DE2257723A1

DE2257723A1 - Zylindrisches elektromechanisches element

Info

Publication number: DE2257723A1
Application number: DE2257723A
Authority: DE
Inventors: Joseph Delhommois; Gerard Lehmann
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1971-11-26
Filing date: 1972-11-24
Publication date: 1973-05-30
Also published as: DE2257723C2; NL7215434A; HK21480A; LU66487A1; CH560975A5; JPS4863238A; IT971220B; CA979970A; US3796606A; JPS5331242B2; GB1376807A; BE791609A; FR2161504A5

Description

C 2

ί¹ 6574 ₉ . ₄

^z * Nov, 1972

SAFT-SOCIETE DES ACCUTiIULATJiURS EIXbIS ET DE TRACTION 156, Avenue de Metz, °323O ROHAINVILLE, Frankreich

zylbtdrisches elektrokchanisches Element

Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Clement, inabesondere ein zylinderföriaig ausgebildetes elektrocheraisches Element, dessen StronausgangskleniEien von den netallischen Teilen der Aussenwand des Elements gebildet werden.

Derartige elektrochemische Elemente finden mehr und mehr Vervrendung. Sie werden für herkömmliche Zwecke, beispielsweise in tragbaren Lampen, in immer breitere

■ .7 .

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Anwendung findenden Tonbandgeräten und Kameras sowie in Kundfunkgeräten und Spielzeugen verwendet; das Auswechseln solcher Elemente ist jedoch für den Verwender rait Kachteilen verbunden. Ks ist daher von Vorteil, : lemente zu verwenden, deren F.nergie in bezug auf ihre Masse und auf ihr Volumen einen höheren l'ert aufweist, ohne dabei jedoch ihr Gewicht und ihre Abmessungen zu erhöhen, line Möglichkeit, die sich zur praktischen Anwendung dieses Prinzips anbietet, besteht darin, sich die Frgebnisse zu Kutze zu machen, die in den letzten Jahren mit elektrochenischen Elementen erzielt vairden, in denen negative Klektroden Verwendung finden, die aus sehr reaktionsfähigem, leichten Metall, insbesondere aus Lithium, bestehen und deren 3'lektrolyt nicht wässerig ist.

Elenente rait diesen Merkmalen eignen sich jedoch nicht zur Herstellung von üblichen Batterien, bei denen die negative aktive Ilasse mit deren Becher in Berührung Kommt oder selbst als Becher verwendet wird. Bei der Entladung löst sich nänlich das die negative Elektrode bildende Metall auf, wodurch aufgrund des geringen Volumens des betreffenden lietalls eine beträchtliche Verringerung des Volumens der Elektrode und eine übermässige Verbesserung des Abstandes zwischen den Elektroden bewirkt werden. Im übrigen lassen sich diese Ketalle aufgrund ihrer mechanischen Ligenschaften nicht zur Herstellung von Bechern für elektrochemische Flenente verwenden.

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Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und ein zylindrisches elektrochemisches Element mit einer negativen Elektrode nit hoher Reaktionsfähigkeit herzustellen, dessen Elektrolyt nicht wässerig ist.

Gegenstand der fjrfindung ist ein zylindrisch ausgebildetes elektrochemisches Element, dessen positive Elektrode mit der Auesenv;and in Berührung steht und die von der negativen .j^Lektrode durch einen porösen Separator getrennt ist; dieses Element ist dadurch gekennzeichnet, dass die negative Elektrode aus einer Metallfolie besteht, welche ein negatives Potential mit einem hohen V^?ert aufv/eist und um einen elastischen, verformbaren Htromkoilelotor gewickelt ist, der die Form eines Zylinders auf v/eist, dessen Leitlinie im wesentlichen kreisförmig ist und zwei nicht zusararaenf all ende linden hat.

Aufgrund seiner elastischen Eigenschaften ist Stahl für die Herstellung des Kollektors besonders gut geeignet.

Bei einer Ausführungsart des erfindungsgemassen Elements ist die !Leitlinie des Zylinders wendelförmig.

Bei einer anderen Ausführungsart des erfindungsgenassen Elements bildet die Leitlinie des Zylinders einen Kreisbogen, der fast den gesamten Umfang einnimmt, wobei der Kollektor die Form eines in Hichtung einer Erzeugenden geschlitzten Rohrs aufweist.

