DE2309961A1

DE2309961A1 - Gehaeuse fuer ein elektrochemisches element oder eine batterie

Info

Publication number: DE2309961A1
Application number: DE19732309961
Authority: DE
Inventors: Arabinda Narayan Dey; Robert William Holmes
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1973-02-28
Publication date: 1973-09-06
Also published as: CA980856A; JPS48100619A; US3736190A; DE2309961B2; FR2174267B1; GB1357514A; FR2174267A1

Description

DIPL.-ING. R. LEMCKE ^r _η? η-ζ Pr^ntanwGlt f ° ' JJf ' /£ .. ν _T /r._ Kori.ruh./Bad.n (11030/31 ) L/Br

P. R. MALLORY & CO. INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 3029 East Washington Street, Indianapolis, Indiana 46206, Vereinigte Staaten von Amerika

Gehäuse für ein elektrochemisches Element
oder eine Batterie

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektrochemisches Element oder eine Batterie ohne Gasbildungseigenschaften mit einem nicht wäßrigen Elektrolyten, bestehend aus einem Behälter für die Aktivmaterialien und den Elektrolyten und einem damit hermetisch dicht verbundenen Deckel, wobei der Deckel mit

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den Anschlußkontakten und einer Einzelöffnung für den Elektrolyten versehen ist.

Elektrochemische Energieerzeuger mit negativen Elektroden aus Aktivmaterial und einem organischen, nicht wäßrigen Elektrolyten haben sich in jüngerer Zeit mehr und mehr durchgesetzt, da sie verschiedene bemerkenswerte Vorzüge aufweisen, insbesondere eine auf Volumen und Gewicht bezogen hohe Energiedichte und Klemmspannung. Die hohe Klemmspannung ist möglich, seit Elektrolyten verwendet werden, die auf organischen Flüssigkeiten beruhen, die im Hinblick auf die elektrochemische Spannungsreihe nicht unterhalb der aktiven Metalle der negativen Elektroden liegen, so daß folglich die aus Aktivmetall bestehenden negativen Elektroden beim Elektrolyten keinen Wasserstoff frei werden lassen.

Somit liegt also ein wesentlicher Vorteil der Elemente mit einem nicht wäßrigen organischen Elektrolyten darin, daß sie bei der Lagerung und beim Betrieb keine irgendwiegearteten Gase bilden. Im Gegensatz dazu tritt bei primären und sekundären, trockenen und nassen Elementen mit Alkalien und wäßriger Säure Gasbildung während der Lagerzeit und bei Lade- und Entladevorgängen auf, weshalb die Gehäuse dieser Elemente so ausgebildet sein müssen, daß in ihnen eine Gasansammlung nicht stattfinden kann. Dazu sieht man Entlüftungsöffnungen, besondere Dichtungen, katalytische Rückbildner zur chemischen oder elektrochemischen Be-

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seitigung der gebildeten Gase etc. vor. Dies bedeutet jedoch einen zusätzlichen Kostenaufwand und/oder setzt die Betriebssicherheit herab und kann zum Austritt des Elektrolyten führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Elemente ader Batterien ohne Gasbildungseigenschaften ein nach der Herstellung völlig verschlossenes Gehäuse anzugeben, das bei jeglicher Zuverlässigkeit einfach und billig in der Herstellung sowie unempfindlich gegen äußere Einflüsse in Form von Stoßen, Vibrationen etc. ist.

Ausgehend von einem Gehäuse der eingangs beschriebenen Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einfüllöffnung mit einem Innengewinde und wenigstens an ihrem inneren Ende mit Mitteln für eine erste Dichtung versehen ist, daß die Einfüllöffnung durch ein Verschlußglied mit einem Außengewinde verschlossen ist, wobei das Außengewinde in das Innengewinde paßt und in dichtendem Eingriff mit der ersten Dichtung ist, und daß der äußere Teil des Verschlußgliedes zur Bildung einer zweiten Abdichtung für die Einfüllöffnung mit dieser durch einen Schmelzvorgang verbunden ist.

