CH719222A2 - BUTTON BATTERY COMPRISING A SEAL BLOCK AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A BATTERY. - Google Patents
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Abstract
Selon l'invention, une pile bouton (1) est fournie qui comporte un bloc d'étanchéité, comprenant l'une des bornes (9) de la pile, une portion électriquement isolante (17) et une portion de paroi circonférentielle (15). La portion isolante (17) forme une liaison hermétique avec la borne (9) et avec la portion de paroi (15), pouvant être obtenue par des procédés appliqués dans une technologie de type verre-métal. Le bloc d'étanchéité est en forme de réceptacle et un ou plusieurs composants de la pile tels que l'anode (8), la feuille de séparation (7) et la cathode (3) peuvent être insérés dans ladite forme de réceptacle avant l'assemblage de la pile. La portion de paroi (15) forme une partie de la seconde borne et est fixée au reste de ladite seconde borne par une connexion électriquement conductrice et hermétiquement fermée telle qu'un joint de soudure (16) circonférentiel. Une pile selon l'invention peut être produite par insertion d'un ou plusieurs composants de la pile dans le bloc d'étanchéité et fixation de la portion de paroi (15) du bloc d'étanchéité au reste (2) de la seconde borne, par exemple par soudage. L'invention concerne également un procédé de production d'une pile bouton selon l'invention.According to the invention, a button battery (1) is provided which comprises a sealing block, comprising one of the terminals (9) of the battery, an electrically insulating portion (17) and a circumferential wall portion (15) . The insulating portion (17) forms a hermetic connection with the terminal (9) and with the wall portion (15), which can be obtained by processes applied in glass-metal type technology. The sealing block is in the form of a receptacle and one or more components of the cell such as the anode (8), the separator sheet (7) and the cathode (3) can be inserted into the said receptacle form before the stack assembly. The wall portion (15) forms part of the second terminal and is attached to the remainder of said second terminal by an electrically conductive and hermetically sealed connection such as a circumferential solder joint (16). A battery according to the invention can be produced by inserting one or more components of the battery into the sealing block and attaching the wall portion (15) of the sealing block to the remainder (2) of the second terminal , for example by welding. The invention also relates to a method for producing a button battery according to the invention.
Description
Domaine de l'inventionField of the invention
[0001] La présente invention porte sur des piles en forme de bouton, en particulier sur l'étanchéité de ces piles. The present invention relates to button-shaped batteries, in particular to the sealing of these batteries.
État de la techniqueState of the art
[0002] Les piles en forme de bouton, également appelées brièvement „piles boutons“ ou „cellules boutons“, sont largement utilisées pour alimenter les petits appareils et dispositifs électriques. Divers types de piles boutons sont utilisés, distingués par diverses dimensions et par les matériaux utilisés pour les électrodes et l'électrolyte. Un type communément utilisé pour les appareils basse tension tels que les montres-bracelets ou autres est souvent appelé pile de type „CR“, le C se référant à la chimie des électrodes et le R à la forme ronde de la pile. Les piles CR comprennent une anode à base de lithium et une cathode comprenant du dioxyde de manganèse en tant que matériau actif. L'électrolyte peut être un matériau organique solide ou liquide. D'autres types sont codés comme étant des piles LR, SR ou PR, respectivement connues sous le nom de piles alcalines, piles à oxyde d'argent et piles zinc-air. Les trois derniers types de pile comprennent un électrolyte à base d'eau. [0002] Button-shaped batteries, also briefly called "button batteries" or "button cells", are widely used to power small electrical appliances and devices. Various types of button cells are used, distinguished by various dimensions and by the materials used for the electrodes and the electrolyte. A type commonly used for low voltage devices such as wristwatches and the like is often referred to as a "CR" type battery, where the C refers to the chemistry of the electrodes and the R to the round shape of the battery. CR batteries include a lithium-based anode and a cathode comprising manganese dioxide as the active material. The electrolyte can be a solid or liquid organic material. Other types are coded as LR, SR or PR batteries, respectively known as alkaline batteries, silver oxide batteries and zinc-air batteries. The last three battery types include a water-based electrolyte.
[0003] Toutes les piles boutons comprennent des bornes métalliques rondes, dont l'une est habituellement appelée la coupelle, l'autre le couvercle, entre lesquelles les électrodes et l'électrolyte sont contenus. [0003] All button cells comprise round metal terminals, one of which is usually called the cup, the other the cover, between which the electrodes and the electrolyte are contained.
[0004] Un problème commun rencontré dans les piles boutons comprenant un électrolyte liquide est la fuite de l'électrolyte. Une fuite d'électrolyte survient lorsque la pile n'est pas bien scellée, de sorte que son électrolyte peut s'échapper de l'intérieur vers l'atmosphère. [0004] A common problem encountered in button cells comprising a liquid electrolyte is electrolyte leakage. Electrolyte leakage occurs when the battery is not properly sealed so that its electrolyte can escape from the inside to the atmosphere.
