DE1671743C3 - Verfahren zum Herstellen Kleiner kapselartiger alkalischer galvanischer Zellen mit negativer Elektrode aus Zinkpulver - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen kleiner kapselartiger alkalischer galvanischer Zellen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches.

Es wurden viele Anstrengungen unternommen, um durch Vergrößern der Elektrodenoberfläche die Leistung galvanischer Zellen zu verbessern und damit das Elektrodenmaterial vollständiger auszunutzen. Zu diesem Zweck ist vorgeschlagen worden, die negative Elektrode alkalischer galvanischer Zellen aus Metallpulver wie Zinkpulver herzustellen, wodurch man eine größere wirksame Oberfläche der Elektrode als bei Elektroden gleicher Größe aus flachem, gewelltem oder gefaltetem Zinkblech erhält. Gemäß US-PS 30 15 681 ist die negative Elektrode aus Zinkpulver gepreßt und enthält Quecksilber. Bei der aus der US-PS 29 92 215 bekannten Trockenzelle besteht die negative Elektrode aus in einen Stahlbehälter gepreßtem Zinkpulver. Ein ähnlicher Vorschlag ist aus der US-PS 26 36 062 bekannt Auch bei der aus der US-PS 24 80 839 bekannten alkalischen Primärzelle besteht die Kathode aus einem Preßkörper aus Zinkpulver. Auch ist es bekannt, dem die Elektrode bildenden aktiven partikelförmigen Material ein Bindemittel wie Kunstharz beizugeben, um der negativen Elektrode eine gewünschte Festigkeit zu verleihen.

Der Nachteil von aus Metallpulver gepreßten Elektroden besteht darin, daß die wirksame Oberfläche des Metallpulvers durch den Preßvorgang und das verwendete Bindemittel verringert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die wirksame Oberfläche der aus Zinkpulver gebildeten negativen Elektrode kleiner kapselartiger alkalischer galvanischer Zellen zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird das pulverförmige aktive Material der negativen Elektrode kleiner kapselartiger galvanischer Zellen, wie sie beispielsweise bei Hörgeräten unter der Größenbezeichnung 675 verwendet werden, nicht zu einer festen Masse oder einem festen Körper verpreßt, ebensowenig wie man Kunstharz als Bindemittel beimischen muß. Das die negative Elektrode bildende und mit Elektrolyt getränkte lose Zinkpulver führt zu einer Verbesserung der Hochleistungsabgabe, der Betriebsfähigkeit und auch der Leistung der Zelle bei niedriger Temperatur.

Das Herstellen und Zusammenbauen galvanischer Zellen mit einer negativen Elektrode aus Zinkpulver, das mit Elektrolyt getränkt werden muß, ist problematisch. Dieses Problem wird erfindungsgemäß jedoch einfach und wirkungsvoll dadurch überwunden, daß man den Elektrolyten in zwei Schritten einfüllt Zunächst wird nur ein kleinerer Tei) der benötigten Gesamtmenge des Elektrolyten auf das in einem Behälterteil der Zelle befindliche Zinkpulver aufgegeben, um das Zinkpulver mit Elektrolyt anzufeuchten. Dadurch erhält das lose Zinkpulver eine minimale strukturelle Festigkeit, die ausreicht, um bei dem weiteren Zusammenbau der Zelle das Zinkpulver mit ausreichender Festigkeit zusammenzuhalten. Die in das Zinkpulver eindringende Teilmenge des flüssigen Elektrolyten feuchtet das Zinkpulver aber nicht nur an, sondern verdrängt auch die Luft aus den Hohlräumen zwischen den einzelnen Pulverpartikeln. Auf die feuchte Oberfläche des angefeuchteten Zinkpulvers wird dann ein absorptionsfähiger Separator aufgebracht, der an der feuchten Oberfläche haftet und Elektrolyt aus dem Zinkpulver absorbiert, wodurch er ebenfalls angefeuchtet wird. Daraufhin wird der größere Teil des Elektrolyten auf den feuchten Separator aufgegeben, d. h. dte für die Aktivierung der Elektrode erforderliche Restmenge des Elektrolyten. Der bereits angefeuchtete Separator absorbiert die gesamte Restmenge des Elektrolyten schnell, so daß der Elektrolyt nicht aus dem das Zinkpulver enthaltenden Behälterteil ausspritzt oder ausläuft. Danach wird auf den Separator die mikroporöse Schicht aufgebracht und der die positive Masse enthaltende Behälterteil angebracht, woraufhin die Zelle betriebsfertig ist.

In der Zeichnung ist zur Erläuterung der Erfindung eine nach derselben hergestellte galvanische Zelle dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Draufsicht auf die zusammegebaute Zelle,

Fig.2 einen senkrechten Schnitt durch den die positive Masse enthaltenden unteren Behälterteil der galvanischen Zelle in gegenüber F i g. 1 vergrößertem Maßstab,

Fig.3 einen senkrechten Schnitt durch den die negative Elektrode bildenden oberen Behälterteil der galvanischen Zelle und

Fig.4 einen senkrechten Schnitt durch die aus den Teilen gemäß F i g. 2 und 3 zusammengesetzte kapselartige alkalische galvanische Zelle.

Fig. 1 zeigt eine typische kleine kapselartige alkalische galvanische Zelle 10 mit einem für die negative Elektrode vorgesehenen Behälterteil 11, einem die positive Masse enthaltenden Behälterteil 12 und einem Isolierring 13. Dieser Isolierring 13 greift über die

Außenkante des Behälterteils 11 und isoliert denselben elektrisch gegenüber dem Behälterteil 12, welcher über den Isolierring gepreßt und umgebördelt ist, um ein Auslaufen von Elektrolyt zu verhindern.

Die in F i g. 2 dargestellte positive Elektrode 20 weist einen kastenartigen Behälcerteil 21 aus Stahl oder anderem geeigneten Material und ein depolarisierendes Elektrodenmaterial 22 auf, welches eine oxidierende Komponente wie Quecksilberoxid, Magnesiumdioxid oder Silberoxid enthält. Dieses Elektrodenmaterial 22 ist zu einer Scheibe oder einer Tablette zusammengepreßt und in den Behälterteil 21 eingelegt, welcher einen Haltering 23 enthält, der über die aus Elektrodenmaterial 22 bestehende Scheibe übergreift, um diese im Behälterteil 21 zu halten. ι >

Die in F i g. 3 im einzelnen dargestellte negative Elektrode 30 weist einen doppelten Behälterteil 31 auf, dessen innerer Teil 32 am äußeren Teil 33 angeschweißt ist. Ein aus Kunstharz bestehender Isolierring 34 ist über den Rändern der beiden Teile 32 und 33 des doppelten Behälterteils 31 angebracht.

Zum Herstellen der negativen Elektrode wird der mit dem Isolierring 34 versehene doppelte Behälterteil 31 zunächst in einem Lösungsmittel wie Trichloräthylen entfettet und dann an der Luft getrocknet. Dann wird eine abgemessene Menge Zinkpulver 35 in den mit seiner Öffnung nach oben weisenden Behälterteil 31 eingegeben, wobei vorzugsweise amalgamiertes Zinkpulver mit einem Quecksilberanteil zwischen 1 bis 15 Gew.-% benutzt wird. Die Oberfläche der Zinkpulvermasse wird dann mittels einer Nivellierstange nivelliert, ohne das Pulver zusammenzudrücken. Anschließend wird das Ganze in Vibration versetzt, um die Zinkpulvermasse weiter zu nivellieren, wobei darauf geachtet wird, daß dabei kein Zinkpulver verschüttet wird.

Auf die nivellierte Zinkpulvermasse wird dann ein erster Teil des Alkali-Elektrolyten (Zinkoxid enthaltende 40%ige Kaliumhydroxidlösung) direkt aufgegeben. Hierbei handelt es sich um den kleineren Teil der Gesamtmenge des für die galvanische Zelle benötigten Elektrolyten. Im allgemeinen ist es vorzusehen, zunächst etwa 10 bis etwa 30 Gew.-% der benötigten Gesamtmenge des Elektrolyten aufzugeben.

Als spezielles Beispiel wird in den einen Behälterteil einer kapselartigen alkalischen galvanischen Zelle (675er Größe) 0,25 bis 0,28 g Zinkpulver eingegeben und auf dieses Pulver dann etwa 0,035 bis 0,045 g Elektrolyt in einem ersten Schritt direkt aufgegeben. Die für die galvanische Zelle benötigte Gesamtmenge Elektrolyt beträgt etwa 0,15±O,OO5 g.

