DE1421599A1

DE1421599A1 - Dichtes elektrochemisches Element von zylindrischer Bauweise

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Publication number: DE1421599A1
Application number: DE19601421599
Authority: DE
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1959-07-17
Filing date: 1960-07-13
Publication date: 1969-02-13
Also published as: OA068E; GB882621A; FR82300E; DE1421599B2; ES282855A2; NL122193C; NL253847A; FR1242313A; OA01526A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPPING. H. LEINWEBER DiPiZmcH; ZIMMERMANN

Postschedc-Konto: Bank-Konto: Telefon .-' ' Tel.-Adr.

München 22045 Dresdner Bank ag. München (0811) Ml989 Lelnpat MUndien

München 2, Marlenplatz, Kfo.-Nr. «790 «I I *J Λ CQQ

8 München 2, Rosental 7, 2.

(Kustermann-Passage)

'^den '"-"2O. Juli 1968

Aktenzeichen: P 14- 21 599·7 Altes Aktenzeichen: S 69 578 VTb/2Tb

SOCIETE DES ACCÜMULATEÜRS FIXES ET DE TRACTION , Eomainville (Seine) / Prankreich

Dichtes elektrochemisches Element von zylindrischer Bauweise

Die Erfindung "betrifft ein dichtes elektrochemisches Element von zylindrischer Bauweise mit einer äusseren becherförmigen Elektrode sowie einer Si₁Ch von dem zentralen, die andere Elektrode "bildenden Kontaktstift über die becherförmige Elektrode erstreckende Kunststoffhülle, die an ihrem Rand mit dem Becherboden fest abdichtend verbunden ist, und mit einem Schliessring am unteren Ende des Elements.

Es sind bereits zahlreiche Vorschläge für die Verwirklichung und Aufrechterhaltung der Dichtheit derartiger Elemente über längere Zeit unabhängig von den äusseren atmosphärischen

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Neue Unterlagen (απ.7§ι Abs.2nm satz3

Bedingungen wie auch den zufälligen Stössen, die sich beim Transport bzw. bei Erschütterungen ergeben, gemacht worden. Trotz der in diesem Herstellungszweig aufgewandten Sorgfalt musste festgestellt werden, dass im Laufe der Zeit ein leichtes Durchsickern des Elektrolyten längs der Aussenflache des Elementes bis zur Aussenfläche des Bodens dieses Elementes auftreten kann, was Kurzschlüsse zwischen den Elementen ein und derselben Batterie hervorrufen kann.

So ist bei einem bekannten Element der eingangs genannten Art am Boden des Zinkbechers eine Kontaktscheibe angeordnet, die durch das bodenseitige, nach innen gewandte Hüllenende in ihrer Lage gehalten wird» Dieses Hüllenende ist mit dem Becher- · boden bzw. der Kontaktscheibe dur^h eine Klebstoff zwischen- . schicht verbunden. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Verleimung meist nicht für eine zuverlässige Abdichtung, ausreicht. Auch die bei diesem bekannten Element vorgesehene, den Elektrodenstift umfassende, ein Stück mit der Becherhülle .. bildende Hülse gewährleistet noch keine einwandfreie Flüssig-,.^r keitsdichtigkeit dieses Elementes. .„ - . · ■--.-■.-."■ .-:'·■', -mv-

Bei einer weiterhin bekannten Ausbildung eines Elementes., ist der zylindrische Bechermantel an der Becheröffnungsseite- .,-. und der Becherbodenseite mit je einer rillenartigen Eindrückung versehen. Ausserdem ist der Rand des Bechers nach innen abgerundet. Auf diese Weise werden nach innen konkave Rillen ge-^ bildet, die sowohl bodenseitig als auch öffnungsseitig der

