DE2611901A1

DE2611901A1 - Nichtwaessrige elektrische zelle

Info

Publication number: DE2611901A1
Application number: DE19762611901
Authority: DE
Inventors: Daniel Hiram Johnson
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Edgewell Personal Care Brands LLC
Priority date: 1975-03-31
Filing date: 1976-03-20
Publication date: 1976-10-07
Also published as: JPS5737993B2; GB1542690A; CH609491A5; DE2611901B2; JPS51121133A; AU1248176A; FR2306537A1; DE2611901C3; AU505800B2; FR2306537B1

Description

19. März 1976 UNION CARBIDE CORPORATION . Gzy/goe

Nichtwäßrige elektrische Zelle

Die Erfindung betrifft nichtwäßrige Zellen mit einem spiralig afgewundenen Aggregat aus einem blattförmigen kathodischen Stromsammler einem Blatt einer Anode aus einem aktiven Metall, einem zwischen den Elektroden befindlichen Scheider aus nichtgewebtem Glas und einem kathodischen Elektrolyten aus einer Lösimg eines ionenleitenden gelösten Stoffes in einem flüssigen Oxyhalogenid eines Elementes der Gruppe V oder Gruppe VI des Periodischen Systems.

In Batterien hoher Energie muß der Elektrolyt mit den gewünschten elektrochemischen Eigenschaften verträglich sein einerseits mit dem sehr reaktiven anodischen Material, wie Lithium, Natrium und dergleichen, wobei andererseits zur Erzielung einer hohen Energiedichte das kathodische Material, wie Kupferoxyd geeignet sein muß» Wäßrige Elektrolyten können in diesen Systemen nicht verwendet werden, weil das genügend aktive anodische Material chemisch mit Wasser reagiert. Zur Erzielung einer hohen Energiedichte durch die Verwendung von solchen sehr reaktiven Anoden und von solchen Kathoden hoher Energiedichte ist es deshalb notwendig,

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nichtwäßrige Elektrolyten zu verwenden, insbesondere nichtwäßrige organische Elektrolyten.

Der- Ausdruck "nichtwäßriger Elektrolyt" bezeichnet einen Elektrolyten, der zusammengesetzt ist aus einem gelösten Stoff, wie z»B. einem Metallsalz oder einem Komplexsalz eines Elementes der Gruppe I-A, der Gruppe H-A oder der Gruppe III-A des Periodischen Systems, wobei dieser Stoff in einem geeigneten nichtwäßrigen Lösungsmittel gelöst ist. Zu den üblichen Lösungsmitteln gehören Propylencarbonat, Äthylencarbonat oder ^-butyrolacton.

Zahlreiche lösliche Stoffe sind bekannt und empfohlen worden. Die Auswahl eines geeigneten Lösungsmittels ist aber schwierig, weil viele dieser zur Herstellung von Elektrolyten verwendete Lösungsmittel, die eine Ionenwanderung durch die Lösung ermöglichen, mit den erwähnten reaktiven Anoden reagieren. Daher ist vielfach der Versuch gemacht worden, aliphatisch^ und aromatische, Stickstoff und Sauerstoff enthaltende Verbindungen zu verwenden, insbesondere organische, Schwefel, Phosphor und Arsen enthaltende Verbindungen. Die Ergebinisse dieser Versuche sind nicht vollständig befriedigend, weil manche dieser geprüften Lösungsmittel nicht verwendet werden können mit dem kathodischen Material außergewöhnlich hoher Energiedichte und weil sie die Anoden aus Lithium soweit korrodieren, daß ein wirksames Verhalten während längerer Zeitdauer nicht erzielt wird.

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Nach der neueren Literatur ist es bekannt, daß gewisse Stoffe fähig sind, sowohl als Träger für den Elektrolyten., d.h. als. Lösungsmittel für das Elektrolytensalz, und auch als aktives kathodisches Material für nichtwäßrige elektrochemische Zellen zu wirken. Nach den US-PS'en 3,^75,226; 3,567,515 und 3,573,500 wirken flüssiges Schwefekdioxyd oder Lösungen von Schwefeldioxyd in einem Mitlösungsmittel in diesen beiden Richtungen in nichtwäßrigen elektrochemischen Zellen. Obgleich diese Lösungen die Doppelwirkung haben, können sie nicht ohne verschiedene Nachteile verwendet werden. Schwefeldioxyd ist immer zugegen. Da es bei gewöhnlichen Temperaturen ein Gas ist, muß es in der Zelle als Flüssigkeit unter Druck gehalten werden oder muß in einem flüssigen Lösungsmittel gelöst sein. Schwierigkeiten bei der Handhabung und beim Verpacken entstehen, wenn Schwefeldioxyd alleinverwendet wird, und ein zusätzlicher Bestandteil und ein Zusammenbringen ist notwendig, wenn Schwefeldioxyd in einem flüssigen Lösungsmittel gelöst wird. Wie schon oben gesagt, ist-ein weiter Plüssigkeitsbereich um die normale Raumtemperatur herum erwünscht für das Lösungsmittel des Elektrolyten. Schwefeldioxyd entspricht dieser Anforderung bei Atmosphärendruck nicht.