[0005] Pour les piles à oxyde d'argent, les piles zinc-air et les piles alcalines, l'électrolyte est typiquement une solution alcaline forte, contenant du NaOH et du KOH, entre autres substances chimiques. Pour les piles au lithium, l'électrolyte est typiquement un ou plusieurs solvants organiques ayant des sels de lithium dissous dans celui-ci. Ces deux électrolytes nuiront à l'environnement et aux humains. La solution alcaline forte est fortement corrosive et même une petite quantité provoque une corrosion des métaux. Si elle atteint les yeux, la bouche, la peau, et même si elle est inhalée, elle peut provoquer des dommages sévères aux organes humains. [0005] For silver oxide batteries, zinc-air batteries and alkaline batteries, the electrolyte is typically a strong alkaline solution, containing NaOH and KOH, among other chemicals. For lithium cells, the electrolyte is typically one or more organic solvents having lithium salts dissolved therein. Both of these electrolytes will harm the environment and humans. The strong alkaline solution is highly corrosive and even a small amount causes corrosion of metals. If it reaches the eyes, mouth, skin, and even if inhaled, it can cause severe damage to human organs.
[0006] Couramment, les piles boutons sont fermées par sertissage de la coupelle sur un joint d'étanchéité en plastique, qui sépare la coupelle et le couvercle. Toutefois, en particulier pour les petites piles boutons, la force de la sertissure est souvent insuffisante, augmentant le risque de fuite d'électrolyte. [0006] Commonly, button batteries are closed by crimping the cup onto a plastic gasket, which separates the cup and the cover. However, especially for small button cells, the crimp strength is often insufficient, increasing the risk of electrolyte leakage.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
[0007] L'invention a pour but de fournir une solution aux problèmes décrits ci-dessus. Ce but est atteint par une pile bouton et par un procédé de production de ladite pile conformément aux revendications jointes. The invention aims to provide a solution to the problems described above. This object is achieved by a button battery and by a method of producing said battery in accordance with the appended claims.
[0008] Selon l'invention, une pile bouton est fournie qui comporte un bloc d'étanchéité, comprenant l'une des bornes de la pile, une portion électriquement isolante et une portion de paroi circonférentielle. La portion isolante forme une liaison hermétiquement scellée avec la borne et avec la portion de paroi, à savoir une liaison étanche aux gaz et étanche aux liquides, pouvant être obtenue par des procédés appliqués dans une technologie de type verre-métal. La portion isolante peut ainsi par exemple être une portion en verre. Le bloc d'étanchéité est en forme de réceptacle et un ou plusieurs composants de la pile tels que l'anode, la feuille de séparation et la cathode peuvent être insérés dans ladite forme de réceptacle avant l'assemblage de la pile. La portion de paroi circonférentielle du bloc d'étanchéité forme une partie de la seconde borne et est fixée au reste de ladite seconde borne par une connexion électriquement conductrice et hermétiquement fermée telle qu'un joint de soudure circonférentiel. Les bornes peuvent être formées d'acier inoxydable ou de tout autre métal approprié. [0008] According to the invention, a button battery is provided which comprises a sealing block, comprising one of the terminals of the battery, an electrically insulating portion and a circumferential wall portion. The insulating portion forms a hermetically sealed connection with the terminal and with the wall portion, namely a gas-tight and liquid-tight connection, which can be obtained by methods applied in a technology of the glass-metal type. The insulating portion can thus for example be a glass portion. The sealing block is in the form of a receptacle and one or more components of the cell such as the anode, the separator sheet and the cathode can be inserted into the said receptacle form before the assembly of the cell. The circumferential wall portion of the sealing block forms part of the second terminal and is attached to the remainder of said second terminal by an electrically conductive and hermetically sealed connection such as a circumferential solder joint. The terminals can be formed from stainless steel or any other suitable metal.
[0009] Une pile selon l'invention peut être produite par insertion d'un ou plusieurs composants de la pile dans le bloc d'étanchéité en forme de réceptacle et fixation de la portion de paroi dudit bloc au reste de la seconde borne, par exemple par soudage. A cell according to the invention can be produced by inserting one or more components of the cell into the sealing block in the form of a receptacle and fixing the wall portion of said block to the rest of the second terminal, by example by welding.
[0010] L'invention permet l'utilisation de la technologie de type verre-métal dans un procédé de production de piles boutons de différentes formes et tailles, comportant des piles de petite taille pour lesquelles le joint d'étanchéité courant représente un risque de fuite d'électrolyte. Ce risque est réduit ou essentiellement éliminé par la qualité supérieure des joints de type métal-verre que comporte une pile selon l'invention. [0010] The invention allows the use of glass-metal type technology in a process for producing button cells of different shapes and sizes, comprising small cells for which the current seal represents a risk of electrolyte leak. This risk is reduced or essentially eliminated by the superior quality of the joints of the metal-glass type that a cell according to the invention comprises.
