DE2924188C2 - Zellengehäuse für ein galvanisches Element - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Zeliengehäuse für ein galvanisches Element mit einem flüssigen Elektrolyten.
Für die Energieversorgung elektronischer Armbanduhren vom LCD-Typ haben sich beispielsweise die Systeme
AgO/Zn mit alkalischem Elektrolyten und Bi2O3/Li mit organischem Elektrolyten grundsätzlich
bewährt. Theoretisch sind beide Systeme, verpackt in einem Knopfzellengehäuse mit den Abmessungen
0 11,6 χ H 3,6 mm (gemäß lEC-Normgröße SR 42), in
der Lage, die für 5jährige Betriebszeit einer LCD-Uhr vorausgesetzte Energiemenge von ca. 200 mWh abzugeben.
Der derzeitige Stand der Technik hinsichtlich der Dichtigkeit von Knopfzellen erlaubt es jedoch nicht, die
Energieabgabe über eine Betriebszeit von 5 Jahren und mehr auch zu garantieren.
Die konventionelle Dichttechnik baut aus Kunststoffmaterialien auf. So werden im allgemeinen Ringe aus
thermoplastischen, laugebeständigen Kunststoffen wie Polyamid, Polypropylen oder Polysulfon verwendet. Die
Ringe werden durch Bördelung des Napfrandes gegen die Deckelkante soweit verformt, daß sie sich dem Rand
und Oberflächenunebenheiten anschmiegen und dadurch abdichten. Dem erforderlichen Anpreßdruck weichen
plastische Kunststoffe jedoch langfristig durch die Eigenschaft des Kaltfließens aus, so daß die Dichtigkeit
verlorengeht.
Andererseits neigen elastische Kunststoffe wie Kautschuk aufgrund ihrer hohen Rücksteiikräfte dazu, nicht
genügend in Oberflächenvertiefungen entlang der Dichtungszone einzufließen.
Aus der DE-OS 23 42 806 ist eine Kombination aus hartem und elastischem Kunststoff bekannt, die darauf
abzielt, Kaltflußbewegungen des plastischen Kunststoffes durch anpassenden elastischen Druckaufbau seitens
des elastischen Dichtungsteiles abzufangen.
Aus der US-PS 38 91 462 ist es weiterhin bekannt,
eine komplette Knopfzelle in ein zweites dichtes Gehäuse einzubetten. Es ist klar, daß der durch diese Maßnahme
gewonnene Vorteil erhöhter Lecksicherheil mit einer drastischen Reduzierung der Energiedichic erkauft
werden muß.
Im ganzen gesehen ist die hermetische Abdichtung von Knopfzellen über mehrjährige Betriebszeiten hinweg
wegen der stark unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften des Zellgehäusematerials und der Dichtungskunststoffe
bis heute problematisch geblieben.
Man hat daher auf der Suche nach technischen Lösungen noch einen anderen Weg, nämlich der der sogenannten
Keramik- oder Glasdurchführung eingeschlagen. Beispiele solcher Durchführungen gibt die DE-AS
11 15 320 an. Ihr wesentliches Merkmal besteht darin, daß die metallischen Poibolzen oder Ableiter wenigstens
einer Elektrode mit dem keramischen Deckel oder mit einem Einsatzteil aus keramischem Material oder
Glas unmittelbar verschmolzen sind, während der keramische Deckel wiederum an den Innenrand des metallischen
Zellenbehälters angeschmolzen ist
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter weitgehendem Festhalten an der Umrißform der
Knopfzelle eine Gehäusekonstruktion für ein galvanisches Element, insbesondere eine Knopfzelle, anzugeben,
aus welcher während einer Betriebszeit von mehreren Jahren nicht einmal Spuren von Elektrolyt herausdringen
können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse aus einem Keramik- oder Glasring
besteht, der auf beiden Stirnseiten durch Metallplatten
hermetisch verschlossen ist
Einzelheiten des erfindungsgemäßen Zellengchäuses gehen aus der Figur hervor.
Der maximale Durchmeser des abgebildeten Gehäuses 1 beträgt beispielsweise 11,5 mm, die maximale Höhe
3,4 mm. Die Gehäusewandung wird von dem Ring 2 aus porenfreiem oxidkeramischen Material, beispielsweise
hochgeglühtem AI2O3, gebildet. Der Ring kann aber auch aus einem Glas bestehen. Die Stirnseiten 3
des Ringes sind plangeschliffen und metallisiert.