ϊη der US-Patentanmeldung Nr. 439,521 ist eine nichtwäßrige elektrochemische Zelle beschrieben, bei welcher ein Oxyhalogenid eines. Elementes der Gruppe V oder der Gruppe VI des Periodischen

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Systems gleichzeitig als Lösungsmittel für das elektrolytische Salz und als aktiver kathodischer Depolarisator dient.

Galvanische Zellen, wie Nickel-Cadmium-Zellen mit einem spiralig

(Geleerollenkonstruktion) aufgewundenen Elektroden-Aggregat/sind bekannt. Bei vielen dieser Zellen befindet sich das spiralig aufgewundene Elektroden-Aggregat in einem zusammengesetzten Gehäuse, das als leitender Stromanschluß für die Zelle dient. Hierbei ist die Elektrode der einen Polarität elektrisch verbunden mit einem leitenden Teil des Gehäuses, und die Elektrode der entgegengesetzten Polarität ist elektrisch verbunden mit einem anderen leitenden Teil des Gehäuses, wobei diese beiden Teile des Gehäuses voneinander isoliert sind. Der elektrische Kontakt zwischen jeder Elektrode und dem entsprechenden Teil des Gehäuses wird in der Regel gebildet durch einen länglichen, biegsamen, elektrisch leitenden, verbindenden Vorsprung oder durch ein Element, das mit seinem einen Ende an der Elektrode und mit seinem anderen Ende an dem entsprechenden Teil des Gehäuses befestigt ist. Beim Zusammenbau dieser Zellen werden die Vorsprünge zunächst angeschweißt oder sonstwie befestigt an den Elektroden, worauf der an der äußeren Elektrode befestigte Vorsprung in der Regel auf die äußere Schicht des Scheiders zurückgebogen wird. Wenn das spiralig aufgewickelte Elektrodenaggregat in das Gehäuse gebracht wird, so berührt der

(Becherteil)

Vorsprung die innere Oberfläche des Gehäuses/mit einem genügenden Druck, um eine zufriedenstellende elektrische Verbindung herzustellen.

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In der US-Patentschrift 3,809,580 ist eine nichtwäßrige, hermetisch abgedichtete Zelle beschrieben mit einem spiralig aufgewundenen Elektroden-Aggregat. Insbesondere besteht die negative Elektrode aus metallischem Lithium, das auf ein feines Kupfergitter (anecter) aufgepreßt ist. Die negative Elektrode ist getrennt von der Kathode durch einen Scheider aus porösem Polyäthylen, Die Kathode ist eine passive Elektrode aus einem Gemisch von leitender Kohle, Glasfasern und als Bindemittel dienendem Polytetrafluoräthylen, wobei dieses Gemisch eingepreßt ist in ein feines

(cathecter)

Gitter aus Aluminium/.Der verwendete, als Kathode dienende Elektrolyt ist eine Lösung aus Schwefeldioxyd, einer als Mitlösungsmittel wirkenden wasserfreien organischen Flüssigkeit, wie Methylformiat, und Lithiumbromid oder dergleichen als gelöster Stoff. Die als Kathode und als Elektrolyt wirkende Lösung wird in üblicher V/eise durch eine öffnung in die Zelle eingepreßt. Die Bestandteile solcher Zellen sind geeignet, wenn der als Kathode wirkende Elektrolyt Schwefeldioxyd als das wesentliche aktive kathodische Material enthält. Sie sind aber nicht geeignet bei Verwendung von flüssigen Oxyhalogeniden als kathodischer Elektrolyt, wie die obenerwähnte US-Patentanmeldung es beschreibt, weil die Oxyhalogenide sehr korrosiv sind und mit vielen der bekannten Bestandteile der Zelle, wie Aluminium, Kupfer, Polyäthylen und dergleichen reagieren oder sie lösen.