Auf diese Weise benötigt das erfindungsgemäße Gehäuse praktisch keine das Gewicht der Einheit beeinträchtigenden Teile, wodurch sich folglich hohe volumetrische und gewichtemäßige Energiedichte ergibt. Dabei kann der Deckel zweckmäßig durch Schweißen oder Löten

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hermetisch mit dem Behälter verbunden sein. Mindestens eine, jedoch vorzugsweise beide Anschlußkontakte sind jedoch gegenüber dem Behälter und dem Deckel isoliert.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Einfüllöffnung für den Elektrolyten durch eine Mutter mit einem Innengewinde gebildet ist, die entlang ihrem Innengewinde die elastischen Mittel für die erste Dichtung aufweist. Dabei kann die Materialwahl sowohl für die Mutter als auch für die Dichtmittel leicht so getroffen werden, daß das Material widerstandsfähig und inert gegen den Elektrolyten ist.

Die Mittel für die erste Dichtung können nur über einen größeren Teil des Innengewindes der Mutter sich erstrecken, wobei dieser Teil vorzugsweise bezogen auf das Gehäuse am inneren Ende liegt.

Andererseits ist es vorteilhaft, wenn die zweite Abdichtung für die Einfüllöffnung am außen liegenden Ende des Verschlußgliedes liegt und damit leicht zugänglich ist. Zweckmäßig findet hier die Abdichtung zwischen Verschlußglied und Einfüllöffnung durch ein weiches Lot, d. h. ein Lot mit niedrigem Schmelzpunkt, statt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die auf der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

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Pig. 1 eine perspektivische Oberansicht einer

erfindungsgemäßen Batterie, teilweise aufgeschnitten;

Fig. 2 die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen

Batterie, ebenfalls teilweise aufgeschnitten;

Fig. 3 die vergrößerte Schnittdarstellung einer Einzelheit aus Fig. 2 und

Fig. 4 die vergrößerte Schnittdarstellung einer Einzelheit gemäß Fig. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Batterien sind sich von der Konstruktion her grundsätzlich ähnlich. In jedem Falle ist die Batterie aus eine* parallelen Anordnung von positiven Depolarisatorelektroden 1, negativen Elektroden 2 aus Aktivmaterial, die miteinander in Parallelschaltung verbunden sind, und einer Lage Filterpapier 3 als Separator und Elektrolytträger gebildet, die zwischen jedem aus einer negativen und einer positiven Elektrode gebildeten Paar angeordnet ist. Die gegenseitige Verbindung zwischen positiven Elektroden 1 und negativen Elektroden 2 ist durch punktförmig angeschweißte Kontaktfahnen gebildet, die von jeder der Elektroden kommen. Eine Schicht 5 aus Filterpapier mit zu den Kontaktfahnen passenden Öffnungen ist über dem Plattenstapel angeordnet, um die Kontaktfahnen gegenüber den ihnen benachbarten Elektroden zu isolieren. Eine weitere Lage 6 aus Filterpapier mit zwei Öffnungen für die Anschlußfahnen 10

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ist über die Kontaktfahnen 4 gelegt, um einen zusätzlichen Schutz gegen Kurzschlüsse zu geben.

Der von den Elektroden gebildete Plattenstapel sitzt in einem Beutel 7 aus Zellulosematerial, wie beispielsweise Filterpapier, das jedoch aus fluorinierten Kohlenwasserstoffen bzw. Kohlenwasserstoffverbindungen hergestellt sein kann. Dieser Beutel 7 sorgt für elektrische und mechanische Isolierung der Elementenbestandteile gegenüber dem metallenen Behälter 8. Der metallene Behälter 8 bzw. das Gehäuse der Batterie ist eine Messingdose mit einem Messingdeckel 9, ist mit den Anschlußfahnen verbunden und weist im übrigen eine Einfüllöffnung für den Elektrolyten auf. Eine Schnittdarstellung der Batterie, die Einzelheiten über die Anschlußfahnen 10 und eine Möglichkeit der Ausbildung der Einfüllöffnung und ihres Verschlusses 13 zeigt, ist in Fig. 2 dargestellt. Der Einbau der Anschlußfahnen 10 in den Deckel 9 geschieht über an sich bekannte Kovar -Glas 11-Metalldichtungen 12, die einen hermetischen Abschluß sicherstellen. Bei 12A sind die Anschlüsse mittels Silberlot mit dem Deckel 9 verlötet.

