DE3000469C2

DE3000469C2 - Zylindrisches elektrochemisches Element

Info

Publication number: DE3000469C2
Application number: DE3000469A
Authority: DE
Inventors: Guy Neuville de Poitou Gelin
Original assignee: Saft-Leclanche Sa Poitiers Fr
Current assignee: Saft-Leclanche Sa Poitiers Fr
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-08
Publication date: 1982-04-08
Also published as: SE8000246L; CH634173A5; NO794273L; DE3000469A1; IT8067043A0; CA1122651A; IT1127972B; NO149944B; FR2446543A2; NO149944C; US4237199A; FR2446543B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein zylindrisches elektrochemisches Element, dessen positive Elektrode mit der Außenwand in Verbindung steht und von der negativen Elektrode durch einen porösen Separator getrennt ist und dessen negative Elektrode aus einer um einen Stromkollektor herumgewickelten Metallfolie mit einem stark negativen Potential besteht, wobei der Kollektor die Form eines Rohres aufweist, das parallel zur Achse aufgeschnitten und elastisch verformbar ist nach Patent 22 57 723.

In derartigen Elementen 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 zylindrische elektrochemische Elemente durchgeführt, bei denen die aktive Masse der positiven Elektrode ein Feststoff, 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 Kollektorform ist ein Rohr, das parallel zur Achse aufgeschnitten ist. Im Querschnitt bildet das aufgeschnittene Rohr einen unvollständigen Kreis bzw. eine partielle Spirale.

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

ι ο damit zu ungleichmäßiger Stromverteilung führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein zylindrisches elektrochemisches Element der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die negative Elektrode ausreichend vom Stromkollektor gestützt wird, und eine gleichmäßige Stromverteilung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Element der eingangs genannten Art gelöst, bei dem mindestens die beiden in der Nähe der Schnittlinie liegenden Rohrteile des Kollektors komplementär ausgeschnitten sind, so daß sie ineinandergreifen, indem die vorspringenden Bereiche des einen Rohrteiles in die Einschnittbereiche des anderen Rohrteiles 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 Teile 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 eine rechteckige Form haben, wenn der Kollektor in eine Ebene abgerollt wird. Desgleichen weisen die Einschnittbereiche des Stromkollektors eine rechteckige Form auf, wenn der Kollektor in eine Ebene abgerollt wird.

Anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die auf eine Ebene abgerollte Form eines erfindungsgemäßen Kollektors,

F i g. 2 die Form des erfindungsgemäßen Kollektors, die er in einem zylindrischen Element aufweist, und
Fig. 3 einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Elementes.

In F i g. 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 Elementbestandteilen ausreichend widerstandsfähig ist. In diese Folie werden zu beiden Seiten eines Abschnittes 4 rechteckige Einschnittbereiche 3 eingestanzt, so daß vorspringende Bereiche 2 in Form von rechteckigen Zungen übrigbleiben. Jeweils ein rechteckiger Einschnittbereich 3 auf einer Seite des Abschnittes 4 befindet sich in Höhe eines vorspringenden Bereiches 2 der anderen Seite des Abschnittes 4. Wenn somit der Kollektor 1 in seine zylindrische Form bzw. Rohrform gebracht wird, gelangen die vorspringenden Bereiche 2 des einen

Rohrteiles in die Einschnittbereiche 3 des anderen Rohrteiles. Die Breite des Abschnittes 4 ist relativ unerheblich. Es ist wesentlich, daß die Tiefe der Einschnittbereiche 3 zur Aufnahme der vorspringenden Bereiche 2 ausreicht, wenn der Kollektor seinen kleinsten Durchmesser aufweist.

Fig.2 zeigt einen Teil des Kollektors in seiner zylindrischen Form, wenn die Enden der vorspringenden Bereiche 2 in den Einschnittbereichen 3 liegen.

Fig.3 zeigt ein Element im Teilschnitt. Bei diesem Element iandelt es sich um eine Lithiumzelle, deren positive Masse aus einer Lösung von Tetrachloraluminat in Thionylchlorid besteht Das Zellengehäuse 5 des Elementes besteht aas 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 vorspringenden Bereiche 2 nehmen die Einschnittbereiche 3 fast maximal ein. Somit drückt der Kollektor auf die Lithiumfolie 8 und preßt sie auf den Separator 7 und die positive Elektrode 6. 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 Polytetrafluoräthylenscheibe 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 Batteriezefie, deren Gehäuse 5 als positive Klemme dient.

Beim Entladen des Elementes löst sich der in der Nähe des Separators 7 liegende Teil der Lilhiumfolie 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 gedruckt. Die Entladung erfolgt daher gleichmäßig und unterbrechungsfrei.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1
Patentanspruch:

Zylindrisches elektrochemisches Element, dessen positive Elektrode mit der Außenwand in Verbindung steht und von der negativen Elektrode durch einen porösen Separator getrennt ist, und dessen negative Elektrode aus einer um einen Stromkollektor herumgewickelten Metallfolie mit einem stark negativen Potential besteht, wobei der Kollektor die Form eines Rohres aufweist, das parallel zur Achse aufgeschnitten und elastisch verformbar ist nach Patent 22 57 723, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die beiden in der Nähe der Schnittlinie liegenden Rohrteile des Kollektors (1) komplementär ausgeschnitten sind, so daß sie ineinandergreifen, indem die vorspringenden Bereiche (2) des einen Rohrteiles in die Einschnittbereiche (3) des ar.deren Rohrteiles zu liegen kommen, und daß die die negative Elektrode (8) bildende Metallfolie durch mindestens einen parallel zur Zylinderachse verlaufenden Schnitt in mindestens zwei Teile unterteilt ist.