DE3240806A1 - Galvanic lithium cell - Google Patents
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Abstract
Description
Galvanische Lithiumzelle Galvanic lithium cell
Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit negativer Lithium-Elektrode und zylindrischem Gehäuse; derartige Lithiumzellen werden insbesondere in der Mikroelektronik eingesetzt.The invention relates to a galvanic element with a negative lithium electrode and cylindrical housing; Lithium cells of this type are used in particular in microelectronics used.
Bekannte Elemente nach dem vorstehenden Gattungsbegriff arbeiten mit Rücksicht auf die hohe Reaktivität der Alkalimetallelektrode auf der Grundlage wasserfreier Elektrolytsysteme, vorwiegend jedoch mit organischen Elektrolytlfisungsmitteln.Known elements according to the generic term above work with Consideration of the high reactivity of the alkali metal electrode based on anhydrous Electrolyte systems, but mainly with organic electrolyte solvents.
Der zuweilen beträchtliche Dampfdruck der organischen Flüssig keiten und die Forderung nach einwandfreier Funktion während einer langen Einsatzdauer verlangen einen hermetisch dichten Zellenaufbau. Der Stand der Technik weist viele Vorschläge auf, welche auf die Erfüllung eines Hochstmaßes von Dichtigkeit abzielen und dabei auch noch Maßnahmen zum Schutze der besonders korrosionsanfälliqen Dichtungsanordnungen vorsehen.The sometimes considerable vapor pressure of organic liquids and the requirement for perfect function over a long period of use require a hermetically sealed cell structure. The prior art shows many Proposals on which aim at the fulfillment of the highest level of tightness and also measures to protect the sealing arrangements, which are particularly susceptible to corrosion provide.
Der DE-AS 23 61 223 ist beispielsweise eine miniaturisierte Li/SD2-Zelle mit einem zylindrischen Metallgehäuse und einer zentrisch darin angeordneten Li-Elektrode entnehmbar, deren dornähnlicher Stromableiter durch eine den oberen Raum des Gehäuses ausfüllende Gummidichtung hindurchgeführt ist. Ihre Zuverlässigkeit erhält diese Dichtung durch zwei in die Gehäusewand eingebrachte umlaufende Sicken, die die Gummidichtung radial dicht zusammendrücken, wobei sie von oben her noch dem zusätzlichen Umklammerungsdruck einer Bördelung des Gehäuserandes unterliegt.DE-AS 23 61 223 is, for example, a miniaturized Li / SD2 cell with a cylindrical metal housing and a centrally arranged Li electrode The spike-like current arrester can be removed through the upper space of the housing filling rubber seal is passed through. This preserves your reliability Sealing by two circumferential beads made in the housing wall that form the rubber seal press radially tightly together, with the additional clasping pressure from above the edge of the housing is subject to flanging.
Bei anderen bekannten Zellen, z. B. gemäß US-PS 4.317.869, wird das Problem der Polabdichtung und -isolierung gegen das invers gepolte Metallgehäuse mittels einer; zentrisch im Deckel angebrachten Glas-Metall- oder Keramik-Metalldurchführung gelöst, Der Rand des Deckels ist mit dem Rand des Gehäuseb!thers hermetisch dicht verschweißt.In other known cells, e.g. B. according to U.S. Patent 4,317,869, the Problem of the pole sealing and insulation against the inversely polarized metal housing by means of a; centrically in the lid attached glass-metal or Ceramic-metal bushing solved, the edge of the cover is with the edge of the housing bracket hermetically sealed.
Einen mit dem Becher verschweißten Deckel zeigt auch eine aus der Europäischen Patentanmeldung 35 074 bekannte Zelle. Darüber hinaus weist der schalenförmige Deckel in seiner Mitte eine Abdichtungseinrichtung mit dem Isoliermaterial Glas oder Kunststoff um einen zentrisch die Einrichtung durchdringenden Polstift herum auf. Die dem Zellinnern zugekehrte Oberfläche der Abdichtungseinrichtung ist durch eine Beschichtung aus einem elektrochemisch beständigen, ausgehärteten Silicon-Elastomer besonders geschützt.A lid welded to the cup is also shown by one of the European patent application 35 074 known cell. In addition, the bowl-shaped Cover in its middle a sealing device with the insulating material glass or plastic around a pole pin centrally penetrating the device on. The surface of the sealing device facing the cell interior is through a coating made of an electrochemically resistant, cured silicone elastomer specially protected.
