DE19536683B4 - Pole bolts for prismatic, galvanic cells - Google Patents

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Abstract

Polbolzen für prismatische, galvanische Zellen, die eine Vielzahl von Elektrodenpaaren enthalten, wobei der Polbolzen (1) einen zylinderförmigen, äußeren Anschlussbereich (2) besitzt, der in einen Endbereich (3) und in einen Deckeldurchgangsbereich (4) übergeht, an den sich eine Schulter (5) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlusspol (7) für Stromableiterfahnen der Elektrodenplatten seitlich von der Rotationsachse des Polbolzens (1) versetzt an der Unterseite der Schulter angeordnet ist und sich parallel zur Rotationsachse von der Schulter weg erstreckt.pole bolt for prismatic, galvanic cells containing a plurality of electrode pairs, wherein the pole bolt (1) has a cylindrical, outer connection region (2) having, in an end region (3) and in a cover passage area (4) passes, to which a shoulder (5) adjoins, characterized a connection pole (7) for Stromableiterfahnen the electrode plates laterally from the axis of rotation of the Polbolzens (1) offset at the bottom of the shoulder arranged is and extends parallel to the axis of rotation away from the shoulder.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Polbolzen für prismatische, galvanische Zellen, die eine Vielzahl von Elektrodenpaaren enthalten, wobei der Polbolzen einen zylinderförmigen, äußeren Anschlussbereich besitzt, der in einen Endbereich und in einen Deckeldurchgangsbereich übergeht.The The invention relates to a pole bolt for prismatic, galvanic Cells containing a plurality of electrode pairs, wherein the pole bolt has a cylindrical outer connection area has, which merges into an end portion and a cover passage area.

Aus dem Dokument FR-A-2 651 606 sind Polbolzen bekannt, die einen inneren Anschlusspol besitzen, an den von zwei Seiten Stromableiterfahnen plattenförmiger Elektroden befestigt sind. Durch eine Schulter des Polbolzens wird der Durchgang des Polbolzens durch das Gehäuse der galvanischen Zelle abgedichtet. Von außen wird der Polbolzen durch eine auch der elektrischen Verbindung zu anderen Zellen dienenden Schraube/Mutter-Verbindung gesichert. Im Hinblick auf galvanische Zellen, die eine Vielzahl von Elektrodenpaaren enthalten, ist eine Vereinfachung der Befestigung der Stromableiterfahnen am Polbolzen sowie dessen Einbau in das Zellengehäuse wünschenswert.Out the document FR-A-2 651 606 Polbolzenzen are known which have an inner Terminal pole own, on the two sides of the current collector flags plate-shaped Electrodes are attached. Through a shoulder of the pin bolt is the passage of the pile bolt through the housing of the galvanic cell sealed. From the outside The pole bolt is also connected by an electrical connection secured to other cells serving screw / nut connection. in the Regarding galvanic cells, which have a multiplicity of electrode pairs included is a simplification of the attachment of the current collector flags on Polbolzen and its installation in the cell housing desirable.

In dem US-Patent 3,934,782 sind Polbolzen für prismatische, galvanische Zellen, die eine Vielzahl von Elektrodenpaaren enthalten, offenbart. Zwei von einem Deckeldurchgangsbereich abstehende Nasen dienen als Auflage für den Batteriedeckel. Unterhalb des Deckeldurchgangsbereiches ist ein sich vertikal quer zur Rotationsachse des Polbolzens erstreckender rechteckförmiger Anschlusspol vorgesehen, an dessen Unterseite die Stromableiterfahnen der plattenförmigen Elektroden befestigt werden.In US Pat. No. 3,934,782 discloses pole bolts for prismatic, galvanic Cells containing a plurality of electrode pairs disclosed. Two lugs projecting from a lid passage area serve as Edition for the battery cover. Below the lid passage area is a vertically extending transversely to the axis of rotation of the pile bolt rectangular Terminal pole provided on the underside of the Stromableiterfahnen the disc-shaped Electrodes are attached.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Polbolzen zu schaffen, der die Befestigung einer Vielzahl von Stromableiterfahnen und dessen Einbau in ein Zellengehäuse in einfacher Weise gestattet.task the invention is to provide an improved pole bolt, the attachment of a variety of current collector flags and its installation in a cell case allowed in a simple manner.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Anschlusspol für die Stromableiterfahnen der Elektrodenplatten seitlich von der Rotationsachse des Polbolzens versetzt an der Unterseite der Schulter angeordnet ist und sich parallel zur Rotationsachse von der Schulter weg erstreckt.According to the invention Task solved by that a connection pole for the Stromableiterfahnen the electrode plates laterally from the axis of rotation of the pile pin offset at the bottom of the shoulder arranged is and extends parallel to the axis of rotation away from the shoulder.