Brève description des figuresBrief description of figures
[0011] – Les Figures 1a et 1b montrent des vues en section frontale et planaire d'une pile bouton telle qu'actuellement connue dans l'art. – Les Figures 2a et 2b montrent des vues en section frontale et planaire d'une pile bouton selon un mode de réalisation de l'invention. – Les Figures 3a à 3d illustrent un certain nombre d'étapes d'un procédé de production d'une pile selon le mode de réalisation montré sur les Figures 2a et 2b. – Les Figures 4a à 4d illustrent des étapes d'un procédé de production d'une pile selon un autre mode de réalisation de l'invention.- Figures 1a and 1b show front and planar sectional views of a button cell as currently known in the art. – Figures 2a and 2b show views in frontal and planar section of a button battery according to one embodiment of the invention. – Figures 3a to 3d illustrate a number of steps in a process for producing a cell according to the embodiment shown in Figures 2a and 2b. – Figures 4a to 4d illustrate steps of a method of producing a battery according to another embodiment of the invention.
Description détaillée des modes de réalisation de l'inventionDetailed Description of Embodiments of the Invention
[0012] Une pile bouton de l'art antérieur sera tout d'abord décrite afin de définir ses divers composants, avant de décrire les éléments caractéristiques d'une pile conforme à l'invention. Les Figures 1a et 1b montrent une pile bouton 1 telle qu'actuellement connue dans l'art. La pile comprend une coupelle métallique 2, habituellement formée d'acier inoxydable, qui forme la borne positive de la pile. La cathode 3 est placée à l'intérieur de la coupelle 2. La cathode illustrée sur la Figure la est formée comme une pastille pouvant être obtenue par compression d'une poudre de cathode en un support métallique 4, qui a la forme d'un anneau ayant une bande inférieure 5 et une paroi latérale 6. En variante, la poudre de cathode peut être comprimée en une maille métallique. Le support 4 ou la maille sont destinés à augmenter la stabilité mécanique de la poudre de cathode compactée. [0012] A prior art button battery will first be described in order to define its various components, before describing the characteristic elements of a battery according to the invention. Figures 1a and 1b show a button cell 1 as currently known in the art. The battery comprises a metal cup 2, usually made of stainless steel, which forms the positive terminal of the battery. The cathode 3 is placed inside the cup 2. The cathode illustrated in Figure la is formed as a pellet obtainable by compression of a cathode powder into a metal support 4, which has the shape of a ring having a bottom band 5 and a side wall 6. Alternatively, the cathode powder can be compressed into a metal mesh. The support 4 or the mesh are intended to increase the mechanical stability of the compacted cathode powder.
[0013] Comme le montre la Figure 1a, le matériau de cathode 3 compacté est au même niveau que la surface inférieure de la bande de forme annulaire 5, et ces éléments sont tous deux en contact physique avec le fond de la coupelle 2. Au-dessus de la pastille 3 se trouve une feuille de séparation 7, qui sépare la pastille de cathode 3 de l'anode 8 de la pile située au-dessus de la feuille de séparation 7. L'anode 8 est recouverte par un couvercle métallique 9 qui forme la borne négative de la pile 1, habituellement également formé d'acier inoxydable. La borne négative 9 comprend une surface de contact 11 plane ronde et une portion de paroi 12 verticale orientée à l'opposé de la surface de contact 11. De même, la borne positive 2 comprend une surface de contact 13 plane ronde et une portion de paroi 14 orientée à l'opposé de ladite surface de contact 13. Les surfaces de contact 11 et 13 sont configurées pour se connecter électriquement aux contacts respectifs d'un dispositif alimenté par la pile. As shown in Figure 1a, the compacted cathode material 3 is at the same level as the lower surface of the ring-shaped strip 5, and these elements are both in physical contact with the bottom of the cup 2. above pad 3 is a separator sheet 7, which separates the cathode pad 3 from the anode 8 of the cell located above the separator sheet 7. The anode 8 is covered by a metal cover 9 which forms the negative terminal of battery 1, usually also made of stainless steel. The negative terminal 9 comprises a flat round contact surface 11 and a vertical wall portion 12 oriented away from the contact surface 11. Similarly, the positive terminal 2 comprises a flat round contact surface 13 and a portion of wall 14 facing away from said contact surface 13. Contact surfaces 11 and 13 are configured to electrically connect to respective contacts of a battery-powered device.
[0014] Le séparateur 7 peut être une feuille d'électrolyte solide superposée sur la cathode 3, auquel cas la cathode 3 comprend également l'électrolyte solide mélangé conjointement avec le matériau actif. En variante, la pile 1 peut comporter un électrolyte liquide. Dans ce cas, la cathode 3 est immergée dans cet électrolyte liquide et le séparateur 7 peut être un film polymère poreux qui est lui-même électriquement isolant, mais qui peut absorber l'électrolyte liquide afin de conduire les ions de l'anode 8 vers la cathode 3. The separator 7 can be a sheet of solid electrolyte superimposed on the cathode 3, in which case the cathode 3 also comprises the solid electrolyte mixed together with the active material. As a variant, cell 1 may comprise a liquid electrolyte. In this case, the cathode 3 is immersed in this liquid electrolyte and the separator 7 can be a porous polymer film which is itself electrically insulating, but which can absorb the liquid electrolyte in order to conduct the ions from the anode 8 towards the cathode 3.
[0015] Un joint d'étanchéité 10 électriquement isolant est inséré entre les bordures externes de la coupelle 2 et le couvercle 9, séparant les bornes positive et négative et isolant l'intérieur de la pile 1 de l'atmosphère externe. Tel qu'indiqué dans l'introduction, la paroi latérale 14 de la coupelle 2 est sertie sur le joint d'étanchéité 10, mais cette manière d'assurer l'étanchéité de la pile conduit à un risque de fuite de l'électrolyte lorsqu'un électrolyte liquide est utilisé, en particulier pour les piles de taille inférieure. An electrically insulating seal 10 is inserted between the outer edges of the cup 2 and the cover 9, separating the positive and negative terminals and isolating the interior of the battery 1 from the external atmosphere. As indicated in the introduction, the side wall 14 of the cup 2 is crimped onto the seal 10, but this way of sealing the battery leads to a risk of electrolyte leakage when a liquid electrolyte is used, especially for smaller batteries.
[0016] La présente invention résout ce problème en fournissant une manière d'appliquer une étanchéité de type verre-métal dans une pile bouton. Étant donné que l'invention n'est pas limitée à l'utilisation de verre en tant que matériau d'étanchéité, ce type d'étanchéité sera appelé ci-après étanchéité „isolant-métal“. Il est toutefois entendu que ce terme se réfère à la technologie connue dans laquelle un matériau électriquement isolant, par exemple du verre, est chimiquement lié à un métal, de façon à former un joint hermétique entre l'isolant à l'état solide et le métal, et dans laquelle les coefficients d'expansion du métal et de l'isolant coïncident de sorte que le joint est maintenu à l'intérieur d'une plage de température donnée. Cette technologie est connue d'après les applications dans les domaines de la construction, de l'automobile, de l'optique et de nombreuses autres. The present invention solves this problem by providing a way to apply a glass-to-metal type seal in a button cell. Since the invention is not limited to the use of glass as sealing material, this type of sealing will hereinafter be referred to as “insulator-to-metal” sealing. It is understood, however, that this term refers to the known technology in which an electrically insulating material, for example glass, is chemically bonded to a metal, so as to form a hermetic seal between the solid state insulation and the metal, and in which the expansion coefficients of the metal and the insulation coincide so that the joint is maintained within a given temperature range. This technology is known from applications in the fields of construction, automotive, optics and many others.
[0017] Les Figures 2a et 2b illustrent un exemple d'une pile bouton conforme à l'invention. Un certain nombre des composants décrits ci-dessus peuvent être reconnus, et sont indiqués par les mêmes numéros de référence : la coupelle 2 avec sa surface de contact 13 et sa paroi latérale 14, la cathode 3, la feuille de séparation 7, l'anode 8, la borne négative 9 avec sa surface de contact 11 et la paroi latérale 12. La cathode 3 dans ce cas peut être une pastille comprimée qui n'est pas comprimée en un support de forme annulaire mais qui est comprimée en une maille (non visible sur le dessin mais connue en tant que telle). Pour les piles à oxyde d'argent, par exemple, la pastille de cathode peut être comprimée directement en la coupelle 2. Figures 2a and 2b illustrate an example of a button cell according to the invention. A number of the components described above can be recognized, and are indicated by the same reference numerals: the cup 2 with its contact surface 13 and its side wall 14, the cathode 3, the separator sheet 7, the anode 8, the negative terminal 9 with its contact surface 11 and the side wall 12. The cathode 3 in this case can be a compressed pellet which is not compressed into a ring-shaped support but which is compressed into a mesh ( not visible on the drawing but known as such). For silver oxide batteries, for example, the cathode pellet can be compressed directly into cup 2.
[0018] Il est en outre observé que la coupelle 2 est soudée à un anneau métallique 15 qui est partiellement inséré dans la coupelle 2 et soudé à la coupelle 2 par un joint de soudure 16. It is further observed that the cup 2 is welded to a metal ring 15 which is partially inserted into the cup 2 and welded to the cup 2 by a weld joint 16.
