DE1195834B - Akkumulator in Knopfform - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIm

Deutschem.: 21b-25/03

Nummer: 1195 834

Aktenzeichen: Y 466 VI b/21 b

Anmeldetag: 20. Januar 1961

Auslegetag: 1. Juli 1965

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator in Knopfform, bei dem die positiven und negativen Elektroden direkt an einem metallischen Gehäuse anliegen, das aus zwei becherförmigen ineinandergeschachtelten Teilen besteht, die mittels Abdichtungen voneinander isoliert sind.

Die bekannten knopfförmigen Akkumulatoren bereiten jedoch durch die bei der elektrochemischen Reaktion stattfindende Gasbildung erhebliche Schwierigkeiten. Bei anderen Akkumulatorenarten beseitigte man diese Schwierigkeiten und Nachteile durch starkwandige Gehäuse mit luftdichtem Abschluß. Die Eigenart der Knopfzellen läßt eine solche Bauart jedoch nicht zu.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die gegeneinander abzudichtenden Gehäuseteile an sich bekannte Elektroden aus Silberoxyd und Cadmium enthalten und thermoplastische Kunststoffüberzüge haben, die durch Wärmebehandlung luftdicht miteinander verschweißt sind. Durch die neuartige Ausgestaltung wird zunächst für Knopfzellen die bekannte Elektrodenkombination aus Silberoxyd und Cadmium ausgenutzt, welche die Gasbildung in der Zelle auf ein Mindestmaß herabsetzt und ohne weitere Änderung des elektrochemischen Gleichgewichts unbegrenzt überladen werden kann.

Die durch Wärmebehandlung verschweißten thermoplastiachen Kunststoffüberzüge gewährleisten weiterhin einen luftdichten Verschluß, der dem bei der elektrochemischen Reaktion der Silberoxyd- und Cadmiumelektroden entstehenden Gasdruck standhält. Außerdem bilden die neuartigen Kunststoffüberzüge auch die Isolierung zwischen den beiden becherförmigen Gehäuseteilen.

Die besondere Anordnung der Kunststoffüberzüge ist in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Knopfzelle in einem senkrechten mittleren Querschnitt,

F i g. 2 eine dem Gegenstand der F i g. 1 ähnliche Ausführung, jedoch ohne Zellenpackung,

F i g. 3 den Gegenstand der F i g. 2 in einem Horizontalschnitt nach Linie 3-3 und

F i g. 4 den Teil einer weiteren Ausführung in einem senkrechten Querschnitt.

Die in F i g. 1 dargestellte Knopfzelle umfaßt ein Gehäuse, das aus einem äußeren becherförmigen Gehäuseteil 10, dessen unterer Teil 18 den negativen Pol der Zelle bildet, und einem ähnlichen, jedoch umgestülpten Gehäuseteil 12 besteht, das in das GeAkkumulator in Knopfform

Anmelder:

Yardney International Corp.,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. G. Ackmann, Patentanwalt,

Duisburg, Zieglerstr. 32

Als Erfinder benannt:

Albert Himy, Elmhurst, N. Y.;

Renato di Pasquale, Rutherford, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Februar 1960 (10 749)

häuseteil 10 eingesetzt ist und dessen oberer Teil 19 den positiven Pol der Zelle bildet. Die Teile 10 und 12 können aus Stahl oder anderem üblichen Metall bestehen. Das innere Teil 12 ist entlang seiner inneren Wandung mit einer thermoplastischen Folie versehen, um zwsichen der Wandung und der Zellenpackung eine Isolierschicht 13 zu bilden. Dagegen ist das etwas größere, äußere Teil 10 mit einer entsprechenden Schicht 11 an seiner inneren Wandung und an einem Teil seines Bodens versehen, um die beiden Gehäuseteile 10 und 12 voneinander zu trennen. Die obere Kante 10' des Teiles 10 ist gegen das innere Teil 12 eingefalzt, um letzteres zu befestigen und um zwischen beiden Teilen den für die Zellenpackung benötigten Druck zu erhalten. Die thermoplastischen Schichten 11 und 13, die aus einem gleichen, aber auch aus verschiedenen Kunststoffen bestehen können (z. B. Tetrafluoräthylenharz-Elastomere), sind an ihrer Stoßfläche 13' durch eine Behandlung mit Wärme, Ultraschall, Hochfrequenz, Druck od. dgl. dicht zusammengefügt.

