DE3113309A1

DE3113309A1 - Galvanisches element

Info

Publication number: DE3113309A1
Application number: DE19813113309
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Dr. 8504 Stein Kühl; Helmut Dipl.-Phys. Dr. 6000 Frankfurt Laig-Hörstebrock; Heinz-Werner Dipl.-chem. Dr. 6233 Kelkheim Nientiedt
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1981-04-02
Filing date: 1981-04-02
Publication date: 1982-10-21

Description

Galvanisches Element
Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element, insbesondere einen alkalischen Akkumulator, mit einem Metallgehäuse, welches ein Becherteil und ein gegen dieses elektrisch isoliertes Deckelteil umfaßt und über die Isolierung flüssigkeitsdicht verschlossen ist.
Der praktische Anwendungsbereich der Erfindung erstreckt sich somit auf Knopf- und Rundzellen des alkalischen Typs. Bei diesen Elementen sind die aktiven Bestandteile so im Zellenbecher und im Zellendeckel angeordnet, daß diese Gehäuseteile zugleich die beiden Zellenpole darstellen.
Zur elektrischen Isolierung und mechanischen Abdichtung gegen austretende ElektrolytflUssigkeit werden bis heute überwiegend Kunststoffmaterialien eingesetzt, obwohl die Dichtwirkung mit der Zeit nachläßt, da der Kunststoff dem ursprünglich vom Schließwerkzeug ausgeübten Preßdruck durch plastisches Fließen ausweicht.
Für einen Elektrolytaustritt speziell gefährdet sind jedoch solche Stellen, bei denen das negativ gepolte Gehäuseteil an die Dichtung angrenzt oder allgemein ein negativer Ableiter durch eine Isolierung hindurchgeführt ist.
Unter diesen Vorraussetzungen wird das sogenannte Laugekriechen entlang Spalten und Grenzflächen apßerordentlich begünstigt, und diese Erscheinung geht darauf zurück, daß die Benetzbarkeit eines Metalls potential abhängig ist und daß sich namentlich die Oberfläche eines oxidierbaren Metalls nach vollkommener Reduktion in Kontakt mit Wasser ungehemmt benetzt.
Gemäß DE-OS 2 636 230 ist daher schon vorgeschlagen worden, die Kriechgefahr der Elektrolytlauge im Dichtungsbereich einer Knopfzelle dadurch abzuwenden, daß die Metalloberfläche des Gehäuseteils mit der negativen Polung im Grenzbereich gegen die Dichtung von einer passiven Oxidschicht bedeckt ist, die am Potential der negativen Elektrode nicht reduziert wird. Die zur Erzeugung der Deckschicht durchzuführende Oxidations- und Temperaturbehandlung an dem infrage kommenden Gehäuseteil verlangt große Sorgfalt und ist naturgemäß zeitaufwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kriechfreudigkeit der Elektrolytlauge an der kritischen Schließungszone des Metallgehäuses mit einfacheren Mitteln einzudämmen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metalloberfläche wenigstens des Gehäuseteils mit der negativen Polung im Bereich der Dichtung mit einem Emailleüberzug versehen ist, der eine umlaufende geschlossene Zone bildet.
Die Emaille ist ein getrübtes Glas, welches bekanntermaßen zum Schutz oder zu Dekorationszwecken auf Metalle aufgeschmolzen wird.
Ihre erfindungsgemäße Bedeutung liegt nun darin, daß sie einerseits mit dem metallischen Gehäusematerial eine echte chemische Bindung eingeht, welche durch Oxidbrücken zwischen den im Metall und in dem Email enthaltenden Bestandteilen gebildet wird, und daß sie andererseits ein Nichtleiter ist. Diese Eigenschaften machen es möglich, die Emaille in vorteilhafter Weise ganz für sich allein als Isolier- und Verschlußmaterial für die Gehäuseteile flüssigkeitsdichter Akkumulatorenzellen, insbesondere des Knopfzellentyps, einzusetzen.
Aber auch bei Zellen mit konventionellen Kunststoffdichtungen ist eine erhöhte Absicherung gegen taugeaustritt durch Kriechen dadurch möglich, daß das negativ gepolte Gehäuseteil zumindest über den Bereich seiner Dichtungsfläche emailliert ist, in dem Dichtungspressung herrscht.
Ohne Vorhandensein des Emails wäre das elektrochemisch bedingte Laugekriechen eng an das in der Grenzfläche Metall/Dichtungskunststoff herrschende elektrische Potential gebunden, und ein Unterkriechen des Passungsverbandes Metall/Kunststoff durch den Elektrolyt könnte durch mechanisches Anpressen allein aus den eingangs genannten Gründen auf Dauer nicht verhindert werden.
Da jedoch das Email ein Nichtleiter ist, besteht an der Grenzfläche des nun gebildeten Pressungsverbandes Email/Kunststoff kein elektrisches Potential. Ein elektrochemisch bedingtes Laugekriechen kann somit nicht stattfinden. Auch bietet die chemische Bindung zwischen dem Gehäusemtall und dem Email eine Gewähr dafür, daß Elektrolyt entlang der Metalloberfläche, die selbst potential behaftet ist, nicht unter das Email kriecht und so nach draußen gelangt.
