DE1596175B1

DE1596175B1 - Trockenbatterie aus einem aus in reihe geschalteten zellen bestehenden stapel

Info

Publication number: DE1596175B1
Application number: DE1966M0068517
Authority: DE
Inventors: Kizo Hidaka; Susumu Hosoi; Masahiro Kuwazaki; Naohiro Matsuda; Masahisa Nishiguchi; Toshikatsu Takata; Jun Kobe Watanabe; Shohei Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1965-02-24
Filing date: 1966-02-24
Publication date: 1971-11-25
Also published as: GB1123338A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trockenbatterie aus einem aus in Reihe geschalteten Zellen bestehenden Stapel, wobei jede Zelle eine negative Zinkelektrode umfaßt, die auf ihrer Außenseite mit einem leitfähigen Film aus Kohlenstoff versehen ist und neben einer flachen Platte von dessen Rand nach oben ragende Abschnitte aufweist, sowie einen Papierseparator und einen konvex geformten, positiven Elektrodenkörper und einen Kunststoffschlauch, der die Bestandteile der Zelle umschließt.

Trockenbatterien aus einem aus in Reihe geschalteten Zellen bestehenden Stapel, wobei jede Zelle eine negative Zinkelektrode, die auf ihrer Außenseite mit einer leitenden Kohlenstoffschicht versehen ist, einen Papierseparator und einen positiven Elektrodenkörper sowie einen Kunststoffschlauch, der die Zellbestandteile umschließt, aufweist, sind beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 407 086 bekannt. Die negativen Zinkelektroden haben dabei eine flache Form, ihre Größe wird durch den Durchmesser der Batterie bestimmt. Damit ist gleichzeitig die Ausgangsleistung einer solchen Batterie beschränkt.

Es ist auch schon versucht worden, die Zinkelektroden dadurch zu vergrößern, daß an Stelle einer flachen Elektrode eine schalenförmige Zinkelektrode verwendet wurde. Eine derartige Schichtbatterie ist aus der deutschen Patentschrift 826 173 bekannt. Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, den Depolarisator in eine solche Zinkelektrode so einzuführen, daß auch die Seitenteile der Zinkelektrode eng an den Depolarisator anliegen. Gelingt dies aber nicht, so nehmen die nicht anliegenden Teile der Zinkelektrode nicht an den chemischen Vorgängen teil und bleiben unwirksam. Auch besteht die Gefahr, daß beim Herstellen solcher Zinkelektrodenschalen durch Tiefziehen der vorher aufgebrachte Kohlenstoffilm sich ablöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kapazität einer Batterie der eingangs genannten Art ohne Verminderung des gesamten Volumens zu vergrößern. Zu diesem Zweck soll die Reaktionsfläche der Zinkelektrode und das Volumen des Depolarisators vergrößert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß die Zinkelektrode von ihren gegenüberliegenden Seitenkanten nach oben ragende Abschnitte und somit U-förmigen Querschnitt aufweist und daß eine Klemmentragplatte eine positive Klemme trägt, die mit der oberen Stirnfläche des positiven Elektrodenkörpers elektrisch leitend verbunden ist, sowie eine negative Klemme, die mit der negativen Zinkelektrode der unteren Einzelzelle verbunden ist und daß eine Bodenplatte unter dem Stapel in Anlage am unteren Stapelende gehalten wird und gegenüber den Zellen isoliert ist und daß ein äußerer Mantel in an sich bekannter Weise den Stapel aus Einzelzellen aufnimmt und dessen oberer und unterer offener Rand derart umgebogen sind, daß sie am Umfang der Klemmentragplatte bzw. am Rand der Bodenplatte angreifen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt in einem verkürzten senkrechten Schnitt eine erfindungsgemäße Batterie;

F i g. 2 ist eine verkleinerte, teilweise weggebrochen gezeichnete perspektivische Darstellung der Batterie nach F i g. 1 und läßt erkennen, auf welche Weise die einzelnen Zellen und die positive Sammelschiene miteinander verbunden sind;

F i g. 3 zeigt in einem Teilschnitt die Verbindungskonstruktion;

F i g. 4 ist eine teilweise weggebrochen gezeichnete perspektivische Darstellung einer einzelnen Batteriezelle;

F i g. 5 zeigt perspektivisch die negative Zinkelektrode der Batteriezelle nach F i g. 4;

F i g. 6 zeigt die Zinkelektrode nach F i g. 5 in abgewickelter Form;

F i g. 7 zeigt in einem Teilschnitt, auf welche Weise die positiven und negativen Zuleitungsstreifen an der Klemmentragplatte befestigt werden;

F i g. 8 ist eine teilweise weggebrochen gezeichnete perspektivische Darstellung des äußeren Mantels; F i g. 9 zeigt perspektivisch den Stützrahmen des äußeren Mantels;

Fig. 10 zeigt perspektivisch bzw. im Querschnitt den äußeren Mantelkörper;