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Aufgabe der Erfindung ist eine nichtwäßrige Zelle mit einem spiralig aufgewundenen Elektroden-Aggregat mit einer aktiven Metallanode, wie Lithium und mit einem flüssigen Oxyhalogenid als kathodischer Elektrolyt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine Zelle dieser Art mit einem aktiven flüssigen Oxyhalogenid als kathodischer Depolarisator.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine Zelle mit einem nichtwäßrigen Oxyhalogenid mit einer großen Berührungsfläche zwischen der Anode und dem kathodischen Depolarisator.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine Zelle der erwähnten Art mit einer aufgewundenen Anode,"bestehend aus einem vorgeformten Anodenblatt, einem vorgeformten Blatt eines kathodischen Sammlers und mit einem Scheider aus nichtgewebtem Glas,

die alle miteinander so verknäuelt sind, daß der Scheider zwischen dem Anoden- und Kathodenkollektor liegt. Die erfindungsgemäße nichtwäßrige elektrische Zelle ist gekennzeichnet durch einen an einem Ende geschlossenen und am anderen Ende offenen elektrisch leitenden zylindrischen Becher; durch ein spiralig aufgewundenes Elektroden-Aggregat mit einem länglichen kathodischen Stromsammler aus einem mit einem leitenden .'metallischen Gitter (Nickel)verbundenen kohlenstofihaltigenMaterial,

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(Lithiumfolie)

einem länglichen Anodenblatt/einer aktiven Anode auf einem leitenden metallischen Träger wie Nickel, und einem aus nichtgewebtem Glas bestehenden, zwischen den Elektroden so angeordneten Scheider, daß er den äußeren Umfang des Aggregates bildet; durch einen in dem Becher befindlichen kathodischen Elektrolyten aus einer Lösung eines Ionen leitenden Stoffes in einem als kathodischer Depolarisator wirkenden Oxyhalogenid eines Elementes der Gruppe V oder der Gruppe VI des Periodischen Systems; durch einen Deckel für den Becher; durch einen isolierenden Ring zwischen dem Deckel und der oberen Wandung des Bechers, der beide dichtend miteinander verbindet; durch eine an einer der Elektroden und an dem Deckel befestigte erste elektrische Leitung, durch welche der Deckel zu dem ersten Anschluß der Zelle wird; durch eine an der anderen Elektrode und an dem Becher befestigte zweite elektrische Leitung, durch welche der Becher zu dem zweiten Anschluß der Zelle wirdi wobei das metallische Gitter, der metallische Träger und der isolierende Ring von der Lösung des Oxyhalogenids nicht korrodiert werden.

Nach einem Aufsatz von Akiya Kozawa und R.A. Powers "Electrochemical Reactions in Batteries" in der Zeitschrift "Journ. of Chemical Education", Bd. 49, Seiten 587-591, vom September 1972, ist ein kathodischer Depolarisator der reagierende Stoff der Kathode und wird daher in der Kathode elektrochemisch reduziert.

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Der kathodische Sammler ist nicht ein aktives reduzierbares Material. Er wirkt als Stromsammler und als Elektronenleiter zu dem kathodischen Endanschluß der Zelle. Mit anderen Worten, ist der kathodische Sammler der Ort für die elektrochemische Reduktionsreaktion des aktiven kathodischen Material und der Elektronenleiter zu dem kathodischen Endanschluß der Zelle.

Das flüssige, aktive, reduzierbare kathodische Material (Depolarisator) kann entweder für sich in einer elektrochemischen Vorrichtung, d.h. in einer galvanischen Zelle, verwendet v/erden, oder gemischt mit einem leitfähigen gelösten Stoff, der nicht reaktiv ist, aber zugesetzt wird, um die Leitfähigkeit des flüssigen, aktiven, reduzierbaren kathodischen Materials zu verbessern, oder aber auch gemischt mit einem leitfähigen gelösten Stoff und einem reaktiven oder nichtreaktiven Mitlösungsmittel, Ein reaktives Mitlösungsmittel ist ein solches, das elektrochemisch aktiv.ist und daher als aktives, kathodisches Material wirkt. Ein nichtreaktives Mitlösungsmittel ist ein solches, das elektrochemisch inaktiv ist und daher nicht als aktives,· kathodisches Material wirken kann.

