DE2757920C3

DE2757920C3 - Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Jod-Zelle

Info

Publication number: DE2757920C3
Application number: DE2757920A
Authority: DE
Inventors: Alan Arthur Baltimore Schneider, Md.
Original assignee: CATALYST RESEARCH CORP BALTIMORE MD US
Current assignee: CATALYST RESEARCH CORP BALTIMORE MD US
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-12-24
Publication date: 1981-04-02
Also published as: AU511951B2; GB1566168A; JPS5383025A; US4090291A; DE2757920A1; NL7714487A; AU3206577A; IT1089993B; DE2757920B2; CA1093634A; FR2376527A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Jod-Zelle, bei welcher die negative Elektrode aus Lithium die übrigen aktiven Bestandteile der Zelle vollkommen und ohne freien Raum umschließt, bei welchem Verfahren man ein Lithiumaufnahmegefäß mit einer Öffnung an der Oberseite aus einem Lithiumblech faltet, die übereinander-gefalteten Lit'iiiumblechteile kalt miteinander verschweißt und das jodhaltige, aktive Material durch die Öffnung in das Gefäß eingießt, so daß es im Gefäß unterhalb der Öffnung steht.

Es sind eine Anzahl von Verfahren vorgeschlagen worden, um Kathodenmaterialien (Kathode = positive Elektrode) oder Elektrolyte in Lithium einzukapseln. Insbesondere sind derartige Verfahren im Zusammenhang mit der Herstellung von galvanischen Zellen vorgeschlagen worden.

Galvanische Zellen mit elektrische Ladungen übertragenden Komplexverbindungen, beispielsweise jodhaltige Werkstoffe, sind allgemein bekannt (DE-OS 21 63 363). Es sind Batterien mit hoher Energiedichte beschrieben worden, die eine Lithiumanode (negative Elektrode) und eine Kathode verwenden, die aus einem organischen Material, beispielsweise aus einer polyzyklischen aromatischen Substanz, einem organischen Polymer, einer heterozyklischen, Stickstoff enthaltenden Substanz oder dergleichen und aus einem Halogen, beispielsweise Jod. besteht. In diesem Zusammenhang wird auf das US-Patent 36 60 163 verweisen. Als Kathodentnaterial wurde weiterhin bereits eine Mischung von Jod und Poly-2-Vinylpyridin ■ π b oder Poly-2-Vinylchinolin ■ η N verwendet, wobei η zwischei 2 und 15 liegt; in diesem Zusammenhang wird auf das US-Patent 36 74 562 verwiesen. Kathodenwerkstoffe

dieser Art sind nachgiebige, kunststoffähnliche, viskose Feststoffe mit Fließneigung.

Lithiumhalogenid-Batterien werden gewöhnlich im Zusammenhang mit implantierten Prothesen, beispielsweise Herzschrittmachern, angewendet. Für diese Fälle ist es erforderlich, daß sie kleine Abmessungen haben und sehr zuverlässig sind. Zur Erzielung hoher Beständigkeit sind nicht nur die Konstruktion der Batterie, sondern auch in ganz besonderem Maße das Herstellungsverfahren von großer Bedeutimg.

Bei der Herstellung solcher Zellen und Batterien können viele Probleme auftreten, u. a. bei der Abdichtung der Depolarisiersubstanz in der Zelle. Bei vielen Verfahren ist es schwer, wenn nicht sogar unmöglich, festzustellen, ob die Batterie undicht ist, bevor sie vollständig zusammengebaut, abgedichtet und geprüft ist. Wenn es nirht gelingt, die Batterie vollständig abzudichten, dann muß man sie wegwerfen.

