DE2158398C3 - Galvanische Flachzellenbatterie aus mehreren in Reihe geschalteten Zellen, die über für den Elektrolyten undurchlässige Trennschichten elektrisch leitend aneinander haften - Google Patents

Description

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Endschichten der erfindungsgemäßen Ausbildung verzeichnet, daß die Dicke der die Einzelzellen (A, gleichen kann, stellt eine elektrische Isolierung dar, B, C, D) bildenden elektrisch leitenden Schichten ist also im Gegensatz zur Erfindung elektrisch nicht-(20, 30, 40, 50, 80, 90) 1,27 mm nicht übersteigt. 25 leitend und ragt nicht in Umfangsnchtung über die

3. Batterie nach einem der Ansprüche I und 2, Elektroden und die zwischen ihnen vorgesehenen dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektroden- Elektrolyt-Schichten hinaus.

schicht (20, 30) aus einer elektrochemisch aktives Zum vorbekannten Stand der Technik erscheinen

Material enthaltenden Bindergrundmasse aufge- noch einige weitere Angaben wertvoll.

baut ist. 30 Obgleich flache Vielzellen-Batterien bekannt sind,

4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, lassen sie vom Standpunkt der Erzielung eines nieddadurch gekennzeichnet, daß die positiven Elek- rigen inneren Widerstandes viel zu wünschen übrig, troden (20) Mangandioxid und die negativen So wurde beispielsweise vorgeschlagen, eine voltaische Elektroden (30) Zink aufweisen und daß der Säule durch Vereinigung einer Vielzahl von dünnen, Elektrolyt aus einer sauren Lösung von Am- 35 Elektrolyt enthaltenden Seidenpapier-Separatoren zu moniumchlorid und/oder Zinkchlorid besteht. bilden, von denen jeder auf der einen Seite mit Zink

5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und auf der gegenüberliegenden Seite mit Mangandadurch gekennzeichnet, daß jede Trennschicht dioxid beschichtet ist (US-Patent 27 01272). Diese (50) aus einer elektrisch leitendes Material ent- Batterien sind jedoch durch einen extrem hohen inhaltenden, nichtleitenden Grundmasse aufgebaut 4° neren Widerstand gekennzeichnet.

ist, daß Mittel einschließlich der Grundmassen, Weiter war es bekannt, ein galvanisches Bandzur haftenden Verbindung der aneinander zur Trockenelement herzustellen, bei dem die elektro-Anlage kommenden Flächen jedes Paars von be- chemisch aktiven Materialien in einem iununterbronachbarten, von den Grundmassen gebildeten chenen, hermetisch abgeschlossenen, dünnen und Schichten (20, 30, 50) vorgesehen sind, wodurch 45 biegsamen Band enthalten sind (US-Patent 33 79 574), in der gesamten Batterie zwischen den aneinander und die elektrochemisch aktiven Materialien in solch zur Anlage kommenden Flächen haftende Ver- einem Band diskontinuierlich anzuordnen, um gebindungen bestehen. trennte Zellen über die Länge des Bandes zu bilden

6. Batterie nach einem der Ansprüche 2 bis 5, (US-Patent 34 94 796).

dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder 50 Weiter war es bekannt, zur Verminderung des inpositiven Elektrodenschicht (20) 0,64 mm nicht neren Widerstandes den Abstand zwischen den Elekübersteigt. troden zu verringern (US-Patent 34 21 944). Zur Verbesserung der Kompaktheit einer vielzelligen Batterie ist es bekannt, die Separatorsichicht direkt an 55 wenigstens einer Elektrode anzuordnen (US-Patent Die Erfindung betrifft eine galvanische Flachzellen- 33 04 203).

batterie- aus mehreren in Reihe geschalteten Zellen, Die Notwendigkeit, Druckkräfte auf eine flache

die über für den Elektrolyten undurchlässige Trenn- Vielzellen-Batterie aufzubringen und die Batterie schichten elektrisch leitend aneinander haften, wobei während ihres Gebrauchs unter Druck zu halten, um an den positiven bzw. negativen Außenelektroden der 60 den Innenwiderstand der Batterie zu verringern, ist Endzellen Stromsammler-Schichten elektrisch leitend lange bekannt, und eine Reihe von Versuchen wurde und an denselben haftend befestigt sind. unternommen, dies zu erreichen (z. B. US-Patente

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 2519054, 2658098, 2666803, 2745894, 2870235, Batterie der angegebenen Art zu schaffen, die sich 29 68 686 und 33 53 999). Jedoch erhöht die Verwendurch kleine Abmessungen, geringes Gewicht, große 65 dung von Bändern, Streifen und Umhüllungen oder Leistung in bezug auf die Abmessungen und das Ge- anderen Einrichtungen zur Aufbringung einer Druckwicht sowie lange Lagerfähigkeit auszeichnet. kraft auf die Batterie die Herstellungskosten. Außer-Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- dem ist es schwierig, die Größe der auf die Batterie-

^brachten Druckkräfte während der Lebauteile auifee ^ _{k(jnstanler Größe aufrecht}.

bensdauer au _elektrischen Eigenschaften solcher . jüerhallen. Ud _{οββ dßr auf brachten Druck}.

^B?^lterienhwänken insbesondere die Entladungsrate, 5 ^ÄunS der aufgebrachten Kraft uner^sind· u Sr vermindert sich auch die Anwen^wünS Aolirhkeit von Bändern, Streifen und Umhiil^dungSm w⁸ η dt Dicke der Batterie verringert wird, lungpn, wenn m Widerstan- io

_da d,e fur ^d'^e y^'Sordefiichen Druckkräfte oft- ^deS S ÄGml haben, daß ein Ausbeulen der der Endzellen A bzw. D haftend verbunden. Ein ge_{eigneles iso}ii_erendes Haftmateiial 100 um&bt Jfje Zwischenzellen-Polbrückenschicht 50a, 50 b und »w c entlang ihrer Umfangsfläche, so daß im Zus™«nenwirken mit dieser eine flüssigkeitsdichte Abdichtung geschafien wird. Die Hüllflächen 60 und 70 umgeoen die Zellen auf der Außenseite der leitenden Schicht 80 bzw. 90.

Wenn die Batterie 5 ein LeClanche-Eleme „tist, weisen die positiven Elektrodenschichten 20a, zoo, 20c und 2Od Mangandioxid als positives aktives Material auf, und die negativen Elektrodenschichten 30 «,

und besonders vorteilhafte Aus- Elektrode von der negativen

eine de, in Fig. 3 gelten Ansich, ahn- |*i««f. einer we,«,e„ Aus-

»«.ere Ergebnis

die gtof„
Wideband

, aachen vie_ke„i₆en Batterien i g. 5 ähnliches Diagra_mm, werden

vorge-

wird a. die Zeichnungen Be₇ ge «

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üon hergestellt werden kann. Beim Ausfuhrungsbe -

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negatrven^ _{bunden wobei die} negativen Elek-

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ieder ZeUe

oder

forderlich, können dünnere Batterien, bei denen die von Hause aus schlechte Leiter sind, zu verbessern.

