DE69924858T2 - Batteriekonstruktion mit vergrössertem innenvolumen für aktivmaterialen - Google Patents

Batteriekonstruktion mit vergrössertem innenvolumen für aktivmaterialen Download PDF

Info

Publication number
DE69924858T2
DE69924858T2 DE69924858T DE69924858T DE69924858T2 DE 69924858 T2 DE69924858 T2 DE 69924858T2 DE 69924858 T DE69924858 T DE 69924858T DE 69924858 T DE69924858 T DE 69924858T DE 69924858 T2 DE69924858 T2 DE 69924858T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
volume
collector
battery
shell
cover
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Revoked
Application number
DE69924858T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69924858D1 (de
Inventor
R. Gary TUCHOLSKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Edgewell Personal Care Brands LLC
Original Assignee
Eveready Battery Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=27378379&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE69924858(T2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Eveready Battery Co Inc filed Critical Eveready Battery Co Inc
Application granted granted Critical
Publication of DE69924858D1 publication Critical patent/DE69924858D1/de
Publication of DE69924858T2 publication Critical patent/DE69924858T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Revoked legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/75—Wires, rods or strips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/1243—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure characterised by the internal coating on the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/131—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
    • H01M50/133—Thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/148—Lids or covers characterised by their shape
    • H01M50/154—Lid or cover comprising an axial bore for receiving a central current collector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/167—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by crimping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/171—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids using adhesives or sealing agents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/182—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for cells with a collector centrally disposed in the active mass, e.g. Leclanché cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/559—Terminals adapted for cells having curved cross-section, e.g. round, elliptic or button cells
    • H01M50/56—Cup shaped terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/571—Methods or arrangements for affording protection against corrosion; Selection of materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
    • H01M6/08—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with cup-shaped electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine elektrochemische Zellenkonstruktion. Genauer gesagt, die vorliegende Erfindung betrifft die Behälter und Kollektorbaugruppen, die für eine elektrochemische Zelle verwendet werden, wie beispielsweise eine alkalische Zelle.
  • 1 zeigt die Konstruktion einer konventionellen alkalischen Zelle 10 der Größe C. Wie gezeigt wird, umfaßt die Zelle 10 eine zylindrisch geformte Hülle 12 mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende. Die Hülle 12 wird vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, so. daß eine äußere Abdeckung 11, die auf eine untere Fläche 14 am geschlossenen Ende der Hülle 12 geschweißt wird, als eine elektrische Kontaktklemme für die Zelle dient.
  • Die Zelle 10 umfaßt außerdem typischerweise ein erstes Elektrodenmaterial 15, das als die positive Elektrode dienen kann (ebenfalls als Katode bekannt). Das erste Elektrodenmaterial 15 kann vorgeformt und in die Hülle 12 eingesetzt werden, oder es kann an Ort und Stelle so geformt werden, daß die Innenflächen der Hülle 12 kontaktiert werden. Für eine alkalische Zelle wird das erste Elektrodenmaterial 15 typischerweise MnO2 umfassen. Nachdem die erste Elektrode 15 in der Hülle 12 bereitgestellt wurde, wird ein Trennelement 17 in den Raum eingesetzt, der durch die erste Elektrode 15 definiert wird. Das Trennelement 17 ist vorzugsweise ein Vliesstoff. Das Trennelement 17 wird bereitgestellt, um eine physikalische Trennung des ersten Elektrodenmaterials 15 und einer Mischung des Elektrolyten und eines zweiten Elektrodenmaterials 20 aufrechtzuerhalten, während der Transport von Ionen zwischen den Elektrodenmaterialien gestattet wird.
  • Sobald ein Trennelement 17 an Ort und Stelle innerhalb des Hohlraumes ist, der durch die erste Elektrode 15 definiert wird, wird ein Elektrolyt in den Raum verteilt, der durch das Trennelement 17 definiert wird, zusammen mit der Mischung 20 des Elektrolyten und eines zweiten Elektrodenmaterials, die die negative Elektrode sein kann (ebenfalls als Anode bekannt). Die Mischung 20 des Elektrolyten zweite Elektrode umfaßt vorzugsweise ein Geliermittel. Für eine typische alkalische Zelle wird eine Mischung 20 aus einer Mischung einer wäßrigen KOH-Elektrolyten und Zink gebildet, die als das zweite Elektrodenmaterial dient. Wasser und zusätzliches Zusatzmittel können ebenfalls in die Mischung 20 eingeschlossen werden.
  • Sobald die erste Elektrode 15, das Trennelement 17, der Elektrolyt und die Mischung 20 innerhalb der Hülle 12 gebildet wurden, wird eine vormontierte Kollektorbaugruppe 25 in das offene Ende der Hülle 12 eingesetzt. Die Hülle 12 ist an ihrem offenen Ende typischerweise etwas kegelförmig. Diese Kegeligkeit dient dazu, die Kollektorbaugruppe in einer gewünschten Ausrichtung vor deren Sichern an Ort und Stelle zu halten. Nachdem die Kollektorbaugruppe 25 eingesetzt wurde, wird eine äußere Abdeckung 45 über der Kollektorbaugruppe 25 angeordnet. Die Kollektorbaugruppe 25 wird an Ort und Stelle gesichert, indem die Hülle gegen die Kollektorbaugruppe 25 radial gequetscht wird. Der Endrand 13 der Hülle 12 wird über den peripheren Rand der Kollektorbaugruppe 25 gebördelt, wodurch die äußere Abdeckung 45 und die Kollektorbaugruppe 25 innerhalb des Endes der Hülle 12 gesichert werden. Wie es nachfolgend weiter beschrieben wird, ist eine Funktion, die von der Kollektorbaugruppe 25 gebracht wird, die Bereitstellung eines zweiten äußeren elektrischen Kontaktes für die elektrochemische Zelle. Zusätzlich muß die Kollektorbaugruppe 25 das offene Ende der Hülle 12 abdichten, um zu verhindern, daß die elektrochemischen Materialien darin aus dieser Zelle austreten. Zusätzlich muß die Kollektorbaugruppe 25 eine ausreichende Festigkeit zeigen, um den körperlichen Mißbrauch auszuhalten, denen Batterien typischerweise ausgesetzt sind. Weil elektrochemische Zellen Wasserstoffgas erzeugen können, kann die Kollektorbaugruppe 25 ebenfalls gestatten, daß das innen erzeugte Wasserstoffgas durchdringt, um nach außerhalb der elektrochemischen Zelle zu entweichen. Außerdem sollte die Kollektorbaugruppe 25 eine gewisse Form von Druckentlastungsmechanismus umfassen, um den Druck zu entlasten, der innerhalb der Zelle erzeugt wird, sollte dieser Druck übermäßig werden. Derartige Bedingungen können auftreten, wenn die elektrochemische Zelle im Inneren Wasserstoffgas mit einer Geschwindigkeit erzeugt, die die übersteigt, mit der das im Inneren erzeugte Wasserstoffgas durch die Kollektorbaugruppe nach außerhalb der Zelle dringen kann.
  • Die in 1 gezeigte Kollektorbaugruppe 25 umfaßt eine Dichtung 30, einen Kollektornagel 40, eine innere Abdeckung 44, eine Unterlegscheibe 50 und eine Vielzahl von Spornen 52. Die Dichtung 30 wird so gezeigt, daß sie eine mittlere Nabe 32 mit einem Loch umfaßt, durch das der Kollektornagel 40 eingesetzt wird. Die Dichtung 30 umfaßt außerdem einen V-förmigen Abschnitt 34, der eine obere Fläche 16 der ersten Elektrode 15 kontaktieren kann.
  • Die Dichtung 30 umfaßt ebenfalls eine periphere aufrechtstehende Wand 36, die sich nach oben längs des Umfanges der Dichtung 30 in einer ringförmigen Weise erstreckt. Die periphere aufrechtstehende Wand 36 dient nicht nur als eine Dichtung zwischen der Grenzfläche der Kollektorbaugruppe 25 und der Hülle 12, sondern ebenfalls als ein elektrischer Isolator, um das Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der positiven Hülle und der negativen Kontaktklemme der Zelle zu verhindern.
  • Die innere Abdeckung 44, die aus einem steifen Metall gebildet wird, wird bereitgestellt, um die Steifigkeit zu vergrößern, und um das radiale Zusammendrücken der Kollektorbaugruppe 25 aufzunehmen, wodurch der Dichtungswirkungsgrad verbessert wird. Wie in 1 gezeigt wird, ist die innere Abdeckung 44 so konfiguriert, daß sie den mittleren Nabenabschnitt 32 und die periphere aufrechtstehende Wand 36 kontaktiert. Durch Konfigurieren der Kollektorbaugruppe 25 in dieser Weise dient die innere Abdeckung 44 dazu, ein Zusammendrücken des mittleren Nabenabschnittes 32 durch den Kollektornagel 40 zu gestatten, während das Zusammendrücken der peripheren aufrechtstehenden Wand 36 durch die innere Fläche der Hülle 12 ebenfalls aufgenommen wird.
  • Die äußere Abdeckung 45 wird typischerweise aus vernickeltem Stahl hergestellt und ist konfiguriert, um sich von einem Bereich aus zu erstrecken, der durch die ringförmige periphere aufrechtstehende Wand 36 der Dichtung 30 definiert wird, und um mit einem Kopfabschnitt 42 des Kollektornagels 40 in elektrischem Kontakt zu sein. Die äußere Abdeckung 45 kann auf den Kopfabschnitt 42 des Kollektornagels 40 geschweißt werden, um jeglichen Kontaktverlust zu verhindern. Wie in 1 gezeigt wird, wenn die Kollektorbaugruppe 25 in das offene Ende der Hülle 12 eingesetzt wird, dringt der Kollektornagel 40 tief in die Mischung 20 des Elektrolyt/zweite Elektrode ein, um einen ausreichenden elektrischen Kontakt damit herzustellen. In dem in 1 gezeigten Beispiel umfaßt die äußere Abdeckung 45 einen peripheren Rand 47, die sich nach oben längs des Umfanges der äußeren Abdeckung 45 erstreckt. Durch Bilden der peripheren aufrechtstehenden Wand 36 der Dichtung 30 mit einer Länge, die größer ist als die des peripheren Randes 47, kann ein Abschnitt der peripheren aufrechtstehenden Wand 36 über den peripheren Rand 47 während des Bördelvorganges gefaltet werden, um so zu verhindern, daß ein Abschnitt des oberen Randes 13 der Hülle 12 mit der äußeren Abdeckung 45 in Berührung kommen kann.
  • Die Dichtung 30 wird vorzugsweise aus Nylon gebildet. In der in 1 gezeigten Konfiguration wird ein Druckentlastungsmechanismus bereitgestellt, damit der Innendruck entlastet werden kann, wenn ein derartiger Druck übermäßig wird. Außerdem sind die innere Abdeckung 44 und die äußere Abdeckung 45 typischerweise mit Öffnungen 43 versehen, die das Austreten von Wasserstoffgas nach außerhalb der Zelle 10 gestatten. Der gezeigte Mechanismus umfaßt eine ringförmige Metallunterlegscheibe 50 und eine Vielzahl von Spornen 52, die zwischen der Dichtung 30 und der inneren Abdeckung 44 vorhanden sind. Jeder Sporn 52 umfaßt ein spitzes Ende 53, das gegen einen dünnen Zwischenabschnitt 38 der Dichtung 30 gepreßt wird. Die Sporne 52 werden gegen die untere Innenfläche der inneren Abdeckung 44 gelenkt, so daß, wenn der Innendruck der Zelle 10 ansteigt und die Dichtung 30 folglich verformt wird, indem in Richtung der inneren Abdeckung 44 nach oben gedrückt wird, durchdringen die spitzen Enden 53 der Sporne 52 den dünnen Zwischenabschnitt 38 der Dichtung 30, wodurch die Dichtung 30 zerrissen wird und das im Inneren erzeugte Gas durch die Öffnungen 43 entweichen darf.
  • Obgleich die vorangehend beschriebene Kollektorbaugruppe 25 alle vorangehend angeführten wünschenswerten Funktionen in zufriedenstellender Weise durchführt, wie es aus ihrem Querschnittsprofil ersichtlich ist, nimmt diese spezielle Kollektorbaugruppe einen bedeutenden Umfang des Raumes im Inneren der Zelle 10 in Anspruch. Es sollte bemerkt werden, daß die in 1 gezeigte Konstruktion nur ein Beispiel für eine Zellenkonstruktion ist. Andere Kollektorbaugruppen sind vorhanden, die niedrigere Profile aufweisen und daher weniger Raum innerhalb der Zelle in Anspruch nehmen. Derartige Kollektorbaugruppen erreichen jedoch typischerweise diese Verringerung des in Anspruch genommenen Volumens auf Kosten der Dichtungseigenschaften der Kollektorbaugruppe oder der Leistung und Zuverlässigkeit des Druckentlastungsmechanismus.
  • Das gemessene Außen- und Innenvolumen für mehrere Batterien, die zum Prioritätsdatum dieser Anmeldung kommerziell verfügbar waren, werden in den Tabellen aufgelistet, die in 2A und 2B gezeigt werden. Die Tabellen listen die Volumen (cm3) für Batterien der Größen D, C, AA und AAA auf. Das Kollektorbaugruppenvolumen und der Prozentwert des gesamten Zellenvolumens, das das Volumen der Kollektorbaugruppe bildet, wird in 2B für jene kommerziell verfügbaren Batterien vorgelegt, die in 2A aufgelistet werden. In 2A wird ebenfalls ein Prozentwert des gesamten Zellenvolumens vorgelegt, das das Innenvolumen bildet, das für das Aufnehmen der elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar ist.
  • Das „gesamte Zellenvolumen" umfaßt das Gesamtvolumen der Batterie, einschließlich jeglicher innerer Hohlräume. Für die in 1 gezeigte Batterie umfaßt das Gesamtvolumen Idealerweise die gesamte schraffierte Fläche, wie in 3A gezeigt wird. Das „Innenvolumen" der Batterie wird durch die schraffierte Fläche verkörpert, die in 3B gezeigt wird. Das „Innenvolumen", wie es hierin verwendet wird, ist das Volumen innerhalb der Zelle oder der Batterie, das die elektrochemisch aktiven Materialien aufnimmt, ebenso wie jegliche Hohlräume und chemisch inerte Materialien (außer dem Kollektornagel), die innerhalb des abgedichteten Volumens der Zelle eingeschlossen werden. Derartige chemisch inerte Materialien können Trennelemente, Leiter und jegliche inerte Zusatzmittel in den Elektroden einschließen. Wie es hierin beschrieben wird, umfaßt der Begriff „elektrochemisch aktive Materialien" die positive und negative Elektrode und den Elektrolyt. Das „Kollektorbaugruppenvolumen" umfaßt den Kollektornagel, die Dichtung, die innere Abdeckung, die Unterlegscheibe, die Sporne und jegliches Hohlraumvolumen zwischen der unteren Fläche der negativen Abdeckung und der Dichtung (durch die schraffierte Fläche in 3C gezeigt). Das „Behältervolumen" umfaßt das Volumen der Hülle, des Etiketts, der negativen Abdeckung (äußere Abdeckung 45), das Hohlraumvolumen zwischen dem Etikett und der negativen Abdeckung, die positive Abdeckung und das Hohlraumvolumen zwischen der positiven Abdeckung und der Hülle (durch die schraffierte Fläche in 3D gezeigt). Wenn sich das Etikett auf die oder in Berührung mit der negativen Abdeckung erstreckt, ist das Hohlraumvolumen, das zwischen dem Etikett und der negativen Abdeckung vorhanden ist, im Behältervolumen eingeschlossen, und es wird daher ebenfalls als Teil des Gesamtvolumens betrachtet. Anderenfalls ist jenes Hohlraumvolumen nicht in entweder dem Behältervolumen oder dem Gesamtvolumen enthalten.
  • Es sollte erkannt werden, daß die Gesamtsumme des „Innenvolumens", des „Kollektorbaugruppenvolumens" und „Behältervolumens" gleich dem „Gesamtvolumen" ist. Dementsprechend kann das Innenvolumen, das für elektrochemisch aktive Materialien verfügbar ist, durch Messen des Kollektorbaugruppenvolumens und des Behältervolumens und Subtrahieren des Kollektorbaugruppenvolumens und des Behältervolumens vom gemessenen Gesamtvolumen der Batterie bestätigt werden kann.
