DE4039210A1

DE4039210A1 - GALVANIC ELEMENT, IN PARTICULAR BUTTON CELL

Info

Publication number: DE4039210A1
Application number: DE4039210A
Authority: DE
Inventors: Ronald Brett; Steven Tan
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Geraetebatterie GmbH
Priority date: 1990-12-08
Filing date: 1990-12-08
Publication date: 1992-06-11
Also published as: JPH04269449A; HK97595A; GB9120740D0; GB2250630A; GB2250630B

Description

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element, insbesondere eine Knopfzelle, in ei nem dicht verschlossenen Metallgehäuse, dessen Becherteil den einen Pol und dessen Deckelteil den anderen Pol des Elementes bildet, wobei innerhalb des einen Gehäuse teils eine Überdrucksicherung angeordnet ist.The invention relates to a galvanic element, in particular a button cell, in egg nem tightly sealed metal housing, the cup part the one pole and the Cover part forms the other pole of the element, being within the one housing partly an overpressure safety device is arranged.

Ein vorzugsweises Anwendungsgebiet der Erfindung sind Ni/Cd-Akkumulatoren, die in Knopfzellenform in großem Umfang für die Energieversorgung von Geräten der Unter haltungselektronik, für den Betrieb von Kleinstmotoren usw. eingesetzt werden.A preferred field of application of the invention is Ni / Cd batteries, which are described in Button cell shape on a large scale for the energy supply of devices of the sub electronics, for the operation of small motors, etc. are used.

In ihrer üblichen Ausführungsform sind Knopfzellen durch enges Ineinanderfügen ei nes Deckelteils und eines Becherteils aus vernickeltem Stahlblech, von denen jedes eine Tablette aus aktivem Material enthält, hergestellt. Durch Einbördeln des Becher randes über den Deckelrand, der von einem Dichtungsring aus Kunststoff eingefaßt ist, wird das Gehäuse gasdicht verschlossen.In their usual embodiment, button cells are egg by tight fit together Nes lid part and a cup part made of nickel-plated steel sheet, each of which contains a tablet made of active material. By crimping the cup randes over the lid edge, which is bordered by a sealing ring made of plastic the housing is sealed gas-tight.

Gewöhnlich besteht der Inhalt der Knopfzelle aus nur einer positiven und einer nega tiven Massetablette, die von einem Vliesscheider mit darin aufgesaugtem Elektrolyten getrennt sind. Es können jedoch auch zwei oder mehrere Elektrodenpaare, die unter einander parallel geschaltet sind, in einem Knopfzellengehäuse angeordnet sein.Usually the content of the button cell consists of only one positive and one nega tive mass tablet by a fleece separator with electrolyte soaked up in it are separated. However, two or more pairs of electrodes that are under are connected in parallel, be arranged in a button cell housing.

Da die alkalische Ni/Cd-Knopfzelle im Sauerstoffzyklus arbeitet, unterliegt sie bei Dauerüberladung oder Tiefentladung mit unzulässig hohen Strömen der Gefahr, daß der Sauerstoffverzehr mit dem sauerstofferzeugenden Strom nicht mehr Schritt hält. Die Zelle bombiert dann unter dem wachsenden Innendruck und wird durch Explosion schließlich zerstört. Um der Zerstörung zu begegnen, hat man, ebenso wie bei den Kleinakkumulatoren vom Rundzellentyp, auch bei den Knopfzellen Überdrucksiche rungen eingeführt. Diese können Sicherheitsventile oder Sollbruchstellen beinhalten. Aus der DE-PS 29 41 749 ist z. B. eine Knopfzelle bekannt, deren Becherboden durch Abtragung von Wandmaterial in Form eines Pluszeichens eine Schwachstelle besitzt, die bei einem vorgegebenen Innendruck aufplatzt. Der GB-PS 12 58 210 ist eine an dere Knopfzelle mit einem Druckentlastungsventil am Becherboden entnehmbar. Durch ihre ebenen Gehäuseflächen lassen sich Knopfzellen leicht zu Batterien sta peln. Die Stapelrolle wird durch Aufschrumpfen eines Plastikschlauches fixiert und zugleich geschützt. Since the alkaline Ni / Cd button cell works in the oxygen cycle, it is subject to Permanent overcharge or deep discharge with impermissibly high currents, the risk that oxygen consumption no longer keeps pace with the oxygen-producing electricity. The cell then bombs under the growing internal pressure and is exploded finally destroyed. In order to counter the destruction, as with the Small accumulators of the round cell type, also for the button cells overpressure-proof introduced. These can include safety valves or predetermined breaking points. From DE-PS 29 41 749 z. B. a button cell known, the cup bottom by Removal of wall material in the form of a plus sign has a weak point, that bursts at a given internal pressure. The GB-PS 12 58 210 is one button cell with a pressure relief valve on the bottom of the cup. Due to their flat housing surfaces, button cells can be easily converted into batteries peln. The stacking roll is fixed by shrinking on a plastic tube and protected at the same time.