Dicke jeder Zelle zusammen mit einer Zwischen- Die Leitfähigkeit des teilchenförmigen positiven ak-

zellen-Polbrückehschicht 1,27 mm nicht übersteigt, tiven Materials und die Leitfähigkeit des Binders

ebenfalls hergestellt werden. selbst, d.h. die Leitfähigkeit des Gemischs aus akti-

Äüf Grund ihrer geringen Dicke und der struk- 5 vein Material und dem Binder, wird im allgemeinen

turelleh Unversehrtheit sind die erfindungsgemäßen die Menge der zur Bildung der Elektrodenschicht 20

Batterien hoher Entladungsrate ausgezeichnet durch verwendeten leitenden Teilchen beeinflussen,

eine gute Biegsamkeit, die sie Verwendung in einer Um die Oberflächen der Teilchen aus aktivem

großen Zahl von Anwendungsfällen geeignet macht. Material in der Elektrodenschicht 20 für den Elek-

Die elektrischen Bindungen zwischen den anein- io trolyten maximal zugänglich zu machen, ist die Elekanderliegeriden Flächen der verschiedenen Schichten trode hinreichend porös ausgebildet, damit der Elekdef Vielzellen-Batterie werden auf verschiedenen We- trolyt durch die gesamte Schicht 20 diffundieren gen" erzeugt, die teilweise von den Werkstoffen der kann. Die Porosität der Elektrode kann auf jede jeweiligen Schichten abhängen. So ist die leitende bekannte Art erzeugt werden, beispielsweise durch Schicht 80' vorzugsweise aus einem Kunststoffmate- 15 Zumischen einer leicht flüchtigenFlüssigkeit zum rial gebildet, welches für den Elektrolyten undurch- Elektrodengemisch, die während der Bildung der lässig ist und welches in dem Sinn elektrochemisch Elektrode verdampft wird und eine poröse Schicht inert ist, däß es während der Lagerung und Verwen- hinterläßt. Alternativ kann die Porosität dadurch erdung keinen unerwünschten chemischen Reaktionen zeugt werden, daß den Komponenten der Elektrödenmit der Batterie unterliegt. Die Schicht 80 kann also 20 schicht (welche den Binder, das aktive Material und aus einer nichtleitenden Grundmassc, beispielsweise das in feinverteilter Form vorliegende leitende Mateaus einem thermoplastischen Material, wie Poly- rial umfaßt) Teilchen eines festen Materials (ζ. Β. vinylchlorid, bestehen, welches durchgehend mit lci- Salz) zugefügt werden; dieΊην Anschluß an die Hertenden Teilchen, beispielsweise aus Kohlenstoff, stellung; der Elektrodenschicht entfernt werden köndürchsetzt ist, so daß es dem von einer Fläche zur 25 nen, indem die Schicht einem Lösungsmittel (z.B. gegenüberliegenden Fläche fließenden Strom einen Wasser) ausgesetzt wird,» in dem das feste^? Material geringen Widerstand entgegensetzt. In diesem Fall löslich ist, die übrigen Kompotienten der Elektrodenkanh das thermoplastische Material die gewünschte schicht jedödi unlöslich sind. Die erhaltene Elek-Bindung zwischen den Schichten 60 und 80 durch trqdehschicht wird durch die Entfernung des feihverdirekte Verbindung an der Fläche der stählernen 3° teilten festen Materials infolge der Einwirkung des Hüllschicht 60 bilden, indem sie beispielsweise auf- Lösungsmittels"auf dieElektxodenschicht, in der das laminiert wird. Falls erforderlich, kann die ge- feinverteilte feste Material'löslich ist, porös. Weitere wünschte elektrische Verbindung auch durch die Verfahren zur Herstellung poröser Elektrodenschich-Verwendung anderer Haftbindemittel, ζ. B. eines lei- ten 20 sind dem Fachmann bekannt,
tenden Klebers, z. B. eines mit Metall versetzten 35 Wenn die Herstellung;der positiven Elektroden die Epoxidharzes, erzielt werden. Verdampfung einer Flüssigkeit aus einem Gemisch

Die positiven Elektrodenschichten 20 weisen Man- erfordert, Welche das feinverteilte positive aktive g'andioxid (Braunstein) in Form von in einer Binder- Material, die leicht flüchtige Flüssigkeit, den Binder gruridmasse feiriverteilten kleinen Teilchen auf. Die und leitende Teilchen enthält, kann die elektrische Bindergrundmasse,' in der das Mangandioxid der 40 Verbindung zwischen der positiven Elektrodenschicht positiven Elektrodenschicht 20 verteilt ist, dient der und der Zwischenzellen-Poibrückenschicht im allgc-Erhöhung der strukturellen Festigkeit der positiven meinen dadurch erzeugt werden; daß das positive Elektrodenschicht und wirkt außerdem mit der lci- Elektroderigcmisch einschließlich der aufgezählten tenden' Kunststoffschicht 80 bei der Bildung einer Komponenten auf die Zwischenzellen-Polbrücke aufguten elektrischen Verbindung 20-80 über die ge- 45 gebrächt wird und anschließend die leicht flüchtige samten aneinanderliegenden Flächen der Schichten Flüssigkeit aus der Elektrodenschicht verdampft 20a ynd 80 zusammen. Die haftende Verbindung, die wird. Hitze und/oder Druck kann ebenfalls zur Erzwischen der Bindergrundmasse der positiven Elek- zeugung der elektrischen Verbindung zwischen der trodenschicht20a und dem leitenden Kunststoff der Elektrodenschicht und der Zwischenzellen-Verbinberiachbarten Schicht 80 erzielt wird, scheint die lei- 50 dungsschicht verwendet werden, insbesondere dann, tenden Teilchen an der Zwischenfläche zwischen den wenn die positiven Elektroden von dem Typ sind, beiden Schichten in Berührung zu bringen oder bei dem die Poren durch Lösen oder Auswaschen wenigstens die elektrischen Leiterbahnen zwischen eines Feststoffs erzeugt werden, um die Porosität der den benachbarten Schichten zu optimieren, wodurch vorgeformten Elektrodenschicht zu erzielen,
der außerordentlich niedrige Widerstandswert im 55 Die theoretischen Erfordernisse der Elektrolyt entÜbergang von einer Schicht zur nächstbenachbarten haltenden Separatorschichten 40 a, 40 b, 40 c und 40 d Schicht erzielt wird. bestehen darin, daß sie Elektrolyt enthalten und die

Der Binder oder die Grundmasse, in der die elek- anschließenden Elektroden physikalisch trennen und

trochemisch positiven Teilchen der Elektrodenschicht Berührung zwischen ihnen verhindern. Eine Aufbrin-

20 dispergieft oder suspendiert sind, kann beispiels- 60 gung eines gelförmigen Elektrolyten kann bei geeig-

weise aus Polyvinylazetat, Styrol-Butadien-Gummi, neter Wahl der Dicke und/oder Konsistenz beide

Polychloropren, Epoxidharzen, Polyvinylchlorid, Funktionen selbst erfüllen. Alternativ wird ein gcl-

Acrylnitril-Gummi, Polyisobutylen, Polyäthylen oder förmiger oder flüssiger Elektrolyt mit einem von ihm

Äthylen-Vinyl-Azetat bestehen. getrennten und zusätzlich zum Elektrolyten vor-

Die positiven Elektrodenschichten 20 weisen lei- 65 gesehenen Separator verwendet, wobei der Separator

tende Teilchen, z. B. aus Kohlenstoff oder Graphit zusätzliche Sicherheit gegen direkte Berührung zwi-

auf, um die elektrische Leitfähigkeit zwischen den sehen den Elektroden bietet und als absorbierendes

Teilchen des elektrochemisch positiven Materials, die Mnterinl für den Elcktrolvlcn dient. Die beiden alter-