Fig. 11 ist eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausbildungsform einer negativen Zinkelektrode;

Fig. 12 und 13 zeigen weitere Ausbildungsformen des Stützrahmens für den äußeren Mantel;

Fig. 14 ist eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausbildungsform einer Bodenplatte;

Fig. 15 zeigt perspektivisch eine typische negative Zinkelektrode bekannter Art;

Fig. 16 ist eine perspektivische Darstellung einer weiteren bekannten Konstruktion einer negativen Zinkelektrode;

Fig. 17 zeigt einen äußeren Mantel bekannter Art im Querschnitt;

Fig. 18 ist eine perspektivische Darstellung einer weiteren bekannten Konstruktion eines äußeren Mantels;

F i g. 19, 20 und 21 zeigen in graphischen Darstellungen die Entladungscharakteristik einer erfindungsgemäßen, aus Schichten aufgebauten Trockenbatterie im Vergleich zu derjenigen einer Batterie bekannter Konstruktion.

In den Zeichnungen erkennt man bei 1 eine kombinierte Kohlenstoff-Zink-Elektrodenplatte, die aus einem Zinkblech 4 besteht, das auf seiner Unterseite mit einem leitfähigen Film 5 aus Kohlenstoff versehen worden ist; diese Elektrodenplatte wird in der Weise hergestellt, daß man das Blech in der aus F i g. 6 ersichtlichen Weise so ausstanzt, daß die Platte einen Hauptkörper 2 umfaßt, der mit vier abgerundeten Ecken a, b, c und d versehen ist, wobei mit dem Hauptkörper zusammenhängende seitliche Ansätze 3 vorhanden sind, die sich über die Längskanten des Hauptkörpers 2 erstrecken, jedoch eine geringere Länge haben; diese seitlichen Ansätze 3 werden mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung nach oben umgebogen, so daß sich gemäß F i g. 5 ein U-förmiger Querschnitt ergibt. Bei 6 erkennt man in Fig. 1 und 4 einen Separator aus Wasser aufnehmendem Kraftpapier, das auf seiner Außenfläche einen überzug aus Stärke trägt. Die Bezugszahl 7 bezeichnet einen mit einem Vorsprung versehenen gepreßten Körper aus einem positiven Materialgemisch, das als Hauptbestandteile elektrolytisches Mangandioxid und Acetylenruß enthält; bei 8 erkennt man einen Zellenüberzug, der durch einen Schlauch aus einem mittels Wärme schrumpfbaren Kunststoff wie Polyvinylchlorid besteht. Die in F i g. 4 gezeigte Einzelzelle 9 kann in der

nachstehend beschriebenen Weise hergestellt werden. Zuerst wird die kombinierte Kohlenstoff-Zink-Elektrodenplatte 1, die auf ihrer Unterseite mit einem Klebstoff überzogen ist, in den Schlauch 8 eingeführt; dann werden die Unterkanten des Schlauchs oder Rohrs 8 erhitzt, damit das Material schrumpft und fest an den unteren Randteilen der Elektrodenplatte 1 haftet. Nachdem der Elektrolyt, der im wesentlichen aus Salmiak und Zinkchlorid besteht, in das Rohr eingegossen worden ist, wird die kuchenförmige positive Elektrode 7, die mit dem Separatorblatt 6 umwickelt ist, eingeführt, und schließlich werden die oberen Ränder des Rohrs 8 erhitzt, um sie zum Schrumpfen zu bringen und so einen Abschluß an der Oberseite des Kuchens 7 zu bewirken.

Die Bezugszahl 10 bezeichnet ein positives Kollektoraggregat, das eine Kollektorplatte umfaßt, bei der es sich z. B. um ein Zinkblech 12 handelt, das auf seiner Unterseite einen Film aus Kohlenstoff trägt, sowie ein isolierendes Papierblatt 15, mit dessen Unterseite eine leitfähige Aluminiumfolie 13 verklebt ist, wobei in der Mitte dieses Blatts ein U-förmiger Schlitz 14 vorgesehen ist, sowie einen Schlauch bzw. ein Rohr 16 aus Polyvinylchlorid, der fest an der Kollektorplatte 12 und dem isolierenden Blatt 15 anliegt und sich längs deren Rändern erstreckt, so daß die genannten Teile ein zusammenhängendes Aggregat bilden, bei welchem der geschlitzte Teil 14 des isolierenden Blatts 15 und die Aluminiumfolie 13 nach oben und innen umgelegt sind, so daß sie den benachbarten oberen Teil des isolierenden Blatts berühren, wie es in F i g. 2 bei 15' dargestellt ist.

