SE504539C2 - Behållare för slutna, cylindriska, alkaliska battericeller - Google Patents

Description

504 539 2 kärlväggen även kan försvagas genom förtunning och sprickbildning i det formade området av kärlväggen. Detta kan orsaka spänningskorrosion, dvs. medföra att kärlväggen blir perforerad och läcker efter viss tids inverkan av den korrosiva batterimiljön.

Ett annat problem är isoleringen mellan den positiva och den negativa polen. Detta löses till viss del av lockets packning, som isolerar kärlet (negativa polen) från locket (positiva polen). Däremot isoleras inte den positiva kontaktluggen med hjälp av detta, utan en tejpbit måste appliceras runt denna för att hindra kortslutning mellan luggen och kärlet. Denna tejpning är ett komplicerat steg i produktionen, och en miss vid tejpningen medför ofta kortslutna batterier. Det nakna utförandet av denna battericell kännetecknas vidare av, att hela behållaren utgör negativ pol isolerad från locket (positiva polen) endast genom lockpackningen. För att förebygga uppenbara kortslutningsrisker isoleras alltid den cylindriska delen av behållaren t.ex. med plastkrympslang.

En annan typ av problem uppstår, då det uppkommit ett fel på säkerhetsventilen och denna ej öppnar vid övertryck, vilket kan få till följd att batteriet sprängs. En sprängning av ett batteri med metallhylsa kan åstadkomma skador på omgivningen, då metallbitar skjuts iväg med hög hastighet.

Som ytterligare problem kan anföras miljöproblem med förnicklade kärl i mycket stora antal, höga materialkostnader för kärlet samt önskemål om lättare batterier. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en behållare för slutna cylindriska alkaliska battericeller, som genom en ny konstruktion enligt den kännetecknande delen av patentkrav l löser ovanstående problem. Som framgår av beskrivningen i det följande, innesluts komplex tillsammans med elektrolyt i ett 504 539 3 cylindriskt rör av polymert material, där rörets ändar förseglas med 2 cirkulära skivor av ett elektriskt ledande material.

Olika utföringsformer visas i bifogade ritningar.

Fig. 1 är en sidovy som visar ett snitt av battericellen i enlighet med uppfinningen.

Pig. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 och 9 visar snitt på olika utföringsformer av rörets förslutningar och dess ingående delar.

Fig. 10 är en sidovy och delvis ett snitt av en typisk battericell enligt dagens teknik. Den typiska batteri- behållaren består av ett djuppressat kärl 29 vanligtvis av förnicklad stålplåt och ett lock vilket består av en cirkulär metallskiva 30 med en ringformig packning 31. På locket sitter en säkerhetsventil 20, vilken består av en gummikuts 21 och ett ventillock 22, som punktsvetsas på locket. Inuti behållaren är ett komplex 14 applicerat, bestående av en negativ elektrod 15 med en strömledande lugg 18 och en positiv elektrod 16 med en strömledande lugg 19, vilka tillsammans med en separator 17 är lindade till ett cylinderformat elektrodpaket. I behållaren finns också en jonledande vätska i form av elektrolyt, vanligtvis KOH eller KOH+LiOH, vilken tjänstgör som elektrontransportör mellan elektroderna.

På fig. 1 visas en battericell som är konstruerad enligt en utföringsform av uppfinningen. Cellen innefattar en behållare , bestående av ett cylindriskt rör ll, vilket är förslutet upptill, med ett lock 12, och nedtill, med en botten 13.

Behållaren 10 innesluter en viss mängd elektrolyt tillsammans med ett komplex 14. Komplexet 14 innefattar en negativ platta och en positiv platta 16, vilka tillsammans med en 504 539 4 separator 17, är lindade till ett cylinderformat elektrodpaket. Den negativa plattan 15 är förbunden med botten 13 genom ett strömledande metallband sk. lugg 18. På samma sätt är den positiva plattan förbunden med locket genom en strömledande lugg 19. På locket 12 finns ett centrumhål förslutet av en säkerhetsventil 20, vilken består av en gummikuts 21 och ett ventillock 22, som punktsvetsas på locket 12.