Die bisher bekannten Glas- oder Keramikdurchführungen sind beim Potential des Lithiums gegen eine Reduktion der das Glas bzw. die Keramik bildenden Oxide auf die Dauer nicht immun und unterliegen daher einer von Temperatur und Restfeuchtegehalt abhängigen Korrosion. Bei Dichtungskonstruktionen mit Kunststoffen gibt es solche, die zwar gegen die Elektrolytlösungsmittel beständig sind, aber eine bedenklich hohe Permeabilität gegenüber Luftsauerstoff und Feuchte besitzen.The previously known glass or ceramic bushings are at their potential of lithium against a reduction of the oxides forming the glass or ceramic not immune in the long run and are therefore subject to temperature and residual moisture content dependent corrosion. In the case of sealing constructions with plastics, there are those which are resistant to the electrolyte solvents, but a questionable one have high permeability to atmospheric oxygen and moisture.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Lithium-Zelle nach dem vorstehenden Gattungsbegriff eine weniger aufwendige Dichtungskonstruktion anzugeben, die dennoch den erwähnten Anforderungen vollauf genügt.The invention is therefore based on the object for a lithium cell according to the generic term above, a less complex seal construction which nevertheless fully meets the requirements mentioned.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 versehene Anordnung gelöst.The object is achieved according to the invention by a having the features of characterizing part of claim 1 provided arrangement solved.
Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur, welche den Gesamtsufbau der Lithium-Zelle wiedergibt, er- läutert.The object of the invention is explained below with reference to the figure, which reproduces the overall structure of the lithium cell, purifies.
In der Rundzelle 1 mit dem Metallbecher 2 und dem Metalideckel 3 bildet die Kathode einen aus ringförmigen Elementen 4 zusammengesetzten Ringzylinder, welcher die zentrisch angeordnete Li-Anode 5 mit der Separation 6 umschließt. Der obere Rand der vorzugsweise aus Chromoxid, CrOx, bestehenden Kathode ist mit einem weiteren Separator 7 und einem Elektrolytquellblatt 8 abgedeckt. Der Anodenableiter 9 aus rostfreiem Stahl besi-tzt aie Form eines Nagels, welcher in seinem oberen Bereich einen Flansch 10 aufweist, auf dem die Unterseite des Deckels 3 unter Zwischenlage einer Kunststoffdichtung 11 mit am Kopf 12 des Ableiters hochstehender Kante aufliegt. Auf der Oberseite des Deckels ist unter Zwischenlage einer weiteren Kunststoffdichtung 13 eine Uerschlußscheibe 14 vom gleichen Umfang des Flansches 10 angeordnet. Indem die Ränder von Flansch 10 und Verschlußscheibe 14 in einwärtaweisender Richtung mit schneidenförmigen Vorsprüngen 15 versehen sind, krallen sie sich fest in die Kunststoffdichtungen ein. Die Kunststoffdichtungen 11, 13, beide vorzugsweise aus Polypropylen bestehend, können erfindungsgemäß auch in-einem Stück ausgeführt sein, oder es kann die Dichtung 13 einen als Getter wirkenden Füllstoff enthalten, wie es in der älteren deutschen Patentanmeldung P 31 36 578.7 als Maßnahme gegen das Eindringen von Luftfeuchtigkeit bereits vorgeschlagen wurde. Beispielsweise kann gefülltes Polypropylen als Material der oberen Dichtung 13 verwendet werden. #Dadurch wird die Diffusion von Luftfeuchtigkeit in der Zelle erheblich behindert.Forms in the round cell 1 with the metal cup 2 and the metal lid 3 the cathode is an annular cylinder composed of annular elements 4, which encloses the centrally arranged Li anode 5 with the separation 6. The upper The edge of the cathode, which preferably consists of chromium oxide, CrOx, is connected to another Separator 7 and an electrolyte source sheet 8 covered. The anode arrester 9 from Stainless steel has the shape of a nail, which is in its upper part has a flange 10, on which the underside of the cover 3 is interposed a plastic seal 11 rests with an upright edge on the head 12 of the arrester. On the top of the lid there is another plastic gasket in between 13 a closure disk 14 is arranged from the same circumference of the flange 10. By doing the edges of the flange 10 and sealing disc 14 in an inwardly facing direction are provided with blade-shaped projections 15, they claw firmly into the Plastic seals. The plastic seals 11, 13, both preferably made of Consisting of polypropylene, according to the invention can also be made in one piece, or the seal 13 may contain a filler acting as a getter, such as it in the earlier German patent application P 31 36 578.7 as a measure against the Ingress of humidity has already been suggested. For example, can filled polypropylene can be used as the material of the upper seal 13. #Through this the diffusion of humidity in the cell is significantly hindered.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die gesamte, aus Anodenableiter 9, Deckel 3, Dichtungen 11, 13 und Verschlußscheibe -14 bestehende Anordnung vormontiert, unter einem definierten Druck zusammengepreßt und durch Vernieten fixiert werden kann. Der Preßdruck hängt ab von der Geometrie der in den Dichtungsbereich fallenden Teile und darf weder zu groß sein, weil dann der Kunststoff iegfließt, noch darf er zu klein sein, weil er dann seine komprimierende Wirkung verfehlt.The particular advantage of the invention is that the entire, consisting of anode arrester 9, cover 3, seals 11, 13 and sealing disc -14 Arrangement pre-assembled, pressed together under a defined pressure and riveted can be fixed. The pressing pressure depends on the geometry the parts falling into the sealing area and must not be too large, because then the Plastic flows, nor can it be too small because it is then compressive No effect.