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nativen Aufbauformen können jedoch als Formen ken können. Alternativ kann die elektrische Verbinvon Elektrolyt enthaltenden Separatorschichten an- dung 30-50 zwischen der negativen Elektrodengesehen werden. Bei getrennt vorgesehenem und zu- schicht 30a und der aus leitendem Kunststoff besätzlich zum Elektrolyten angeordneten Separator stehenden Zwischenzellen-Verbindungsschicht 50 a kann dieser aus einer großen Vielzahl von Material 5 durch die Verwendung anderer Verbindungsmittel, einschließlich der in der Batterieherstellung bekann- z. B. eines geeigneten leitenden Klebers, wie mit Meten faserigen und Zellulosematerialien sowie aus ge- tall versetztem Epoxidharz, hergestellt werden, welwebten oder nichlgewebten Fasermaterialien wie ches zwischen die negative Elektrode und die Zwiz. B. Polyester, Nylon, Polypropylen, Polyäthylen schenzellen-Polbrücke eingebracht wird. Wenn er- und Glas hergestellt werden. Diese den Elektrolyten n> forderlich, können die Zwischenzellen-Verbindungsenthaltenden Schichten können auch Materialien schichten 50 a bis 50 c aus einem Metall hergestellt zur Unterdrückung von Gasbildung, z. B. Queck- werden, dessen äußere Flächen elektrochemisch silberchlorid, enthalten. Wenn erforderlich, können inert sind (wie z. B. Titan). In diesem Fall kann die solche Gasinhibitoren auch in anderen Schichten der elektrische Verbindung 30-50 entweder durch das Batterie vorgesehen sein. 15 Haftvermögen der Bindergrundmasse der negativen Die elektrische Bindung 20-40 zwischen den Elektrodenschicht 30 a oder durch einen zwischen gegenüberliegenden Flächen der Schichten 20a und ihnen, eingebrachten leitenden Kleber erzeugt wer-40 a kann mittels eines als Bindemittel wirkenden den. Solche elektrochemisch inerten , metallischen Gels, z. B. Poly viol (Polyvinylalkohol), Methylzellu- ZwschcnzeUen-Verbindungsschichten umfassen solose oder einem der großen Anzahl von in der Bat- 20 wohl solche, bei denen das inerte Metall die gesamte terieindustrie als Bindemittel verwendeten Kleister Dicke der Schicht umfaßt, als auch solche, bei denen oder Kleber erzeugt werden. Wenn die Separator- eine elektrolytundurchdringliche Schicht aus inertem schichten 40 aus einem gewebten oder nichtgewebten Metall auf der Außenfläche eines Metalls, wie z. B. Material bestehen, das mit den positiven Elektroden- Zink, aufgebracht ist, welches ohne diese Schicht in schichten 20 verträglich ist und an ihnen haftet, kön- 25 der Batterie elektrochemisch aktiv wirkt,
nen ,gesonderte Bindemittel ganz entfallen. Wenn Es ist ein, wesentliches Merkmal der Erfindung, solche Bindemittel verwendet werden, können sie im daß nicht nur die verschiedenen haftenden Verbinallgemeinen zusammen mit dem Elektrolyt in den düngen zwischen den Schichten 80 und 20 a, 20 a und Separatoren *0 enthalten sein. Vorzugsweise ist der 40a, 40a und 30a und 30a und 50a in der in Ver-Elektolyt im gelartigen Bindemittel enthalten. 3° bindung mit der Zelle/4 beschriebenen Weise her-Eine ähnliche elektrische Verbindung 40-30 kann gestellt werden, sondern ähnliche elektrische Veran den.angrenzenden Flächen der Elektrolyt enthal- bindungen müssen auch zwischen den Zwischentenden Separatorschicht 40 a und der das negative zellen-Polbrücken 50 b und der positiven Elektrodenaktive Material enthaltenden Schicht 30a in der schicht 20b und zwischen den aneinander angrengleichen Weise wie bei der elektrischen Verbindung 35 zenden Flächen sämtlicher übrigen, die Zellen B, C 20-40 oder unter Verwendung eines anderen gel- und D bildenden Schichten gebildet werden, wobei artigen Verbindungsmittels erzeugt werden. die letzte zu bildende elektrische Verbindung zwi-Die negative Elektrodenschicht 30a enthält das sehen den Schichten 90 und der Hüllschicht 70 aus elektrochemisch aktive negative Material (bei einem Stahl liegt. ; LeClanche-Element Zink), welches in Form von fein- 40 F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform verteilten metallischen Teilchen in einer porösen der erfindungsgemäßen Vielzellen-Batterie 5, die sich Bindergrundmasse enthalten und in ihr dispergiert von der in Fig.;2 gezeigten Konstruktion durch das ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Alternativ kann die Material der Zwischenzellen-Verbindungsschichten negative Elektrodenschicht 30 a aus dünnen Schien- 50 und durch die Art, in welcher die flüssigkeitsten oder Folien aus elektrochemisch aktivem Mate- 45 undurchlässige Abdichtung entlang der Umfangsrial (das mit der Schicht 50 a in der oben beschriebe- flächen der Zwischenzellen-Verbindungsschichten ernen Weise mittels eines leitenden Klebers verbunden zielt wird, unterscheidet. Die Zwischenzellen-Yerist) oder einer dünnen Metallschicht bestehen, wie bindungsschicht 50 besteht aus einem nichtleitenden sie beispielsweise durch Metallaufsprüh- oder Va- Kunststoffmaterial 51, z. B. Polyvinylchlorid, welches kuumabscheidungsverfahren erhalten werden. Wenn 50 für den Elektrolyten undurchlässig und elektroeine poröse Bindergrundmasse in Verbindung mit chemisch inert ist, Die in F i g. 3 gezeigten negativen feinen Metallteilchen verwendet wird, kommen die- Elektrodenschichten 30 a, 30 b und 30 c bestehen aus selben Überlegungen, wie sie im vorstehenden in Blättern oder Folien aus Zink. In einem im wesent-Verbindung mit der positiven Elektrodcnmasse disku- liehen der Länge und Breite der jeder Zwischen· tiert wurden, zum Tragen, obgleich leitende Zusatz- 55 zellen-Polbrücke 50 benachbarten Elektroden ent· stoffe, wie z. B. Kohle oder Graphitteilchen zur Er- sprechenden Gebiet ist jeder nichtleitende Kunststoff höhung der elektrischen Leitungseigenschaften der bauteil 51 mit einer Vielzahl von öffnungen, wie si< negativen Teilchen nicht erforderlich sind, weil diese bei 52 gezeigt sind, versehen und mit einem leitender bessere Leiter als die Zusatzstoffe sind. Haftmaterial 53 beschichtet. Das leitende Haftmate Die leitende, elektrolytundurchlässige Zwischen- 60 rial 53 ist so aufgebracht, daß es die öffnungen 5; zellen-Verblndungsschicht 50 kann aus dem gleichen durchsetzt und eine elektrische Verbindung zwischei nichtleitenden Kunststoffgrundmaterial mit elektrisch den benachbarten Elektroden der jeweiligen Zeil· leitendem Material (d. h. leitendem Kunststoff) her- herstellt. Das leitende Haftmittel 53 wirkt also ii gestellt werden wie die Schicht 80, wobei in diesem dem mit den benachbarten Schichten 30 b und 20 \ Fall der Binder in der negativen Elektrodenschicht 65 gleich großen Gebiet als elektrische Verbtndun 30 α mit ihr bei der Bildung der elektrischen Vcr- zwischen diesen Schichten und stellt eine Leiterbah } bindung 30-50 zwischen den aneinanderliegenden niedrigen Widerstands für den Stromfluß zwische ·] Flächen der Schichten 30 a und SOa zusammenwir- den benachbarten Zellen her.

