SE453340B - Litium-jodcell - Google Patents

Description

453 340 10 15 20 25 30 2 Föreliggande uppfinning avser en litium-jodcell, ledande material, innefattar ett Hölje av elektriskt som en anod, som inkluderar ett litiumelement inom höljet, elektrisk ledare, som är verksamt ansluten till litium- elementet och sträcker sig ut ur höljet, och en katod, som innefattar ett jodhaltigt material, i höljet och i kon- takt med litiumelementet¿ Höljet tjänstgör som katodström- samlare. Litiumanodens yta är formad eller bildad för ök- ning av den verksamma ytans area och ökning av bindningen litium- till anodströmsamlaren, och den verksamma ytan av anodelementet är försedd med en beläggning av ett organiskt elektrondonatormaterial. Anodledaren är fullständigt av- skärmad från resten av cellen med organ, som inkluderar inert mot jod och av material, som är ett ett isolatorelemenl omger ledaren i isolatorelement av material, nöijei, som inte reagerar med jod mellan det första isolatorelemen- tet och ledaren, och ett beslag, som omger ledaren och har en det 1 höljet och en del som sträcker sig ut från höljet. laddningsöverföringskomplex Efter värmd form Katodmaterialet innefattar ett av ett organiskt elektrondonatormaterial av jod. sammansättning införes materialet i höljet i med hjälp av ett fyllningselement genom en öppning 1 höljets lock, vilken öppning sedan tillslutes efter fyll- ning av katodmaterial.

De angivna och ytterligare fördelar och utmärkande särdrag av föreliggande uppfinning kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen tillsammans med ritningarna, på vilka fig. 1 är en perspektivvy av en litium-jodcell enligt föreliggande uppfinning; taget utefter linjen 2 - 2 fig. 2 är ett snitt, i fig. 1; 10 15 20 25 30 35 453 340 .AX 3 fig. 3 är en delvy av en del av cellen i fig. 1; fig. H är ett snitt utefter linjen N - H i fig.1; fig. 5 är en delvy i snitt, som visar en cellfyll- ningsteknik; fig. B är en sidovy av en cellanod; fig. 7 är ett snitt, tagen utmed linjen 7 - 7 i fig. 6; och ' fig. 8 är ett snitt, tagen utefter linjen 8 - 8 i fig. 7.

En litium-jodcell, se fig. 1, enligt föreliggande uppfinning innefattar ett hölje 10 av metall, till exempel rostfritt stål, som företrädesvis har formen av en ihålig kropp eller på annat sätt är utbildat ihåligt och i all- mänhet har rektangulär form i en sammanhängande konstruk- tion, som inkluderar en bottendel 11, åtskilda plana sido- väggar 12, 13, som utgår från bottendelen, och åtskilda krökta kortväggar 1%, 15 som också utgår från bottendelen 11 och övergår i sidoväggarna 12, 13. Bottendelen 11 har en komplex form genom att den är krökt i en riktning mellan sidoväggarna 12, 13 och har en rak del mellan kort- väggarna 14, 15. Bottendelens 11 krökning mellan sido- väggarna 12, 13 är av samma storlek som krökningen av kort- väggarna lä, 15 och definierar därigenom en kontinuerlig, krökt yta utefter höljet. Sidoväggarna 12, 13 är vanligen parallella. Höljet 10 har en öppen topp eller ände mitt- emot bottendelen 11, vilken ände tillslutes med hjälp av ett lock 17 av en metall, t ex rostfritt stål, efter sammansättning av cellen, vilket beskrivs i detalj i det följande.

Såsom framgår av fig. 2 - U innefattar cellen enligt uppfinningen även en anod, som omfattar ett par litiumelement eller litiumplattor 22, 2H med en anodström- samlare 26 placerad mellan dessa. Av fig. H framgår tyd- ligt, att strömsamlaren 26 är relativt tunn, företrädes- vis ett ark av sträckmetall (nickel, 12-mesh). En ledare av nickel eller lämplig metall har en första del 28 punkt- svetsad i kollektorelementet 26 utefter dess ena kant och 'oouø 453 340 10 15 20 25 30 35 H har en andra eller ledardel 30, som sträcker sig från delen 28 i en vinkel av omkring 900 och är tillräckligt lång, så att den når ut från höljet 10 för elektriska anslutningar.

Ledaren 30 är avskärmad från återstoden av cellen med organ, som inkluderar ett isolatorelement 32, som omger ledaren 30 och har en mellan plattorna 22, 2U an- ordnad första del 3H och en andra del 36, som har större tvärsnittsyta, företrädesvis cylindrisk, och är anordnad mellan litiumplattorna och locket 17 när cellen är färdig- ställd. med ledarens 30 längdaxel. Det inre av delen 36 inne- Isolatorns 32 längdaxel sammanfaller i allmänhet fattar en första ringformig yta, vanligen vinkelrätt mot ledarens 30 längšaxel, och en andra ringformig yta, som är koncentrisk med ledarens 30 längdaxel, varvid den första och den andra ytan möts i en rundad eller krökt ena änd P ringformig övergång. Isolatorn 32 slutar i i en ringformig fläns 40, som sträcker sig radiellt utåt från änddelen 36 och som är anordnad i ett plan vinkel- rätt mot ledarens 30 längdaxel. Isolatorn 32 består av ett material, som är förutom en icke-ledare för elektricitet, även inert mot jod, dvs inte uppvisa elektronisk ledning vid kontakt med jod. En form av material, som man har funnit tillfredsställande, är ett fluoropolymermaterial, som i handeln är tillgängligt under namnetlñalarï ett varumärke för the Allied Chemical Company. Naturligtvis kan andra material med dessa egenskaper användas till isolatorn 32.