Die Zellenpackung umfaßt drei parallelgeschaltete negative Platten 15, von denen die untere gegen einen Teil des metallischen Bodens vom äußeren Gehäuseteil 10 anliegt, so daß zwischen dem negativen Pol 18 und den negativen Platten 15 eine elektrische Verbindung geschaffen ist. Die obere der positiven Platten 17 hingegen liegt gegen einen nicht isolierten

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Bodenteil des inneren Gehäuseteils 12 an, so daß zum positiven Pol 19 eine entsprechende elektrische Verbindung besteht. Die positiven Platten 17 und die negativen Platten 15 sind durch Scheider 16 aus einem elektrolytdurchlässigen Stoff, z. B. regenerierte Zellulose, voneinander getrennt. Die Zwischenräume der Zellenpackung sind schließlich von einem alkalischen Elektrolyten ausgefüllt, wobei eine konzentrierte Kaliumhydroxydlösung zu bevorzugen ist. Im geladenen Zustand der Zelle besteht der aktive Stoff der positiven Platten 17 aus Silberoxyd, während der aktive Stoff der negativen Platten 15 aus Cadmium und Cadmiumoxyd zusammengesetzt ist. Es ist nun erkannt worden, daß eine hermetisch abgedichtete Knopfzelle, die für eine geringe Gasbildung ausgebildet ist und die eine bemessene Kapazität von einer Amperestunde hat, positive Platten 17, die mit dem Silberäquivalent von 1 Amperestunden, und negative Platten 15, die mit dem metallischen Cadmiumäquivalent von 1 Amperestunden und einem Überschuß von Cadmiumoxyd im Betrage von etwa 0,5 Amperestunden versehen sind, benötigt.

Es ist festgestellt worden, daß das Vorhandensein des Cadmiumoxydüberschusses an der negativen Platte eine Sauerstoffbildung bei einem Überladen der Zelle unter Ausschaltung von Wasserstoffentwicklung auslöst. Der so an der positiven Platte freigewordene Sauerstoff reagiert mit dem metallischen Cadmium an der negativen Elektrode unter Bildung von Cadmiumoxyd in einer Menge, die der nebenherlaufenden Reduktion des ursprünglich vorgesehenen Cadmiumoxydüberschusses gleich ist, weshalb eine so ausgestaltete Zelle ohne weitere Änderung des elektrochemischen Gleichgewichts unbegrenzt überladen werden kann.

Vorteilhaft ist die Begrenzung eines Cadmiumüberschusses auf das Äquivalent von etwa 0,1 bis 1 Amperestunden.

Weiterhin ist anzunehmen, daß der entstehende Sauerstoff, der innerhalb der Zelle eingeschlossen ist, sich mit dem durch Reduktion gebildeten, stark reaktionsfähigem Cadmium umsetzen wird.

Ein genügender Druck wird auf die Elektrodenenden der Stapel 15 bis 17 durch die eingezogenen Enden der Gehäuseteile 10 und 12 erzielt, so daß zwischen ihnen ein guter elektrischer Kontakt vorhanden ist und die semipermeabelen Scheider 16 unter Druck stehen, um eine unzulässige Ausdehnung ihrer Zwischenräume zu verhindern.