  • Weil die Außenabmessungen der elektrochemischen Zelle im allgemeinen durch das American National Standards Institute (ANSI) oder andere Standardorganisationen im allgemeinen festgelegt werden, gilt, daß, je größer der durch die Kollektorbaugruppe in Anspruch genommene Raum ist, desto kleiner der Raum ist, der innerhalb der Zelle für die elektrochemischen Materialien verfügbar ist. Folglich führt eine Verringerung der Menge der elektrochemischen Materialien, die innerhalb der Zelle bereitgestellt werden können, zu einer kürzeren Lebensdauer der Zelle. Es ist daher wünschenswert, das Innenvolumen innerhalb einer elektrochemischen Zelle zu maximieren, das für die elektrochemisch aktiven Teile verfügbar ist.
  • Wir ermittelten jetzt, daß das bewirkt werden kann, indem eine elektrochemische Zelle konstruiert wird, wo der durch die Kollektorbaugruppe in Anspruch genommene Raum und der durch das Behältervolumen in Anspruch genommene Raum minimiert werden, während noch angemessene Dichtungseigenschaften aufrechterhalten werden und ein zuverlässiger Druckentlastungsmechanismus gestattet wird.
  • Dementsprechend ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, die vorangehenden Probleme durch entweder Eliminieren der Kollektorbaugruppe aus der Zelle, während ihre Funktionen beibehalten werden, oder durch Bereitstellen einer Kollektorbaugruppe mit einem bedeutend niedrigeren Profil und dadurch Inanspruchnahme eines bedeutend geringeren Raumes innerhalb einer elektrochemischen Zelle zu lösen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Zellenkonstruktionen, die einen geringeren Wasserverlust mit der Zeit als Baugruppen nach dem bisherigen Stand der Technik zeigen, wodurch die Lagerbeständigkeit der Zelle vergrößert wird. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung einer Batterie mit einem zuverlässigen Druckentlastungsmechanismus, der nicht einen bedeutenden Prozentwert des verfügbaren Zellenvolumens in Anspruch nimmt. Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Zellenkonstruktionen, die einfacher herzustellen sind, und die weniger Materialien erfordern, wodurch möglicherweise niedrigere Herstellungskosten entstehen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung von Zellenkonstruktionen, die eine geringere radiale Druckkraft erfordern, die durch die Hülle angewandt wird, um die Zelle angemessen abzudichten, wodurch die Verwendung einer Hülle mit dünneren Seitenwänden gestattet wird, und das fuhrt daher zu einem größeren Innenzellenvolumen.
  • Um die vorangehenden Aspekte und Vorteile zu erreichen, weist eine Batterie der vorliegenden Erfindung auf eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollektor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 88,4 Prozent des Gesamtvolumens der Batterie beträgt.
  • Diese und weitere charakteristische Merkmale, Vorteile und Ziele der vorliegenden Erfindung werden von den Fachleuten mit Bezugnahme auf die folgende Spezifikation, die Patentansprüche und die als Anhang beigefügten Zeichnungen verstanden und erkannt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird weiter mit Bezugnahme auf die Zeichnungen verstanden, die zeigen:
  • 1 einen Querschnitt einer konventionellen alkalischen elektrochemischen Zeile der Größe C;
  • 2A eine Tabelle, die die relativen Gesamtbatterievolumen und Innenzellenvolumen zeigt, die für elektrochemisch aktive Materialien verfügbar sind, gemessen für jene Batterien, die kommerziell zu dem Zeitpunkt verfügbar waren, zu dem diese Anmeldung registriert wurde;
  • 2B eine Tabelle, die die relativen Gesamtbatterievolumen und Kollektorbaugruppenvolumen zeigt, gemessen für jene Batterien, die kommerziell verfügbar waren, wie sie in 2A bereitgestellt werden;
  • 3A bis 3D Querschnitte einer konventionellen alkalischen elektrochemischen Zelle der Größe C, die die Gesamtbatterievolumen und Volumen der verschiedenen Teile veranschaulichen;
  • 4 einen Querschnitt einer alkalischen elektrochemischen Zelle der Größe C mit einer flachen Dichtung, die in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
  • 5 einen Teilquerschnitt einer Anpassung der ersten Ausführung für eine Verwendung in einer Batterie der Größe AA, im Vergleich mit einem Teilquerschnitt einer Anpassung der konventionellen Konstruktion gezeigt, wie sie gegenwärtig in einer Batterie der Größe AA verwendet wird;
  • 6 einen Querschnitt einer alkalischen elektrochemischen Zelle der Größe C mit einer ultraflachen Dichtung entsprechend einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 7 einen Querschnitt einer alkalischen elektrochemischen Zelle der Größe C mit einer ultraflachen Dichtung und einem ausgebildeten positiven Abdeckungsvorsprung entsprechend einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 8A einen Querschnitt einer alkalischen elektrochemischen Zelle der Größe C, die in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Rückrollabdeckung, einer ringförmigen L-förmigen oder J-förmigen Dichtung und einem Druckentlastungsmechanismus konstruiert ist, der in der unteren Fläche der Hülle gebildet wird;
  • 8B einen Querschnitt des oberen Abschnittes einer alkalischen elektrochemischen Zelle der Größe C, die in Übereinstimmung mit der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Rückrollabdeckung konstruiert ist und außerdem eine L-förmige ringförmige Dichtung einschließt;
  • 8C eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der in 8A gezeigten elektrochemischen Zelle, die die Montage der Kollektordichtungs- und Abdeckungsbaugruppe veranschaulicht;
  • 9 eine untere Ansicht einer Batteriehülle mit einem Druckentlastungsmechanismus, der im geschlossenen Ende der Hülle gebildet wird;
  • 10 eine Schnittdarstellung längs einer Linie X-X der Hüllenöffnung, die in 9 gezeigt wird;
  • 11 einen Querschnitt einer alkalischen elektrochemischen Zelle der Größe C mit einer Getränkedosenkonstruktion entsprechend einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 12A eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Darstellung der in 11 gezeigten Batterie;
  • 12B und 12C Schnittdarstellungen eines Abschnittes der in 11 gezeigten Batterie, die den Vorgang der Herstellung der Getränkedosenkonstruktion veranschaulichen;
  • 12D eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Abschnittes der in 11 gezeigten Batterie;
  • 13 einen Querschnitt einer alkalischen elektrochemischen Zelle der Größe C mit einer Getränkedosenkonstruktion entsprechend einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 14A eine Tabelle, die das berechnete Gesamt- und Innenzellenvolumen für verschiedene Batterien zeigt, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert wurden;
  • 14B eine Tabelle, die das berechnete Gesamtvolumen und das Kollektorbaugruppenvolumen für verschiedene Batterien zeigt, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert wurden;
  • 15 einen Querschnitt einer alkalischen elektrochemischen Zelle der Größe C mit einer Kollektordurchführungskonstruktion entsprechend einer siebenten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 16 eine auseinandergezogene Montagedarstellung der in 15 gezeigten elektrochemischen Zelle; und
  • 17 ein Ablaufdiagramm, das ein Montageverfahren der in 15 und 16 gezeigten elektrochemischen Zelle veranschaulicht.
  • Wie es vorangehend beschrieben wird, ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung die Vergrößerung des in einer Batterie verfügbaren Innenvolumens für das Aufnehmen der elektrochemisch aktiven Materialien bis zu Volumen, die vorher nicht erhalten wurden. Um dieses Ziel ohne nachteiliges Verringern der Zuverlässigkeit des in der Batterie bereitgestellten Druckentlastungsmechanismus und ohne Erhöhen der Wahrscheinlichkeit zu erreichen, daß die Batterie anderenfalls auslaufen würde, werden verschiedene neuartige Abwandlungen nachfolgend bei der Konstruktion der Batterien unterschiedlicher Größen vorgeschlagen. Die nachfolgend beschriebenen Abwandlungen können separat oder in Verbindung in einer Batterie zur Verbesserung ihres Volumenwirkungsgrades vorgenommen werden.
  • Wie es nachfolgend weiter detailliert beschrieben wird, umfassen die verschiedenen Abwandlungen der vorliegenden Erfindung, die ein größeres Innenvolumen für das Aufnehmen der elektrochemisch aktiven Materialien erreichen: eine flache Dichtung (4); eine ultraflache Dichtung (5); einen positiven äußeren Abdeckungsvorsprung, der direkt im geschlossenen Ende der Hülle gebildet wird, in Kombination mit der ultraflachen Dichtung (6) oder der flachen Dichtung verwendet; eine Hüllenöffnung, die im geschlossenen Ende der Batteriehülle gebildet wird (7 bis 9), die eine L-förmige und J-förmige ringförmige Dichtung (8A bis 8C) einschließt; eine Getränkedosenkonstruktion, die in Verbindung mit einer Hüllenöffnung verwendet wird (11); und eine Getränkedosenkonstruktion mit einer Kollektordurchführung (15 bis 17).
  • Zusätzlich kann die Batterie durch Benutzung der vorangehend angeführten Konstruktionen mit dünneren Wänden in der Größenordnung von 0,10 bis 0,20 mm (4 bis 8 mil) hergestellt werden, da die nachfolgend umrissenen Konstruktionsverfahren nicht die dickeren Wände erfordern, die in konventionellen Batterien erforderlich sind, um ein ausreichendes Börderln und eine Abdichtung zu sichern. Außerdem kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Etikett direkt auf die Außenfläche der Batteriehülle lithografisch aufgebracht werden. Indem die Hüllenwände dünner ausgeführt werden und das Etikett direkt lithografisch auf das Äußere der Hülle aufgebracht werden kann, kann das Innenvolumen der Zelle weiter vergrößert werden, da man nicht die Dicke des Etikettsubstrates berücksichtigen muß, um eine Zelle zu konstruieren, die den ANSI-Standards der Außenabmessung entspricht.
  • Das Gesamtbatterievolumen, das Kollektorbaugruppenvolumen und das Innenvolumen, das für das elektrochemisch aktive Material für jede Batterie verfügbar ist, werden durch Betrachten einer Computer Aided Design (CAD)-Zeichnung, einer Fotografie oder eines tatsächlichen Querschnittes der Batterie ermittelt, die in Epoxid eingeschlossen und längs geschnitten wurde. Die Verwendung einer CAD-Zeichnung, einer Fotografie oder eines tatsächlichen Längsschnittes, um die Batterieabmessungen zu betrachten und zu messen, berücksichtigt die Einbeziehung aller Hohlraumvolumen, die in der Batterie vorhanden sein könnten. Um das Gesamtbatterievolumen zu messen, wird die Schnittdarstellung der Batterie durch ihre mittlere Längssymmetrieachse betrachtet, und das gesamte Volumen wird durch geometrische Berechnung gemessen. Um das für elektrochemisch aktive Materialien verfügbare Innenvolumen zu messen, wird die Schnittdarstellung der Batterie durch ihre mittlere Längssymmetrieachse betrachtet, und die Teile, die das Innenvolumen bilden, das die elektrochemisch aktiven Materialien, die Hohlraumvolumen und die chemisch inerten Materialien (außer dem Kollektornagel) umfaßt, die innerhalb des abgedichteten Volumens der Zelle eingegrenzt werden, werden durch geometrische Berechnung gemessen. Gleichfalls, um das Volumen der Kollektorbaugruppe zu ermitteln, wird die Schnittdarstellung der Batterie durch ihre mittlere Längssymmetrieachse betrachtet, und die Teile, die das Kollektorbaugruppenvolumen bilden, die den Kollektornagel, die Dichtung, die innere Abdeckung und jegliches Hohlraumvolumen einschließen, das zwischen der unteren Fläche der negativen Abdeckung und der Dichtung definiert wird, werden durch geometrische Berechnung gemessen. Das Behältervolumen kann gleichfalls durch Betrachten des mittleren Längsschnittes der Batterie und Berechnen des Volumens gemessen werden, das durch die Hülle, das Etikett, die negative Abdeckung, das Hohlraumvolumen zwischen dem Etikett und der negativen Abdeckung, die positive Abdeckung und das Hohlraumvolumen zwischen der positiven Abdeckung und der Hülle eingenommen wird.
  • Die Volumenmessungen werden durch Betrachten eines Querschnittes der Batterie durch ihre Längssymmetrieachse vorgenommen. Das liefert eine genaue Volumenmessung, da die Batterie und ihre Teile im allgemeinen axial symmetrisch sind. Um eine geometrische Betrachtung des Querschnittes einer Batterie zu erhalten, wurde die Batterie zuerst in Epoxid eingebettet und, nachdem das Epoxid verfestigt war, wurden die eingebettete Batterie und ihre Teile auf den mittleren Querschnitt durch die Symmetrieachse abgeschliffen. Genauer gesagt, die Batterie wurde zuerst in Epoxid eingebettet und danach bis fast auf den mittleren Querschnitt geschliffen. Als nächstes wurden alle inneren Teile, wie beispielsweise die Anode, die Katode und das Trennelementpapier, entfernt, um eine Messung des fertigen Querschnittes besser zu ermöglichen. Die eingebettete Batterie wurde danach von jeglichen verbleibenden Schmutzstoffen gereinigt, luftgetrocknet, und die verbleibenden Hohlraumvolumen wurden mit Epoxid gefüllt, um der Batterie eine gewisse Integrität zu verleihen, bevor das Schleifen und Polieren bis zu ihrer Mitte abgeschlossen wird. Die Batterie wurde wiederum geschliffen und poliert, bis sie bis zu ihrem mittleren Querschnitt fertiggestellt war, sie wurde danach in eine Zeichnung aufgenommen, und die Volumen wurden daraus gemessen.
  • Vor dem Einbetten der Batterie in Epoxid wurden Batteriemessungen mit Lehren vorgenommen, um die Gesamthöhe, die Bördelhöhe und den Außendurchmesser oben, unten und in der Mitte der Batterie zu messen. Außerdem wurde eine identische Batterie demontiert, und deren Teile wurden gemessen. Diese Messungen der Teile der demontierten Batterie umfassen den Durchmesser des gegenwärtigen Kollektornagels, die Länge des gegenwärtigen Kollektornagels, die Länge des gegenwärtigen Kollektornagels bis zur negativen Abdeckung und den Außendurchmesser oben, unten und in der Mitte der Batterie ohne vorhandenem Etikett.
  • Sobald die Batterie vollständig in Epoxid eingebettet und bis zur Mitte durch die Längssymmetrieachse geschliffen war, wurde die Querschnittsdarstellung der Batterie benutzt, um eine Zeichnung anzufertigen. Ein Mitutoyo Meßprojektor mit QC-4000 Software wurde verwendet, um die Kontur der Batterie und ihre einzelnen Teile abzutasten, um eine Zeichnung des mittleren Querschnittes der Batterie zu erhalten. Indem man so verfährt, wurde die Batterie sicher an Ort und Stelle fixiert, und die Kontur der Batterieteile wurde in einem Format abgespeichert, das später bei der Solid-Modeling-Software verwendet werden könnte, um die Batterievolumen zu berechnen, die von Interesse sind. Bevor jedoch irgendwelche Volumenmessungen vorgenommen wurden, kann die Zeichnung so korrigiert werden, daß jegliche Batterieteile kompensiert werden, die nicht genau durch die Mitte der Batterie ausgerichtet sind. Das kann bewirkt werden, indem die Messungen, die von der Batterie vor der Querschnittsbildung der Batterie erhalten wurden, und jene Messungen verwendet werden, die von der demontierten identischen Batterie erhalten werden. Beispielsweise können der Durchmesser und die Länge des gegenwärtigen Kollektornagels und der gesamte Außendurchmesser der Batterie modifiziert werden, um die Zeichnung genauer zu profilieren, indem die Zeichnung korrigiert wird, um die entsprechenden bekannten Querschnittsabmessungen einzuschließen, um die Zeichnung für Volumenmessungen genauer zu machen, Die Details der Dichtung, Abdeckung und Bördelflächen wurden verwendet, wie sie im Meßprojektor gezeichnet wurden.