Um diese Probleme zu lösen, ist in der Patentanmeldung P 26 13 573.9-45 vorgeschlagen worden, die Zelle derart auszubilden, daß sie ein Aufnahmegefäß aus Lithium besitzt, das gleichzeitig die Anode der Batterie bildet und das Kathodenmaterial aufnimmt. Das Katnodenmaterial wird dabei in erhitztem Zustand in das Aufnahmegefäß eingegossen, und der Kathodenstromkollektor wird in dem KathodenmMerial angeordnet. Anschließend wird das Gefäß auf eine so niedrige Temperatur abgekühlt, daß das Kathodenmaterial sich verfestigt. Das Gefäß wird schließlich dadurch dicht verschlossen, daß ein Lithiumdeckel auf das verfestigte Kathodenmaterial aufgelegt und unter Druck mit dem Aufnahmegefäß kaltvei schweißt wird, wobei sich ein dichtes Lithiumanodengefäß ergibt.

Weitere verbesserte Abdichtungseigenschaften erhält man gemäß einem Vorschlag in der Patentanmeldung P 27 37 419.2 derselben Anmelderin. Darin wird vorgeschlagen, die Kathodenanschlußleitung zwischen die Lagen des Lithiumgefäßes einzubetten. Fe^rner wird dadurch die Herstellung erleichtert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung der bekannten bzw. vorgeschlagenen Lithiumzellen derart zu erleichtern, daß auf eine Abkühlung und Verfestigung des eingegossenen aktiven Materials zum Zwecke des Verschließens des Lithiumgefäßes verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindmigsgemäß dadurch gelöst, daß man die Seitenteile der Öffnung oberhalb des aktiven Materials zusammenpreßt und dadurch kalt verschweiß! und daß man die zusammengepreßten Teile anschließend in das aktive Material faltet.

Die Seitenteile der Öffnung werden beispielsweise mittels eines schraubstockähnlichen Werkzeuges zusammengepreßt und dadurch kalt miteinander verschweißt. Der gepreßte Bereich wird anschließend flach gegen das weiche Kathodenmaterial gepreßt, wozu das Lithiumgefäß vorzugsweise in ein das Lithiumgefäß allseitig umgebendes Gesenke eingebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut zur Herstellung von Lithium-Halogen-Batterien und wird daher anhand solcher Batterien beschrieben, jedoch ist klar, daß das Verfahren auch zur Verkapselung anderer korrodierender Depolarisierungsmittel und Elektrolyten in Lithium Verwendung finden kann.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt auch darin, daß man eine hohe Dichtigkeit der Lithiumkapsel erreichen kann, indem man Kathoden-

und Anodenanschlußleitungen in die Seitenwände des Lithiumgefäßes einbettet

Günstig ist es auch, daß man Lithiumgefäße verschiedener Bauhöhe mit einer >;inzigen Form herstellen kann. Die Ausbildung verschiedener Bauhöhen der galvanischen Zellen wird dadurch möglich, daß zur Herstellung der Aufnahmegefäße eine Form verwendet wird, in welcher nur ein Ende des Batteriegehäuses geformt wird. Vorzugsweise werden an dieser Stelle abgerundete Ecken erzeugt. Die Herstellung der Batterie muß im übrigen in einem trockenen Raum stattfinden, der eine relative Luftfeuchtigkeit von vorzugsweise weniger als 2% aufweist.

