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Galvanisches Primärelement und Verfahren zu dessen Herstellung
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kommt, die in einen saugfähigen Separator eingepackt ist und tiber diese eingepackte Anode eine zweite
Lage der elektrolytnassen Depolarisationsmasse aufgebracht wird, worauf ein anderer Teil des Mehrschicht- körpers über diese zweite Lage der Depolarisationsmasse angeordnet wird, derart, dass der innen liegende
Kathodenkollektor mit dieser zweiten Lage in Kontakt kommt und die zusammentreffenden Kanten des
Schichtkörpers am Umfang der Zelle dicht miteinander verbunden werden.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläu- tert. In den Zeichnungen zeigen Fig. l ein erfindungsgemäss ausgebildetes Element im Vertikalschnitt,
Fig. 2 die Bestandteile einer erfindungsgemäss hergestellten Umhüllung eines Elementes in auseinander- genommenem Zustand, Fig. 3 den eine Umhüllung bildenden erfindungsgemässen Schichtkörper in einer
Draufsicht, teilweise weggebrochen, Fig. 4 ein einzelnes erfindungsgemäss hergestelltes Element in einer isometrischen Darstellung, Fig. 5 eine schematische Darstellung der Montage von flachen Elementen nach dem erfindungsgemässen Verfahren, Fig. 6 im Vertikalschnitt eine abgeänderte Ausführungsform der in
Fig. 1 dargestellten Zelle und Fig.
7 in einer Anzahl von Stufen eine Art der Montage einer erfindungsge- mässen Zelle.
Das Verfahren zur Herstellung von flachen Trockenelementen, das eine kontinuierliche Erzeugung derartiger Elemente ermöglicht, sei zunächst kurz beschrieben. Auf einer Bahn oder einem Streifen aus nichtleitendem, folienartigem Umhüllungsmaterial werden quergerichtete Segmente aus folienartigem
Kathodenkollektormaterial iu solchen Abständen angeordnet, dass genügend Raum für die Abdichtung zwischen den Elementen vorhanden ist. Diese Segmente werden am Rand mit der Umhüllungsfolie dicht verbunden, zweckmässig verschweisst, so dass ein Schichtkörper entsteht. Zwischen dem Kathodenkollek- tormaterial und der UmhUllungsfolie wird vorzugsweise ein Streifen aus elektrisch leitender Folie, bei- spielsweise aus Aluminium eingesetzt. An aufeinanderfolgenden Stellen werden die andern Teile des Ele- mentes angebracht.
Zuerst wird ein Kuchen aus elektrolytnasser Depolarisationsmasse mit einem Teil des
Kathodenkollektormaterials in Berührung gebracht. Dann wird eine Anode angebracht, die mit einem Se- parator versehen ist. Vorzugsweise wird noch ein zweiter Kuchen aus Depolarisationsmasse vorgesehen.
Wenn alle Teile des Elementes an Ort und Stelle sind, wird der Schichtkörper so gefaltet, dass der von den andern Teilen des Elements nicht bedeckte Teil des Kollektormaterials mit dem obersten Teil des
Elements in Berührung kommt. Die Ränder der das Element umhüllenden Folie werden dann d. cht mit- einander verbunden, vorzugsweise geschweisst, so dass das fertige Element von einer Umhüllung aus elek- trisch nichtleitendem Material umschlossen ist.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein erfindungsgemäss hergestelltes Element. Es enthält eine leitenae Me- tallfolie 10 zwischen Schichtkörperlagen aus feuchtigkeitsundurchlässiger Umhüllungsfolie 12 und dem Käthodenkollektor 16. Die Folie 12 hat eine Öffnung 14, die zu dem Foliensegment 10 führt und durch die ein Kontakt mit der Folie 10 hergestellt werden kann. In dem Schichtkörper ist eine Anode 20 eingeschlossen, die in der Separatorfolie 19 eingehüllt und an der eine Zuleitung 22 angebracht ist. Auf beiden Seiten der Anode ist je ein Kuchen aus elektrolytnasser Depolarisationsmasse 18 bzw. 24 vorgesehen.