  • Um die Volumenmessungen zu berechnen, wurde die Zeichnung in die Solid-Modeling-Software involviert. Eine solide dreidimensionale Volumendarstellung wurde durch Drehen der Kontur des Querschnittes auf sowohl der linken als auch rechten Seite um einhundertundachtzig Grad (180°) um die Längssymmetrieachse gebildet. Dementsprechend wird das Volumen eines jeden Bereiches, der von Interesse ist, mittels der Software berechnet, und durch Drehen der linken und rechten Seite um einhundertundachtzig Grad (180°) und Summieren der linken und rechten Volumen miteinander wird ein mittlerer Volumenwert ermittelt, der in jenen Situationen vorteilhaft sein kann, wo die Batterie nichtsymmetrische charakteristische Merkmale aufweist. Die Volumen, die nichtsymmetrische charakteristische Merkmale aufweisen, können korrigiert werden, wenn erforderlich, um genauere Volumenmessungen zu erhalten.
  • FLACHE DICHTUNG
  • 4 zeigt eine Batterie, die bei Verwendung einer flachen Dichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde. Gleich der in 1 gezeigten Batterie umfaßt die Batterie 100 eine elektrisch leitende Hülle 112 mit einem geschlossenen Ende 114 und einem offenen Ende, in dem eine Kollektorbaugruppe 125 und eine negative Abdeckung 145 an Ort und Stelle gesichert sind. Ebenfalls umfaßt die Batterie 100 eine positive Elektrode 115 in Kontakt mit den Innenwänden der Hülle 112 und in Kontakt mit einer Trennelementschicht 117, die zwischen der positiven Elektrode 115 und einer negativen Elektrode 120 liegt. Außerdem umfaßt die Batterie 100 eine positive äußere Abdeckung 111, die an einer unteren Fläche des geschlossenen Endes der Hülle 112 befestigt ist.
  • Der Unterschied zwischen den Batterien 10 und 100 liegt in der Konstruktion der Kollektorbaugruppe 125 und der Abdeckung 145. Während die Dichtung 130 der Dichtung 30 darin gleicht, daß sie eine aufrechtstehende Wand 136 und eine mittlere Nabe 132 umfaßt, die eine Öffnung aufweist, die darin für das Aufnehmen des Kopfabschnittes 142 eines Kollektornagels 140 ausgebildet ist, weicht die Dichtung 130 von der Dichtung 30 darin ab, daß der V-Abschnitt 34 der Dichtung 30 umgekehrt ist, um sich nach oben in Richtung der inneren Abdeckung 144 zu erstrecken, wie durch die Bezugszahl 134 gezeigt wird. Durch Umkehren dieses V-Abschnittes kann die Kollektorbaugruppe 125 gleichmäßiger auf einer oberen Fläche 116 der positiven Elektrode 115 aufliegen. Außerdem kann dann das vom V-Abschnitt 34 der Batterie 10 in Anspruch genommene Volumen für die elektrochemisch aktiven Materialien benutzt werden.
  • Um ebenfalls das Innenvolumen zu verringern, das von der Kollelktorbaugruppe 125 in Anspruch genommen wird, wird die innere Abdeckung 144 so konstruiert, daß sie sich dichter an die Innenfläche der äußeren Abdeckung 145 anpaßt, um so den Hohlraum zwischen der äußeren Abdeckung 45 und der inneren Abdeckung 44 in der Batterie 10 zu eliminieren. Indem die Kollektorbaugruppe 125 fest auf der oberen Fläche 116 der positiven Elektrode 115 aufliegt, kann zusätzlich der periphere Rand 147 der äußeren Abdeckung 145 flach sein, eher als daß er sich nach oben erstreckt, wie im Fall der Batterie 10. Indem der periphere Rand 147 flach gelegt wird, kann die Kollektorbaugruppe 125 noch dichter am Ende der Batterie 100 positioniert werden.
  • Die Kollektorbaugruppe 125 der Batterie 100 weicht weiter von der Kollektorbaugruppe 25 der Batterie 10 darin ab, daß die Sporne 52 und die Unterlegscheibe 50 eliminiert werden. Die Kollektorbaugruppe 125 weist dennoch einen zuverlässigen Druckentlastungsmechanismus durch die Bereitstellung eines dünner gestalteten Abschnittes 138 auf, der in der Dichtung 130 unmittelbar angrenzend an die Nabe 132 gebildet wird. Ein verdickter Ringabschnitt 139 der Dichtung 130 ist angrenzend an den dünner gestalteten Abschnitt 138 vorhanden, so daß der dünner gestaltete Abschnitt 138 zwischen dem verdickten Ringabschnitt 139 und der relativ dicken Nabe 132 liegt. Daher, wenn der Innenddruck der Zelle 100 übermäßig wird, reißt die Dichtung 130 an der Stelle des dünner gestalteten Abschnittes 138 auf. Wie bei der Konstruktion, die für die Batterie 10 gezeigt wird, tritt das im Inneren erzeugte Gas dann durch die Öffnungen 143 aus, die in der inneren Abdeckung 144 und der äußeren Abdeckung 145 ausgebildet sind.
  • Das Innenvolumen, das für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien in einer Batterie der Größe D mit der in 1 gezeigten konventionellen Konstruktion verfügbar ist, beträgt 44,16 cm3, was 87,7 Prozent des Gesamtvolumens von 50,38 cm3 sind. (Siehe entsprechender Eintrag in der Tabelle in 2A.) Wenn die gleiche Zelle bei Verwendung der in 4 gezeigten Konstruktion der flachen Dichtung konstruiert würde, kann das innere Zellenvolumen auf 44,67 cm3 erhöht werden, was 89,2 Prozent des Gesamtvolumens verkörpert, das 50,07 cm3 beträgt. Das Innen- und das Außenvolumen für die Zelle, die mit der flachen Dichtung der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde, gelten für eine Zelle mit einer Hüllendicke von 10 mil. Außerdem können durch Verringern der Hüllenwanddicke noch größere innere Zellenvolumen erreicht werden.
  • Die vorangehend beschriebene flache Dichtung wird im einvernehmlich abgetretenen US-A-5925478 unter dem Titel „Eine V-förmige Dichtung für galvanische Zellen", angemeldet am 27. Juni 1997, von Gary R. Tucholski offenbart.
  • 5 zeigt eine modifizierte Anpassung der flachen Dichtung, wie sie in einer Batterie 100' der Größe AA verwendet wird, im Vergleich mit einer kommerziellen Anpassung der in 1 gezeigten Konstruktion, wie sie für eine Batterie 10' der Größe AA verwendet wird. Wie die Kollektorbaugruppe der Batterie 100 (4) umfaßt die Kollektorbaugruppe der Batterie 100' eine Dichtung 130 mit einem umgekehrten V-Abschnitt 134, einem Nabenabschnitt 132 und einem dünner gestalteten Abschnitt 138, der zwischen der Nabe 132 und einem verdickten Abschnitt 139 vorhanden ist.
  • Der Hauptunterschied zwischen den Kollektorbaugruppen der Batterien 100 und 100' ist die Eliminierung der inneren Abdeckung 144 der Batterie 100. Um eine ausreichende radiale Druckkraft gegen den aufrechtstehenden Schenkel 136 der Dichtung 130 zu sichern, verwendet die Batterie 100' eine Rückrollabdeckung 145' anstelle der angeflanschten Abdeckung 145, die bei der Batterie 100 verwendet wird, und nutzt ebenfalls eine Halteeinrichtung 150. Wie aus einem Vergleich von 4 und 5 ersichtlich wird, weicht eine Rückrollabdeckung von einer angeflanschten Abdeckung darin ab, daß der periphere Rand 147 einer angeflanschten Abdeckung 145 flach ist, wohingegen sich der periphere Rand 147' einer Rückrollabdeckung 145' axial nach unten erstreckt und gefaltet wird, um sich ebenfalls axial nach oben zu erstrecken. Die Rückrollabdeckung 145' liefert eine ausreichende Federkraft in der radialen Richtung, um ein Pressen des aufrechtstehenden Schenkels 136 der Dichtung 130 gegen die Innenwand der Hülle 112 während der normalen Benutzung aufrechtzuerhalten.
  • Die Halteeinrichtung 150 ist über dem und um den oberen Abschnitt der Nabe 132 der Dichtung 130 vorhanden, um die Nabe 132 gegen den Kollektornagel 140 zu pressen. Ebenfalls durch Konfigurieren der Halteeinrichtung 150, damit sie einen J- oder L-förmigen Querschnitt aufweist, kann die untere radiale Verlängerung der Halteeinrichtung 150 sichern, daß die Dichtung 130 in der Nähe des dünner gestalteten Abschnittes 138 zerreißen wird, wenn der Innendruck ein übermäßiges Niveau erreicht.
  • ULTRAFLACHE DICHTUNG
  • 6 zeigt eine Batterie, die in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde, die eine ultraflache Dichtung nutzt. Wie die konventionelle Zelle 10, die in 1 gezeigt wird, umfaßt die Zelle 200 ebenfalls eine zylindrische Hülle 212 aus einem elektrisch leitenden Material. Ebenfalls wird eine erste Elektrode 215 gegen die Innenwände der Hülle 212 vorzugsweise durch Formen gebildet. Ein Trennelement 217 wird gleichfalls innerhalb des Hohlraumes eingesetzt, der durch das erste Elektrodenmaterial 215 definiert wird, und eine Mischung 220 einer zweiten Elektrode und des Elektrolyts werden innerhalb eines Hohlraumes bereitgestellt, der durch das Trennelement 217 definiert wird.
  • Wie in 6 gezeigt wird, umfaßt die Kollektorbaugruppe 225 eine integrierte Dichtungs/Innenabdeckungsbaugruppe 228 und einen Kollektor 240, der durch ein mittleres Loch 236 hindurchgeht, das in der integrierten Dichtungs/Innenabdeckungsbaugruppe 228 vorhanden ist. Der Kollektor 240 ist vorzugsweise ein Messingnagel, der einen Kopf 242 und einen Halteflansch 241 umfaßt, der bereitgestellt wird, um mit einer Klemmmutter 250 zusammenzuwirken, um den Kollektornagel 240 innerhalb des mittleren Loches 236 der integrierten Dichtungs/Innenabdeckungsbaugruppe 228 zu sichern.
  • Die integrierte Dichtungs/Innenabdeckungsbaugruppe 228 umfaßt eine steife innere Abdeckung 210 und eine Dichtung 230, die direkt auf der steifen inneren Abdeckung 210 durch Formen oder Schichtenbildung gebildet wird. Die Dichtung 230 wird vorzugsweise aus Neopren-, Butyl- oder Ethylen-Propylen-Kautschuk hergestellt, und die steife innere Abdeckung 210 wird vorzugsweise aus kohlenstoffarmem Stahl 1008 oder 1010 gebildet. Weil Kautschuk mehr zusammendrückbar ist als die in derartigen Kollektorbaugruppen oftmals verwendeten Nylon- oder Polypropylenmaterialien, muß die radiale Druckfestigkeit der steifen inneren Abdeckung 210 nicht so groß sein. Daher könnte die innere Abdeckung aus dünneren und/oder weicheren Metallen hergestellt werden. Außerdem können andere Materialien als Metall verwendet werden. Ebenfalls kann die Dichtung 230 aus anderen Materialien gebildet werden, vorausgesetzt, daß derartige Materialien chemisch inert, wasserundurchlässig, zusammendrückbar sind und die Fähigkeit zeigen, sich mit dem Material zu verbinden, das verwendet wird, um eine steife innere Abdeckung 210 zu bilden.
  • Zusätzlich kann durch Verringern der Radialkraft, die für das Zusammendrücken der peripheren aufrechtstehenden Wand der Dichtung erforderlich ist, die Dicke der Hüllenwände von 0,25 mm (0,010 in.) auf annähernd 0,15 mm (0,006 in.) oder möglicherweise sogar 0,10 mm (0,004 in.) verringert werden.
  • Durch Bereitstellen einer Konstruktion, die ermöglicht, daß Kautschukmaterialien, wie beispielsweise Neopren- und Butylkautschuk, als das Dichtungsmaterial verwendet werden, wird die Wasserdurchlässigkeit der Kollektorbaugruppe bedeutend verringert. Durch Verringern der Wasserdurchlässigkeit der Zelle sollte die Aufrechterhaltung des Betriebes der Batterie verlängert werden.
  • Die steife innere Abdeckung 210 ist im allgemeinen scheibenförmig und weist eine mittlere Öffnung 218, die in ihrer Mitte gebildet wird, ebenso wie eine Vielzahl von zusätzlichen Öffnungen 217 auf. Die mittlere Öffnung 218 und die zusätzlichen Öffnungen 217 erstrecken sich durch die steife innere Abdeckung 210 von ihrer oberen Fläche zu ihrer unteren Fläche. Wenn sie aus Metall besteht, wird die steife innere Abdeckung 210 vorzugsweise durch Stanzen aus Blech hergestellt. Die innere Abdeckung 210 kann jedoch bei Anwendung anderer bekannter Herstellungsverfahren gebildet werden. Folglich kann die steife innere Abdeckung 210 einem Oberflächenaufrauhvorgang unterworfen werden, wie beispielsweise dem Sandstrahlen oder einem chemischen Ätzen, um die Festigkeit der Verbindung zu verbessern, die anschließend zwischen der steifen inneren Abdeckung 210 und der Dichtung 230 gebildet wird. Für eine Zelle der Größe C ist die steife innere Abdeckung 210 vorzugsweise 0,38 bis 0,76 mm (0,015 bis 0,030 in.) dick.
  • Nachdem die steife innere Abdeckung 210 gestanzt und oberflächenbehandelt wurde, wird sie vorzugsweise in eine Spritzpresse eingesetzt, der Gummi anschließend zugeführt wird, der die Dichtung 230 bildet. Die Spritzpresse wird vorzugsweise so hergestellt, daß der zugeführte Gummi eine Schicht 232 über der unteren Fläche der steifen inneren Abdeckung 210 bilden kann. Die Dicke der Schicht 232 liegt zwischen 0,25 und 0,50 mm (0,010 und 0,020 in.), und sie beträgt vorzugsweise etwa 0,46 mm (0,016 in.). Der Gummi fließt ebenfalls in die Öffnungen 217, um Stopfen 238 zu bilden. Der Gummi fließt ebenfalls in die mittlere Öffnung 218, um so die Oberflächen der mittleren Öffnung 218 auszukleiden, aber ohne vollständig die Öffnung auszufüllen, um so ein mittleres Loch 236 bereitzustellen, in das der Kollektornagel 240 anschließend eingesetzt werden kann. Der Durchmesser des mittleren Loches 236 ist vorzugsweise ausreichend kleiner als der Durchmesser des Kollektornagels 240, so daß die Gummiauskleidung in der mittleren Öffnung 218 innerhalb der Öffnung 218 bedeutend zusammengedrückt wird, wenn der Kollektornagel 240 an Ort und Stelle durch das mittlere Loch 236 getrieben wird. Durch Bereitstellen einer Halteeinrichtung 241 am Kollektor 240, die gegen die untere Schicht 232 der Dichtung 230 gepreßt wird, wenn der Kollektornagel 240 an Ort und Stelle hineingetrieben wurde, wirken seine Klemmmutter 250 und die Halteeinrichtung 241 zusammen, um ebenfalls den dazwischenliegenden Abschnitt der Gummischicht 232 zusammenzudrücken. Durch Zusammendrücken der Gummidichtung in der Nähe des Kollektornagels 240 in dieser Weise wird die Möglichkeit des Auftretens eines Lecks in der Grenzfläche zwischen dem Kollektornagel 240 und der integrierten Dichtungs/Innenabdeckungsbaugruppe 228 bedeutend verringert.
  • Durch Füllen der Öffnungen 217 mit Gummidichtungsstopfen 238 in der gezeigten Weise wird ein Druckentlastungsmechanismus bereitgestellt, der nicht nur zuverlässig funktioniert, sondern der wirksam wieder abdichten kann, nachdem der Innendruck entlastet wurde. Wenn der Innendruck Niveaus erreicht, die als übermäßig betrachtet werden, zerreißt der übermäßige Druck zumindestens einen der Stopfen 238, um die beschleunigte Freigabe der im Inneren erzeugten Gase zu gestatten. Der Druck, bei dem ein derartiges Zerreißen auftritt, ist auf der Basis der Materialien, die für die Dichtung ausgewählt wurden, der Dicke des Dichtungsmaterials und des Durchmessers der Öffnungen 217 steuerbar. Außerdem nimmt wegen der Elastizität des Gummidichtungsmaterials der Gummistopfen 238 im wesentlichen seinen Ausgangszustand an, sobald der Druck freigegeben wurde. Anders als bei den anderen Entlüftungsmechanismen, die bei konventionellen Kollektorbaugruppen verwendet werden, erzeugt daher der Druckentlastungsmechanismus der vorliegenden Erfindung nicht ein dauerhaftes Loch innerhalb der Kollektorbaugruppe, durch das elektrochemische Materialien anschließend austreten können. Ebenfalls minimiert ein derartiges erneutes Abdichten die Verschlechterung der inneren Teile der Zelle, wodurch die Nutzlebensdauer der Zelle möglicherweise verlängert wird.
  • Obgleich nur eine Öffnung 217 im Stopfen 238 vorhanden sein muß, um als ein Druckentlastungsmechanismus zu dienen, wird eine zusätzliche Zuverlässigkeit erhalten, indem eine Vielzahl von derartigen verstopften Öffnungen bereitgestellt wird. Anders als bei Entlastungsmechanismuskonstruktionen nach dem bisherigen Stand der Technik gestattet die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von unabhängig betätigbaren Druckentlastungsmechanismen. Selbst der in 1 veranschaulichte Druckentlastungsmechanismus, der eine Vielzahl von Spornen einschließt, verläßt sich auf die Umkehrung der Unterlegscheibe 50, damit einer der Sporne die Dichtung durchdringen kann. Jede der verstopften Öffnungen, die in der Kollektorbaugruppe der vorliegenden Erfindung vorhanden ist, ist jedoch nicht voneinander abhängig, und sie liefern daher einen zuverlässigeren Druckentlastungsmechanismus als Ganzen.