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Da das in den Zwischenzellen-Polbrücken 50 ver- gruppen der Schichten 80 und 90 mit den Metallwendete Kunststoffmaterial 51 in den über die Länge schichten 60 bzw. 70 Einheiten, von denen jede und Breite der Zelle hinausreicheriden Abschnitten gleichzeitig als Stromleiter, Außenhülle oder Dampfnichtleitend ist, kann es miteinander dicht verbunden sperre, Flüssigkeitssperre und Stromkollektor dient. werden, ohne daß ein isolierender Kleber 100, wie 5 Die Metallschichten und die leitenden KunststdK-er im Ausiührungsbeispiel nach Fig. 2 verwendet schichten dienen jeweils als Feuchtigkeitssperre, so wurde, erforderlich ist. Die nichtleitenden Bauteile daß sie in Kombination eine außerhalb der End-51 können deshalb direkt miteinander warmversiegelt zellen liegende Dampf- und Flüssigkeitssperre bilden und mit den leitenden Kunststoffschichten 80 und 90 und dadurch zu einer erhöhten Lebensdauer der so und mit den Hüllschichten 60 und 70 verbunden 10 ausgerüsteten Batterie führen Ein weiterer Vorteil werden, um die gewünschte flüssigkeitsyridurchlässige der Kombination einer äußeren auf eine innere lei- ^^lchtu^8 entlang des Batterieumfäng^zuerzielen. tende,: atf den^Endelektroden angeordnete Kuristi -JE«;ist -dem Fachmann.bekaniit^daß Batterien: oft stoffschicht auilaminierten Metallschicht liegt däriny; ^f" i³^ ^Zei^^a8^eri. wfirde^bevor^ie;zum Ein- daß diel leitenden^Kunststoffschichten zwar gute Lei© ^i ^^"^{: W}^^-^reS^v^r-^^äl^ ^difc '5 ter in Dickenrichtung, jedoch nicht in Längsrichtung; f ^def:^Batte.^r* 5?i5^alte«^ sind, Während die Mbtallschichten die Elektrizität^ form entweichen, ^anadie; B^erie^die: geforderte «Ilen Richtungen gut leiten und deshalb hervorragend^ ^¹⁸J¹"?; mchtmehr erreichen-wenn-sie^pater ver- iürSämmlung des Stromes an einem AnschlußpünW wendet wird; Die^erfindungsgemaßenVielzellen-Bat- geeignet sind ■ ^f

3'^?""^^^ sich von denen ini

«pn Willie versehen werden,iwelche die gesamte Bat- ¹^- - - - ¹^"'

nstruktionen, die sich von denen in

ΚΛΐϋΓSSt Tl l"' ^WelChH^{e d} I Γ³"^{116 B}f ^{F [ ß}· ^{2 und 3} unterscheiden, kö nen ebenfalls zur tene umgibt Zusätzlich können die Batterien wäh- Erfüllung der Erfordernisse an den Abschluß und die rend der Entladung flüssige Nebenprodukte erzeugen, Stromleifungseigen S en der Batterien,-dW

so dab es errordenicn ist, Flüssigkeiten dieser Art 2* in Fi ο d r,«-,_o;„t ^- · *■■* ~n

am Austritt aus der Batterie zu hindern. Die erfin- zellen-Batterie Ta,f πΓ,*· Tf⁸T · it dungsgemäße Vielzellen-Batterie kann deshalb Ab- unSrchfaSe Hiifl Ϊ V?' Ä- ?ΓΊα Td dichtungsmittel zur Verhinderung oder · wenigstens 70 mh dÄ«El i"t °?' Abschlußschjchten 60 und ■Verminderung von Flüssigkeitsverlust der Batterie ™_d nfe !ίί?^? ϊ° ν \?■"?™' T 2 ! während der Speicherung und des Gebrauchs haben _3o Schichten 60 imH7n Verbindung zwischen den Außerdem ist die erfindungsgemäße Vielzelle^ üSten 20aunH iV ^ zugehörigen Endelek-Batterie mit leitenden Schichten 80 und 90 versehen masse der fS? η ^ ^ ^ ^Bl"^d^"ddie den elektrischen Strom zwischen den Endelektro- S efnes pSl iⁿ

den (20 α und 30 d in F i g. 2) und dem Äußeren der beides 2Τ_ς" Ä^^.^, dampfdichten Hüllschichten 60 und 70 leiten. Wäh- ₃₅ SSen wif "JJ? ? " " ⁶S-"? ⁷J ΐ rehd die dampfundurchlässigen Hüllschichten 60 und Blauem TJ A?^g 'vfl ⁿ^^talhs?^e" ^FoL^ⁿ 70, die gleichzeitig als Stromkollektoren dienen, vor- 30 j und dem Flit" .^{E ektrodensch}'^chte" ^20fl zugsweise die Zellen der Batterie umgeben sollten irochemUch · , ^yJ^&l ^z,^uf^wandte" ^s?^llen können diese Stromkollektoren, wenn erforderlich, "ή chiSn ίοή / *™η -^ ^meta"j^sche" ""¹¹J der· Größe begrenzt werden, so daß sie' einen Te ₄₀ nertem MeS ," _R ^V°S^and'⁸„ ^{aUS elektrocl}«f der äußeren leitenden Schichten 80 und 90 über- "fe Snfer ήπ ?· I'' ⁰^ ^{3US e}'^nem/ 'ί

.. ._ -it, können

^pglepp

eigenschSfM erfüUenV Eine diese^ SdSe Ä^ffÄ^· fl""ig^keitsundurchläss,gen

erfüllende ^Konstruktion istin den Fi gV2 ^:ύηά 3 S und r?«J *J?? ^der Konstruktion nach den Fi g. 2

einer Lage aus einer elektrisch leitenden Kunststoff- den oder ηί^.ίΐ ^aus _XA ^einem elektrisch isol.eren-

schicht 80 und ein zweites Laminat aus einer MetaH- und S^dn7^Ic.^{htleitenden Material} hergestellt werden,

schicht 70 mit einer elektrisch leitenden EnVtSl SdIf .ΐϊί"¹? fl^{ktriSCh leitende},^{n Sch})^dV*_r

schicht 90 gezeigt ist. Solche laminierten Schichten d"enen woh! ^ ΐ°^Γ°η ^U"^{d el}?^klr'^sche „^Lelf

können durch Verbindung der Metallschichten m _5S stoff sein S ^au5 ^Meta" ^{oder leitendem} _c ^Kunst"

Hilfe von Wärme und Druck hergestellt werden A zur αΧΪ ".^ ^U» ^{ZUr Herausführun}8 ^dcs S^f

ternativ können die Stromkollektoren auf den Kuni - _e, 60 und 7Tn₀J Ύ* ^ ^dii^außeri;" ^Sch'^ch-

stoffschichten aufgesprüht, im Vakuum oder galva- wJ Z ? f ^aV^ßen herausgeführt sind,

nisch abgeschieden werden. ^b „_rC* u i⁸;,^{4 wcilcr} Steigt ist, haben die Zwi-

Bei solchen laminierten Konstruktionen dienen die 60 Sten aÄ^k" ^ ^U"^d. ^{SU de}" '" ^Ρ·⁸»Ί

leitenden Kunststoffschichten 80 und 90 als Strom- l_Piw,!i «.! ^{au> d< h<) sie} bestehen aus einem niclit-

leiter und als flüssigkeitsundurchlässige Behälter Die m„frri_Q ^eiⁿV_e,^SS1l^kcl^{tsundurchlassi}8^en Kunststoffilm-

Metallschichten 60 und 70 dienen als dampfundurch- E ir? ' Λ ^{z> B> einem} eemeinsam cxtru-

lässige Hüllen und als Stromkollektoren. Aufbauend A«, ik. h ·.'» ^^{es elektl}Ochemisch inert ist. In

auf der Erkenntnis, daß die Metallschichten C!0 und 6_S «ntiSff · 5' ^{die in der Brcite und Länße im WC}'

70 durch Anwendung von Wärme und Druck direkt S3S , ^de" ^Elektroden M" und 20 ft zusam-

mit den leitenden Kunststoffschichten 80 und SiO ver- ί ? ^{Und an die} Zwischenzellen-Polbrückc 50 λ

bunden werden können, bilden die laminierten Bau- licK muli ^Un»,'" ^{dcn Bcreich}cn, die im weseni-

»cnen mit der Lhngo und Breite der Elektroden 30 c

11 12

und 2Od zusammenfalten und sich an die Zwischen- und 3 dargestellt sind, die Verbindung zwischen den

zellen-Polbrücke 506 anschließen, ist jeder der Hüllschichten 60 und 70 und den benachbarten

Kunststoffilme 51a und 51c mit einer Vielzahl von Schichten 80 und 90 von besonderer Wichtigkeit ist.

