DE2757920C3 - Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Jod-Zelle - Google Patents
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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. Ferner 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-
ir> 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 (4)
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.
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