DE2220914A1 - Flachzellen-batterie mit auf einer seite liegenden anschluessen - Google Patents

Flachzellen-batterie mit auf einer seite liegenden anschluessen

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DE2220914A1 DE19722220914 DE2220914A DE2220914A1 DE 2220914 A1 DE2220914 A1 DE 2220914A1 DE 19722220914 DE19722220914 DE 19722220914 DE 2220914 A DE2220914 A DE 2220914A DE 2220914 A1 DE2220914 A1 DE 2220914A1
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DE19722220914
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English (en)
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Kent V Anderson
Bernard Clarence Bergum
John Merlyn Bilhorn
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ESB Inc
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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Description

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G 48 410
ESB INCORPORATED, 5 Penn Center Plaza, PHILADELPHIA, Pennsylvanien (USA)
Flachzellen-Batterie mit auf einer Seite liegenden Anschlüssen
Die Erfindung betrifft eine Flachzellen-Batterie mit mindestens einer flachen Zelle und einem aus zwei Mantelteilen bestehenden Gehäuse, von denen jeder Mantelteil mit einer Endelektrode der Batterie Kontakt hat und als Anschlußpol für die Batterie dient, wobei die Mantelteile entlang des Umfangs der Elektroden der Batterie flüssigkeitsdicht und elektrich nicht-leitend miteinander verbunden sind.
Flachgebaute Vielzellen-Batterien werden seit vielen Jahren so aufgebaut, daß Einzelzellen stapelartig aufeinandergesetzt und in Serie geschaltet werden. Diese Batterien haben. Anschlüsse unterschiedlicher Polarität, die auf gegenüberliegenden Seiten der Batterie liegen. Es gibt gute Gründe für die Anordnung beider Anschlußpole auf einer gemeinsamen Seite der Batterie, da es im allgemeinen einfacher ist, die Batterie in den zugehörigen Batterien anzuschließen, wenn die Geräbeanschlußklemmen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Flachzellen-Batterie für ein flachgebautes Gerät vorgesehen ist, oder wenn sie in anderer WeLr;e in eier Nähe von Gebrütete ilen ancjeorxlnet ist, so
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daß eine Seite der Batterie in einer Lage steht, in der der Anschluß schwierig oder aus anderem Grund unerwünscht ist.
Es wurden verschiedene Wege versucht, um einen Anschluß um die Außenseite der Flachzellen-Batterien herumzuführen, so daß beide Anschlüsse auf einer Seite lagen, jedoch waren die verwendeten Methoden aus der Sicht der Materialkosten, der Laborkosten, der zusätzlichen Dicke der Batterie oder des Anschlußwiderstandes im allgemeinen nicht zufriedenstellend.
Für alle Flachzellen-Batterien ist eine Abdichtung gegen Flüssigkeitsdurchtritt zur Erhöhung der Lagerungslebensdauer wichtig. Bei einigen Konstruktionen wird dies durch eine Beschichtung mit einem Polymer, beispielsweise durch Eintauchen in Wachs oder durch eine an den Enden abgedichtete Kunststoffhülle mit vorspringenden Anschlüssen erreicht.
Weiter wurde bereits vorgeschlagen, eine Batterie mit einem Gehäuse aufzubauen, welches aus zwei entlang seines Umfangs abgedichteten Mantelteilen besteht. Jeder Mantelteil besteht aus einem Laminat aus einer Metall- und einer elektrisch-leitenden Kunststoffschicht, wobei die leitende Kunststoffschicht jedes der Laminate in Kontakt mit einer Endelektrode der Batterie steht. Die Mantelteile sind entlang des Umfangs der Elektroden geschlossen, so daß die Batterie gegen Flüssigkeitsdurchtritt abgedichtet ist. Die Mantelteile haben eine überlegene Flüssigkeitsundurchlässigkeit und erhöhen deshalb die mögliche Lagerzeit der Batterie. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Mantel teile direkt mit den Endelektroden in Kontakt gebracht werden können, ohne daß unerwünschte elektrochemische Reaktionen auftreten. Ein weiterer und wesentlicher Vorteil der laminierten Mantel teile liegt in den Leitungseigenschaften des leitenden Kunststoffs und des Mt;taLIs. Leitender Kunststoff ist ein relativ guter ElektrizitätsLeiter in Querrichtung, d.h. in Dickenrichtung, jedoch ein schlechterer LeL-
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ter für Elektrizität in Längsrichtung. Andererseits ist das Metall ein guter Leiter in allen Richtungen und deshalb gut zur Stromsammlung entlang aller seiner Flächen vom benachbarten leitenden Kunststoff und zur Weiterleitung des Stroms in Längsrichtung zu einem Anschluß geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach und kostengünstig herzustellende Flachzellen-Batterie anzugeben, bei welcher beide Anschlußpole auf einer Seite der Batterie liegen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Batterie der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer der Mantelteile einen vorspringenden Abschnitt aufweist, welcher derart um eine Kante der Batterie herumgelegt ist, daß er wenigstens teilweise den anderen Mantelteil überdeckt, und daß der vorspringende Abschnitt gegen den unter ihm liegenden Mantelteil elektrisch isoliert ist.