Det anodledaren förslutande organet innefattar vidare ett isolatorelement H2 mellan isolatorn 32 och ledaren 30. Isolatorn H2 innefattar speciellt en första del än med en ytterdimension, så att den passar relativt ätsittande i isolatordelen 30, och en andra del #6, före- trädesvis med cylindrisk form, vilken andra del har en ytterdiameter, som är mindre än isolatordelens 36 inner- diameter,och en axiell längd, som är mindre än isolator- delens 36 axiella längd. En radiell ändyta av isolatordelen 10 15 20 25 30 453 340 5 H6 ligger an mot den inre ändytan av isolatordelen 36, och denna ändyta har mindre diameter än den motsatta radiella ändytan H8. De två radiella ändytorna av isola- tordelen H6 är anordnade i parallella plan och definierar två ytomràden av isolatordelen 46, som möts i en mellan- liggande ringformig yta, som befinner sig i ett plan vinkelrätt mot de radiella ytorna 47, 48. Denna definierar i sin tur en ringformig fördjupning eller skuldra intill den radiella ändytan H7 och intill den inre ytan av iso- latordelen 36, mot vilken isolatordelen 46 ligger an. Iso- latorn 42 har en längsgående kanal eller ett längsgående borrhål 50 utefter isolatorns 42 hela längd och med ett sådant tvärsnitt, att den kan mottaga anodledaren 30.

Detta isolatorelement &2 består av ett material, som inte uppvisar elektronisk ledning vid kontakt med jod. Ett material, som man har funnit vara tillfredsställande, är ett fluoropolymermaterial, som i handeln kan erhållas under namnet "Tefzel", ett varumärke tillhörigt the Dupont Company. I Det anoden avskärmande organet innefattar vidare ett beslag 52 av metall, t ex rostfritt stål, som inne- sluter en annan del av ledaren 30. Beslaget 52 har i all- mänhet formen av en hålcylinder med väsentligen konstant ytterdiameter från en ände 53 mot höljet 10, såsom fram- går av fig- 3, och beslaget 52 har en något större ytter- diameter, som ökar stegvis i området intill locket 17, varvid en något större väggtjocklek erhålles utefter delen intill locket 17. Beslagets 52 längdaxel sammanfaller i allmänhet med längdaxeln av ledaren 30. Beslagets 52 inner- diameter är huvudsakligen konstant från en ände och in i delen med den större diametern. Vid den motsatta änden av beslaget 52 är utformad en yttre eller periferiell ring- formig krans eller fläns 56, som är relativt tunn i för- hållande till beslagets 52 väggtjocklek. Kransen S6 är i allmänhet koncentrisk med beslagets 52 längdaxel. Beslaget 52 är även utbildad med en inre krans eller fläns 58, radiellt innanför kransen 56 och i allmänhet koncentrisk 453 340 ;, 10 15 20 25 30 35 6 med denna. Kransen 58 har huvudsakligen samma väggtjock- lek och längd som kransen 56, och är anordnad radiellt utåt från det längsgående radiella borrhålet eller den längsgående centrala kanalen i beslaget 52. Före samman- sättning av de i fig. 3 visade delarna anordnas kransarna 56 och 58 helt koncentriskt i förhållande till beslagets 52 längdaxel. Beslaget 52 har en ringformig ändyta S9 radiellt inåt från kransen S6 och en annan ringformig änd- yta 60 mellan kransarna 56 och 58, vilka ändytor 59 och 60 ligger i samma plan. Anodledaren 30 sträcker sig genom beslaget 52 utefter dess längdaxel och på huvudsakligen ekvidistant avstånd från beslagets 52 inneryta.

Av fig. 3 framgår att delen H6 av isolatorele- mentet M2 är mottagen i den inre ringformiga kransen 58 av beslaget 52, och isolatorns ändyta H8 ligger an mot den ringformiga ändytan 59 av beslaget 52. Den yttre diametern av isolatordelen 46 intill ändytan 48 är mindre än inner- diametern av beslagets krans 58 och definierar därvid ett ringformat spelrum. Kombinationen av en förslutande ring 82 och skyddande ring Eu är genomförd i den yttre ring- formiga fördjupningen av isolatordelen 46. Speciellt är ringen 62 placerad mot den intermediära ringformiga ytan av isolatordelen H6- Ringen 62 består av gummi, "Silastic" eller liknande förslutningsmaterial, har en innerdiameter av huvudsakligen samma storlek som diametern av den mindre delen av isolatordelen H6, och har initialt en ytterdia- meter av huvudsakligen samma storlek som diametern av isolatordelens #6 tjockare del. Skyddsringen 64 är en metallbricka, företrädesvis av rostfritt stål, och är placerad mot den utåtvända sidan av packningen 62. Brickan GH har företrädesvis samma storlek som packningen 62, Den kombinerade axiella längden av packningen 62 och brickan Su är sådan, att ett axiellt rum bildas mellan den utåt vända ytan av brickan 6U och planet av ändytan 47, vilket rum har en tjocklek, som huvudsakligen är lika med vägg- tjockleken av beslagets krans 58, vars yttre änddel är bockad eller böjd radiellt inåt i kontakt med brickan 6u 10 15 20 25 30 (A) (fi på ett 4.53 340 7 i det följande närmare beskrivet sätt.

