DE3000469A1

DE3000469A1 - Zylindrische batteriezelle

Info

Publication number: DE3000469A1
Application number: DE19803000469
Authority: DE
Inventors: Gui Gelin
Original assignee: Saft Leclanche SA
Current assignee: Saft Leclanche SA
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-08
Publication date: 1980-07-31
Also published as: SE8000246L; NO794273L; FR2446543A2; CA1122651A; NO149944C; DE3000469C2; FR2446543B2; IT1127972B; US4237199A; IT8067043A0; NO149944B; CH634173A5

Description

ZYLINDRISCHE BATTERIEZELLE Erster Zusatz zur deutschen Patentanmeldung Nr. 22 57-723

Dieser erste Zusatz zur deutschen Patentanmeldung Nr. 22 57 723 betrifft eine zylindrische Trockenbatteriezelle der Art, wie sie im genannten Hauptpatent beschrieben wird; es handelt sich dabei um ein elektrochemisches Element, im folgenden als Batteriezelle bezeichnet, deren positive Elektrode mit der Aussenwandung in Berührung steht und von der negativen Elektrode durch einen porösen Separator getrennt wird; die negative Elektrode besteht aus einer Metallfolie mit einem im Normalzustand stark negativen Potential; diese Folie ist um einen elastisch verformbaren Stromkollektor zylindrischer Form gewickelt, dessen Leitlinie angenähert kreisförmig ist und der zwei nicht zusammenfallende Enden besitzt.

In derartigen Batteriezellen verbraucht sich die negative Elektrode nach und nach mit der Entladung, und wenn die positive Elektrode nicht durch ein entsprechendes Anschwellen die Dickenabnahme der negativen Elektrode ausgleicht,: besteht die Gefahr, dass sich der Abstand zwischen den beiden Elektroden vergrössert und der Ionenkontakt unterbrochen wird. Der Kollektor dient daher dazu, die negative Elektrode zur positiven Elektrode hin zu drücken, indem er durch mechanische Federwirkung seinen Durchmesser erweitert.

Im Hauptpatent wurde die Untersuchung für Batteriezellen durchgeführt, bei denen die aktive Masse der Kathode ein Feststoff

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wie beispielsweise Kupferoxid, Silberchromat oder Kupfersulfid ist. In solchen Fällen lagert sich das entladene Lithium in Oxidform in den Poren der positiven Elektrode ab, was zu einer Volumenvergrösserung dieser positiven Elektrode führt und teilweise die Volumenabnahme der negativen Elektrode ausgleicht.

Bei einer positiven Elektrode mit unveränderlichem Volumen, wie im Falle von Zellen mit flüssiger aktiver Masse für die positive Elektrode, ist das Problem anders gelagert. Die positive Elektrode ist dann ein einfacher Kollektor, der in seinen Poren die negativen Entladungsprodukte ohne Volumenänderung aufnimmt. Der negative zylindrische Kollektor muss daher die Möglichkeit besitzen, seinen Durchmesser stärker zu vergrössern, als es bei den im Hauptpatent beschriebenen Kollektorformen vorgesehen war. Die im Hauptpatent vorgeschlagene Kollekt.roform sollte so sein, dass die Leitlinie ein unvollständiger Kreis bzw. eine partielle Spirale ist.

Bei einem unvollständigen Kreis darf das fehlende Kreisumfangsstück nicht zu gross werden, da sonst die Rolle als Kollektor nicht mehr angemessen erfüllt wird bzw. die negative Elektrode nicht mehr ausreichend gestützt wird.

Bei partieller Spiralenform muss die gespannte Feder über eine erhebliche Länge des Kreisbogens eine doppelte Dicke besitzen, was zu Verformungen und damit zu ungleichmässiger Stromverteilung führt.

Dieser Zusatz soll diese Nachteile beheben.