  • Wie in 6 gezeigt wird, weist die Dichtung 230 eine aufrechtstehende Wand 235 auf, die direkt an einem peripheren Rand der steifen inneren Abdeckung 210 gebildet wird. Durch Bereistellen dieser aufrechtstehenden Wand 235 kann eine ausreichende Dichtung gebildet werden, wenn die Kollektorbaugruppe 225 in die Hülle 212 eingesetzt wird. Diese Dichtung wird weiter dadurch verbessert, daß der Außendurchmesser der Dichtung 230 größer ausgebildet wird als der Innendurchmesser der Hülle 212, so daß die innere Abdeckung 210 die aufrechtstehende Wand 235 gegen die Innenfläche der Hülle 2l2 preßt.
  • Die Dichtung 230 kann zusätzlich so gebildet werden, daß sie einen verlängerten Abschnitt 237 der aufrechtstehenden Wand 235 umfaßt, der sich vertikal nach oben an der oberen Fläche der inneren Abdeckung 210 vorbei erstreckt. Durch Bereitstellen der Verlängerung 237 kann die Dichtung 230 als ein elektrischer Isolator zwischen dem gebördelten Ende 224 der Hülle 212 und einem peripheren Rand der äußeren Abdeckung 245 verwendet werden.
  • Obgleich gezeigt wird, daß die Dichtung 230 eine kontinuierliche Schicht 232 über die gesamte untere Fläche der inneren Abdeckung 210 umfaßt, wird von den Fachleuten erkannt werden, daß die Dichtung 230 nicht über der gesamten unteren Fläche der inneren Abdeckung 210 gebildet werden muß, insbesondere, wenn die innere Abdeckung 210 aus einem inerten plastischen Material gebildet wird. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der Materialien, die für die Bildung der Dichtung 230 und der inneren Abdeckung 210 verwendet werden, kann ein Bindemittel auf die Oberflächen der inneren Abdeckung 210 aufgebracht werden, die mit dem Dichtungsmaterial 230 in Kontakt kommen und sich damit verbinden werden.
  • Sobald die Dichtung 230 auf die innere Abdeckung 210 geformt wurde und der Kollektornagel 240 durch das mittlere Loch 236 der integrierten Dichtungs/Innenabdeckungsbaugruppe 228 und durch die Halteeinrichtung 240 eingesetzt ist, wird die äußere Abdeckung 245 auf der oberen Fläche der Kollektorbaugruppe 225 angeordnet und vorzugsweise auf den Kopf 242 des Kollektornagels 240 geschweißt. Anschließend wird die Kollektorbaugruppe 225 mit der daran befestigten äußeren Abdeckung 245 in das offene Ende der Zellenhülle 212 eingesetzt. Um die Kollektorbaugruppe 225 vor dem Bördeln an Ort und Stelle zu halten, wird die untere Fläche der Kollektorbaugruppe 225 auf eine obere Fläche 216 der ersten Elektrode 215 aufgelegt. Auf diese Weise kann die Kollektorbaugruppe 225 mit einem bestimmten Grad an Kraft eingesetzt werden, um zu sichern, daß die untere Schicht 232 der Dichtung 230 gleichmäßig innerhalb der Zellenhüllenöffnung auf der oberen Fläche 216 der Elektrode 215 aufliegt.
  • Wenn die erste Elektrode 215 durch Formen dieser an Ort und Stelle innerhalb der Hülle 212 gebildet wird, wird die erste Elektrode 215 vorzugsweise in der Weise konstruiert, die im einvernehmlich abgetretenen US-A-6087041 unter dem Titel „Elektrochemische Zellenkonstruktion bei Verwendung einer Elektrodenhalterung für die Dichtung", angemeldet am 6. März 1998, von Gary R. Tucholski und Mitarbeitern offenbart wird, um zu verhindern, daß eine Gratbildung, die sich aus dem Formen der ersten Elektrode 215 ergibt, die richtige Ausrichtung und die von der Kollektorbaugruppe bereitgestellte Dichtung stört.
  • Durch Aufliegen der Kollektorbaugruppe 225 auf der Elektrode 215 könnte die Hülle 212 an ihrem offenen Ende gebördelt werden, um so eine abwärts gerichtete Kraft zu liefern, der durch die Elektrode 215 entgegengewirkt wird. Daher kann das Bördeln mit höherem Profil, das bei der in 1 gezeigten konventionellen Zellenkonstruktion zur Anwendung kommt, durch ein Bördeln mit niedrigerem Profil ersetzt werden, wodurch etwa 1,52 mm (0,060 in.) mehr Raum innerhalb der Zelle gebildet wird.
  • Eine Kollektorbaugruppe 225 mit der in 6 gezeigten Konstruktion weist ein viel niedrigeres Profil als die in 1 veranschaulichte konventionelle Kollektorbaugruppe auf. Daher kann eine Zelle 200, die eine Kollektorbaugruppe 225 nutzt, größere Mengen an elektrochemischen Materialien 215 und 220 einschließen, und die Betriebslebensdauer der Zelle wird dementsprechend erhöht. Trotz ihres niedrigeren Profils zeigt die Kollektorbaugruppe 225 dennoch eine ausreichende Abdichtung und elektrische Isolation. Zusätzlich liefert die Kollektorbaugruppe der vorliegenden Erfindung einen Druckentlastungsmechanismus, der nicht nur zuverlässig ist, sondern der die Vorteile von mehreren unabhängig betätigbaren Druckentlastungsmechanismen und ein teilweises erneutes Abdichten nach dem Entlüften bringt, um ein anschließendes Austreten der elektrochemischen Materialien aus der Zelle zu verhindern. Außerdem bietet die Kollektorbaugruppe der vorliegenden Erfindung verbesserte Wasserdurchlässigkeitseigenschaften, wodurch die Aufrechterhaltung des Betriebes der Batterie verlängert wird.
  • Die berechneten Gesamtvolumen (cm3) und Innenvolumen (cm3), die für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien für Batterien unterschiedlicher Größen verfügbar sind, die bei Verwendung der ultraflachen Dichtung konstruiert werden, wie in 6 gezeigt wird, werden in der Tabelle vorgelegt, die in 14A gezeigt wird. Wie aus der Tabelle in 14A ersichtlich ist, sind die Innenzellenvolumen für derartige Zellen im allgemeinen größer als die der früheren kommerziell verfügbaren Zellen. Beispielsweise weist eine Batterie der Größe D, die die ultraflache Dichtung verwendet, ein Innenvolumen für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien von 45,53 cm3 auf, was 90,9 Prozent des Gesamtvolumens von 50,07 cm3 sind. Das ist größer als das Innenvolumen, das bei jeder der konventionellen Zellen gemessen wird, die in 2A aufgelistet werden. Außerdem kann bei Zellen mit einer Hüllendicke von 0,20 mm (8 mil) oder 0,1 S mm (6 mil) das Innenzellenvolumen weiter in bedeutendem Maß vergrößert werden. Die berechneten Gesamtvolumen (cm3) werden außerdem in der Tabelle gezeigt, die in 14B vorgelegt wird, im Vergleich mit den Kollektorbaugruppenvolumen für Batterien unterschiedlicher Größen, die bei Verwendung der in 6 gezeigten ultraflachen Dichtung konstruiert werden. Das Kollektorbaugruppenvolumen, wie es hierin definiert wird, umfaßt den Kollektornagel, die Dichtung, die innere Abdeckung und jegliches Hohlraumvolumen zwischen der unteren Fläche der negativen Abdeckung und der Dichtung. Das Behältervolumen, wie es hierin definiert wird, umfaßt das Volumen, das von der Hülle in Anspruch genommen wird, das Etikett, die negative Abdeckung, das Hohlraumvolumen zwischen dem Etikett und der negativen Abdeckung, die positive Abdeckung und das Hohlraumvolumen zwischen der positiven Abdeckung und der Hülle. Es sollte erkannt werden, daß das Gesamtvolumen der Batterie gleich der Summierung des Innenvolumens, das für elektrochemisch aktive Materialien verfügbar ist, des Kollelrtorbaugruppenvolumens und des Behältervolumens ist. Das Gesamtvolumen der Batterie, das Kollektorbaugruppenvolumen und das Behältervolumen werden durch Betrachten der CAD-Zeichnung der mittleren Längsschnittdarstellung der Batterie ermittelt. Wie aus der Tabelle in 14B ersichtlich wird, ist das Kollektorbaugruppenvolumen im allgemeinen kleiner als das der früheren kommerziell verfügbaren Zellen. Es sollte erkannt werden, daß das Kollektorbaugruppenvolumen durch Verwendung der ultraflachen Dichtungskonstruktion verringert wird. Beispielsweise beträgt das Kollektorbaugruppenvolumen, das von der ultraflachen Dichtung eingenommen wird, 1,89 cm3, was 3,8 Prozent des Gesamtvolumens von 50,07 cm3 sind, wie in 14B gezeigt wird. Im Gegensatz dazu ist das weniger als die Kollektorbaugruppenvolumen, die von den konventionellen Batterien gemessen werden, wie in 2B aufgelistet wird. Das Behältervolumen kann ebenfalls verringert werden. Gleichermaßen kann bei Zellen mit einer verringerten Hüllendicke von 0,20 mm (8 mil) oder 0,15 mm (6 mil) das Innenzellenvolumen weiter bedeutend vergrößert werden, während das Behältervolumen verringert wird.
  • Die vorangehend beschriebene ultraflache Dichtung und mehrere alternative Ausführungen der ultraflachen Dichtung werden im einvernehmlich abgetretenen US-A-6060192 unter dem Titel „Kollektorbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, einschließlich einer integrierten Dichtungs/Innenabdeckung", angemeldet am 6. März 1998, von Gary R. Tucholski offenbart.
  • FLACHE DICHTUNG UND ULTRAFLACHE DICHTUNG MIT AUSGEBILDETEM POSITIVEM VORSPRUNG
  • Wie in 7 gezeigt wird, kann die in 6 gezeigte zweite Ausführung modifiziert werden, um einen Vorsprung 270 für die positive Batterieklemme zu erhalten, der direkt im geschlossenen Ende 214' der Hülle 212 gebildet wird. Auf diese Weise kann der Hohlraum, der zwischen dem geschlossenen Ende 214 der Hülle 212 und der positiven äußeren Abdeckung 211 vorhanden ist (6), verwendet werden, um elektrochemisch aktive Materialien aufzunehmen, oder um anderweitig Raum für das Sammeln von Gasen bereitzustellen, der anderenfalls innerhalb der Zelle bereitgestellt werden muß. Es wird außerdem von jenen Fachleuten erkannt werden, daß die in 4 gezeigte erste Ausführung gleichermaßen modifiziert werden kann, so daß der positive äußere Abdeckungsvorsprung direkt im Boden der Hülle 112 gebildet wird. Obgleich die Zunahme des Zellenvolumens, die durch Bilden des Vorsprunges direkt im Boden der Hülle erhalten wird, nicht in der Tabelle in 14A berücksichtigt wird, wird von jenen Fachleuten erkannt werden, daß das Innenvolumen typischerweise ein Prozent größer ist als die Volumen, die für die ultraflache Dichtung oder die flache Dichtung in der Liste angegeben werden, die in der Tabelle aufgelistet sind, die mit einer separaten Abdeckung gebildet werden.
  • DRUCKENTLASTUNGSMECHANISMUS, DER IM HÜLLENBODEN MIT EINER L-FÖRMIGEN DICHTUNG GEBILDET WIRD
  • Eine elektrochemische Batterie 300, die in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung konstruiert wird, wird in 8A bis 8C gezeigt. Die Batterie 300 weicht von den früheren Batteriekonstruktionen darin ab, daß ein Druckentlastungsmechanismus 370 im geschlossenen Ende 314 der Hülle 312 gebildet wird. Im Ergebnis dessen können komplizierte Kollektor/Dichtungs-Baugruppen durch Kollektorbaugruppen ersetzt werden, die weniger Volumen einnehmen, und die weniger Teile aufweisen. Daher kann eine bedeutende Verbesserung des Wirkungsgrades des Innenzellenvolumens erhalten werden. Wie in 8A, 8B, 9 und 10 gezeigt wird, wird der Druckentlastungsmechanismus 370 durch Bereitstellen einer Nut 372 in der unteren Fläche der Hülle 312 gebildet. Diese Nut kann gebildet werden, indem eine untere Fläche der Hülle 312 geprägt wird, eine Nut in die untere Fläche geschnitten wird, oder die Nut in die untere Fläche der Hülle zu dem Zeitpunkt geformt wird, zu dem die positive Elektrode geformt wird. Für eine Batterie der Größe AA beträgt die Dicke des Metalls am Boden der geprägten Nut annähernd 0,05 mm (2 mil). Für eine Batterie der Größe D beträgt die Dicke des Metalls am Boden der geprägten Nut annähernd 0,076 mm (3 mil). Die Nut kann als ein Bogen von annähernd 300 Grad gebildet werden. Indem die Form, die durch die Nut gebildet wird, etwas offen gehalten wird, wird der Druckentlastungsmechanismus ein wirksames Gelenk aufweisen.
  • Die Größe der Fläche, die durch die Nut 372 definiert wird, wird vorzugsweise so ausgewählt, daß sich beim Zerreißen infolge eines übermäßigen Innendruckes die Fläche innerhalb der Nut 372 im Gelenk innerhalb des positiven Vorsprunges der äußeren Abdeckung 311 ohne Störung durch die äußere Abdeckung 311 drehen kann. Im allgemeinen hängt die Größe der Fläche, die durch die Nut 372 definiert wird, ebenso wie die ausgewählte Tiefe der Nut vom Durchmesser der Hülle und dem Druck ab, bei dem der Druckentlastungsmechanismus zerreißen und das Entweichen der im Inneren erzeugten Gase gestatten soll.
  • Anders als bei den Druckentlastungsmechanismen, die beim bisherigen Stand der Technik beschrieben wurden, die in der Seite oder der Stirnseite gebildet werden, wird der Druckentlastungsmechanismus 370 der vorliegenden Erfindung unterhalb der äußeren Abdeckung 311 positioniert, um so zu verhindern, daß die elektrochemischen Materialien in gefährlicher Weise direkt nach außen aus der Batterie beim Zerreißen herausspritzen. Ebenfalls, wenn die Batterie in Reihe mit einer anderen Batterie verwendet würde, so daß das Ende der positiven Anschlußklemme der Batterie gegen die negative Anschlußklemme der anderen Batterie gepreßt wird, gestattet die Bereitstellung der äußeren Abdeckung 311 über dem Druckentlastungsmechanismus 370 dem Mechanismus 370, sich unter dem positiven Vorsprung nach außen zu biegen und schließlich zu zerreißen. Wenn die äußere Abdeckung 311 unter derartigen Umständen nicht vorhanden war, kann der Kontakt zwischen den zwei Batterien anderenfalls das Zerreißen des Druckentlastungsmechanismus verhindern. Außerdem, wenn die äußere Abdeckung 311 nicht über dem Druckentlastungsmechanismus 370 vorhanden wäre, wäre der Druckentlastungsmechanismus am positiven Ende der Batterie für eine Beschädigung empfindlicher. Die äußere Abdeckung 311 schützt ebenfalls den Druckentlastungsmechanismus 370 vor den korrosiven Einflüssen der Umgebung und verringert daher die Möglichkeit einer verfrühten Entlüftung und/oder einem Austreten. Daher überwindet die vorliegende Erfindung durch Bilden des Druckentlastungsmechanismus unter der äußeren Abdeckung die Probleme, die mit Konstruktionen nach dem bisherigen Stand der Technik in Verbindung stehen und verkörpert daher einen kommerziell geeigneten Druckentlastungsmechanismus für eine Batterie.
  • Weil die Ausbildung eines Druckentlastungsmechanismus in der unteren Fläche einer Batterie die Notwendigkeit einer komplizierten Kollektor/Dichtungs-Baugruppe eliminieren kann, kann das offene Ende der Batterie bei Anwendung von Konstruktionsverfahren abgedichtet werden, die früher infolge der Notwendigkeit nicht durchführbar waren, daß Gase durch den Druckentlastungsmechanismus nach außerhalb der Batterie entweichen durften. Beispielsweise, wie in 8A und 8B gezeigt wird, kann das offene Ende der Hülle 312 durch Anordnen von entweder einer Nylondichtung 330 mit einem J-förmigen Querschnitt oder einer Nylondichtung 330' mit einem L-förmigen Querschnitt im offenen Ende der Hülle 312, Einsetzen einer negativen äußeren Abdeckung 345 mit einem zurückgerollten peripheren Rand 347 innerhalb der Nylondichtung 330 oder 330' und anschließendes Bördeln des äußeren Randes 313 der Hülle 312, um die Dichtung 330 oder 330' und die Abdeckung 345 an Ort und Stelle zu halten, abgedichtet werden. Um die Dichtung 330 oder 330' an Ort und Stelle zu halten, kann eine Sicke 316 um den Umfang des offenen Endes der Hülle 312 gebildet werden. Die Nylondichtung 330 oder 330' kann mit Asphalt beschichtet werden, um sie vor den elektrochemisch aktiven Materialien zu schützen, und um eine bessere Dichtung zu bewirken.
