektrisk kontakt. Detta senare utföres genom att man med högfrekvent växelspänning eller ultraljud förångar hålfiberpartiet i S-krökarna och punktsvetsar Al-trädens på så sätt frilagda S-krök på skenorna 3. Nämnda typ av hålfibermantelborttagning har den extra fördelen 10 15 20 25 30 35 ON C. l (F: (_: ' Û 4 att den också bortskaffar eventuella beläggningar (oxid) på Al-tråden 2, så att den efterföljande punktsvetsningen vid skenan sker med god elektrisk kontakt. Strömskenan belägges utvändigt med någon isolerande lack.

På detta sätt kan godtyckligt långa aggregat av strömskenor/kombinationer av hålfibrer och Al-tråd fram- ställas. Tekniken medger också läggande av hålfiber-Al- kombinationer godtyckligt tätt intill varandra på ström- skenorna.

Den ovan beskrivna processen med elektrokemisk kontakt för framställning av ett Al-Li-anodenhetsaggre- gat kan följa därefter. Flera på så sätt erhållna platta anodenhetsaggregat kan staplas ovanpå varandra, under mellanläggning av katodmaterial, t ex kolpulver, och efter laddning av separatorns porer med elektrolyt, för att bilda ett anodpaket för ett batteri.

I utföringsformen enligt fig 4 och 5 är utgångs- punkten för anodenhetframställningen en skiva 4 av la- minat- eller sandwichkonstruktion av Al-Cu-Al-folier i elektriskt ledande förbindelse med varandra. I skivan 4 utskäres (stansas) remsor med inbördes parallellt avstånd, så att man erhåller en gallerliknande konfigu- ration. De i tvärsektion fyrkantiga gallerstängernas 5 längsgående kanter 5' avrundas sedan, t ex medelst ett stansverktyg. Detta avrundningssteg kan sammanfalla med det förstnämnda stanssteget. På gallerkonfigurationens bredsidor anbringas en mikroporös separatorfilm 6 av termoplast med dimensioner (bredd, längd) större än konfigurationens, så att filmernas 6 kantpartier kan bringas få kontakt med varandra på konfigurationens alla sidor och filmerna 6 kan bringas få kontakt med varandra i utrymmena som efterlämnats av stansningen.

Nämnda kontakter (yt- eller linje) bör vara sådana att filmerna 6 möter varandra i mittplanet av konfigura- tionen någorlunda stram kringslutning av konfigurationen och gallerstängerna. Filmkontaktytorna hopsvetsas sedan t ex med linjesvets, liksom kontaktytorna mellan filmerna 6 och konfigurationens längskantpartier 7, runt om dessa .q 10 15 20 463 5 mellan gallerstängerna med ytsvets. Resultatet återges i fig 5. Sålunda har efter ovan beskrivna steg erhållits ett antal hâlfibrer 8, bildade genom hopsvetsningsopera- tionen på filmerna 6, som var och en innesluter en Al-Cu-Al-stav. Dessa senare är elektriskt ledbart för- bundna med varandra medelst konfigurationens längskant- partier 7, vars alla sidor är hopsvetsade med filmerna så att filmernas porer i dessa områden är tillslutna.

Kantpartierna 7 kan såsom inses bilda strömskenor med genom den ovan beskrivna "påsen" av filmerna sig sträc- kande polskor 7'. Strömskenornas 7 isolering kan åstad- kommas på annat sätt, t ex gneom lackning, neddoppning i gummilösning. Eventuellt kan genombrott göras i det hopsvetsade filmområdet mellan gal1erstängerna/elektrod- enheterna.

Tekniken för överföring av sandwichstavarna 5 inuti de genom hopsvetsningen av filmerna 6 bildade hålfibrerna 8 till Al/Li-legering utföres som ovan genom att dessa stavar 5 via strömskenorna 7, 7' kortslutes med en Li- motelektrod i en Li-innehållande organisk elektrolyt.

Claims (4)

.in 10 15 20 25 30 PATENTKRAV

1. l. Sätt att framställa ett aggregat av anodenheter vars aktiva material består av en legering av en alkali- metall eller alkalisk jordmetall och en värdmetall härför, varvid långsträckta element av värdmetallen inneslutes i hålfibrer av ett mikroporöst, flexibelt, åtminstone något elastiskt och som elektrodseparator lämpat plast- material, vilka hålfibrer väljes ha väsentligen samma tvärdimension som värdmetallelementen har, varpå dessa senare sättes i elektrokemisk kontakt med en organisk lösning av alkalimetallen eller alkaliska jordmetallen och i övrigt av en sådan sammansättning som genom elektro- kemisk reaktion framkallar vandring av alkalimetallen eller alkaliska jordmetallen tvärs genom hålfiberväggen för legering av värdmetallelementet, k ä n n e t e c k - n a t därav, att de långsträckta elementen av värdmetall anordnas i en stegliknande konfiguration så att de inne- slutna i sin hålfiber får bilda stegpinnarna, varvid stegstängerna väljes bestå av ett elektriskt ledande material så att de kan bilda strömskenor och att den elektrokemiska kontakten åstadkommes genom bortledning av ström från strömskenorna.

2. Sätt enligt kravet l, varvid, för nämnda inne- slutning, en värdmetalltråd förses med en påextruderad hålfibermantel, k ä n n e t e c k n a t därav, att värd- metalltråden i hålfibern fästes på strömskenorna genom att kombinationen av hålfiber och innesluten värdmetall- tråd lägges i S-slingor mellan strömskenorna, att hål- fiberpartiet vid S-böjarna bortsmältes/förångas och att de på så sätt frilagda S-böjarna av värdmetallen punktsvetsas på skenorna.

3. Sätt enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att det framtages en skiva av värdmetallen, att remsor utstansas på avstånd från varandra i skivan, att en film av hålfibermaterial lägges på skivans båda I» n l0 463 536 7 storytor, att filmerna hopsvetsas med varandra i hålrum- men som efterlämnats av stansningsoperationen, att kant- partier av skivan isoleras och att dessa kantpartier får bilda strömskenorna.

4. Ämne för genomförande av sättet enligt kravet 3, enligt vilket det framställes ett aggregat av anodenheter vilkas aktiva material består av en legering av en al- kalimetall eller alkalisk jordmetall och en värdmetall härför, k ä n n e t e c k n a t därav, att det har en stegformig konfiguration, där stegpinnarna är bilda- de av en kombination av hålfiber med därav omslutet värdmetallelement, vilka vid sina ändar är elektriskt ledande förbundna med varandra.