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Die besondere Form des Kollektors und dessen Elastizität Gewährleisten den konstanten Halt der die negative Elektrode bildenden Metallfolie in bezug auf den Separator, der gegen die positive Elektrode gedrückt gehalten wird.

Vorzugsweise wird die negative Elektrode aus Lithium hergestellt; andererseits können ebenfalls Kalziun oder Natrium verwendet v/erden.

Zur Erzielung eines einwandfreien Kontakts zwischen der negativen Elektrode und dem Kollektor und eines einfachen Aufbaus des Elements wird die die negative Elektrode bildende Folie durch Punktschweissung an Kollektor befestigt, der vorzugsweise mit einem Metall beschichtet wird, das rait dem die Elektrode bildenden Material eine Legierung bildet. Venn diese aus Lithium besteht, handelt es sich bei den Metall um Zinn, Zink, Blei, Silber, Kadmium oder Platin.

Bei einer bevorzugten Ausführungsart nimmt die positive Elektrode einen rohrförmigen Kaum, zwischen dem Separator und der zylindrischen Wand des Elements ein und besteht aus einer zusammengepressten, pulverförmigen aktiven Hasse, deren elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit durch Zusatz eines geeigneten Leiters und Bindemittels verbessert werden können.

Kupferoxyd, Kupfersulfid, Silberchromat bzw.

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Bleichromat sind zur Herstellung der positiven Elektrode geeignete Stoffe. , . ■

Der Elektrolyt besteht aus Lithiumperchlorat, das in einem.organischen Lösungsmittel, beispielsweise Tetrahydrofuran oder einer ilischung aus Tetrahydrofuran und einem zweiten lösungsmittel wie Dimethoxyäthan, Propylenkarbonat oder Dimethylkarbonat, gelöst ist.

Die Konzentration des Lithiumkarbonats beträgt beispielsweise zwischen 1 und 1,5 M.

l'eitere Merkmale enthält die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Elements an Hand'der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Teilanaicht des erfindungsgemässen elektrochemischen Flements;

Fig. 2 zeigt perspektivisch den Kollektor des Elements nach Fig. 1?

Fig. 3 zeigt perspektivisch eine andere Ausführungsart des Kollektors.

Fig. 1 zeigt ein zylindrisches Element, dessen Gehäuse aus einem hetallbecher 3 und einem rietalldeckel 1 besteht, die durch eine Dichtung 2 aus Isolierstoff getrennt sind. Fine positive Elektrode 4» die aus einer zusammengepressten Mischung aus Kupferoxyd und Graphit besteht, ist rohrförmig ausgebildet und steht nit der

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zylindrischen Wand des Bechers 3 in Berührung,

Zur Vereinfachung der iiontage des Elements, wenn dieses eine längliche Form hat, kann die Elektrode mehrere axial übereinanderangeordnete !eile aufweisen.

, Eine Folie 5 aus Zellatoffpapier liegt an der positiven Elektrode an und bildet den Separator.

Eine negative Elektrode 6 besteht aus einer Lithiumfolie, die um einen aus Federstahl bestehenden Kollektor 7 gewickelt ist. Der Kollektor weist eine mit Zinn beschichtete Zone auf, und die Lithiumfolie ist an mehrere Stellen dieser Zone geschweisst.

Die negative Elektrode 6 und der Kollektor 7 sind durch eine Isolierschale B vom Becher 3 getrennt.

Der mit der positiven elektrode 4 in Berührung stehende Becher 3 bildet die positive Klemme des Elements.

Der Kollektor 7 steht in elektrischer Verbindung mit dem Deckel 1 , der die negative Klemtie des Elements bildet, und zv:ar mittels eines Stahlstreifens 9» der an den "Deckel geschvreisst ist. Der Stahlstreifen 9 ist elastisch, so dass er sich der Verfornung des Kollektors anpasst.

Bei der üontage des Eleuents wird der zu dessen Botrieb erforderliche Elektrolyt, bestehend aus einer aus 80 Prozent Tetrahydrofuran und 20 Prozent Propylenkarbor.at gebildeten Mischung in einer molaren Lösung aus Tithiumperchlorat, in dieses eingebracht. Da die erforderliche

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Menge grosser als die in den Poren der positiven Elektrode und dem Separator zurückgehaltene Menge ist, verbleibt die überschüssige Menge im innenraun 10 des Kollektors,

Vie aus Fig.' 2 hervorgeht, besteht der Kollektor aus einer in Form eines Vfendeis gewickelten Folie, deren Lnden sich überdecken.

Der Kollektor 7' in Pig. 3 ist ein geschlitztes Kohr, und die Leitlinie des Zylinders entspricht einen ,vreisbogen.

Vährend der Entladung des Fleraents erfolgen gleichzeitig eine Abnahme des Volumens der negativen Klektrode 6 durch Auflösung des sie bildenden Lithiums im Klektrolyten und eine Zunahme des Volumens der positiven Elektrode 4 infolge Ausfällung der Verbindungen des Lithiums. Da die Abnahme grosser als die Zunahme ist, ergibt sich insgesamt eine Verringerung des Volunens der ..-Jlektroden. Dariit die reagierenden Flächen in einem optimalen Abstand gehalten werden, muss die negative Tlektrode gegen den Separator gedrückt v/erden. Hierzu ist der Kollektor 7 so ausgebildet, dass er aufgrund seiner !Elastizität einen Durchmesser erreicht, der grosser oder mindestens so gross ist als die F.ndabmessungen der Elektroden es ztilassen. Die vom Kollektor.gebildete Feder wird bei der Hontage des Elements elastisch verformt, und während der Entladung entspannt sie sich nach und nach, um die Gcsantvolumenabnahme der ""lektroden auszugleichen.

Die Anwendung der Erfindung ist besonders vor- -JÖ9822/1099

teilhaft bei der Herstellung von Mementen geringer Abmessungen.

Im Hahnen der Erfindung kann der Separator beispielsweise auch aus Polypropylenfilz hergestellt und die elektrische Verbindung z\/ischen dem Kollektor und der Aue· gangsklerine auf jede geeignete Yfeise, z.B. mittels eines beiderseitig angeschweisaten Drahts, vorgenommen werden.

Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1 ο Zylindrisches elektrochemisches Element, dessen positive Elektrode mit der Aussenwand in Berührung steht und von der negativen Elektrode durch einen porösen Separator getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode (6) aus einer lietallfolie besteht, welche ein negatives Potential eines hohen Werts aufweist und um einen elastisch verformbaren Stromkollektor (7) gewickelt ist, der die Form eines Zylinders aufweist, dessen Leitlinie im wesentlichen kreisförmig* ist und zwei nicht zusammenfallende Enden hat.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Äollektor (7) aus Stahl besteht ο
3. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlinie des Zylinders wendelförmig ist (Fig. 2).
4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitlinie des Zylinders einen Kreisbogen bildet, der fast den gesamten Umfang einnimmt (Fig. 3).
5. Clement nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Folie in Berührung stehende Fläche des Kollektors (7) mindestens eine mit einem Hetall beschichtete Zone auf v/eist, das mit dem die l'olie bildenden Metall eine Legierung

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bildet, und dass die Folie durch Punktschweissung an den Kollektor (7) auf der Zone geschweisst ist.
6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das den Kollektor (7) bedeckende iietall Zinn, Zink, Blei, Silber, Kadmium bzw. Platin int.
7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Folie bildende iietall Lithium ist.
8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Folie bildende hetall natrium oder Kalzium ist.
9. 3'lement nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die positive Elektrode (4) aus einer pulverförnigen aktiven iiasse bestellt, die mit einem leitenden otoff und/oder einen Bindemittel versetzt und rohri'örnig zusamraengepreast ist.
10. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 91 dadurch gekennzeichnet, dass der üeparator (5) aus Pclypropyleniilz oder Zellstoff papier besteht.
11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die henge des Elektrolyten grosser als die in den Poren der positiven Elektrode und des uepa.rators zurückgehaltene Menge ist und dass der überschussige Elektrolyt sich im Kollektor (7)

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"befindet. '
12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Iiasse der positiven ?;iektrode (4) aus Kupferoxyd, Kupfersulfid, Sirberehromat bzw. Bleichromat besteht.
13. Element nach Anspruch 1?, dadurch g ekennzeichn. et, dass als Elektrolyt eine Lösung von Lithiuraperchlorat in Tetrahydrofuran dient.
14. Element nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt aus einer Lösung von Lithiumperchlorat in einer liischung von !Tetrahydrofuran und einen zweiten Lösungsmittel wie Diraethoxyäthan, Propylenkarbonat und DimethyIkarbonat besteht.
15. !Clement nach einem der Ansprüche 1,3 bis H, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Lithiumperchlorats im Elektrolyten etwa zwischen 1 und 1,5 M beträgt.

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