Den ringformiga flänsen M0 av isolatorn 32 och den ringformiga sektionen av isolatordelen 36 intill flänsen är mottagna i det ringformíga området mellan beslagets kransar 56 och 58. Ändytan av flänsen H0, som är anordnad i ett plan vinkelrätt mot isolatorns 32 längdaxel, är i kontakt med den ringformiga ändytan 60 av beslaget mellan kransarna 56 och 58. Den ríngformiga flänsen RO har en sådan radiell utbredning, att den passar tätt mellan på isolatordelen 36 intill flänsen #0. Ringen åtsittande kransarna 56, 58. En skyddande ring 68 är anordnad 68 har en ytterdiameter, som huvudsakligen är lika med flänsens RO ytterdiameter, och en innerdiameter, som huvudsakligen är lika med ytterdiametern av isolatordelen 36, och en tjock- lek, som huvudsakligen är Ringen s stål, och är anordnad av beslagets krans 56 kontakt med brickan i beskrivet sätt. slaget lika med brickans Sk tjocklek. 68 består ock ä av metall, företrädesvis rostfritt Den yttre änddelen böjd radiellt inåt mot flänsen RO. är bockad eller 68 på ett i det följande närmare Ett cylindriskt förslutningselement 70 av glas med genomföring för ledaren 30 är anordnad i be- 52. Förslutningen 70 är i kontakt med den axiella ändytan u8 av isolatordelen H6 och sträcker sig utmed be- slagets 52 inre mellan de motsatta radiella ändytorna 53 och 59. samlaren 26 är i form av band yta. eXQOTIePaS . innefattar litiumelementen 22, 2ë,och ström- ínpassad i anodhâllaren eller anodramen Anoden 7u, som omger anoden så, att minst en litiunr Bandet 7H består av det i det föregående angivna materialet "Halar" eller något annat liknande material, som inte reagerar med jod. I föreliggande ut- föringsform omger bandet 7% de periferiella kanterna av litiumelementen eller -plattorna 22, 2H 1 slutande förhållande. försedda med öppningar av en storlek, som för mottagning av isolatordelen 3U, och dessa ändar öve ' åtsittande, för- De motsatta ändarna av bandet 74 är är tillräcklig r ___________íj 10 15 20 25 35 453 340 8 lappar varandra intill övergången av isolatordelen U. Bandet 74 följer konturen 3U och 36, vilket framgår av fig. eller kanterna av litiumelementen 22, kluderar en relativt rak bottendel, som är riktad mot 2H, vilken kant in- höljets botten 11, uppåtkrökta delar vid varje ände av bottendelen, en del i rät vinkel, mot vilken isolatordelen 36 vilar, en plan övre del, som vetter mot locket 17 och i allmänhet är parallellt med detta, och en lutande eller vinklad del, som förbinder överdelen och bottendelen.

J\ Ett belysande sätt att framställa anoden är det följande. Man utgår från en underenhet, som inkluderar ledaren 30 i kombination med isolatorn 32,isolatorn H2 och beslaget 52. Packningen 62 och brickan 6% sätts på plats på delen äß av isolatorn M2, och dessa delar sätts ihop med beslaget 52, varvid isolatordelen kö och packningen 62 och brickan 6H mottages i kransen 58, och isolatorns ändyta 48 är i kontakt med beslagets ändyta 59. Den ut- stående delen av kransen veckas, böjes eller formas på annat sätt radiellt inåt i fast kontakt med brickan 6%, såsom framgår av fig. 3. Kraften av kransen 58 mot brickan 6U åstadkommer, att packningen 62 expanderar radiellt ut- åt in i spelrummet. Brickan 6H skyddar isolatordelen H6 och packningen 62 under veckningen av kransen 58. Sedan förenas kombinationen av isolatorn H2 och beslaget 52 med isolatorn 32. Isolatordelen 36 och den ringformiga flänsen M0 inpassas i delen av beslaget 52 mellan kransarna 56 och 58, och isolatordelen Uk mottages i och utmed isolator- delen 3H. Den yttre ändytan av flänsen 40 bringas i an- liggning med beslagets ändyta 60, och sedan böjes, veckas eller formas på annat sätt den utstående delen av kransen 56 radiellt inåt i fast kontakt med brickan 68, såsom är visat i fig. 3. Delar kan sedan förenas ytterligare med hjälp av ett lämpligt bindemedel, som inte reagerar med jod, t ex ett cyanoakrylatbindemdel, som i handeln är till- gängligt under namnet "Permabond íüí".