Der erfindungsgemäße Scheider soll chemisch inert und in dem das

Kathodenflüssige Oxyhalogenid enthaltenden/Elektrolyten unlöslich sein, und eine Porosität von etwa 25% oder mehr, vorzugsweise von etwa 50%, haben, um ein Hindurchtreten des das flüssige Oxyhalogenid

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Kathodenenthaltenden/Elektrolyten und seine Berührung mit der Anode und der Kathode zu ermöglichen. Der Scheider sollte zwischen etwa 0,05 und etwa 0,25 nun, insbesondere etwa 0,125 mm, dick sein. Eine Dicke unter 0,05 mm ist unwirksam, weil Kurzschlüsse entstehen können. Eine Dicke über 0,25 mm würde den inneren Widerstand unzulässig erhöhen. Geeignete erfindungsgemäße Scheider, die beständig sind in der Gegenwart des das flüssige Oxyhalogenid

Kathodenenthaltenden/Elektrolyten sind Scheider aus nichtgewobenen Glas, insbesondere solche mit langen Glasfasern zusammen mit kurzen Glasfasern, weil eine derartige Kombination die Reißfestigkeit des Scheiders erhöht und ihn leichter handhabbar macht.

Der zylindrische Becher und der Deckel gemäß der Erfindung können aus rostfreiem Stahl, aus mit Nickel plattiertem Stahl oder aus einem anderen leitfähigen Stoff bestehen, der nicht korrodiert oder in Berührung mit dem das flüssige Oxyhalogenid ent-

Kathodenhaltenden/Elektrolyten beschädigt wird. Vorzugsweise bestehen der Becher und der Deckel aus rostfreiem Stahl 304, welcher derart behandelt ist, daß Spannungen durch das übliche Ziehen beseitigt sind.

Der isolierende Ring zwischen dem Deckel und dem Becher soll beständig sein gegenüber dem das flüssige Oxyhalogenid enthaltenden Elektrolyten. Er kann beispielsweise bestehen aus Polytetraflüor-

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äthylen (Teflon), aus fluoriertem Äthylen-Propylen (FEP), aus einem Copolymer von Äthylen mit PEP (Tefzel), aus Monochlortrifluoräthylen (KeI-P), aus polymeren Perfluoralkoxy-Verbindungen (PPA), aus Tetrafluoräthylen (TFE) und dergleichen.

Das erfindungsgemäße kathodische Sammlerblatt kann hergestellt werden durch Binden von Acetylenruß mit einem geeigneten Bindemittel, wie Teflon. Das Gemisch wird dann auf ein gewebtes, metallisches, leitendes Gitter , aus z.B. Nickel, nach üblichen Verfahren aufgebracht, wie sie beispielsweise bei der Papierherstellung verwendet werden, oder durch Aufsprühen. Das Gemisch kann vorzugsweise zwischen etwa 60 und etwa 80 Gew.-% Acetylenruß enthalten. Blätter aus diesem Material können dann auf die gewünschte Größe geschnitten werden, um sie den jeweils geschnittenen Zellen anzupassen. In einer Zelle der Größe C kann das kathodische Sammlerblatt eine Länge von etwa 18 cm, eine Breite von etwa 3*8 cm und eine Dicke von 1 mm haben. Ein leitender Vorsprung aus beispielsweise Nickel kann an dem einen Ende des kathodischen Sammlerblattes angeschweißt sein und dient zum elektrischen Verbinden mit dem Deckel oder dem Becher der Zelle.

Das erfindungsgemäße Anodenblatt kann aus einer Lithiurcfolie bestehen, die auf einem metallischen leitenden Gitter oder Träger aus z.»B. Nickel mit einer Dicke zwischen etwa 0,3 und etwa 0,8 mm

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vorzugsweise von etwa 0,4 mm, angeordnet ist. Bei Zellen der Größe C kann die Lithiumfolie eine Länge von etwa 16 cm und eine Breite von etwa 3,8 cm haben« Ein leitender Vorsprung, z.B. aus Nickel kann angeschweißt sein an dem einen Ende des Anodenblattes und dient zu elektrischen Verbindungen der Anode mit dem Deckel oder dem Becher der Zelle. Es ist wichtig, daß die metallischen leitenden Trägergitter für die Kathode und für die Anode stabil· sind, von dem das flüssige Oxyhalogenid enthaltenden Elektrolyten nicht korrodiert werden, und kein elektrochemisches Paar bilden.