Mehrere solche Einzelzellen 9 werden zu einem Stapel vereinigt, so daß sie hintereinandergeschaltet werden, wobei der obere Teil des positiven Kuchens 7 jeder Zelle in elektrische Berührung mit der Unterseite der Elektrodenplatte 1 der nächsten darüber angeordneten Zelle gebracht wird. Eine Batterie umfaßt z. B. einen Stapel, der sich aus sechs Einzelzellen zusammensetzt. Auf dem oberen Ende des Zellenstapels wird der positive Kollektor 10 so angeordnet, daß die Kollektorplatte 12 in Berührung mit dem Kuchen 7 der obersten Zelle kommt.

Der durch die Einzelzellen 9 und den positiven Kollektor 10 gebildete Stapel wird in ein Bad aus geschmolzenem Wachs eingetaucht, so daß sich ein Wachsfilm 17-1 auf den Seitenflächen, der Unterseite und der Oberseite des Aggregats bildet. Der so mit Wachs überzogene Stapel wird dann mit einem Mittels Wärme schrumpfbaren Kunststoffschlauch überzogen, der z. B. aus Polyvinylchlorid besteht, wie es in Fig. 3 bei 17-2 dargestellt ist; dieser Schlauch wird dann mittels Wärme zum Schrumpfen gebracht, so daß er sich fest an den Wachsfilm 17-1 anlegt. Auf diese Weise werden die Einzelzellen 9 flüssigkeitsdicht abgeschlossen und gemäß F i g. 2 mit dem positiven Kollektor 10 zu einem einheitlichen Aggregat vereinigt.

In F i g. 7 bezeichnet die Bezugszahl 18 eine Klemmentragplatte aus einem harten Kunstharz, die eine positive Klemme 19 und eine negative Klemme 20 trägt, welche an der Tragplatte befestigt sind. Ein positiver Zuleitungsstreifen 22, der an seinem freien Ende mit Fortsätzen 21 versehen ist, und ein negativer Zuleitungsstreifen 24, der an seinem freien Ende Fortsätze 23 aufweist, sind an der Unterseite der Klemmentragplatte 18 durch Umbördeln der zugehörigen Klemmen 19 und 20 befestigt. Der negative Zuleitungsstreifen 24 ist mit einem isolierenden Papierblatt 25 umhüllt, und eine isolierende Platte 26 ist mit der von den Vorsprüngen 23 abgewandten Seite des Zuleitungsstreifens 24 verklebt. Bei 27 erkennt man eine Bodenplatte aus Metall, deren Ränder umgekehrt U-förmig gebogen sind, so daß sie den oberen Rand einer Vertiefung 28 bilden, welche die isolierende Platte 26 mit enger, Passung aufnimmt, wobei der Rand der Bodenplatte außerdem einen Flansch 29 trägt, der vom Rand der Bodenplatte aus nach unten ragt.

Gemäß F i g. 8 bis 10 ist der äußere Mantel bzw. das Gehäuse 30 der Batterie nach F i g. 1 als prismatisches Rohr aus Blech ausgebildet, wobei das Blech so gebogen ist, daß die Längskanten 31 und 33 stumpf aneinanderstoßen. Eine der Längskanten 31 trägt einen nach innen versetzten Lappen 32, der kurz vor dem oberen und dem unteren Ende des Mantels endet, während die andere Längskante 33 an ihrem unteren Ende mit einem Ausschnitt 34 versehen ist. Die Oberkante des Mantels ist um einen Stützrahmen 35 aus Stahldraht herumgebogen, damit sich der Mantel nicht aufspreizen kann.

Beim Zusammenbau der Batterie wird die Klemmen-. tragplatte 18 auf der Oberseite des Stapels von Zellen 9 angeordnet, und der positive Kollektor 10 wird in Berührung mit der Kollektorplatte 12 und dem Endabschnitt des positiven Zuleitungsstreifens 22 mit den Vorsprüngen 21 zwischen dem isolierenden Papierblatt 15 und der Aluminiumfolie 13 über die darin vorgesehene öffnung 14' eingeführt, welche verbleibt, nachdem der geschlitzte Teil 14 des Blattes nach innen umgelegt worden ist. Die frei liegende Aluminiumfolie 13' auf dem gefalteten Blattabschnitt 15' wird somit in Berührung mit dem unteren Ende der positiven Klemme 19 gebracht. Der negative Zuleitungsstreifen 24 ist so gebogen, daß die Vorsprünge 23 an seinem unteren Ende in Berührung mit der Unterseite der Elektrodenplatte 1 der untersten Zelle kommen.

Hierauf wird die ausgesparte Oberseite 28 der Bodenplatte 27 auf die isolierende Platte 26 aufgesetzt, die mit der Unterseite des negativen Zuleitungsstreifens 24 verklebt ist. Das so zusammengebaute Aggregat wird dann in den Mantel 30 über dessen untere öffnung eingeführt, woraufhin die Unterkante des Mantels nach innen umgebogen wird, so daß sie den Flansch 29 am Rand der Bodenplatte 27 fest umschließt.