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Aufnahme und Halterung einer Scheibe aus nicht leitendem Material dienen. Die obere Scheibe besitzt eine mittlere Bohrung, an der sich der Kohlestift seitlich abstützt und durch die er zentriert wird. Die sich bei diesem bekannten Element lediglich über den Bechermantel erstreckende Hülle wird jeweils ' durch Klemmringe von kreisbogenförmigem Querschnitt an den durch die Eindrückungen gebildeten, nach aussen konvexen Rändern in ihrer Lage gehalten. Der Zwischenraum zwischen der Aussenseite des Bechers und der Hülle steht über eine öffnung mit dem Innenraum desElementes in Verbindung, durch die unter Überdruck stehende Gase und Flüssigkeit in den Zwischenraum gelangen können. Um die unter der Hülle an dem bodenseitxgen Klemmring vorbei tretende Flüssigkeit an dem gänzlichen Austritt aus dem Element zu hindern, ist der am Boden anliegende Hüllenrand durch ein ringförmiges Absorbierkissen abgedeckt, das durch den Klemmring in seiner Lage gehalten wird. Dieses Element weist somit den wesentlichen Nachteil auf, dass es keine absolute Dichtigkeit sicherstellt. Deshalb besteht bei diesem Element die Gefahr des Austrocknens im Laufe der Zeit. Ausserdem besitzt das Element einen sehr aufwendigen Aufbau, der mit fertigungstechnischen Schwierigkeiten verknüpft ist.

In den USA-Patentschriften 2 461 543 und 2 541 931 sowie in der britischen Patentschrift 61? 756 sind galvanische Elemente mit Plastikhüllen beschrieben, bei denen die Flüssigkeitsabdichtung am Boden des Elementes mit Hilfe eines Metal1-

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rings erfolgt, der entweder an den Zinkbecher direkt oder an eine zwischengelegte Kontaktscheibe angepresst ist. Mitunter trägt der Zinkbecher eine Abschnürung·

KunststoffUmhüllungen aus Polyäthylen für elektrochemische Elemente sind beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 149 792 bekannt.

Schliesslich ist es aus der USA-Patentschrift 2 541 bekannt, eine die Abdichtung bewirkende Kompression durch einen Klemmvorgang längs einer sehr kleinen Einschnürung vorzunehmen. Die durch die Kompression bewirkte Abdichtung tritt dabei nur an einem kleinen Teil der senkrechten Wand des Zinkbechers auf. Der Zinkbecher setzt aber der Kompression und damit einer Deformation nur einen geringen Widerstand entgegen» Der'Zinkbecher weicht infolgedessen dem Kompressionsdruck durch Deformation aus und setzt dadurch der klemmenden und abdichtenden Wirkung der Einschnürung sehr enge Grenzen. Die abdichtende Wirkung wird aus,serdem durch die natürlichen Eigenschaften der verwendeten Materialien bei dem bekannten Element im Laufe der Zeit verschlechtert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend genannten Ifachteile der bekannten Elemente durch einfache, billige und wirksame Mittel zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelost, dass, die Kunststoffhülle bodenseitig einen ausgezackten Abschnitt aufweist, der ohne Bildung von örtlichen Überstärken umgelegt

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ist und an dem Boden des Beckers sswischen einer am Boden aufliegenden metallischen Kontaktscheibe und einem elastischen Spannring mit L—förmigem Querschnitt aus Metall unter Bildung einer radialen Einschnürung von einigen Zehntelmillimetern eingepresst ist.

Der Vorteil dieses Elementaufbaus ist in der auf äusserst einfache und billige Weise zu, erzielenden absoluten Flüssigkeitsdichtigkeit zu sehen.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die vom zentralen Kontaktstift ausgehende und sich zu dem gezackten Abschnitt erstreckende Hülle in an sich bekannter Weise mit einer den Kontaktstift umschliessenden Hülse versehen ist und dass zwischen der Hülse und dem in gleicher Hohe befindlichen Abschnitt der Hülle ein die Hülse an den Kontaktstift drückendes, vorzugsweise ringscheibenförmiges Versteifungsteil eingesetzt ist.

