DE2645863A1 - Elektrochemische zelle - Google Patents
Elektrochemische zelleInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Batteriezellen, deren Elektroden und Separator einen kompakten Block bilden. Sie
findet insbesondere Anwendung bei zylinderförraigen Zellen,
bei denen die Elektroden und der Separator spiralig aufgerollt sind.
Batteriezellen dieser Bauweise sind in einem Gehäuse untergebracht, das aus einem becherförmigen Metallbehälter besteht
und durch einen Deckel verschlossenjwird; dabei ist der
Rand des Bechers auf den Deckelumfang umgeschlagen, um den Verschluß abzudichten. Der Deckel kann aus Kunststoff oder
Metall sein, und um seinen Umfang ist ein Dichtring aus Kunststoff oder Elastomer herumgelegt. Um einen dichten Verschluß
auf diese Weise zu erreichen, muß der Deckel einen festen und
0981671060 ./.
stabilen Anschlag haben. Dieser Anschlag wird gewönhlich durch
eine auf der Innenseite des Bechers angeordnete Schulter bewirkt, die entsteht, wenn man örtlich die Becherwandung unter
Bildung einer ringförmigen Nut eindrückt.
Der Wegfall dieser Nut wäre wünschenswert, da sie
und,
beim Zusammenbau der Zelle störi^f*da durch eine zu tiefe oder zu scharfe Nut die Becherwandung verletzt oder gar durchlöchert werden kann.
beim Zusammenbau der Zelle störi^f*da durch eine zu tiefe oder zu scharfe Nut die Becherwandung verletzt oder gar durchlöchert werden kann.
In der französischen Patentschrift Nr. 70 23 184 wird eine elektrochemische Zelle beschrieben, bei der die
Ränder der Elektroden der beiden Polungen an den entgegenge-
erst von
setzten Enden des Blocks 'entstehen und dann rechtwinklig umgebogen
werden, um Auflageflächen zu bilden.
Wird in einem derartigen Generator eine große Kraft auf diese Ränder in Achsrichtung der Spirale ausgeübt, so besteht
die Gefahr, daß der Block durch Verrutschen der Elektroden eingedrückt wird.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben.
Außerdem will die Erfindung die Außenanschlüsse der Elektroden verbessern und vereinfachen.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrochemische Zelle, die aus einer ersten Elektrode einer ersten Polung und
einer zweiten Elektrode der entgegengesetzten Polung und einem Separator besteht, die als kompakter Block in einem Gehäufte
in Form eines Metallbechers untergebracht ist, der durch «inen Deckel verschlossen wird, wobei der Rand des Bechers auf den
Umfang des Deckels umgeschlagen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der ersten Elektrode an den beiden einander
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gegenüberliegenden Stirnseiten des Blocks vorstehen und für
den Boden des Bechers bzw. für den Deckel Auflageflächen
bilden.
Aufgrund der so geschaffenen Auflageflächen kann der Elektrodenblock ohne Gefahr eines Verrutschens die Schließkräfte
aufnehmen. Die Auflageflächen können von den Stirnflächen der Ränder gebildet werden oder auch von den Seitenflächen,
falls die vorstehenden Ränder vorher umgebogen werden.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung
kann der vom Deckel auf die Ränder der ersten Elektrode ausgeübte Druck darüber hinaus dazu benutzt werden, die elektrische
Außenverbindung von dieser Elektrode herzustellen. Zu diesem Zweck kann, wenn der Deckel aus Metall· besteht und die Klemme
der ersten Polung bildet und wenn ein isolier- und Dichtring auf dem Umfang des Deckels liegt und ihn vom Becherränd trennt,
dieser Deckel in direktem Kontakt mit den Elektrodenrändern stehen. Eventuell kann er auf diese gelötet oder geschweißt
sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Elektrodenränder mit einem an den Deckel gelöteten oder geschweißten
Verbindungsteil in Kontakt stehen.
Bezüglich weiterer Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der beiliegenden neun Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht im Schnitt
durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrochemischen
Zelle mit Metalldeckel und Metallbecher.
16/1060 ' ·/.
