NL8600729A

NL8600729A - Batterij, omvattende een of meer elektrochemische cellen met een negatieve elektrode uit een alkalimetaal.

Info

Publication number: NL8600729A
Application number: NL8600729A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-03-21
Filing date: 1986-03-21
Publication date: 1987-10-16
Also published as: EP0239164B1; US4761351A; JPS62229759A; EP0239164A1; SE8701300L; SE462411B; SE8701300D0; DE3770504D1

Description

Ψ * PHN 11693 1 * N.V. Philips'Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Batterij, omvattende een of meer elektrochemische cellen met een negatieve elektrode uit een alkalimetaal.

De uitvinding heeft betrekking op een batterij uit een of meer elektrochemische cellen bevattende in een metalen celbus voorzien van een hermetisch daarmede verbonden metalen celdeksel met een doorvoer uit elektrisch isolerend materiaal en een doorvoerpen, een negatieve 5 elektrode uit een alkalimetaal, een positieve elektrode en een elektrolyt die een corrosief bestanddeel bevat.

Een bekende batterij van dit type bevat een of meer cellen met een negatieve elektrode uit lithium, een positieve elektrode uit nikkel of koolstof en een elektrolyt waarvan het oplosmiddel geheel 10 of gedeeltelijk uit thionylchloride of een ander oxyhalogenide bestaat. Het oplosmiddel kan ook uit een organisch oplosmiddel bestaan. Het oplosmiddel en/of de daarin opgeloste stoffen zoals complexen van lithium zouten, depolarisatoren zoals halogeen complexen kunnen corrosief inwerken op het doörvoermateriaal. Doorvoermateriaal kan 15 bijvoorbeeld bestaan uit glas, keramiek of een organisch polymeer materiaal, zoals teflon.

Voor een aantal toepassingen bestaat er behoefte aan batterijen, die een gegarandeerde opslag bestendigheid gedurende langere tijd bezitten, kunnen functioneren in een temperatuurgebied tussen ca -20 40°C en +63°C en kunnen worden opgeslagen bij temperaturen tussen ca. -55°C en +72°C.

Aan deze eisen kunnen in elk geval uitsluitend hermetisch afgesloten cellen voldoen. Een van de problemen bij deze cellen is de aantasting van het doorvoermateriaal door de elektrolyt en/of de daarin 25 opgeloste stoffen. Deze aantasting kan wel worden vertraagd door een geschikte keuze van de samenstelling van het doorvoermateriaal, maar niet geheel worden onderdrukt. Is eenmaal de aantasting van het doorvoermateriaal zover voortgeschreden dat de celinhoud in eerste instantie via een kapillair in open verbinding met de omgeving staat dan 30 kan de aantasting snel voortschrijden. Dit wordt veroorzaakt door de verdamping van het oplosmiddel en de kapillaire opzuiging van elektrolyt in het kapillair. Indien het oplosmiddel op zichzelf corrosief is of een Λ ^ -*-«·* ^ - . l* y * 3* PHN 11693 2 corrosief bestanddeel bevat kunnen elektronische en elektrische componenten in de omgeving van de batterij zodanig worden aangetast, dat zij na enige tijd niet meer op de gewenste wijze functioneren. Bovendien vermindert de batterij werking door het verlies aan oplosmiddel 5 (uitdroging).

De uitvinding beoogt nu een verlenging van de levensduur van batterijen van de in de aanhef genoemde soort.

Aan deze opgave kan worden voldaan met een batterij van de aangegeven soort die volgens de uitvinding het kenmerkt draagt, dat 10 de celdeksel dubbelwandig is uitgevoerd onder vorming van een van de omgeving afgesloten kamer, waarbij beide wanden zijn voorzien van een doorvoer uit elektrisch isolerend materiaal en een doorvoerpen.

De uitvinding berust op het inzicht dat indien aantasting niet definitief kan worden voorkomen een verlenging van de levensduur 15 toch kan worden bereikt door de kapillaire opstijging van het elektrolyt in het bij de corrosie gevormde kapillair te onderdrukken door boven het kapillair een bij de omgevingstemperatuur behorende dampdruk van het elektrolyt oplosmiddel te bewerkstelligen.

In de constructie volgens de uitvinding kan dit worden 20 bereikt door de celdeksel met doorvoer dubbelwandig te construeren onder vorming van een van de omgeving afgesloten kamer.

Bij voorkeur is de afgesloten kamer gevuld met een niet op het metaal van de celdeksel inwerkend gas zoals lucht, stikstof of iets dergelijks. Een dampdruk van het oplosmiddel behoeft naar is 25 gebleken, eerst te worden opgebouwd nadat zich in de doorvoer tussen de kamer en de celinhoud een kapillair heeft gevormd. Deze dampdruk wordt dan opgebouwd door het door het kapillair sijpelende elektrolyt oplosmiddel zelf.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding kan 30 in de kamer een elektrolyt absorberend en/of neutraliserend materiaal aanwezig zijn. Het neutraliserende materiaal bestaat bij voorkeur uit een stof die bij reactie met het elektrolyt een gas vormt zoals bijvoorbeeld ammoniumcarbonaat en -bicarbonaat of een alkalicarbonaat of -bicarbonaat. Hierdoor ontstaat een extra gasdruk in de kamer die de 35 kapillaire opstijging van de vloeistof terugdringt.

