DE3011422C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit einem hermetisch dicht verschlossenen Gehäuse aus Kunststoff, welches mit Polanschlüssen versehen ist.

Zur Verwendung als Gerätebatterien für den Antrieb von Kleinstmotoren in z. B. Werkzeugen oder im Modellbau sind neurdings Knopfzellen, beispielsweise vom Ag₂O-Zn-System entwickelt worden, bei denen das herkömmliche Metallgehäuse, bestehend aus Napf und Deckel, durch entsprechende Halbteile aus Kunststoff abgelöst ist.

Während bei der Metallausführung die einwandfreie Schließung der Zelle über den Bördelvorgang kritisch geblieben ist, stellt die dichte Verbindung zweier Kunst­ stoffgehäuseteilchen entlang ihrer Randzone durch das Mittel der Ultraschall­ schweißung kein Problem dar.

Andererseits hat sich bei der Kunststoffknopfzelle die Gefahrenzone für das Undichtwerden und einen möglichen Elektrolytaustritt zu den Ableiter-Durch­ führungen hin verlagert. Zwar zeichnet sich der thermoplastische laugebeständige Gehäusekunststoff, beispielsweise Polypropylen oder Polyamid, durch gute An­ schmiegsamkeit an andere Werkstoffe aus, langfristig jedoch beginnt sich, zumal bei nachlassendem Anpreßdruck, der anfangs dichte Kunststoff-Metall-Verbund zu lösen, so daß die Grenzfläche für den Elektrolyten zunehmend durchlässig wird.

Um wenigstens den Ausfall einer Zelle durch Leckwerden zeitlich möglichst weit hinauszuschieben, hat man in der deutschen Offenlegungschrift 29 36 857 bereits vorgeschlagen, die Ableiterdurchführung zwischen einem inneren und einem äußeren Polanschluß labyrinthartig durch das Innere der Gehäusewand hindurch­ zuführen und dem Elektrolyten dadurch einen langen Kriechweg aufzuzwingen. Die Kontaktierung der Leiterbahn-Enden mit dem inneren und äußeren Polanschluß geschieht dort auf konventionell-mechanische Weise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kunststoffknopfzellen ein Aus­ führungsprinzip für die Ableiterdurchführung durch die Gehäusewand anzugeben, das sich für eine rationelle Fertigung eignet und das andererseits hinter dem erreichten technischen Stand der Sicherheit vor Elektrolytaustritt nicht zurück­ steht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Gehäuse­ halbteil auf seiner Innenseite und seiner Außenseite mit einer galvanisch oder stromlos aufgebrachten Metallbeschichtung als innerem und äußerem Polanschluß versehen ist und daß die Metallbeschichtung durch eine Metallbrücke, die eine im Gehäusehalbteil angeordnete Öffnung flüssigkeitsdicht ausfüllt, untereinander homogen verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Metallbeschichtung der Gehäusehalbteile kann grundsätzlich nach Methoden erfolgen, wie sie in der Galvanotechnik, Verfahren einer stromlosen Metallisierung in chemischen Bädern eingeschlossen, bei Kunststoffteilen üblich sind.

Der erste Schritt besteht darin, daß das absolut fettfreie Gehäusehalbteil beidseitig mit einer Ätzflüssigkeit behandelt wird, um für die Haftung der Metallauflage eine gute Oberflächenrauhigkeit zu schaffen. Zentrisch wird dann durch Einpressen, Einkleben, Nieten oder Bonden ein Metallstück eingebracht und die übrige Kunst­ stoffoberfläche durch Niederschlagen von Metallkeimen aus einer Metallsalzlösung, die chemische Reduktionsmittel enthält, leitend gemacht. Bei einer anschließenden Galvanisierung wird das Metallstück als Brücke zwischen dem inneren und äußeren Pol in die galvanische Beschichtung einbezogen.

Besonders vorteilhaft läßt sich ein neu entwickeltes Metallisierungsverfahren auf die erfindungsgemäße Durchkontaktierung des Kunststoffgehäuses anwenden. Nach diesem sogenannten PD-R-Verfahren (Physical Development by Reduction, vgl. Galvanotechnik 1977, Heft 11, Seite 3-5) werden Innen- und Außenseite des Gehäuseteils mit einem Substrat imprägniert, welches neben lichtempfindlichem Titandioxid ein Palladiumsalz enthält. Bei Bestrahlung mit UV-Licht werden aus dem TiO₂ Elektronen freigesetzt und Pd²⁺-Ionen in fotochemischer Reaktion zu Pd-Keimen reduziert. Diese sind der Katalysator für die anschließ­ ende Metallisation, die galvanisch oder besonders zweckmäßig z. B. in einem stromlosen Nickelbad erfolgen kann.