Der erfindungsgemäße Polbolzen ermöglicht es, bis zu ca. 50 Stromableiterfahnen von Elektrodenplatten einer Polarität auf einmal miteinander zu verbinden. Dadurch wird der Montageaufwand deutlich gesenkt.Of the Polbolzen invention allows, Up to approx. 50 current discharge lugs of electrode plates of one polarity at a time to connect with each other. As a result, the installation effort is clear lowered.

Die erfindungsgemäßen Polbolzen sind insbesondere zur Verwendung in Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Zellen geeignet. Dabei werden Walzelektroden mit einem Träger aus Kupfer- oder Aluminiumstreckmetall und sogenannte Schaum- oder Filzelektroden aus Nickel, vernickeltem Kupfer oder vernickeltem Stahl als Träger für die aktiven Elektrodenmaterialien eingesetzt. Die Stromableiter haben Dicken von 100 bis 500 μm und die Dicke eines aus positiver und negativer Elektrodenplatte sowie dem zugehörigen Separator bestehenden Elektrodenpaares beträgt etwa 1 mm, so dass pro Zelle 20 bis 40, vorzugsweise 25 bis 30 Elektrodenpaare eingebaut werden.The Polbolzen invention are especially for use in nickel-metal hydride or lithium-ion cells suitable. Here are rolling electrodes with a carrier Copper or aluminum expanded metal and so-called foam or felt electrodes made of nickel, nickel-plated copper or nickel-plated steel as a support for the active electrode materials used. The current conductors have thicknesses of 100 to 500 microns and the Thickness of a positive and negative electrode plate and the associated Separator existing electrode pair is about 1 mm, so that per cell 20 to 40, preferably 25 to 30 pairs of electrodes are installed.

In vorteilhafter Weise besitzt die Schulter auf ihrer dem Zellendeckel zugewandten Seite eine Schneide. Die Schneide sorgt für einen dichten Verschluss des Deckeldurchgangs und mindert eine Drehbelastung des Anschlusspols.In Advantageously, the shoulder has on its the cell lid facing side a cutting edge. The cutting edge provides for a tight closure of the lid passage and reduces a turning load of the connection pole.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Anschlußpol einen Schweißeinsatz aus Aluminium, wenn die Stromableiterfahnen der Elektrodenplatten aus Aluminium bestehen. Der Schweißeinsatz aus Aluminium erlaubt es, die Stromableiterfahnen aus Aluminium durch Ultraschallschweißung mit dem Anschlußpol zu verbinden. Die Herstellung der Verbindung wird dadurch vereinfacht und es wird die Kombination verschiedener Metalle vermieden, die elektrochemische Reaktionen verursachen könnten. Insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen, bei denen die positiven Elektrodeplatten durch Aufwalzen des mit Bindemittel versehenen aktiven Kathodenmaterials auf ein Aluminiumstreckmetall erhalten werden, sind als Stromableiter Aluminiumfolien mit einer Dicke von etwa 300 μm vorgesehen.In Another embodiment of the invention, the terminal pole has a welding application made of aluminum, if the current collector tabs of the electrode plates Made of aluminum. The welding insert made of aluminum allows it, the current discharge lugs made of aluminum by ultrasonic welding with the terminal pole connect to. The preparation of the compound is simplified and it avoids the combination of different metals that could cause electrochemical reactions. Especially with lithium-ion cells, in which the positive electrode plates by rolling the with Binder provided cathode active material on an aluminum expanded metal are obtained as a current collector aluminum foils with a Thickness of about 300 microns intended.

In vorteilhafter Weise wird der Polbolzen so ausgebildet, daß der Schweißeinsatz in eine Öffnung im Anschlußpol eingepreßt wird und in der von der Rotationsachse des Polbolzens abgewandten Seite einen Anschlagrand besitzt. Die vorgeschlagene konstruktive Gestaltung sichert sowohl den mechanischen Halt des Schweißeinsatzes im Polbolzen, wenn beim Schweißen ein Fließen des Materials eintritt, als auch einen guten elektrischen Kontakt zu dem leitfähigen Material des Polbolzens.In Advantageously, the pole bolt is formed so that the welding insert in an opening in the A terminal pressed is and facing away from the axis of rotation of the pin bolt Page has a stop edge. The proposed constructive Design ensures both the mechanical hold of the welding insert in the pole bolt, when welding a flow material, as well as good electrical contact to the conductive Material of the pin bolt.

Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Polbolzen aus Titan oder einer Titanlegierung gefertigt. Dies gewährleistet zum einen eine hohe Korrosionsfestigkeit gegenüber den verschiedensten Elektrolyten auch bei hohen Spannungslagen, zum anderen ergeben sich keine elektrochemischen Probleme hinsichtlich der Verwendung eines Schweißeinsatzes aus Aluminium.Preferably is the pole bolt according to the invention made of titanium or a titanium alloy. This ensures on the one hand a high corrosion resistance to the most diverse electrolytes even at high voltage levels, on the other hand there are no electrochemical Problems regarding the use of a welding insert Aluminum.