Die erfindungsgemäße Batterie besteht also aus einer mit zwei Mantelteilen versehenen Flachzellen-Batterie. Jeder Manteltei] steht in Kontakt mit einer Endelektrode der Batterie und dient so als Stromsammler für diese Elektrode, als Anschlußpol der Batterie und als Flüssigkeitsabdichtung. Die Mantelteile sind entlang des Umfangs der Elektroden durch feuchtigkeitsundurchlässige, elektrisch nicht-leitende Dichtmittel abgedichtet. Ein Vorsprung eines der Mantelteile ist um die Kante der Batterie herumgeführt und liegt auf dem anderen Mantelteil. Der herumgeführte Vorsprung muß vom Mantelteil, auf dem er liegt, elektrisch isoliert sein und kann auf diesem Mantelteil durch nicht-leitende Dichtmittel, z.B. nicht-leitende Kleber, verschweißbares Material und verschiedene druckempfindliche Schicht materialien, befestigt sein.
Die Verwendung von Laminaten aus leitenden Kunststoffschichten unc3 Metall schichten für Mantelteile gemäß oben erwähntem Vor-
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schlag wird erfindungsgemäß bevorzugt, wobei die erfindungsgemäße Batterie eine vorteilhafte Weiterbildung der erwähnten Batterien darstellt. In diesem Fall steht die Kunststoffschicht jedes der-laminierten Mantelteile in Berührung mit einer der Sndelektroden. Auch in diesem Fall wird bevorzugt, die Metallschicht eines der Mantelteile über den Rand des Laminats, dessen Bestandteil er ist, vorgezogen, der vorstehende Abschnitt wird um die Kante der Batterie herumgeführt und auf die Oberseite des anderen Mantelteils aufgelegt.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer flachen
Vielzellen-Batterie mit zwei auf einer Seite angeordneten Anschlüssen;
Fig. 2 eine Schnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Batterie entlang der Linie A-A in Fig. 1, wobei die Batteriedicke zum Zweck der Erläuterung erheblich vergrößert dargestellt ist, so daß erkennbar ist, daß die Metallschicht eines aus Metall und leitendem Kunststoff laminierten Mantelteils um die Kante der Batterie herumgeführt und auf dem darunterliegenden Mantelteil mittels eines elektrisch nicht-leitenden Klebers befestigt ist;
Fia, 3 eine alternative Ausführungsform zu der in Fig. 2 gezeigten Batterie, bei welcher sowohl die Metall- als auch die Kunststoffschicht des Metall-Kunststoff-Laminats um die Batterie herumgeschlagen und auf dem anderen Mantelteil mittels eines elektrisch nicht-leitenden Klebers befestigt sind;
Fig. 4 eine von Fig. 2 dadurch abweichende Ausführungsform, daß die vorspringende Metallschicht auf dem anderen Mantelteil mittels eines elektrisch nicht-leitenden verschweißbaren Werkstoffs befestigt ist; und
Fig. 5 eine von der Ausführungsform nach Fig. 2 dadurch abweichende Ausführungsform, daß zwischen dem vorspringenden Abschnitt aus Metall und dem Mantelteil, auf den es aufgelegt wird, ein nicht-leitendes Papier eingefügt und die Batterie von einer nicht leitenden Kunststoff-
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schicht umhüllt ist.
Fig. 1 zeigt eine flache Vielzellen-Batterie 5 in perspektivischer Ansicht. In Fig. 2 ist ein Abschnitt der Vielzellen-Batterie 5 in einer vergrößerten Querschnittsansich'b gezeigt. Wie aus der Figur hervorgeht, umfaßt die Batterie 5 die Kombination von wenigstens zwei Zellen· 10, von denen jede eine positive Elektrode 20, eine negative Elektrode 30 und einen mit Elektrolyt getränkten Separator 40 zwischen der positiven Elektrode 20 und der negativen Elektrode 30 aufweist» Zwischen benachbarten Paaren von Zellen 10 liegt eine undurchlässige ZeI!zwischenwand 50. Über die Kanten der Elektrode vorstehende Abschnitte der Separatoren sind mit elektrisch nicht-leitendem Kleber 100 getränkt, so daß zwischen und entlang des Umfangs der Zeilzwischenwände eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung geschaffen ist. Eine der in Fig. 2 gezeigten ähnliche Einzelzellen-Batterie würde nur eine Zelle 10 und keine Zellzwischenwand aufweisen.