Gegenstand des Zusatzpatents ist eine zylindrische Batteriezelle, deren positive Elektrode mit der Aussenwand in

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Verbindung steht und von der negativen Elektrode durch einen porösen Separator getrennt ist, und deren negative Elektrode aus einer tarn einen elastisch verformbaren Stromkollektor herumgewickelten Metallfolie besteht, wobei der Kollektor die Form eines Zylinders aufweist, dessen Leitlinie angenähert kreisförmig ist und der zwei nicht zusammenfallende Enden besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden .. in der Nähe der genannten Enden liegenden Zylinderteile des Kollektors komplementär ausgeschnitten sind, so dass sie ineinandergreifen, indem die vorspringenden Bereiche des einen Zylinderteils in die Enschnittbereiche des anderen Zylinderteils zu liegen kommen, und dass .die die negative Elektrode bildende Metallfolie durch mindestens einen parallel zur Zylinderachse verlaufenden Schnitt in mindestens zwei Teile unterteilt ist.

So bewahrt der als Feder wirkende Kollektor äusserlich seine Zylinderform unabhängig von seiner Verwindung und übt gleichzeitig auf die Metallfolie eine gleichmässig verteilte Zentrifugalkraft aus. Wegen ihrer Unterteilung in mehrere Abschnitte bleibt die um den Kollektor herumgewickelte Metallfolie ständig auf den porösen Separator gedrückt. Die bevorzugte Form der vorspringenden Bereiche der Kollektorränder ist gleichzeitig auch die einfachste, d.h. Zungen, die auf eine Ebene abgerollt rechteckig sind und im Zylinder von Kreisbögen, deren Ebene senkrecht zur Zylinderachse verläuft, und von Mantellinienabschnitten des Zylidners begrenzt werden.

Anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung

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wird die Erfindung nun verdeutlicht. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die auf· eine Ebene abgewickelte Form eines erfindungsgemässen Kollektors,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemässen Kollektors in der angewandten Form, und

Fig. 3 ein Beispiel für eine erfindungsgemässe Batteriezelle.

In Fig. 1 wird mit 1 ein erfindungsgemässer Kollektor bezeichnet, der hier auf eine Ebene abgewickelt flach dargestellt ist, so wie er vor seiner Formung ausgestanzt wird. Im hier beschriebenen Beispiel wird er aus einer Folie aus rostfreiem Stahl ausgestanzt, jedoch kann jedes Metall verwendet werden, das einerseits die erforderlichen elastischen Eigenschaften besitzt und andererseits gegenüber den Batteriezellenbestandteilen ausreichend widerstandsfähig ist. In diese Folie werden zu beiden Seiten eines Abschnitts 4 rechteckige Ausschnitte 3 eingestanzt, so dass Zungen 2 übrigbleiben. Jeweils ein rechteckiger Ausschnitt 3 auf einer Seite des Abschnitts 4 befindet sich in Höhe einer Zunge 2 der anderen Seite des Abschnitts 4. Wenn somit der Kollektor 1 in seine zylindrische Form gebracht wird, gelangen die Zungen 2 einer Seite des Kollektors in die Ausschnitte 3 der anderen Seite. Die Breite des Abschnitts 4 ist relativ unerheblich. Es ist wesentlich, dass die Tiefe der Ausschnitte 3 zur Aufnahme der Zungen 2 ausreicht, wenn der Kollektor seinen kleinsten Durchmesser aufweist.

Fig. 2 zeigt einen Teil des Kollektors in seiner

zylindrischen Form, wo die Enden der Zungen. 2 in den. Ausschnitten 3 liegen.

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BAD ORIGINAL

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Fig. 3 zeigt eine Batteriezelle im Teilschnitt. Bei dieser Batteriezelle handelt es sich um eine Lithiumzelle, deren positive Masse aus einer Lösung von Tetrachloraluminat in Thionylchlorid besteht. Das Zellengehäuse 5 der Batteriezelle besteht aus rostfreiem Stahl und besitzt die Form eines Bechers. Die mit dem Gehäuse 5 in Verbindung stehende positive Elektrode 6 wird aus einem porösen Kohlenstoffring gebildet. Die von der Elektrode 6 durch einen porösen Separator 7 getrennte negative Elektrode 8 ist eine zylinderförmig gebogene und durch einen in Richtung einer Mantellinie verlaufenden Ausschnitt in zwei Halbzylinder unterteilte Lithiumfolie. Innerhalb des so gebildeten Elektrodenzylinders und in engem Kontakt mit den beiden Lithiumhalbzylindern ist ein erfindungsgemässer Kollektor 1 untergebracht. Er wirkt als unter mechanischer Spannung stehende Feder, und die Zungen 2 nehmen die Ausschnitte fast maximal ein. Somit drückt er auf die Lithiumfolie 8 und presst sie auf den Separator 7 und die positive Elektrode Durch eine Isolierscheibe 9 werden die Folie 8 und der Kollektor 1 vom Boden des Gehäuses 5 getrennt.

