DE69009347T2

DE69009347T2 - Zelle vom anorganischen, nicht-wässrigen, elektrolytischen Typ.

Info

Publication number: DE69009347T2
Application number: DE69009347T
Authority: DE
Inventors: Kaoru Hisatomi; Kazuo Ishida; Hiroshi Sasama; Shintaro Sekido
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2010-08-15
Also published as: KR910005507A; JPH0377268A; EP0413297B1; EP0413297A2; EP0413297A3; DE69009347D1; JP2950860B2; US5030525A; KR0153001B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung, die ein Oxidhalogenid, das als aktives Material für die positive Elektrode und auch als das Lösungsmittel einer Elektrolytlösung dient, und eine negative Elektrode, die aus einem Alkalimetall besteht, umfaßt.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung, die ein Oxidhalogenid, das bei Raumtemperatur im flüssigen Zustand ist (z .B. Thionylchlorid, Sulfurylchlorid und Phosphorylchlorid), als aktives Material für die positive Elektrode, ein Alkalimetall (z.B. Lithium, Natrium und Kalium) als negative Elektrode, einen porösen geformten Kohlenstoffgegenstand als positive Elektrode umfaßt und in der das Oxidhalogenid als Lösungsmittel für eine Elektrolytlösung dient, besitzt eine hohe Energiedichte und arbeitet bei niedrigerer Temperatur. Da jedoch das Oxidhalogenid und das Alkalimetall leicht mit Wasser reagieren, wird eine vollständig abgedichtete Struktur mit einer hermetischen Dichtung verwendet (vgl. Japanisches Patent an Kokai, Veröffentlichungs-Nr. 160660/1987).
Die Zelle mit der hermetischen Dichtung besitzt eine hohe Dichtungsvollkommenheit und eine gute Lagerfähigkeit. Wenn eine solche Zelle jedoch anormalen Bedingungen ausgesetzt ist wie hoher Temperatur oder Aufladung mit hoher Spannung, erhöht sich der Innendruck der Zelle aufgrund einer solchen hohen Dichtungsvollkommenheit außerordentlich, und der Zellenbehälter zerplatzt durch den hohen Druck, so daß ein lautes Zerplatzungsgeräusch entsteht und der Inhalt der Zelle zerstreut wird und ein Gerät, in dem die Zelle verwendet wird, verschmutzt.
Um die obige totale Zerstörung der Zelle zu verhindern, wird vorgeschlagen, die Zelle mit einem Explosionsschutzmechanismus auszustatten, um eine Explosion der Zelle durch Erhöhung des Innendrucks zu verhindern. Zum Beispiel wird, wie in Fig. 1A und 1B gezeigt, ein dünnwandiger Teil 1c auf einem Boden 1a eines Zellenbehälters 1 gebildet. Wenn der Innendruck der Zelle durch thermische Expansion der Elektrolytlösung, die durch Temperaturerhöhung verursacht wird, auf einen bestimmten Druck ansteigt, wird der dünnwandige Teil 1c zerstört, wodurch die Explosion des Zellenbehälters 1 verhindert wird (vgl. Japanisches Patent an Kokai, Veröffentlichungs-Nr. 86234/1988).
In der obigen konventionellen Zelle mit dem dünnwandigen Teil im Boden fungiert der Zellenbehälter als negativer Elektrodenpol, und eine negative Elektrode 2 steht mit der Innenfläche des Gehäuses 1 in Kontakt. Wenn die Zelle zum Beispiel durch zufälliges Fallenlassen der Zelle ins Feuer plötzlich erhitzt wird, schmilzt das Alkalimetall, das die negative Elektrode 2 bildet, bevor der Explosionsschutzmechanismus aktiviert wird, das geschmolzene Alkalimetall dringt durch ein Trennelement 4, das aus einem Glasfaservlies besteht, und erreicht eine positive Elektrode 3. Dann reagieren das geschmolzene Alkalimetall und die positive Elektrode heftig miteinander, wodurch kräftig Wärme erzeugt wird und der Innendruck der Zelle plötzlich ansteigt, so daß der Zellenbehälter 1 zerplatzt.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung mit einem Explosionsschutzmechanismus bereitzustellen, der normal aktiviert wird, wenn die Zelle sehr rasch erhitzt wird, wodurch das Zerplatzen des Zellenbehälters verhindert wird.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung bereit, umfassend:
einen Zellenbehälter in Form eines Zylinders, der einen Boden mit dünnwandigem Teil für den Explosionsschutz aufweist,
einen Zellendeckel, umfassend einen Körper, einen positiven Elektrodenpol und eine isolierende Schicht zum Isolieren des Körpers gegenüber dem positiven Elektrodenpol, wobei der Rand des Körpers an den Öffnungsrand des Zellenbehälters gebunden ist,
eine negative Elektrode aus einem Alkalimetall, die sich im Innern des Zellenbehälters befindet,
eine positive Elektrode aus einem porösen kohlenstoffhaltigen Material, die sich im Innern der negativen Elektrode befindet,
ein Trennelement, das sich zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode befindet,
einen Bodenisolator, der sich zwischen dem Boden des Zellenbehälters und der positiven Elektrode befindet, und
eine Elektrolytlösung, umfassend einen Elektrolyten und ein Oxidhalogenid, das bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegt und als aktiver Stoff für die positive Elektrode und als Lösungsmittel für die Elektrolytlösung dient,
wobei Trennelement und Bodenisolator jeweils ein Material umfassen, das ausgewählt ist aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers und einer Verbundfolie aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers und einem Glasfaservlies.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A und 1B zeigen einen Querschnitt durch einen Zellenbehälter und eine ebene Ansicht eines Bodens des Zellenbehälters,
Fig. 2-5 zeigen Querschnitte verschiedener Ausführungen der Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 6A-6D zeigen ebene Ansichten verschiedener Modifikationen der Bodenform des Zellenbehälters.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