[0019] Une portion électriquement isolante 17 est présente entre la paroi verticale 12 de la borne négative 9 et l'anneau métallique 15. La liaison entre la portion isolante 17 et la borne 9 d'un côté et l'anneau métallique 15 de l'autre côté est du type isolant-métal tel que défini ci-dessus, à savoir l'anneau 15, la portion isolante 17, par exemple une portion en verre, et la borne négative 9 forment un bloc de matériaux fermement liés dans lequel la portion isolante 17 est fermement liée à la borne négative 9 et à l'anneau métallique 15 et dans lequel les coefficients d'expansion de la portion isolante 17 et des parties métalliques coïncident à l'intérieur d'une plage de température donnée. Ce bloc de matériaux fermement liés est appelé „bloc d'étanchéité“ dans les revendications jointes. An electrically insulating portion 17 is present between the vertical wall 12 of the negative terminal 9 and the metal ring 15. The connection between the insulating portion 17 and the terminal 9 on one side and the metal ring 15 of the the other side is of the insulator-metal type as defined above, namely the ring 15, the insulating portion 17, for example a glass portion, and the negative terminal 9 form a block of firmly bonded materials in which the insulating portion 17 is firmly bonded to negative terminal 9 and metal ring 15 and wherein the expansion coefficients of insulating portion 17 and metal parts coincide within a given temperature range. This block of firmly bonded materials is referred to as a "sealing block" in the appended claims.
[0020] Dans la pile assemblée montrée sur la Figure 2, la borne positive est à présent formée par la coupelle 2 et l'anneau métallique 15. L'anneau métallique 15 conjointement avec le joint de soudure 16 et la paroi verticale de la coupelle 2 définissent à présent la paroi verticale de la borne positive. L'isolant 17 forme une isolation électrique entre les deux bornes 9 et 2+15 tout en assurant également l'étanchéité de l'intérieur de la pile par rapport à l'atmosphère. Le joint hermétique obtenu par les liaisons isolant-métal est de bien meilleure qualité que celui qui peut être obtenu par le joint d'étanchéité montré sur les Figures 1a et 1b. Par ce joint hermétique et par le joint de soudure 16 qui forme une connexion également hermétique mais électriquement conductrice, la pile est ainsi isolée de l'atmosphère d'une manière fiable, assurant qu'aucun électrolyte ne peut s'échapper. In the assembled cell shown in Figure 2, the positive terminal is now formed by the cup 2 and the metal ring 15. The metal ring 15 together with the solder joint 16 and the vertical wall of the cup 2 now define the vertical wall of the positive terminal. The insulator 17 forms an electrical insulation between the two terminals 9 and 2+15 while also sealing the interior of the cell with respect to the atmosphere. The hermetic seal obtained by the insulator-metal bonds is of much better quality than that which can be obtained by the seal shown in Figures 1a and 1b. By this hermetic seal and by the solder joint 16 which forms an equally hermetic but electrically conductive connection, the cell is thus isolated from the atmosphere in a reliable manner, ensuring that no electrolyte can escape.
[0021] Un certain nombre d'étapes de procédé clés requises pour produire la pile de la Figure 2 sont illustrées sur les Figures 3a à 3d. Le bloc d'étanchéité formé de la borne négative 9, de l'isolant 17 et de l'anneau métallique 15 est montré sur la Figure 3a. Ce bloc peut être produit en utilisant des techniques connues d'après la technologie de liaison de type isolant-métal. A number of key process steps required to produce the battery of Figure 2 are illustrated in Figures 3a to 3d. The sealing block formed of the negative terminal 9, the insulator 17 and the metal ring 15 is shown in Figure 3a. This block can be produced using techniques known from insulator-to-metal bonding technology.
[0022] En fonction des matériaux qui sont utilisés, il peut être requis d'effectuer un prétraitement sur les surfaces métalliques qui doivent être liées à l'isolant, tel qu'une étape de nettoyage, une étape d'oxydation ou l'application d'une couche réactive sur la surface métallique qui doit être liée à l'isolant. [0022] Depending on the materials that are used, it may be required to perform a pretreatment on the metal surfaces that are to be bonded to the insulation, such as a cleaning step, an oxidation step or the application a reactive layer on the metal surface which is to be bonded to the insulation.
[0023] Tel que montré sur la Figure 3b, l'anode 8 est alors insérée dans le bloc d'étanchéité. L'anode 8 peut être une pièce solide de matériau d'anode, par exemple du lithium dans le cas d'une pile CR, ou ce peut être une pâte des particules de matériau actif négatif, comme dans une pile à oxyde d'argent où une pâte de zinc est utilisée pour l'anode. Dans ce dernier cas, le matériau d'anode remplit le volume interne du bloc d'étanchéité (à savoir il n'existe pas d'espace entre la paroi latérale 12 de la borne négative et l'anode 8). As shown in Figure 3b, the anode 8 is then inserted into the sealing block. The anode 8 can be a solid piece of anode material, for example lithium in the case of a CR battery, or it can be a paste of particles of negative active material, as in a silver oxide battery. where a zinc paste is used for the anode. In the latter case, the anode material fills the internal volume of the sealing block (ie there is no space between the side wall 12 of the negative terminal and the anode 8).