Um der Explosion von Knopfzellen, die jedoch keine der erwähnten Überdrucksiche rungen besitzen, in einem solchen Zellenverbund vorzubeugen, ist es aus der DE-OS 22 29 593 bekannt, in einem Knopfzellenstapel zwischen den Einzelzellen Ab standshalter vorzusehen. Diese metallischen Abstandshalter sind auf dem Deckel einer Zelle verschweißt und zwar so, daß bei Ausbeulen der Zelle die Schweißpunkte abreißen und der Kontakt und Stromfluß unterbrochen wird.About the explosion of button cells, but none of the overpressure protection mentioned have the ability to prevent in such a cell network, it is from the DE-OS 22 29 593 known in a button cell stack between the individual cells Ab stand holder to be provided. These metallic spacers are on the lid welded to a cell in such a way that when the cell bulges, the weld spots tear off and the contact and current flow is interrupted.

Bei Zellenstapeln bzw. Batterien aus Zellen der eingangs genannten Gattung hat es sich nun gezeigt, daß die vorhandenen Überdrucksicherungen, seien es Sollbruch stellen oder Ventile, bei unsachgemäßer Behandlung in manchen Fällen versagen, mithin Unsicherheiten der Funktion in sich bergen.With cell stacks or batteries from cells of the type mentioned at the beginning, it has now been shown that the existing overpressure safeguards, be it breakage places or valves fail in some cases due to improper handling, therefore hide uncertainties of the function.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, mit derartigen Einrichtungen aus gestattete Knopfzellen anzugeben, die nicht nur im Einzelbetrieb, sondern auch im Zellenverbund selbst bei unsachgemäßer Behandlung ohne ein Explosionsrisiko arbei ten.The invention is therefore based on the object with such devices allowed button cells to specify, not only in single operation, but also in Cell network work even with improper treatment without an explosion risk ten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein galvanisches Element gelöst, wie es im Patentanspruch 1 definiert ist.The object is achieved by a galvanic element, as in Claim 1 is defined.

Danach besitzt die an sich fertige Zelle auf einer Seite, die entweder vom Deckelteil oder vom Becherteil, vorzugsweise jedoch vom Becherteil gebildet ist, eine zusätzli che Kontaktkappe, die jedoch nur mit ihrem Rand die zylindrische Wand des betref fenden Gehäuseteils umschließt, während zwischen ihrem kreisförmigen Wandab schnitt und der kreisförmigen Wand des Becherbodens ein Zwischenraum vorhanden ist. Dabei ist die Höhe des Zwischenraumes so bemessen, daß sie dem angrenzenden Wandteil der Zelle ein ungehindertes Nachgeben unter dem Einfluß eines überhöhten Innendrucks erlaubt.Then the finished cell has on one side, either from the cover part or from the cup part, but preferably is formed from the cup part, an additional che contact cap, which however only affects the cylindrical wall of the rim enclosing part of the housing, while between their circular wall cut and the circular wall of the cup base has a space is. The height of the gap is such that it adjoins the adjacent one Wall part of the cell an unimpeded yielding under the influence of an inflated Internal pressure allowed.

Dank der erfindungsgemäßen Maßnahme werden die Kontaktflächen zweier aufein anderliegender Zellen also in solchem Maße auseinandergerückt, daß das jeweils von der Kontaktkappe überdeckte Gehäusewandteil in den Zwischenraum hinein expan dieren kann. Die mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Zellen bleibt erhalten. Thanks to the measure according to the invention, the contact surfaces are two on one another other cells so far apart that each of of the contact cap covered housing wall part expan into the space can dieren. The mechanical and electrical connection between the cells remains receive.

Vorzugsweise ist dasjenige Gehäuseteil der Knopfzelle, insbesondere der Boden, von der Kontaktkappe überdeckt, an welchem sich das Ventil oder die Sollbruchstelle be findet.That housing part of the button cell, in particular the base, is preferably of covers the contact cap at which the valve or the predetermined breaking point be finds.