  • Speziell mit Bezugnahme auf 8A und 8C wird die ringförmige Nylondichtung 330 mit einem J-förmigen Querschnitt konfiguriert gezeigt, die umfaßt: eine ausgeweitete vertikale Wand 332 an deren äußerstem Umfang; eine kürzere vertikale Wand 336 an der radial nach innen gelegenen Seite der Dichtung; und ein horizontales Basiselement 334, das zwischen den vertikalen Wänden 332 und 336 gebildet wird. Durch das Vorhandensein des kurzen vertikalen Abschnittes 336 bezieht man sich auf die ringförmige Dichtung hierin als mit entweder einem J-förmigen oder L-förmigen Querschnitt. Es sollte erkannt werden, daß die J-förmige Nylondichtung 330 ebenfalls ohne den kurzen vertikalen Abschnitt 336 konfiguriert werden könnte, um einen einfachen L-förmigen Querschnitt zu bilden, wie in 8B gezeigt wird.
  • Mit spezieller Bezugnahme auf 8C wird die in 8A gezeigte Montage der elektrochemischen Zeile hierin veranschaulicht. Die zylindrische Hülle 312 wird mit Seitenwänden, die das offene Ende definieren, und der Sicke 316 für das Aufnehmen der im Inneren angeordneten Batteriematerialien vor dem Verschließen der Hülle gebildet. In der Hülle 312 werden die aktiven elektrochemischen Zellenmaterialien einschließlich der positiven und negativen Elektrode und des Elektrolyts ebenso wie das Trennelement und irgendwelche Zusatzmittel angeordnet. Die äußere Abdeckung 345 mit dem Kollektornagel 340, an der unteren Fläche der Abdeckung 345 angeschweißt oder anderweitig befestigt, und die ringförmige Nylondichtung 330 werden miteinander zusammengebaut und in das offene Ende der Hülle 312 eingesetzt, um die Hülle 312 abzudichten und zu verschließen. Der Kollektornagel 340 wird vorzugsweise mittels Punktschweißnaht 342 an der unteren Seite der äußeren Abdeckung 345 angeschweißt. Der Kollektornagel 340 und die Abdeckung 345 werden gemeinsam mit der Dichtung 330 in Eingriff gebracht, um die Kollektorbaugruppe zu bilden, und die Kollektorbaugruppe wird in die Hülle 312 so eingesetzt, daß der zurückgerollte periphere Rand 347 der äußeren Abdeckung 345 an der Innenwand der ringförmigen Dichtung 330 über der Sicke 316 angeordnet wird, die die Dichtung 330 trägt. Die Kollektorbaugruppe wird zwangläufig im offenen Ende der Hülle 312 angeordnet, um paßgerecht in Eingriff zu kommen und die Hüllenöffnung zu verschließen. Danach wird der äußere Rand 313 der Hülle 312 nach innen gebördelt, um die Dichtung 330 und die äußere Abdeckung 345 axial zu drücken und an Ort und Stelle zu halten.
  • Wieder zurück mit Bezugnahme auf 8B werden die Innenfläche der äußeren Abdeckung 345 und zumindestens ein oberer Abschnitt des Kollektornagels 340 außerdem mit einer Antikorrosionsbeschichtung 344 beschichtet gezeigt. Die Antikorrosionsbeschichtung 344 umfaßt Materialien, die elektrochemisch mit der Anode kompatibel sind. Beispiele für derartige elektrochemisch kompatible Materialien umfassen Epoxid, Teflon®, Polyolefine, Nylon, elastomere Materialien oder irgendwelche andere inerte Materialien, entweder allein oder in Verbindung mit anderen Materialien. Die Beschichtung 344 kann aufgespritzt oder gestrichen werden und bedeckt vorzugsweise jenen Abschnitt der Innenfläche der äußeren Abdeckung 345 und des Kollektornagels 340, der den aktiven Materialien im Hohlraumbereich über der positiven und negativen Elektrode der Zelle ausgesetzt ist. Es sollte ebenfalls erkannt werden, daß die Innenfläche der Abdeckung 345 mit Zinn, Kupfer oder anderen gleichermaßen elektrochemisch kompatiblen Materialien überzogen werden könnte. Durch Bereitstellen der Antikorrosionsbeschichtung 344 wird jegliche Korrosion der äußeren Abdeckung 345 und des Kollektornagels 340 verringert und/oder verhindert, was vorteilhafterweise die Menge der Gasentwicklung verringert, die anderenfalls innerhalb der elektrochemischen Zelle auftreten kann. Die Verringerung der Gasentwicklung innerhalb der Zelle führt zu einem verringerten Aufbau des Innendruckes.
  • Wie in 14A in den Reihen gezeigt wird, auf die man sich als „Druckentlastung im Hüllenboden" und „Druckentlastung im Hüllenboden mit dünnen Wänden" bezieht, weist eine Batterie der Größe D, die bei Anwendung der in 8A gezeigten Konstruktion konstruiert wurde, ein Innenvolumen, das 93,5 Vol.-% beträgt, wenn die Hüllenwände 0,25 mm (10 mil) dick sind, und ein Innenvolumen auf, das 94,9 Vol.-% beträgt, wenn die Hüllenwände 0,20 mm (8 mil) dick sind. Wie in 14B gezeigt wird, weist eine Batterie der Größe D, die bei Verwendung der in 8A gezeigten Konstruktion konstruiert wurde, ein Kollektorbaugruppenvolumen auf, das 2 Prozent des Gesamtvolumens beträgt, wenn die Hüllenwände 0,25 mm (10 mil) und 0,20 mm (8 mil) dick sind. Die Batterien der Größen C, AA und AAA mit der gleichen Konstruktion zeigten ebenfalls bedeutende Verbesserungen beim Wirkungsgrad des Innenvolumens, wie aus der Tabelle in 14A ersichtlich ist.
  • GETRÄNKEDOSENKONSTRUKTION
  • Die Verwendung des in 8A bis 10 veranschaulichten Druckentlastungsmechanismus gestattet außerdem die Anwendung der Getränkedosenkonstruktion, die in 11 gezeigt wird. Die gezeigte Getränkedosenkonstruktion weicht von anderen Formen der Batteriedichtungskonstruktionen darin ab, daß sie nicht erfordert, daß irgendeine Form von Nylondichtung in das offene Ende der Hülle 412 eingesetzt wird. Statt dessen wird die negative äußere Abdeckung 445 am offenen Ende der Hülle 412 bei Anwendung eines Abdichtungsverfahrens gesichert, das im allgemeinen angewandt wird, um die Oberseite einer Lebensmittel- oder Getränkedose am zylindrischen Abschnitt der Dose abzudichten. Derartige Dichtungskonstruktionen wurden bisher nicht für eine Verwendung beim Abdichten von Batterien in Betracht gezogen, weil sie nicht ohne weiteres gestatten würden, daß die negative äußere Abdeckung elektrisch von der Hülle isoliert wird.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit der in 11 gezeigten Konstruktion wird nachfolgend mit Bezugnahme auf 12A bis 12D beschrieben. Vor dem Befestigen der negativen äußeren Abdeckung 445 am offenen Ende der Hülle 412 wird ein Kollektornagel 440 an die Innenfläche der Abdeckung 445 geschweißt. Als nächstes wird, wie in 12A gezeigt wird, die Innenfläche der Abdeckung 445 ebenso wie der periphere Abschnitt der oberen Fläche der Abdeckung 445 mit einer Schicht 475 eines elektrischen Isolationsmaterials beschichtet, wie beispielsweise Epoxid, Nylon, Teflon® oder Vinyl. Der Abschnitt des Kollektornagels 440, der sich innerhalb des Hohlraumbereiches zwischen dem Boden der Abdeckung 445 und der oberen Fläche der Mischung 120 der negativen Elektrode/Elektrolyt erstreckt, wird ebenfalls mit der elektrischen Isolierung beschichtet. Zusätzlich werden die Innen- und die Außenfläche der Hülle 412 ebenfalls im Bereich des offenen Endes der Hülle 412 beschichtet. Derartige Beschichtungen 475 können direkt auf die Hülle und die Abdeckung durch Spritzen, Tauchen oder elektrostatische Abscheidung aufgebracht werden. Indem eine derartige Beschichtung bereitgestellt wird, kann die negative äußere Abdeckung 445 von der Hülle 412 elektrisch isoliert werden.
  • Durch Aufbringen der Isolierungsbeschichtung auf die Flächen der Hülle, der Abdeckung und des Kollektornagels innerhalb der Batterie, die in unmittelbarer Nähe des Hohlraumbereiches innerhalb des Innenvolumens der Batterie sind, können jene Flächen vor Korrosion geschützt werden. Während eine Beschichtung, die aus einer einzelnen Schicht Epoxid, Nylon, Teflon® oder Vinylmaterialien besteht, wie vorangehend bemerkt wird, funktionieren wird, um eine derartige Korrosion zu verhindern, ist es denkbar, daß die Beschichtung aufgebracht werden kann, indem Schichten von zwei unterschiedlichen Materialien verwendet werden, oder aus einzelnen Schichten unterschiedlicher Materialien besteht, die auf verschiedene Bereiche der Teile aufgebracht werden. Beispielsweise kann der periphere Bereich der Abdeckung mit einer einzelnen Schicht des Materials beschichtet werden, das sowohl als ein elektrischer Isolator als auch als eine Antikorrosionsschicht funktioniert, während der mittlere Abschnitt auf der Innenfläche der Abdeckung mit einer einzelnen Schicht eines Materials beschichtet werden kann, das als eine Antikorrosionsschicht funktioniert, das aber nicht ebenfalls als ein elektrischer Isolator funktioniert. Derartige Materialien können beispielsweise Asphalt oder Polyamid einschließen. Alternativ kann eine von beiden von Hülle oder Abdeckung mit einem Material beschichtet werden, das als sowohl ein elektrischer Isolator als auch eine Antikorrosionsschicht funktioniert, während das andere dieser zwei Teile mit einem Material beschichtet werden kann, das nur als eine Antikorrosionsschicht funktioniert. Auf diese Weise würde die elektrische Isolierung bereitgestellt, wo es erforderlich ist (d.h., zwischen der Abdeckung/Hülle-Grenzfläche), während die Oberflächen, die teilweise den Hohlraumbereich im Innenvolumen der Zelle definieren, dennoch vor den korrosiven Einflüssen der elektrochemischen Materialien innerhalb der Zelle geschützt werden. Außerdem, indem unterschiedliche Materialien genutzt werden, können Materialien ausgewählt werden, die in den Kosten niedriger sind oder optimale Eigenschaften für die beabsichtigte Funktion zeigen.
  • Um das Abdichten der äußeren Abdeckung 445 an der Hülle 412 zu unterstützen, kann ein konventionelles Dichtungsmittel 473 auf die untere Fläche des peripheren Randes 470 der Abdeckung 445 aufgebracht werden. Sobald das Abdichtungsverfahren abgeschlossen ist, wandert das Dichtungsmittel 473 in die in 12D gezeigten Positionen.
  • Sobald der Kollektornagel 440 an der äußeren Abdeckung 445 befestigt wurde und die elektrische Isolierungsbeschichtung aufgebracht wurde, wird die äußere Abdeckung 445 über dem offenen Ende der Hülle 412 angeordnet, wie in 12B gezeigt wird. Vorzugsweise weist die Hülle 412 einen sich nach außen erstreckenden Flansch 450 auf, der an ihrem offenen Ende gebildet wird. Außerdem weist die äußere Abdeckung 445 vorzugsweise einen etwas gebogenen peripheren Rand 470 auf, der sich an die Form des Flansches 450 anpaßt. Sobald die äußere Abdeckung 445 über dem offenen Ende der Hülle 412 angebracht wurde, wird ein Falzfutter 500 auf der äußeren Abdeckung 445 angeordnet, so daß ein ringförmiger sich nach unten erstreckender Abschnitt 502 des Falzfutters 500 durch eine ringförmige Aussparung 472 aufgenommen wird, die in der äußeren Abdeckung 445 gebildet wird. Als nächstes wird eine erste Falzrolle 510 in einer radialen Richtung zum peripheren Rand 470 der äußeren Abdeckung 445 bewegt. Während eine erste Falzrolle 510 zum peripheren Rand 470 und dem Flansch 450 bewegt wird, wird bewirkt, daß ihre gebogene Fläche den peripheren Rand 470 um den Flansch 450 falzt. Ebenfalls, während sich die erste Falzrolle 510 radial nach innen bewegt, werden das Falzfutter 500, die Hülle 412 und die äußere Abdeckung 445 um eine Mittelachse gedreht, so daß der periphere Rand 470 um den Flansch 450 um den gesamten Umfang der Hülle 412 herum gefalzt wird. Außerdem, während sich die erste Falzrolle 510 weiter radial nach innen bewegt, werden der Flansch 450 und der periphere Rand 470 nach unten in die Position gefalzt, die in 12C gezeigt wird.
  • Nachdem der periphere Rand 470 und der Flansch 450 in die in 12C gezeigte Position gefalzt wurden, wird die erste Falzrolle 510 von der Hülle 412 wegbewegt, und eine zweite Falzrolle 520 wird danach radial nach innen in Richtung des Flansches 450 und des peripheren Randes 470 bewegt. Die zweite Falzrolle 520 weist ein anderes Profil als die erste Falzrolle 510 auf. Die zweite Falzrolle 520 wendet eine ausreichende Kraft am Flansch 450 und dem peripheren Rand 470 an, um den gefalzten Flansch und den peripheren Rand gegen die Außenfläche der Hülle 412 zu pressen und abzuflachen, die vom Falzfutter 500 gehalten wird. Im Ergebnis dieses Vorganges kann der periphere Rand 470 der Hülle 412 um den und unter dem Flansch 450 gefalzt und zwischen dem Flansch 450 und der Außenfläche der Wände der Hülle 412 gebördelt werden, wie es in 11 und 12D gezeigt wird. Durch diesen Vorgang wird auf diese Weise eine hermetische Dichtung gebildet.
  • Um die hermetische Beschaffenheit dieses Typs von Dichtung zu veranschaulichen, wurde eine Hülle der Größe D, die in Übereinstimmung mit dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde, mit Wasser gefüllt, wie eine Hülle der Größe D, die mit einer konventionellen Dichtung konstruiert wurde, wie beispielsweise die, die in 1 veranschaulicht wird. Die zwei Hüllen wurden über die Zeit auf 71 °C gehalten und gewogen, um die Menge an Wasser zu ermitteln, die aus den Hüllen verlorenging. Die konventionelle Konstruktion verlor 270 mg pro Woche, und die Konstruktion in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigte keinerlei Verlust über die gleiche Zeitdauer. Diese Ergebnisse wurden bei Verwendung des KOH-Elektrolyts bestätigt, wobei bei der konventionellen Konstruktion 50 mg pro Woche verlorengingen und die Konstruktion der Erfindung wiederum keinen Gewichtsverlust zeigte.
  • Wie jenen Fachleuten offensichtlich sein wird, nutzt die Getränkedosenkonstruktion einen minimalen Raum im Inneren der Batterie, verringert die Anzahl der Verfahrensschritte, die zur Herstellung einer Batterie erforderlich sind, und verringert in bedeutendem Maß die Kosten der Materialien und die Kosten des Herstellungsvorganges. Außerdem kann die Dicke der Hüllenwände in bedeutendem Maß auf 0,15 mm (6 mil) oder weniger verringert werden. Im Ergebnis dessen kann das Innenvolumen vergrößert werden, das für das Aufnehmen der elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar ist. Beispielsweise kann bei einer Batterie der Größe D der Prozentwert des Gesamtbatterievolumens, das für das Aufnehmen der elektrochemisch aktiven Materialien benutzt wird, bis zu 97 Vol.-% betragen, während das Kollektorbaugruppenvolumen bei nur 1,6 Vol.-% liegen kann. Die Volumen der Batterien der anderen Größen sind in der Tabelle eingeschlossen, die in 14A und 14B gezeigt wird.
  • Durch Nutzen der Dichtungskonstruktionen der Erfindung kann nicht nur die Hüllenwanddicke verringert werden, sondern es kann ebenfalls die Anzahl der möglichen Materialien, die für die Herstellung der Hülle verwendet werden, infolge der verminderten Festigkeitsanforderungen vergrößert werden, die durch die Hülle erfüllt werden müssen. Beispielsweise können die vorangehend angeführten Konstruktionen der Erfindung die Verwendung von Aluminium oder Kunststoff für die Hülle eher als der gegenwärtig verwendete vernickelte Stahl ermöglichen.
  • Eine Abwandlung der Getränkedosenkonstruktion wird in 13 gezeigt. Bei der veranschaulichten Ausführung wird die Batteriehülle zuerst als eine Hülse mit zwei offenen Enden gebildet. Die Hülse kann extrudiert nahtgeschweißt, gelötet, geklebt, usw. werden, wobei konventionelle Verfahrensweisen angewandt werden. Die Hülse kann aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff hergestellt werden. Wie in 13 gezeigt wird, definiert die Hülse die Seitenwände 614 der Hülle 612. Ein erstes offenes Ende der Hülse wird dann durch Sichern einer inneren Abdeckung 616 daran bei Anwendung der vorangehend umrissenen Abdichtungsverfahrensweise für Getränkedosen mit der Ausnahme abgedichtet, daß keine elektrische Isolierung zwischen der inneren Abdeckung 616 und den Seitenwänden 614 erforderlich ist. Eine positive äußere Abdeckung 618 kann auf die Außenfläche der inneren Abdeckung 616 geschweißt oder anderweitig daran gesichert werden. Die Batterie kann danach gefüllt werden, und es kann eine negative äußere Abdeckung 645 am zweiten offenen Ende der Hülle 612 in der gleichen Weise gesichert werden, wie es vorangehend beschrieben wird.