Die mit einer elektrischenlsolierung 23 versehene Zuleitung 22 ist an der Stelle, an der sie an der Anode 20 angebracht ist, von Dichtungsmaterial 21 umgeben. Das Material des Separators 19 bildet eine Scheide zwischen der Zuleitung 22 und den Kuchen 18 und 24. Die Umhüllungsfolie 12 bildet die äussere Umhallung der Zelle und umschliesst diese vollständig. Die Ränder der Folie 12 sind um den ganzen Umfang der Zelle herum dicht miteinander verbunden, vorzugsweise verschweisst, wie am besten in Fig. 4 bei 26 dargestellt ist. Die isolierte Zuleitung 22 ragt, wie dargestellt, aus der Dichtungsnaht heraus.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der Kathodenkollektor 16 etwas grösser ist als die leitende Folie 10 und diese genügend überlappt, um eine Verbindung des Kathodenkollektors 16 mit der Umhüllungsfolie 12 beispielsweise durch Verschweissen oder mit Hilfe eines druckempfindlichen Klebstoffes zu ermöglichen, so dass der Schichtkörper die Folie 10 umschliesst, ohne mit dieser oder durch diese verbunden zu sein.
Fig. 5 zeigt die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf die Massenerzeugung. Die Um- hilllungsfolle 12 hat die Form eines endlosen Streifens und ist in regelmässigen Abständen mit den Öffnungen 14 versehen. In Fig. 5 sind diese Öffnungen abwechselnd auf der einen und der andern Seite des Elements dargestellt. Diese Anordnung ermöglicht den Zusammenbau der Elemente zu einer Batterie in Reihenschaltung, ohne dass der Streifen auseinandergeschnitten zu werden braucht. Die Öffnungen können aber auch so angeordnet werden, dass sie den Zusammenbau der Elemente zu einer Batterie in Parallelschaltung oder in Gruppenschaltung erleichtern.
Die leitenden Foliensegmente 10 werden quer zur Längsrichtung der Folie 12 derart auf diese gelegt, dass sie durch die Öffnung 14 zugänglich sind. Das biegsame Material des Kathodenkollektors 16 wird auf die Folie 10, diese überlappend, gelegt und wird zweckmässig unter Einwirkung von Wärme und Druck am
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Rand mit der Umhüllungsfolie 12 dicht verbunden, so dass ein Schichtkörper entsteht. Auf beiden Seiten der mit einer isolierten Zuleitung 22 versehenen Anode 20 sind Kuchen 18 bzw. 24 aus Depolarisations- masse angeordnet, von der die Anode durch Separatormaterial 19 getrennt ist. Diese Anordnung wird etwa auf die Hälfte des Kathodenkollektors 16 aufgesetzt.
Der Rest des aus dem Kathodenkollektor und der Um- hüllungsfolie bestehenden Schichtkörpers wird dann um diese Anordnung herumgelegt und zweckmässig um den Umfang des Schichtkörpers herum, beispielsweise durch Schweissung, dicht mit dem nicht umgeleg- ten Teil des Schichtkörpers verbunden, so dass eine feuchtigkeitsdichte Umhüllung erhalten wird, welche das Element vollständig umschliesst. Die isolierte Zuleitung 22 wird an ihrer Berührungsstelle mit der Ano- de mit einem feuchtigkeitsdichten Dichtungsmaterial 21, wie z. B. Vinylharzklebstoff oder Asphalt, be- deckt. An der Stelle, an welcher der isolierte Zuleitungsdraht 22 die Umhüllung durchsetzt, ist der Schicht- körper dicht mit dem Isoliermaterial 23 verbunden, um einen feuchtigkeitsdichten Abschluss um die gan- ze Zelle herum zu gewährleisten.