In der Zelle der vorliegenden Erfindung umfassen das Trennelement und der Bodenisolator den mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers. Da die Mikroporen solchen Films im wesentlichen gleichmäßig und ihre Kanäle kompliziert gewunden sind, können die Trennelemente die Wanderung des geschmolzenen Alkalimetalls durch das Trennelement zur positiven Elektrode selbst dann verzögern, wenn das Alkalimetall, das die negative Elektrode bildet, geschmolzen ist. Als Ergebnis wird der dünnwandige Teil des Bodens durch die thermische Expansion der Elektrolytlösung vor dem Kontakt der Alkalimetallschmelze mit der positiven Elektrode zerstört, und das Zerplatzen des Zellenbehälters wird verhindert.
Der Grund, warum der Explosionsschutzmechanismus in der konventionellen Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung nicht funktioniert und der Zellenbehälter gesprengt wird, wenn die Zelle plötzlich erhitzt wird, während ein solches Zerplatzen des Zellenbehälters bei der Zelle der vorliegenden Erfindung verhindert wird, wird detaillierter diskutiert.
In der konventionellen Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung wird das Glasfaservlies als Trennelement verwendet, da das Oxidhalogenid eine starke Oxidationswirkung hat und das Trennelement eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit haben sollte.
Da das Glasfaservlies jedoch aus Glasfasern gebildet wird, die sich ineinander verhaken, sind die Porengrößen nicht gleichmäßig, und auf der Oberfläche des Gewebes können große Poren vorhanden sein, die dreidimensional miteinander verbunden sind. Daher tritt die Alkalimetallschmelze sehr leicht durch das Trennelement hindurch.
Da die Mikroporen des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymerfilms im Gegensatz dazu im wesentlichen gleichmäßig sind und ihre Kanäle, namentlich Kanäle, die eine Oberfläche des Films mit der anderen verbinden, kompliziert gewunden sind, kann die Alkalimetallschmelze nicht in kurzer Zeit durch den Film hindurchtreten. Der mikroporöse Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers besitzt eine gute inhärente Oxidationsbeständigkeit und ist gegenüber der starken Oxidationswirkung des Oxidhalogenids beständig.
Weiterhin wird das Glasfaservlies in der konventionellen Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung aus demselben Grund wie beim Trennelement als Bodenisolator verwendet. In der vorliegenden Erfindung jedoch umfaßt der Bodenisolator den mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers.
Wenn das Glasfaservlies wie in der konventionellen Zelle als Trennelement verwendet wird, tritt das geschmolzene Alkalimetall kaum durch den Bodenisolator und erreicht die positive Elektrode, da das geschmolzene Metall leicht durch das aus dem Glasfaservlies bestehende Trennelement tritt. Wenn das Trennelement jedoch den mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers umfaßt, neigt das geschmolzene Alkalimetall dazu, durch den aus dem Glasfaservlies bestehenden Bodenisolator zu treten und die positive Elektrode zu erreichen, da der Fluß des geschmolzenen Metalls durch das Trennelement zur positiven Elektrode unterdrückt ist. Sobald das geschmolzene Alkalimetall durch den Bodenisolator tritt und die positive Elektrode erreicht, findet in der Nähe des Bodens des Zellenbehälters eine heftige Reaktion statt, die Temperatur steigt und dann erhöht sich plötzlich der Innendruck. Der Zellenbehälter wird also am Boden zugleich mit dem Zerstören des dünnwandigen Teils gesprengt, und der Explosionsschutzmechanismus arbeitet nicht effektiv. Wenn der Bodenisolator den mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers umfaßt, kann ein solches ineffektives Arbeiten des Explosionsschutzmechanismus verhindert werden.
In der vorliegenden Erfindung wird der mikroporöse Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers oder die Verbundfolie aus einem solchen mikroporösen Film und dem Glasfaservlies als Trennelement verwendet.
Die Funktion des mikroporösen Films des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers ist oben beschrieben. Wenn das Glasfaservlies zusammen mit einem solchen mikroporösen Film verwendet wird, kann, da es eine größere Menge der Elektrolytlösung zurückhält, eine ausreichende Menge der Elektrolytlösung an eine Reaktionsgrenze geliefert werden und die Entladungsleistung unter einer Entladung mit hoher Belastung kann verbessert werden.
Der mikroporöse Film des Ethylen/Tetrafluorethylens besitzt eine Porosität von 40 bis 80 Vol.-%, vorzugsweise 40 bis 60 Vol.-% und eine Dicke von 20 bis 150 um.
Das Glasfaservlies besitzt eine Porosität von 50 bis 95 Vol.-%, vorzugsweise 75 bis 95 Vol.-% und eine Dicke von 100 bis 300 um.
In der Zelle der vorliegenden Erfindung besteht auch der Bodenisolator aus dem mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers oder der Verbundfolie aus einem solchen mikroporösen Film und dem Glasfaservlies.
Da der Bodenisolator die positive Elektrode und den Zellenbehälter gegeneinander isoliert, können der mikroporöse Film und das Glasfaservlies dieselben sein wie die für den Isolator verwendeten, oder sie können eine geringere Porosität und/oder eine größere Dicke haben.
Das in der Zelle der vorliegenden Erfindung zu verwendende Oxidhalogenid befindet sich bei Raumtemperatur (25ºC) im flüssigen Zustand, und Beispiele dafür sind Thionylchlorid, Sulfurylchlorid, Phosphorylchlorid und Gemische davon. Das Oxidhalogenid ist das aktive Material für die positive Elektrode und dient als das Lösungsmittel für die Elektrolytlösung.
Die Elektrolytlösung wird durch Auflösen eines Elektrolyten wie LiAlCl&sub4;, LiAlBr&sub4;, LiGaCl&sub4;, LiB&sub1;&sub0;Cl&sub1;&sub0; in dem Oxidhalogenid hergestellt. Alternativ dazu werden zum Beispiel LiCl und AlCl&sub3; unter Bildung von LiAlCl&sub4; in der Lösung zu dem Oxidhalogenid gegeben. LiAlCl&sub4; liegt in der Lösung in Form von Li&spplus;- und AlCl&sub4;&supmin;-Ionen vor.
Beispiele für das als negative Elektrode zu verwendende Alkalimetall sind Lithium, Natrium und Kalium.
Eine Ausführung der Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1A, 1B und 2 erklärt.
Die Zelle umfaßt einen Zellenbehälter 1 aus rostfreiem Stahl. Der Zellenbehälter 1 ist in der Form eines Zylinders mit einem Boden 1a wie in Fig. 1A gezeigt, und der Boden 1a besitzt eine kreuzförmige Rille 1b, um einen dünnwandigen Teil 1c als Explosionsschutz bereitzustellen. Eine negative Elektrode 2 besteht aus einem Alkalimetall und wird durch Pressen einer Alkalimetallfolie auf die Innenwand des Zellenbehälters 1 in eine zylindrische Form gebracht. Eine positive Elektrode 3 besteht aus einem porösen kohlenstoffhaltigen geformten Gegenstand, der Acetylenruß umfaßt, das eine kleine Menge Polytetrafluorethylen als Bindemittel enthält, und innerhalb der negativen Elektrode 2 mit einem dazwischenliegenden Trennelement 4 angebracht ist.
Das Trennelement 4 von Fig. 2 besteht aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers, befindet sich in der zylindrischen Form und ist zwischen der negativen Elektrode 2 und der positiven Elektrode 3 so angebracht, daß es diese voneinander trennt
Eine Elektrolytlösung umfaßt eine Lösung eines Elektrolyten in dem Oxidhalogenid. Da das Oxidhalogenid als Lösungsmittel der Elektrolytlösung dient, ist die Menge der Elektrolytlösung größer als in Zellen anderen Typs.
Da das Oxidhalogenid das aktive Material für die positive Elektrode ist, reagiert die positive Elektrode 3 selbst nicht, liefert jedoch einen Raum, wo das Oxidhalogenid und ein aus der negativen Elektrode 2 freigesetztes Alkalimetall miteinander reagieren können.
Eine positive Sammelelektrode 6 besteht aus rostfreiem Stahl, und ihr Unterteil wird in die positive Elektrode 3 eingeführt.