  • AUFGEDRUCKTES ETIKETT AUF DER HÜLLE
  • Wie es vorangehend bemerkt wird, können die Konstruktionen der Batterie der Erfindung in Verbindung mit einem aufgedruckten Etikett verwendet werden, eher als den gegenwärtig verwendeten Etikettträgermaterialien. Die gegenwärtigen Etikettträgermaterialien weisen Dicken in der Größenordnung von 0,076 mm (3 mil) auf. Weil sich derartige Etikettträgermaterialien überlappen, um einen Falz zu bilden, der entlang der Länge der Batterie verläuft, bringen diese konventionellen Etiketten effektiv etwa 0,25 mm (10 mil) zum Durchmesser und 0,33 mm (13 mil) zur Bördelhöhe der Batterie hinzu. Im Ergebnis dessen muß die Batteriehülle einen Durchmesser aufweisen, der so ausgewählt wird, daß er die Dicke des Etikettfalzes aufnimmt, um die ANSI-Größenstandards zu erfüllen. Durch Aufdrucken eines lithografisch aufgebrachten Etiketts direkt auf die Außenfläche der Hülle in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann der Durchmesser der Hülle entsprechend um annähernd 0,25 mm (10 mil) vergrößert werden. Eine derartige Zunahme des Durchmessers der Hülle vergrößert in bedeutendem Maß das Innenvolumen der Batterie. Alle Batterien, die in den Tabellen der 14A und 14B aufgelistet werden, mit Ausnahme der Getränkedosenkonstruktionen, umfassen Trägermaterialetiketten. Das Innenvolumen der Batterien mit Trägermaterialetiketten kann um 2 Prozent (1,02 cm3) für eine Batterie der Größe D, 2,6 Prozent (0,65 cm3) für eine Batterie der Größe C, 3,9 Prozent (0,202 cm3) für eine Zelle der Größe AA und 5,5 Prozent (0,195 cm3) für eine Batterie der Größe AAA weiter vergrößert werden, wenn die Etiketten direkt auf die Außenseite der Hülle aufgedruckt würden. Die Etiketten können ebenfalls auf die Hülle bei Anwendung der Abziehbilddruckverfahren aufgedruckt werden, bei denen das Etikettbild zuerst auf ein Übertragungsmedium aufgedruckt und danach direkt auf die Außenseite der Hülle übertragen wird. Eine verzerrte Lithografie kann ebenfalls angewandt werden, bei der absichtlich verzerrte Grafiken auf flaches Material so aufgedruckt werden, daß anschließende Spannungsverzerrungen des flachen Materials berücksichtigt werden, während es zur Hülse oder zum Zylinder der Zellenhülle geformt wird.
  • Vor dem Aufdrucken des lithografisch aufgebrachten Etiketts wird die Außenfläche der Hülle vorzugsweise gereinigt. Um die Haftung des Druckes auf der Hülle zu verbessern, wird eine Grundierung mit einem Voranstrich auf die Außenfläche der Hülle aufgebracht. Das aufgedruckte Etikett wird danach direkt oben auf die Grundierung auf der Hülle mittels bekannter Lithografiedruckverfahren aufgebracht. Ein Lacküberzug wird vorzugsweise über dem aufgedruckten Etikett aufgebracht, um das aufgedruckte Etikett abzudecken und zu schützen, und um ebenfalls als eine elektrische Isolationsschicht zu dienen. Das aufgedruckte Etikett kann bei Anwendung von Hochtemperaturheiz- oder UV-Strahlungs-Verfahren ausgehärtet werden.
  • Mit der Verwendung des aufgedruckten Etiketts wird die Dicke eines konventionellen Etikettträgermaterials auf eine maximale Dicke von annähernd 0,5 mil bedeutend reduziert. Insbesondere weist die Grundierungsschicht eine Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis 0,2 mil auf, die Druckschicht weist eine Dicke von annähernd 0,1 mil auf, und die Lacküberzugsschicht weist eine Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis 0,2 mil auf. Durch Verringern der Etikettdicke kann die Hülle im Durchmesser vergrößert werden, wodurch eine Vergrößerung des verfügbaren Volumens für aktive Zellenmaterialien geboten wird, während ein vorgegebener Außendurchmesser der Batterie aufrechterhalten wird.
  • GETRÄNKEDOSE MIT DURCHFÜHRUNGSKOLLEKTOR
  • Mit Bezugnahme auf 15 wird eine elektrochemische Zelle 700 gezeigt, die mit einem Durchführungskollektor entsprechend einer siebenten Ausführung der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Gleich der elektrochemischen Zelle 400 mit der in 11 gezeigten Getränkedosenkonstruktion umfaßt die elektrochemische Zelle 700 eine elektrisch leitende Hülle 712 mit einem geschlossenen Ende 314 und einem offenen Ende, indem eine Kollektorbaugruppe 725 mit geringem Volumen und die äußere negative Abdeckung 750 montiert werden. Die elektrochemische Zelle 700 umfaßt eine positive Elektrode 115 in Kontakt mit den Innenwänden der Hülle 712 und in Kontakt mit einem Trennelement 117, das zwischen einer positiven Elektrode 115 und einer negativen Elektrode 120 liegt. Auf die positive Elektrode 115 bezieht man sich hierin ebenfalls als die Katode, während man sich auf die negative Elektrode 120 hierin ebenfalls als die Anode bezieht. Es sollte erkannt werden, daß der Typ der Materialien und ihre Stelle im Inneren der elektrochemischen Zelle variieren können, ohne daß man von den Lehren der vorliegenden Erfindung abweicht.
  • Die elektrochemische Zelle 700 umfaßt ebenfalls einen Druckentlastungsmechanismus 370, der im geschlossenen Ende 314 der Hülle 712 gebildet wird. Das gestattet die Anwendung der Kollektorbaugruppe 725 mit geringem Volumen, die weniger Volumen einnimmt als die konventionellen Kollektorbaugruppen und daher einen verbesserten Wirkungsgrad des Innenzellenvolumens erreicht. Der Druckentlastungsmechanismus 370 kann als eine Nut gebildet werden, wie es hierin in Verbindung mit 8A, 8B, 9 und 10 beschrieben wird. Außerdem wird eine positive äußere Abdeckung 311 mit dem geschlossenen Ende der Hülle 712 verbunden und liegt über dem Druckentlastungsmechanismus 370. Die Montage und die Anordnung der positiven äußeren Abdeckung 311 werden so vorgenommen, wie es hierin in Verbindung mit 8A gezeigt und beschrieben wird.
  • Die elektrochemische Zelle 700 umfaßt eine Kollektorbaugruppe 725, die das offene Ende der Hülle 712 verschließt und abdichtet. Die Kollektorbaugruppe 725 umfaßt einen Kollektornagel 740, der in elektrischem Kontakt mit der negativen Elektrode 120 angeordnet ist. Ebenfalls in der Kollektorbaugruppe 725 ist eine erste oder innere Abdeckung 745 mit einer darin ausgebildeten mittleren Öffnung 751 eingeschlossen. Der Kollektornagel 740 ist angeordnet in der und erstreckt sich durch die Öffnung 751 in der inneren Abdeckung 745. Ein dielektrisches Isolationsmaterial 744 ist zwischen dem Kollektornagel 740 und der ersten Abdeckung 745 angeordnet, um eine dielektrische Isolation dazwischen zu bewirken. Dementsprechend wird der Kollektornagel 740 von der inneren Abdeckung 745 elektrisch isoliert. Das dielektrische Isolationsmaterial 744 ist ein organisches makromolekulares Material, wie beispielsweise ein organisches Polymer, und kann ein Epoxid, Kautschuk, Nylon oder ein anderes dielektrisches Material umfassen, das gegen einen Angriff durch KOH beständig und in Gegenwart von Kaliumhydroxid in einer alkalischen Zelle nichtkorrosiv ist. Das dielektrische Isolationsmaterial wird montiert, wie es hierin nachfolgend erklärt wird.
  • Die innere Abdeckung 745 ist wiederum mit dem offenen oberen Ende der Hülle 712 verbunden. Die innere Abdeckung 745 kann in die Hülle 712 eingesetzt und mit der Hülle 712 abgedichtet werden, indem ein Doppelfalzverschluß an den peripheren Rändern 450 und 470 gebildet wird, wie hierin in Verbindung mit 11 bis 13 erklärt wird. Während ein Hülle-zu-Abdeckung-Doppelfalzverschluß in Verbindung mit der siebenten Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt wird, sollte erkannt werden, daß andere Hülle-zu-Abdeckung-Verschlüsse angewandt werden können, ohne daß man von den Lehren der vorliegenden Erfindung abweicht.
  • Die elektrochemische Zelle 700 entsprechend der siebenten Ausführung gestattet eine direkte Verbindung zwischen der Hülle 712 und der inneren Abdeckung 745, was vorzugsweise eine Druckabdichtung dazwischen liefert, aber nicht eine elektrische Isolation zwischen der inneren Abdeckung 745 und den Seitenwänden der Hülle 712 erfordert. Statt dessen wird der Kollektornagel 740 von der inneren Abdeckung 745 dielektrisch isoliert, so daß die negative und die positive Anschlußklemme der elektrochemischen Zelle voneinander elektrisch isoliert werden. Wenn auch keine Forderung nach Aufrechterhaltung einer elektrischen Isolation zwischen der Hülle 712 und der inneren Abdeckung 745 besteht, bevorzugt man die Aufbringung eines Dichtungsmittels auf den Verschluß, der die Hülle mit der Abdeckung verbindet, um die Hülle angemessen abzudichten. Ein geeignetes Dichtungsmittel kann aufgebracht werden, wie es in Verbindung mit der Batterie erklärt wird, die hierin in Verbindung mit 11 bis 12D gezeigt und beschrieben wird. Es sollte erkannt werden, daß der abgedichtete Verschluß zusammen mit dem Isolationsmaterial in der Lage sein sollte, einen Aufbau des Innendruckes auszuhalten, der größer ist als der Entlüftungsdruck, bei dem der Druckentlastungsmechanismus 370 den Druck entlastet.
  • Um eine akzeptable äußere Batterieklemme in Übereinstimmung mit durchaus akzeptierten Batteriestandards bereitzustellen, umfaßt die elektrochemische Zelle 700 außerdem eine äußere Abdeckung 750 in elektrischem Kontakt mit dem Kollektornagel 740. Die äußere Abdeckung 750 kann mittels Punktschweißnaht 742 angeschweißt oder anderweitig mit dem Kollektornagel 740 elektrisch verbunden werden. Um eine richtige elektrische Isolation zwischen der äußeren Abdeckung 750 und der inneren Abdeckung 745 zu sichern, wird ein dielektrisches Material, wie beispielsweise ein ringförmiges Kissen 748, zwischen der äußeren negativen Abdeckung 750 und der inneren Abdeckung 745 angeordnet.
  • Geeignete dielektrische Materialien können Nylon, andere elastomere Materialien, Kautschuk und Epoxid einschließen, die auf die obere Fläche der inneren Abdeckung 745 oder auf die untere Fläche der äußeren Abdeckung 750 aufgebracht werden. Dementsprechend kann eine akzeptable genormte Batterieklemme am negativen Ende der elektrochemischen Zelle 700 bereitgestellt werden.
  • Die Montage der elektrochemischen Zelle 700 entsprechend der siebenten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in der Montagedarstellung in 16 veranschaulicht, und sie wird weiter im Ablaufdiagramm in 17 veranschaulicht. Das Verfahren 770 zur Montage der elektrochemischen Zelle 700 umfaßt das Bereitstellen der Hülle 712, die mit einem geschlossenen unteren Ende und einem offenen oberen Ende ausgebildet ist. Der Schritt 774 umfaßt das Anordnen der aktiven elektrochemischen Materialien in der Hülle 712, was die negative Elektrode, die positive Elektrode und einen Elektrolyt ebenso wie das Trennelement und weitere Zellenzusatzmittel einschließt. Sobald die aktiven elektrochemischen Zellenmaterialien in der Hülle 712 angeordnet sind, ist die Hülle 712 zum Verschluß und Abdichten mit der Kollektorbaugruppe 725 bereit. Vor dem Verschließen der Hülle wird die Kollektorbaugruppe montiert, indem zuerst der Kollektornagel 740 innerhalb der Öffnung 751, die in der inneren Abdeckung 745 gebildet wird, zusammen mit einem Ring des Isolationsmaterials entsprechend dem Schritt 776 angeordnet wird. Der Kollektornagel 740 wird in der Öffnung 742 des Isolationsringes 744 angeordnet, der einen Ring oder eine Scheibe aus Epoxid umfassen kann, der eine dielektrische Isolation bewirkt und erwärmt werden kann, um sich zwischen der inneren Abdeckung 745 und dem Kollektornagel 740 umzubilden und abzusetzen. Alternativ können weitere organische makromolekulare dielektrische Isolationsmaterialien anstelle von Epoxid verwendet werden, wie beispielsweise eine Gummidichtung, ein elastomeres Material oder andere dielektrische Materialien, die eine angemessene Isolation zwischen dem Kollektornagel 740 und der inneren Abdeckung 745 bilden können. Ebenfalls wird eine in der inneren Abdeckung 745 ausgebildete Aussparung 755 gezeigt, die in der oberen Fläche gebildet wird und um die Öffnung 751 zentriert ist.
  • Entsprechend der bevorzugten Ausführung wird der Ring 744 aus Isolationsmaterial in der Aussparung 755 oben auf der inneren Abdeckung 745 angeordnet, und der obere Kopf des Kollektornagels 740 wird darüber angeordnet. Beim Schritt 778 wird der Isolationsring 744 am Kollektornagel 740 und der Abdeckung 745 angeordnet, und der Isolationsring 744 wird auf eine Temperatur erwärmt, die ausreichend hoch ist, um den Ring 744 zu schmelzen, so daß sich der Ring 744 umformt und in die Öffnung 751 in der Abdeckung 745 fließt, um eine kontinuierliche dielektrische Isolation zwischen dem Kollektornagel 740 und der inneren Abdeckung 745 zu bewirken. Für einen Ring 744 aus Epoxid kann eine Temperatur von 20 °C bis 200 °C über eine Zeit von wenigen Sekunden bis zu vierundzwanzig Stunden angemessen sein, um das Isolationsmaterial umzuformen und auszuhärten. Sobald das dielektrische Material 744 eine angemessene Isolation zwischen dem Kollektornagel 740 und der inneren Abdeckung 745 bildet, wird das isolierte Material vorzugsweise beim Schritt 780 abgekühlt. Während der Erwärmungs- und Abkühlungsschritte 778 und 780 wird der Kollektornagel 740 in der Öffnung 751 so zentriert, daß der Nagel 740 nicht die Abdeckung 745 berührt. Danach wird beim Schritt 782 ein elektrisches dielektrisches Isolationskissen 748, wie beispielsweise ein ringförmiges dielektrisches Kissen, oben auf der inneren Abdeckung 745 angeordnet und erstreckt sich radial nach außen vom Umfang des Nagels 740. Beim Schritt 784 wird oben auf dem Kollektornagel 740 und dem Kissen 748 eine leitende negative Abdeckung 750 angeordnet, die in elektrischem Kontakt mit dem Kollektornagel 740 verschweißt oder anderweitig ausgebildet wird. Sobald die Kollektorbaugruppe vollständig montiert ist, wird die Kollektorbaugruppe dann mit der Hülle verbunden, um das offene Ende abdichtend zu verschließen, wie es beim Schritt 786 vorgesehen wird. Der Hüllenverschluß kann einen Doppelfalzverschluß oder ein anderes geeignetes Hüllenverschlußverfahren anwenden. Zusätzlich umfaßt das Montageverfahren 770 den Schritt 788 des Verbindens einer zweiten äußeren Abdeckung mit dem geschlossenen Ende der Hülle, vorzugsweise über dem Druckentlastungsmechanismus 370.
  • Während die vorliegende Erfindung vorangehend mit einer primären Anwendbarkeit bei alkalischen Batterien beschrieben wurde, werden jene Fachleute erkennen, daß gleiche Vorteile erhalten werden können, indem die Konstruktionen der Erfindung in Batterien angewandt werden, die andere elektrochemische Systeme nutzen. Beispielsweise können die Konstruktionen der Erfindung in primären Systemen angewandt werden, wie beispielsweise Kohlenstoff-Zink- und Lithiumbatterien und wiederaufladbaren Batterien, wie beispielsweise NiCd-, Metallhydrid- und Li-Batterien. Außerdem können bestimmte Konstruktionen der vorliegenden Erfindung in unbehandelten Zellen eingesetzt werden (d.h., Zellen ohne ein Etikett, wie sie in Akkupacks oder Mehrzellenbatterien verwendet werden). Obgleich die vorliegende Erfindung vorangehend in Verbindung mit zylindrischen Batterien beschrieben wurde, können außerdem bestimmte Konstruktionen der vorliegenden Erfindung beim Konstruieren von prismenförmigen Zellen eingesetzt werden.
  • Es wird verstanden werden, daß die in den Zeichnungen gezeigten und vorangehend beschriebenen Ausführungen nur für veranschaulichende Zwecke sind und nicht beabsichtigt ist, daß sie den Bereich der Erfindung einschränken.