Bei dem erfhdungsgemäßen Herstellungsverfahren wird ein im wesentlichen rechteckförmiges Lithiumblech auf eine Form oder ein Gesenke aufgelegt, so daß es an beiden Seiten des Gesenkes übersteht. Vorzugsweise ist zwischen Gesenke und Lithiumblech eine Ablöseschicht eingelegt Ein in eine A"snehmung des Gesenkes passendes Teilwerkzeug, dessen Form etwa der Form der Ausnehmung entspricht, wird auf das Lithiumblech aufgebracht und in die Ausnehmung des Gesenkes eingepreßt, so daß das Lithiumblech in die Form der Ausnehmung eingepaßt wird. Während das Lithiumblech noch in dieser Ausnehmung liegt, wird ein Kathodenstromkoilekior mit abgerundeten, den Ecken des Teilwerkzeuges angepaßten Ecken auf das Teilwerkzeug aufgelegt. Darauf wird ein zweites Teilwerkzeug auf das erste Teilwerkzeug und den Kathodenstromkollektor aufgelegt. Dann wird ein seitlich überstehendes Teil des Lithiumbleches über das zweite Teilwerkzeug gebogen. Darüber wird die Kathodenanschlußleitung gebogen. Anschließend wird die andere, überstehende Seite des Lithiumbleches über die Kathodenanschlußleitung und den zuerst eingefalteten Teil des Lithiumblcches gefaltet. Dann werden die Teilwerkzeuge zusammen mit dem gefalteten Lithiumblech aus der Form oder dem Gesenk herausgenommen, und die Bodenränder des Lithiumbleches werden gebogen und geschnitten, so daß sie an die Konturen der Teilwerkzeuge angepaßt werden. Man erhält dadurch ein Gefäß mit einer Form, die etwa der Form des fertigen Aufnahmegefäßes entspricht. Anschließend werden die Teilwerkzeuge zusammen mit dem geformten Lithiumblech wieder in die Form oder das Gesenke eingelegt. In dieser Lage kann ein Anodenstromkollektor an der Außenfläche befestigt werden. Daraufhin wird eine zweite Form auf die gesamte Anordnung aufgelegt. Durch Zusammenpressen der beiden Formen können alle Lithiumteile miteinander kaltverschweißt werden. Anschließend wird das Lithiuinaufnahmegefäß aus der Form herausgenommen und geröntgt.

Das Lithiumaufnahmegefäß wird dann mit einem Kathodenmaterial gefüllt, das derart erhitzt wird, daß es fließfähig ist

Während sich das Material in einem fließfähigen Zustand befindet, werden die Seiten des Gefäßes, die die öffnung bilden, zusammengepreßt und dadurch kaltvcrschweißt. Anschließend werden die zusammengepreßten Seiten gegen das Ka'hodenmaterial umgeklappt oder umgefaltet. Das G~.u.j Ä„d dann in ein Gesenke eingebracht, das im wesentlichen gleich geformt ist wie das zuerst zur Formung des Gefäßes verwendete Gesenk. In diesem Gesenk werden die umgefalteten, zusammengepreßten Seitenteile gegen das Kathodenmaterial und in dieses hineingepreßt, so daß die zusammengeschweißten Seitenteile ebenso wie die Oberseite des Lithiumgefäßes eng am Kathodenmaterial anliegen.

Die vorstehenden Leitungen werden mit Verbindungsstücken verbunden, die etwa parallel im Abstand von dem Deckel des Lithiumgefäßes verlaufen.

Cin metallisches Abdeckelement wird im wesentlichen parallel zu dem Lithiumdeckel angeordnet. Durch dieses Abdeckelement sind mit Hilfe von Glas-Metalldichtungen zwei Anschlüsse abgedichtet hindurchgeführt, die mit den beiden Leitungen verbunden werden.

ίο Um die Enden der Anschlüsse wird jeweils ein Abstandselement aus einem keramischen Werkstoff gelegt, welches das Abdeckelement im Abstand von dem Aufnahmegefäß hält.

Das Herstellungsverfahren der galvanischen Zelle

Ii wird dadurch beendet, daß man die bisher beschriebene Anordnung in ein Gehäuse aus Edelstahl einsetzt und dieses mit dem Abdeckelemeni dicht verschließt. vorzugsweise durch Löten oder Schweißen. Das Aufnahmegefäß selbst wird vorzugsweise mit einer dünnen Schicht eines Fluor enthaltenden Kunststoffes beschichtet. Mit dem beschriebenen Verfahren kann man galvanische Zellen herstellen, in denen die Kathodenleitung in die Liihiumummaritelung eingebettet ist. wie dies in der Patentanmeldung P 27 37 419.2

2) vorgeschlagen ist, jedoch ohne die Notwendigkeit, das eingefüllt? Material abzukühlen und zu verfestigen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt. Die nachfolgende Beschreibung bevor-

JH zugter Auslührungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen

Fig. I bis 7 verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Lithium-Aufnah-