Die Vielzellen-Batterie erfordert auch einen flüssigkeitsundurchlässigen Hüllmantel oder ein Gehäuse, um die äußersten Zellen abzudichten. Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung besteht der Hüllmantel aus zwei Teilen, von denen jeder vorzugsweise aus einem Laminat aus einer Metall- und einer elektrisch leitenden Kunststoffschicht besteht. Fig. 2 zeigt diese beiden bevorzugt verwendeten Mantelteile, wobei der Mantelteil 60-80 ein Laminat aus der Metallschicht 60 und der elektrisch leitenden Kunststoffschicht 80 ist, wobei die Kunststoffschicht 80 in Kontakt mit der positiven Elektrode 20 in einer der Endzellen steht, und der andere Mantelteil 70-90 ein Laminat aus der Metallschicht 70 und der elektrisch leitenden Kunststoffschicht 90 ist, wobei die Kunststoffschicht 90 in Kontakt mit der negativen Elektrode 30 der anderen Endzelle steht. Ein Vorteil der laminierten Mantelteile besteht darin, daß die leitenden Kunststoffschienben in direkten Kontakt mit den Elektroden angeordnet werden kennen« se daß der leitende Kunststoff
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als Stromleiter arbeitet. Es ist festzuhalten, daß der leitende Kunststoff keine unerwünschte elektrochemische Reaktion bei direkter Berührung mit der positiven Elektrode hervorruft, so daß die Notwendigkeit,zwischen ihnen zur Verhinderung solcher Reaktionen einen leitenden Kleber einzubringen, entfällt.
Ein anderer Vorteil der laminierten Mantelteile liegt in den relativen Leitungseigenschaften des leitenden Kunststoffs und des Metalls. Leitende Kunststoffe sind relativ gute Elektrizitätsleiter in Querrichtung, d.h. in Richtung ihrer Dickenerstreckung, jedoch sind sie schlechtere elektrische Stromleiter in ihrer Längsrichtung. Andererseits ist das Metall ein guter Leiter in allen Richtungen und deshalb hervorragend geeignet, den Strom entlang der gesamten Zwischenfläche mit der benachbarten leitenden Kunststoffschicht zu übertragen und den Strom längs zu einer Anschlußklemme weiterzuleiten.
Ein weiterer Vorteil des Laminats aus Metall-leitendem Kunststoff ist dessen hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsdurchtritt. Eines der größten Probleme für die Lagerfähigkeit von Batterien besteht darin, daß Feuchtigkeit aus dem Elektrolyten langsam aus der Batterie entweicht, bevor die Batterie zum Einsatz gelangt. Einer der Wege, auf dem diese Feuchtigkeit entweicht, ist das Durchdringen des Hüllmantels. Die laminierten Mantelteile vermindern die Möglichkeiten einer solchen Feuchtigkeitsdurchdringung, indem eine doppelte Feuchtigkeitssperre um die Batterie gebildet wird. Die inneren Kunststoffschichten verhindern den Durchtritt von Feuchtigkeit in flüssiger Form, obgleich die winzigen Poren, die gelegentlich in Kunststoffen auftreten, einen langsamen Durchtritt von Dämpfen möglicherweise zulassen; jedoch dienen die äußeren Metallschichten, die im wesentlichen frei von solchen Poren sind, als Dampfsperren. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Metall in den laminierten Mantelteilen liegt in der Vergrößerung der Fläche, auf der Anschlußkontakte hergestellt werden können. Darüber hinaus erlauben dünne Me-
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tallfolien einen flexibleren' Aufbau.
Die Metallschichten 60 und 70 können als dünne Blätter oder Folien ausgebildet sein; alternativ können sie durch" dünnes Aufsprühen oder Vakuumniederschlagen oder durch elektrische Abscheidung hergestellt sein,°sie in diesem Fall auf einem Substrat (z.B. der elektrisch leitenden Kunststoffschicht oder einem nicht leitenden Material) niedergeschlagen werden können, wenn sie nicht selbsttragend sind. Vorzugsweise sind die Metallschichten 60 und 70 jedoch dünne Stahlfolien, die mit einer dünnen Beschichtung zur Verringerung des Übergangs-widerstandsversehen sein können. Solche Stahlfolien sind leicht erhältlich, relativ billig, gute elektrische Leiter und im wesentlichen frei von Poren. Außerdem können sie mit einigen leitenden Kunststoffen durch Aufbringung von Wärme und Druck zu einem Laminat verbunden werden, ohne daß irgendwelche Zwischenklebstoffe zwischen ihnen erforderlich sind. Diese Stahlfolien können in Rollen großer Länge erworben werden und sind deshalb für eine Verarbeitung in mit hoher Geschwindigkeit und kontinuierlich arbeitenden Verarbeitungsmaschinen gut geeignet. Folien aus Aluminium Blei, Zink und einer breiten Vielfalt anderer Metalle können ebenfalls verwendet werden.
