DK171248B1 - Batteri af stablede fladceller og fremgangsmåde til samling af batteriet - Google Patents

Description

i DK 171248 B1

Opfindelsen angår et batteri opbygget af på hinanden stablede fladceller, omfattende et elektrokemisk batterisystem med en anode og en katode, hvilke cellers indkapslinger udgøres af opadtil åbne plastskåle, der er samlet som en stabel til en 5 enhed, idet den opadvendende kant på en underliggende skål i stablen langs hele omkredsen er tæt forbundet til et perifert randparti af bunden af skålen ovenover, idet skålenes overkanter og perifere randpartier i bunden har i hovedsagen komplementær styre- og anlægsflader.

10 Sammensvejsningen af plastceller kan f.eks. foretages ved, at de sammenpressede celler dyppes i et opløsningsmiddel, såsom alkohol - jfr. f.eks. tysk patentskrift nr. 900.958.

Fra dansk patentansøgning nr. 2661/81 kendes endvidere et batteri af ovennævnte art med komplementære styre- og anlægs-15 flader samt et antal rundtgående hulrum, der er indrettet til at standse en eventuel udsivning af elektrolytvæske.

Det er imidlertid et problem at få en effektiv samling af cellerne, som typisk kun smelter sammen i den yderste overflade, således at det sammensmeltede lag er ret tyndt og der-20 med følsomt overfor slitage under monteringsprocessen samt overfor trykdannelser i stablen af celler, der typisk indeholder en alkalisk elektrolyt. Det er yderst vigtigt, at stablen forbliver tæt, da den alkaliske elektrolyt har stor krybe-evne. Den alkaliske elektrolyt er et aggressivt medium, som 25 vil gøre skade på det udstyr, hvori batteriet er monteret, hvis batteriet er utæt.

Et batteri af den indledningsvis nævnte art er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at skålens perifere randparti i bunden og/eller den øvre rand af skålen er forsynet med fluidum-30 passable organer (såsom en ru overflade, ribber, riller eller lignende overfladeujævnheder, egnet til at skabe en lille afstand mellem samlingsfladerne) til fremme af indtrængning af opløsningsmiddel ved kapillarvirkning under sammenføjningen af 2 DK 171248 B1 skålene. Herved opnås en bedre indtrængning af opløsningsmidlet samtidig med, at det kontaktareal, der er til rådighed for sammenbindingen af to skåle, bliver større end det ville være hvis overfladerne havde været glatte. Derved opnås en 5 større mindste vægtykkelse af den sammensmeltede stabel og dermed et produkt, der er bedre sikret imod udsivning af elektrolytvæske .

Fortrinsvis er de lodrette indersider af skålen i et bånd langs med den øvre rand af siderne og/eller de lodrette yder-10 sider af det perifere randparti i bundens styreflader forsynet med fluidumpassable organer til fremme af indtrængning af opløsningsmiddel ved kapillarvirkning under sammenføjningen af skålene. De fluidumpassable organer er fortrinsvis udformet som ribber, riller eller kanaler afgrænset af ribber, for-15 trinsvis således, at der mellem ribberne fremkommer smalle riller eller kanaler med en bredde på ca. 0,2 mm og en dybde på ca. 0,06 mm.

Fortrinsvis ligger rillerne eller ribberne på de lodrette sider ud for de tilsvarende ribber eller riller på den vand-20 rette del af skålens perifere randparti i bunden og/eller på den vandrette del af den øvre rand af skålen.

Fortrinsvis samvirker de fluidumpassable organer med et eller flere i hovedsagen rundtgående hulrum, der virker som en bremse for kapillarvirkningen og dermed danner en barriere både 25 for det udefra kommende opløsningsmiddel og for den i skålens indre liggende elektrolytvæske.

Opfindelsen angår endvidere en fremgangsmåde som angivet i krav 10 til sammenføjning af skålene til dannelse af en stabel, der er fuldstændig tæt.

30 Opfindelsen skal forklares nærmere i det følgende ud fra et foretrukkent udførelseseksempel og under henvisning til tegningen, hvor 3 DK 171248 B1 fig. 1 viser en stabelbar fladcelle set fra bunden, fig. 2 et lodret snit gennem samme langs linien II-II i fig.

1, fig. 3 et lodret snit gennem samme langs linien III-III i fig.

5 1, fig. 4 en detalje af fig. 2, fig. 5 et snit langs linien V-V i fig. 4, set i pilens retning, fig. 6 fladcellen i fig. 1 set fra siden, 10 fig. 7 en detalje af fig. 6, og fig. 8 et snit gennem fladcellens væg som angivet med den stiplede linie og pilene A-A.