Bei den Emails handelt es sich allgemein um aluminiumhaltige Borosilikatgläser, die oft mehrschichtig auf das Trägermetall, beispielsweise legiertes oder unlegiertes Stahlblech, gegebenenfalls auch eine Kupferlegierung, aufgetragen werden. Man unterscheidet demnach zwischen Grundemails und Deckemails, wobei die Grundemails eine intensive Haftung zwischen der Metalloberfläche und dem mehr glasartigen Deckemail herstellen. Als sogenannte Haftoxide sind NiO und CoO als Bestandteile eines Grundemails mit einem Gesamtanteil von 1 - 3% typisch. Mit dem Deckemail sind praktisch die jeweils gewünschten dekorativen und korrosionstechnischen Eigenschaften verknüpft. Im Hinblick auf den hier vorliegenden Anwendungsfall sind Emails mit einem Zusatz von 5 - 10 % Zr02 besonders empfehlenswert, weil sich diese durch erhöhte Alkalibeständigkeit auszeichnen.
Das Auftragen des Emails auf das Werkstück geschieht durch Tauchen oder Spritzen. Die Email-Bestandteile -ca. 50% von diesen sind SiO2- liegen dabei zunächst in Form einer wäßrigen Schlempe, dem sogenannten Schlicker, vor. Nach Trocknung mittels heißer Luft oder Infrarotstrahluna erfolgt das Einbrennen bei einer vom Emaillehersteller für jedes Produkt angegebenen optimalen Temperatur, die meist in dem Bereich 700 - 9000C liegt, in der Weise, daß man das Werkstück im Emaillierofen eine entsprechende Temperatur annehmen läßt, wobei das Email auf der Metalloberfläche zu einem dünnen geschlossenen Film verschmilzt, dann das Werkstück gegebenenfalls zum Aufstreuen eines vorgetrockneten zweiten Schlickers kurz herausnimmt, so daß das aufgestreute Material gerade fest klebt, und bis zu dessen Schmelze erneut aufheizt.
Der Emailleüberzug bei dem erfindungsgemäßen galvanischen Element sollte je nach den konstruktiven Gegebenheiten eine Stärke von 0,1 - 1,0 mm, vorzugsweise 0,2 - 0,4 mm, und eine Breite von 0,1 - 2,0 mm, vorzugsweise 0,2 - 1,0 mm haben.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen anhand schematisierter Teilansichten von Knopfzellen mögliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Emaillierung.
Figur 1 gibt eine Zelle mit auschließlicher Abdichtung durch Emaille l zwischen einem geschweißten Becher 2 und einem Deckel 3 wieder.
Die Polung der Gehäuseteile ist in diesem Fall für die erfindungsgemäße Emaille-Funktion ohne Belang.
Figur 2 gibt - ebenso wie die nachfolgenden Figuren - eine Knopfzelle in handelsüblicher Form mit Becherteil 2, Deckelteil 3 und zwischen#gelegter Kunststoffdichtung 4 wieder, wobei die nicht dargestellte negative Elektrode jeweils immer im Deckelteil 3 untergebracht ist. Der Deckel kranz ist auf der Unterseite, -einem- Bereich größter Dichtungspressung, mit einer umlaufenden Emaille-Deckschicht 1 versehen.
Figur 3 zeigt eine im Sinne der Erfindung besonders wirksame, da totale Abdeckung des Deckelkranzes mit der Emailleschicht 1.
Figur 4 zeigt alternativ zu Figur 2 die Möglichkeit, statt-auf der Unterseite des Deckel kranzes die Emailleschicht 1 auf seiner Oberseite anzuordnen. Die jeweilige Führung und Breite der umlaufenden Emailleschicht wird nicht zuletzt auch von der Form und Arbeitsweise der verwendeten.Auftragseinrichtung, etwa der'Anordnung von Spritzdüsen, und den Möglichkeiten einer Maskierung der freizuhaltenden Teile des Deckels oder Bechers bestimmt.
Figur 5 zeigt ein weiteres Beispiel für die Anordnung einer Emailleschicht 1 an dem dichtungsseitigen Falzrand des negativ gepolten Deckels 3.
Das Email weist zum Kunststoff hin eine sehr glatte Oberfläche auf, was neben dem Fehlen eines Potentials eine weitere Voraussetzung für gute Dichtwirkung ist.

Claims

Patentansprüche 1I Galvanisches Element, insbesondere alkalischer Akkumulator, mit einem Metallgehäuse, welches ein Becherteil und ein gegen dieses elektrisch isoliertes Deckelteil umfaat und flUsslgkeltsdlcht verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche wenigstens des Gehäuseteils mit der negativen Polung (3) im Bereich der Dichtung mit einem Emailleuberzug (1) versehen ist, der eine umlaufende geschlossene Zone bildet.
2. Galvanisches Element nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Emailleüberzug (1) zugleich elektrische Isolierung und Dichtung ist.
3. Galvanisches Element nach Anspruch l und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Becherteil (2) und dem Deckelteil (3) zusätzlich eine Kunststoffdichtung (4) vorhanden ist und das negativ gepolte Gehäuseteil (3) zumindest über den Bereich seiner Dichtungsfläche emailliert ist, in dem Dichtungspressung herrscht.
4. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emailleuberzug eine Stärke von 0,1 - 1,0 mm, vorzugsweise 0,2 - 0,4 mm bei einer Breite von 0,1 - 2,0 mm, vorzugsweise 0,2 - 1,0 mm besitzt.