Ein Zellendeckel 7 besitzt einen Körper 8, eine Isolierschicht 9 aus Glas oder Keramik und einen positiven Elektrodenpol 10. Der Körper 8 besteht aus rostfreiem Stahl, und ein aufwärtsstehender Rand des Körpers ist mit einem Öffnungsrand des Zellenbehälters 2 verschweißt. Die Isolierschicht 9 liegt am Innenrand des Körpers 8 und isoliert den Körper 8 gegenüber dem positiven Elektrodenpol 10. Die Außenfläche der Isolierschicht 9 ist an die Innenfläche des Körpers 8 schmelzgebunden, und die Innenfläche der Isolierschicht ist an die Außenfläche des positiven Elektrodenpols 10 gebunden, so daß die Lücke zwischen dem Körper 8 und dem positiven Elektrodenpol 10 hermetisch abgedichtet wird. Der positive Elektrodenpol 10 besteht aus rostfreiem Stahl und besitzt eine Rohrform, durch die die Elektrolytlösung beim Zusammenbau der Zelle in das Innere der Zelle gegossen wird. Nach dem Eingießen der Elektrolytlösung wird die Sammelelektrode 10 in den röhrenförmigen Pol 10 eingeführt, und der Teil am oberen Ende der Sammelelektrode wird mit dem Pol verschweißt, wobei diese abgedichtet werden.
Ein Bodenisolator 11 von Fig. 2 besteht aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers und befindet sich zwischen der positiven Elektrode 3 und dem Boden 1a des Zellenbehälters 1, so daß er die positive Elektrode 3 gegenüber dem Zellenbehälter 1, der als positiver Elektrodenpol dient, isoliert.
Ein oberer Isolator 12 besteht ebenfalls aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers und isoliert die positive Elektrode 3 gegenüber dem Körper 8 des Zellendeckels 7.
Ein Rand des Boden- und des oberen Isolators wird jeweils unter Bildung einer flachen Schale nach oben gefaltet und in die gewünschte Position gebracht. Der gefaltete Rand wird eng mit der Innenfläche des Trennelements 4 in Kontakt gebracht, um die Bildung einer Lücke dazwischen zu verhindern.
Im oberen Innenraum der Zelle wird ein Luftraum 13 gelassen, um die Volumenexpansion der Elektrolytlösung bei hoher Temperatur zu absorbieren.
Weitere Ausführungen der Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf Fig. 3, 4 und 5 erklärt.
In der Zelle von Fig. 3 besteht das Trennelement 4 aus dem mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers 4a und einer Folie aus Glasfaservlies 4b, und der poröse Film 4a liegt der positiven Elektrode 3 gegenüber, und das Glasfaservlies 4b liegt der negativen Elektrode 2 gegenüber.
In der Zelle von Fig. 4 besteht der Bodenisolator 11 aus dem mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers 11a und einer Folie aus Glasfaservlies 11b, und der poröse Film 11a liegt dem Boden 1a des Zellenbehälters 1 gegenüber, und das Glasfaservlies 11b liegt der positiven Elektrode 3 gegenüber.
In der Zelle von Fig. 5 besteht das Trennelement 4 aus dem mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers 4a und einer Folie aus Glasfaservlies 4b, und auch der Bodenisolator 11 besteht aus dem mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen- Copolymers 11a und einer Folie aus Glasfaservlies 11b. Der poröse Film 4a liegt der positiven Elektrode 3 gegenüber, und das Glasfaservlies 4b liegt der negativen Elektrode 2 gegenüber. Weiter liegt der poröse Film 11a dem Boden 1a des Zellenbehälters 1 gegenüber, und das Glasfaservlies 11b liegt der positiven Elektrode 3 gegenüber.
Weitere Elemente und Strukturen der Zellen von Fig. 3, 4 und 5 sind dieselben wie die der Zelle von Fig. 2.
Da das Trennelement und der Bodenisolator 11 jeweils den mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers umfassen, wenn die Zelle plötzlich erwärmt und das Alkalimetall der negativen Elektrode geschmolzen wird, tritt das geschmolzene Alkalimetall langsam durch das Trennelement und den Bodenisolator und erreicht langsam die positive Elektrode 3. Während einer solchen langsamen Bewegung des geschmolzenen Alkalimetalls arbeitet der durch die thermische Expansion der Elektrolytlösung zu aktivierende Explosionsschutzmechanismus normal und verhindert das Zerplatzen des Zellenbehälters unter hohem Druck.
In den obigen Ausführungen wird der Explosionsschutzmechanismus, also der dünnwandige Teil im Boden des Zellenbehälters, durch die kreuzförmige Rille 1b bereitgestellt. Die Rille kann eine andere Form besitzen wie die Form des Buchstabens Y (Fig. 6A), eines Sternchens (Fig. 6B), des Buchstabens H (Fig. 6C) oder des Buchstabens X (Fig. 6D).
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1

Eine SUM-3-Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung von Fig. 2 wurde hergestellt unter Verwendung eines mikroporösen Films eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers mit einer Porosität von 60 Vol.-% und einer Dicke von 40 um als Trennelement, eines mikroporösen Films eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers mit einer Porosität von 60 Vol.-% und einer Dicke von 150 um als Bodenisolator, Lithium als negative Elektrode, Thionylchlorid als ein aktives Material für die positive Elektrode und einer Lösung von LiAlCl&sub4; in Thionylchlorid in einer Konzentration von 1,2 mol/Liter als Elektrolytlösung.
Der Zellenbehälter 1 wurde aus einem rostfreiem Stahlblech mit einer Dicke von 0,3 mm und in Form eines Zylinders mit einem Boden wie in Fig. 1A gezeigt hergestellt. In der Mitte des Bodens 1a wurde eine kreuzförmige Rille 1b gebildet, wie in Fig. 1B gezeigt, wodurch ein dünnwandiger Teil 1c als Explosionsschutz entstand.
Der Querschnitt der Rille 1b entsprach einem Trapez. Die Breite und die Dicke des dünnwandigen Teils 1c waren 0,15 mm bzw. 70 um.
Gegen die Innenwand des Zellenbehälters 2 mit dem Boden wurde die Lithiumfolie unter Bildung der negativen Elektrode 2 gepreßt. Entlang der Innenfläche der negativen Elektrode 2 wurde der zylindrische mikroporöse Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers 4 gelegt, und der Bodenisolator 11 aus mikroporösem Film des Ethylen/Tetrafluorethylens wurde auf dem Boden 1a des Zellenbehälters 1 in Position gebracht. Dann wurde in das Innere des mikroporösen Films 4 der zylinderförmige geformte Gegenstand aus porösem Kohlenstoff als positive Elektrode 3 eingesetzt.
Die Isolierschicht 9 bestand aus Glas.
Weitere Elemente der Zelle waren dieselben wie oben im Zusammenhang mit Fig. 2 erklärt.