Die leitenden Kunststoffschichten können durch Gießen, Spritzen, Kalandrieren oder Walzen oder andere geeignete Verfahren hergestellt werden. Die leitenden Kunststoffe können beispielsweise aus Materialien, wie z.B. mit elektrisch leitenden Teilchen versetzten und verschiedene Stabilisier- und/oder Plastifizierstoffe enthaltenden Polymeren oder aus leitenden Polymeren hergestellt werden. Die leitenden Teilchen können aus Kohlenstoff material , z.B. aus Graphit oder Acetylenruß bestehen; oder es können metallische Teilchen verwendet werden. Der leitende Kunststoff muß, gleichgültig ob mit Teilchen versetzt oder ohne, aus einer Verbindung hergestellt sein, die mit den anderen Bauteilen der Batterie verträglich ist. Für Lechlanche-Elemente mit schwach konzentrierten alkalischen Elektrolyten kann der leitenden Kunststoff beispielsweise aus Materialien, wie PoIy-
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akrylsäureestern, Polyvxnyhalogenide, Polyakrylnitril, Kopolymere von Vinylchlorid und Ninylidenchlorid, Polychloropren, Butadien-Styrol- oder Butadien-Akrylnitril-Harzen bestehen. Für Batterien mit stark alkalischen Elektrolyten können Polyvinylchlorid und Polyolefine, z.B. Polyäthylen und Polyisobutylen bei der Herstellung des leitenden Kunststoffs verwendet werden. Für Batterien mit sauren Elektrolyten, z.B. Schwefelsäure, können Polyvinylhalogenide, Kopolymere von Vinylchlorid und Vinylidenchlorid verwendet werden.
Die laminierten Mantelteile können selbstverständlich auch bei Einzellen-Batterien verwendet werden. In solchen Fällen existiert nur eine Zelle 10, Zellzwischenwände 50 sind nicht vorhanden und elektrisch nicht leitende Abdichtungsmittel, wie z.B. der in Figur 2 gezeigte Kleber 100, muß zwischen den laminierten Mantelteilen verwendet werden. Mit Ausnahme dieser Abänderungen sind die im vorstehenden in Bezug auf Vielzellen Batterien getroffenen Ausführungen auch auf Einzellen-Batterien übertragbar.
Batterien mit Hüllmänteln aus zwei laminierten Mantelteilen der im vorstehenden erwähnten Art wurden bereits vorgeschlagen.
Figur 2 zeigt, wie die laminierten Mantelteile verwendet werden können, um den herumgelegten Anschlußpol zu bilden, welcher den Gegenstand der Erfindung bildet. Wie in Figur 2 gezeigt ist, steht ein vorspringender Abschnitt 70E des unteren Mantelteils entlang des Randes des Laminats 70-9ß vor, wobei der metal lische vorspringende Abschnitt 7OE um die Kante der Batterie herumgelegt ist und den anderen Mantelteil 60-80 überdeckt. Der vorspringende, metallische Abschnitt 70E ist mittels eines elektrisch nicht leitenden Klebers lOOE gegen den oberen Mantelteil 60-80 isoliert, jedoch mit diesem verbunden. Der Kleber lOOE bedeckt vorzugsweise die Innenfläche des metallischen Vorsprungs 7OE, um eine elektrische Verbindung zwischen diesem
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Abschnitt und den Außenkanten der Zellzwischenwände 5.0 zu verhindern. Der herumgelegte Anschlußpol kann auch bodenseitig anstatt an der Oberseite der Batterie befestigt werden, indem die Metallschicht 60 des oberen laminierten Teils 60-80 um die Kante der Batterie herumgelegt und mit dem bodenseitigen Laminatteil 70-90 verbunden wird. Die Verlängerung der Metallschicht eines der Laminate als herumgelegter Anschlußpol schafft einen Bauteil mit sehr guten elektrischen Leitungseigenschaften .
Figur 3 zeigt eine alternative Konstruktion, bei welcher das ganze Laminat 70-90 um die Kante der Batterie herumgelegt ist, so daß die vorspringenden Abschnitte 7OE und 9OE zur Bildung des herumgelegten Anschlußpols verwendet werden. Figur 3 unterscheidet sich auch insofern von Figur 2, als die Separatoren 40 nur leicht über die Ränder der Elektroden 20 und 30 vorstehen, während die Ränder der Zellzwischenwände weiter vorstehen, wobei auf den Umfang der Zeilzwischenwände elektrisch nicht leitender Kleber 100 aufgetragen ist, während die Separatoren nicht mit Kleber getränkt sind.