J"> megefäßes;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines fertigen Lithium-Gefäßes;

F i g. 9 eine Schnittansicht längs Linie IX-IX ip F i g. 8; Fig. 10 eine Schnittansicht längs Linie X-X in Fig. 8;

to Fig. 11 bis 13 verschiedene Verfahrensschritte beim Verschließen des Lithium-Aufnahmegefäßes;

Fig. 14 eine Seitenansicht des Lithium-Aufnahmegefäßes mit Verbindungselementen, die an der Anodenbzw, der Kuthodenleitung befestigt sind;

4i F i g. 15 eine Draufsicht auf das Lithium-Aufnahmegefäß mit um 90° abgebogenen Anoden- und Kathodenleitungen;

Fig. 16 eine seitliche Schnittansicht eines Abdeckelementes mit abgedichtet durch dieses hindurchgeführten Anschlüssen;

Fig. 17 eine vergrößerte Seitenansicht des Lithium-Aufnahmegefäßes und des Abdeckelementes, dessen Anschlüsse an den Verbindungselementen befestigt sind;

Fig. 18 eine Seitenansicht des Lithium-Aufnahmegefäßes mit Abstandshaltern zwischen dem Abdeckelement und dem Aufnahmegefäß und

Fig. 19 eine schematische Ansicht des Einsetzens des Aufnahmegefäßes in ein Gehäuse aus Edelstahl.

bo Im folgenden werden bevorzugte Verfahren zur Herstellung von Lithiumhalogenid-Zellen beschrieben. In F i g. 1 ist eine Halbform oder ein Gesenke 9 mit einer Ausnehmung 10 dargestellt, welche die äußeren Konturen der Zellen bestimmt. Die Ausnehmung 10 hat

^b5 ein das geschlossene Ende eines eine Anode aufnehmenden Lithium-Gefäßes bildendes Ende 11. Dieses Ende 11 weist vorzugsweise abgerundete Ecken 1 la und HZ) auf. Auch die Seitenwände der Ausnehmung 10 sind

vorzugsweise abgerundet.

Zur Herstellung jeder Zelle wird zunächst über das Gesenke 9 und die Ausnehmung 10 eine Ablösefolie gelegt, beispielsweise eine klartransparente Polyäthylenfolie, die das Herausnehmen des Lithiumteiles aus dem Gesenke rleichtert. Über diese Ablösefolie 12 wird ein dünnes, plattenförmiges Lithiumstück gelegt, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 0,254 und 2,54 mm; aus diesem plattenförmigen Lithiumblech wird ein Lichtium-Aufnahmegefäß geformt. Das Lithium- n> blech 15 hat einen ersten und einen zweiten Seitenlappen 16 bzw. 17, die seitlich über die Ausnehmung 10 des Gesenkes 9 um mehr als die Hälfte der Breite der Ausnehmung 10 vorstehen. Das Lithiumblech 15 steht auch über das Ende 11 der Ausnehmung 10 hervor und weist dort vorzugsweise ein abstehendes Teil 18 auf. Die Länge des Lithiumbleches 15 kann beliebig gewählt werden, vorzugsweise entspricht sie etwa der halben Länge der Ausnehmung 10. Die Länge hat nur einen Einfluß auf die Abmessungen der fertigen Batterie, jedoch wird die Länge durch die Länge eines Werkzeuges 22 bestimmt, das weiter unten beschrieben wird.