Der erfindungsgemäße Zwischenraum innerhalb der Kontaktkappe ermöglicht eine einwandfreie Öffnungsfunktion der jeweiligen Überdrucksicherung, weil es zu deren Ansprechen bei Überschreiten einer vorgegebenen Druckschwelle auch einer kor respondierenden Ausbeulung der Zelle bedarf, um den Öffnungsmechanismus auszu lösen. Ebenso können Berstmembranen oder die Wandbereiche von Sollbruchstellen ihre kritischen Dehnungsgrenzen nicht erreichen, wenn sie bereits bei mäßigen Drucken an die unmittelbar anliegende Nachbarzelle anstoßen; als Folge ergibt sich ein unkontrollierter weiterer Druckanstieg, der schließlich zur Sprengung des Zellen stapels führt.The space according to the invention within the contact cap enables one flawless opening function of the respective overpressure protection, because it leads to their Response when a specified pressure threshold is exceeded even a kor responding bulge of the cell is required to open the opening mechanism to solve. Bursting membranes or the wall areas of predetermined breaking points can also be used do not reach their critical limits when they are already moderate Trigger pressure on the adjacent cell; as a result an uncontrolled further increase in pressure that eventually led to the explosion of the cells stacks leads.

Die Höhe des Zwischenraumes unter der Kontaktkappe gemäß der Erfindung hängt von den Dimensionen der Knopfzelle und von dem jeweils im Praxisbetrieb auftreten den Auswölbungen ab.The height of the space under the contact cap according to the invention depends of the dimensions of the button cell and of which occur in practice the bulges.

Als Material für die Kappe eignet sich vorzugsweise das gleiche vernickelte Stahl blech, aus dem auch das Knopfzellengehäuse besteht. Es ist aber auch die Wahl von Kunststoffkappen möglich, sofern dieses Material elektrisch leitend ist oder bei dem Zellenverbund separate elektrische Kontakte hergestellt werden können.The same nickel-plated steel is preferably suitable as the material for the cap sheet from which the button cell housing is also made. But it is also the choice of Plastic caps possible, provided that this material is electrically conductive or with the Cell network separate electrical contacts can be made.

Die Wanddicke des Kappenmaterials sollte im Bereich zwischen 0,2mm und 0,4 mm liegen. Sie ist abhängig von der jeweils aktuellen Zellengröße.The wall thickness of the cap material should be in the range between 0.2mm and 0.4mm lie. It depends on the current cell size.

Die Befestigung der Kontaktkappe erfolgt vorzugsweise durch Punktverschweißen des Kappenrandes an der Seitenwand des Gehäusebechers, welche die Kappe um greift. Für Kunststoffkappen kommen Klebverbindungen infrage.The contact cap is preferably attached by spot welding the edge of the cap on the side wall of the housing cup, which the cap around takes hold. Adhesive connections are suitable for plastic caps.

Eine hermetische Abschließung des Zwischenraumes nach draußen ist nicht erforder lich. In der Regel sind Entlüftungspfade sogar erwünscht, deren Vorhandensein auf grund der Punktverschweißung zwischen Kappenrand und Zylinderwand des Zellen bechers ohnehin gegeben ist.A hermetic sealing of the space from the outside is not required Lich. As a rule, venting paths are even desirable, the presence of which on due to the spot welding between the edge of the cap and the cylinder wall of the cells mug is given anyway.

Anhand von Figuren wird im folgenden der Erfindungsgegenstand verdeutlicht.The subject matter of the invention is illustrated below with the aid of figures.

Fig. 1 zeigt eine mit einer erfindungsgemäßen Kontaktkappe versehene Knopfzelle im Zellenverbund mit einer weiteren Knopfzelle. Fig. 1 shows a cap provided with an inventive contact button cell in the cell assembly with a further button cell.

Fig. 2 zeigt eine gleiche Anordnung von Knopfzellen wie in Fig. 1, jedoch mit einer modifizierten Kontaktkappe. Fig. 2 shows the same arrangement of button cells as in Fig. 1, but with a modified contact cap.

Fig. 3 zeigt eine weitere Kontaktkappenausführung. Fig. 3 shows a further contact cap design.

Nach Fig. 1 umgreift die Kontaktkappe 1 das Becherteil der Knopfzelle 2 derart, daß ein Zwischenraum 3 (aus der Schnittdarstellung ersichtlich) zwischen dem Boden des Becherteils und dem kreisförmigen Wandteil der Kappe verbleibt.According to Fig. 1, the contact cap 1 engages around the cup part of the button cell 2 such that a space 3 is left (seen from the sectional view) between the bottom of the cup part and the circular wall portion of the cap.