So werden beispielsweise mit einer Flächenpressung von ca.For example, with a surface pressure of approx.
ao N/mm2 Flansch 10 und Uerschlußscheibe 14 zusammengepresst und durch Aufweiten des Ableiterkopfes 12 mit dem ringförmigen Nietwerkzeug die VerschluEscheibe 14 am Ableiterkopf 12 fest verkeilt. Zugleich kommt die erfindungsgemäße Wirkung der Schneiden 15 zur Geltung, indem der Dichtungskunststoff in diesem Bereich permanent verdichtet wird, so daß die Permeation zumindest stark gehemmt ist. Außerdem verhindern die Schneiden ein Ausweichen des Kunststoffes unter dem anstehenden Nietdruck.ao N / mm2 flange 10 and washer 14 pressed together and through Expand the arrester head 12 with the ring-shaped riveting tool, the locking disc 14 firmly wedged on the arrester head 12. The effect according to the invention comes at the same time the cutting edge 15 comes into its own by making the sealing plastic permanent in this area is compressed, so that the permeation is at least greatly inhibited. Also prevent the cutting edges give way to the plastic under the pressure of the riveting.
Das vorgefertigte Paket aus den genannten Teilen wird nunmehr in den mit dem Aktivmaterial bereits gefüllten Gehäusebecher 2 eingeführt und der Deckelrand gegen den Becherrand mittels einer VerschweiBung 16 hermetisch abgedichtet. Die Verschweissung kann bei sehr kleinen Zellen vorzugsweise mit dem Laserstrahl geschehen. Die frei gebliebene Oberseite des Deckels zwischen der Verschlunscheibe 14 und der Verschweißung 16 erhält als Finishing einen selbstklebenden Epoxidharz- oder Bitumenverguß 17, der technisch leicht ausgeführt werden kann.The prefabricated package from the parts mentioned is now in the with the active material already filled housing cup 2 introduced and the lid edge hermetically sealed against the cup rim by means of a weld 16. the In the case of very small cells, welding can preferably be done with a laser beam. The remaining free top of the lid between the closure disc 14 and the Welding 16 is finished with a self-adhesive epoxy resin or bitumen potting 17, which is technically easy to carry out.
Diese Füllmasse bewirkt eine gute Isolation und eine zusätzliche Sperre für evtl. zwischen Deckel und Dichtung auftretende Leckagen.This filling compound provides good insulation and an additional barrier for possible leaks between the cover and the seal.
Erfindungsgemäß abgedichtete Zellen wiesen im Lecktest mit Hilfe des He-Massenspektrographen keine merkliche Leckrate auf, d.h. die Leckrste betrug weniger als 10 Torr ~ 1/sec.Cells sealed according to the invention showed in the leak test with the aid of the He mass spectrographs showed no noticeable leak rate, i.e. the leakage rate was less than 10 Torr ~ 1 / sec.
Selbst nach einer Tempersturschockbehsndlung der Dichtung, bei der die Temperatur in 1 Min. von -1960C auf +50°C wechselte, trat keine Leckage auf.Even after a temperature shock treatment of the seal in which the temperature changed from -1960C to + 50 ° C in 1 min., no leakage occurred.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: VARTA GERAETEBATTERIE GMBH, 30419 HANNOVER, DE |
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |