DE19804963B4

DE19804963B4 - Polbolzen für galvanische Zellen mit nichtwäßrigen Elektrolyten

Info

Publication number: DE19804963B4
Application number: DE19804963A
Authority: DE
Inventors: Dieter Bechtold; Peter Krämer; Dietrich Bartke; Ulrich Jahn
Original assignee: VARTA Automotive Systems GmbH
Current assignee: NBT GMBH, 30419 HANNOVER, DE
Priority date: 1998-02-07
Filing date: 1998-02-07
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2018-02-08
Also published as: DE19804963A1

Abstract

Polbolzen für galvanische Zellen mit nichtwäßrigen Elektrolyten, bei denen eine Vielzahl von Stromableitern der Elektroden mit den Polbolzen verbunden sind, wobei der Polbolzen (1) ein zylinderförmiges, äußeres Anschlußteil (2) und ein inneres Anschlußteil (3) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Anschlußteil (2) aus sauerstofffreiem Kupfer besteht, welches im Durchgangsbereich (4) des Polbolzens (1) durch den Zellendeckel (6) von einer elektrisch isolierenden, silikatfreien Keramik (5) umgeben ist, die im wesentlichen aus Al₂O₃ besteht und mit dem Zellendeckel (5) sowie dem Polbolzen (1) verlötet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Polbolzen für galvanische Zellen mit nichtwäßrigen Elektrolyten, bei denen eine Vielzahl von Stromableitern der Elektroden mit den Polbolzen verbunden sind und bei denen der Polbolzen ein zylinderförmiges, äußeres Anschlußteil sowie ein inneres Anschlußteil besitzt.
Aus dem Dokument DE 195 36 683 sind Polbolzen der gattungsgemäßen Art bekannt. Diese werden durch eine Schulter, eine innere und eine äußere Dichtscheibe sowie eine Sicherungsscheibe am Zellengehäuse befestigt. Aufgrund der elektrochemischen Anforderungen an die Beständigkeit des Materials in galvanischen Zellen mit nichtwäßrigen Elektrolyten wird der positive Polbolzen vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung gefertigt. Den Anforderungen an die Dichtigkeit bzw. die Vermeidung der Abgabe jeglicher chemischer Verbindungen bei der Verwendung von galvanischen Zellen im Weltraum und den Anforderungen an eine möglichst verlustfrei Stromleitung in bzw. aus den Zellen können die bekannten Polbolzen nicht genügend gerecht werden.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Polbolzen für galvanische Zellen mit nichtwäßrigen Elektrolyten anzugeben, die die genannten Anforderungen erfüllen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die gattungsgemäß in Anspruch 1 angegebenen Polbolzen gelöst, die die dort dargelegten Merkmale besitzen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 dargelegt.
Zellen, in denen die erfindungsgemäßen Polbolzen eingesetzt werden, weisen eine Leckrate von 10^–7 bis 10^–9 mbar/s^–1 auf. Sie sind in der Ausgestaltung als positive Polbolzen bis zu einer Spannung von 4,8 V elektrochemisch beständig und besitzen eine Leitfähigkeit, die > 10m/Ωmm² liegt. Die Aluminiumbeschichtung erfolgt vorteilhafterweise galvanisch in einer aromatischen Lösung von Aluminiumalkyl-Komplexen ohne haftungsvermittelnde Zwischenschichten. Die zweiteilige Ausbildung des Polbolzens gestattet es in einfacher Weise, den elektrochemischen Anforderungen gerecht zu werden, da unterschiedliche Materialien für das äußere und innere Anschlußteil verwendet werden können und der Polbolzen durch das speziell ausgebildete innere Anschlußteil erst nach dem Verbinden des äußeren Anschlußteils mit der Keramik und dem Zellendeckel komplettiert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft an 6 Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 – den Längsschnitt durch einen positiven Polbolzen einer Rundzelle,
2 – den Längsschnitt durch den negativen Polbolzen einer Rundzelle,
3 – die Draufsicht auf den Polbolzen einer Rundzelle,
4 – den Längsschnitt durch den positiven Polbolzen einer prismatischen Zelle,
5 – den Längsschnitt durch den negativen Polbolzen einer prismatischen Zelle und
6 – die Draufsicht auf den positiven Polbolzen einer prismatischen Zelle.
In 1 ist der positive Polbolzen 1 einer Rundzelle dargestellt. Das äußere Anschlußteil 2 des Polbolzens 1 ist in Durchgangsbereich 4 des Polbolzens 1 durch den Zellendeckel 6 von einer silikatfreien, im wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehenden Keramik 5 umgeben. Die Keramik 5 ist mit dem äußeren Anschlußteil 2 und mit dem Zellendeckel 6 jeweils verlötet. Vorzugsweise wird der Lötvorgang im Vakuum durchgeführt. In den positiven Polbolzen 1 ist ein inneres Anschlußteil 3 thermisch eingeschrumpft. Das äußere Anschlußteil 2 ist dabei durch einen Dichtring 7 gegen Elektrolyteinflüsse abgedichtet. Weiterhin weist das äußere Anschlußteil 2 eine ringförmige Nut 9 auf, die im Zusammenwirken mit einer Schnappkante des Zellenverbinders, den Zellenverbinder gegen unerwünschtes Ablösen sichert. Der Verbindungsbereich 10 des inneren Anschlußteils 3 weist eine Senkung 8 auf und ist wie 3 zeigt, in der Rotationsachse des Polbolzens 1 angeordnet. Die mit einem Niet verschweißten Ableiterfahnen der Elektroden werden vorzugsweise durch Taumelnietung mit dem Verbindungsbereich 10 des inneren Anschlußteils 3 verbunden. Dadurch wird eine Verletzung der Oberfläche des mit einer dichten, mindestens 50 μm dicken Reinaluminiumschicht versehen inneren Anschlußteils 3 vermieden. Vorzugsweise besteht das äußere Anschlußteil 2 des positiven Polbolzens 1 aus sauerstofffreiem Kupfer und das innere Anschlußteil 3 aus hochfest legiertem Aluminium.
2 zeigt den erfindungsgemäßen negativen Polbolzen 1 einer Rundzelle, der aus sauerstofffreiem Kupfer besteht. Im Durchgangsbereich 4 des Polbolzen 1 durch den Zellendeckel 6 ist der Polbolzen 1 von einer silikatfreien, im wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehenden Keramik 5 umgeben. Äußeres und inneres Anschlußteil 2, 3 sind dabei vorzugsweise als durchgehendes Teil ausgebildet.
Den positiven Polbolzen 1 einer prismatischen Zelle zeigt 4. Das innere Anschlußteil 3 ist vor der Montage in das schon mit dem Zellendeckel 6 verlötete äußere Anschlußteil 2 dargestellt. Der Verbindungsbereich 10 des inneren Anschlußteils 3 ist, wie 6 zeigt, gegenüber der Rotationsachse des Polbolzens 1 seitlich versetzt angeordnet. Dies gewährleistet ein gleichmäßiges Zusammenfassen der Stromableiter der Elektrodenplatten und das Taumelniet-Verbinden eines mit den Stromableiter verschweißten Niets mit dem Verbindungsbereich 10 des inneren Anschlußteils.
5 zeigt den erfindungsgemäßen negativen Polbolzen 1 in einer prismatischen Zelle, bei dem vorteilhafterweise das äußere und innere Anschlußteil 2, 3 aus einem durchgehenden Stück sauerstofffreien Kupfers besteht, welches mit der silikatfreien, im wesentlichem aus Aluminium bestehenden Keramik 5 Vakuum verlötet ist.