Beim Stapeln der Knopfzellen zu einer Batterie kann die Kontaktkappe 1 zweckmäßig zuerst mit ihrem kreisförmigen Wandteil auf dem Deckel der nächstunteren Knopf zelle 4 fixiert werden. Dies geschieht je nach dem verwendeten Kappenmaterial -Me tall oder Kunststoff- durch Punktverschweißen oder Kleben. Alsdann wird in die nach oben geöffnete Kappe die Knopfzelle 2 eingesetzt und die zylindrische Wand ihres Becherteils an der zylindrischen Wand der Kontaktkappe durch Punktschweißen bzw. Kleben befestigt. Der Zwischenraum 3 ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer Abstufung der Kontaktkappe (aus der Ausschnittsvergrößerung ′X′ deutlicher ersichtlich).When stacking the button cells to form a battery, the contact cap 1 can first be expediently fixed with its circular wall part on the cover of the next button 4 below. Depending on the cap material used - metal or plastic - this is done by spot welding or gluing. Then the button cell 2 is inserted into the cap which is open at the top and the cylindrical wall of its cup part is attached to the cylindrical wall of the contact cap by spot welding or gluing. The gap 3 results in this embodiment from a gradation of the contact cap (from the enlarged section 'X' more clearly visible).

Nach Fig. 2 weist die Kontaktkappe 1 in Höhe des Zwischenraumes 3 eine Ein schnürung ihres zylindrischen Wandteiles auf. Durch eine solche Formgebung kann der Kappe eine erhöhte Elastizität sowie Anpassungsfähigkeit an vorgeschriebene Längenabmessungen des Batteriestapels erteilt werden. Bei einer weiteren Ausfüh rung der Kontaktkappe nach Fig. 3 sind der kreisförmige Boden sowie die zylindri sche Wand bis zu einer bestimmten Höhe durch einwärts gerichtete Ausformungen 5 an drei peripheren Stellen unterbrochen. Die Ausformungen 5 bilden Absätze, auf denen die zugehörige Knopfzelle mit ihrem Bodenteil aufliegt, wobei die Höhe der Ab sätze zugleich die Höhe des Zwischenraumes bestimmt. Nicht dargestellt in den Figu ren sind die vorhandenen Überdrucksicherungen, die sich in den Becherteilen der Knopfzellen, also in direkter Nachbarschaft zu den Zwischenräumen befinden.According to Fig. 2, the contact cap 1 at the level of the space 3 has a lacing of its cylindrical wall part. Such a shape allows the cap to be given increased elasticity and adaptability to the prescribed length dimensions of the battery stack. In a further embodiment of the contact cap according to FIG. 3, the circular bottom and the cylindrical wall are interrupted up to a certain height by inwardly directed formations 5 at three peripheral locations. The formations 5 form paragraphs on which the associated button cell rests with its bottom part, the height of the paragraphs also determining the height of the space. Not shown in the figures are the existing overpressure safeguards which are located in the cup parts of the button cells, that is to say in the immediate vicinity of the gaps.

Claims

1. Galvanic element, in particular button cell, in a tightly closed metal housing, the cup part forms the one pole and the cover part forms the other pole of the element, an overpressure safety device being arranged within a housing part, characterized in that a contact cap is attached to the bottom of the button cell , wherein an intermediate space is provided between the cell bottom and the contact cap, into which the metal housing can expand if the internal pressure of the cell is excessive.

2. Galvanic element according to claim 1, characterized in that the of of the contact cap enclosed part of the housing with the overpressure protection hen is.

3. Galvanic element according to claim 1 or 2, characterized in that the Overpressure protection consists of a predetermined breaking point.

4. Galvanic element according to claim 1 or 2, characterized in that the Overpressure protection consists of a pressure relief valve.

5. Galvanic element according to one of claims 1 to 4, characterized in net that the contact cap is made of nickel-plated steel sheet.

6. Galvanic element according to one of claims 1 to 4, characterized in net that the contact cap made of an electrically conductive plastic, given if there is a separate conductor section.

7. Galvanic element according to one of claims 1 to 6, characterized in net that the contact cap with its edge on the cylindrical wall part of the Housing cover or housing cup of the cell by spot welding or Glue is attached.

8. Galvanic element according to one of claims 1 to 7, characterized in net that the thickness of the contact cap material between 0.1 mm and 0.4 mm is.