In F i g. 2 ist ein weiteres Formstück 19 mit einem Teil 21 und einem Werkzeug 22 dargestellt, welches Werkzeug im wesentlichen in die Ausnehmung 10 paßt. Das Werkzeug 22 des Formstückes 19 wird über das Lithiumblech 15 gelegt und in die Ausnehmung 10 hineingedrückt, so daß sich das Lithiumblech an die Form der Ausnehmung 10 anpaßt. Das Werkzeug 22 ist ·»" als Teilwerkzeug ausgebildet, d. h. es hat eine relativ geringe Höhe. Auf dieses Werkzeug 22 wird anschließend ein Kathodenstromkollektor 25 derart aufgelegt, daß sein Anschlußdraht über das abstehende Teil 18 vorsteht.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, umfaßt der Kathodenstromkollektor 25 einen Anschlußdraht 26 mit einem Isolierüberzug 27 aus Kunststoff. Der Anschlußdraht 26 besteht vorzugsweise aus einem dünnen Zircon- oder Platinstreifen, der Isolierüberzug vorzugsweise aus einem Fluor enthaltenden Kunststoff, beispielsweise einem Kunststoff mit dem Warennamen Halar. Der Kathodenstromkollektor weist weiterhin einen Positionierrahmen 28 mit im wesentlichen offener, rechteckiger Form auf, dessen eine Seite an das Ende 11 der Ausnehmung 10 paßt. Die Außenabmessungen des Positionierrahmens 28 sind derart gewählt, daß sie im wesentlichen dem inneren Querschnitt des Lithium-Gefäßes entsprechen. Der Positionierrahmen 28 besteht ebenfalls aus einem Fluor enthaltenden Kunststoff, ⁵ⁿ beispielsweise aus Halar und ist mittels Heißsiegelung oder durch Kleben am Anschlußdraht befestigt.

Durch Form und Größe des Positionierrahmens 28 können der Kathodenstromkollektor und insbesondere der Anschlußdraht bei der Herstellung der Zellen genau positioniert werden. Ein Anodendraht 30 mit einem vorzugsweise ebenfalls aus Halar bestehenden Isolierüberzug 31 wird zeitweilig am Isolierüberzug 27 des Kathodenanschlußdrahtes 26 befestigt, beispielsweise mit Hilfe eines Klebebandes. Wenn dies auch nicht unbedingt notwendig ist, so erleichtert die Befestigung des Anodendrahtes am Kathodenanschlußdraht vor der Positionierung des Kathodenanschlußdrahtes die Herstellung der Batterie erheblich. Wenn der Kathodenstromkollektor 25 auf dem ersten Teilwerkzeug 22 angeordnet ist, dann wird ein zweites Teilwerkzeug 23 ausgerichtet und mit Hilfe von Stiften 24 über den Kathodenstromkollektor gelegt Das zweite Teilwerkzeug 23 weist eine Ausnehmung 23a zur Aufnahme des Kathodenanschlußdrahtes auf.

In der in Fig.4 gezeigten Weise wird daraufhin der Seitenlappen 16 des Lithiumbleches 15 über das zweite Teilwerkzeug 22 gefaltet. Anschließend wird der Kathodenanschlußdraht 26 über den Seitenlappen 16 nach unten gebogen und an diesem angelegt. Wenn der Anodendraht 30 am Kathodenanschlußdraht 26 befestigt ist, wird er zusammen mit dem Anschlußdraht 26 bewegt und liegt parallel zu diesem. Jedoch wird der Anodendraht 30 nicht unter dem Seitenlappen 16 gelegt Anschließend wird der Seitenlappen 17 über den Anschlußdraht 26 und den Seitenlappen 16 gefaltet. Wenn jedoch der Anodendraht 30 am Kathodenanschlußdraht 26 befestigt ist, dann muß man den Seitenlappen 17 unter den Anodendraht 30 falten, indem man den Anodendraht 30 beim Falten anhebt.

Anschließend wird das Gesenke 9 entfernt, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist. Das obere Teil des Lithiumbleches 15 wird dann zusammen mit dem abstehenden Teil 18 an die Krümmung der Teilwerkzeuge 22 und 23 angepreßt, wie dies aus F i g. 5a ersichtlich ist. Überstehendes Material wird an den Kanten 34 entfernt und die Kanten werden ebenfalls so gepreßt, daß sie sich im wesentlichen an die Konturen der Teilwerkzeuge anpassen.