Den i fig. 1 viste stabelbare fladcelle, der kan indeholde en zinkanode, en alkalisk elektrolyt og en brunstenskatode, har 15 en indkapsling, der udgøres af en opadtil åben plastskål 10. Plastskålene 10 er fortrinsvis af en plasttype, som er gen-nemtrængelige for hydrogen uden at være gennemtrængelig for oxygen, nitrogen eller carbondioxid. Plastskålene kan stables og samles til en enhed, idet den opadvendende kant på en un-20 derliggende skål 10 langs hele omkredsen forbindes til et perifert randparti 12 af bunden af skålen 10 ovenover, idet skålenes overkant og perifere randpartier 12 i bunden er i hovedsagen komplementære - se fig. 1.

Ifølge opfindelsen er der i det perifere randparti 12 i bunden 25 af skålen (og/eller eventuelt i den øvre rand af hver skål) udformet ribber eller riller, der skaber mellemrum, der befordrer en indtrængning af opløsningsmiddel, fortrinsvis ganske små mellemrum af kapillære dimensioner.

4 DK 171248 B1 I en foretrukken udførelsesform er der indrettet i alt tres ribber 20 adskilt af smalle mellemrum 21, der i bredden måler ca. 0,2 mm og er ca. 0,060 mm dybe, som det er vist i fig. 5 og 7, og som bevirker, at der opstår veldefinerede mellemrum 5 mellem to ovenpå hinanden stablede skåle således, at et opløsningsmiddel med sikkerhed vil trænge ind mellem overfladerne betegnet 11a og 12a.

Fortrinsvis samvirker de nævnte ribber 20 i bundens kant 12a med tilsvarende lodrette ribber 30, der ligger som et bånd 10 11b, der støder op til skålens overkant 11a (og som består af tyve ribber på hver langside og ti på hver af de korte sider) på de fire indersider 11b af hver skål 10, således at opløsningsmidlet vil kunne fortsætte sin indtrængning ned langs indersiden af skålen i de således dannede mellemrum 31 mellem 15 indersiden 11b af en skål 10 og ydersiden 12b af bunden af den skål, som er placeret lige ovenfor.

Dermed bliver klæbefladen større end den ellers ville være, idet den både udgøres af den vandrette overkant 11a af skålen, der bindes til den vandrette rundtgående kant 12a rundt om 20 bunden af skålen ovenover, og derudover af det næsten rundtgående bånd 11b på indersiden af skålens øvre rand, der bindes til det næsten rundtgående bånd 12b på ydersiden af bunddelen af skålen ovenover.

Fortrinsvis danner kanten 12a en vinkel i forhold til den 25 vandrette overkant, randen 11a, - eller omvendt - hvorved der fremkommer et kileformet mellemrum 14, idet den øverste rand 11a af en skål kun ligger an mod den rundtgående kant 12a på bunden af en ovenover anbragt skål ved "14a" i bunden af det kileformede mellemrum. Dette mellemrum medvirker til at sikre, 30 at opløsningsmiddel kan trænge ind mellem skålene, hvor det delvis opløser skålvæggens overflader 11a, llb og 12a, 12b, som derved smelter sammen, idet opløsningsmidlet fordamper. De kileformede mellemrum 14 danner fortrinsvis en vinkel af størrelsesordenen 10° og fortrinsvis 10,3°. Uden de nye ribber 5 DK 171248 B1 eller riller ifølge opfindelsen ville den beskrevne sammensmeltning være tilbøjelig til kun at finde sted i kontaktpunktet 14a mellem fladerne 11a og 12a, og den resulterende stabel ville være mere skrøbelig og mere udsat for 5 lækage.

I fig. 2, 3 og 4 er der på indersiden af skålen vist en i hovedsagen rundtgående rille 15, som det ses i snit på fig. 4. Sammen med den rundtgående styreflade omkring bunden af cellen ovenover danner rillen et omtrent rundtgående hulrum med et 10 fortrinsvis trekantet tværsnit. Et hulrum af denne art vil virke som en bremse for en kapillarvirkning, hvorved man f.eks. kan standse opløsningsmidlets videre indtrængning. Det er selvsagt ikke ønskeligt, at opløsningsmidlet når helt ind i det indre af skålen som sammen med anode, og katode, især 15 zinkanode, en alkalisk elektrolyt og en brunstenskatode, skal udgøre en celle i et batteri. Men et eller flere hulrum af den her nævnte art kan også være indrettet med henblik på at virke som et absorberende hulrum for eventuel udtrængende elektrolytvæske under selve fremstillingsprocessen, dvs. mens de løst 20 stablede, endnu ikke sammensmeltede celler bliver dyppet ned i opløsningsmidlet og derefter trukket op igen et antal gange.

Det er under denne proces væsentligt at undgå, at elektrolyt-væsken trænger ud, og lægger sig på de flader, der skal smelte sammen.

25 Fortrinsvis er der på indersiden af skålens sidevægge indrettet en i hovedsagen rundtgående vulst 16, som ligger an mod bundens skrå rejfede kant, når skålene er stablede.

I en alternativ udførelsesform kan de lodrette kanaler eller riller og eventuelt hulrummene være indrettet i den rundt-30 gående styreflade 12b omkring bunden.