Beispiel 2

In derselben Weise wie in Beispiel 1, aber unter Verwendung einer Verbundfolie aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers mit einer Porosität von 60 Vol.-% und einer Dicke von 40 um und einem Glasfaservlies mit einer Porosität von 95 Vol.-% und einer Dicke von 200 um als Trennelement 4, wurde eine SUM-3-Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung mit der Struktur von Fig. 3 hergestellt.
Das heißt, in der Zelle dieses Beispiels bestand das Trennelement 4 aus dem mikroporösen Film 4a des Ethylen/Tetrafluorethylen- Copolymers mit der obigen Porosität und Dicke und dem Glasfaservlies 4b mit der obigen Porosität und Dicke, und der mikroporöse Film lag der positiven Elektrode 3 gegenüber, und das Glasfaservlies lag der negativen Elektrode 2 gegenüber.
Davon abgesehen hatte die Zelle dieses Beispiels dieselbe Struktur wie die in Beispiel 1.

Beispiel 3

In derselben Weise wie in Beispiel 1, aber unter Verwendung einer Verbundfolie aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers mit einer Porosität von 60 Vol.-% und einer Dicke von 150 um und einem Glasfaservlies mit einer Porosität von 95 Vol.-% und einer Dicke von 200 um als Bodenisolator 11, wurde eine SUM-3-Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung mit der Struktur von Fig. 4 hergestellt.
Das heißt, in der Zelle dieses Beispiels bestand der Bodenisolator 11 aus dem mikroporösen Film 11a des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers mit der obigen Porosität und Dicke und dem Glasfaservlies 11b mit der obigen Porosität und Dicke, und der mikroporöse Film lag dem Boden 1a des Zellenbehälters 1 gegenüber, und das Glasfaservlies lag der Positiven Elektrode 3 gegenüber.
Davon abgesehen hatte die Zelle dieses Beispiels dieselbe Struktur wie die in Beispiel 1.

Beispiel 4

In derselben Weise wie in Beispiel 1, aber unter Verwendung einer Verbundfolie aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers mit einer Porosität von 60 Vol.-% und einer Dicke von 40 um und einem Glasfaservlies mit einer Porosität von 95 Vol.-% und einer Dicke von 200 um als Trennelement 4 sowie einer Verbundfolie aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers mit einer Porosität von 60 Vol.-% und einer Dicke von 150 um und einem Glasfaservlies mit einer Porosität von 95 Vol.-% und einer Dicke von 200 um als Bodenisolator 11, wurde eine SUM-3-Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung mit der Struktur von Fig. 5 hergestellt.
Das heißt, in der Zelle dieses Beispiels bestand das Trennelement 4 aus dem mikroporösen Film 4a des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers mit der obigen Porosität und Dicke und dem Glasfaservlies 4b mit der obigen Porosität und Dicke, und der mikroporöse Film lag der positiven Elektrode 3 gegenüber, und das Glasfaservlies lag der negativen Elektrode 2 gegenüber. Weiterhin bestand der Bodenisolator 11 aus dem mikroporösen Film 11a des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers mit der obigen Porosität und Dicke und dem Glasfaservlies 11b mit der obigen Porosität und Dicke, und der mikroporöse Film lag dem Boden 1a des Zellenbehälters 1 gegenüber, und das Glasfaservlies lag der positiven Elektrode 3 gegenüber.
Davon abgesehen hatte die Zelle dieses Beispiels dieselbe Struktur wie die in Beispiel 1.