Oben wird das Gehäuse 5 von mehreren nicht zur Erfindung gehörenden Teilen verschlossen. Ein zylindrisches Teil 16 aus einer Eisen-Nickel-Legierung steht mit dem Kollektor 1 in elektrischer Verbindung, während ein anderes ringförmiges Eisen-Nickel-Teil 12 mit seinem Aussenrand, der dicker als der restliche Ring ist, an das Gehäuse 5 angeschweisst ist. Es ist mit dem Teil 16 mechanisch über eine Glasschweissnaht 17 isolierend verbunden. Eine Polytetrafluorathylenschexbe

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10 schützt den Ring 12 vor den elektrochemischen Bestandteilen der Batteriezelle.

Das zylindrische Teil 16 wird innen durch einen Stopfen 15 aus rostfreiem Stahl verschlossen, der mit ihm abdichtend verschweisst ist. Unter Kraftaufwand wird ein Ring 13 aus rostfreiem Stahl auf das Teil 16 gesteckt und mit ihm verschweisst. Vom Ring 12 wird der Ring 13 durch eine Polytetrafluoräthylenscheibe 11 getrennt. Auf den Ring 13 wird eine Kappe 14 gesetzt und mit ihm verschweisst. Diese Kappe 14 dient als negative Klemme der Batteriezelle, deren Gehäuse 5 als positive Klemme dient.

Beim Entladen der Batteriezelle löst sich der in der Nähe des Separators 7 liegende Teil der Lithiumfolie 8 nach und nach im Elektrolyten, mit dem der Separator getränkt wird, und füllt die Poren der Elektrode 6. Unter der Wirkung des Kollektors, der die Tendenz hat, seinen Durchmesser durch Entspannung zu vergrössern, bleibt die Folie 8 stets auf den Separator 7 gedrückt. Die Entladung erfolgt daher gleichmässig und unterbrechungsfrei.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht allein auf die hier beschriebene Ausführungsform beschränkt.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte

_{1155O D} Manitz, Finetorvald & Prt-nkw _30Q0463 !München 22, Robert-Koch-StraSs 1

München, den 08.01.1980 Pr-S 3628

SAFT LECLANCHE S.A. Rue Georges Leclanche, 86009 POITIERS, Frankreich

ZYLINDRISCHE BATTERIEZELLE Erster Zusatz, zur deutschen Patentanmeldung. Nr. "22 57 723

PATENTANSPRÜCHE

1 - Zylindrische Batteriezelle, deren positive Elektrode mit der Aussenwand in Verbindung steht und von der negativen Elektrode durch einen porösen Separator getrennt ist und deren negative Elektrode aus einer um einen elastisch verformbaren Stromkollektor herumgewickelten Metallfolie besteht, wobei der Kollektor die Form eines Zylinders aufweist, dessen Leitlinie angenähert kreisförmig ist und der zwei nicht zusammenfallende Enden besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden in der Nähe der genannten Enden liegenden Zylinderteile des Kollektors komplementär ausgeschnitten ist, so dass sie ineinandergreifen, indem die vorspringenden Bereiche des einen Zylinderteils in die Einschnittbereiche, des anderen Zylinderteils zu liegen kommen, und dass die die negative Elektrode bildende Metallfolie

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durch mindestens einen parallel zur Zylinderachse verlaufenden Schnitt in mindestens zwei Teile unterteilt ist.

2 - Batteriezelle gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschnitte von Kreisbögen, deren Ebene senkrecht zur Ebene der Zylinderachse verläuft, sowie von Mantellinienabschnitten des Zylinders begrenzt werden.

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