Bandet 7H sätts på plats med ändarna överlappande varandra, så att öppningarna ligger i linje med varandra, 10 på Ufi 20 25 30 35 453 340 9 vilka sedan träs på isolatordelen 3U, såsom framgår av fig. H. De överlappande ändarna, som är förenade med iso- latordelen BU, kan hållas på plats med det angivna cyano- akrylatbindemedlet "Permabond 101". Isolatordelen HH och övergången av ledarens delar 28, 30, som befinner sig innanför bandet 7H, är böjda eller på annat sätt krökta, t ex med hjälp av ett lämpligt verktyg, mot vänster i fig. 4, så att man erhåller ett reglerbart avstånd till den in- tilliggande sektionen av bandet 7H. Strömsamlaren 26 och delen 28 av ledaren förenas genom punktsvetsning, varefter litiumplattorna 22, 2H placeras i bandet 74 på ömse sidor om kollektorelementet 26 och isolatordelen 34. Såsom fram- går av fig. h ligger avsatsen eller den rektangulära skulderdelen på den periferiella kanten av litiumplattorna mot den undre ytan och en sidodel av isolatordelen 36, Bandet 7% följer . 4. varvid bandet 7% ligger mellan dessa. konturen av litiumplattorna, såsom framgår av fi OÛQ Underenheten placeras sedan mellan två pressekti ner och sammanpressas med en lämplig kraft, t ex omkring 1300 kp. ledardelen 28, ledaren 30, som befinner sig däri, innesluts i litiumele- Strömsamlaren 26, isolatordelen 3% och menten 22, Zu. Innerytorna av de två pressektionerna är så utformade, att de veckade eller korrugerade yttre anod- ytorna, som är visade i fig. H och 6 - 8 bildas. Speciellt är de åt motsatta håll riktade litiumanodytorna korru- gerade och så utformade, att vardera ytan innefattar åt- skilda, vanligen inbördes parallella åsar 78, som utbreder sig parallellt med den gemensamma axeln av beslaget 52 och ledaren däri. Åsarna har vanligen en slät yttre yta och är företrädesvis vanligen halvcirkulära i tvärsnitt. Åsarna 78 sträcker sig företrädesvis utefter hela anodytan mellan motliggande delar av bandet 74. I den visade anodkonstruk- tionen har delarna mellan intilliggande åsar 78 åt motsatt håll riktade släta ytor, och den gemensamma tjockleken för delarna är cirka halva bredden av remsan 74. Åsarna 78 upptar merparten av ytarean för varje litiumelement 22, 2h- De återstående ytdelarna är vanligen plana och ömsesidigt 10 15 20 25 30 453 340 10 parallella utom omkring isolatordelen 3H och isolatordelen UH, där de är böjda eller buktar utåt. Denna form att inne- sluta isolatorn och isolatordelarna är även definierad av pressformen. Materialet av bandet 74 kan med tryck bondas till litium, vilket leder till att den periferiella över- gången vid litiumelementens 22, 2H kanter är innesluten av bandet 7u. Den färdiga anoden har således två exponerade som är motriktade.

När anoden har färdigställts förses de exponerade ytorna av litiumelementet 22 och ZH med beläggningar 80 respektive 82 av ett organiskt elektrondonatormaterial, 82 och deras roll i före- ytor, och arten av beläggningarna 80, liggande cell beskrivs i detalj i det följande. Den färdig- ställda anoden placeras i höljet 10, såsom framgår av fig.( 2 och H, varvid anodens verksamma ytor befinner sig på av- stånd från höljets 10 inre yta.

Föreliggande/cell innefattar vidare en jodkatod, som inkluderar ett område av katodmaterial 86 i höljet 10, vilket katodmaterial 86 är i verksam kontakt med litium- elementens 22, 2U exponerade ytor och i verksam kontakt med innerytan av höljet 10. Höljet 10, som består av ett elektriskt ledande material, tjänstgör som katodström- samlare. Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar katodmaterialet 86 ett laddningsöver- föringskcmplex av ett organiskt elektrondonatormaterial och jod. Elektrondonatorn kan vara en organisk förening med en dubbelbindning eller en amingrupp. Elektrondonatorn verkar så, att den ger jod tillräcklig konduktivitet för rätt celldrift. En föredragen form av det organiska elek- trondonatormaterialet är polyvinylpyridin och speciellt 2-vinylpyridinpolymer.

Föreliggande cell kan dessutom innefatta ett ele- ment 88 av glimmer eller annat lämpligt material, som är anbringat i höljet 10 över katodmaterialet 86. Elementet 88 är plant och relativt tunt och är placerad i kontakt med den undre eller inre ytan av locket 17 och över katod- materialet 86 och anordnad vanligen vinkelrätt mot höljets 10 20 25 30 453 340 11 Elementet 88 har en form och storlek, sidoväggar 12, 13. så att det åtsittande passar i höljet 10 och kan eventu- Elementet 88 ellt fästas pà plats med ett bindemedel. tjänstgör som värmesköld för skydd av de återstående komponenterna i höljet 10 mot värme under fastsvetsning av locket 17. Ett änduttag bestående av en bottendel 90 och ett stift 92 är punktsvetsat i ett förslutningsele- ment 9U, som i sin tur är svetsat på plats i en öppning 96 i locket 17 på ett i det följande närmare beskrivet sätt. Anslutningsstiftet 92 består företrädesvis av nickel och tjänstgör som elektrisk klämma, eftersom höljet 10 tjänstgör som katodströmsamlare. _ Föreliggande cell kan framställas på följande sätt.