Fig. 2a zeigt eine schematische Teilansicht im
Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Zelle mit Metallbecher und Metalldeckel.
Fig. 2b zeigt perspektivisch ein zur Zelle aus Fig. 2a gehöriges Verbindungsteil.
Die Fig. 3 und 4 zeigen schematische Teilschnitte durch eine dritte und vierte Variante gemäß der Erfindung.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Äusführungsvariante, bei der die Elektroden
um einen zentral liegenden Metallkern herumgewickelt sind.
Fig. 6 zeigt scheraatisch im Querschnitt den Kern und die Elektrodenenden sowie das Separatorende der Zelle aus
Fig. 5 vor dem Aufwickeln.
Fig. 7a zeigt schematisch einen Schnitt durch das Ende einer positiven Elektrode vor dem Aufwickeln und den Kern
einer weiteren Variante der elektrochemiachen Zelle aus Fig. 5, wobei die negative Elektrode und der Separator nicht dargestellt
werden.
Die Fig. 7b und 7c zeigen Querschnitte durch den Kern gemäß zweier Montagestufen für die Variante aus Fig. 7a.
Fig. 8 zeigt perspektivisch das Ende einer positiven Elektrode vor dem Aufwickeln auf einen geschlitzten Kern.
Fig. 9 zeigt schematisch einen Schnitt durch e,ine weitere
Variante der erfindungsgemäßen Zelle mit Deckel aus einem isolierenden Material und zentralliegendem Metallkern, der in
Verbindung mit dem Deckel als Überdruckventil wirkt.
Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Akkumulator besteht aus einer positiven Elektrode 1, einer negativen
709816/1060 ,
Elektrode 2 und einem Separator 3, die spiralig zu einem kompakten
Block aufgerollt sind, der dann in einen Metallbecher gesteckt wird; ein scheibenförmxger Deckel 5, der vom Becher
durch einen Dichtring 6 isoliert ist, verschließt die Zelle hermetisch.
Die Ränder 7 und 8 der positiven Elektrode 1 springen an den beiden Stirnseiten des Blocks vor, wobei der Rand 7 mit
seiner Stirnfläche unter Zwischenschaltung einer elastischen Isolierfolie 9 auf dem Becherboden und der Deckel 5 direkt auf
der Stirnfläche des Randes 8 aufliegt.
Der Rand 10 des Bechers ist auf den Umfang des Deckels umgeschlagen und drückt dabei den Dichtring/zusammen. Die erfindungsgemäße
Anordnung erlaubt es, den Elektrodenblock ohne Verrutschgefahr unter mechanischen Druck zu setzen. Dieser Druck
gewährleistet darüber hinaus einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Rand 8 und dem Deckel 5, der die positive Klemme
des Akkumulators bildet. Dieser Kontakt kann noch durch elektrisches Löten verbessert werden. Die Folie 9 isoliert den Rand
7 vom Boden des Bechers 4, der über seine Seitenwandung mit der äußeren Wicklung der negativen Elektrode 2 in Verbindung stehtj
die Seitenwandung bildet somit die negative Klemme des Akkumulators. Die Elastizität der Folie 9 schützt die Ränder 7 und
gegen Beschädigungen beim Zusammenbau des Akkumulators. Diese Folie könnte eventuell auch aus einem steifen Material bestehen,
wobei dann aber besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Montage getroffen werden müßten.
Die Elektroden 1 und 2 bestehen beispielsweise aus einer leitenden Seele wie beispielsweise einem vernickelten
709S16/10S0 ,
Stahlband, das mit einem mit aktiver Masse imprägnierten gefritteten
Metall beschichtet ist, wobei die Ränder der positiven Elektrode von den Rändern der leitenden Seele gebildet
werden, die nicht beschichtet sind.
In Fig. 2a wurden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1, soweit gleiche Bauteile bezeichnet werden sollten.