Die Konstruktion nach Figur 4 unterscheidet sich von der Konstruktion nach Figur 2 dadurch, daß anstelle von nicht leitendem Kleber zwischen dem vorspringenden Abschnitt 7OE der Metallschicht.und dem oberen Mantelteil 60-80 ein heißsiegelbares- oder verschweißbares E-lement 102 vorgesehen ist. Das Element 102 kann sowohl mit dem vorspringenden Abschnitt 7OE und dem oberen Mantelteil 60-80 verschweiß sein, so daß der Abschnitt 70E und der obere Mantelteil miteinander verbunden sind. Das nicht leitende, verschweißbare Element kann aus Materialien wie Polystyrol, Polyvinylchlorid, Akrylnitril-Butadien-Styrol, Phenolen, Vinylidenchlorid, Zellophan, Zelluloseazetat, Polyurethanfolien, natürlichem und künstlichem Gummi und anderen hergestellt sein.
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Ein der Figur 4 ähnlicher Aufbau kann durch haftende Verbindung des nicht leitenden Elements 102 mit dem vorspringenden Abschnitt 7OE der Metallschicht und dem oberen Mantelteil 60-80 mittels eines Klebers erzeugt werden.
Figur 5 zeigt eine Konstruktion, bei welcher der Abschnitt 7OE der Metallschicht des unteren laminierten Mantelteils 70-90 um die Kante der Batterie herumgelegt ist und auf dem oberen Mantelteil 60-80 liegt. Ein elektrisch nicht leitendes, nicht selbstverbindendes (d.h. nicht klebendes, nicht verschweißbar es, usw. ) Element 104 ist zwischen den vorspringenden Abschnitt 7OE und den Mantelteil 60-80 eingelegt. Solche Elemente können aus einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Papier, Filz und Gewebe aus natürlichen oder sythetischen Fasern sowie aus kontinuierlichen Folien aus Zellophan, Polyolefinen, Zelluloseazetat und vielen anderen hergestellt sein. Weiter ist in Figur 5 ein Hüllteil 106 gezeigt, welches beispielsweise zum Zweck der elektrischen Isolation, verbesserter Feuchtigkeitsabdichtung und dergleichen um die Batterie herumgelegt ist. Der Hüllteil 106 kann, wie in Figur 5 gezeigt ist, aus einer einzigen Komponente bestehen, oder er kann zwei oder mehr Bestandteile auf v/eisen, die zur Erreichung des gewünschten Ergebnisses zusammenwirken. Der Hüllteil 106 kann auch dazu verwendet werden, den vorspringenden Abschnitt 7OE der Metallschicht und das nicht verbindbare Element 104 in enger Anlage an den oberen Mantelteil 60-80 anzulegen.
Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen gezeigt und im vorstehenden beschrieben sind, sind auch andere Ausführungsformen möglich. So können beispielsweise die in den Zeichnungen gezeigten Metallschichten 60 und 70 durch flammaufgespritztes Metall oder durch Schichten ersetzt werden, die mit metallischen oder anderen leitenden Partikeln versetzt und durch Aufgießen, Aufstreichen oder andere Verfahren aufge-
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bracht sind. Weiter könnte die Batterie beispielsweise mit einem Paar von Mantelteilen hergestellt werden, von denen jeder in Analogie zu den Bestandteilen 80 und 90 in den Figuren 2 bis 5 nur aus einer elektrisch leitenden Kunststoffschicht besteht; solch eine Konstruktion führt, obwohl funktionsfähig, nicht zu einem gleich hohen Grad von Feuchtigkeitsdichtheit der Batterie, wie Metall-Kunststofflaminate, und darüberhinaus ist der Kunststoff ein schlechterer Leiter in Längsrichtung. Als weiteres Beispiel könnte die Batterie mit einem Paar von nur aus Metall bestehenden Mantelteilen versehen sein, wobei die Metallfläche, die mit den Elektroden in Kontakt steht bezüglich der anderen Batteriekomponenten elektrochemisch inert ist; solche Metalle, die aus einer homogenen Verbindung oder aus einem mit einem anderen Metall belegten oder beschichteten Metall bestehen können, dürften jedoch im Vergleich zum bevorzugten Kunststoff-Metall-Laminat teurer sein. Eine weitere Alternative liegt in der Verwendung eines Paares von Mantelteilen, von denen jeder aus auf der Innenseite mit elektrisch leitendem Kleber beschichtetem Metall besteht, wobei der Kleber unerwünschte elektrochemische Reaktionen zwischen dem metallischen Mantelteil und den anderen Komponenten der Batterie verhindert.
Der Aufbau sämtlicher übriger Bauteile der Batterie kann ebenfalls alternative Ausführungsformen annehmen, und der Aufbau dieser Bauelemente wird im folgenden diskutiert.
Die positive Elektrode kann Teilchen aus elektrochemisch positiv-aktivem Material aufweisen, welches in einer Bindergrundmasse oder -matrix fein dispergiert enthalten ist. Das positive, aktive Material ist üblicherweise in feinste Teilchen zerteilt, so daß das Verhältnis der gesamten Oberfläche zum Gewicht des aktiven Materials erhöht und dadurch auch die Stärke der elektrochemischen Reaktionen erhöht wird, indem die Flachen, wo solche Reaktionen auftreten können, vergrößert
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werden. Die Bindergrundmasse verbessert die elektronische Leitfähigkeit und die strukturelle Unversehrtheit in den Elektroden. Da der Elektrolyt zu den Oberflächen der Teilchen aus aktivem Material Zugang haben muß, muß die Elektrode hinreichend porös gemacht werden, so daß der Elektrolyt schnell und vollständig durch die Elektrode diffundieren kann. Die Poren in der Elektrode werden vorzugsweise durch Verdampfung von Flüssigkeit während des Aufbaus der Elektrode erzeugt; die Verdampfungsflüssigkeit kann dabei Teil eines Dispersionsbindersystems sein, in dem der feste in der schließlich hergestellten Elektrode enthaltene Binder kleinste, in der Flüssigkeit dispergierte, jedoch nicht gelöste Teilchen der Bindergrundmasse aufweist, während die Elektrode aufgebaut wird, oder die Verdampfungsflüssigkeit kann Teil eines Lösungsbindersystems sein, in dem der feste, in der endgültigen Elektrode enthaltene Binder in der später zu verdampfenden Flüssigkeit gelöst enthalten ist. Die Porosität der positiven Elektroden kann erhöht werden, wenn die in der Batterie erwünschte Entladungsrate erhöht wird. Die Elektroden können auch mit einer Kombination des Dispersions- und des Lösungssystems aufgebaut werden. Alternativ können die Poren durch Auslösen eines während des Aufbaus der Elektrode vorhandenen Feststoffs oder durch Einleiten oder Erzeugen von Gasen innerhalb der Elektroden während des Elektrodenaufbaus in gesteuerten Mengen erzeugt werden. Die positiven Elektroden 20 können und enthalten vorzugsweise Anteile eines guten elektrischen Leiters, z.B. Kohle oder Gasphit, um die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Teilchen aus aktivem Material zu verbessern, da die Teilchen aus positivem, aktivem Material im allgemeinen relativ schlechte Elektrizitätsleiter sind. Die Leitfähigkeit der aktiven Teilchen und die Leitfähigkeit der Bindergrundmasse selbst beeinflußt die Mengen von der Elektrode zugegebenen leitenden Stoffen. Die Elektroden 20 können, wenn erforderlich, auch geringeMengen von Zuschlagstoffen, beispielsweise zur Sicherstellung einer gleichförmigen Dispersion der Teilchen aus aktivem Material während
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des Elektrodenaufbaus, zur Unterstützung der Diffusion des Elektrolyten durch die Poren der schließlich hergestellten Elektroden, zur Steuerung der Viskosität 'während der Behandlung, zur Steuerung der Oberflächenspannung, zur Steuerung der Topfzeit oder für andere zwecke haben.
Die negativen Elektroden 30 können aufgesprüht oder aus der Dampfphase abgeschiedene Metalle oder winzige, in einer Bindergrundmasse enthaltene und in ihr dispergierte Metallteilchen aufweisen. Wenn für die negativen Elektroden eine Bindergrundmasse verwendet wird, gelten im wesentlichen dieselben Überlegungen für die Grundmasse der negativen Elektroden, wie dies für die positiven Elektroden erläutert wurde, mit der Ausnahme, daß kein elektrisch leitender Stoff erforderlich ist, um die erforderliche elektrische Leitung zwischen den Teilchen aus aktivem Material sicherzustellen, da die negativ aktiven Materialien im allgemeinen bessere Leiter als die positiven Materialien sind. Wenn bei den negativen Elektroden eine Bindergrundmasse verwendet wird, muß das Bindersystem nicht dem für die positiven Elektroden verwendeten entsprechen, und selbst wenn das so ist, können die Verhältnismengen von Binder, Teilchen aus aktivem Material und anderen Bestandteilen in der negativen Elektrode ein abweichendes Optimum im Vergleich zu den Verhältnissen der entsprechenden Bestandteile der positiven Elektrode haben. Die anfängliche Porosität der negativen Elektroden kann bisweilen geringer als die positiven Elektroden sein, da die Reaktionsprodukte bei der Entladung der negativen Elektrode sich bisweilen im Batterie-Elektrolyten lösen. Die Porosität der negativen Elektroden kann erhöht werden, wenn die in der Batterie erforderliche Entladungsrate erhöht wird. Die negativen Elektroden 30 können auch aus dünnen Blättern oder Folien oder elektrisch erzeugten Niederschlagen aus elektrochemisch negativem Material hergestellt werden.
Zwischen den beiden Elektroden jeder Zelle ist ein elektrolytgetränkter Separator 40 angeordnet, dessen theoretische Erfor-
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dernisse darin bestehen, daß er einerseits den Elektrolyten aufnimmt und andererseits die Elektroden physikalisch trennt und Kontakt zwischen ihnen verhindert. Ein Auftrag eines gelartigen Elektrolyten kann beide Funktionen erfüllen, wenn die geeignete Dicke und/oder Konsistenz gegeben ist. Alternativ wird ein Auftrag eines gelartigen oder flüssigen Elektrolyten mit einem Separator verwendet, der zusätzlich zum Elektrolyten verwendet wird, wobei der Separator erhöhte Sicherheit gegen direkte Berührung der Elektroden bietet und als absorbierendes Material wirkt, mit welchem der Elektrolyt getränkt werden kann. Die beiden alternativen Arten können jedoch beide als Ausfuhrungsformen eines elektrolytgetränkten Separators angesehen v/erden. Bei zusätzlich zum Elektrolyt vorgesehenem Separator kann dieser aus einer großen Vielzahl von Materialien, einschließlich Paser- und Zellulosematerialien hergestellt werden, die in der Batterieherstellung üblicherweise verwendet werden. Außerdem können gewebte oder nicht gewebte Fasermaterialien, wie Polyester, Nylon, Polypropylen, Polyäthylen und Glas verwendet werden.
Zwischen jedem aufeinanderfolgenden Zellenpaar liegt eine undurchlässige Zeilzwischenwand 50, die unterschiedlich aufgebaut sein kann. Unabhängig von der speziellen Ausführungsform muß die undurchlässige Zeilzwischenwand 50 drei wesentliche Erfordernisse befriedigen: Sie muß undurchlässig für den Elektrolyt der Batterie sein, so daß eine Zelle gegen die nächste abgedichtet ist; sie muß die Möglichkeit bieten, elektrischen Strom zwischen der positiven Elektrode einer Zelle zur negativen Elektrode der nächsten Zelle zu leiten; und sie darf nicht zum Auftreten unerwünschter elektrochemischer Reaktionen mit den Elektroden oder anderen Bauteilen der Batterie führen.
Die in den Figuren 2-5 gezeigte Zellzwischenwand kann in der besonderen Ausführungsform als Blatt oder Folie aus elektrisch leitendem Kunststoff ausgebildet sein. Alternativ können Zeil-
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zwischenwände mit Metallfolien, leitenden Klebern oder Kombinationen dieser beiden aufgebaut werden, da es bei der Verwendung von Metallfolien notwendig oder erforderlich sein kann, eine Schicht eines leitenden Klebers oder eines anderen leitenden Polymers zwischen die Folie und die positive Elektrode 20 zu legen, um das Auftreten einer unerwünschten elektrochemischen Reaktion mit der positiven Elektrode oder dem Elektrolyten zu verhindern. Die undurchlässige Zel!zwischenwand 50 kann auch als Kombination eines elektrisch nicht leitenden Bauteils, z.B. aus Kunststoff, mit einem oder mehreren Bauteilen aus elektrisch leitendem Material sein, welches um*die Kante oder durch den nicht leitenden Bauteil geführt ist, um einen elektrischen Anschluß zwischen der positiven Elektrode einer Zelle und der negativen Elektrode der nächstfolgenden Zelle herzustellen.
Zwischen jeder Zellzwischenwand 50 muß eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung vorgesehen sein, um das Austreten von Feuchtigkeit aus dem Batterieinnern zu verhindern. Kleber für diese Abdichtung sind in den Figuren 2-5 mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Wenn der Kleber aus elektrisch nicht leitendem Material besteht, kann er die zusätzliche Aufgabe erfüllen, unzulässige elektrische Verbindungen zwischen zwei oder mehr elektrisch leitenden Bauteilen der Batterie zu verhindern. Wenn die Ränder der Zeilzwischenwände selbst elektrisch nicht leitend sind, wie dies der Fall sein kann, wenn die Zellzwischenwände aus einer Kombination aus elektrisch nicht leitendem Kunststoff mit einem oder mehreren um die Kante oder durch den nicht leitenden Kunststoff geführten leitenden Bauteilen bestehen, können die nicht leitenden Umfangsabschnitte der Zwischenwände zur Abdichtung herangezogen werden, indem sie der Einwirkung von Wärme und/oder Druck oder anderen Verbindungsverfahren ausgesetzt werden.