I utföringsformen som visas i fig. 1 består förslutningarna av 2 cirkulära skivor, lock 12 och botten 13, vilka har en präglad ytterkant, och röret ll har en konstant inner- och ytterdiameter utmed hela sidan. Skivornas ytterdiameter är något större än rörets innerdiameter, varför dessa får pressas in i röret 11. För att tillverka en battericell trycks botten 13 in i röret ll ca 2 mm, varefter rörets 11 överskjutande kanter, värms upp och viks ner mot botten 13 med riktad hetluft. När botten 13 är integrerad med röret 11 insätts komplexet 14 och dess negativa lugg 18 svetsas mot botten. Därefter svetsas komplexets positiva lugg 19 mot locket 12 och elektrolyt tillförs cellen. För att integrera locket 12 med röret 11 görs på samma sätt som för botten 13.

För att underlätta intryckningen av lock 12 och botten 13 kan man dessutom fasa rörets 11 innerdiameter, vilket underlättar inpassningen av lock 12 och botten 13.

På fig. 2 visas botten-förslutningen av cellen enligt fig. 1.

Fig. 3 visar hur röränden i fig. 2 är utformad före intryckningen av botten 13 och nedvikningen av rörkanten.

Fig. 4 visar utformningen av botten 13 enligt fig. 2.

Integreringen av locket/botten med röret kan ske på olika sätt och med många olika utformningar, varför endast några grundläggande principer redovisas här. 504 539 På fig. 5 visas en något annorlunda utformning av integreringen mellan botten 23 och rör 24. Här är botten 23 inte präglad runt ytterkanten utan anliggningskanten är här helt plan, samtidigt som röret 24 har en hylla 25, som tjänstgör som mothåll för botten 23. Denna utformning kan integreras dels enligt tidigare förklarade sätt under fig. l dels genom att redan i gjutverktyget integrera botten 23 genom att gjuta in detsamma i röret 24. Förfarandet med ingjutning av botten 23 i röret 24 kan även tillämpas med locket. Önskar man således gjuta in både lock och botten i röret, måste komplexet med dess luggar redan i förväg vara sammanfogade med lock och botten, varpå hela paketet med komplex, lock och botten gjuts in i röret. Elektrolyten fylls i detta fall på i lockets ventilhål efter ingjutningen och innan säkerhetsventilen monteras.

Fig. 6 visar hur röränden i fig. 5 är utformad i fallet med intryckning av botten 23. Röränden visas här i sitt obearbetade utförande, dvs. före intryckningen av botten 23 och nedsmältningen av rörkanten.

Fig. 7 visar utformningen av botten 23 enligt fig. 5, såväl vid intryckning som vid ingjutning i röret 24 av botten 23.

På fig. 8 visas en utformning, där botten 26 är utformad som en skål med utstansade hål 27 i kanten och ingjuten i röret 28. De utstansade hålen 27 har till uppgift att förstärka ingjutningen i axialled, då höga tryck i batteriet annars kan trycka ut botten 26 ur röret 28.

Fig. 9 visar utformningen av botten 26 före ingjutningen i röret 28.

De här redovisade utformningarna kan kombineras på olika sätt, och man behöver inte ha samma koncept på locket som på botten utan man väljer koncept efter batterityp och efter 5Û4 539 maskinförutsättningar.

Lock och botten är cirkulära skivor, vilka kan utformas på olika sätt för att passa till olika förslutningssätt. Då man använder sig av någon presspassningsmetod är det givetvis nödvändigt att lock och botten har en ytterdiameter, som är större än rörets innerdiameter. En förenkling av förslutningsprocessen uppnås, om rörets innerdiameter fasas något, för att skivan lättare skall kunna inpassas, samt att en prägling av skivornas ytterkant, enligt fig. l, utföres så att skivorna lättare glider ner i röret. Lock och botten är av ett material med lågt elektriskt ledningsmotstånd.

Materialet, som också skall vara helt resistent i starkt alkalisk elektrolyt såsom koncentrerad kaliumhydroxid, kan vara rostfritt stål, rennickel, förnicklat stål eller förnicklad koppar.

Röret utgörs av ett cylindriskt rör med en i huvudsak konstant innerdiameter, förutom i ändarna där innerdiametern kan fasas för att åstadkomma en enklare inpassning av lock/botten i rörändarna, och eventuellt förses med en hylla på rörets innerdiameter, vilken hjälper till att få lock/botten på exakt plats. Materialet i röret utgörs av en polymer, vilken är resistent i starkt alkalisk elektrolyt och med goda elektriska isolationsegenskaper. Materialet skall av miljöskäl också vara halogenfritt såsom polypropylen, polyeten eller polyamid.

Genom att dimensionera förslutningen på ett lämpligt sätt, kan man få den att öppna vid ett önskat tryck och kan härmed avvara säkerhetsventilen, som finns på dagens battericeller.

För att få förslutningen att öppna på önskat ställe och vid önskat tryck, utformas röret ll med en brottanvisning på lämplig plats, och öppningstrycket regleras med storleken på anvisningen. 504 539 Experiment För att undersöka behållarens täthet framställdes tomma behållare, utan komplex och elektrolyt, som tryckprovades i vatten.

De tomma behållarna tillverkades av en rörformad plasthylsa i polypropylen (NESTE SCl3 lOGN) med en innerdiameter på l3,lmm och en väggtjocklek på 0,6mm. Plasthylsan förslöts i botten med en cirkulär skiva enligt fig. 1 utformad som botten l3. Skivan var av rostfritt stål (SIS 2333) med en tjocklek på 0,3mm och en ytterdiameter på l3,3mm. Botten pressades in ca. 2mm i hylsan, varpå hylsans överskjutande kant smältes ned över botten. Som lock användes en cirkulär skiva utformad som lock 12 i fig. 1. Detta lock försågs med en luftnippel, som skruvades fast i dess ventilhål och pressades sedan in i hylsan, varpå en 6mm luftslang påkopplades. Luftslangen kopplades över en manometer till en lufttub med 200 kg/cmz övertryck.

De tomma behållarna prövades med avseende på läckage, genom att dessa utsattes för ett övertryck av 5kg/cm? och nedsänktes därefter i vatten. De första provet gjordes i 20°C vatten, där behållarna fick stå under tryck i 5 min. Detta prov resulterade i, att ingen luftbubbla läckte ut från någon behållare. Ytterligare prover utfördes med Skg/cmz övertryck, men i en vatten-temperatur av 60°C resp. 80°C. Behållarna fick då först ligga 10 min. i vattnet för att erhålla samma temperatur, varefter behållarna prövades. Resultatet från dessa prov visade inte heller något läckage från förslutningen.

För att undersöka tryckbegränsningen hos förslutningen utsattes behållarna för 15-20kg/cmz övertryck och nedsänktes därefter i 20°C vatten under 5 min. Inte heller dessa prover visade på något läckage från förslutningen.

Claims (6)

N U 20 25 504 539 PATENTKRAV

1. Behållare för en sluten, alkalisk battericell, cylindrisk, omladdnings- bar, k ä n n e t e c k n a d därav, att battericellens elektrodkomplex och elektrolyt är anord- (ll, 25, försett med två ändförslutande, nade i ett cylindriskt rör 28) av ett plastmate- (12, vilka ski- rial, cirkulära skivor 13, 23, 26) vor är så insmälta i röret att en trycktät förslutning av ett elektriskt ledande material, àstadkommes.

2. Behållare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d (11, 25, 28) polyeten eller polyamid. därav, att röret utgöres av polypropylen,

3. Behållare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d att de ändförslutande skivorna (12, 13, 23, 26) göres av rostfritt stål, nickel, därav, ut- förnicklat stål eller för- nicklad koppar. k ä n n e t e c k n a d (12, 13, 23, 26) (11, 25, 28) och är inpressade i röret före smältningen av plasten.

4. Behållare enligt krav 1, därav, att de ändförslutande skivorna har större ytterdiameter än rörets innerdiameter k ä n n e t e c k n a d (ll, 25,

5. Behållare enligt krav 1, därav, att en brottanvisning är anordnad på röret 28) för att tjänstgöra som säkerhetsventil. k ä n n e t e c k n a d (12, 13, 23, 26) (21) för att bilda en säkerhetsventil.

6. Behållare enligt krav 1, därav, att den ena ändförslutande skivan har ett hål, ett ventillock över vilket är anordnat en gummikuts och (22)