Der Verschluß der Einfüllöffnung für den Elektrolyten besteht aus einer mit einem Innengewinde versehenen Messingmutter 14, die mit Silberlot mit dem Deckel verlötet ist. Gemäß Fig. 1 und Fig. 4 befindet sich die Mutter 14 auf der oberen, äußeren Seite des Dekkels. Das Gewinde der Mutter ist mit einer Schicht

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Silberlot 15 versehen, damit man einen elastisch dichtenden Gewindeeingriff über das Innengewinde der Mutter 14 erhält.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann das untere Ende der Gewindebohrung der Mutter 14 durch Aufbohren erweitert sein, damit man dort ein Dichtlot 15 anbringen kann, das mit dem Gewinde der Verschlußschraube 16 in Eingriff gelangt, wenn diese nach dem Füllen der Batterie mit dem Elektrolyten eingeschraubt wird. Auf dem Kopf der Mutter 14 ist die Schraube 16 durch einen weichen Ring 17 aus Lot abgedichtet, der nachfolgend noch beschrieben wird. Die Fig. 2 und 3 zeigen eine alternative Anordnung, bei der die Mutter 14 gegen die Unterseite des Deckels 9 gelötet ist und die Schraube 16 mit der Oberseite des Deckels durdh den Lotring 17 verlötet ist. Die Innenfläche des Deckels ist mit einer Isolierschicht 18 aus fluorinierten Kohlenwasserstoffen bzw. Kohlenwasserstoffverbindungen ausgenommen an den Lötstellen - versehen.

Die Herstellung der Batterie erfolgt auf folgende Weise: Der in dem Beutel 7 sitzende Elektrodenstapel wird in den Messingbehälter gesetzt und dann werden die Kontaktfahnen 4 der positiven und negativen Elektroden mit den am Messingdeckel 9 sitzenden Anschlußfahnen 10 durch Punktschweißen verbunden. Dann wird der Deckel auf das Gehäuse 6 gesetzt und mit diesem mit einem weichen Lot verlötet. Vorzugsweise finden

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diese Arbeiten in einer Trockenkammer statt, um die Elektroden vor Feuchtigkeit zu schützen, denn das Aktivmaterial der meisten negativen Elektroden ist gegen Feuchtigkeit empfindlich.

Nun wird der nicht wäßrige, organische Elektrolyt mit Hilfe einer Injektionsspritze durch die Öffnung für den Elektrolyten eingefüllt. Darauf wird die Batterie in geöffnetem Zustand für mindestens eine halbe Stunde in der Trockenkammer gelassen, damit irgendwelche abgeschiedenen Gas- oder Luftblasen entweichen können. Diew kann dadurch unterstützt bzw. beschleunigt werden, daß man den Luftdruck in der Trockenkammer ändert. Findet die Änderung vom Umgebungsdruck zu leichtem Unterdruck hin statt, so kommen die Blasen schneller von ihren Sitzstellen frei und entweichen über die EinfüllÖffnung. Darauf wird noch einmal Elektrolyt nachgefüllt und es wird die Füllöffnung durch Einschrauben der Messingschraube 16 zusammen mit dem weichen Lotring 17 in die Messingmutter 14 geschlossen. Dabei schneidet das Außengewinde der Messingschraube in die Lotbeschichtung 15 des Innengewindes der Mutter 14, was zu einer ersten Abdichtung führt. Diese erste Abdichtung ist von großer Bedeutung, da die unmittelbare Verlötung der Schraube 16 mit der Mutter mit Hilfe des Lotringes 17 dazu führt, daß der Elektrolyt warm wird oder aufkocht und dadurch Druck entsteht. Dieser Druck würde einiges Material des geschmolzenen Lotringes 17 entfernen, bevor das Lot wieder hart wird, wodurch Leckstellen entstehen könn-

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ten. Sieht man jedoch eine erste Dichtung vor, bei der das Schraubengewinde in Eingriff mit einem elastischen Material mit hohem Schmelzpunkt wie beispielsweise Silberlot gerät, dann können derartige Leckstellen verhindert werden. Diese erste Abdichtung kann selbstverständlich auch auf andere Weise durch elastisch dichtenden Gewindeeingriff erfolgen, beispielsweise durch Verwendung einer temperaturbeständigen Dichtung od. dgl. im unteren Teil des Innengewindes der Messingmutter 14 anstelle von Silberlot.