Bei der in dieser Weise zusammengebauten Batterie wird die elektrische Verbindung zwischen der positiven Elektrode des Zellenstapels und der positiven Batterieklemme 19 durch den positiven Kollektor 10 und den positiven Zuleitungsstreifen 22 hergestellt. Da der äußerste Teil des positiven Zuleitungsstreifens 22, der an der positiven Klemme 19 befestigt ist, über die öffnung 14' des isolierenden Blattes 15 in den Raum zwischen dem Blatt und der positiven Kollektorplatte 12 eingeführt wird, um in Berührung mit der letzteren gehalten zu werden, während die auf das isolierende Blatt 15 aufgebrachte Aluminiumfolie 13 zum größten Teil in Berührung mit der Kollektorplatte 12 gehalten wird, wobei der gefaltete Teil 13' der Folie in Berührung mit dem unteren Ende der positiven Klemme 19 gehalten wird, und da die sich berührenden Teile in der senkrechten Richtung durch die Spannwirkung des äußeren Mantels 30 fest zusammengehalten werden, wird der elektrische Kontakt

zwischen der positiven Klemme 19 und der positiven Kollektorplatte 12 ständig einwandfrei aufrechterhalten, da die Aluminiumfolie 13 den gefalteten Abschnitt 13' umfaßt, und zwar ohne Rücksicht auf Ausdehnungs- und Zusammenziehungsbewegungen der Batteriezellen, die anderenfalls eine Unterbrechung der Berührung zwischen dem positiven Zuleitungsstreifen 22 und der Kollektorplatte 12 herbeiführen könnten.

Wegen dieser Anordnung ist es nicht erforderlich, die Einzelzellen und den positiven Kollektor mit Hilfe eines Bandes oder anderer Mittel zusammenzuhalten oder den positiven Zuleitungsstreifen mit der Kollektorplatte zu verlöten. Daher ist es auch nicht erforderlich, Flachmaterialien oder andere Mittel zum Einstellen des Abstandes und zum Ausgleichen von Unregelmäßigkeiten der Profilform vorzusehen, so daß sich eine größere Zahl von Einzelzellen in einem äußeren Mantel von bestimmten Abmessungen unterbringen läßt.

Ein weiterer Vorteil dieser Batteriekonstruktion besteht darin, daß ein radiales Aufspreizen des äußeren Mantels 30 verhindert wird, da die Längskanten 31 und 33 des Mantels in sich überlappender Lage festgehalten werden, und da der obere und der untere Randabschnitt so nach innen umgebogen sind, daß diese Abschnitte am inneren Rand des rechteckigen Stützrahmens 35 bzw. dem Flansch 29 am Rand der Bodenplatte 27 angreifen; somit wird jede Kraft, die auf den Mantel in einer solchen Richtung wirkt, daß sich der Mantel radial aufspreizen könnte, z. B. eine Kraft, die auf die Elastizität des Mantelmaterials zurückzuführen ist, welche bestrebt ist, die ursprüngliche flache Form wiederherzustellen, oder eine Kraft, die auf den während des Betriebs in der Batterie entstehenden Gasdruck zurückzuführen ist, durch den Stützrahmen 35 aus Stahl und den Flansch 29 einwandfrei aufgenommen. Der nach innen versetzte Lappen 32, der sich entlang einer Seitenkante 31 des Mantels erstreckt, wird gegen eine Auswärtsbewegung gegenüber der benachbarten Seitenkante 33 festgehalten, welche den versetzten Lappen 32 überdeckt, so daß die beiden Kanten 31 und 33 ständig in Anlage aneinander gehalten werden.

Diese Konstruktion mit stumpf aneinanderliegenden Kanten steht in bemerkenswertem Gegensatz zu der Bördelnaht 37, wie sie gemäß F i g. 17 bei einem in bekannter Weise ausgebildeten äußeren Mantel 36 vorgesehen ist. Im Vergleich zu der bis jetzt gebräuchlichen Bördelnaht 37, die weit nach innen vorspringt, ist die erfindungsgemäße Konstruktion praktisch nahtlos, denn die Dicke an der Verbindungsstelle entspricht nur dem Zweifachen der Dicke des Blechmaterials, so daß entsprechend größere Zellen in einem Mantel mit den gleichen Außenabmessungen untergebracht werden können.

Es wurden Versuche durchgeführt, um festzustellen, in welchem Ausmaß sich die Leistung einer Batterie durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen dem Zellenstapel und dem Klemmenaggregat sowie des neuartigen, praktisch nahtlosen äußeren Mantels verbessern läßt.

Zunächst wurde ein Vergleich zwischen einer bekannten Batterie (I) und einer erfindungsgemäßen Batterie (II) angestellt, um die Entladungscharakteristiken zu ermitteln; die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1

Batterie

I

II

Prozentuale
Zunahme.