Der Deckel 5 des hier gezeigten Akkumulators liegt auf dem Rand 8 der positiven Elektrode unter Zwischenschaltung eines Verbindungsstücks
20, das einzeln in Fig. 2b gezeigt ist, auf. Dieses Verbindungsstück ist an den Deckel angelötet oder angeschweißt
und besitzt Ränder 21, die in Richtung der Spiralachse umgebogen sind. Die Ränder 21 sind vorzugsweise mit dem Rand 8 verlötet
oder verschweißt. Der Akkumulator weist ein aus einem Elastomerscheibchen gebildetes Ventil 22 auf, das eine Öffnung 23 im
Deckel 5 verschließt und von einer auf den Deckel gelöteten oder geschweißten Kappe 24 gehalten wird.
Der in Fig. 3 gezeigte Akkumulator weist zum Teil die gleichen Bauteile auf wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Akkumulatoren; diese Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Metalldeckel 5 der vorhergehenden Beispiele wird
hier durch einen Kunststoffdeckel 35 ersetzt, den eine Kombination
aus Anschlußklemme und Ventil entsprechend der FR-PS 73 28 durchdringt. Diese Klemme-Ventil-Kombination besteht aus einer
Hohlniete 36, einem Elastomerscheibchen 22, das die Öffnung 33 der Hohlniete 36 verschließt, und einer auf den Nietkopf gelöteten
oder geschweißten Kappe 24, die das Elastomerscheibchen 22 hält. Die Niete 36 ist auf ein dem Verbindungsstück aus Fig. 2
ähnliches Verbindungsstück 20 geklemmt. Selbstverständlich kann
709816/1060 /
die Niete auch auf dieses Verbindungsstück gelötet oder geschweißt
werden.
Der in Fig. 4 dargestellte Akkumulator unterscheidet
sich von dem aus Fig. 1 darin, daß aus den Rändern 7 und 8 der positiven Elektrode 1 Laschen 47 und 48 ausgeschnitten sind,
die in etwa rechtwinklig umgebogen sind, um Auflageflächen zu
bilden, ähnliche dem Akkumulator, der in der FR-PS 70 24 413 beschrieben wird. Diese Auflageflächen besitzen eine gewisse
Elastizität, so daß die Isolierfolie 9 nunmehr steif sein kann, ohne daß sich daraus ein Nachteil ergäbe.
Das Verbindungsstück 20 mit umgebogenen Rändern gemäß den Fig. 2 und 3 kann auch durch ein Verbindungsstück ersetzt
werden, wie es in der FR-PS 1 415 519, der DT-PS 1 289 155,
H.*
der DT-OS 22 46 293 oder dem deutschen/Gebrauchsmuster G 72 34
sowie der FR-PS 71 38 821 beschrieben ist. Ein Verbindungsstück kann auch zwischen dem Deckel und dem Rand 8 des Akkumulators
aus Fig. 4 angeordnet werden.
Natürlich kann von den Rändern 7 und 8 der positiven
Elektrode lediglich der eine oder der andere wie in Fig. 4 dargestellt umgebogen sein, während der jeweils andere Rand mit
seiner Stirnfläche eine Auflagefläche bildet.
Schließlich können auch die Polungen umgekehrt sein.
Die soeben beschriebenen verschiedenen Varianten werden
bei Akkumulatoren mit spiralig aufgewickelten Elektroden eingesetzt;
selbstverständlich kann die Erfindung sinngemäß auch auf Akkumulatoren mit Flachelektroden in einem parallelepipedischen
Gehäuse übertragen werden.
Der in Fig. 5 dargestellte Akkumulator besitzt einen kompakten Block aus einer positiven Elektrode 51, einer negativen
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Elektrode 52 und einem Separator 53, die spiralig um einen Metallkern 54 herumgewickelt sind, sowie ein aus einem Metallbecher
55 und einem Metalldeckel 56 bestehendes Gehäuse; der Metalldeckel ist vom Metallbecher durch einen Dichtring 50
isoliert. Das Ende 57 des Metallkerns 54 steht mit einem tiefgezogenen Bereich 58 des Bechers 55 in Kontakt, der die positive
Klemme des Akkumulators darstellt. Das Ende 57 kann unter Kraftaufwand eingesetzt werden oder in den Bereich 58 eingelötet
oder eingeschweißt werden.