[0024] Tel qu'illustré sur la Figure 3c, la pastille de cathode 3 et la feuille de séparation 7 sont placées à l'intérieur de la coupelle 2. Lorsqu'un électrolyte liquide est utilisé, cet électrolyte liquide est alors ajouté à la coupelle 2, de sorte que le liquide est absorbé par la cathode 3 et par la feuille de séparation 7. Tel que montré sur la Figure 3d, le bloc d'étanchéité comportant l'anode 8 est alors inséré à l'intérieur de la paroi verticale 14 de la coupelle 2, jusqu'à ce que l'anode 8 soit en contact avec la feuille de séparation 7. La hauteur de la paroi verticale 14 et de l'anneau métallique 15 est configurée de sorte que cette paroi 14 et l'anneau métallique 15 se chevauchent à ce point. Le joint de soudure 16 est alors appliqué par un procédé de soudage approprié, pour ainsi obtenir la pile entièrement scellée montrée sur les Figures 2a et 2b. As illustrated in Figure 3c, the cathode pellet 3 and the separation sheet 7 are placed inside the cup 2. When a liquid electrolyte is used, this liquid electrolyte is then added to the cup 2, so that the liquid is absorbed by the cathode 3 and by the separation sheet 7. As shown in Figure 3d, the sealing block comprising the anode 8 is then inserted inside the wall vertical 14 of the cup 2, until the anode 8 is in contact with the separating sheet 7. The height of the vertical wall 14 and of the metal ring 15 is configured so that this wall 14 and the metal ring 15 overlap at this point. Solder joint 16 is then applied by a suitable soldering process, thereby obtaining the fully sealed cell shown in Figures 2a and 2b.
[0025] L'invention n'est pas limitée à une pile ayant la géométrie illustrée sur les Figures 2 et 3. La principale caractéristique de l'invention est qu'un bloc d'étanchéité est produit avant le bloc de la pile en tant que tel. Les deux bornes de la pile assemblée ont une forme de réceptacle, comprenant une surface de contact ronde plane et une paroi latérale verticale orientée à l'opposé de la surface de contact. Le bloc d'étanchéité comprend l'une des bornes de la pile, une portion isolante et une portion de paroi circonférentielle qui feront partie de l'autre borne dans la pile assemblée. Les parties terminales du bloc d'étanchéité sont électriquement isolées l'une de l'autre par le matériau isolant qui est fermement lié auxdites parties, formant un joint hermétique entre le matériau isolant et les parties respectives. La portion de paroi du bloc d'étanchéité est fixée au reste de ladite autre électrode par une connexion électriquement conductrice et fermée, telle qu'un joint de soudure circonférentiel. The invention is not limited to a cell having the geometry illustrated in Figures 2 and 3. The main feature of the invention is that a sealing block is produced before the block of the cell as such. The two terminals of the assembled cell have a receptacle shape, comprising a flat round contact surface and a vertical side wall facing away from the contact surface. The sealing block includes one of the cell terminals, an insulating portion and a circumferential wall portion which will form part of the other terminal in the assembled cell. The end portions of the sealing block are electrically isolated from each other by the insulating material which is firmly bonded to said portions, forming a hermetic seal between the insulating material and the respective portions. The wall portion of the sealing block is attached to the remainder of said other electrode by an electrically conductive and closed connection, such as a circumferential solder joint.
[0026] Dans le mode de réalisation des Figures 2 et 3, le bloc d'étanchéité comprend la borne négative 9, la portion isolante 17 et l'anneau métallique 15. Ledit anneau métallique représente la portion de paroi circonférentielle susmentionnée, qui fait dans ce cas partie de la borne positive. La borne positive est formée par la coupelle 2 et ledit anneau métallique 15 soudés l'un à l'autre par le joint de soudure 16 circonférentiel. In the embodiment of Figures 2 and 3, the sealing block comprises the negative terminal 9, the insulating portion 17 and the metal ring 15. Said metal ring represents the aforementioned circumferential wall portion, which in this case part of the positive terminal. The positive terminal is formed by the cup 2 and said metal ring 15 welded to each other by the circumferential solder joint 16.