De in de dubbelwandige deksel aangebrachte doorvoeren kunnen uit verschillende materialen en combinaties van materialen »· / tl

w» -· J

A

% PHN 11693 3 bestaan. De specifieke voordelen van een aantal mogelijke combinaties zullen nu worden beschreven.

- De wand van de celdeksel die in direct contact staat met de inhoud van de cel heeft een kunststofdoorvoer, de buitenwand heeft een glasdoorvoer.

5 Bij een cel met een elektrode uit lithium kan geen aantasting door lithium optreden, zoals bij een glazen doorvoer onder verlaging van de elektrische weerstand mogelijk is. Een dergelijke verlaging van de elektrische weerstand bij een glazen doorvoer kan tot voortijdige zelfontlading voeren.

10 De glasdoorvoer in de buitenwand, welke doorvoer beter bestand is tegen grote temperatuurverschillen, beschermt het gehele celsysteem tegen invloeden van buitenaf. Mogelijk kleine lekkages ten gevolge van grote temperatuurverschillen op de binnenste doorvoer, zullen geen grote invloed hebben op de glasdoorvoer van de buitenwand, 15 omdat slechts zeer geringe hoeveelheden elektrolyt uit de cel kunnen weglekken.

- Beide wanden van de deksel hebben een kunststofdoorvoer. Het voordeel van deze constructie is in het bijzonder dat er een ruime keuze aan toepasbare materialen bestaat. De uitzettingscoefficient speelt een 20 minder grote rol dan bij glasdoorvoeren. Deze constructie kan onder keuze van de juiste kunststoffen zowel voor batterijen,waarvan het elektrolytoplosmiddel uit een organisch oplosmiddel als uit een oxyhalide bestaat worden toegepast.

- Beide wanden hebben een glasdoorvoer. Deze constructie is zonder meer 25 geschikt voor batterijen die langdurig worden opgeslagen. De opslagtijd kan nog worden verlengd door de glasdoorvoeren te voorzien van een beschermende laag (bijvoorbeeld een bedekking uit kunststof).

- De wand van de celdeksel die in direct contact staat met de inhoud van de cel heeft een glasdoorvoer, de buitenwand heeft een kunststofdoorvoer.

30 Mocht in de glasdoorvoer een lek ontstaan dan verhindert de kunststofdoorvoer nog geruime tijd het naar buiten treden van de elektrolyt.

Het glas voor de glazen doorvoer kan bijvoorbeeld bestaan uit een calcium-bariumglas, zoals bijvoorbeeld het Corning glas 9010 van 35 de firma Corning Glassworks, U.S.A,

Waar in het voorgaande sprake is van een glazen doorvoer kan eveneens een doorvoer uit keramisch materiaal bijvoorbeeld óp basis - » ·.* · -3 PHN 11693 4 * van aluminiumoxyde ofwel een glaskeramiek worden toegepast. Als kunststof voor de kunststofdoorvoer kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt: hoge dichtheid polyethyleen en polypropyleen, fluorkoolstofpolymeren (zoals polytetrafluoroethyleen, polyvinylideen difluoride, 5 copolymerisaten van ethyleen en tetrafluoroethyleen), epoxyharsen en phenolformaldehydeharsen.

Aan de hand van de bijgaande tekening zal de uitvinding nu nader worden toegelicht.

In de tekening tonen de figuren in doorsnede een deel van 10 een cel met deksel figuur 1 met kunststof- en glasdoorvoer figuur 2 met twee kunststofdoorvoeren figuur 3 met twee glazen doorvoeren figuur 4 met glas- en kunststofdoorvoer.

15 Duidelijkheidshalve is in de figuren de celinhoud steeds weggelaten.

Met 1 is een deel van de celwand aangeduid, hierop is een dubbelwandig celdeksel 2 hermetisch bevestigd, bijvoorbeeld door lassen. In de wanden 2A en 2B bevinden zich de doorvoeren, met 3 is 20 steeds een kunststofdoorvoer met 4 een glazen doorvoer aangeduid. Met 5 en 6 zijn de stroomdoorvoerpennen aangeduid met verbindingsdraad 7. De verbindingsdraad 7 kan een vernauwing of iets dergelijks bevatten die als zekering kan werken. Waar van een glazen doorvoer wordt gesproken kan ook een doorvoer uit keramisch materiaal of een glaskeramiek worden 25 toegepast.

De constructie volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor cellen waarvan het anodemateriaal uit lithium bestaat. Het elektrolyt kan een organisch oplosmiddel of een oxyhalide zoals thionylchloride of sulfurylchloride bevatten.

30 In figuur 1 is met 8 een elektrolyt absorberend en/of neutraliserend materiaal aangeduid.

Claims

1. Batterij uit een of meer elektrochemische cellen bevattende in een metalen celbus, voorzien van een hermetisch daarmede verbonden metalen celdeksel met een doorvoer uit elektrisch isolerend materiaal en een doorvoerpen, een negatieve elektrode uit een 5 alkimetaal, een positieve elektrode en een elektrolyt, die een corrosief bestanddeel bevat, met het kenmerk, dat de celdeksel dubbelwandig is uitgevoerd onder vorming van een van de omgeving afgesloten kamer, waarbij beide wanden zijn voorzien van een doorvoer uit elektrisch isolerend materiaal en een doorvoerpen.

2. Batterij volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de celdeksel dubbelwandig is uitgevoerd onder vorming van een van de omgeving afgesloten gasgevulde kamer.

3. Batterij volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kamer een elektrolyt absorberend en/of neutraliserend materiaal bevat. 15 Γ: j j