Når et batteri er opbygget ved stabling af det ønskede antal fladceller, etableres sammenføjningen derefter ved, at en eller flere stabler af fladceller dyppes en eller flere gange

Claims (10)

1. Batteri opbygget af på hinanden stablede fladceller, omfattende et elektrokemisk batterisystem med en anode og katode, hvilke cellers indkapslinger udgøres af opadtil åbne plastskåle (10), der er samlet som en stabel til en enhed, idet den 25 opadvendende kant (11a) på en underliggende skål (10) i stablen langs hele omkredsen er tæt forbundet til et perifert randparti (12a) af bunden af skålen ovenover, idet skålenes (10) overkanter (11a, 11b) og deres perifere randpartier (12a, 12b) i bunden har i hovedsagen komplementære styre- og sam-30 lingsflader (11a, 12a, 11b, 12b), kendetegnet ved, at skålens perifere randparti (12a) i bunden og/eller den øvre rand (11a) af skålen (10) er forsynet med fluidumpassable organer til fremme af indtrængning af opløsningsmiddel ved 7 DK 171248 B1 kapillarvirkning under sammenføjningen af skålene.

2. Batteri ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de lodrette indersider (11b) af skålen i et bånd langs med den øvre rand (11a) og/eller de lodrette ydersider (12b) af det 5 perifere randparti i bundens styreflader er forsynet med fluidumpassable organer til fremme af indtrængning af opløsningsmiddel ved kapillarvirkning under sammenføjning af skålene .

3. Batteri ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, 10 at de fluidumpassable organer er udformede som riller, ribber eller kanaler afgrænset af ribber, fortrinsvis smalle riller med en bredde på ca. 0,2 mm og en dybde på ca. 0,06 mm.

4. Batteri ifølge krav 3, kendetegnet ved, at de lodrette riller eller kanaler på indersiderne (11b, 12b) lig- 15 ger ud for og i forbindelse med rillerne, ribberne eller kanalerne på det perifere randparti (12a) i bunden og/eller på den øvre rand (11a) af skålen (10).

5. Batteri ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, af de fluidumpassable organer udgøres af en ruhed i over- 20 fladerne.

6. Batteri ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at den opadvendende kant (11a) af en skål (10) sammen med den dertil svarende kant (12a) af bunden af en overliggende skål (10) danner et kileformet mel- 25 lemrum (14).

6 DK 171248 B1 i et kar med et opløsningsmiddel, f.eks. "THF" dvs. tetrahy-drofuran, hvorunder opløsningsmidlet trænger ind i det kileformede mellemrum 14 og på grund af ribberne eller rillerne 21, 31 længere ind og fortrinsvis så langt ind, at et i hoved-5 sagen rundtgående bånd på indersiderne 11b og styrefladerne 12b dækkes af opløsningsmiddel. Typisk neddyppes stablerne af fladceller i nogle få perioder på fra 2 til 8 sekunders varighed. Under en sådan neddypning kan man med fordel påvirke karret med opløsningsmidler og neddyppede stabler af fladcel-10 ler med ultralyd, enten i en del af dyppetiden eller i hele dyppetiden. Derved sikres en tæt og holdbar samling mellem de enkelte fladceller. Med ultralydpåvirkningen opnås en endnu større sikkerhed for, at opløsningsmidlet trænger ind som beskrevet, og dermed skaber tætte og solide samlinger.

15 Det må være klart, at den ovenfor beskrevne opfindelse kan varieres på forskellig måde, således kan ribberne eller ruheden være udformet for de overfor liggende komplementære flader, randen 11a og styrefladen 12b. Patentkrav 20 .....-.............

7. Batteri ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at de fluidumpassable organer ♦ samvirker med et eller flere i hovedsagen rundtgående hulrum (15) . 8 DK 171248 B1

8. Batteri ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at der er indrettet en rundtgående vulst (16) på indersiden af skålen, og indrettet til at samvirke med den rundtgående kant af skålens bund.

9. Batteri ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det kileformede mellemrum (14) danner en vinkel af størrelsesordenen 10°.

10. Fremgangsmåde til samling af et batteri, som opbygges af på hinanden stablede fladceller omfattende en anode og en 10 katode, og især indeholdende en zinkanode, en alkalisk elektrolyt og en brunstens-kulstof-katode, hvilke cellers indkapslinger udgøres af opad til åbne plastskåle (10), der er samlet til enhed, idet den opadvendende kant (11a, 11b) på en underliggende skål i stablen langs hele omkredsen forbindes til et 15 perifert randparti (12a, 12b) af bunden af skålen ovenover, idet skålenes (10) overkanter og deres perifere randpartier (12) samvirker med komplementær styre- og samlingsflader i bunden af skålen ovenover, ved hvilken fremgangsmåde en stabel af fladceller neddyppes i et kar med opløsningsmiddel, k e n -20 detegnet ved, at karret med opløsningsmidlet og de neddyppede stabler af fladceller påvirkes med ultralyd i en del af dyppetiden og fortrinsvis i hele dyppetiden. S