DE3413257A1

DE3413257A1 - Galvanisches primaerelement

Info

Publication number: DE3413257A1
Application number: DE19843413257
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dipl.-Ing. Costenoble (FH), 7095 Rainau; Manfred 7090 Ellwangen Scholz
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1984-04-07
Filing date: 1984-04-07
Publication date: 1985-10-24
Also published as: DE3413257C2

Description

Galvanisches Primärelement
Die Erfindung betrifft ein galvanisches Primärelement, insbesondere eine gasdepolarisierte Zelle in Knopfform mit alkalischem Elektrolyten in einem Metallgehäuse, bestehend aus einem das negative Elektrodenmaterial aufnehmenden inneren Anodenbecher und einem äußeren Kathodenbecher, welche mittels einer Kunststoffdichtung elektrisch voneinander isoliert sind, wobei die Dichtung ein an der Innenwand des Anodenbechers anliegendes Flanschteil besitzt.
Gewöhnlich haben Dichtungen von Knopfzellen die Gestalt von flexiblen Fassungsringen mit einem L-Profil sowie einer im Winkelbereich des L umlaufenden Nut, die der Aufnahme des Randes des Anodenbechers bzw. des Gehäusedeckels dient.
Bei den Zellen nach dem eingangs genannten Gattungsbegriff liegen dagegen Dichtungsringe mit einem U-Profil vor. Die beiden U-Schenkel werden gleichsam von einem äußeren und einem inneren Flanschteil gebildet, von denen das äußere die eigentliche Dichtungsfunktion zwischen dem äußeren und dem inneren Gehäusebecher innehat, während das innere Flanschteil unter dem verhältnismäßig geringen Preßdruck seitens der Anodenmasse an der Innenwand des Anodenbechers anliegt.
Den vom Gattungsbegriff erfaßten Primärelementen können beispielsweise die Systeme Mn02/Zn, Ag2/Zn und HgO/Zn, insbesondere jedoch Luft/Zn mit hydrophober Luftkathode zugrundeliegen. Die Anode besteht daher in allen Fällen aus elektrolytgetränktem Zinkpulver, wobei der Elektrolyt durch ein in Pulverform zugesetztes Gelierungsmittel auch gebunden werden kann.
Bei dem Bestreben, das Anodenvolumen bis zur Ebene des Separators auch voll auszunutzen, um einerseits den Innenwiderstand der Zelle möglichst klein zu halten, andererseits eine hohe Kapazitätsausbeute zu erzielen, ist man mit der randvollen Füllung stets auf Schwierigkeiten gestoßen, insbesondere bei dem gelierten Zink, da dieses nicht glattflächig, sondern häufchenförmig im Deckel liegt und beim Fügen mit dem Kathodenbecher von der darin befindlichen Kathode breitgequetscht wird. Schädliche Folgen sind dann z.B. Absonderung von Elektrolytflüssigkeit, die mit der Verschlußbördelung aus der Zelle gepreßt wird, was zu Undichtigkeit führt, oder Ausweichen von Zinkkörnern unter die Dichtung, so daß durch den Bördeldruck der Separator beschädigt und ein lokaler Kurzschluß herbeigeführt werden kann.
Bei Luft/Zink-Zellen mit vorzugsweise geliertem Zink muß einer besonders großen Volumenzunahme bei der Entladung infolge Zinkoxidbildung durch Freihalten eines entsprechenden Ausdehnungsraumes im Anodenbecher Rechnung getragen werden, was eine optimale Dosierung des aktiven Anodengemisches, die ja an die volle Füllhöhe nicht heranreichen darf, noch schwieriger macht.
Als Abhilfe, um die Zinkfüllhöhe im Anodenbehälter dennoch anzuheben und die Kontaktierung zu verbessern, wurde bereits in der DE-OS 25 35 269 die Verteilung kompressibler Füllkörper auf die Anodenmasse und in der EP-A 58089 eine Verdichtung der Anodenmasse in Richtung auf die Luftkathode durch Zentrifugieren der fertigen Zelle vorgeschlagen. Die eine Maßnahme gewährleistet keine exakte Dosierung, die andere hinterläßt hinter dem Zink einen Hohlraum im Anodenbecher, so daß unter der Wirkung von Schlägen oder Transporterschütterungen wiederum eine Ablösung des Zinks von der Kathodenebene erfolgen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein galvanisches Primärelement nach dem eingangs formulierten Gattungsbegriff anzugeben, bei welchem die dargelegten Mängel weitgehend ausgeschaltet sind und welches eine hohe Energiedichte besitzt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Mitteln gelöst.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß eine dauerhafte Fixierung des Anodengemisches und damit zugleich dessen Einsatz in einer berechenbaren Optimalmenge möglich ist, wenn auf der Innenseite des Anodenbechers ein Haftgrund zur Verfügung steht. Ein solcher ist durch den an der Innenwand des Anodenbechers anliegenden Dichtungsflansch vorgegeben, wenn dieser erfindungsgemäß durch Aussparungen und Vorsprünge derart ausgeformt ist, daß die Anodenmasse sich in diesen verankern kann.
Für die Verankerung kommen Zinkpulver-Elektrolytgemische mit und ohne Gelierungsmittel gleichermaßen als Anodenfüllungen in Betracht. Übliche Gelierungsmittel wie z.B. Carboximethylcellulose, Carboxivinylpoly mere oder Stärke können dabei als Pulver oder Pasten zugemischt sein.
Mit dem Anpressen des Anodengemisches gegen die Separatorebene durch entsprechende Verfahren geht simultan auch die Verankerung an dem an der Innenseite des Deckels befindlichen Teil der Dichtung einher.
In den Figuren 1 bis 5 werden Dichtungsringe mit für das Festhalten des Anodengemisches besonders günstig ausgestalteten Flanschteilen vorgestellt.
Dabei zeigt an erfindungsgemäßen Aussparungen bzw. Vorsprüngen des Innenflansches Figur 1 rechteckige Ausschnitte, Figur 2 schwalbenschwanzförmige Ausschnitte, Figur 3 einen nach innen abgewinkelten Rand, Figur 4 einen nach innen abgwinkelten Rand, unterbrochen von rechteckigen Ausschnitten und Figur 5 einen gegen die Innenwand des Anodenbechers verdickten Rand, unterbrochen von rechteckigen Ausschnitten.
Figur 1 läßt zusätzlich die Positionierung des Dichtungsringes 1 am Anodenbecher (Deckel) 3 erkennen. Wie leicht einzusehen, ist es Zinkpartikeln möglich, sich sowohl in den rechteckigen Ausschnitten 4 als auch zwischen den verbliebenen, von der Becherwand etwas abstehenden Fragmenten 5 des Flanschteiles 2, welche Dichtungslippen darstellen, zu verklemmen. Die so eingeklemmten Partikel ragen dabei teilweise in das übrige Zinkgemisch, wodurch sich die plazierte Anodenfüllung am Dichtungsinnenrand schock fest verzahnt.
Diese Verzahnung kann durch schwalbenschwanzförmige Ausschnitte 6 nach Figur 2 noch verstärkt werden.
Eine andere günstige Maßnahme besteht in der Schaffung eines Vorsprunges 7, indem der Rand des Innenflansches gemäß Figur 3 nach innen abgwinkelt ist.
Dieser Rand kann sowohl in einer die Höhe der Zinkfüllung begrenzenden Ebene als auch in einer Zwischenebene liegen.
Noch zweckmäßiger ist eine Kombination der besagten Randform 7 mit rechteckigen Ausschnitten 4 gemäß Figur 4. Auf diese Weise wird die Verankerung der Anodenfüllung durch den Rand zusätzlich durch hinter den Dichtlippen eingeklemmte Zinkkörner unterstützt.
Schließlich kann, wie in Figur 5 gezeigt, dem von rechteckigen Ausschnitten unterbrochenen Innenflansch ein gegen die Deckelwandung gerichtete Randverdickung 8 angespritzt sein. Die auf diese Weise modifizierten Dichtungslippen 5 werden vom Deckel abgehalten, und es entsteht ein größerer, jedoch nach oben verschlossener Spalt. In diesem können sich die Zinkkörner verankern, ohne nach oben herauszurutschen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die hier nur beispielhaft wiedergegebenen Aussparungen und Vorsprünge beliebig untereinander zu kombinieren und weitere an dem Erfindungsgedanken orientierte Ausgestaltungen des Innenflansches vorzunehmen, vorausgesetzt, daß solche Dichtungen im Spritzverfahren leicht herzustellen sind.
Als Material für die Dichtung sind die verschiedensten Kunststoffe, insbesondere Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid, Polyacetale und Polysulfone geeignet.