Entladungsbedingungen

Intermittierende Entladung,
450 Ohm
2 h/Tag

14 h
16 h

15%

Intermittierende Entladung, 900 0hm 4 h/Tag

33 h 40 h

21%

Intermittierende Entladung, 1500 0hm 4 h/Tag

65 h 81,5 h

25%

Die bekannte Batterie I umfaßte gemäß Fig. 15 eine flache negative Zinkelektrode 38, gemäß Fig. 17 einen äußeren Mantel 36 mit der erwähnten Bördelnaht sowie eine elektrische Verbindung zwischen dem Zellenstapel und dem Klemmenaggregat, die mit Hilfe von verlöteten Zuleitungsdrähten hergestellt war. Die erfindungsgemäße Batterie II umfaßte ebenfalls eine flache negative Zinkelektrode, war jedoch mit einem nahtlosen äußeren Mantel versehen, und gemäß der Erfindung war die neuartige Verbindung zwischen dem Zellenstapel und dem Klemmenaggregat angewendet worden. Bei diesem Vergleichsversuch wird die Entladungsleistung durch die Gesamtzahl der Entladungsstunden repräsentiert, die erzielt werden konnte, bevor die Endspannung von 5,4 V erreicht wurde. Im Vergleich zu der bekannten Bezugsbatterie I wies die erfindungsgemäße Batterie II eine um 12% vergrößerte Fläche der negativen Zinkelektrode und ein um 25% erhöhtes Gewicht des Kathodengemisches auf.

Gemäß der Tabelle 1 zeigte die erfindungsgemäße Batterie II, die jedoch in der üblichen Weise mit einer flachen Zinkelektrode versehen war, bei einem Belastungswiderstand von 450 Ohm nur eine Zunahme der Entladungskapazität bei hoher Belastung von 15%.

Ein weiterer Vergleich wurde zwischen einer dritten Batterie III mit einer negativen Zinkelektrode 39 nach Fig. 16 mit vier senkrechten Seitenwänden, die im übrigen der Batterie II ähnelte, und einer vierten Konstruktion IV angestellt, bei der eine Elektrode 1 nach F i g. 5 verwendet wurde; auch diese Batterien wurden bezüglich ihrer Entladungsleistung mit der bekannten Batterie I verglichen. Die folgende Tabelle 2 zeigt die Menge des Kathodengemisches und den Flächeninhalt der Reaktionsfläche der Zinkelektrode für jede Einzelzelle und die verschiedenen untersuchten Batte

rien.

Tabelle 2

Batterie	Menge des Kathodengemisches	Reaktionsfläche der negativen Elektrode
I Ill Zunahme % IV Zunahme %	2,15 g 1,90 g -12% 2,80 g 30%	2,62 cm² 5,10 cm² 91% 4,02 cm² 53%

Frische Batterien der genannten Bauarten wurden unter bestimmten Bedingungen geprüft; die folgende Tabelle 3 zeigt die Gesamtzahl der Entladungsstunden bis zum Erreichen einer Endspannung von 5,4 V bei 20⁰C.

Tabelle 3

Batterie	Konst. Strom; konti nuierliche Entladung 24 mA	Intermitterende Entladung, 225 Ohm 2 h/Tag	Intermittierende Entladung, 450 0hm 2 h/Tag	Intermittierende Entladung, 900 0hm 4 h/Tag	Intermittierende Entladung, 1500 0hm 4 h/Tag
I	190 Min.	252 Min.	14 h	33 h	65 h
Ill		305 Min.	16 h	33 h
Zunahme %.. IV	366 Min. 92%	21% 408 Min. 62%	14% 21h 50%	0% 47 h 42%	81h 40%
Zunahme %..

Die Tabellen 2 und 3 zeigen, daß die Leistung der Batterie III mit einer Zinkelektrode mit vier Seitenwänden nach F i g. 16 bei starker Belastung mehr oder weniger entsprechend der Vergrößerung der Reaktionsfläche der negativen Elektrode erhöht ist, daß sich die Leistung jedoch verringert, wenn die Belastung abnimmt, da eine kleinere Menge des positiven Gemisches vorhanden ist.

Fig. 19 veranschaulicht zeichnerisch die Betriebscharakteristiken, die sich bei den Batterien I und IV ergaben, wenn die Batterien bei 20° C intermittierend entladen wurden, und zwar täglich 2 Stunden lang und unter Verwendung eines Belastungswiderstandes von 450 Ohm; Fig. 20 zeigt dagegen die Betriebscharakteristiken bei einer intermittierenden Entladung von täglich 4 Stunden bei 20⁰C unter Verwendung eines Belastungswiderstandes von 900 Ohm. Die Kurven zeigen die Spannung im geschlossenen Stromkreis am Ende jeder Entladungsperiode.

Die folgende Tabelle 4 ermöglicht einen Vergleich zwischen den Entladungsstunden, die bei den Batterien I und IV zur Verfugung stehen, wenn man diese Batterien als Energiequelle für einen Transistorempfänger verwendet; die Angaben gelten für eine intermittierende Entladung von täglich 4 Stunden bei 20° C und bis zur gleichen Endspannung von 5,4 V.