In vorteilhafter Weise sind eine innere Dichtscheibe, eine äußere Dichtscheibe, eine Sicherungsscheibe mit einer Schneide und eine Befestigung vorgesehen. Die Kombination der vorgenannten Bauteile gestattet den mechanisch stabilen und dichten Einbau des erfindungsgemäßen Polbolzens.Advantageously, an inner sealing washer, an outer sealing washer, a locking washer with a cutting edge and an attachment are provided. The combination of the abovementioned components le allows the mechanically stable and tight installation of the pole bolt according to the invention.

Vorzugsweise wird der mechanisch stabile und dichte Einbau noch dadurch verbessert, daß die Sicherungsscheibe durch den Befestigungsrand des Polbolzens in Form einer nietartigen Aufweitung gehalten wird.Preferably the mechanically stable and tight installation is improved by that the lock washer through the attachment edge of the pile pin in the form of a rivet-like Expansion is maintained.

Der erfindungsgemäße Polbolzen wird vorzugsweise in galvanischen Zellen, die mit nichtwäßrigen Elektrolyten betrieben werden, eingesetzt. Galvanische Zellen der vorgenannten Art stellen aufgrund der Spannungslagen und der in ihnen eingesetzten Elektrolyten hohe Anforderungen an die Korrosionsstabilität der zu ihrer Herstellung verwendeten Materialien. Überraschender Weise zeigen sich die erfindungsgemäßen Polbolzen diesen Anforderungen in jeder Hinsicht gewachsen.Of the Polbolzen invention is preferably used in galvanic cells containing nonaqueous electrolytes operated, used. Galvanic cells of the aforementioned Art make due to the voltage levels and the used in them Electrolytes high demands on the corrosion stability of too materials used in their manufacture. Surprisingly show the pole pins according to the invention these requirements in every way.

Der erfindungsgemäße Polbolzen ist in den 1 bis 4 beispielhaft dargestellt.The pole bolt according to the invention is in the 1 to 4 exemplified.

1 zeigt eine Seitenansicht des Polbolzens mit Draufsicht auf den Schweißeinsatz. 1 shows a side view of the pile bolt with a plan view of the welding insert.

2 zeigt eine um 90° gedrehte Seitenansicht des Polbolzens mit einer Schnittdarstellung des Schweißeinsatzes. 2 shows a rotated by 90 ° side view of the pile bolt with a sectional view of the welding insert.

3 zeigt eine Draufsicht auf den Polbolzen. 3 shows a plan view of the pole bolt.

4 zeigt die Schnitthälften A und B für die Varianten A und B des Polbolzens im eingebauten Zustand. 4 shows the cut halves A and B for the variants A and B of the pile bolt in the installed state.

Der erfindungsgemäße Polbolzen 1 weist folgende konstruktiven Merkmale auf. Der rotationssymmetrische, zylinderförmige, äußere Anschlußbereich 2 besitzt einen gewölbt angefasten Endbereich 3 und geht in einen Bereich 4 über, der den Durchgang durch den Zellendeckel umfaßt. Daran schließt sich eine quadratische Schulter 5 an, die ihrerseits eine ringförmig umlaufende Schneide 6 auf ihrer zum Zellendeckel gewandten Seite besitzt. Die Schneide 6 verbessert die Dichtigkeit der Poldurchführung durch den Zellendeckel. An der Unterseite der Schulter 5 befindet sich seitlich zur Rotationsachse des Polbolzens 1 versetzt der Anschlußpol 7, in dessen Öffnung 8 ein Schweißeinsatz 9 eingepreßt ist. Der Schweißeinsatz 9 ist auf der der Rotationsachse des Polbolzens 1 abgewandten Seite mit einem Anschlagrand 10 versehen. Ein mechanisch stabiler und dichter Einbau, d.h. ein Einbau des Polbolzens 1 der eine Wassereindringrate kleiner als 20 ppm/anno gestattet, wird dadurch erhalten, daß der Polbolzen 1 in der Variante B eine innere Dichtscheibe 12, eine äußere Dichtscheibe 13, eine Sicherungsscheibe 14, mit einer umlaufenden Schneide 18 und eine Befestigung 15, besitzt. Eine weitere Vereinfachung der Montage sowie eine sichere und mechanisch stabile Verbindung des Polbolzens 1 mit dem Zellengehäuse 11 wird bei der Variante A in der Weise erreicht, daß die Sicherungsscheibe 16 durch den Befestigungsrand 17 des Polbolzens 1 in Form einer nietartigen Aufweitung gehalten wird. Alle Stromableiterfahnen der Elektrodenplatten gleicher Polarität werden zusammengefaßt und mit dem Anschlußpol 7 durch Ultraschallschweißung verbunden.The pole bolt according to the invention 1 has the following structural features. The rotationally symmetrical, cylindrical, outer connection area 2 has a curved chamfered end 3 and goes into an area 4 which covers the passage through the cell lid. This is followed by a square shoulder 5 which, in turn, has an annular peripheral cutting edge 6 on its side facing the cell lid. The cutting edge 6 improves the tightness of the terminal lead through the cell cover. At the bottom of the shoulder 5 is located laterally to the axis of rotation of the pile bolt 1 offset the terminal pole 7 in its opening 8th a welding insert 9 is pressed. The welding insert 9 is on the axis of rotation of the pin bolt 1 opposite side with a stop edge 10 Mistake. A mechanically stable and tight installation, ie an installation of the pile pin 1 which allows a water penetration rate less than 20 ppm / anno, is obtained by the pole bolt 1 in variant B, an inner sealing washer 12 , an outer sealing washer 13 , a lock washer 14 , with a circumferential cutting edge 18 and a fixture 15 , owns. A further simplification of the assembly as well as a secure and mechanically stable connection of the pile bolt 1 with the cell case 11 is achieved in the variant A in such a way that the lock washer 16 through the edge of the attachment 17 of the pin bolt 1 held in the form of a rivet-like expansion. All Stromableiterfahnen the electrode plates of the same polarity are combined and connected to the Anschlußpol 7 connected by ultrasonic welding.

Claims (7)

Polbolzen für prismatische, galvanische Zellen, die eine Vielzahl von Elektrodenpaaren enthalten, wobei der Polbolzen (1) einen zylinderförmigen, äußeren Anschlussbereich (2) besitzt, der in einen Endbereich (3) und in einen Deckeldurchgangsbereich (4) übergeht, an den sich eine Schulter (5) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlusspol (7) für Stromableiterfahnen der Elektrodenplatten seitlich von der Rotationsachse des Polbolzens (1) versetzt an der Unterseite der Schulter angeordnet ist und sich parallel zur Rotationsachse von der Schulter weg erstreckt.Pole bolts for prismatic, galvanic cells containing a plurality of pairs of electrodes, wherein the Polbolzenzen ( 1 ) has a cylindrical, outer connection region ( 2 ), which is in an end region ( 3 ) and in a lid transit area ( 4 ), to which a shoulder ( 5 ), characterized in that a terminal pole ( 7 ) for current discharge lugs of the electrode plates laterally from the axis of rotation of the pile pin ( 1 ) is offset on the underside of the shoulder and extends parallel to the axis of rotation away from the shoulder. Polbolzen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter (5) auf ihrer dem Zellendeckel zugewandten Seite eine Schneide (6) besitzt.Polbolts ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the shoulder ( 5 ) on its side facing the cell cover a cutting edge ( 6 ) owns. Polbolzen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusspol (7) einen Schweißeinsatz (9) aus Aluminium besitzt, wenn die Stromableiterfahnen der Elektrodenplatten aus Aluminium bestehen.Polbolts ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the terminal pole ( 7 ) a welding insert ( 9 ) made of aluminum, if the current discharge lugs of the electrode plates are made of aluminum. Polbolzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißeinsatz (9) in eine Öffnung (8) im Anschlusspol (7) eingepresst ist und in der von der Rotationsachse des Polbolzens (1) abgewandten Seite einen Anschlagrand (10) besitzt.Polbolzenzen according to claim 3, characterized in that the welding insert ( 9 ) in an opening ( 8th ) in the connection pole ( 7 ) is pressed in and from the axis of rotation of the pile bolt ( 1 ) facing away from a stop edge ( 10 ) owns. Polbolzen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polbolzen (1) aus Titan oder einer Titanlegierung gefertigt ist.Polbolzenzen according to claim 3 or 4, characterized in that the Polbolzenzen ( 1 ) is made of titanium or a titanium alloy. Polbolzen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Dichtscheibe (12), eine äußere Dichtscheibe (13), eine Sicherungsscheibe (14, 16) mit einer Schneide (18) und eine Befestigung (15, 17) vorgesehen sind.Polbolts ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an inner sealing disc ( 12 ), an outer sealing disc ( 13 ), a lock washer ( 14 . 16 ) with a cutting edge ( 18 ) and a fastening ( 15 . 17 ) are provided. Polbolzen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsscheibe (16) durch den Befestigungsrand (17) des Polbolzens (1) in Form einer nietartigen Aufweitung gehalten wird.Polbolzenzen according to claim 6, characterized in that the locking washer ( 16 ) through the attachment edge ( 17 ) of the pile bolt ( 1 ) is held in the form of a rivet-like widening.
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