Die Ränder 59 und 60 der negativen Elektrode springen an den beiden Enden des Blocks hervor. Die Stirnseite des Rands
59 liegt dabei auf dem Boden des Bechers 55 unter Zwischenschaltung einer elastischen Isolierscheibe 61 auf, während der Deckel
56 sich auf der Stirnseite des Randes 60 abstützt.
Fig. 6 zeigt im Querschnitt vor dem Aufwickeln den Kern 54 und die Enden der Elektroden 51 und 52 und des Separators
53 des Akkumulators, die im Innern der Spirale liegen sollen. Das Ende der positiven Elektrode 51 weist einen von
aktiver Masse befreiten Teil 71 auf. Dieser Teil gehört beispielsweise zu einer leitenden Seele, bei der es sich um ein
vernickeltes Stahlband handeln kann, das im übrigen mit einem mit aktiver Masse imprägnierten Sintermetall beschichtet ist.
Dieser Teil 71 ist mit dem Kern 54 punktgelötet oder pdnktgeschweißt.
Auf der Elektrode 51 sind in Aufeinanderfolge ein erstes Separatorband 53a, die negative Elektrode 52 und ein
zweites Separatorband 53b angeordnet, wobei das Ende der Elektrode 52 im Verhältnis zu den Enden der Separatorbänder etwas
zurückliegt. Dreht man den Kern 54 in Pfeilrichtung, so wickeln
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sich die Elektroden und der Separator um den Kern und man erhält eine Spirale, in der die negative Elektrode von der positiven
Elektrode und vom Kern 54, der für letztere einen Anschluß bildet, durch den Separator getrennt ist.
In der Variante gemäß den Fig. 7b und 7c besitzt der Kern Zapfen 30, die durch Formen des Metalls mit Hilfe eines
Werkzeugs, das gleichzeitig Vertiefungen 31 erzeugt, hergestellt werden. Der Teil 71 der positiven Elektrode weist Löcher 32 auf,
in die die Zapfen 30 hineinpassen. Anschließend werden die Zapfen zu Nietköpfen 33 verformt.
In den soeben beschriebenen Varianten liegt der Bereich 71 der positiven Elektrode, der keine aktive Masse aufweist, in
Form eines parallel zum Innenrand der Elektrode verlaufenden Streifens vor. Dieselben Verbindungsarten können von einem von
aktiver Masse freien Teil angewandt werden, der aus senkrecht zum Innenrand verlaufenden Streifen besteht.
In der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 8 weist der Kern 54"
einen Längsschlitz 40 auf, in den das Ende der positiven Elektrode eingeführt wird, etwa so wie die öffnungslasche einer ölsardinendose
in den Dosenöffner gesteckt wird. Außerdem kann das Ende der positiven Elektrode an die Wandungen des Schlitzes gelötet
werden.
In der Ausführungsform des in in Fig. 9 dargestellten
Akkumulators stehen die Elektrodenränder in direktem Kontakt mit dem Becherboden, der dann die Anschlußklemme der ersten Polung
des Akkumulators bildet, während der Stromausgang der entgegengesetzten Polung vom Zentralkern gebildet wird.
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In dieser Figur tauchen dieselben Bezugszeichen auf wie in Fig. 5, soweit gleiche Bauteile bezeichnet werden. Das
Gehäuse besteht aus einem Metallbecher 65 und aus einem Kunststoff deckel 66. Der Metallkern 64 steht mit dem Ende der positiven
Elektrode 51 in Kontakt und dient für letztere als elektrischer Anschluß. Das Ende 67 des Kerns 64 wird durch den
Deckel 66 hindurchgeführt und bildet die positive Klemme des Akkumulators. Eine ringförmige Lippe 68 des Deckels liegt elastisch
auf der Seitenfläche des Kerns 64 auf und bildet für im Akkumulator freigesetzte Gase ein Auslaßventil. Der Deckel weist
darüber hinaus mehrere Zapfen 69, beispielsweise vier an der Zahl, auf, die in eine ringförmige Nut 80 eingreifen, die in
den Kern eingearbeitet ist, damit Kern und Elektrodenblock in axialer Richtung unverschiebbar festgehalten werden. Die
im Akkumulator eventuell freigesetzten Gase können entlang dem Kern zwischen den Zapfen durchströmen. Die äußere Windung der
negativen Elektrode 52 steht mit der Seitenwandung des Bechers
65 in Kontakt, der die negative Anschlußklemme des Akkumulators bildet.