[0027] Le procédé de production d'une pile conforme à l'invention comprend généralement les étapes suivantes : – Production d'un bloc d'étanchéité tel que décrit ci-dessus. Ce bloc comprend une borne en forme de réceptacle et une portion de paroi circonférentielle. Par conséquent le bloc est lui-même également en forme de réceptacle. – Placement d'un ou plusieurs des composants de la pile dans le réceptacle formé par le bloc d'étanchéité et/ou dans le réceptacle formé par le reste de l'autre borne, si ledit reste est en forme de réceptacle, lesdits composants comprenant une cathode, une anode et une feuille de séparation. – Si un électrolyte liquide est appliqué, ajout dudit électrolyte liquide au réceptacle formé par le bloc d'étanchéité ou au réceptacle formé par le reste de l'autre borne, si ledit reste est en forme de réceptacle. L'électrolyte liquide est ajouté à un réceptacle comprenant un matériau d'électrode apte à absorber l'électrolyte. Celui-ci peut être le bloc d'étanchéité comprenant une pâte d'anode telle qu'une pâte de zinc dans le cas d'une pile à oxyde d'argent, ou la coupelle 2 dans le mode de réalisation montré sur la Figure 3c, où l'électrolyte est absorbé par la pastille de cathode 3, ou le bloc d'étanchéité comprenant l'anode, la cathode et le séparateur, comme dans le mode de réalisation montré sur la Figure 4b. L'électrolyte liquide peut être ajouté en de multiples étapes, par exemple avant et après ajout de la feuille de séparation 7 à l'un des réceptacles. L'électrolyte liquide est ajouté à seulement l'un des réceptacles, étant donné que sinon, l'électrolyte liquide fuirait lors de l'assemblage des réceptacles. – Assemblage du bloc d'étanchéité au reste de l'autre électrode. Lorsqu'un électrolyte liquide est utilisé, ceci implique qu'un réceptacle comprenant l'électrolyte liquide (ceci peut être le bloc d'étanchéité ou le reste de l'autre électrode) est positionné avec le réceptacle orienté vers le haut, après quoi l'autre partie est placée au-dessus du réceptacle.[0027] The process for producing a cell according to the invention generally comprises the following steps: Production of a sealing block as described above. This block comprises a receptacle-shaped terminal and a circumferential wall portion. Consequently the block itself is also in the form of a receptacle. – Placement of one or more of the components of the battery in the receptacle formed by the sealing block and/or in the receptacle formed by the remainder of the other terminal, if said remainder is in the form of a receptacle, said components comprising a cathode, an anode and a separator sheet. – If a liquid electrolyte is applied, adding said liquid electrolyte to the receptacle formed by the sealing block or to the receptacle formed by the remainder of the other terminal, if said remainder is in the form of a receptacle. The liquid electrolyte is added to a receptacle comprising an electrode material capable of absorbing the electrolyte. This can be the sealing block comprising an anode paste such as a zinc paste in the case of a silver oxide cell, or the cup 2 in the embodiment shown in Figure 3c , where the electrolyte is absorbed by the cathode pellet 3, or the sealing block comprising the anode, the cathode and the separator, as in the embodiment shown in Figure 4b. The liquid electrolyte can be added in multiple steps, for example before and after adding the separator sheet 7 to one of the receptacles. The liquid electrolyte is added to only one of the receptacles, since otherwise the liquid electrolyte would leak when assembling the receptacles. – Assembly of the sealing block to the rest of the other electrode. When a liquid electrolyte is used, this implies that a receptacle comprising the liquid electrolyte (this may be the sealing block or the rest of the other electrode) is positioned with the receptacle facing upwards, after which the the other part is placed above the receptacle.
[0028] Dans le mode de réalisation des Figures 2 et 3, l'anode 8 est insérée dans le bloc d'étanchéité 9, 17, 15, tandis que la cathode 3 et la feuille de séparation 7 sont insérées dans la coupelle 2 avant de rapprocher ces parties pour assembler la pile complète. In the embodiment of Figures 2 and 3, the anode 8 is inserted into the sealing block 9, 17, 15, while the cathode 3 and the separating sheet 7 are inserted into the cup 2 before bring these parts together to assemble the complete stack.
[0029] Les Figures 4a à 4d illustrent un autre mode de réalisation du procédé de l'invention et d'une pile selon l'invention et produite par ledit procédé. Le bloc d'étanchéité est montré sur la Figure 4a, et comprend à nouveau la borne de pile négative 9 avec sa surface de contact 11 et sa paroi latérale 12, la portion isolante 17 et une portion de paroi circonférentielle 15. La paroi verticale 12 de la borne négative 9 est inclinée par rapport à la surface de contact 11 de la borne, et la portion de paroi 15 comprend une portion inclinée 15a qui est approximativement parallèle à la paroi 12 de la borne négative et à une portion droite 15b. Ce bloc d'étanchéité 9, 17, 15 forme un réceptacle capable de contenir les trois principaux composants de la pile, tel qu'illustré sur la Figure 4b : l'anode 8, la feuille de séparation 7 et la cathode 3. Un électrolyte liquide peut être ajouté à ce point, ou entre l'insertion du séparateur 7 et de la cathode 3 avec un possible second ajout d'électrolyte liquide après l'insertion de la cathode 3. Ensuite, tel qu'illustré sur la Figure 4c, une portion plate métallique ronde 2' ayant un diamètre externe correspondant au diamètre externe de la portion de paroi 15 du bloc d'étanchéité est ajustée à ladite portion de paroi 15 et hermétiquement connectée à celle-ci par un joint d'étanchéité soudé 16 circonférentiel, conduisant à la pile finie illustrée sur la Figure 4d. Dans ce mode de réalisation, par conséquent, la portion de paroi 