In der aus F i g. 6 ersichtlichen Weise wird daraufhin das Gesenke 9 wieder angelegt. Ein kleines Lithiumblech 35 wird an einer Seite des Lithiumgefäßes angeklebt, vorzugsweise auf derselben Seite, auf welcher der Kathodenanschlußdraht 26 eingebettet ist, so daß es über den Anodenanschlußdraht 30 liegt und mit diesem in elektrischem Kontakt steht. Das Lithiumblech 35 bildet zusammen mit dem Anodendraht 30 einen Anodenstromkollektor. Vorzugsweise wird ein Lithiumverstärkungsblech 36 auf das Lithiumblech 35 aufgelegt, wie dies aus F i g. 7 ersichtlich ist. Es bettet den Anodendraht 30 innerhalb einer Lithiumwand ein, die von Lithiumblech 36 gebildet wird. Anschließend wird ein zweites Teil 9a des Gesenkes 9 mit einer entsprechenden Ausnehmung 10a auf das Gesenke 9 aufgelegt und dort mittels Stiften 8 gehalten. Das Gesenke 9 und das Formstück 19 werden dann mit einem Druck von etwa 48,25 bar zusammengepreßt, so daß die Ränder der zusammengefalteten und aufeinandergelegten Lithiumbleche miteinander kaltverschweißt werden. Daraufhin wird das Lithium-Aufnahmegefäß zusammen mit dem Kathodenstromkollektor herausgenommen und mit Röntgenstrahlen untersucht, um sicherzustellen, daß keine unerwünschten öffnungen existieren. Der durch die Form oder das Gesenke erzeugte Druck reicht aus, urn sowohl den Kathodenanschlußdraht 26 als auch den Anodendraht 30 in das Lithium einzubetten. Es ist dabei besonders wichtig, daß der Kathodenanschlußdraht derart in das Gefäß eingebettet ist, daß die Länge eines möglichen Leckweges möglichst groß wird.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß man die Form oder das Gesenke 9 in der in den F i g. 1 bis 6 gezeigten Weise verwenden kann, daß man auf den Einsatz dieser Form aber auch bis zum letzten Herstellungsschritt (F i g. 7) verzichten kann, in welchem das Lithium-Aufnahmegefäß schließlich gepreßt wird. Wenn man das Gesenke 9 erst zum Zusammenpressen verwendet, dann benützt man nur das Formstück 19 und insbesondere die Teilwerkzeuge 22 und 23, wobei der Kathodenstromkollektor 25 zwischen den beiden Teilwerkzeugen angeordnet wird, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist Danach

wird in der in F i g. 4 gezeigten Weise vorzugsweise mit einem am Kathodenanschlußdraht 26 befestigten Anodendraht 30 das Lithiumblech um die Teilwerkzeuge 22 und 23 gefaltet. Die anhand der Fig.4 bis 7 beschriebenen Verfahrensschritte bleiben unverändert. Die Form 9 wird also bei dieser alternativen Herstellungsweise erst im letzten Schritt der Kaltverschweißung verwendet.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, umfaßt das fertige Gefäß 40 ein geschlossenes Ende 41, dessen Form durch das Ende il der Ausnehmung 10 bestimmt ist, und ein offenes Ende 42. Die Länge des Gefäßes 40 vom geschlossenen Ende 41 zum offenen Ende 42 wird durch die Länge des Lithiumbleches 15 und durch die Länge der Teilwerkzeuge 22 und 23 bestimmt. Man erkennt, daß man die Länge des Gefäßes in großen Bereichen variieren kann, wobei man die Länge der Teilwerkzeuge vorzugsweise derart wählt, daß mit ihnen die wichtigsten kommerziellen Größen herstellbar sind.