Nach vierzehntätiger Lagerung wurden Spannungsprüfungen an Stapeln von Zellen bekannter Ausfüh- rung und Stapeln von erfindungsgemäss hergestellten Zellen vorgenommen. Es ist anzunehmen, dass die
Häufigkeit des Auftretens von unternormalen Spannungswerten nach einer Lagerungszeit eine angemessen gute Anzeige der Häufigkeit des Auftretens von einzelnen Zellen ist, die nicht vollständig abgedichtet sind und grosse Mengen Feuchtigkeit verloren haben. Derartige Prüfungen wurden an Stapeln von mehr als 10000 Zellen durchgeführt und zeigten, dass erfindungsgemäss die Häufigkeit des Auftretens von ungenü- gend abgedichteten Zellen gegenüber der bekannten Konstruktion auf weniger als ein Viertel herabgesetzt worden war.
Ausser dieser hervorragenden Qualitätsverbesserung ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren ge- genüber dem bekannten Verfahren eine Materialersparnis von durchschnittlich 6, 9%. Femer eignet sich dieses Verfahren ausgezeichnet zur Massenproduktion und Fliessbandarbeit, so dass die damit erzielten
Qualitätsverbesserungen und Ersparnisse nicht auf Kosten der Vorteile des bekannten Verfahrens gehen.
Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Elements. Dieses besitzt eine verbrauchbare Metallanode 20, zweckmässig aus Zink, die mit einem saugfähigen Separator 19 versehen ist. Auf beiden Seiten der Anode 20 ist ein elektrolytnasser Kuchen aus Depolarisationsmasse 24 vorgese- hen.
Diese Bestandteile der Zelle sind von einer in Fig. 2 und 3 im Detail gezeigten, aus einem Schicht- körper bestehenden Umhüllung umschlossen, die einen elektrisch leitenden, biegsamen Kathodenkollek- tor 16, zweckmässig aus einer leitenden Kunststoffolie, eine im elektrischen Kontakt mit dt m Kathodenkollektor 16 stehende Metallfolie 10 und eine biegsame, elektrisch isolierende, feuchtigkeitsundurchläs- signe aussenhülle 12 aufweist, die mit einer Öffnung 14 zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses mit dem Foliensegment 10 und über dieses mit dem Kathodenkollektor 16 versehen ist. Der elektrische Anschluss an die Anode 20 erfolgt über eine Zuleitung 22, die zweckmässig aus einem Metallstreifen besteht und an der Anode durch Löten, Schweissen, Nieten oder auf andere Weise befestigt ist.
An der Verbindungsstelle zwischen Zuleitung 22 und Anode 20 ist ein Überzug 23 aus. einem elektrisch isolierenden Klebstoff, beispielsweise einer Gummiverbindung, vorgesehen. Ein Verfahren zum Zusammenbau der Teile des in Fig. 6 dargestellten Elements ist in Fig. 2, 3 und 7 dargestellt. Gemäss Fig. 7 kann die nach Fig. 3 hergestellte Umhüllung des Elements zusammengefaltet und an ihren zusammentreffenden Rändern verschweisst werden, wie dies in Fig.", (A) bei 28 dargestellt ist. In dieser Phase ist die Umhüllung der Zelle vollständig abgeschlossen. Diese Abdichtung erfolgt zwischen den zusammentreffenden Rändern des Kathodenkollektors 16 und in diesem Falle der Aussenhülle 12, wobei die Folie 10 wieder mit keinem dieser beiden Teile dicht verbunden ist.
In die Umhüllung kann jetzt die Anode 20 eingeschoben werden, die mit einem Separator 19 umhüllt oder verkleidet ist, der zweckmässig aus einem die Anode berührenden saugfähigen Material oder einer Folie wie Methylzellulose auf einem Träger, beispielsweise aus Papier besteht. Gemäss Fig. 7 (B) erstreckt sich die Zuleitung 22 aus der Umhüllung heraus, deren Ränder jetzt miteinander (bei 30) und mit dem vorher auf die Zuleitung 22 aufgebrachten Klebstoff 23 verschweisst werden können.