Claims (14)

  1. Batterie, die aufweist: eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollekor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 88,4 Prozent des Gesamtvolumens der Batterie beträgt.
  2. Batterie nach Anspruch 1, die außerdem ein Trennelement umfaßt, das innerhalb des Innenvolumens angeordnet ist.
  3. Batterie nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der der Kollektor elektrisch die Abdeckung mit der negativen Elektrode koppelt.
  4. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hülle zylindrisch ist.
  5. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Batterie eine alkalische Batterie ist, die aufweist: eine positive Elektrode, die MnO2 aufweist; eine negative Elektrode, die Zn aufweist; und einen Elektrolyt, der KOH aufweist.
  6. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hülle aus einem chemisch inerten Material besteht.
  7. Batterie der Größe D, die aufweist: eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollektor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 89,2 Prozent, vorzugsweise mindestens 90,9 Prozent, mehr bevorzugt mindestens 92,6 Prozent, noch mehr bevorzugt mindestens 93,5 Prozent, noch mehr bevorzugt mindestens 94,9 Prozent und am meisten bevorzugt mindestens 97,0 Prozent des Gesamtvolumens der Batterie beträgt.
  8. Batterie der Größe C, die aufweist: eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollektor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 86,4 Prozent, vorzugsweise mindestens 88,4 Prozent und am meisten bevorzugt mindestens 90,6 Prozent des Gesamtvolumens der Batterie beträgt.
  9. Batterie der Größe AA, die aufweist: eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollektor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 83,5 Prozent, vorzugsweise mindestens 84,7 Prozent, mehr bevorzugt mindestens 87,4 Prozent, noch mehr bevorzugt mindestens 89,6 Prozent und am meisten bevorzugt mindestens 90,4 Prozent des Gesamtvolumens der Batterie beträgt.
  10. Batterie der Größe AAA, die aufweist: eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollektor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 84,6 Prozent, vorzugsweise mindestens 88,0 Prozent und am meisten bevorzugt mindestens 90,1 Prozent des Gesamtvolumens der Batterie beträgt.
  11. Batterie der Größe D, die aufweist: eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollektor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 44,67 cm3, vorzugsweise mindestens 45,53 cm3, mehr bevorzugt mindestens 46,34 cm3, noch mehr bevorzugt mindestens 46,82 cm3, noch mehr bevorzugt mindestens 47,52 cm3 und am meisten bevorzugt mindestens 48,59 cm3 beträgt.
  12. Batterie der Größe C, die aufweist: eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollektor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 21,23 cm3, vorzugsweise mindestens 21,42 cm3, mehr bevorzugt mindestens 21,73 cm3 und am meisten bevorzugt mindestens 22,26 cm3 beträgt.
  13. Batterie der Größe AA, die aufweist: eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollektor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 6,47 cm3, vorzugsweise mindestens 6,56 cm3, mehr bevorzugt mindestens 6,68 cm3, noch mehr bevorzugt mindestens 6,77 cm3, noch mehr bevorzugt mindestens 6,95 cm3 und am meisten bevorzugt mindestens 7,0 cm3 beträgt.
  14. Batterie der Größe AAA, die aufweist: eine Hülle mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende; und eine Kollektorbaugruppe, die über dem offenen Ende der Hülle positioniert ist, worin die Kollektorbaugruppe eine Abdeckung und einen Kollektor aufweist, wobei die Kollektorbaugruppe und die Hülle ein abgedichtetes Innenvolumen innerhalb der Hülle definieren und für das Aufnehmen von elektrochemisch aktiven Materialien verfügbar sind, die mindestens eine positive und negative Elektrode und einen Elektrolyt umfassen, worin das Innenvolumen ausschließlich des Volumens ist, das vom Kollektor eingenommen wird, und jegliches Volumen umfaßt, das für innere Hohlräume erforderlich ist, in die die elektrochemisch aktiven Materialien wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen mindestens 3,02 cm3, vorzugsweise mindestens 3,06 cm3, mehr bevorzugt mindestens 3,14 cm3 und noch mehr bevorzugt mindestens 3,22 cm3 beträgt.
DE69924858T 1998-08-21 1999-08-17 Batteriekonstruktion mit vergrössertem innenvolumen für aktivmaterialen Revoked DE69924858T2 (de)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US9744598P 1998-08-21 1998-08-21
US97445P 1998-08-21
US10295198P 1998-10-02 1998-10-02
US102951P 1998-10-02
US09/293,376 US6265101B1 (en) 1998-08-21 1999-04-16 Battery constructions having increased internal volume for active components
US293376 1999-04-16
PCT/US1999/018651 WO2000011732A1 (en) 1998-08-21 1999-08-17 Battery constructions having increased internal volume for active components