Das Gefäß 40, im folgenden auch als Aufnahmegefäß bezeichnet, wird daraufhin durch das offene Ende 42 mit Kathodenmaterial 43 gefüllt. Das Kathodenmaterial 43 ist ein »charge-transfer«-Komplex eines organischen Materials und aus Jod. »Charge-transferw-Komplexe stellen eine bekannte Materialklasse mit zwei Komponenten dar, von denen die eine ein Elektronendonator, die andere ein Elektronenakzeptor ist. Die beiden Substanzen bilden schwach gebundene Komplexe, deren elektronische Leitfähigkeit größer ist als die ihrer Komponenten. Die Komplexverbindungen sind im chemischen Gleichgewicht mit kleinen Mengen freien Jods, welches für die elektrochemischen Reaktionen verfügbar ist. Kathoden aus innigen Mischungen von Komplexverbindungen geringer Leitfähigkeit mit Graphitpulver oder inertem Metall besitzen hohe Leitfähigkeiten und zeigen Leistungen, die mit denen solcher Zellen vergleichbar sind, welche Verbindungen mit hoher Leitfähigkeit enthalten. Geeignete Komplexverbindungen lassen sich dadurch herstellen, daß man als organischen Elektronenspender polyzyklische aromatische Verbindungen verwendet, beispielsweise Pyrol, Anthracen oder dergleichen; ferner kommen hierfür in Frage organische Polymerisate wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinyle oder auch heterozyklische Verbindungen mit Stickstoff- oder Schwefelgehalt, beispielsweise Phenothiazin, Phenazin und dergleichen. Vorzugsweise umfaßt die bei der erfindungsgemäßen Zelle verwendete, ladungsübertragende Verbindung eine Mischung aus Jod mit festem Poly-2-Vinylpyridin I₂ oder mit Poly-2-Vinylchinolin 12.

Als Elektrolyt findet vorzugsweise Ltihiumjodid Anwendung, weiches in situ dadurch hergesielii wird, daß man die Anoden- und Kathodenflächen miteinander in Berührung bringt, so daß das Lithium mit dem Jod in der Kathode reagiert und eine feste Lithiumjodid-Elektrolytschicht bildet, die überall in Kontakt sowohl mit der Anode als auch mit der Kathode ist. Alternativ könnte der Elektrolyt auch eine Lithiumjodid- oder allgemein eine Lithiumhalogenidschicht auf der Lithiumanode sein, die durch Reaktion des Lithiums mit Jod oder einem anderen Halogen hergestellt wird.

Das Kathodenmaterial wird auf eine Temperatur zwischen 933 und 107,2⁰C erhitzt, bis es fließfähig ist. Das Aufnahmegefäß 40 wird dann mit dem heißen Kathodenmaterial 43 vollständig gefüllt; dabei bildet sich der Elektrolyt in situ.

Die über das Niveau des eingeführten Kathodenmaterials hervorstehenden Seitenwände 40a und 40i> werden mittels eines schraubstockähnlichen Werkzeuges 44 mit einem Druck von etwa 207 bar zusammengepreßt, so daß die öffnung 42 durch Kaltverschweißung geschlossen wird. Die zusammengedrückten Wände werden dann in der aus Fig. 12 ersichtlichen Weise umgefaltet. Die gesamte Einheit wird anschließend in ein Gesenke 45 eingesetzt. Die Oberseite der Zelle wird dann mit einem Stempel 46 in das Kathodenmaterial 43

ίο eingepreßt. Der Stempel 46 hat eine Ausnehmung 47 zur Aufnahme der Kathoden- und Anodenanschlußdrähte 26 bzw. 30. Dabei werden die umgefalteten, zusammengepreßten Seitenflächen des Gehäuses zu einer absolut dichten Einheit verbunden, die dicht an dem Kathoden-

i^r> material 43 anliegt und parallel zur Oberfläche des Kathodenmaterials verläuft.

Diese Zelle wird vorzugsweise mit einer dünnen Schicht versehen, die eine Dicke zwischen 0,127 und 0,381 mm aufweist und beispielsweise aus einem Fluor

2(i enthaltenden Kunststoff besteht, etwa aus Halar oder Teflon. Diese dünne Schicht wirkt sowohl als elektrische Isolierung als auch als zusätzliche Dichtung, die einen Austritt des Kathodenmaterials oder des Depolarisierungsmaterials verhindert.