Durch die Metallisierung wird ein guter Haftgrund für die aufzubringenden Metallteile geschaffen. Man
verwendet zweckmäßig zwei verschiedene Metalle, z. B. Mangan und Molybdän in einer Mischung, wobei die
kleineren Mn-Atome imstande sind, tiefer in die Oberflächenrauhigkeit der Stirnseiten einzudringen und die
Metallisierungsschicht auf diese Weise besser zu verankern. Durch Auflöten eines Vakon-Blechs 4 (NiFeCo-Legierung)
auf die untere metallisierte Stirnseite 3 mittels eines Hartlots, beispielsweise einer Legierung
95 Ag 5 Pt, erhält der Keramikring 2 einen dichten Bodenabschluß. Auf die obere metallisierte Stirnseite 3 ist
mit dem gleichen Hartlot ein Metallring 5, ebenfalls aus Vakon, aufgebracht, der mit einem Innendurchmesser
dem Keramikring angepaßt ist, mit seinem Außenrand jedoch über den Keramikring hinausragt. Über den Vakon-Ring
5 ist der Keramikring 2 durch ein Ni-plaltiertes Stahlblech 6 verdeckelt. Die dichte Verbindung zwischen
Vakon-Ring 5 und Stahlblech 6 wird entlang ihrer gemeinsamen Randzone 7 durch Impulsschweißen hergestellt.
Durch das Verschweißen erfahren die Elektroden und der Elektrolyt, die unmittelbar nach dem Auflöten
des Vakon-Ringes 5 in die Zelle eingebracht werden, keine Beeinträchtigung. Mittels einer dem Eleklrodcnsatz
aufliegenden Blattfeder (nicht dargestellt) ist ein guter elektrischer Kontakt zum Bodenblcch 4 und Dck-
kclblcch 6, welche zugleich als Stromableiter dienen, hergestellt.
Außer der hier gezeigten Gehäusekonstruktion gibt es noch weitere, im Rahmen der Erfindung liegende
Möglichkeiten, den Keramikring mit Boden und Deckel 5 zu versehen. So könnten die Metallplatten 4,6 beispielsweise
als Kappen ausgebildet sein, welche den Keramikring 2 umspannen. Hierbei ist es wichtig, die Metall-
und Keramikteile auch unter dem Gesichtspunkt auszuwählen, daß sii möglichst stark unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten
besitzen. Man erreicht dann eine dauerhafte Iotfreie Verbindung dadurch, daß beide Teile auf unterschiedliche Temperaturen gebracht
und zusammengefügt werden. Nach Temperaturausgleich wird die aus der Differenz der Längenausdehnung
resultierende Spannung zum Zusammenhalten der Teile und damit zum Zeilenverschluß benutzt Da die
thermische Ausdehnung der Keramik oder des Glases allgemein gering ist, wird man in der Regel die Wärmebehandlung
auf das Metall beschränken können, so daß auch in diesem Falle der beim Verdeckein bereits eingefüllte
Elektrolyt von unzulässiger Erhitzung verschont bleibt.
Ein zusätzlicher Vorteil bei dieser Ausführungsform der Erfindung liegt darin, daß alle Metall-Keramik-Verbindungen
lotfrei sind und daher keinen Anlaß zu Korrosionserscheinungen geben können.
Die Metallplatten 4, 6 können auch einfach auf den Keramikring 2 aufgepreßt werden, nachdem die Stirnseiten
3 mit einer Auflage aus einem weichen, luftbsrständigen
Metall versehen worden sind. Hierzu eignet sich besonders Indium, das sich wegen seiner hohen
Duktilität leicht mit Oberflächenrauhigkeiten des Ringmaterials verzahnt Die Indium-Dichtung erspart so das
Metallisieren und Hartverlöten.
Das mögliche Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich über alle Bereiche, in denen z. Zt Ni/Cd-Akkumulatoren
sowie Primärzellen verschiedener Systeme in der Knopfzellenform eingesetzt werden. Dazu
gehören insbesondere auch die relativ neuen Hochenergiesysteme mit Lithium-Elektroden sowie Uhrenzellen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (5)
1. Zellengehäuse für ein galvanisches Element mit einem flüssigen Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1) aus einem Keramik- oder Glasring (2) besteht, der auf beiden
Stirnseiten (3) durch Metallplatten (4,6) hermetisch verschlossen ist
2. Zellengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallplatten (4, 6) zugleich Kontaktflächen und Stromableiter sind.
3. Zellengehäuse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikring (2) an
beiden Stirnseiten (3) metallisiert und auf der einen Seite mittels Hartlot durch eine metallische Bodenplatte
(4) verschlossen ist und daß mit der anderen Seite des Keramikrings (2) ein Metallring (S) hart
verlötet ist, auf den eine Metallplatte (6) als Decke! aufgeschweißt ist
4. Zellengehäuse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die Metallplatten (4,6)
als den Keramikring (2) umschließende Kappen ausgebildet sind.
5. Zellengehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet
daß das Metall der Platten gegenüber der Keramik oder dem Glas einen größeren Temperaturausdehnungskoeffizienten
besitzt.
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Non-Patent Citations (1)
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| NICHTS-ERMITTELT |
Also Published As
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| DE2924188A1 (de) | 1980-12-18 |
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