Claims

Polbolzen für galvanische Zellen mit nichtwäßrigen Elektrolyten, bei denen eine Vielzahl von Stromableitern der Elektroden mit den Polbolzen verbunden sind, wobei der Polbolzen (1) ein zylinderförmiges, äußeres Anschlußteil (2) und ein inneres Anschlußteil (3) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Anschlußteil (2) aus sauerstofffreiem Kupfer besteht, welches im Durchgangsbereich (4) des Polbolzens (1) durch den Zellendeckel (6) von einer elektrisch isolierenden, silikatfreien Keramik (5) umgeben ist, die im wesentlichen aus Al₂O₃ besteht und mit dem Zellendeckel (5) sowie dem Polbolzen (1) verlötet ist.
Polbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als negativer Polbolzen (1) einstückig aus sauerstofffreiem Kupfer besteht.
Polbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als positiver Polbolzen (1) ein äußeres Anschlußteil (2) besitzt, das aus sauerstofffreiem Kupfer besteht und mit der elektrisch isolierenden Keramik (5) verlötet ist sowie ein inneres Anschlußteil (3) besitzt, das mit dem äußeren Anschlußteil (2) im Bereich der Keramik (5) unter Zwischenlage eines Dichtringes (7) verbunden ist, wobei die Oberfläche des inneren Anschlußteils (3) eine dichte, mindestens 50 μm dicke Beschichtung mit Reinaluminium aufweist.
Polbolzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Anschlußteil (3) aus hochfest legiertem Aluminium besteht.
Polbolzen nach den Ansprüchen 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Anschlußteil (3) in das äußere Anschlußteil (2) thermisch eingeschrumpft ist.
Polbolzen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Anschlußteil (3) eine konische Senkung (8) aufweist, die eine Nietverbindung mit den Stromableitern gestattet.
Polbolzen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Anschlußteil (2) eine ringförmige Nut (9) besitzt.
Polbolzen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Anschlußteil (2) und das innere Anschlußteil (3) des Polbolzens (1) einen elektrischen Widerstand > 0,1 Ω mm²/m besitzen.
Polbolzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Anschlußteil (3) galvanisch beschichtet ist.
Polbolzen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verwendung in einer prismatischen Zelle, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (10) des inneren Anschlussteils (3) gegenüber der Rotationsachse des Polbolzens (1) seitlich versetzt angeordnet ist.
Polbolzen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verwendung in einer zylindrischen Zelle, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (10) des inneren Anschlussteils (3) in der Rotationsachse des Polbolzens (1) angeordnet ist.