Tabelle 4

Batterie	RF-810	Ru	ndfunkempfän R-130	ger	R-108H
I	24 h		24 h		23 h
IV	37 h		37 h		35 h
Zunahme %..	54%		54%		52%

Fig. 21 zeigt die Entladungscharakteristiken der bekannten Batterie I und der erfindungsgemäßen Batterie IV für den Fall der Verwendung in einem Empfänger vom Typ RF-810.

Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Batterie IV sowohl bei starker als auch bei geringer Belastung ein hervorragendes Betriebsverhalten zeigt.

Es sei bemerkt, daß man die negative Zinkelektrode in Form einer Elektrodenplatte 41 nach Fig. 11 ausbilden kann, die nur an ihren beiden Längskanten mit senkrechten Seitenwänden 40 versehen ist. Bei- dieser Elektrodenkonstruktion besteht jedoch die Gefahr, daß beim Einführen der Einzelzellen in den äußeren Mantel die gewinkelten Ecken der Elektrodenplatte zu einer Beschädigung der überzüge der Zellen bzw. des Zellenstapels führen. Daher kann sich eine solche Elektrodenplatte nicht über die ganze Länge der Einzelzelle erstrecken, so daß die wirksame Elektrodenfläche etwas kleiner ist als diejenige der Elektrode nach Fig. 5.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, ist es gemäß der Erfindung möglich, eine aus Schichten aufgebaute Trockenbatterie zu schaffen, die nicht nur stark belastbar ist, sondern die auch bei geringer Belastung eine hervorragende Leistung zeigt, wenn man eine negative Zinkelektrode verwendet, die an ihren beiden Längskanten mit nach oben ragenden Abschnitten versehen ist, so daß die Reaktionsfläche der negativen Elektrode vergrößert wird, ohne daß es erforderlich ist, die Menge des positiven Gemisches zu verkleinern.

Im Hinblick auf den zunehmenden Bedarf an Schichtbatterien von niedriger Spannung ist ferner zu erwarten, daß die Konstruktion der negativen Elektrode mit den aufrecht stehenden Seitenwänden 3 zur Vergrößerung der Reaktionsfläche ihre gute Eignung in zunehmendem Ausmaß auch bei starker Belastung zeigen wird. Beispielsweise ist bei einer 6-Volt-Batterie mit vier Einzelzellen die Höhe je Zelle größer als bei einer 9-Volt-Batterie vom Typ 6 F 22 mit sechs Zellen, so daß eine erhebliche Vergrößerung der Anodenreaktionsfläche bei einer Batterie mit vier Zellen zu erwarten ist, wenn man eine Elektrodenplatte 1 mit abgewinkelten Seitenwänden 3 verwendet.

Im folgenden wird näher auf den nahtlosen äußeren Mantel eingegangen, der bei den erfindungsgemäßen Batterien verwendet wird. Die bis jetzt gebräuchlichen äußeren Mäntel weisen gewöhnlich einander benachbarte Ränder auf, die sich überlappen und nach innen eingerollt sind, so daß sie den schon an Hand von Fig. 17 beschriebenen, weit nach innen vorspringenden Wulst bzw. eine Bördelnaht bilden. Es wurde bereits versucht, diese viel Raum beanspruchende Nahtkonstruktion zu vermeiden; zu diesem Zweck wurde ein äußerer Mantel 43 nach Fig. 18 vorgeschlagen, bei dem sich die benachbarten Längskanten 42 nicht überlappen, sondern nur stumpf aneinanderstoßen; zwar wird das angestrebte Ziel bei dieser Anordnung in einem gewissen Ausmaß erreicht, doch weist dieser äußere Mantel insofern einen Nachteil auf, als es schwierig ist, dafür zu sorgen, daß er seine Querschnittsabmessungen beibehält, denn die aneinanderliegenden Kanten werden durch die Elastizität des Mantelmaterials aufgespreizt, das bestrebt ist, seine ursprüngliche ebene Form wieder anzunehmen; ein ähnliches Aufspreizen kann durch den inneren Gasdruck bewirkt werden, der sich beim Gebrauch der Batterie entwickelt, so daß es bei dem Mantel 43 nicht möglich ist, die prismatische Form lediglich dadurch aufrechtzuerhalten, daß der obere und der untere Rand des Mantels nach innen umgebördelt wird.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß der obere und der untere Rand des

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Mantels so nach innen umgebogen werden, daß sie einen rechteckigen Stützrahmen 35 bzw. einen Flansch 29 umschließen, der in der schon beschriebenen Weise an der Bodenplatte 27 ausgebildet ist; gleichzeitig wird der Mantel längs einer Kante 31 mit einem versetzten Fortsatz 32 versehen, der von der anderen Kante des Mantels überlappt wird.