Öffnungen versehen, wie sie bei 52 gezeigt sind, und In diesem Zusammenhang wurde gefunden, daß,

außerdem miit einem leitenden Haftmittel 53 be- 5 wenn nur eine dieser Verbindungen fehlt, die gemes-

schichtet. Das leitende Haftmittel 53 wird so aufge- sene Impedanz der Batterie um nahezu das Siebzig-

bracht, daß es die öffnungen 52 durchsetzt und eine fache anwächst.

elektrische Verbindung zwischen benachbarten Elek- Die elektrischen Verbindungen zwischen den Zwitroden der jeweiligen Zelle bewirkt. Das Haftmittel schenzellen-Verbindungsschichten und den angren-53 dient in den mit den benachbarten Schichten 30 α ίο zenden Flächen der zugehörigen positiven und nega und 206 bzw. den benachbarten Schichten 30 c und tiven Elektroden der benachbarten Zellen sind eben-2Od liegenden Bereichen zur Herstellung der elek- falls von besonderer Wichtigkeit. Wenn die Verbintrischen Verbindung zwischen den Zwischenzellen- düngen zwischen zwei der positiven Elektroden-Verbindungsschichten 50 a und 506 und den züge- schichten (20 a und 206) und den zugehörigen behörigen benachbarten Elektrodenschichten und stellt 15 nachbarten leitenden Kunststoff schichten (80, 50 a) so einen Leiter niedrigen Widerstands für den Strom- fehlen, kann die gemessene Impedanz einen Anstieg fluß zwischen den zugehörigen Zellen dar. um das nahezu Zwölffache zeigen, und die Span-

Wie aus F i g. 4 weiter hervorgeht, hat die Zwi- nung im geschlossenen Schaltkreis einer vierzelligen

schenzellen-Verbindungsschicht 516 denselben Auf- 6-Volt-Batterie vom LeClanche-Typ kann von einem

bau wie die Zwischenzellen-Polbrücken 50 a, 506 ao Wert von etwa 5 Volt, wenn die elektrische Verbin-

und 50c in Fig. 2, d. h., sie besteht aus einem flüs- dung besteht, auf einen Wert von etwa 2 Volt äbsin-

sigkeitsdichten, elektrisch leitenden Material, z. B. ken, wenn die elektrische Verbindung fehlt, wie aus

mit Kohlenstoff versetztem Polyvinylchlorid. der folgenden Tabelle leicht zu entnehmen ist.

Die. Kunststoffilmschicht 51a dient, wie in Fig. 4 Um den Einfluß der verschiedenen elektrischen gezeigt ist, zur Isolierung der leitenden Schichten 60 25 Verbindungen zwischen den zusammenstoßenden und 516 voneinander im Umfangsbereich der Batte- Flächen der eine vierzeilige 6-Volt-Vielzellen-Batterie rie. In gleicher Weise dient die Kunststoffilmschicht vom LeClanche-Typ gemäß der Erfindung zu zeigen, 51c zur Isolierung der leitenden Schichten 516 und und um die starke Unempfindlichkeit der elektrischen 70 voneinander im erwähnten Umfangsbereich der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Batterien geBatterie. Da die Schichten 51a und 51c aus einem 30 genüber dem Fehlen von Druck zu zeigen, Wurden isolierenden oder nichtleitenden Material bestehen, Versuche durchgeführt, bei denen die Leistungen von kann die flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung im erfindungsgemäßen Batterien mit ähnlichen Batterien Umfangsgebiet der Batterie 5 ohne Zuhilfenahme verglichen wurden, bei denen die Bindungen zwieines isolierenden Klebers erfolgen, wie er im Aus- sehen bestimmten benachbarten Bauteilen fehlten, führungsbeispiel nach Fig. 2 angewendet wird. Die 35 Die untersuchten Batterien hatten im wesentlichen Schichten 60, 51a, 516, 51c und 70 können deshalb den in F i g. 2 gezeigten Aufbau,
zur Herstellung der erforderlichen flüssigkeits- Die Stromkollektoren oder dampfundurchlässigen undurchlässigen Abdichtung direkt miteinander ver- Hüllschichten 60, 70 bestanden aus 0,0381 mm dikbunden werden. Obgleich die genaue strukturelle Na- ken Stahlfolien (AISIC 1008) mit einer Zinnbetur der elektrischen Verbindungen zwischen allen 4" schichtung (0,04536 bis 0,1134 kg pro Basiskasten), Schichten der erfindungsgemäß aufgebauten Batterie und sie waren vergütet.

nicht vollständig erklärt werden kann; ist anzuneh- Die leitenden Kunststoffschichten 80, 90 bestanden

men, daß durch ihren Aufbau, wie er oben beschrie- aus dünnem Blattmaterial aus elektrolytundurchläs-

ben wurde, die durch ihr Vorhandensein erzielten sigem, nichtleitendem Bindermaterial mit elektrisch

neuen Ergebnisse erklärt werden. Beim Aufbau der 45 leitenden Teilchen und bestand insbesondere aus

Batterie nach F i g. 2 scheinen daher die elektrischen einem mit Kohlenstoff gefüllten Vinylfilm einer Dicke

Verbindungen der-verschiedenen Bauteile eine Viel- von etwa 0,0762 mm. Solche Filme werden von dei

zahl von Leitungsbahnen durch und längs und breit- Firma Pervel Industries unter dem Warenzeichen

seits der aneinanderstoßenden Flächen jedes Schien- »Condulon« vertrieben.

tenpaares zu bilden, indem die leitenden Teilchen 50 Die Separätörschichten 40 bestanden aus Separa-

jeder Schicht im Bereich der Zwischenfläche zwi- torpapier, wobei die Blätter eine Dicke von etwr

sehen den Schichten elektrisch verbunden werden. 0,0762 mm hatten.

Demzufolge wird der innere Widerstand der Batterie Der verwendete Elektrolyt bestand aus einem Ge-

von der positiven Stromkollektorschicht 60 zur nega- misch, das durch Zusammenstellung von 2,356 f

tiven Stromkollektorschicht 70 weitgehend vermin- 55 Zinkchlorid, 5,180 g Ammoniumchlorid und 16 j

dert. Darüber hinaus werden die elektrischen Eigen- destilliertem Wasser hergestellt wurde. Die Elektro·

schäften der erfindungsgemäßen Batterie im wesent- lytpaste wurde durch Vermischen von 632 g Queck

liehen nicht durch das Fehlen von auf die Batterie silberchlorid und 24 g Methocel MC (einer von dei

ausgeübten Druckkräften beeinflußt mit der Folge, Firma Dow Chemical Company vertriebenen Methyl

daß die elektrische Leistung der Batterie sich mit der 60 zellulose) hergestellt.

Aufbringung von äußerem Druck nicht wesentlich Die negativen Elektrodenschichten 20 bestander

ändert. aus flammgespritztem Zink.

Während in der bevorzugten Ausführungsform der Die positiven Elektrodenschichten 30 bestände!

Erfindung die elektrischen Verbindungen zwischen aus einem Gemisch aus 400 g einer kohlenstoffange

sämtlichen aneinander angrenzenden Flächen der 65 reicherten Latexbase (unter dem Warenzeichei

verschiedenen, die flache Viclzellen-Balterie bilden- »Eccocoat SEC« von der Firma Emerson & Cuming

den leitenden Schichten gebildet werden, wurde gc- Inc. verkauft), 800 g elektrolytischem Mangandioxid

funden. daß bei Konstruktionen wie sie in Fig. 2 4g Cab-O-Sil (ein von der Firma Cabot Corporatioi

13 ' 14

im Handel vertriebenes Kieselsäurehydrat) und aus drei Doppel-Elektroden wurde der Stape! durch Aul

400 g destilliertem Wasser setzen eines Abdichtungs-Anoden-Laminalstücks an

Beim Zusammenbau der Batterien wurden zu- stelle einer Doppel-Elektrode komplettiert,

nächst die Metallschichten 60 und 70 unter Anwen- Die folgenden Verfahren wurden zur Unterbre

dung von Wärmt und Druck direkt mit den leitenden 5 chung der Verbindung zwischen speziellen Paare.

Kunststoffschichten 80 bzw. 90 verbunden. Dabei benachbarter Battenebauteile verwendet:

wurden die leitenden Kunststoffschichten mit den Die elektrischen Verbindungen zwischen der Stahl

stählernen Stromkollektoren für 15 Sekunden bei hülischicht (60 oder 70) und der leitenden Kunst

etwa 175° C unter einem Druck von 35,2 kp/cm* Stoffschicht (80 oder 90) wurden durch Delaminierei

verpreßt. Die leitenden Kunststoffschichten sowie das io der Kunststoffschicht und anschließendes Anlegei

verpreßte Laminat wurden dann in etwa 9,7 X etwa der Teile gegeneinander unterbrochen. Im übrigei

7 cm große Stücke geschnitten. Die Kathoden (posi- wurde die Batterie in der oben beschriebenen Weisi

tive Elektroden) wurden dadurch aufgebracht, daß hergestellt.

zunächst die Kathodeningredienzien sorgfältig ge- Die elektrische Verbindung zwischen den negati

mischt wurden, um eine bildsame Aufschlämmung 15 ven Elektroden und der leitenden Kunststoffschich

herzustellen, die dann auf eine Seite der leitenden wurde durch Flammspritzen von Zink auf eine Glas

Kunststoffschicht von einigen der Laminatstücke auf- platte, Abziehen der so gebildeten Zinkfolie und Auf

getragen wurde, wobei eine 0,381 mm dicke Stahl- setzen auf den leitenden Kunststoff unterbrochen. Irr

schablone mit einer öffnung von etwa 5,06 cm auf übrigen erfolgte die Herstellung der Batterie wie ober

der leitenden Kunststoffschicht ausgerichtet verwen- 20 beschrieben.

det wurde. Die Schablone wurde dann entfernt, und Die elektrische Bindung zwischen der Separatordie Beschichtung wurde etwa 15 Minuten lang bei schicht und der benachbarten positiven Elektrode 60° C getrocknet. Die resultierende trockene Katho- wurde durch Weglassen des Verbindungsgels aus dei denschicht hatte eine Dicke von etwa 0,178 mm und zur Bescnichtung der positiven Elektrode verwendehaftete gut an der Kunststoffschicht. 35 ten Elektrolytmischung unterbrochen. In ähnliche;

Isolierende Dichtfenster (die den Abdichtungen Weise wurde die elektrische Bindung zwischen dei 100 in Fig. 2 entsprachen) aus einem kaltgebunde- negativen Elektrodenschicht und dem Separator unnen PolyesterrUm (im Handel unter dem Warenzei- terbrochen, indem der Verbindungsgel des zur Bechen »Mac-Tac IS0706« erhältlich) mit äußeren Ab- schichtung der negativen Elektrode verwendeten Gemessungen von etwa 7 cm X etwa 9,7 cm und inne- 30 mischs weggelassen wurde. Im übrigen wurde die ren Abmessungen von etwa 5,7 cm X etwa 7,3 cm Batterie in der oben beschriebenen Weise hergestellt. wurden auf jedem Basisstück aus leitendem Kunst- Die elektrische Bindung zwischen den positiven stoff und auf den leitenden Kunststoffseiten jedes Elektroden und der leitenden Kunststoffschicht wurde Laminatstücks ausgerichtet und haftend verbunden. durch Aufsprühen der Mangandioxid-Binder-Koh-Auf der freien Fläche jedes Isolator-Abdichtstücks 35 lenstoff-Mischung auf Abzugspapier, Entfernen vom verblieb zunächst ein Stück Abziehpapier. Abzugspapier und Aufbringen auf der leitenden

Die Aufbringung der Anode (negative Elektrode) Kunststoffschicht unterbrochen. Im übrigen wurde erfolgte durch Flammspritzen von Zink auf die der die Batterie in der beschriebenen Weise hergestellt. Kathode gegenüberliegende Seite der leitenden Die gemessenen Versuchsdaten sind in der folgen-Kunststoffstücke und auf die leitende Kunststoff sei te 40 den Tabelle zusammengestellt. Sämtliche Batterien der Laminatstücke, die nicht mit Kathoden besetzt wurden mit einem Druck von 0, 0,453 und 4,53 kp waren, wobei die Dicke der Schicht auf etwa geprüft. Die Spannung des offenen Schaltkreises, die 0,0308 mm eingestellt wurde. Das Abzugspapier auf in der Tabelle als »OCV« gekennzeichnet ist, wurde dem Isolator-Abdichtstück diente während des auf einem Darcy-330-Digitalmultimeter gemessen. Flammspritzvorgangs als Maske zur Verhinderung 45 Die in der Tabelle als »IMP« bezeichnete Impedanz der Verunreinigung des Klebers. Der Zusammenbau wurde auf einem ROV-Impedanzmesser bei 1000 Hz der Batterie erfolgte, indem zunächst eine dünne unter Verwendung eines elektronischen Ballentine-Schicht (etwa 0,5 g) des Elektrolytengel auf die Ka- Spannungsmesser-Modells 300 gemessen. Die Spanthode des Laminatstücks aufgestrichen wurde. Ein nung des geschlossenen Schaltkreises, die in der Ta-Separatorstück (mit den Abmessungen etwa 5,7 cm 50 belle als »CCV« bezeichnet ist, wurde auf einem X etwa 7,3 cm), das mit Elektrolyt getränkt war, Brush-Mark-20-Recorder gemessen und kennzeichwurde dann auf dem Gel aufgesetzt und über der net die Batteriespannung am Ende eines Entladungs-Elektrode ausgerichtet. Elektrolytgel (wieder etwa impulses von 1,1 Sekunden Dauer über einen Wider-0,5 g) wurde auf die Anodenseite der aus der Dop- stand von 3,3 Ω.

pelelektrode (Anode leitender Kunststoff-Kathode) 55 Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die wich- und der Isolator-Abdichtung bestehenden Bauteile tigste der zu vergleichenden elektrischen Eigenschafaufgestrichen, und das Abziehpapierstück wurde ten der Tabelle die Spannung im geschlossenen dann entlang der beiden mit Gel bedeckten Elektro- Schaltkreis (CCV) ist. CCV bestimmt, ob die die Batden abgezogen. Die Doppel-Elektrode wurde dann terie verwendende Vorrichtung wirksam arbeitet. Je auf der gelbeschichteten Kathode aufgesetzt, so daß 60 höher der CCK-Wert, um so besse^r sind die Betriebsdie sich zugewandte Anode und Kathode in Flucht eigenschaften der Vorrichtung. In Jen speziellen Verstanden. Die Isolator-Abdichtungsstücke wurden suchen zur Zusammenstellung der in der Tabelle entlang des Umfangs der Elektrode zusammen- zusammengestellten Daten, arbeitet die verwendete gepreßt. Vorrichtung nicht unter 4,00 Volt. Wenigstens elf

Das im vorstehenden erläuterte Verfahren wurde 65 Impulse werden aus der Batterie benötigt. Durchge-

dann beginnend mit der Aufbringung von Elektrolyt- führte Vergleichsversuche ergaben, daß elf Impulse

gel auf die Kathode der gerade aufgebrachten Dop- nicht erhalten werden, wenn der erste CCF-Wert

pel-Elektrode wiederholt. Nach der Aufbringung von unter 4,40 Volt lag.

	2	1 58	IMPb	CCVc	398	IMP	CCV	16	4,536 kp	CCV
15			1,10	5,01		0,97	5,06	Fig. 2	IMP	5,20
Auswirkung der Entfernung	der Verbindungen	in einer	75	1,20		32	2,40		0,90	3,50
Elektrische Eigenschaften l>ei	Ausübung von Druck auf	1,30	4,79		1,07	4,84	Druck	4,8	4,94
Verbindungsmittel entfernt an den Zwischenflächen zwischen den	Kein Druck	1,75	4,40		1,40	4,60	OCV	0,99	4,80
folgenden Schichten (siehe F i g. 2)	OCV	2,85	3,91		1,85	4,20	6,25	1,08	4,56
Verbindung nicht unter brochen (Kontrolle)	6,37			Vielzellen-Batterie nach			6,32	1,17
70 bis 90	6,36	2,20	3,89	die Batterie	1,62	4,14	6,27		4,28
30-d bis 90	6,37			Druck 0,453 kp			6,27	1,40
30-a* bis 90 und 30~a bis 50-a	6,36			OCV			6,26
30-rf bis 90; 30-a bis 50-a;	6,35	3,65	4,44	6,30	2,37	4,56			4,84
und 30-6 bis 50-6		4,55	3,95	6,35	4,20	3,96	6,25	1,68	4,18
30-d bis 90; 30-a bis 50-a;	6,34			6,31				3,60
30-6 bis 50-6; und 30-c bis				6,31
50-c		.6,00	3,11	6,31	3,34	3,31	6,25		3,86
30-a bis 40-a und 30-6 bis 40-6	6,35						6,22	2,52
30-a bis 40-a; 30-6 bis 40-6;	6,32	4,10	3,40	6,28	3,60	3,50			4,05
30-c bis 40-c; und 30-d bis								2,34
40-d							6,26
20-a bis 40-a; 20-6 bis 40-6;	6,38	6,7	3,37	6,25	6,1	3,45			3,56
und 20-c bis 40-c		12,3	2,12	6,19	11,7	2,10	6,22	5,6	2,10
20-a bis 40-a; 20-6 bis 40-6;	6,38							11,3
20-c bis 40-c; und 20-d bis
40-d		6,30		6,32
20-a bis 80	6,48		6,30
20-a bis 80; und 20-6 bis	6,48	6,29
50-a
	6,35
6,35

Wie aus der Tabelle hervorgeht, hatte die Kon* trollbatterie, d. h. die erfindungsgemäße Batterie, bei der sämtliche Verbindungsstellen intakt waren, den höchsten CCF-Wert. Dies war der Fall, wenn auf der untersuchten Batterie kein Druck aufgebracht wurde, oder wenn Drücke bis zu 4,536 kp aufge^ bracht wurden.

Wie der Tabelle weiter zu entnehmen ist, reduziert das Fehlen der Verbindung zwischen dem aus Stahl bestehenden Stromkollektor (70 in Fig. 2) und der benachbarten leitenden Schicht (90 in Fig. 2) den CCF-Wert um den größten Betrag. Die nächst größte auftretende Vermindung trat dann auf, wenn eine oder zwei Verbindungen zwischen den Stellen mit positivem Gemisch (20 in Fig. 2) und den leitenden Kunststoffschichten (80, 90 und 50 in F i g. 2) unterbrochen wurden. Wenn diese beiden Verbindungsstellen (20a-80 und 206-5Oa) unterbrochen wurden, dann glich nicht einmal die Aufbringung eines Drukkes von 4,536 kp auf die getestete Batterie die Unterbrechung der Verbindungen aus. Der CCK-Wert erreichte selbst dann, wenn die getestete Batterie einem zusätzlichen Druck unterzogen wurde, keinen Wert über einem Endwert von 4,0 Volt.

Ebenfalls wesentlich, jedoch in geringerem Ausmaß, fällt der CCF-Wert, wenn die zwischen den negativen Elektrodengemischstellen (30 in Fig. 2) und den leitenden Kunststoffschichten (79, 80, 90 und 50 in Fi g. 2) liegenden Bindungen unterbrochen werden. Dasselbe Ergebnis zeigt sich bezüglich der Verbindungen zwischen den Separatorschichten (40 in Fig. 2) und den benachbarten negativen und positiven Elektrodenschichten (30 und 20 in Fi g. 2). Die Einwirkung von Druck auf die getesteten Batterien erhöhte die Spannung im geschlossenen Schaltkreis, jedoch wurden nicht die Werte erreicht, die ohne Druckeinwirkung von der erfindungsgemäßen Batterie erreicht wurden, bei der sämtliche elektrischen Bindungen intakt waren.

Der durchgeführte Impedanzversuch zeigt den inneren Widerstand der getesteten Batterien. Die Impedanzwerte in der Tabelle zeigen deutlich, daß die erfindungsgemäße Batterie (Kontrollbatterie) den niedrigsten inneren Widerstand hatte. Da die gemessenen Spannungen bei offenem Schaltkreis nicht vom Innenwiderstand der Batterie beeinflußt werden, wurde kein Unterschied zwischen der intakten Batterie und den mit unterbrochenen Verbindungen versehenen Batterien erwartet oder durch die gemessenen Ergebnisse gezeigt.

In F i g. 5 ist die kathodische Stromausbeute zweiei bekannter Batterien mit der kathodischen Stromausbeute von dünnen, flachen Vielzellen-Batterien gemäß der Erfindung bei verschiedenen Anodenstromdichten bis zu Spannungsendwerten bis zu 1,0 Voll pro Zelle graphisch verglichen. Fig. 6 entsprich!

F i g. 5 mit der Ausnahme, daß in ihr die erhaltener Versuchsergebnisse weitergeführt sind, wenn dei Endwert auf 0,75VoIt pro Zelle abgesenkt wurde Die beiden untersuchten bekannten Batterien waren 9-Volt-Batterien des von der National Electronic Distributors Association, mit der Nummer 1604 gekennzeichneten Typs. Die erste Batterie war eirti Ray-O-Viic-1604-Baltcrie. während die andere eine

709 637/18f

π is

Everready »216« war. Die untersuchte erfindungsge- wendeten anorganischen Metalloxide, z.B. Manganmäße, dünne, flache Vielzellen-Batterie hatte 6 Zellen dioxid, Bleidioxid, Nickeloxihydroxid, Quecksilberund war als 9-Volt-Flachbatterie mit einem inneren oxid und Silberoxid, die anorganischen Metallhaio-Aufbau ausgeführt, wie er in Fi g. 2 gezeigt ist, mit genide, z. B. Silberchlorid und Bleichlorid, und ander Ausnahme natürlich, daß zwei zusätzliche Zellen 5 organische reduzierbare Materialien wie Dinitrobenvorhanden waren. zol und Azodicarbonamid-Verbindungen verwendet

Wie am besten aus den F i g. 5 und 6 ersichtlich werden. Als negative Elektrodenmaterialien können

ist, waren die erfindungsgemäßen Vielzellen-Batterien die üblicherweise verwendeten Metalle, z.B. Zink,

an den Spannungsendpunkten von 1 oder 0,75 Volt Aluminium, Magnesium, Blei, Cadmium und Eisen

in der prozentualen kathodischen Stromausbeute bei io verwendet werden. Der speziell verwendete Elektro-

Entladungsströmen von wenigstens 3,88 mA/cm² der lyt wird, wie dem Fachmann klar ist, so ausgewählt,

Anode bis über 90,3 mA/cm² weit überlegen. Bei daß er mit den positiven und negativen Elektroden

Entladungsraten von 29 mA/cm² der Anode zeigten und den anderen verwendeten Bauteilen verträglich

die erfindungsgemäßen Vielzellen-Batterien bei einer ist. Bei entsprechenden Elektroden umfassen die

Endspannung von 1 Volt eine kathodische Stromaus- 15 Elektrolyten einschließlich des in LeClanche-Elemen-

beute von mehr als 5 Prozent, während die Batterien ten üblicherweise verwendeten Ammoniumchlorid

nach dem Stand der Technik Stromausbeuten in der und/oder Zinkchlcrid-Elektrolyten verschiedene al-

Größenordnung von 2 oder 3 Prozent zeigten. Tat- kaiische Elektrolyten, z. B. Kaliumhydroxid, Na-

sächlich lag die Stromausbeute der erfindungsgemä- triumhydroxid und/oder Lithiumhydroxid, die in al-

ßen Batterie (bei einem Entladungsstrom von 29 mA/ ao kaiischen Zellensystemen verwendet werden können,

cm² der Anode, wie in F i g. 5 und 6 gezeigt ist) über saure Elektrolyten, z. B. Schwefel- oder Phosphor-

10 Prozent bzw. war 3- bis 5mal größer als die säure, die in anderen Zellensystemen verwendet wer-

Stromausbeute der vorbekannten Batterien. den kennen, und nicht wäßrige Elektrolyte. Andere

In den F i g. 7 und 8 sind die Stromausbeuten ver- mit wäßrigen Elektrolyten arbeitende Systeme einschiedener erfindungsgemäßer Batterien unterschied- as schließlich der Nickel-Zink-, Silber-Zink-, Quecklicher Dicke graphisch verglichen, wobei die unter- silber-Zink-, Quecksilber-Cadmium- und Nickelschiedliche Dicke der Kathodenschichten angegeben Cadmium-Systeme können ebenfalls verwendet werist. F i g. 7 zeigt das Ergebnis der bis zu einem Ent- den. Auch organische positive Elektroden und saure ladungsendpunkt von 1 Volt geführten Versuche, Elektrolyten können einschließlich wiederaufladbarer während F i g. 8 die Ergebnisse der bis zu einem 30 Systeme unter Verwendung von Elektroden aus Azo-Endpunkt von 0,75 Volt geführten Versuche zeigt. dicarbonamidverbindungen und LeClanch-Elektroly-

Aus den Fig. 7 und 8 ist in Verbindung mit den ten aufgebaut werden.

Fig. 5 und 6 ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Die vorliegende Erfindung ermöglicht also dieHer-Vieizellen-Batterien im Kathodenschichtdickenbe- stellung von extrem dünnen, biegsamen Vielzellenreich von etwa 0,254 bis etwa 0,279 mm Entladungs- 35 Batterien mit hohen Entladungsraten, die sich durch stromausbeuten haben, die den bekannten Flachzel- einen verringerten inneren Widerstand auszeichnen len-Batterien bei Stromdichten oberhalb von etwa und optimale elektrische Eigenschaften aufweisen, 7,0 mA/cm² der Kathode überlegen sind. Erfindungs- die beim Fehlen von auf die Batteriebauteile aufgegemäße Vielzellen-Batterien mit Kathodenschicht- brachtem Druck im wesentlichen unbeeinträchtigt dicken im Bereich von etwa 0,457 bis 0,559 mm ha- 40 bleiben. So hatte beispielsweise das erfiindungsgeben Entladungsstromausbeuten, die den bekannten mäße vierzeilige LeClanche-Element (die Kontroll-Batterien bei Stromdichten oberhalb von etwa batterie nach der Tabelle) eine Breite von etwa 7 cm 14,0 mA/cm^s der Anode überlegen sind. und eine Länge von etwa 9,7 cm. Die Dicke der Bat-

Es ist dem Fachmann ersichtlich, daß bei der Her- terie betrug etwa 2,54 mm. Unter Berücksichtigung stellung der erfindungsgemäßen Batterien mit positi- 45 der Tatsache, daß in dieser Dicke die Dicke der ven Elektrodenschichten (d. h. Kathodenschichten) dampfdichten Stahlhüllschichten 60 und TO, wie sie eine Dicke von weniger als etwa 0,635 mm eine ka- in Fig. 2 gezeigt ist, enthalten ist, beträgt die mittthodische Stromausbeute von wenigstens 10 Prozent lere Dicke jeder der vier Zellen weniger als 0,635 mm. bei Entladungsströmen von 15,5 mA/cm² der Anode Trotz ihrer außergewöhnlich geringen Dickenabmeserzielt werden können, wobei die Spannung pro Zelle 50 sung konnte die Batterie wenigstens 80 impulsartige während des Entladungsstroms wenigstens 1 Volt be- Entladungen von 1,1 Sekunden Dauer (mit einer Erträgt. Weiter können auch erfindungsgemäße Batte- holungszeit von etwa 3 Sekunden zwischen den Imrien hergestellt werden, deren Dicke der positiven pulsen) mit einer Belastung von 3,33 Ω bei einer Min-Elektrodenschicht geringer als 0,381 mm ist, um eine destspannung von 4 Volt erzeugen, wenn die BeIakathodische Stromausbeute von wenigstens 10 Pro- 55 stung von 3,33 Ω angelegt wurde.
zent bei Entladungsströmen von 77,5 mA/cm² der Die erfindungsgemäßen Vielzellen-Batterien sind Anode zu erzielen, wobei die Spannung pro Zelle insbesondere in solchen Anwendungsfällen zu verwährend des Entladungsstroms wenigstens 0,75 Volt wenden, wenn hohe Entladungsströme erforderlich beträgt. sind, und sie sind deshalb insbesondere für die Ver-

Es wurde zwar ein als LeClanche-Element ausge- 60 Wendung in Kameras, Apparaten, Spielzeugen, Kasbildetes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrie- settenrecordern und anderen den Fachleuten beben, jedoch kann eine große Vielzahl von positiven kannten Anwendungsfällen geeignet. Auch andere und negativen Elektrodenmaterialien und elektroche- Anwendungsfälle, die zwar keine hohen Entladungsmischen Systemen einschließlich primärer und sekun- raten erfordern, bei denen jedoch die geringe Dicke, därer Systeme verwendet werden, um erfindungsge- 65 die Biegsamkeit, die physikalische Unversehrtheit mäße Vielzellen-Batterien aufzubauen. Als positive oder die Unempfindlichkeit der Batterie gegen Druck Elektrodenmaterialien können die üblicherweise ver- erwünscht ist, begegnen dem Fachmann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

löst, daß die Trennschichten und die Stromsammler-Patentansprüche: Schichten über die Elektroden-Schichten und Separa-

1. Galvanische Flachzellenbatterie aus mehre- tor-Schichten ^f^J^SL·^ SS dt ren in Reihe geschalteten Zellen, die über für den herausragenden Teile der Trennschichten und der Elektrolyten undurchlässige Trennschichten elek- 5 Stromsammler-Schichten in tür den Elektrolyten un-SschSnd aneinander' haften, wobei an den durchlässiger Weise ^mit^?₁ ^nd _e ^e^^e^₁ ⁿ _vt^_s ⁿ _ci ^U"^d positiven bzw. negativen Außenelektroden der dadurch für jede E.nzelzelle e ne elektrolytisch un-Endzellen (A, D) Stromsammler-Schichten elek- durchlässige Hülle ohne zusatehche Mittel und ohne trisch leitend und an denselben haftend befestigt Anwendung äußeren Druckes bilden, sind, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die ,o Diese Merkmale fuhren zu einer die Aufbewah-Trennschichten (50) und die Stromsammler- run_Ssdauer der Batterie erhöhenden E.nkapselung Schichten (80, 90) über die Elektroden-Schichten der Zellen sowie der gesamten Batterie, und zwar (20, 30) und Separator-Schichten (40) ringsherum wird dies erreicht praktisch ohne jegliche zusätzliche herausragen, und daß die herausragenden Teile Elemente wie sie zwecks E.nkapselung bei der US-PS der Trennschichten (50) und der Stromsammler- 15 25 19 052 vorgesehen sind und fur die in der DT-PS Schichten (80, 90) in für den Elektrolyten un- 20 07 562 jeder Hinwe.s zu fehlen scheint durchlässiger Weise miteinander verbunden sind Zwar sind bei der US-PS 25 19 052 Endschichten

und dadurch für jede Einzelzelle (A, B, C, D) zwischen benachbarten Zellen vorgesehen, jedoch eine elektrolytisch undurchlässige Hülle ohne zu- sind diese elektrolytdurchlässig, da sie aus leitendem sätzliche Mittel und ohne Anwendung äußeren 20 Gewebe bestehen und die Schicht 1 der bR-PS Druckes bilden. 1190 139, wenn man dieselbe überhaupt mit den