Wie in Fig. 5 springen die Ränder 59 und 6O der negativen
Elektrode 52 an den beiden Blockenden hervor. Der untere Rand 59 liegt direkt auf dem Boden des Bechers 65 auf, der die
negative Klemme des Akkumulators darstellt, während der Deckel
66 auf dem Rand 60 ruht. Das System aus Zapfen 69 und 80, mit dem der Kern 64 unverrückbar festgehalten wird, ist nicht unbedingt
notwendig, es sei denn der Akkumulator wird starken mechanischen Beanspruchungen oder Vibrationen ausgesetzt.
Patentansprüche
7-0 9816/1060
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHE1 - Elektrochemische Zelle, die aus einer ersten Elektrode einer ersten Polung und einer zweiten Elektrode der entgegengesetzten Polung und einem Separator besteht, die als kompakter Block in einem Gehäuse in Form eines Metallbechers untergebracht sind, der durch einen Deckel verschlossen wird, wobei der Rand des Bechers auf den Umfang des Deckels umgeschlagen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (7, 8) der ersten Elektrode (1) an den beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Blocks vorstehen und für den Boden des Bechers (4) bzw. für den eckel (5) Auflageflächen bilden.2 - Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Auflageflächen von den Stirnflächen der Ränder (7, 8) gebildet wird.3 - Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der Auflageflächen von den in etwa rechtwinklig umgebogenen Rändern (47, 48) gebildet wird.4 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (5) aus Metall besteht und die Klemme für die erste Polung der Zelle bildet, wobei sein Umfang vom Rand des Bechers (4) durch einen Isolier- und Dichtring (6) getrennt ist.70981671060
ORIGINAL INSPECTED-ι5 - Zelle gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel in direktem elektrischen Kontakt mit den Rändern steht.6 - Zelle gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (5) auf die Ränder (8) geschweißt oder gelötet ist.7 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (35) elektrisch isoliert und durch ihn eine Klemme für die erste Polung hindurchgeführt ist.8 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungsstück (20) elektrisch die Klemme mit den Rändern (8) verbindet.9 - Zelle gemäß Anspruch 8, dadu-rch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (20) Ränder (21) aufweist, die in Richtung des Blocks umgebogen sind.10 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (20) auf die Ränder (8) geschweißt oder gelötet ist.11 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück auf die Klemme gelötet oder geschweißt ist.12 - Zelle gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Ränder (7) und den Boden des Bechers (4) eine Isolierfolie (9) gelegt ist.13 - Zelle gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierfolie elastisch ist.14 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (52) und die zweite Elektrode (51) spiralig um einen elektrisch leitenden, zentral angeordneten Kern (54) aufgewickelt sind, der im Kontakt mit dem Ende (71) der zweiten Elektrode (51) steht und für letzere als elektrischer Anschluß dient.15 - Zelle gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (57) des Kerns (54) mit dem Becher (55) in Kontakt steht, der eine Anschlußklemme der zweiten Polung bildet.16 - Zelle gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Kerns durch den Becher hindurchgeführt ist und eine Anschlußklemme der zweiten Polung bildet.17 - Zelle gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (67) des Kerns (64) durch den Deckel (66) hindurchgeführt ist und eine Anschlußklemme der zweiten Polung bildet.18 - Zelle gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Kerns mit dem Deckel in Kontakt steht, der eine Anschlußklemme der zweiten Polung bildet.709816/106019 - Zelle gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (66) eine ringförmige Lippe (68) aufweist, die elastisch auf der Seitenfläche des Kerns (64) aufliegt, um ein Ventil zu bilden.20 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (71) auf den Kern (54) punktgelötet oder punktgeschweißt ist.21 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (71) in einen Längsschlitz (4o) des Kerns (54") eingeführt ist.22 - Zelle gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (71) durch Nieten (33) am Kern (541) befestigt ist.709816/106«
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