Die Erfindung ist des weiteren auf ein Verfahren zur Herstellung eines dichten elektrochemischen Elementes, insbesondere für Mangandioxyd-Trockenbatterien mit -Zinkbecher und zentralem Kohlestift gerichtet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Zinkbecher, der mit allen das Element bildenden elektrochemischen Bauelementen ausgerüstet ist, in eine Kunststoffhülle eingebracht wird, die ein einziges Stück mit einer Verschlusskappe des oberen Abschnittes des Elementes bildet, welche mit einer Hülse versehen ist, die den Kohlestift auf dichtende Weise unter der Wirkung einer ringförmigen, zwischen die Hülse und den rohrförmigen oberen Endabschnitt der Hülle eingesetzten

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Querversteifung aus Zink einschliesst, dass im Anschluss daran der untere rohrförmige Rand der Hülle ausgezackt und ohne Bildung von Überstärken abgebogen und sodann zwischen der zuvor auf dem Boden angeordneten Kontaktscheibe bzw· direkt zwischen dem Boden des Bechers und dem metallischen Ring mit L-förmigem Querschnitt eingeschlossen wird, welcher den unteren rohrförmigen Abschnitt der Hülle abdeckt und in radialer Richtung auf den Becher presst, und dass schliesslich der Kohlestift mit einer Messingkappe versehen wird.

Es ist verständlich, dass die Erfindung bei jeder Art von Trockenbatterien anwendbar ist, beispielsweise auch bei einer Zink-Quecksilberoxyd-Batterie. Sie ist gleichfalls beim Aufbau gewisser Akkumulatorentypen anwendbar, wo beispielsweise der Elektrolyt, obgleich in erstarrtem Zustand, Gefahr läuft, durch den Behälter des Akkumulators durchzusickern und zu entweichen.

Weitere wesentliche Merkmale der Erfindung ergeben sich, aus der folgenden Beschreibung des Aufbaues einer dichten Batterie vom Typ Leclanche. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht eines gemäss der Erfindung

abgedichteten Elementes, zur Hälfte geschnitten, und Fig. 2 eine weiter vereinfachte Ausführungsform des Elementes gemäss der Erfindung.

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Die fragliche Batterie bzw. das Element vom Typ Leclanche umfasst im wesentlichen einen Becher 1 aus Zink, der den negativen Pol bildet und in dem die anderen Bauelemente der Batterie angeordnet sind, und zwar eine-Bodenscheibe 2 aus paraffingetränkter Pappe, eine Schale 3 aus Kraft-Papier zur Zentrierung und zum Schutz in Bezug auf den Boden des Kerns aus depolarisierendem Material, ein elektrolytisches Papier 4·, das die zylindrische innere Zinkoberfläche völlig bedeckt, eine elektrolytische Masse 7» beispielsweise bei Kälte erstarrt, und einen depolarisierenden Kern 5 ^mi"fc seinem zentralen Kohlestift 6·

Das auf diese Weise aufgebaute Element wird in einer Hülle aus Kunststoff angeordnet, dessen Rolle darin besteht, gleichzeitig die Verbindungen sicherzustellen und das Element abzudecken. Diese Hülle von besonderer Gestalt ist an sicli bekannt. Sie kann vorteilhafterweise aus Polyäthylen bestehen, welches den Vorteil besitzt, ein ausgezeichneter Isolierstoff zu sein und sich zur Bildung einer flüssigkeitsdichten Verbindung eignet, welche wasserstoffdurchlässig ist.

Die Hülle 8 erstreckt sich im Anschluss an einen Wulst in Form einer Verschlusskappe des Elementes. Diese Kappe ist in ihrem zentralen Abschnitt mit einer Hülse 10 versehen, die sich rund um den Stift anlegt. Die "Flussigkeitsdichtigkeit wird hier durch die Anpressung des Hülsenansatzes an dem Stift mit Hilfe einer Scheibe 12, beispielsweise aus Zink öder aus jedem anderen durch den Elektrolyten nicht angreifbaren bzw. andern-

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falls durch einen Schutzüberzug gesicherten Material, erreicht·

An dem Boden des Elementes wird eine Eontakt scheibe des negativen Pols, beispielsweise aus verzinntem Blech, angeordnete Sodann wird der untere Abschnitt der Kunststoffhülle durchbrochen, um Zacken zu bilden, damit dieser Abschnitt auf den Boden des Elementes und auf die Kontaktscheibe ohne Bildung von Überstärken umgelegt werden kanne Dieser Boden wird durch einen Dichtungsring 15 mi/t L-förmigem Querschnitt abgedeckt und dabei unter Bildung einer Einschnürung von einigen Zehntelmillimetern zusammengedrückt, um die Kunststoffumhüllung fest gegen das Zink zu pressen, wobei eine Einschnürung des Zinkbechers auf einer Höhe hervorgerufen wird, die derjenigen des Dichtungsringes entspricht. Die Einschürung des Dichtungsringes des unteren zylindrischen Abschnittes des Zinkbechers wird beispielsweise durch einen elastischen Ring erzielt. Die Scheibe 14 ist vorzugsweise mit Rillen versehen, um die elektrische Kontaktgabe auf dem negativen Pol zu erleichtern.

Auf diese Weise wird eine äusserst wirksame Plüssigkeitsdichtigkeit an dem unteren Abschnitt des Elementes sichergestellt, da die Verbindung infolge von Kräften , die zu elastischen Deformationen führen und die durch den Einschnürungsabschnitt des Zinkbechers und durch den Dichtungsring entwickelt werden, konstant in einem Kompressionszustand gehalten wird. Jedes Durchsickern des Elektrolyten nach aussen wird verhindert. Der Elektrolyt, der eventuell die Scheidewand verlassen könnte, würde einerseits eine sehr wirksame

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Barriere in der Verbindung sswischen der inneren Hülse der Kunststoff hülle und dem Stift, wo die Dichtigkeit mit Hilfe der eine Abstützung "bildenden Zinkscheibe sichergestellt wird, und andererseits eine Barriere längs der Quetschung zwischen dem Dichtungsring und dem Abschnitt der Kunststoffhülle, der zwischen dem Dichtungsring und dem unteren zylindrischen Abschnitt des Zinkbechers stark eingeklemmt ist, finden, wobei dieser unter der Wirkung der Kompression eingeschnürt bleibt.

Der Kohlestift 6 ist durch eine Kappe aus Messing 16 abgedeckt.

Bei der in Eig. 2 dargestellten vereinfachten Ausführungsform gemäss der Erfindung ist der untere Abschnitt 15 der Kunststoffhülle 8 ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig» 1 mit Zacken versehen, die auf den Zinkboden ohne Bildung von Überstärken umgelegt werden. Dieser Boden wird durch den Dichtungsring 15 mit L-förmigem Querschnitt, der leicht ausgebaucht ist, um dessen Anordnung zu erleichtern, bei !Fortfall der in der Ausführungsform nach Pig. 1 vorgesehenen metallischen Kontaktscheibe direkt abgedeckt. Im Anschluss daran wird der King zusammengedrückt, unreine Einschnürung von einigen Zehntelmillimetern zwecks starken Anlegens der Kunststoffhülle in dem Bereich 15 an dem Zinkboden zu erhalten. Die Einschnürung wird auf eine solche Weise aufgebracht, dass der zylindrische Abschnitt des L-förmigen Ringes den unteren zylindrischen Abschnitt des Zinkbechers über die zwischengeschaltete Kunststoff-

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hülle fest einschliesst, während der ebene Kranz dieses Ringes sich leicht abflacht, indem er den gezackten Abschnitt 15 des Kunststoffmaterials auf dichte Weise gegen den Boden des Bechers drückte Durch diese Operation wird der Zinkbecher in dem Gebiet, in dem er durch den Dichtungsring umschlossen ist, vorzugsweise gleichfalls um einige Zehntelmillimeter eingeschnürt.

Dieser Boden des Bechers ist während des Tiefziehvorganges mit ringförmigen Rillen 17 für die Sicherstellung einer guten äusseren elektrischen Kontaktgabe auf dem negativen Pol versehen.

Die Erfindung ist besonders eingehend in Bezug auf ihre Anwendung bei einem zylindrischen Element des Leclanche-Typs beschrieben worden, bei dem der Becher aus Zink besteht. Es ist augenscheinlich, dass sie gleichfalls bei anderen Elementen verwendet werden kann, deren negative Elektrode beispielsweise _f

ein Aluminium- bzw. ein Magnesiumbecher ist·

Patentansprüche

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Claims

- 11 Patentansprüche "

Dichtes elektrochemisches Element von zylindrischer Bauweise, mit einer äusseren becherförmigen Elektrode sowie einer sich von dem zentralen, die andere Elektrode bildenden Kontaktstift über die becherförmige Elektrode erstreckenden Kunststoffhülle, die an ihrem Hand mit dem Becherboden fest abdichtend verbunden ist, und mit einem Schliessring am unteren Ende des Elements, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffhülle (8) bodenseitig einen ausgezackten Abschnitt (13) aufweist, der ohne Bildung von örtlichen Überstärken umgelegt ist und an dem Boden des Bechers (1) zwischen einer am Boden aufliegenden metallischen Kontaktscheibe (14·) und einem elastischen Spannring (15) mxt L-fÖrmigem Querschnitt aus Metall unter Bildung einer radialen Einschnürung von einigen Zehntelmillimetern eingepresst ist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom zentralen Kontaktstift (6) ausgehende und sich zu dem gezackten Abschnitt (13) erstreckende Hülle (8) in an sich bekannter Weise mit einer den Kontaktstift umschliessenden Hülse (10) versehen ist und dass zwischen der Hülse (10) und dem in gleicher Höhe befindlichen Abschnitt der Hülle (8) ein die Hülse an den Kontaktstift drückendes, vorzugsweise ringscheibenförmiges Versteifungsteil (12) eingesetzt ist.

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-, R τ Abs 2 Nr l Satz 3 des Änderunfleges. v/4,9- «*

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3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (8) aus Polyäthylen besteht.

4·. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass %±e metallische Eontaktscheibe (14-) in an sich bekannter Weise konzentrische kreisförmige Rillen aufweist.

5« Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, dass der gezackte Abschnitt (13) unter der f Kompressionswirkung des ihn umgebenden L-förmigen Ringes (15) direkt auf dem Boden des Bechers (1) aufliegt«

6. Element nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Becherboden selbst mit konzentrischen, die Kontaktgabe fördernden kreisförmigen Rillen (17) versehen ist.

7· Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser des zylindrischen Abschnittes des auf die Hülle (8) bzw. den Becher (-1) aufgepressten L-förmigen Ringes (15) unter Einschnürung der Hülle ► bis zur Höhe des zylindrischen Ringabschnittes etwa dem Hüllenaussendurchmesser des nicht komprimierten Hüllenabschnittes entspricht. .

8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass der die negative Elektrode bildende Becher (1) in dem Abschnitt, in dem er durch den Dichtungsring (15) eingeschlossen ist, gleichfalls einige Zehntelmillimeter eingeschnürt ist.

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9β Element nach, einem der Ansprüche 1 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die negative Elektrode bildende Becher (1) aus Zink, Aluminium oder Magnesium "besteht.

10. Verfahren zur Herstellung eines,dichten elektrochemischen Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 9> insbesondere für Mangandioxyd-Trockenbatterien mit Zinkbecher und zentralem Kohlestift, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinkbecher, der mit allen das Element bildenden elektrochemischen Bauelementen ausgerüstet ist, in eine Eunststoffhülle eingebracht wird, die ein einziges Stück mit einer Verschlusskappe des oberen Abschnittes des Elementes bildet, welche mit einer Hülse versehen ist, die den Kohlestift auf dichtende Weise unter der Wirkung einer ringförmigen, zwischen die Hülse und den rohrförmigen oberen Endabschnitt der Hülle eingesetzten Querversteifung aus Zink einschliesst, dass im Anschluss daran der untere rohrförmige Rand der Hülle ausgezackt und ohne Bildung von ÜberStärkung abgebogen und sodann zwischen der zuvor auf dem Boden angeordneten Kontaktscheibe bzw. direkt zwischen dem Boden des Bechers und dem metallischen Ring mit L-förmigem Querschnitt eingeschlossen wird, welcher den unteren rohrförmigen Abschnitt der Hülle abdeckt und in radialer Richtung auf den Becher presst j und dass schliesslich der Kohlestift mit einer Messingkappe versehen wird. · ■-;

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