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69924858D1 DE69924858D1 (de) 2005-05-25
DE69924858T2 true DE69924858T2 (de) 2006-01-19

Family

ID=27378379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69924858T Revoked DE69924858T2 (de) 1998-08-21 1999-08-17 Batteriekonstruktion mit vergrössertem innenvolumen für aktivmaterialen

Country Status (10)

Country Link
US (2) US6265101B1 (de)
EP (1) EP1119879B1 (de)
JP (1) JP2002523874A (de)
CN (1) CN1207799C (de)
AT (1) ATE293844T1 (de)
AU (1) AU5566599A (de)
CA (1) CA2340660A1 (de)
DE (1) DE69924858T2 (de)
TW (1) TW431007B (de)
WO (1) WO2000011732A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023072469A1 (de) * 2021-10-27 2023-05-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batteriezelle, energiespeicher und verfahren zur entlüftung einer batteriezelle

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6265101B1 (en) * 1998-08-21 2001-07-24 Eveready Battery Company, Inc. Battery constructions having increased internal volume for active components
WO2000036667A2 (en) * 1998-12-15 2000-06-22 Duracell Inc. Electrochemical cell closure
JP4126684B2 (ja) * 2001-05-11 2008-07-30 松下電器産業株式会社 ニッケル水素二次電池
US6828061B2 (en) * 2001-10-26 2004-12-07 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell with reinforced separator
JP4436587B2 (ja) * 2002-01-31 2010-03-24 パナソニック株式会社 電池及び組電池
CN1639894A (zh) * 2002-02-15 2005-07-13 永备电池有限公司 放电性能增加的圆柱形碱性电池
US7195839B2 (en) * 2003-02-11 2007-03-27 Eveready Battery Company, Inc. Battery cell with improved pressure relief vent
US6991872B2 (en) * 2003-03-26 2006-01-31 The Gillette Company End cap seal assembly for an electrochemical cell
BG65715B1 (bg) * 2003-09-04 2009-08-31 Чавдар ВАСИЛЕВ Средство за селективно подтискане на патологични днк - специфични в клетки
US7611805B2 (en) * 2005-08-30 2009-11-03 Greatbatch Ltd. Lithium/fluorinated carbon (Li/CFx) electrochemical cell
JP5114004B2 (ja) * 2005-12-08 2013-01-09 Ｆｄｋエナジー株式会社 筒形電池
US20080026286A1 (en) * 2006-07-31 2008-01-31 Eveready Battery Company, Inc. Nail-type current collector with non-conductive core and surface metallization for electrochemical cell
US20080085450A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 Depalma Christopher L End cap seal assembly for an electrochemical cell
US20080102366A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-01 Anglin David L End cap seal for an electrochemical cell
US20080166626A1 (en) * 2007-01-05 2008-07-10 Yoppolo Robert A End cap seal assembly for an electrochemical cell
US20080220316A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-11 Berkowitz Fred J End cap seal assembly for a lithium cell
WO2008139748A1 (ja) * 2007-05-15 2008-11-20 Panasonic Corporation 単３形の電池
EP2171778A1 (de) * 2007-06-26 2010-04-07 The Coleman Company, Inc. Elektrisches gerät, das mehrere stromquellen benutzt
JP4113912B1 (ja) * 2007-08-23 2008-07-09 松下電器産業株式会社 アルカリ乾電池
US20090176157A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Hidekatsu Izumi Aa and aaa alkaline dry batteries
US20090169988A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-02 Fumio Kato AA and AAA Alkaline dry batteries
US20090226805A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Robert Yoppolo Battery
US20090258297A1 (en) * 2008-04-15 2009-10-15 Davis Stuart M Battery
KR101023880B1 (ko) * 2009-06-08 2011-03-22 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
US8349493B2 (en) * 2009-11-24 2013-01-08 The Gillette Company Electrochemical cells with improved separator and electrolyte
US8119286B2 (en) * 2009-11-24 2012-02-21 The Gillette Company Electrochemical cells with improved separator and electrolyte
US11081721B2 (en) 2009-11-24 2021-08-03 Duracell U.S. Operations, Inc. Secondary electrochemical cells with separator and electrolyte combination
US8802304B2 (en) * 2010-08-10 2014-08-12 Eos Energy Storage, Llc Bifunctional (rechargeable) air electrodes comprising a corrosion-resistant outer layer and conductive inner layer
US9209434B2 (en) * 2011-11-17 2015-12-08 Fastcap Systems Corporation Mechanical hermetic seal
CA2857758C (en) 2011-12-14 2023-10-10 Eos Energy Storage, Llc Electrically rechargeable, metal anode cell and battery systems and methods
WO2013112534A2 (en) * 2012-01-23 2013-08-01 Avery Dennison Corporation Electrochemical cell labels and accessories
FR2988521B1 (fr) * 2012-03-21 2016-10-07 Batscap Sa Ensemble de stockage d'energie comprenant une bague elastique isolante electriquement
US8920969B2 (en) 2012-12-05 2014-12-30 The Gillette Company Alkaline electrochemical cells with separator and electrolyte combination
US10008748B2 (en) 2012-12-05 2018-06-26 Duracell U.S. Operations, Inc. Alkaline electrochemical cells with separator and electrolyte combination
US9551758B2 (en) 2012-12-27 2017-01-24 Duracell U.S. Operations, Inc. Remote sensing of remaining battery capacity using on-battery circuitry
US9478850B2 (en) 2013-05-23 2016-10-25 Duracell U.S. Operations, Inc. Omni-directional antenna for a cylindrical body
US9726763B2 (en) 2013-06-21 2017-08-08 Duracell U.S. Operations, Inc. Systems and methods for remotely determining a battery characteristic
US9882250B2 (en) 2014-05-30 2018-01-30 Duracell U.S. Operations, Inc. Indicator circuit decoupled from a ground plane
US9958504B2 (en) 2014-06-20 2018-05-01 Duracell U.S. Operations, Inc. Primary alkaline battery with integrated in-cell resistances
US10297875B2 (en) 2015-09-01 2019-05-21 Duracell U.S. Operations, Inc. Battery including an on-cell indicator
CN105958081B (zh) * 2016-06-27 2018-08-31 中银（宁波）电池有限公司 电池集电体及电池装配方法
US10483634B2 (en) 2016-11-01 2019-11-19 Duracell U.S. Operations, Inc. Positive battery terminal antenna ground plane
US10818979B2 (en) 2016-11-01 2020-10-27 Duracell U.S. Operations, Inc. Single sided reusable battery indicator
US10151802B2 (en) 2016-11-01 2018-12-11 Duracell U.S. Operations, Inc. Reusable battery indicator with electrical lock and key
US10608293B2 (en) 2016-11-01 2020-03-31 Duracell U.S. Operations, Inc. Dual sided reusable battery indicator
US11024891B2 (en) 2016-11-01 2021-06-01 Duracell U.S. Operations, Inc. Reusable battery indicator with lock and key mechanism
US20180241011A1 (en) * 2017-02-22 2018-08-23 Energizer Brands, Llc Electrochemical cell container having printed indicia thereon
KR102570969B1 (ko) * 2018-02-01 2023-08-25 삼성에스디아이 주식회사 원통형 리튬 이온 이차 전지
WO2019163179A1 (ja) * 2018-02-20 2019-08-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 円筒形電池
US11837754B2 (en) 2020-12-30 2023-12-05 Duracell U.S. Operations, Inc. Magnetic battery cell connection mechanism

Family Cites Families (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL45699C (de) 1936-03-18
US2525436A (en) 1945-03-27 1950-10-10 Ruben Samuel Dry cell
US2478798A (en) 1946-06-25 1949-08-09 Ruben Samuel Primary cell vent and method of making
US2650945A (en) 1949-07-08 1953-09-01 Ray O Vac Co Primary dry cell
US3068313A (en) 1958-11-19 1962-12-11 Union Carbide Corp High pressure mechanical seal gasket
US3518125A (en) 1962-05-11 1970-06-30 Us Army Thermal batteries
US3255049A (en) 1963-01-03 1966-06-07 Union Carbide Corp Dry cell having gel on depolarizer surface
JPS423381Y1 (de) * 1965-02-06 1967-02-28
JPS4951538A (de) 1972-09-25 1974-05-18
US4052537A (en) 1976-10-01 1977-10-04 P. R. Mallory & Co. Inc. Electrical device
US4175166A (en) 1978-05-02 1979-11-20 Power Conversion, Inc. Sealed container construction capable of safely venting internal pressure
JPS5817332Y2 (ja) 1979-05-31 1983-04-08 株式会社ユアサコーポレーション 密閉形電池
US4320182A (en) 1979-11-21 1982-03-16 General Electric Company Electrochemical cell having cast-in-place insulator
US4251602A (en) 1980-03-14 1981-02-17 Union Carbide Corporation High pressure safety vent for galvanic dry cells
US4322483A (en) 1980-07-07 1982-03-30 Tune Harold S Method of utilizing empty aluminum beverage cans to provide an energy source
US4308323A (en) 1980-11-10 1981-12-29 Emerson Electric Co. Battery seal
EP0078263A1 (de) 1980-12-10 1983-05-11 Macgar Holdings Proprietary Limited Batterie für elektrische energie
FR2510310A1 (fr) 1981-07-21 1983-01-28 Gipelec Traversee etanche de borne negative et generateur electrochimique faisant application de cette traversee
US4663248A (en) 1982-09-07 1987-05-05 Duracell Inc. Electrode terminal contact
GB2160352B (en) 1984-06-08 1987-08-26 Venture Tech Ltd Insulating seal for electrochemical cells
BR8604254A (pt) 1985-09-30 1987-04-28 Emerson Electric Co Processo de fabricacao de respiradouro de seguranca em tampa de recipiente hermeticamente vedado,processo de fabricacao de respiradouros de seguranca em tampas metalicas para recipientes de bateria hermeticamente vedados,tampa para recipiente hermeticamente vedado e tampa de bateria de liga de aco circular para recipiente hermeticamente vedado
US4698282A (en) 1986-06-02 1987-10-06 Power Conversion Inc. Safety vent device for electrochemical cells
JPS634546A (ja) 1986-06-25 1988-01-09 Fuji Elelctrochem Co Ltd 乾電池
US4702976A (en) 1986-09-19 1987-10-27 Emerson Electric Co. Hermetic terminal assembly and method of manufacturing same
US4707424A (en) 1986-09-19 1987-11-17 Emerson Electric Co. Terminal pin and end closure structure for chamber defining housing of hermetic terminal assembly and method of manufacture
US4842965A (en) 1986-09-27 1989-06-27 Hitachi Maxell, Ltd. Non aqueous electrochemical battery with explosion proof arrangement and a method of the production thereof
US4789608A (en) 1987-03-26 1988-12-06 Saft America, Inc. Pressure venting device
JPS63274054A (ja) * 1987-05-01 1988-11-11 Fuji Elelctrochem Co Ltd 筒形アルカリ電池
FR2627327A1 (fr) 1988-02-17 1989-08-18 Accumulateurs Fixes Dispositif de securite pour generateurs electrochimiques a godets cylindriques
US4822377A (en) 1988-02-18 1989-04-18 Energy Conversion Devices, Inc. Method for sealing an electrochemical cell employing an improved reinforced cover assembly
GB8917022D0 (en) * 1989-07-25 1989-09-13 Chloride Silent Power Ltd Sodium/sulphur cell
JPH07107840B2 (ja) 1989-08-29 1995-11-15 松下電器産業株式会社 有機電解質電池
US4999264A (en) 1989-11-24 1991-03-12 Duracell Inc. Aqueous electrochemical cell
US5079108A (en) 1989-12-20 1992-01-07 Rayovac Corporation Dry cell seal closure
GB9000806D0 (en) 1990-01-13 1990-03-14 Ultramark Adhesive Products Li Battery casings
CA2046148C (en) * 1990-08-14 1997-01-07 Dale R. Getz Alkaline cells that are substantially free of mercury
US5279907A (en) 1992-05-11 1994-01-18 Emerson Electric Co. Safety vent for a container and method of making the same
US5372897A (en) 1992-07-24 1994-12-13 Toshiba Battery Co., Ltd. Rectangular nickel-metal hydride secondary cell
US5283139A (en) 1993-04-12 1994-02-01 Duracell Inc. Alkaline cell
US5622612A (en) 1993-06-02 1997-04-22 Duracell Inc. Method of preparing current collectors for electrochemical cells
JPH07122253A (ja) * 1993-10-21 1995-05-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 筒形アルカリ電池
US5554918A (en) * 1994-03-08 1996-09-10 Electric Fuel (E.F.L.) Ltd. Mechanically-rehargeable battery
US5582930A (en) 1995-05-05 1996-12-10 Rayovac Corporation High energy density metal-air cell
JP3601120B2 (ja) * 1995-07-25 2004-12-15 新神戸電機株式会社 密閉形蓄電池
US5712058A (en) 1996-09-27 1998-01-27 Eveready Battery Company, Inc. Miniature galvanic cell having optimum internal volume for the active components
DE19643011A1 (de) 1996-10-18 1998-04-23 Varta Batterie Direkt berdrucktes galvanisches Element
ES2145408T3 (es) 1996-11-08 2000-07-01 Rotanotice Etiqueta de proteccion y decoracion principalmente para pila electrica.
KR100386874B1 (ko) * 1997-01-09 2003-06-11 산요 덴키 가부시키가이샤 알칼리 축전지 및 그 충전방법
US6022635A (en) 1997-09-24 2000-02-08 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell having a moisture barrier
US6080505A (en) 1998-08-14 2000-06-27 Moltech Power Systems, Inc. Electrochemical cell safety vent
US6265101B1 (en) * 1998-08-21 2001-07-24 Eveready Battery Company, Inc. Battery constructions having increased internal volume for active components

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023072469A1 (de) * 2021-10-27 2023-05-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batteriezelle, energiespeicher und verfahren zur entlüftung einer batteriezelle

Also Published As

Publication number Publication date
US6265101B1 (en) 2001-07-24
ATE293844T1 (de) 2005-05-15
EP1119879B1 (de) 2005-04-20
CN1207799C (zh) 2005-06-22
EP1119879A1 (de) 2001-08-01
WO2000011732A1 (en) 2000-03-02
CN1323451A (zh) 2001-11-21
US6670073B2 (en) 2003-12-30
DE69924858D1 (de) 2005-05-25
JP2002523874A (ja) 2002-07-30
US20020031705A1 (en) 2002-03-14
CA2340660A1 (en) 2000-03-02
AU5566599A (en) 2000-03-14
TW431007B (en) 2001-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69924858T2 (de) Batteriekonstruktion mit vergrössertem innenvolumen für aktivmaterialen
DE69918699T2 (de) Batteriekonstruktion mit verringertem kollektorsatzvolumen
DE2448370C3 (de) Anordnung von Knopf zellen in einem mehrteiligen Gehäuse
DE69928674T2 (de) Batteriekonstruktion mit doppelfalznaht-deckel-verschluss
DE60021239T2 (de) Wiederaufladbare Lithiumbatterie und Herstellungsverfahren dafür
EP0123201B1 (de) Luftsauerstoffzelle
DE69816266T2 (de) Prismatische aufladbare oder primäre Zelle mit steifem und zusammendrückendem Halter
DE69025409T2 (de) Hochdruckdichtung für alkalizellen
DE69933226T2 (de) Verschlusskappe für alkalische zelle
DE112014001918T5 (de) Kollektorplatte für eine Energiespeichereinrichtung und Herstellungsverfahren
DE19858723A1 (de) Stromsammler für eine Lithiumelektrode
DE102012217451A1 (de) Batteriezelle mit in Gehäusedeckplatte integriertem Knackfederbereich
CH626748A5 (de)
DE69912454T2 (de) Konstruktion einer batterie mit sicherheitsentlüftung
WO2010112332A1 (de) Knopfzelle ohne bördelung
DE69929893T2 (de) Elektrochemische zelle mit einem vom deckel elektrisch isolierten kollektor
DE60017278T2 (de) Strohmabnehmer und Dichtungsanordnung für elektrochemische Zelle
DE2621346B2 (de) Zellenpoldurchfuehrung fuer akkumulatoren
WO2011117132A1 (de) Gegen kurzschluss gesicherte knopfzelle
DE10332093B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle sowie die elektrochemische Zelle
DE69105398T2 (de) Separatoren für elektrochemische Zellen.
DE2813465B2 (de) Galvanische Rundzelle mit einem Druckentlüftungsverschluß
DE1496226A1 (de) Batteriezelle und Verfahren zu deren Herstellung
DE112015000896T5 (de) Energiespeichervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung
DE2055638A1 (de) Elektrochemische Zelle und Verfahren zu deren Abdichtung

Legal Events

Date Code Title Description
8363 Opposition against the patent
8331 Complete revocation