En enhet bestående av isolatorn 32, isolatorn H2, beslaget 52 och de tillhörande komponenterna framställes på det be- skrivna sättet. Denna enhet och anoden kombineras med hjälp av det i det föregående beskrivna framställningsförfarandet locket öpp- ningarna i locket och värmeskölden. Det yttre ringformiga med tryck. Den kombinerade enheten sättes fast i 17 och värmeskölden 88,varvid beslaget 52 mottages i steget eller skuldran på beslaget 52 intill kransen 56 in- och beslaget 52 och locket kontakt med den passas i lockets 17 öppning, 17 svetsas ihop vid 100. Skärmen 88 är i inre ytan av locket 17. Den erhållna kombinationen pla- ceras sedan i höljet 10 med ledaren 30 anordnad vanligen parallellt med höljets väggar 12, 13,och med de yttre ändarna av beslaget 52 och ledaren 30 placerade utåt i den öppna änden av höljet 10. Locket 17 svetsas fast i perie ferin av höljet 10 vid 102. Höljet 10 och kombinationen av delarna däri hålles upprätt med den öppna änden riktad uppåt av en hållare eller ett annat lämpligt organ. Sedan införs katodmaterialet i höljet 10 genom öppningen 96 i locket 17. Katodmaterialet eller depolarisatorn framställes genom värmning av det organiska materialet, t ex 2-vinyl- pyridinpolymer, blandad med jod, till en temperatur, som är större än kristallisationstemperaturen for jod, exempel- vis cirka 150OC. Mängden jod bör vara större än cirka 453 340 10 15 20 25 30 35 12 50 viktprocent av den erhållna blandningen, så att till- räckligt mycket jod finns tillgänglig í katodmaterialet, att man erhåller tillräcklig konduktivitet för Piktig cell- drift. Den erhållna blandningen är en viskös, flytbar substans, som kan införas i cellhöljet 10 på följande sätt. fig. 5 visas ettfyllningselement 101, som är placerat i öppningen 96 av locket 17 och så att det täcker ytområdet av locket i, omkring och intill öppningen 96, och isolerar eller skyddar denna yta för katodmaterial, som införs i höljet genom en kanal i fyllningselementet. Ele- mentet 101 innefattar en fast kropp av material, som inte reagerar med jod, t ex teflon. Även om teflon är ett före- draget material därför att det är enkelt att maskinbear- beta, kan andra lämpliga material inklusive metaller an- 101 är utbildad så att det innefattar en vändas. Elementet plan ändyta 103 med en ytarea och konfiguration, som väsentligen är lika med formen och arean av det inre tvär- snittet av öppningen 96. Ändytan 103 övergår i en första omkring ele- sidovägg 10%,-som sträcker sig kontinuerligt Ü det tätt mentet och har sådan form och dimension, att åt- sittande passar i öppningen 96 och är i fast förslutande kontakt med blockets innervägg, som avgränsar öppningen 96.

Väggen 10% övergår i en kontinuerlig anslagsdel 106, som är anordnad parallellt med ändytan 103 och är avsedd att vila på kanten, som avgränsar öppningen 96, vilket är visat i fig. 5. Eventuellt kan anslagsdelen 106 vara så dimensionerad, att den även vilar på den periferiella över- gången av locket 17 och höljet 10. Anslagsdelen 106 över- går i en annan sidovägg 108 med större perimeter än väggen 10%, och väggen 108 övergår i en annan ändyta 110 av ele- mentet 101, som är anordnad väsentligen parallellt med änd- ytan 103.

En passage för fyllning sträcker sig genom kroppen 101 från ändytan 110 till ändytan 103. Ett första hål eller en första passage 112 gar in i kroppen 101 från ändytan 103 och har relativt konstant diameter. En 11M med ökande diameter utgår från passagen 112 och slutar andra passage 10 15 20 25 u) (1 35 453 340 13 i ändytan 110. Passagen 11H har således vanligen tratt- form. Elementet 101 är inpassad i öppningen 96 av locket 17, vilket är visat i fig. 5, med anslagsdelen 106 vilande pà den övre kanten av öppningen och med väggen 10U i kon-- takt med innerväggsytan intill öppningen. Avståndet mellan ändytan 103 och anslaget 106 är sådant, att, när anslaget 106 vilar på den övre kanten av öppningen 96, ändytan 103 befinner sig på ett kort avstånd inåt från innerytan av locket 17 och värmeskölden 88, som uppvisar en öppning för mottagning av elementet 101.

Det värmda katodmaterialet hälles eller införs på annat sätt i den trattformade passagen 11k och passagen 112, genom vilka det flyter in i höljets 10 inre. Den till höljet 10 införda mängden katodmaterial 86 är tillräcklig för kontakt med de exponerade ytorna av litiumelementen 22, 20 och för att nå en nivå, som ligger vid eller nära in- till ändytan 103 av fyllningselementet 101. De inre och intilliggande ytorna av öppningen 96, som är i kontakt med fria från kontamina- ytorna 10% och 106, hàlles rena och tion av katodmaterial. När fyllningen är fullbordad av- lägsnas elementet 101 från locket 17 och förslutningsele- mentet QH, som företrädesvis också består av rostfritt stål, sättes på plats i öppningen 96 och svetsas sedan i locket 17 vid 118, hålles tack vare den rena innerytan och kanten av öppningen såsom är visat i fig. H. En effektiv svets er- 96. Änduttaget innefattar bottendelen 90 och stiftet 92 och kan punktsvetsas i förslutningen 94 antingen före eller efter det att förslutningen 94 är svetsad i locket 17.