Bereits vor dieser Behandlung wird das Gehäuseteil anstelle des oben­ genannten Metallstücks mit einer zentrischen Öffnung oder Bohrung versehen, deren Durchmesser in der Größenordnung eines Zehntelmilli­ meters liegt. Bei dieser Größe wächst das die Polanschlüsse bildende Metall im Zuge des Beschichtungsvorganges auch von beiden Seiten her in die Öffnung hinein und füllt diese schließlich ganz aus, sobald eine bestimmte Metallmenge zur Abscheidung gebracht ist. Die Metallauflagen des Gehäusehalbteils sind nunmehr durch eine Metallbrücke homogen miteinander verbunden.

Mit großem Vorteil können für das präzise Einbringen der kleinen Öffnungen in die Gehäusewand Arbeitstechniken wie Laser- oder Elek­ tronenbestrahlung angewandt werden, mit denen ein auf kleinsten Raum konzentrierter Energiefluß, also eine hohe Leistungsdichte zur Ver­ fügung steht.

Um ggfls. die Metallabscheidung innerhalb der Öffnung von Inhomogeni­ täten zu befreien oder verbliebene Hohlräume auszufüllen, empfiehlt es sich, den Bereich der Öffnung kurzzeitig zu erwärmen, so daß das dort abgeschiedene Metall schmelzflüssig wird. Hierzu sind wiederum Laserstrahlen, Elektronenstrahlen oder auch Mikroplasmastrahlen geeignet.

Fig. 7 zeigt eine Kunststoffknopfzelle gemäß der Erfindung, bestehend aus dem Becherhalbteil 1, dem Deckelhalbteil 2 und bestückt mit der positiven Elektrode 3, der negativen Elektrode 4, dem Separator 5 und dem Elektrolytquellblatt 6.

Beide Gehäusehalbteile 1, 2 sind durch die Metallbeschichtung 7 jeweils mit einem inneren und einem äußeren Polanschluß versehen. Indem die ursprüngliche Bohrung 8 beim Aufgalvanisieren der Metallschichten zuge­ wachsen ist, sind Innen- und Außenpol durch die das Bohrungsvolumen nunmehr ausfüllende Metallbrücke kontaktiert. Nach der Montage werden die Gehäusehalbteile längs der Passungszone 9 mittels Ultraschall­ schweißung hermetisch dicht verschlossen.

Aus der Fig. 1 ist leicht zu erkennen, daß durch die beidseitige Me­ tallplattierung der Gehäusehalbteile ein Kriechweg geschaffen ist, der mindestens 2mal dem Radius der Zelle entspricht.

Claims (5)

1. Galvanisches Element mit einem hermetisch dicht verschlossenen Gehäuse aus Kunststoff, welches mit Polanschlüssen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Gehäusehalbteil auf seiner Innenseite und seiner Außenseite mit einer galvanisch oder stromlos aufgebrachten Metallbeschichtung (7) als innerem und äußerem Polanschluß versehen ist und daß die Metallbeschichtungen durch eine Metallbrücke, die eine im Gehäusehalbteil (2) angeordnete Öffnung (8) flüssigkeitsdicht ausfüllt, untereinander homogen verbunden sind.

2. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Innenseite und die Außenseite zumindest eines Gehäsehalbteils eine Metallbeschichtung galvanisch oder stromlos aufgebracht wird, und daß eine in das Gehäusehalbteil eingebrachte Öffnung während der Beschichtung durch sich abscheidendes Metall flüssigkeitsdicht ausgefüllt wird und dadurch beide Metallauflagen homogen verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbringung der Metallbeschichtung die Innenseite und die Außenseite des Gehäuseteils in an sich bekannter Weise mit einem Substrat, bestehend aus einem lichtempfindlichen Material und einem reduzierbaren Metallsalz, imprägniert werden, daß die Imprägnierungsschicht die Einwirkung von UV-Licht ausgesetzt wird und daß anschließend in einem galvanischen oder stromlosen Bad aufmetallisiert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im Gehäuseteil durch Laser oder Elektronenstrahl hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Öffnung, die die Metallbrücke enthält, nach der Metallbeschichtung einer Erwärmung unterzogen wird.