In den F i g. 2 und 3 ist eine abgewandelte Ausführung mit einem äußeren Gehäuseteil 20 dargestellt, dessen untere Endfläche 28 den negativen Pol bildet, und dessen Innenwandung 28' den elektrischen Kontakt zu den negativen Platten herstellt. Das Teil 20 ist mit einer thermoplastischen Schicht 21 (z. B. aus Polyvinylchlorid) versehen, dessen freie Fläche eine thermoplastische Schicht 24 aus gleichem oder anderem Material berührt, die an der äußeren Wandung des inneren Gehäuseteiles 22 angebracht ist. Die innere Wandung des Gehäuseteils 22 weist eine Isolierschicht 23 auf, vorzugsweise aus Neopren, um die Bildung einer elektrischen Brücke an der Zellenpackung auszuschließen. Die obere Endfläche 29 des inneren Gehäuseteils 22 wirkt als positiver Pol der Zelle, während seine innere Endfläche 29', die von der Isolierschicht freigelassen ist, eine elektrische Verbindung zu den positiven Platten gibt. Als Zellenpackung kann für die in den F i g. 2 und 3 gezeigte Ausführung eine solche Verwendung finden, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist. Das Zellengehäuse wird entlang der Zwischenfläche 24' zwischen den Schichten 21 und 24 und entlang der Stoßfläche 23' zwischen der Neopren-Schicht 23 und der Schicht 21 hermetisch abgedichtet.

Die in F i g. 4 dargestellte Ausführung hat als äußeren Teil einen Stahltopf 30, der sich von den becherförmigen Gehäuseteilen 10 und 12 der vorbeschriebenen Ausführungen dadurch unterscheidet, daß seine Kunststoffschicht 31 sowohl den inneren und den äußeren Umfang als auch seine obere Kante umgibt, wodurch ein zufälliger Kurzschluß der Zelle durch einen leitenden äußeren Gegenstand ausgeschlossen wird. Das innere Teil ist bei dieser Ausführung zu einer flachen Stahlplatte 32 verringert worden, welche über der Elektrodenpackung 15, 16, 17 liegt und einen Ring aus einer Kunststoffschicht 33 trägt und welche ebenfalls vorzugsweise durch Wärmebehandlung an den Schichten 31 und 33, wie z. B. bei 33' gezeigt, abgedichtet wird. Es ist vorgesehen, daß der Topf 30 an seiner Öffnung nach außen umgebogen ist, um der Platte 32, die mit der oberen positiven Platte 17 der Packung mittels einer tellerförmigen, z, B. aus Silber bestehenden Kontaktscheibe 39 leitend verbunden ist, einen Sitz zu geben; eine ähnliche (in der Zeichnung nicht dargestellte) Scheibe, z. B. aus Nickel, kann zwischen dem Boden des Topfes 30 und der unteren negativen Elektrode des Paketes angebracht sein. Diese aus einem gegenüber den benachbarten Elektroden widerstandsfähigen Stoff bestehenden Scheiben können auch aus einer stärker federnden Legierung (z. B. Magnesium-Silber) gefertigt sein, so daß ein verbesserter Kontaktdruck erreicht wird.

Die Gehäuseteile 10, 20 und 30 sowie 12, 22 und 32 können von dem kreisförmigen Querschnitt abweichen und z. B. einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Akkumulator in Knopf form, bei dem die positiven und negativen Elektroden direkt an einem metallischen Gehäuse anliegen, das aus zwei becherförmigen ineinandergeschachtelten Teilen besteht, die mittels Abdichtungen voneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander abzudichtenden Gehäuseteile an sich bekannte Elektroden aus Silberoxyd und Cadmium enthalten und thermoplastische Kunststoffüberzüge haben, die durch Wärmebehandlung luftdicht miteinander verschweißt sind.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere becherförmige Gehäuseteil (10) an seiner inneren Mantelfläche und am inneren Bodenrand und der innere Gehäuseteil (12) an seiner inneren Mantelfläche je einen Kunststoffüberzug (11, 13) haben, die an ihrer Berührungsfläche (13') verschweißt sind.

3. Akkumulator nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Gehäuseteil (22) auch an seiner äußeren Mantelfläche mit einem Kunststoffüberzug (24) versehen ist und daß dieser mit dem Kunststoffüberzug (21) an der inneren Mantelfläche des äußeren Gehäuseteils (10) verschweißt ist.

4. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein becherförmiges metallisches Gehäuseteil (30) auf seiner äußeren und inneren Fläche mit einem Kunststoffüberzug (31) versehen ist und daß sein offenes Ende durch eine metallische Scheibe (32) verschlossen ist, welche an ihrem unteren Rand einen mit dem Kunststoffüberzug (31) verschweißbaren Kunststoffüberzug (33) aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 888 122; französische Patentschrift Nr. 1165 706.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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