Föreliggande litium-jodcell arbetar på följande ïcdša a -*ige katcdma:e:LaLet, 1 .J :zl- I sätt. lå enazf att ie: katodmaterialet 86 i fíg. 2 - 5, verksamt är i kontakt med litiumelementet börjar bildning av en litium-jodelektro- lyt vid gränsytan. I föreliggande exempel sker detta vid de yttre eller åt motsatta sidor riktade ytorna av de två litiumelementen 22 och 2#. En elektrisk potentialskillnad kommer att finnas mellan anodledaren 30 och katodanslut- ningsstiftet 92, eftersom höljet 10 består av ett elektriskt 10 15 20 25 30 35 453 340 ' ln ledande material och är i verksam kontakt med det jod- haltiga materialet för att tjänstgöra som katodströmsam- lare. Den mekanism, med vilken det föregående erhålles, antages innefatta migrering av litíumjoner genom elektro- lyten, varvid litium är den joniska komponenten i cellen.

Den exakta mekanismen, med vilken det jodhaltiga katod- materialet 86 och litiumelementen 22 och 2M kommer i verksam kontakt via beläggningarna 80 respektive 82, är inte känd. Mekanismen kan inbegripa migrering av jodjoner från materialet 88 genom beläggningarna 80, 82 till elementen 22, BM eller migrering av litiumjoner från elementen 22, 2% genom beläggningarna 80, 32 till materia- let 86.

Belägñningarnas 80 och 82 material på litiumele- menten 22 respektive 2H är ett organiskt elektrondonator- material ur gruppen organiska föreningar, som är kända som laddningsöverföringskomplex. Materialet av belägg- ningarna kan vara det organiska elektrondonatormaterialet, som användes vid framställning av laddningsöverförings- komplexet av katodmaterialet 88, men andra material kan an- vändas. Ett föredraget material för beläggningarna är poly- vinylpyridin, och det päföres på exponerade ytorna av litiumelementen 22 och 2H på följande sätt. En lösning av poly-2-vinylpyridin i vattenfritt bensen eller annat lämpligt lösningsmedel framställes. Poly-2-vinylpyridin är lätt tillgängligti handeln. Lösningen framställes med 2-vinylpyridin närvarande i intervallet från cirka 16 till cirka 20 viktprocent, varvid en halt av cirka 14 vikt- procent 2-vinylpyridin är föredragen. Fastän 2-vinylpyri- din, M-vinylpyridin och 3-etyl-2-vinylpyridin kan användas, är 2-vinylpyridin föredraget, eftersom det är mera fly- tande i lösning. När lösningen framställes med en halt av cirka 10 viktprocent kan den erhållna beläggningen vara alltför tunn,och när lösningen framställes med en större halt än viktprocent, blir materialet svårt att cirka 20 påföra. Lösningen pâföres de exponerade ytorna av varje litiumplatta på lämpligt sätt, t ex genom enkel paför p. fl v. f. 10 15 20 25 30 4.53 340 15 med en borste. Närvaron av det vattenfria bensenet tjänst- gör för att utesluta fukt, varvid förhindras negativ reak- tion med litiumplattan. Den belagda anoden exponeras sedan för ett torkmedel så att bensenet avlägsnas från belägg- ningen. Speciellt placeras den belagda anoden i en kammare med fast bariumoxid under tillräckligt lång tid för av- lägsning av bensenet, vilket kan vara av storleksordningen 2U timmar. Det föregående förfaringssättet kan upprepas för erhållande av beläggningar i flera lager, t ex tre, på varje litiumplatta.

Beläggningarna 80 och 82 på litiumelementen 22 respektive 2H har flera viktiga funktioner. En är en efter- strävad reduktion av cellimpedansen, som man tror beror på bättre elektrisk kontakt mellan katodmaterialet och varje litiumelement. Speciellt när det jodhaltiga katodmaterialet vid förhöjd temperatur kommer i kontakt med en obelagd litiumyta kan det förekomma omedelbar omkristallisation av jod på litiumytan,varvid blockeras eller förhindras verksam kontakt vid dessa ställen mellan litiumelementet och komplexet av organiskt material och jod. Beläggningarna 80 och 82 tjänstgör som skyddande beläggningar för att hindra att detta problem uppstår, fungerar som buffert mellan de rena litiumplattorna och det relativt heta katod- materialet när det kommer i kontakt med plattorna. Även andra mekanismer kan vara inbegripna vid förbättring av prestandan, som beror på användning av denna beläggning.

Detta leder till en större utnyttjning av ytan av varje anodelement av katodmaterialet. Dessutom tillåter de skyddande beläggningarna 80, 82 relativt längre hanteringe- tid under sammansättning av cellen före införandet av det heta katodmaterialet.

Det är viktigt att det jodhaltiga materialet 86 inte får komma i direkt kontakt med någon del av de elektriskt ledande anordningarna, som är anslutna till anodens litiumelement, speciellt anodströmsamlaren 26 och ledarna 28, BU. I annat fall kommer detta att orsaka elek- trisk ledning mellan katodmaterialet 86 och anodströmsam- 10 15 20 25 30 453 340 16 laren 26 eller ledarna 28, 30 och leda till elektrisk kort- slutning i cellen. Varje migrering av det jodhaltiga kom- plexet 86 direkt till anodströmsamlaren-26 eller direkt till anodledarna 28, 30, i stället för att först reagera med anodens litiumelement, leder till ett tillstànd av elektro- nisk ledning, varvid ett tillstånd av elektrisk kortslutning skapas i cellen. När à andra sidan det jodhaltiga materialet 86 endast är i kontakt med litiumdelen av anoden, ger detta upphov till först ett tillstànd av jonisk ledning och leder till rätt celldrift.

Föreliggande cellkonstruktion förhindrar att elek- trisk kortslutning uppstår på grund av migrering eller strömning av jodhaltigt material 86. Speciellt anodström- samlaren 26, ledaren 28 och de intilliggande delarna av ledaren 30 är inneslutna i den staplade eller tryckbondade enheten av litiumelementen 22, 28. Denna förslutning är förstärkt genom bildning av åsarna 78 i litiumelementen 22, 24 under pressningsoperationen. Speciellt bildning av åsarna 78 genom tryckoperationen förstärker litium-litium- bindningen mellan elementen 22, 24 och genom gallret eller nätet av samlaren 26, eftersom deformationen i litiumele- menten 22, 24, som åstadkommits av bildningen av åsarna, exponeras nya ytor av litiummetallen för varandra. Denna förslutning är ytterligare förstärkt av bandet 7u, som be- står av "Halar" eller liknande material, som inte reagerar med jod.

Den angivna anordningen tillsammans med isolatorn 32, isolatorn 42, beslaget 52, förslutningen 62 mellan isolatorn 42 och beslaget 52, och förslutningen 70 mellan beslaget 52 och ledardelen 30 ger en anodkonstruktion, som är fullständigt sluten med undantag för de exponerade litiumytorna av anoden, som är tillgängliga för katod- materialet 86. Alla delar av anodströmsamlaren 26, ledar- delen 28 och ledardelen 30, som utgår därifrån, är avskär- made från katodmaterialet och från cellhöljet. Dessutom fullbordas den slutna enheten företrädesvis innan hela cellen sammansätts, speciellt innan katodmaterialet 86 till- u- ......,,.._ is 10 15 20 25 30 35 453 340 17 sätts. Isolatorn 32 av "Halar" eller liknande material, som inte reagerar med jod, omger och skyddar ledardelen 30 mellan locket 17 och strömsamlaren 26 i litiumele- menten 22, 2H. Beslaget 52 omger och skyddar ledardelen 30 från en punkt inom locket 17 och intill isolatordelen 36 till en punkt utanför höljet 10. Kombinationen av be- slagskransen 56, brickan 68 och isolatorflänsen 40 ger fast mekanisk förbindelse mellan isolatorn 32 och beslaget 52, och anordningen ökar även väglängden för eventuellt läckage av katodmaterial 86, som råkar befinna sig mellan isolatorn 32 och beslaget 52. Brickan 68 skyddar isolatorn 32, speciellt flänsen H0, där kransen 56 är veckad eller på annat sätt utbildad för sammanfogning av delarna.

Isolatorelementet H2 ger en annan förslutning om- kring anodledardelen 30, i själva verket en dubbelförslut- ning eller en extra förslutning i samverkan med isolatorn 32. Jodhaltigt katodmaterial, som råkar läcka förbi kombi- nationen av kransen 56, brickan 68 och flänsen 40 vid över- gången av isolatorn 32 och beslaget 52 är skärmad från anodledaren 30 av isolatordelen #6 och av hela längden av isolatordelen bh. Den radiella expansionen utåt av för- slutningselementet 62 i spelrummet mellan isolatordelen äß och beslagskransen 58 ger en hermetisk förslutning mellan isolatorelementet 42 och beslaget 52. Glaselementet 70 ger en förslutning mellan isolatordelen #6 och beslaget 52 och ledaren 30. Den i det föregående beskrivna anord- ningen ger således fördelaktigtvis flera förslutningar mellan anodledaren och återstoden av cellen.

När det värmda katodmaterialet 86 införs till det inre av höljet 10 med hjälp av fyllningselementet 101 hålles kanten och innerväggens yta av locket 17 intill och omgivande öppningen 96 rena, dvs fria från katodmaterial, vilket förbättrar Kvaliteten av den senare gjorda svetsen mellan dessa ytor af locket 17 och förslutningselementet 9#. Fyllningselementet 101 åöjliggör även att höljet 10 kan fyllas med det värmda, flytbara katodmaterialet jämt och likformigt, varvid den undre ändytan 103 tjänstgör .q ü 10 15 20 25 453 340 18 att visa en övre eller maximal gräns eller kontroll av nivån, till vilken höljet fylles med materialet 86. Såsom är visat i fig. 5 fylles katodmaterialet 86 företrädesvis till en nivå, vid vilken ytan 103 av fyllningselementet 101 kommer i kontakt med materialet. Det vinklade eller nedåtlutande hörnet av anoden intill utloppet av fyllnings- kanalen 112 ger lämpligt rum för att främja strömning av katodmaterialet från kanalen 112 in i höljet 10.

Genom att alla delar av anodströmsamlaren 26 och ledardelarna 28, 30 är skärmade eller isolerade från katod- materialet 86 och från metallhöljet 10, erfordras ingen isolering mellan katodmaterialet och metallhöljet. Höljet kan fullständigt fyllas med katodmaterial, som betydligt ökar jodhalten av cellen i förhållande till celler, vilka erfordrar isolering. En annan fördel med föreliggande cell är att tack vare den i det föregående beskrivna anordningen metallhöljet blir en mycket stor katodströmsamlare, och förbättrar därvid cellpçstandan på grund av den relativt större mängden katodmaterial i kontakt med strömsamlaren.

Dessutom ökar åsarna 78 på de verksamma ytorna av litium- anodelementen 22, 214 den effektiva ytareær. av anodelementen i verksam kontakt med katodmaterialet 86. Det föregående ger en cell med hög energidensitet, och denna önskvärda egenskap förstärks av beläggningarna 80, 82 av elektron- donatormaterial. Genom eliminering av behovet för isolering mellan katodmaterialet 86 och metallhöljet 10 kan före- liggande cell sammansättas relativt snabbt och ekonomiskt och erfordrar relativt färre delar.

Claims (3)

10 15 25 30 35 19 ' 453 340 PATENTKRAV

1. Litium-jodcell, innefattande (a) ett hölje (10) av elektriskt ledande material; (b) en i höljet anordnad anod (22, ZA) innefattande ett litiumelement med en exponerad ytdelochen annan ytdel; (c) en elektrisk ledare (26, 28, 30), som är verksamt förbunden med den andra ytdelen och sträcker sig ut ur höljet; (d) en anordning för avskärmning av leda- ren från cellen i övrigt, vilken avskärmningsanordning inne- fattar ett första ísolatorelement (32), i väsentligen koncent- riskt förhållande till ledaren i höljet, vilket isolatorele- ment har ett axiellt ändytparti (A0) och är av ett material, som inte visar elektronisk ledning vid kontakt med jod, ett andra isolatorelement (QZ) av ett material som inte visar elek- tronisk ledning vid kontakt med jod, vilket andra isolator- element är placerat mellan det första isolatorelementet och ledaren samt har ett axiellt ändytparti (fi7) väsentligen i samma plan som det första isolatorelementets ändytparti och en hylsa (52) i xäsentligen koncentriskt förhållande till leda- ren, vilken hylsa har en ände inne i höljet och har en del, som sträcker sig ut ur höljet; (e) en katod, som innefattar jodhaltigt material (86) i höljet och i verksam kontakt med den exponerade ytdelen av litíumelementet och med en över- vägande del av höljets yta på sådant sätt, att höljet tjänar som katodströmsamlare, varvid (4) avskärmningsanordningen iso- lerar ledaren från det jodhaltiga materialet och elektriskt isolerar ledaren från höljet, så att (g) en elektrisk poten- tialskillnad existerar mellan ledaren och höljet under cellens drift, k ä n n e t e c k n a d av att hylsans inom höljet be- lägna ände har ett mot isolatorelementens axiella ändytpartier anliggande axiellt ändytparti, att hylsan innefattar en första formation (58) med ett första parti som sträcker sig i huvud- sak axiellt utåt från hylsans ändytparti och ett andra parti som sträcker sig i huvudsak radiellt inåt mot ledaren och an- ligger mot det andra isolatorelementet för anslutning av hylsan till isolatorelementet, och att hylsan innefattar en radiellt utanför den första formationen belägen andra formation ïßól. med ett första parti som sträcker sig i huvudsak axiellt utåt 10 15 20 25 30 35 453 340 20 från hylsans ändytparti och ett andra parti som sträcker sig i huvudsak radiellt inåt mot ledaren till anliggning mot det första isolatorelementet för anslutning av hylsan till iso- latorelementet.

2. Cell enligt patentkravet 1, k ä n n e L e c k n a d av ett tätningselement (62) mellan det första och det andra isolatorelementet. 3. Cell enligt patentkravet 1, k ä n n e L e c k n a d av att det andra isolatorclementet är i huvudsak cylindriskt med i huvqosak konstant innerdiameter och partier (hä, &6) med olika ytterdiameter, att ledningen sträcker sig genom det andra isolatorelementet och att dettas andra parti har större och att det första isolator~ (34) diameter än det första partiet, elementet har ett första i huvudsak cylindriskt parti med en innerdiameter i huvudsak lika med ytterdiametern av det andra isolatorelementet för mottagning av det nämnda par- tiet i relativt snäv passning och ett andra i huvudsak cy- lindriskt parti (36) med större innerdiameter än det första partiet för mottagning av det andra isolatorelementets andra parti. å. Cell enligt pøtentkravet 2. k ä n n e t e c k n a d av att tätningselementet (62) ligger mellan det andra iso- latorelementets andra parti och den frânhylsans ändytparti sig utsträckande första formationen. 5. Cell enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att hylsan är skild från ledningen och har en tätning (70) mellan hylsan och ledningen. 6. Cell enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att tätningen är av glas. 7. Cell enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att höljet har ett lock och att hylsan sträcker sig genom en öppning i locket.

3. Cell enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att höljet har ett påsvetsat lock, att hylsan har ett intill locket beläget parti och att ett värmeskydd (88} är anbragt på hylspariiet i höljet mellan anoden och locket. 453 340 21 9_ Cell enligL patentkravet 1, k ä n n e L e c k n a d av att en beläggning av ett organiskt elektrondonatormateríal på litiumanodens exponerade yta.