Nachdem das Zinkpulver auf diese Weise mit Elektrolyt angefeuchtet worden ist, wird ein gegenüber dem Elektrolyten beständiger, hochgradig saugfähiger Separator 36 auf das angefeuchtete Zinkpulver aufgelegt. Der Separator kann aus nicht gewebtem filzartigem i'ellulosematerial wie beispielsweise Baumwollfasern bestehen. Er wird leicht auf das feuchte Zinkpulver gedruckt und haftet an demselben und saugt einen kleinen Teil des Elektrolyten aus dem Zinkpulver auf. Dann wird die für die galvanische Zelle benötigte Restmenge Elektrolyt direkt auf den angefeuchteten Separator aufgegeben. Da der Separator bereits angefeuchtet ist, wird die Restmenge des Elektrolyten schnell von ihm absorbiert, d. h. es wird keine größere Zeitspanne zum Einsaugen des Elektrolyten in den Separator und das Zinkpulver benötigt. Dadurch verhindert man, daß Elektrolyt ausspritzt, was gesehenen würde, wenn die Gesamtmenge des für die galvanische Zelle benötigten Elektrolyten direkt auf eine trockenen Separator oder auf eine trockene Zinkpulverschicht aufgegeben würde. Nachdem die Gesamtmenge Elektrolyt zugegeben wurde und aufgesaugt worden ist, wird eine Abschlußschicht 37 auf den nassen Separator 36 aufgebracht. Diese Abschlußschichi ist scheibenförmig ausgebildet und besteht aus mikroporösem Material, beispielsweise regenerierter Zellulose oder regeneriertem Zellstoff oder aus mikroporösem Kunststoff wie Polyvinylchlorid.

Zum endgültigen Zusammenbau der galvanischen Zelle wird die positive Elektrode 20 umgekehrt und auf die negative Elektrode 30 aufgesteckt, wobei sorgfältig darauf geachtet wird, daß die Lage der Abschlußschicht 37 nicht gestört wird. Die zusammengebaute kapselartige alkalische galvanische Zelle ist in F i g. 4 im einzelnen zu erkennen. Diese Zelle wird in einer Schließpresse durch Zusammenpressen oder Umbördeln der Oberkante 41 des Behälterteiles 21, so daß die Oberkante 41 fest gegen den Isolierring 34 gedruckt wird, endgültig geschlossen.

Die verbesserte Leistungsabgabe und der verbesserte Wirkungsgrad der kapselartigen alkalischen galvanischen Zelle der vorliegenden Erfindung mit aus losem Zinkpulver gebildeter negativer Elektrode sind im folgenden Beispiel erläutert:

Beispiel

Es wurden zwei kapselartige alkalische galvanische Zellen (Größe 675) hergestellt, wobei die depolarisierte positive aktive Masse Quecksilberoxid enthielt und die negative Elektrode amalgamiertes Zinkpulver. Bei einer der Zellen (Vergleichs2:elle) war das Zinkpulver der negativen Elektrode, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zusammengepreßt, während bei der anderen Zelle das Zinkpulver der negativen Elektrode in loser Form vorhanden war. Beide Zellen wurden zur Ermittlung ihrer Leistungsfähigkeit bei niedriger Temperatur untersucht. Die folgenden Werte wurden bei einer kontinuierlichen Entladung bei einem Widerstand bei 300 Ohm und bei einer Spannung von 0,09 Volt bei einer Temperatur von +3,89⁰C ermittelt:

Durch- Dauer

schnittliche

Spannung

Kapazität

(V)

(Std.) (mAh)

Vergleichszelle	1,032	4,08	14,01
Erfindungsgemäße	1,067	24	85,4
Zelle

Die Überlegenheit einer aus losem Zinkpulver gebildeten negativen Elektrode ist dadurch bei einer bei niedriger Temperatur vorgenommenen Untersuchung offensichtlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen kleiner kapselartiger alkalischer galvanischer Zellen, die in einem aus zwei Teilen zusammengesetzten Behälter gekapselt eine aus Zinkpulver gebildete, mit alkalischem Elektrolyt getränkte und von einem absorptionsfähigen Separator und einer mikroporösen Schicht abgedeckte negative Elektrode und eine positive Elektrode ι ο enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß in den für die negative Elektrode vorgesehenen Behälterteil zunächst loses Zinkpulver eingefüllt, auf dasselbe dann ein Teil des benötigten Elektrolyten aufgegeben, auf das so angefeuchtete Zinkpulver der Separator aufgebracht, anschließend der Rest des Elektrolyten auf den Separator aufgegeben und schließlich auf den feuchten Separator die mikroporöse Schicht aufgebracht wird, bevor man den Behälteneil der negativen Elektrode mit dem die positive aktive Masse enthaltenden Behälterteil verbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lose Zinkpulver in dem für die negative Elektrode vorgesehenen Behälterteil nivelliert wird, bevor Elektrolyt zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Zinkpulver zum Anfeuchten desselben 10 bis 30 Gew.-% der insgesamt benötigten Menge Elektrolyt aufgegeben wird.