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Obwohl die Verwendung des elektrochemischen Leclanche-Systems, (bei dem Hangandioxid als positives, aktives Material, Zink als negatives., aktives Material und ein Ammoniumchlorid und/oder Zinkchlorid enthaltender Elektrolyt verwendet wird,) bevorzugt wird, kann für die erfindungsgemäße Batterie 5 eine Vielzahl abweichender elektrochemischer Systeme einschließlich von primären und sekundären Systemen verwendet werden. Als positive Elektrodenmaterialien kommen beispielsweise die üblicherweise verwendeten anorganischen Metalloxide, z.B. Mangandioxid, Bleidioxid, Nickeloxidhydroxid, Quecksilberoxid und Silberoxid und anorganische Metallhalogenide, z.B. Silberchlorid und Bleichlorid, sowie reduzierbare organische Materialien, z.B. Dinitrobenzol und Azodicarbonamid'-Verbindungen infrage. Als negative Elektrodenmaterialien können die üblichen Metalle, wie Zink, Aluminium, Magnesium, Blei, Cadmium und Eisen verwendet werden. Mit geeigneten Elektroden können die üblicherweise beim Leclanche-System verwendeten Elektrolyten (Ammoniumchlorid und/oder Zinkchlorid), verschiedene alkalische Elektrolyten, z.B. die Hydroxide von Kalium, Natrium und/oder Lithium, saure Elektrolyten, wie z.B. Schwefel- oder Phosphorsäure und nichtwässrige Elektrolyten verwendet werden, die dabei natürlich so gewählt werden, daß sie mit den positiven und negativen Elektroden verträglich sind.
Unter der Vielzahl der möglichen, für die Batterie 5 verwendbaren elektrochemischen Systeme sind solche, bei denen die positiven Elektroden Mangandioxid, die negativen Elektroden Metalle, beispielsweise Zink, Aluminium oder Magnesium, und die Elektrolyte im wesentlichen eine saure Lösung anorganischer Salze aufweisen. Ein anderes bekanntes für die Batterie 5 verwendbares System ist das Alkali-Mangan-System, bei dem die positive Elektrode Mangandioxid, die negative Elektrode Zink und der Elektrolyt im wesentlichen eine Lösung von Kaliumhydroxid aufweist. Andere wässrige Elektroiilytsysteme, einschließlich der Nickel-Zink-, Quecksilber-Zink-, Quecksilber-Cadmium- und Nickel-Cadmium-Systeme können ebenfall verwendet
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werden. Auch Systeme mit organischen positiven Elektroden
und sauren Elektrolyten, exnschließlxch aufladbarer Systeme, unter Verwendung von Azodicarbonamid-Verbindungen als Elektroden und Leclanche-Elektrolyten, können Verwendung finden.
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Claims (7)

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    Patentansprüche
    Flachzellenbatterie mit mindestens einer flachen Zelle und einem aus zwei Mantelteilen bestehenden Gehäuse, von denen jeder Mantelteil mit einer Endelektrode der Batterie Kontakt hat und als Anschlußpol für die Batterie dient, wobei die' Mantelteile entlang des Umfangs der Elektroden der Batterie flüssigkeitsdicht und elektrisch nicht leitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Mantelteile (70-90) einen vorspringenden Abschnitt (7OE, 90E) aufweist, der derart um eine Kante der Batterie (5) herumgelegt ist, daß er wenigstens teilweise den anderen Mantelteil (60-80) überdeckt, und daß der vorspringeende Abschnitt (7OE, 90E) gegen den unter ihm liegenden Mantelteil elektrisch isoliert ist.
  2. 2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelteile (60-80; 70-90) als Laminate aus einer Metallschicht (60; 70) und einer elektrisch leitenden Kunststoffschicht (80; 90) ausgebildet sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Kunststoffschicht jedes Mantelteils (60-80; 70-90) mit der zugehörigen Endelektrode (20; 30) in Kontakt steht.
  3. 3. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (70) eines der laminierten Mantelteile (70-90) über dessen Kante verlängert und der verlängerte Abschnitt (70E) der Metallschicht derart um die Kante der Batterie (5) herumgelegt ist, daß er auf dem anderen Mantelteil (60-80) liegt.
  4. 4. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Abschnitt (7OE, 90E) des einen Mantelteils (70-90) durch einen elektrisch nicht leitenden Kleber (lOOE)
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    auf dem anderen, unter ihm liegenden Mantelteil (60-80) befestigt und gegen ihn isoliert ist.
  5. 5. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Abschnitt (70E) des einen Mantelteils (70-90) durch eine elektrisch nicht leitende Heißversiegelung (102) auf dem anderen, unter ihm liegenden Mantelteil (60-80) befestigt und gegen ihn isoliert ist.
  6. 6. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Abschnitt (70E) des einen Mantelteils (70-90). durch einen elektrisch nicht leitenden Kleber (lOOE) auf dem anderen, unter ihm liegenden Mantelteil (60-80) befestigt und gegen ihn isoliert ist.
  7. 7. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Abschnitt (70E) des einen Mantelteilε (70-90) durch eine elektrisch nicht leitende Heißversiegelung (102) auf dem anderen, unter ihm liegenden Mantelteil (60-80) befestigt und gegen ihn isoliert ist.
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