Die endgültige Abdichtung der Batterie wird durch schnelle Erhitzung der Verbindung zwischen Messingschraube 16 und dem weichen Lotring 17 hergestellt. Dabei schmilzt das weiche Lotmaterial und verlötet die Schraube mit dem Messingdeckel 9 (Fig. 2 und 3) oder der Mutter 14 (Fig. 1 und 4).

Auf diese Weise ist schließlich ein Metallgehäuse hermetisch verschlossen, um Batterien und Elemente zu schützen, die auf der Grundlage Aktivmetall/organischer Elektrolyt aufgebaut sind. Die Vorteile einer derartigen hermetischen Abdichtung liegen auf der Hand, wenn man sich vergegenwärtigt, daß die negativen Elektroden aus einem Aktivmetall bestehen, das bei Anwesenheit von Feuchtigkeit leicht beeinträchtigt bzw. aufgelöst wird, und daß einige der gebräuchlicheren und gern genommenen organischen Elektrolyten giftig sind.

Vorteilhaft ist es, wenn man das Batteriegehäuse aus schmelzbarem Material herstellt, so daß auch der Deckel

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mit dem Gehäuse durch einen Schmelzvorgang verbunden werden kann. Diese Verbindung kann aber auch durch Leimen hergestellt werden, vorausgesetzt, daß ein solches Verbindungsmittel gegen den Elektrolyten widerstandsfähig ist. Neben der Ausbildung des Gehäuses aus Metall kann auch eine nicht metallische Ausbildung stehen. So können verschiedene polymere Substanzen verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie gegenüber dem Elektrolyten inert sind. Neben Messing können auch Aluminium, nickelbeschichtetes Aluminium und andere gegenüber dem Elektrolyten widerstandsfähige Metalle, die bei nicht wäßrigen organischen Elektrolyten verwendet werden, zur Herstellung des Gehäuses eingesetzt werden. Allgemein ist zu bemerken, daß sich die Erfindung auf alle Batterien anwenden läßt, bei denen keine Gasbildung auftritt.

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Claims

(11030/31) - 11 - Patentansprüche

1. Gehäuse für ein elektrochemisches Element oder
eine Batterie ohne Gasbildungseigenschaften mit einem nicht wäßrigen Elektrolyten, bestehend aus einem Behälter für die Aktivmaterialien und den Elektrolyten und einem damit hermetisch dicht verbundenen Deckel, wobei der Deckel mit den Anschlußkontakten und einer Einfüllöffnung für den Elektrolyten versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einfüllöffnung mit einem Innengewinde und
wenigstens an ihrem inneren Ende mit Mitteln für eine erste Dichtung versehen ist, daß die Einfüllöffnung
durch ein Verschlußglied mit einem Außengewinde verschlossen ist, wobei das Außengewinde in das Innengewinde paßt und in dichtendem Eingriff mit der ersten Dichtung ist, und daß der äußere Teil des Verschlußgliedes zur Bildung einer zweiten Abdichtung für die Einfüllöffnung mit dieser durch einen Schmelzvorgang verbunden ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Innengewinde in einem dicht mit der Innenseite des Deckels verbundenen Teil angeordnet ist.

3* Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Innengewinde in einem dicht mit der Außenseite

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des Deckels verbundenen Teil angeordnet ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 1, 2 oder 3_f dadurch gekennzeichnet, daß das die Einfüllöffnung bildende Teil und das Verschlußglied aus Metall sind und daß das die
erste Dichtung bildende Mittel Silberlot ist.

5. Gehäuse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die erste Dichtung bildende elastische Mittel ein temperaturbeständiges Band ist.

6. Gehäuse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die erste Dichtung bildende elastische Mittel ein temperaturbeständiger Dichtring ist.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Deckel mit dem Behälter durch einen Schmelzvorgang dicht verbunden ist.

8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Deckel mit dem Behälter durch Leimen oder Kitten dicht verbunden ist.

9. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abdichtung
Lot enthält.

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