Ein Halteelement 48 aus Halar wird anschließend in der aus Fig. 14 ersichtlichen Weise am Gefäß 40 und am Kathodenanschlußdraht 26 sowie am Anodendraht 30 festgeklebt. Verbindungsstücke 51 und 52 werden an dem Kathodenanschlußdraht 26 bzw. am Anodendraht 30 festgelötet. Wie man aus F i g. 14 erkennen kann, sind die Verbindungsstücke 51 und 52 vorzugsweise oberhalb des Deckels 44 parallel zu diesem verlaufend angeordnet. Anschließend werden das Halteelement 48 und die Drähte 26 und 30 um 90° gebogen, so daß die Verlängerungsstücke im wesentlichen in der Mitte oberhalb des Aufnahmegefäßes angeordnet sind, wie aus F i g. 15 ersichtlich. Ein Abdeckelement 54 wird dann oberhalb des Deckels 44 angeordnet; es weist zwei durch das Abdeckelement hindurchtretende Anschlüsse 56 und 57 auf, die mittels Glasdichtungen 58 bzw. 59 fest und abgedichtet im Abdeckelement gehalten sind. Der Kathodendraht und der Anodendraht sind um 90° gebogen und ihre Verbindungsstücke werden mit den Anschlüssen 26 bzw. 27 in der aus F i g. 17 ersichtlichen Weise verlötet. Ein Isolationsplättchen 61, beispielsweise ein Glimmerplättchen mit einer Dicke von 0,076 mm, wird zwischen die Unterseite des Abdeckelementes 54 und die Verbindungsstücke 51 und 52 gelegt. Zylindrische Abstandselemente 62 und 63 werden zwischen dem Isolierplättchen 61 und dem Deckel 44 des Gefäßes angeordnet. Wie aus Fig. 18 ersichtlich, bestehen die Abstandslernente vorzugsweise aus einem keramischen Material und weisen einen Schlitz 64 auf, der die entsprechenden Verbindungsstücke und den zugeordneten Anschluß beidseitig umgibt Die Abstandselemente 62 und 63 werden auf der Oberseite des Deckels 44 und an der Unterseite des Isolationsplättchens 61 in der aus 18 ersichtlichen Weise festgeklebt

Die in Fig. 18 gezeigte Anordnung wird in ein äußeres Gehäuse 65 eingesetzt, das vorzugsweise aus Edelstahl besteht. Die Anordnung wird in diesem Gehäuse im wesentlichen im Klemmsitz gehalten, jedoch wird sie noch mittels eines Klebstoffes darin befestigt Nach dem Einsetzen in das Gehäuse wird der Außenrand des G ehäuses 65 mit dem Abdeckelement 54 verlötet so daß die gesamte Batterieanordnung" hermetisch abgedichtet ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

130 2U/262

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Jod-Zelle, bei welcher die netagive Elektrode aus Lithium die übrigen aktiven Bestandteile der Zelle vollkommen und ohne freien Raum umschließt, bei welchem Verfahren man ein Lithiumaufnahmegefäß mit einer Öffnung an der Oberseite aus einem Lithiumblech faltet, die übereinandergefalteten Lithiumblechteile kalt miteinander verschweißt und das jodhaltige, aktive Material durch die Öffnung in das Gefäß eingießt, so daß es im Gefäß unterhalb de Öffnung steht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Seitenteile der Öffnung oberhalb des aktiven Materials zusammenpreßt und dadurch kalt verschweißt und daß man die zusammengepreßten Teile anschließend in das aktive Material faltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Seitenteile der Öffnung mit einem Druck von etwa 207 bar zusammenpreßt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das aktive Material vor dem Einfüllen in das Gefäß erhitzt, um dessen Fließfähigkeit zu erhöhen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Lithiumgefäß zum Umfalten der zusammengepreßten Seitenteile in ein Gesenke einführt, so daß das Gefäß im wesentlichen an seiner gesamten Oberfläche an der Innenwand des Gesenkes anliegt.