Jetzt kann die Depolarisationsmasse 24 zweckmässig in Form von vorgeformten Kuchen in die Umhüllung eingebracht werden (Fig. 7 (C)) und kann der noch nicht abgedichtete Rand der Umhüllung bei 32 abgeschlossen werden, um das Element zu vervollständigen. Vor dem vollständigen Abschluss wird die Umhüllung teilweise evakuiert, da es sich gezeigt hat, dass dies eine wünschenswerte Wirkung auf das Element hat.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von flachen galvanischen Pri- märelementen nach Art der Lechanche-Elemente, mit einer Umhüllung aus einer Polyvinylchloridfolie und einem Kathodenkollektor aus einer kohlenstoffimprägnierten Vinylfolie. Vorzugsweise werden die oben genannten Materialien verwendet, doch kann als Umhüllungsfolie jedes biegsame, elektrisch isolierende, flüssigkeitsundurchlässige, gasdurchlässige Material verwendet werden, beispielsweise Vinyl-
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harze, halogenierter Gummi, Vinylidenharze, Zellulosederivate, Polyäthylen und Terephthalsäureglykolpolyester. Dieselben Materialien oder eines von ihnen können, wenn sie auf übliche Weise leitfähig ge- macht worden sind, auch als Kathodenkollektor verwendet werden.
Bei der Auswahl der zu verwendenden
Materialien ist es wichtig, dass alle Bestandteile miteinander verträglich sind. Wenn diese Bedingung eingehalten wird, kann für dieUmhullungsfolie und denKathodenkollektor jede Kombination der vorgenann- ten Materialien verwendet werden. Die Anode besteht vorzugsweise aus Zink, der Depolarisator aus Man- gandioxyd (Braunstein) und der Elektrolyt aus Ammoniumchlorid. Man kann jedoch auch Anoden aus Ma- gnesium, Aluminium oder Mangan mit entsprechenden Elektrolyten und Depolarisatoren verwenden. Die
Metallfolie besteht zweckmässig aus Aluminium, kann aber aus jedem gewünschten Metall bestehen. Es hat sich gezeigt, dass eine aus verzinntem Messing bestehende, an die Anode angeschlossene Zuleitung brauchbar ist.
Man kann aber jedes Metall verwenden, das mit der Anode kein störendes Element bildet.
Die Anode kann in Form einer Platte, eines Gitters oder eines Pulvers vorgesehen und mit jedem saug- fähigen Separatormaterial umhüllt werden, beispielsweise mit methylzelluloseuberzogenem Papier.
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dem Stapel mit einem Metallstreifen unter starkem Druck in der Längsrichtung des Streifens gehalten.
Die Stapel können auch beispielsweise bogen-oder kreisförmig verformt werden, so dass sie jedem be- stimmten Zweck angepasst werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Im wesentlichen flaches galvanisches Primärelement, enthaltend eine verbrauchbare Metallano- de, einen durch einen saugfähigen Separator unbeweglich gemachten Elektrolyten, eine elektrolytnasse
Depolarisationsmasse und einen Kathodenkollektor aus plastischem Material, das elektrisch leitendes Ma- terial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (20) in den saugfähigen Separator (19) eingewik- kelt ist, zwischen zwei Lagen (18,24) der elektrolytnassen Depolarisationsmasse angeordnet ist und mit dieser eine Einheit bildet, die in einem mehrlagigen Schichtkörper eingeschlossen ist, der, von innen nach aussen, aus einem biegsamen, feuchtigkeitsundurchlässigen Kathodenkollektor (16) aus Vinylharz und einer Metallfolie (10) und einem biegsamen, feuchtigkeitsundurchlässigen Deckfilm (12) besteht,
wobei der Kontakt zum Kathodenkollektor aber eine Öffnung im Deckfilm (12) erfolgt und der Kathodenkollektor, die Folie und der Deckfilm Streifen sind, die, zusammengelegt und an ihren Rändern verbunden, eine Tasche bilden, welche die Anode-Separator-Depolarisator-Einheit vollständig einhüllen und einen Anschlussleiter (22) umschliessen, der an der Anode angebracht ist und aus einem der Ränder des Schichtkörpers herausragt.