Claims

Patentansprüche 1. Galvanisches Primärelement, insbesondere gasdepolarisierte Zelle in Knopfform, mit alkalischem Elektrolyten in einem Metallgehäuse, bestehend aus einem das negative Elektrodenmaterial aufnehmenden inneren Anodenbecher und einem äußeren Kathodenbecher, welche mittels einer Kunststoffdichtung elektrisch voneinander isoliert sind, wobei die Dichtung ein an der Innenwand des Anodenbechers anliegendes Flanschteil besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil 2 mit eine Verankerung des Elektrodenmaterials im Anodenraum unterstützenden Aussparungen (4,6) und/oder Vorsprüngen (7,8) versehen ist.
2. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil rechteckige Ausschnitte (4) besitzt.
3. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil schwalbenschwanzförmige Ausschnitte (6) besitzt.
4. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil einem nach innen abgewinkelten Rand (7) besitzt.
5. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil rechteckige Ausschnitte gemäß Anspruch 2 neben verbliebenen Fragmenten (5) mit einem nach innen abgewinkelten Rand (7) gemäß Anspruch 4 besitzt.
6. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanschteil rechteckige Ausschnitte (4) gemäß Anspruch 2 neben verbliebenen Fragmenten (5) mit einer gegen die Deckelwandung gerichtetex Randverdickung (ü) lesitzt.
7. Primärelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Formen der Aussparungen und Vorsprünge untereinander beliebig kombinierbar sind.
8. Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Flanschteil zugrundeliegende Dichtung aus einem Kunststoff insbesondere aus Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid, Polyacetalen oder Polysulfonen besteht.