In dem erfindungsgemäßen spiralig aufgewundenen Elektroden-Aggregat befindet sich vorzugsweise eine einzige Schicht des nichtgewebten Scheiders aus Glas mit einer Dicke von etwa 0,125 mm zwischen dem vorgeformten Kathodenblatt und dem vorgeformten Anodenblatt, weil mehrere Schichten die Kontinuität des Elektrolyten unterbrechen können«

Wie schon gesagt, besteht der als Kathode wirkende erfindungsgemäße Elektrolyt aus einem Stoff, der in einem flüssigen Oxyhalogenid eines Elementes der Gruppe V oder der Gruppe VI des Periodischen Systems besteht, mit oder ohne ein Mitlösungsmittel.

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Der gelöste Stoff kann ein einfaches oder ein Doppelsalz sein, der eine ionenleitende Lösung beim Auflösen ein dem Lösungsmittel ergibt. Bevorzugte gelöste Stoffe sind Komplexe von anorganischen oder organischen Lewis-Säure und anorganischen ionisierbaren Salzen. Das einzige Erfordernis für ihre Verwendung besteht darin, daß das einfache oder komplexe Salz verträglich ist mit dem verwendeten Lösungsmittel, und daß es eine Lösung ergibt, welche Ionen leiteb. Entsprechend der Auffassung von Lewis über Säuren und Basen können verschiedene Stoffe, welche keinen aktiven Viasserstoff enthalten, als Säuren oder als Akzeptoren für Elektronen-Doublets dienen. Diese grundsätzliche Auffassung ist in der Zeitschrift "Journ. of the Franklin Institute" Bd. 226, vom Juli/Dezembe.r 1938, Seiten 293-313 von Lewis beschrieben.

Die US-PS 3,5*12,602 beschreibt einen möglichen Mechanismus für die Art, in welcher diese Komplexe in einem Lösungsmittel wirken. Es wird angenommen, daß das Komplexsalz oder Doppelsalz aus der Lewis-Säure und dem ionisierbaren Salz eine Ganzheit ergibt, die beständiger ist als jedes der Bestandteile allein.

Zu den typischen Lewis-Säuren, die erfindungsgemäß verwendbar sind, gehören Aluminiumfluorid, Aluminiumbromid, Aluminiumchlorid, Ant.imonpentrachlorid, Zirkontetrachlorid, Phosphorpentachlorid, Borfluorid, Borchlorid und Borbromid.

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Zu den brauchbaren ionisierbaren Salzen in Verbindung mit den Lewis-Säuren gehören Lithiumfluorid, Lithiumchlorid, Lithiumbromis, Lithiumsulfid, Natrieumfluorid, Natriumchlorid, Natriumbromid, Kaliumfluorid, Kaliumchlorid und Kaliumbromid.

Fachleuten ist es klar, daß die Doppelsalze aus einer Lewis-Säure und einem anorganischen ionisierbaren Salz entweder als solche verwendet werden können, oder daß die einzelnen Bestandteile dem Lösungsmittel getrennt zugegeben werden können, wobei das Salz oder die entstandenen Ionen in situ sich büäen. So entsteht beispielsweise das Doppelsalz Lithiumaluminiumtetrachlorid durch die Kombination von AluminiumChlorid und Lithiumöhlorid*

Brauchbare Lösungsmittel für den Elektrolyten, die zusätzlich als kathodische Depolarisatoren wirken, sind Oxyhalogenide von Elementen der Gruppe V oder der Gruppe VI des Periodischen Systems. Diese sind die Elemente der Gruppen V-A, V-B, VI-A und VI-B des Periodischen Systems. Diese Oxyhalogenide sind bei normalen Temperaturen in der Regel Flüssigkeiten und besitzen gute diffundierende und elektrochemische Eigenschaften. Mit dem Ausdruck "Oxyhalogenide" werden außer den einfachen Oxyhalogeniden auch solche Verbindungen bezeichnet, die gemischte Halogenide und Oxyhalogenide'von zwei oder mehreren Elementen der Gruppe V öder der Gruppe VI des Periodischen Systems sind.

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Falls erwünscht, kann ein beständiges Mitlösungsmittel zugesetzt werden, um die dielektrische Konstante, die Viskosität oder die Lösefähigkeit der Flüssigkeit zur Erzielung einer besseren Leitfähigkeit zu ändern.

Das erfindungsgemäße spiralig aufgewundene Elektroden-Aggregat kann in üblicher Weise hergestellt werden. Die aufeinander gelegten länglichen Blätter des Anodenmaterials und des kathodischen Sammlers mit einem größeren Blatt des Scheiders zwischen ihnen werden zunächst an wenigstens einem Teil ihrer Enden befestigt, (mittels der Kerntechnik oder dergl.)
/und dann spiralig um dieses befestigte Ende herum aufgewunden.

Das äußere vorgeformte Blatt ist in der Regel länger als das innere vorgeformte Blatt, so daß das Ende des äußeren Blattes über das Ende des inneren Blattes hervorsteht. Dann wird das spiralig aufgewundene Elektroden-Aggregat entweder in einer unabhängigen äußeren Schicht des Scheiders eingewickelt oder dem äußeren Blatt liegt wenigstens ein Scheiderblatt an, so daß dieser die äußere.Schicht des aufgewickelten Aggregates bildet. Das innere Blatt kann einen angeschweißten Vorsprung aufweisen, wie es in der US-PS 2,954,417 beschrieben ist, oder ein Leitungsdraht nach der US-PS 3,510,353, oder ähnliche Mittel zum Befestigen eines leitenden Teiles» Dieses Teil kann durch übliche "Mittel, wie Anschweißen oder dergleichen mit einem Teil des Gehäuses befestigt werden, wodurch dieser Teil des Gehäuses, in

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der Regel der Deckel, als Endanschluß für die Zelle dient. In ähnlicher Weise kann das äußere Blatt einen Vorsprung aufweisen, der an ihm angeschweißt ist, und in üblicher Weise mit einem Teil des Gehäuses verbunden werden kann, wodurch dieser Teil des Gehäuses in der Regel der Behälter, zu dem anderen Anschluß der Zelle wird.

Bei geeigneter Auswahl der Bestandteile der erfindungsgemäßen Zelle findet die elektrochemische Reduktion des das flüssige Oxyhalogenid enthaltenden, als kathodischer Depolarisator dienenden Gemisches an dem kathodischen Sammler statt, wodurch innerhalb eines weiten Bereiches von Stromstärken eine Entladung von hoher Energiedichte erzielt wird. Die erfindungsgemäße Wickelung sichert große Berührungsflächen und eine Nähe der Anode zu dem kathodischen Sammler. Die vorgeformte Anode, der kathodische Sammler und der Scheider sind biegsam und lassen sich daher leicht spiralig aufwinden. Die Verwendung des das flüssige Oxyhalogenid enthaltenden Gemisches gestattet eine volle Ausnutzung der inneren Teile der Zelle, so daß in ihr kein unnötiger Raum enthalten ist. Die erfindungsgemäße Zelle kann daher innerhalb eines weiten Bereiches von Stromstärken bei der Entladung betrieben werden.

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Die Zeichnungen erläutern eine Ausführungsform der Erfindung»

Es zeigen:

Fig. 1 perspektivisch die Elektroden und den Scheider in nichtaufgewundenen Zustand;

Fig. 2 in teilweise auseinandergezogener Weise eine nichtwäßrige Zelle mit einem spiralig aufgewundenen Aggregat;

Fig. 3 perspektivisch eine nichtwäßrige erfindungsgemäße Zelle.

Die Fig. 1 zeigt in nichtaufgewundenem Zustande ein Aggregat 2 aus einem kathodischen Sammlerblatt 4 aus einem Gemisch 6 aus Kohle und einem Bindemittel, das auf ein expandiertes leitendes metallisches Gitter 8 aufgepreßt ist. Beide sind aufgeschichtet ' zwischen einem Scheider 10 aus nichtgewebten Glasfasern. Darüber befindet sich das Anodenblatt 12 aus einem aktiven Metall 14, wie Lithium, welches auf und in ein expandiertes metallisches Gitter l6, z.B. aus Nickel, gepreßt ist. Ein leitender Vorsprung 18, z.B. aus Nickel,7an einem Ende des kathodischen Sammlerblattes 4 angeschweißt, ein zweiter leitender Vorsprung 20 ist an dem entgegengesetzten Ende des Anodenblattes 12 angeschweißt.

Nach dem spiraligen Aufwinden der übereinander liegenden Blätter 4, 10 und 12 zu dem Aggregat 30 wird der Vorsprung 20 zurückgebogen über die äußere Schicht des Scheiders 6. Dann wird das

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Aggregat 30 in einen leitenden zylindrischen Behälter 32 nach Fig. 2 eingesetzt. Auf dem Boden des Behälters 32 befindet sich eine nicht abgebildete isolierende Scheibe aus dem gleichen Material wie der Dichtungsring der Zelle. Der Vorsprung 20 ergibt durch Druck eine Berührung mit der inneren Wandung des Behälters 32, wodurch dieser der eine Anschluß der Zelle 50 nach Fig. 3 wird* Die isolierende Scheibe 3^ hat eine mittige Öffnung 36, durch welche der obere Teil des Vorsprunges 18 führt.Der Vorsprung wird dann angeschweißt an dem Deckel 38, wodurch dieser der zweite Anschluß der Zelle wird* Ein isolierender Ring kO steht in Verbindung mit dem Deckel 38 nach Fig. 2. Wenn der Deckel und der Ring oben auf den Behälter 32 gebracht werden, so liegt der isolierende Ring 40 zwischen dem Deckel 38 und dem Behälter 32. Übliche Verfahren, z.B* radiales Pressen, können zum Abdichten der Zelle verwendet werden« Die Fig. 3 zeigt eine völlig zusammengebaute erfindungsgemäße Zelle 50»

Beispiel 1

Mehrere Zellen* der Abmessung C in einer Bauart nach äen Flg. 1 bis 3 wurden hergestellt. In der Wicklung bestand der kathodische Sammler aus einem Gemisch von Acetylenruß und Teflon, das sich auf und in einem gewebten Sieb aus Nickel befand und mit diesem verbunden war. Der Scheider bestand aus nichtgewebtem Glas (Meadis 93T der Fa. Head Paper Co.), die Anode bestand aus einer

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»NSPECT6B

Lithiumfolie, die auf einen perforierten Nickelträger aufgepreßt war. Das kathodische Sammlerblatt hatte eine Länge von 18 cm, eine Breite von 3,8 cm und eine Dicke von 1 mm. Der Scheider hatte eine Länge von 23 cm, eine Breite Ί,2 cm und eine Dicke von 0,25 mm. Die Anode hatte eine Länge von 16 cm, eine Breite von 3»8 cm und eine Dicke von 0,75 nrnn An einem Ende des Anodenblattes war ein Vorsprung aus Nickel angeschweißt,an einem Ende des kathodischen Sammlers ein zweiter Vorsprung aus Nickel. Das Aggregat war eingesetzt in eten Becher aus rostfreiem Stahl 304. Die Zusammensetzung des Elektrolyten ist in der Tabelle I angegeben. Jede Zelle war abgedichtet unter Verwendung eines Ringes aus Teflon unter dem Deckel aus rostfreiem Stahl.

Nach einer Lagerung bei 23°C wurden Zk Stunden, 1 Woche, 2 Wochen, k Wochen und 8 Wochen die Zellen gegen einen Widerstand von 10 0hm kontinuierlich entladen. Die hierbei erhaltenen Werte sind in der Tabelle I enthalten«

Wie die Versuchswerte zeigen, sind Zellen mit einem aufgewundenen Aggregat, welche ei# nichtwäßriges, flüssiges Oxyhalogenid enthalten, wirksam»

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TABELLE

Kathodischer Elektrolyt

Versuch

Frisch

Lagerdauer
1 Woche 2 Wochen 4 Wochen

8 Wochen

	Impedanz' (Ohm)	Zelle 1	/Zelle 2	Zelle 3	/Zelle 4	ZeIs ■ / 5	'Zelle¹ 6	Seile , 7	'Zelle 8	Zelle/Zelle 9 10	8,82
SO₂Ci₂ .	. Amp.hr/2,5 V Abschlußspannung	1,74	1,30	2,69	2,92	3,15	3,93	5,16	5,36	8,80	4,84
1 Molar	Wh/cm³ 2,5 V	5,15	5,50	4,99	4,81	5,24	5,53	4,67	5,33	4,78	0,620
LiAlCl^ Eutektisch	Impedanz (Ohm)	0,665	0,717	0,635	0,620	0,678	0,718	0,606	0,635	0,612	11,38
SO₂Ci₂ ■	Amp.hr/2,5 V ■ Ab schlußspannung	2,31	2,56	3,43	3,20	8,96	3,34	7,34	9,52	4,35	4,56
1 Molar	Wh/cm³ 2,5 V'	5,26	5,15		5,19	4,90	4,78	4,71	—	4,65	0,565
LiAlCl_a ⁺⁾	0,692	0,666	—	O.,67O	0,625 I	0,617	0,616	—	0,607

50 Mol. Aluminiumchlorid und 50 Mol. Lithiumchlorid

Beispiel 2

Mehrere Zellen der Abmessungen C wurden nach Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß der Scheider eine Länge von 21cm anstelle von 23 cm hatte, und daß kathodische Elektrolyten verwendet wurden, deren Zusammensetzung in den Tabelle II und III angeben ist.

Verschiedene Zellen jeder Art wurden kontinuierlich gegen verschiedene Widerstände entladen. Die hierbei erhaltenen Mittelwerte für jede Zellenart sind in der Tabelle II enthalten.

Bei weiteren Versuchen wurden verschiedene Zellenarten mit Unterbrechungen entladen gegen verschiedene Widerstände, wobei die Zellen wärend 2k Stunden 15 Minuten lang in jeder Stunde entladen wurden, oder aber kontinuierlich entladen wurden. Die erhaltenen Werte sind in der Tabelle III enthalten.

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	TABELLE II	-	Amp.hr / 2,5 V Abschlußspannung	⁺soci₂	4,76
Widerstand beim kontinuierlichen Entladen	Mittlere Spannung V	5,74	3,28
88 Ohm	Wh/cm³	3,35
	Amp.hr / 2,5 V Abschlußspannung	0,767	5,08
	Mittlere Spannung V	4,06	3,10
44 Ohm	Wh/cm³	3,21	0,645
	Amp. hr / 2,5 V Abschlußspannung		4,04
	Mittlere Spannung V	3,38	3,13
20 Ohm	Wh/cm³	3,19	0,516
	Amp., hr / 2,5 V Abschlußspannung	0,488
	Mittlere Spannung V	2,50
10 Ohm	Wh/cm³	3,06
	Amp.hr / 2,5 V ' Abschlußspannung	0,365
	mittlere Spannung V	1,75'
5 Ohm	Wh/cm³	3,00
		0,215

1 Mol. LiAlCl₂₁

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TABELLE

III

Kathodischer	Elektrolyt	SO₂Cl₂ — 1	Mol. LiAlCl₁₁	Widerstand beim Entladen 5 D.
Versuchs- Bedingungen		Yiiderstand beim Entladen 44 a	Widerstand beim Entladen 10 Xl	1,75 3,00 0,215
kontinuierlich	Amp.hr/2,5V Abschluß- spannung mittlere Spannung Wh/cm³	4,06 3,21 0,533	2,50 3,06 0,313	1,40 2,99 0,177
unterbrochen	Amp.hr/2,5V Abschluß- spannung mittlere Spannung Wh/cm⁵	3,80 3,07 0,501	2,70 3,09 0,342

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Claims

Patentansprüche

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1./ Nichtwäßrige elektrische Zelle, gekennzeichnet durch einen an einem Ende geschlossenen und am anderen Ende offenen elektrisch leitenden zylindrischem Becher ; durch ein spiralig aufgewundenes Elektroden-Aggregat in

einem Becher
/mit einem länglichen kathodischen Stromsammler aus einem mit einem leitenden metallischen Gitter verbundenen kohlenstoffhaltigen Material, einem länglichen Anodenblatt einer aktiven

Anode auf einem leitenden metallischen Träger, und einem

miteinander verknäuelten, aus nichtgewebtem Glas bestehenden, ~] zwischen den Elektroden so angeordneten Scheider, daß er den äußeren Umfang des Aggregates bildet; durch einen in dem Becher befindlichen kathodischen Elektrolyten aus einer Lösung eines Ionen leitenden Stoffes in einem als kathodischer Depolarisator wirkenden Oxyhalogenid eines Elementes der Gruppe V oder der Gruppe VI des Periodischen Systems; durch einen Deckel für den Becher; durch einen isolierenden Ring zwischen dem Deckel und der oberen Wandung des Bechers,, der beide dichtend miteinander verbindet; durch eine an einer der .Elektrode und an dem Deckel.befestigte erste elektrische Leitung, durch welche der Deckel zu dem ersten Anschluß der Zelle wird; durch eine an der anderen Elektrode und an dem Becher befestigte zweite elektrische Leitung, durch welche

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der Becher zu dem zweiten Anschluß der Zelle wird, wobei
das metallische Gitter, der metallische Träger und der isolierende Ring von der Lösung des Oxyhalogenids nicht korrodiert werden.
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gitter aus Nickel,
die Anode aus Lithium und der metallische Träger aus Wickel bestehen.

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