CH663689A5 - Batterie mit einem wasserfreien elektrolyten. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einem wasserfreien Elektrolyten gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Derartige Batterien sind mit einem gewickelten Elektrodenteil versehen und haben den Vorteil einer höheren Stromausbeute als vergleichsweise eine Knopfbatterie oder eine flache Batterie. Weil jedoch ein Separator zwischen positiver und negativer Elektrode im allgemeinen aus Material mit vergleichsweise tiefem Schmelzpunkt besteht wie beispielsweise Vlies oder Folien aus einem wasserfreien Elektrolyten widerstehenden Polypropylen (Schmelzpunkt 165 bis 170°C) oder Polyäthylen (Schmelzpunkt 130 bis 140°C), kann ein solcher Separator durch die Erzeugung von Wärme innerhalb der Batterie bei hoher Stromentladung oder externem Kurzschluss geschmolzen werden, so dass sich ein innerer Kurzschluss bilden kann.

Im US-Patent Nr. 3 298 871 wird eine Batterie beschrieben, bei der eine spiralig aufgewickelte Elektrode verwendet ist, als Beispiel sei eine Nickel-Kadmium-Batterie genommen, bei der ein Kurzschluss infolge des Durchstechens des Separators durch rauhe Ecken oder Spähne des spiralig gewundenen Zellenwickels oder Brechens von Elektroden an beiden Kanten bei der Herstellung bewirkt werden, indem beide Kanten der bandförmigen Elektroden mit einer Folie aus regenerierter Zellulose oder dergleichen bedeckt ist. Die Folie wurde jedoch nicht verwendet, um Kurzschlüsse zu verhindern, die sich infolge Schmelzens oder Zusammenballens des Separators ergeben können. Weil aber aus der regenerierten Zellulose, die im besonderen angesprochen wird, durch Hitze eine karbonisierte leitende Masse entsteht,

kann der Kurzschluss infolge des Schmelzens des Separators nicht verhindert werden.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Batterie zu schaffen, bei der ein interner Kurzschluss verhindert wird, der sich infolge Schmelzens des Separators an ausgewiesenen Stellen bilden kann.

Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruches 1 erreicht. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 je eine perspektivische Ansicht von Komponenten einer spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung für eine erste Ausführungsform einer Batterie,

Fig. 5 ein Aufriss einer Zylinderbatterie z.T. im Schnitt,

Fig. 6 eine Schnittansicht gemäss der Schnittlinie A-A' in Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines wärmeresistenten Isolierstabes gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 8 und 9 je eine perspektivische Ansicht von positiven Elektroden, die mit einem wärmeresistenten Material versehen sind.

Das wärmeresistente Material in der Erfindung in Form von Folien oder geformten Elementen, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, kann ein Fluor enthaltendes Harz wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen (Schmelzpunkt 327°C) usw. Siliziumharze (Schmelzpunkt über 200°C) und dergleichen sein.

In einer Batterie gemäss der vorliegenden Erfindung ist an einer beliebigen Stelle, wo sich positive und negative Elektrodenplatten gegenüberliegen, eine Isolation dazwischen gelegt, die aus einem wärmeresistenten Isoliermaterial besteht, wobei jedoch das Material ein anderes Material ist als dasjenige des Separators. Die Partie kann sich über die gesamte Fläche zwischen positiver Elektrodenplatte und negativer Elektrodenplatte erstrecken; vorzugsweise soll jedoch diese Partie dort sein, wo die Temperatur am stärksten ansteigt. Konkret ausgedrückt, findet sich eine solche Stelle zu innerst im Wickel, wo es am schwierigsten ist, die Wärme abzugeben und/oder an einer Partie nahe einem Anschlussleiter einer Elektrode, wo eine grosse Stromdichte vorhanden ist.

Das Isolierelement kann in Form einer Folie, einem U-för-migen Blatt, das durch Falten einer Folie entstanden ist oder aus einer zylindrischen Säule bestehen, die eine Längsnut aufweist. Dieser wärmeresistente Isolator kann mit dem Separator durch ein Bindemittel verbunden sein, und entweder die positive Elektrodenplatte oder die negative Elektrodenplatte durch die U-Form umfassen oder die Elektrodenplatte, die beidseits mit einem Separator versehen ist, mittels des U-förmigen Blattes umfassen. Ein wärmeresistentes Isolierelement, das als zylindrische Säule gebildet ist und eine Längsnut aufweist, kann ebenfalls verwendet werden. Dies geschieht dadurch, dass die Anfangspartie des Wickels, die aus einer überlappenden Partie einer Elektrode und dem Separator besteht, in die Nut hineingestossen wird.

Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend bei einer Ausführungsform einer Batterie beschrieben.

In Fig. 1 bis 6 besteht eine bandförmige negative Elektrodenplatte aus gewalztem Lithium. Ein negativer Kollektor 2 ist auf die eine Oberfläche der negativen Elektrodenplatte 1 gepresst, und ein negativer Anschlussstab 3, der auch als Wik-kelkern verwendet werden kann, ist am einen Ende des nega5

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tiven Kollektors befestigt. Ein Separator 4 aus porösem Polypropylen ist gefaltet und bedeckt die negative Lithiumelektrodenplatte 1.

Ein wärmeresistentes Isolierelement 5 besteht aus einem U-förmigen Blatt aus Polytetrafluoräthylen und ist über dem Separator 4 angeordnet, so dass es sich aussenseitig des Separators 4 befindet und die negative Eelektrodenplatte 1 umgibt.

Eine bandförmige positive Elektrodenplatte besteht aus positivem Elektrodenmaterial, das Mangandioxid als aktives Material enthält (Mangandioxid: Graphit als leitendes Material : Polytetrafluoräthylen als Binder = 85:10:5 Gewichtsanteile). Eine Partie der Elektrodenplatte steht mit ihrem Ende vor und ein positiver Anschlussleiter 7 ist an dieser vorstehenden Partie befestigt.

Die positive Elektrodenplatte 6 ist an einer Oberfläche des wärmeresistenten Isolierelementes 5 anliegend, und der ganze Aufbau ist um den negativen Anschlussstab 3 als Wicklungskern gewickelt, wodurch sich ein spiralig aufgewik-kelter Elektrodenkörper ergibt.

Der spiralige Elektrodenkörper wird dann in ein Gehäuse 8, das als positiver Anschluss dient, eingebracht. Der positive Leiter 7 ist an der Innenfläche des Gehäuses 8 durch Punkt-schweissung befestigt, und ein negativer Anschluss 10, der an einer mittigen Öffnung einer isolierenden Dichtungsplatte 9 befestigt ist, ist elektrisch mit dem negativen Stab 3 über einen negativen Leiter 11 verbunden. Danach werden die Kanten des Gehäuses 8 mit der Isolierdichtplatte 9 festgeklemmt, um eine Batterie gemäss Fig. 5 zu erhalten.

Als Elektrolyt kann beispielsweise eine Lösung, die dadurch erhalten wird, dass ein Mol aus Lithiumperchlorat in eine Mischung aus Propylenkarbonat und Dimethoxy-aethan bei gleichem Volumina gelöst wird, verwendet werden.

Fig. 7 zeigt ein säulenförmiges wärmeresistentes Isolierelement 5' aus Polytetrafluoräthylen für eine zweite Ausführungsform. Die Säule 5' wird verwendet als Kern für den Wickel, wobei die Elektrode und der Separator überlappt und s in die Nut 12 eingesetzt werden.

Figuren 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsformen, bei denen der positive Anschlussleiter 17 und 27 mittig bei jeder Elektrodenplatte 16 und 26 angeordnet ist. Ein wärmeresistentes Isolierelement gemäss Fig. 8 ist ein zweifach gefaltetes blattförmiges Element 15 aus wärmeresistentem Material. Dies ist ein Beispiel zur Überdeckung der Nachbarschaft des positiven Anschlusses 17. Ein wärmeresistentes Isolierelement ist gemäss Fig. 9 derart angeordnet, dass der positive Anschlussleiter 27 durch die gefaltete Partie des zweifach gefalteten blattförmigen Elementes 25 aus wärmeresistentem Isoliermaterial durchdringt, um dadurch die Nachbarschaft des Leiters 27 zu überdecken.

Wie oben beschrieben, wird eine beliebige Stelle, wo sich positive und negative Elektrodenplatten gegenüberstehen, durch Zwischenlage eines wärmeresistenten Isolierelementes voneinander isoliert. Dadurch kann die innere Kurzschlussgefahr der Batterie vermindert werden, weil das Isolierelement zwischen positiver und negativer Elektrodenplatte verbleibt, auch wenn der Separator durch die erzeugte innere Wärme schmilzt, wenn die Batterie einem hohen Entlade-strom unterworfen wird oder wenn ausserhalb der Batterie ein Kurzschluss gebildet wird. Auch könnte die Partie der gesamten Oberfläche der Elektrodenplatten entsprechen, aber die Aufgabe der Erfindung wird schon dadurch gelöst, wenn eine solche Partie am Anfangspunkt des Wickels des Elektrodenkörpers angeordnet ist, wo die Temperatur leicht ansteigen kann und/oder sich im Bereich des Anschlusses der Elektrode befindet, bei der eine hohe Stromdichte entsteht, wie die Ausführungsbeispiele zeigen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Batterie mit einem wasserfreien Elektrolyten mit einem Wickel, bestehend aus einer bandförmigen negativen Elektrodenplatte aus Leichtmetall und aus einer ebenfalls bandförmigen positiven Elektrodenplatte mit dazwischenliegendem Separator, gekennzeichnet durch ein Isolierstück aus einem wärmeresistenten Material, das anders ist als das Material für den genannten Separator und an wenigstens einer Stelle zwischen negativer Elektrodenplatte und positiver Elektrodenplatte angeordnet ist.

2. Batterie nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte wärmeresistente Isolierstück beim inneren Wickelanfang der positiven und der negativen Elektrode angeordnet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Batterie nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Isolierstück aus wärmeresistentem Material im Bereich der Anschlussleitung zu einer der beiden Elektroden angeordnet ist.

4. Batterie nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein wärmeresistentes Isolierstück beim inneren Wickelanfang von positiver und negativer Elektrode und/oder ein ebensolches Isolierstück im Bereich einer Anschlussleitung zu einer der beiden Elektroden.

5. Batterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeresistente Isolierstück ein U-förmig gebogenes Blatt ist.

6. Batterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeresistente Isolierstück ein eingelegtes Blatt ist.

7. Batterie nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstück säulenartig mit einer Längsnut ausgebildet ist, welches Isolierstück als Wickelkern für den Wickel bestimmt ist und die Nut eine sich überlappende Partie mit einer Elektrode und dem Separator aufnimmt.