15 du bloc d'étanchéité forme la paroi latérale entière de la borne positive 2'+15 dans la pile assemblée. La forme de cette pile, caractérisée par les parois latérales inclinées, est conforme à la forme standard utilisée pour certains types de pile tels que les piles CR et les piles à oxyde d'argent. [0029] Figures 4a to 4d illustrate another embodiment of the method of the invention and of a cell according to the invention and produced by said method. The sealing block is shown in Figure 4a, and again comprises the negative battery terminal 9 with its contact surface 11 and its side wall 12, the insulating portion 17 and a circumferential wall portion 15. The vertical wall 12 of the negative terminal 9 is inclined with respect to the contact surface 11 of the terminal, and the wall portion 15 comprises an inclined portion 15a which is approximately parallel to the wall 12 of the negative terminal and to a straight portion 15b. This sealing block 9, 17, 15 forms a receptacle capable of containing the three main components of the battery, as illustrated in FIG. 4b: the anode 8, the separation sheet 7 and the cathode 3. An electrolyte liquid can be added at this point, or between the insertion of the separator 7 and the cathode 3 with a possible second addition of liquid electrolyte after the insertion of the cathode 3. Then, as illustrated in Figure 4c, a round metallic flat portion 2' having an outer diameter corresponding to the outer diameter of the wall portion 15 of the sealing block is fitted to said wall portion 15 and hermetically connected thereto by a welded sealing joint 16 circumferential , leading to the finished stack shown in Figure 4d. In this embodiment, therefore, the wall portion 15 of the sealing block forms the entire side wall of the positive terminal 2'+15 in the assembled cell. The shape of this battery, characterized by the sloping side walls, conforms to the standard shape used for certain types of battery such as CR batteries and silver oxide batteries.
[0030] Des variations supplémentaires sont à l'intérieur de la portée de la présente invention. Par exemple, selon des modes de réalisation de l'invention, le bloc d'étanchéité comprend la borne positive au lieu de la borne négative. Par exemple, le bloc d'étanchéité pourrait comporter la coupelle 2, liée à une portion isolante et à au moins une partie de la paroi latérale de la borne négative. [0030] Additional variations are within the scope of the present invention. For example, according to embodiments of the invention, the sealing block includes the positive terminal instead of the negative terminal. For example, the sealing block could comprise the cup 2, linked to an insulating portion and to at least part of the side wall of the negative terminal.
[0031] De même, la position des électrodes 3 et 8 peut être inversée comparativement aux modes de réalisation montrés sur les dessins. Par exemple dans le cas du mode de réalisation des Figures 2a et 2b, le bloc 2+15 devient alors la borne négative et le couvercle 9 devient la borne positive. La description ci-dessus est valide mutatis mutandis pour ce cas. Similarly, the position of the electrodes 3 and 8 can be reversed compared to the embodiments shown in the drawings. For example in the case of the embodiment of FIGS. 2a and 2b, block 2+15 then becomes the negative terminal and cover 9 becomes the positive terminal. The above description is valid mutatis mutandis for this case.
[0032] Dans le mode de réalisation des Figures 2a et 2b, les portions de paroi 14 et 15 pourraient venir en butée au lieu de se chevaucher le long de la circonférence de la pile. De nombreuses autres configurations sont possibles à l'intérieur de la portée de l'invention, et les modes de réalisation montrés servent seulement d'exemples. In the embodiment of Figures 2a and 2b, the wall portions 14 and 15 could abut instead of overlapping along the circumference of the stack. Many other configurations are possible within the scope of the invention, and the embodiments shown serve as examples only.
[0033] Tandis que l'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente, ces illustrations et cette description doivent être considérées comme illustratives ou données à titre d'exemple et non restrictives. D'autres variations aux modes de réalisation divulgués peuvent être comprises et effectuées par l'homme du métier dans la mise en pratique de l'invention revendiquée, d'après une étude des dessins, de la divulgation et des revendications jointes. Dans les revendications, le mot „comprenant“ n'exclut pas d'autres éléments ou étapes, et l'article indéfini „un“ ou „une“ n'exclut pas une pluralité. Le simple fait que certaines mesures soient citées dans revendications dépendantes mutuellement différentes n'indique pas qu'une combinaison de ces mesures ne puisse pas être utilisée de manière avantageuse. Tout signe de référence dans les revendications ne doit pas être interprété comme limitant la portée. While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustrations and description should be considered illustrative or exemplary and not restrictive. Other variations to the disclosed embodiments may be understood and made by those skilled in the art in the practice of the claimed invention, from a study of the drawings, the disclosure and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "a" does not exclude a plurality. The mere fact that certain measures are cited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measures cannot be used to advantage. Any reference sign in the claims should not be construed as limiting the scope.
Claims (8)
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CH070676/2021A CH719222A2 (en) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | BUTTON BATTERY COMPRISING A SEAL BLOCK AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A BATTERY. |
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