Die folgende Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse von Versuchen mit verschiedenen Mantelkonstruktionen; hierbei wurden eine Batterie V mit einem äußeren Mantel nach F i g. 18 und eine weitere Batterie VI mit einem Mantel nach F i g. 8 untersucht.

Tabelle 5

Batterie	% Ausschuß beim Zusammenbau	% Ausschuß bei Kurzschlußversuch
V VI	20% 3%	15% 0%

In der Tabelle 5 ist in der zweiten Spalte der prozentuale Anteil der Batterien angegeben, die während des Biegens der Unterkante des äußeren Mantels über den Rand der Bodenplatte zu Ausschuß wurden, da die Querschnittsabmessungen des Mantels den Vorschriften nicht entsprachen, z. B. weil ein Abstand verblieb, oder weil sich eine Überlappung ergab, oder weil sich die benachbarten Stoßkanten nach außen aufspreizten. In der dritten Spalte der Tabelle 5 ist der prozentuale Anteil der Batterien angegeben, die ausgeschieden werden mußten, da ihre Querschnittsabmessungen den Vorschriften nicht entsprachen, und zwar infolge einer Ausdehnung oder einer anderen Verformung des Mantels, die eintrat, wenn man die Batterie 24 Stunden lang im Ruhezustand beließ, nachdem sie 24 Stunden lang im kurzgeschlossenen Zustand gehalten worden waren.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Stützrahmen für den äußeren Mantel nicht notwendigerweise rechteckig zu sein braucht, wie es für den Rahmen 35 in F i g. 9 gezeigt ist, sondern daß man gemäß Fig. 12 auch einen U-förmigen Rahmen44 verwenden kann. Im letzteren Fall ist es jedoch erforderlich, dafür zu sorgen, daß derjenige Teil des äußeren Mantels, welcher die Stoßkanten 31 und 33 nach Fig. 10 umfaßt, an dem Verbindungsabschnitt des Stützrahmens angreift, während die beiden Flachseiten des Mantels mit den Schenkeln des Stützrahmens zusammenarbeiten. Alternativ kann dieKlemmentragplatte 18 an ihrem Rand auf der Oberseite mit einem Flansch oder einer Aussparung derart versehen werden, daß der obere Rand des äußeren Mantels umgebogen werden kann, um an dem Flansch anzugreifen oder in dieAussparung hineinzuragen. Ferner könnte man eine Tragplatte 46 nach Fig. 13 verwenden, die an drei Kanten mit aufrecht stehenden Seitenwänden 45 versehen ist und an der Klemmentragplatte 18 befestigt werden kann, z. B. dadurch, daß die positive Klemme 19 durch eine öffnung 47 der Tragplatte 46 ragt, so daß der obere Rand des äußeren Mantels um die nach oben ragenden Seitenwände 45 der Platte 46 herumgebogen werden kann.

In diesen Fällen, in denen der obere Rand des äußeren Mantels so umgebogen wird, daß er fest am Rand der Klemmentragplatte 18 oder der daran befestigten Platte 46 angreift, kann man einen Stützrahmen 44 nach Fig. 12 an Stelle des Flansches 29 am Rand der Bodenplatte 27 verwenden. Es sei bemerkt, daß die Aussparung 28 an der Bodenplatte 27 dazu dient, zu ermöglichen, daß eine maximale Zahl von Einzelzellen in einem äußeren Mantel von bestimmten Abmessungen untergebracht wird. Es sei jedoch hinzugefügt, daß die Aussparung 28 nicht unbedingt erforderlich ist, und daß man auch eine flache Bodenplatte nach Fig. 14 verwenden kann, die an ihren Kanten Fortsätze 49 trägt, zwischen denen Lücken vorhanden sind.

Die folgende Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse von Kontaktuntersuchungen, die bei zwei Batteriebauarten durchgeführt wurden; die eine Batterie VIII umfaßte den positiven Kollektor und den Zuleitungsstreifen, der mit Hilfe des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens befestigt war, während die andere Batterie VII in bekannter Weise mit einem positiven Kollektor versehen war, der durch einen einzigen Kontaktpunkt bzw. eine Spitze in Berührung mit einem Zuleitungsstreifen gehalten wurde.