Vergleichsbeispiel

In derselben Weise wie in Beispiel 1, aber unter Verwendung eines Glasfaservlieses mit einer Porosität von 95 Vol.-% und einer Dicke von 200 um als Trennelement sowie eines Glasfaservlieses mit einer Porosität von 95 Vol.-% und einer Dicke von 200 um als Bodenisolator, wurde eine SUM-3-Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung hergestellt.
Zehn Zellen, die in jedem der Beispiele 1-4 und im Vergleichsbeispiel hergestellt worden waren, wurden einer durch brennendes Holz erzeugten Feuerflamme ausgesetzt, und die Anzahl der Zellen, bei denen der Explosionsschutzmechanismus nicht funktionierte und deren Zellenbehälter mit einem lauten Zerplatzungsgeräusch gesprengt wurden, wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle gezeigt. Tabelle Beispiel Nr. Anzahl der Zellen, deren Behälter gesprengt wurde Vergleichsbeispiel
Wie man aus den Ergebnissen der Tabelle ersieht, funktionierte der Explosionsschutzmechanismus bei den in den Beispielen 1-4 erzeugten Zellen normal, und der Zellenbehälter wurde nicht gesprengt. Im Gegensatz dazu wurden von zehn Zellen, die im Vergleichsbeispiel erzeugt wurden, die Zellenbehälter von sechs Zellen gesprengt. Der Grund dafür ist, daß bei den sechs Zellen des Vergleichsbeispiels das geschmolzene Lithium, bevor der Explosionsschutzmechanismus funktionierte, durch das Trennelement 4 trat und die positive Elektrode 3 erreichte und an der positiven Elektrode das geschmolzene Lithium heftig mit dem Material reagierte, aus dem die positive Elektrode besteht, wodurch die Innentemperatur der Zelle plötzlich anstieg und der Innendruck wiederum plötzlich stieg. Schließlich wurde der Zellenbehälter gesprengt.
Da bei den in den Beispielen 1-4 erzeugten Zellen das Trennelement 4 und/oder der Bodenisolator 11 den mikroporösen Film des Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers umfaßten, trat das geschmolzene Lithium langsam durch das Trennelement und/oder den Bodenisolator und erreichte langsam die positive Elektrode 3. Daher funktionierte der Explosionsschutzmechanismus normal, bevor die heftige Reaktion des Lithiums mit der positiven Elektrode stattfand.

Claims

1. Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung, umfassend:

- einen Zellenbehälter in Form eines Zylinders, der einen Boden mit dünnwandigem Teil für den Explosionsschutz aufweist,

- einen Zellendeckel, umfassend einen Körper, ein positives Elektrodenende und eine isolierende Schicht zum Isolieren des Körpers gegenüber dem positiven Elektrodenende, wobei der Umfang des Körpers an den Öffnungsrand des Zellenbehälters gebunden ist,

- eine negative Elektrode aus einem Alkalimetall, die sich im Innern des Zellenbehälters befindet,

- eine positive Elektrode aus einem porösen Kohlenstoff-haltigen Material, die sich im Innern der negativen Elektrode befindet,

- ein Trennelement, das sich zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode befindet,

- einen Bodenisolator, der sich zwischen dem Boden des Zellenbehälters und der positiven Elektrode befindet, und

- eine Elektrolytlösung, umfassend einen Elektrolyten und ein Oxohalogenid, das bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegt und als aktiver Stoff für die positive Elektrode und das Lösungsmittel für die Elektrolytlösung dient,

wobei Trennelement und Bodenisolator jeweils ein Material umfassen, das ausgewählt ist aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers und einer Verbundfolie aus einem mikroporösen Film eines Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymers und einem Nonwoven- Glasgewebe.

2. Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung nach Anspruch 1, wobei der mikroporöse Film des Ethylen/Tetrafluorethylen eine Porosität von 40 bis 80 Vol.-% aufweist.

3. Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung nach Anspruch 2, wobei der mikroporöse Film des Ethylen/Tetrafluorethylen eine Porosität von 40 bis 60 Vol.-% aufweist.

4. Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung nach Anspruch 1, wobei das Nonwoven-Glasgewebe eine Porosität von 50 bis 95 Vol.-% aufweist.

5. Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung nach Anspruch 4, wobei das Nonwoven-Glasgewebe eine Porosität von 75 bis 95 Vol.-% aufweist.

6. Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung nach Anspruch 1, wobei das Oxohalogenid wenigstens eines ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Thionylchlorid, Sulfurylchlorid und Phosphorylchlorid.

7. Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung nach Anspruch 1, wobei das Alkalimetall eines ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium.

8. Zelle vom Typ mit anorganischer nichtwäßriger Elektrolytlösung nach Anspruch 1, wobei der Elektrolyt in der Elektrolytlösung einer ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus LiAlCl&sub4;, LiAlBr&sub4;, LiGaCl&sub4; und LiB&sub1;&sub0;Cl&sub1;&sub0;.