Tabelle 6

25 Batterie	Frisch hergestellt	Lagerung 6 Monate bei Raum temperatur	Lagerung 12 Monate bei Raum temperatur	Lagerung 3 Monate bei 45°C
30 VII ... VIII ...	100 100	95 100	90 100	95 100

In der Tabelle 6 ist die Klemmenspannung jeder geprüften Batterie als Prozentsatz der unmittelbar nach der Herstellung gemessenen Klemmenspannung angegeben, wobei die Klemmenspannung nach Ablauf verschiedener Lagerungszeiten gemessen wurde. Die Messungen der Spannung wurden jeweils nach einer Schwingungsprüfung durchgeführt, bei welcher die Batterie in drei Richtungen mit einer Amplitude von 1,0 mm und einer Frequenz von 1600 bis 3000 Perioden/min 180 Minuten lang in Schwingungen versetzt wurde.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, übertrifft die erfindungsgemäße Batterie alle bekannten Batterien der beschriebenen Bauart bezüglich der Konstruktion des äußeren Mantels und der Klemmenverbindung, und sie bietet insofern einen Vorteil, als ein Mantel von bestimmten Abmessungen eine größere Zahl von Einzelzellen oder aber Einzelzellen von größeren Abmessungen aufnehmen kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Trockenbatterie aus einem aus in Reihe geschalteten Zellen bestehenden Stapel, wobei jede Zelle eine negative Zinkelektrode umfaßt, die auf ihrer Außenseite mit einem leitfähigen Film aus Kohlenstoff versehen ist und neben einer flachen Platte von dessen Rand nach oben ragende Abschnitte aufweist, sowie einen Papierseparator und einen konvex geformten, positiven Elektrodenkörper und einen Kunststoffschlauch, der die Bestandteile der Zelle umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkelektrode (1) von ihren gegenüberliegenden Seitenkanten nach oben ragende Abschnitte und somit U-förmigen

Querschnitt aufweist und daß eine Klemmentragplatte (18) eine positive Klemme (19) trägt, die mit der oberen Stirnfläche des positiven Elektrodenkörpers (7) elektrisch leitend verbunden ist, sowie eine negative Klemme (20), die mit der negativen Zinkelektrode der unteren Einzelzelle verbunden ist und daß eine Bodenplatte (27) unter dem Stapel in Anlage am unteren Stapelende gehalten wird und gegenüber den Zellen isoliert ist und daß ein äußerer Mantel (30) in an sich bekannter Weise den Stapel aus Einzelzellen aufnimmt und dessen oberer und unterer offener Rand derart umgebogen sind, daß sie am Umfang der Klemmentragplatte (18) bzw. am Rand der Bodenplatte (27) angreifen.

2. Trockenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskanten (31, 33) des äußeren Mantels (30) stumpf aneinanderliegen, wobei eine der Längskanten (31) einen nach innen versetzten Fortsatz (32) trägt, der auf der Innenseite der anderen Längskante (33) angeordnet ist und letztere überlappt und daß ein Stützrahmen (35, 44) von dem umgebogenen oberen Randabschnitt des äußeren Mantels (30) mindestens längs derjenigen Seite des Mantels umschlossen wird, welche die erwähnten stumpf aneinanderstoßenden Längskanten (31,33) umfaßt, sowie längs der beiden dieser Seite benachbarten Seiten des Mantels.

3. Trockenbatterie nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine positive Kollektorplatte (12), die in Berührung mit der oberen Stirnfläche des positiven Elektrodenkörpers (7) gehalten wird, ein isolierendes Blatt (15), das auf seiner Unterseite mit einer elektrisch leitenden Metallfolie (13) versehen ist, sowie einen Kunststoffilm, der die positive Kollektorplatte (12) und das isolierende Blatt

(15) an deren Rändern so umschließt, daß diese Teile ein zusammenhängendes Aggregat (10) bilden, wobei das isolierende Blatt (15) teilweise ausgeschnitten ist, so daß es eine öffnung (14) zum Aufnahmen eines Zuleitungsstreifens (22) aufweist, wobei der ausgeschnittene Teil des Blattes (15) so zurückgefaltet ist, daß die damit verbundene Metallfolie (13) nach oben gerichtet ist, eine Klemmentragplatte (18), die eine positive Klemme (19) trägt, welche an ihrem unteren Ende in Berührung mit der frei liegenden Metallfolie (13) auf dem gefalteten Teil (14) des isolierenden Blattes (15) gehalten wird, einen positiven Zuleitungsstreifen (22), der an der positiven Klemme (19) befestigt und über die Streifenaufnahmeöffnung (14) des isolierenden Blattes (15) in den Raum zwischen der positiven Kollektorplatte (12) und der Metallfolie (13) eingeführt worden ist, eine negative Klemme (20), an der ein negativer Zuleitungsstreifen (24) befestigt ist, der Vorsprünge (23) trägt, welche in Berührung mit dem Kohlenstoffilm der untersten Einzelzelle innerhalb des Stapels gehalten werden.

4. Trockenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (27) an ihrem Umfang mit einem Flansch (29) versehen ist, der von dem umgebogenen unteren Randabschnitt des äußeren Mantels (30) umschlossen wird.

5. Trockenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Zinkelektrode (1) eine allgemein rechteckige Platte (2) umfaßt, die vier abgerundete Ecken (α, b, c, d) aufweist, und daß die an zwei einander gegenüberliegenden Seitenkanten der Platte (2) nach oben ragende Abschnitte (3) sich nicht über die abgerundeten Enden der Platte (2) erstrecken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen