Die vorliegende Erfindung betrifft eine dichte, elektrochemische Zelle, mit einem Dichtungs- und Isolierglied, welches die Zelle normalerweise im flüssigkeitsdichten und gasdicht ten Zustand hält, jedoch den Austritt von Gas aus der Zelle erlaubt wenn der Gasdruck in der Zelle abnormal hoch wird und die Zelle wieder abdichtet, wenn der Gasdruck auf den normalen Wert sinkt.
Elektrochemische Primärzellen erzeugen im allgemeinen immer etwas Gas, worauf jedoch beim Lagern oder Entladen der Zellen normalerweise keine Rücksicht genommen werden muss. Unter bestimmten Umständen kann jedoch in einer Zelle Gas rasch in grösserer Menge erzeugt werden, wodurch die Zelle bersten kann wenn keine Entlüftungsmittel vorgesehen sind. Das Bersten tritt besonders beim abnormal raschen und vollständigen Entladen durch einen Kurzschluss, beim Laden aus Unachtsamkeit oder beim Überladen auf.
Bei einer elektrochemischen Sekundärzelle entstehen grössere Gasmengen beim Überladen und zu starkem Entladen der Zelle. Die meisten Sekundärzellen enthalten den beiden Polen zugeordnete Absorptionsmittel, jedoch wurden bis jetzt keine befriedigenden Ergebnisse erhalten. Wenn diese Gasabsorptionsmittel nicht gut genug wirken, entstehen auch in den Sekundärzellen abnormal hohe Drücke, welche wie bei den Primärzellen zum Bersten der Zellen führen.
Zum Verhindern des Berstens der Zelle wurden viele Ver besserungen vorgeschlagen. Eine solche verbesserte Zelle ist in der US-PS 3 256 117 beschrieben. Diese Zelle enthält einen Dichtungsring, der zwischen einer im Gehäusekörper ausgebildeten Schulter oder Vorsprung und einem nach innen gerollten, äusseren Ende des Gehäusekörpers festgeklemmt ist, wobei im Gehäusekörper, benachbart der Schulter oder dem Vorsprung eine Entlüftungsöffnung gebildet ist. Diese Dichtungsanordnung ist dadurch vorteilhaft, dass der Dichtungsring mit grosser Kraft vom eingerollten Ende des Gehäusekörpers auf die Schulter oder den Vorsprung gedrückt wird.
Jedoch wird, wie festgestellt wurde, bei einem gewöhnlichen, dünnwandigen Zellengehäuse die Schulter oder der Vorsprung in Richtung nach abwärts verformt, wenn die Druckkraft so gross gemacht wird, dass die Aufwärtsbeweggung des Dichtungsringes verhindert wird, so lange der Druck in der Zelle kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Natürlich könnte das Zellengehäuse zum Verstärken der Schulter oder des Vorsprungs dicker gemacht werden, jedoch würden dadurch die Herstellungskosten der Zelle zu hoch werden. Zudem ist es bei der vorstehend erwähnten Zelle schwierig die Entlüftungsöffnung an einer bestimmten Zelle zu erzeugen, so dass die Entlüftungsfunktion dieser Öffnung nicht immer gewährleistet ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer dichten, elektrochemischen Zelle mit verbesserter Gasentlüftung, deren Gehäusekörper einen Vorsprung besitzt, auf dem ein Abdichtungs- und Isolierglied aufliegt und der die auf das Abdichtungs- und Isolierglied wirkende Druckkraft aufnimmt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Zelle, aus der Gas austreten kann, wenn der Gasdruck im Inneren der Zelle höher als ein vorbestimmter Wert ist, der jedoch kleiner als der Druck ist, der zum Bersten der Zelle führt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Zelle mit zuverlässiger Entlüftung und niederen Herstellungskosten.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung einer Zelle, bei der die Entlüftung bei einem gewünschten, hohen inneren Gasdruck oder in einem schma len Bereich von hohen inneren Gasdrücken bewirkt wird.
Diese Aufgaben werden bei einer dichten, elektrochemischen Zelle mit einem Metallgehäuse, das den einen Pol der Zelle bildet, einem nach innen vorstehenden, ringförmigen Vorsprung am oberen Teil des Gehäuses einer Kappe, die den anderen Pol der Zelle bildet und einem elastischem Abdichtungs- und Isolierglied, welches den Umfang der Kappe umgibt und gegen den Vorsprung des Metallgehäuses gepresst ist nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass das Abdichtungs- und Isolierglied einen ringförmigen Fortsatz besitzt, der sich von der Unterseite des Gliedes nach abwärts erstreckt, welcher ringförmige Fortsatz normalerweise unter Druck auf dem Vorsprung des Gehäuses aufliegt und in das Abdichtungs- und Isolierglied hineingedrückt ist und allmählich hervortritt,
wenn das Abdichtungsund Isolierglied durch den zunehmenden Innendruck in der Zelle nach aufwärts bewegt und vom Vorsprung abgehoben wird und dass im Abdichtungs- und Isolierglied ausserhalb des ringförmigen Fortsatzes ein Entlüftungskanal ausgebildet ist.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Zelle nach der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Zelle gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht des Abdichtungs- und Isoliergliedes der Zelle nach der Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Abdichtungs- und Isolierglied nach der Fig. 2,
Fig. 4, 5 und 6 vergrösserte Ansichten von Vertikalschnitten des in die Zelle abgebauten Abdichtungs- und Isoliergliedes während eines Entlüftungsvorgangs,
Fig. 7 eine vergrösserte Schnitttansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des Abdichtungs- und Isolierglieds,
Fig. 8a, 8b und 8c Vertikalschnitte durch das Gehäuse der Zelle während des Formens eines nach innen ragenden Gehäusevorsprungs, und
Fig.
9 einen vergrösserten Vertikalschnitt durch einen Gehäusevorsprung von anderer Form.
In den Figuren sind gleiche Einzelteile mit gleichen Hinweiszahlen bezeichnet.
Das in den Fig. 1 bis 6 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Zelle nach der vorliegenden Erfindung besitzt ein nickelplatiertes, äusseres Metallgehäuse 1 mit geschlossenem Boden und mit offenem oberen Ende, welches Gehäuse den Kathodenanschluss der Zelle bildet. Das Metallgehäuse
1 enthält eine hohlzylindrische, aktive Kathodenmasse 2, welche aus einer Mischung von Mangandioxid MnO2 mit Pol phorgraphit und einem Binder aus Carboxylmethylcellulose besteht. Die aktive Kathodenmasse 2 ist von einer aktiven Anodenmasse 4 durch einen hohlzylindrischen Scheider 3 aus einem Faservlies aus Polypropylen getrennt. Der Boden des Scheiders 3 ist mit einer Isolierscheibe 5 aus Polyäthylen bedeckt. Die aktive Anodenmasse 4 befindet sich innerhalb des Scheiders 3 und wird von diesem umschlossen.
Die aktive Anodenmasse 4 besteht aus einer Mischung von Zink oxid, Wasser, Carboxylmethylcellulose, Kaliumhydroxid und amalgamierten Zinkpulver mit 3- bis 4010 Quecksilber. Ein Stromsammler 6 aus Messing erstreckt sich in die aktive Anodenmasse 4, und zwar längs der Mittellinie dieser Masse, wobei der nagelkopfförmige obere Teil des Stromsammlers 6 mit der Mitte einer Anodenanschlussplatte 8 durch Punkt schweissen verbunden ist. Das die Kathode bildende Ge häuse 1 und die Anodenanschlussplatte 8 sind durch ein Ab dichtungs- und Isolierglied 7 getrennt, welches zwischen
Randteilen des Gehäuses 1 und der Platte 8 eingeschlossen ist. Das Abdichtungs- und Isolierglied 7 hat einen vertikalen Vorsprung 7a, der durchbohrt ist und sich von der Mitte des
Gliedes 7 nach abwärts erstreckt. Durch die Bohrung des
Vorsprungs 7a erstreckt sich der Stromsammler 7.
Das Ab dichtungs- und Isolierglied 7 besitzt ferner einen sich in radia ler Richtung nach aussen erstreckenden Vorsprung 7b.
Das Metallgehäuse 1 besitzt in der Nähe seines offenen
Endes einen sich nach einwärts erstreckenden Vorsprung 9 mit einem ersten einwärts gebogenen Teil la und einem zwei ten einwärts gebogenen Teil lb, welche Teile durch Verfor men der zylindrischen Seitenwand des Metallgehäuses 1 in der Nähe des offenen Gehäuseendes gebildet wurden und deren innere Enden ineinander übergehen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sitzt der zweite gebogene Teil lb zur
Gänze auf dem ersten gebogenen Teil la.
Die Herstellung des Vorsprungs 9 ist in den Fig. 8a bis
8c dargestellt. Auf dem Boden des Metallgehäuses 1 wird eine Isolierscheibe 10 aus Nylon angeordnet und dann die aus zwei ringförmigen Massekörpern bestehende Kathode 2 in das Gehäuse 1 eingebracht. Auf die Oberseite der Ka thode 2 wird ein mit Nickel überzogener Eisenring 12 gelegt und im Gehäuse 1 unmittelbar über dem Ring 12 durch An wenden von seitlichem Druck, wie durch die Pfeile in der
Fig, 8b angezeigt, eine Innensicke erzeugt. Anschliessend wird das Gehäuse 1 in einer Form 13 angeordnet und von der Unterseite der oberen Formhälfte 14a und der Oberseite der unteren Formhälfte 14b mit Druck beaufschlagt und zusammengepresst, so dass der Vorsprung 9 gebildet wird.
Der Vorsprung kann auch die in der Fig. 9 dargestellte Form besitzen. Der Vorsprung 9' der Fig. 9 wird auf ähnliche Weise hergestellt wie mit Bezug auf die Fig. 8a bis 8c beschrieben. Jedoch wird ein Gehäuse 1 verwendet, bei dem der Teil, der den Rand 9a des Vorsprungs 9' bildet dünner ist als das restliche Gehäuse. Dadurch kann der Vorsprung 9' leichter und zuverlässiger hergestellt werden.
Das in der Fig. 2 dargestellte Abdichtungs- und Isolierglied 7 besteht aus einem relativ harten, elastischen Material wie Polypropylen, Polyäthylen oder Nylon. Das Abdichtungs- und Isolierglied 7 hat eine zylindrische Seitenwand, dessen obere Hälfte dünn ist, so dass sie leicht gebogen werden kann. Die Umfangsfläche des Abdichtungs- und Isolierglieds 7 ist mit vier Nuten 15 versehen, die im Winkelabstandvon 90 voneinander angeordnet sind. Jede Nut 15 erweitert sich in Richtung zum oberen Ende des Abdichtungs- und Isolierglieds 7 und wirkt als Entlüftungsöffnung wenn der Gasdruck in der Zelle abnormal hoch wird, wie nachfolgend genauer beschrieben. Das Abdichtungs- und Isolierglied 7 hat auf seiner Unterseite einen ringförmigen Fortsatz 16, dessen Breite 0,5 bis 0,8 mm und dessen Höhe 1 bis 1,2 mm betragen kann.
Das Abdichtungs- und Isolierglied 7 wird so in das nach dem Verfahren gemäss den Fig. 8a bis 8c hergestellten äusseren Gehäuses 1 eingebracht, dass der ringförmige Fortsatz 16 auf der Unterseite des Gliedes 7 auf der Oberseite des Vorsprungs 9 aufliegt. Nach dem Aufbringen der Anodenanschlussplatte 8 und des Stromsammlers 6 auf dem Abdichtungs- und Isolierglied 7 wird der offene Endteil des äusseren Gehäuses 1 nach einwärts gebogen, wodurch der obere dünne Wandteil des Gliedes 7 gegen die obere Wandfläche der Anodenanschlussplatte 8 gebogen und der Randteil 7b des Gliedes 7 gegen den Vorsprung 9 des äusseren Gehäuses 1 mit einem solchen Pressdruck gepresst wird, dass der Fortsatz 16 in die Unterseite des Abdichtungs- und Isoliergliedes 7 gedrückt wird, wie in der Fig. 4 dargestellt.
Nachfolgend wird das Entlüften der beschriebenen Zelle angegeben. Im normalen Zustand der Zelle, in dem das in der Zelle erzeugte Gas noch nicht genügend Druck besitzt um das Abdichtungs- und Isolierglied 7 zu bewegen, liegt die untere Randfläche des Gliedes 7 auf der Oberseite des Vorsprungs 9 auf, wie in der Fig. 4 dargestellt. Wenn fortlaufend weiter Gas erzeugt wird und der Gasdruck in der Zelle steigt, wird das Abdichtungs- und Isolierglied 7 etwas gehoben jedoch wird die Zelle durch den nun hervortretenden Fortsatz 16, welcher in das Glied 7 hineingedrückt war und noch immer auf der Oberseite des Vorsprungs 9 aufliegt, nach wie vor abgedichtet, so dass weder Gas noch Elektrolyt aus der Zelle austreten können.
Wenn durch weiteres Erzeugen von Gas der Gasdruck in der Zelle zunimmt und einen abnormal hohen Wert erreicht, wird das Abdichtungsund Isolierglied 7 weiter nach oben gedrückt, so dass zwischen dem freien Ende des ringförmigen Fortsatzes 16 und der Oberseite des Vorsprungs 9, wie in der Fig. 6 dargestellt, ein Luftspalt gebildet wird, so dass Gas durch diesen Luftspalt und durch die Nuten 15 am Umfang des Gliedes 7 nach aussen entweichen kann. Der ringförmige Fortsatz 16 verhindert den Austritt von Gas bis der Gasdruck in der Zelle einen bestimmten Wert erreicht und bewirkt dass die Zelle bis zu diesem Gasdruckwert gas- und flüssigkeitsdicht bleibt.
Zum Vergleich mit dem Stand der Technik und zum besseren Verständnis der Vorteile der erfindungsgemässen Zelle werden nachfolgend Messergebnisse angegeben, die an dreissig erfindungsgemässen Alkali-Manganzellen mit einem Abdichtungs- und Isolierglied mit ringförmigem Fortsatz und an dreissig Alkali-Manganzellen bekannter Art, d. h.
ohne ringförmigen Fortsatz gemessen wurden.
Gasdruck zur Zeit der Entlüftung Art der Zellen 6-10 10-14 14-16 16-20 Zellen mit einem Isolier- 0 0 26 4 glied aus Polypropylen und mit einem Fortsatz von 0,5 mm Dicke und 0,5 mm Höhe Zellen mit einem Isolier- 12 10 8 0 glied aus Polypropylen ohne Fortsatz
Wie aus der vorstehenden Tabelle ersichtlich ist, tritt bei den bekannten Zellen ohne Fortsatz die Entlüftung in einem sehr breiten Druckbereich auf. Zwölf Zellen zeigen Entlüftung bei einem Druck von 6 bis 10 At, zehn Zellen bei einem Druck von 10 bis 14 At und acht Zellen bei einem Druck von 16 bis 20 At. Bei den erfindungsgemässen Zellen mit dem ringförmigen Fortsatz tritt im Druckbereich von 6 bis 14 At keine Entlüftung auf. Das heisst die erfindungsgemässen Zellen bleiben flüssigkeits- und gasdicht bis zu einem Gasdruck von 14 At.
Die Entlüftung der erfindungsgemässen Zellen tritt in einem relativ kleinen Druckbereich von 14 bis 20 At auf. Im Gegensatz dazu tritt bei zweiundzwanzig (12 und 10) bekannten Zellen schon bei einem Gasdruck von kleiner als 15 At Entlüftung auf.
Wenn bei elektrochemischen Zellen die Entlüftung bei einem Druck von weniger als 12 At auftritt, ist es schwierig, die Zellen flüssigkeits- und gasdicht zu halten, da sehr niedrige Gasdrücke eine unerwartete Entlüftung der verschlossenen Zellen bewirken können. Dies hat einen nachteiligen Einfluss auf die Dichteigenschaften der verschlossenen Zellen.
Die verschlossene Zelle soll so aufgebaut sein, dass die Gasentlüftung nur auftritt, wenn sich der Gasdruck in der Zelle dem Wert nähert, bei dem die Zelle bersten würde. Wie aus der oben stehenden Tabelle ersichtlich ist erfüllen die erfindungsgemässen Zellen mit ringförmigem Fortsatz diese Bedingung, da sie bis zu einem bestimmten hohen Innendruck, d. h. mehr als 14 At, flüssigkeits- und gasdicht sind und dann bei allen Zellen die Entlüftung in einem Druckbereich von 14 bis 20 At auftritt.
Wenn die gleiche Druckkraft auf die auf dem Vorsprung liegenden Abdichtungs- und Isolierglieder der in der Tabelle angeführten Zellen ausgeübt wird, so ist bei den Abdichtungs- und Isoliergliedern der erfindungsgemässen Zellen der auf die Unterseite des ringförmigen Fortsatzes wirkende Druck grösser als der auf die Unterseite der Abdichtungsund Isolierglieder ohne Fortsatz der bekannten Zellen wirkende Druck. Dies deshalb, da die Fläche der Unterseite des Fortsatzes der Abdichtungs- und Isolierglieder der erfindungs gemässen Zellen kleiner ist als die Fläche der Unterseite der keinen Fortsatz aufweisenden Abdichtungs- und Isolierglieder der bekannten Zellen. Das heisst der Druck pro Flächeneinheit ist bei den Abdichtungs- und Isoliergliedern der erfindungsgemässen Zellen grösser als der Druck pro Flächeneinheit bei den Abdichtungs- und Isoliergliedern der bekannten Zellen.
Aus diesem Grund tritt die Entlüftung bei den erfindungsgemässen Zellen bei den in der Tabelle angegebenen hohen Druckwerten auf.
Die Oberfläche des Metallgehäuses, aus dem der Vorsprung gebildet ist, ist gewöhnlich nicht glatt wie ein Spiegel, so dass, wenn das Abdichtungs- und Isolierglied mit einem relativ beiten Teil seiner Unterseite durch eine relativ kleine Druckkraft gegen den Vorsprung gedrückt wird, der Gasdruck, bei dem die Entlüftung beginnt, in Abhängigkeit von der Rauigkeit der Oberfläche des Vorsprungs schwankt wie bei den bekannten Zellen ohne Fortsatz in der oben stehenden Tabelle. Wenn jedoch, wie bei den erfindungsgemässen Zellen, die schmale Unterseite des ringförmigen Fortsatzes der Abdichtungs- und Isolierglieder mit hohem Druck gegen den Vorsprung gepresst wird, kommt die schmale Unterseite des Fortsatzes in innigen dichtenden Kontakt mit der unebenen Oberfläche des Vorsprungs.
Aus diesem Grund schwankt der Druck, bei dem bei den erfindungsgemässen Zellen die Entlüftung beginnt nicht so stark wie bei den bekannten Zellen.
Zur Erzielung einer noch zuverlässigeren Entlüftung und einer besseren Abdichtung kann ein Wachs, ein Kunstharzbirider wie Polyisobutylen, Gummi oder Paraffin in Form einer dünnen und weichen Schicht auf den zweiten gebogenen Teil des Vorsprungs aufgebracht werden, auf dem der ringförmige Fortsatz sitzt, so dass auch dann die Dichtheit gewährleistet ist, wenn der obere gebogene Teil des Vorsprungs Kratzer oder Risse aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können anstelle der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Nuten 15 am Umfang des Abdichtungs- und Isoliergliedes 7 Löcher 15' mit einem Durchmesser von 1 bis 1,5 mm im Glied 7 ausserhalb des Vorsprungs vorgesehen sein, wie in der Fig. 7 dargestellt. Solche Entlüftungslöcher 15' werden bevorzugt, da der Elektrolyt infolge der elektrokapillaren Wirkung die Neigung hat längs eines Metalls wie dem Metallgehäuse der Zelle zu kriechen.
The present invention relates to a sealed electrochemical cell, with a sealing and insulating member which normally holds the cell in the liquid-tight and gas-tight state, but allows gas to escape from the cell when the gas pressure in the cell becomes abnormally high and the cell reseals when the gas pressure drops to normal.
Primary electrochemical cells generally generate some gas at all times, but normally there is no need to take this into account when storing or discharging the cells. Under certain circumstances, however, gas can rapidly be generated in a cell in large quantities, which can rupture the cell if no venting means are provided. The bursting occurs particularly when discharging abnormally quickly and completely through a short circuit, when charging by carelessness or when overcharging.
In the case of an electrochemical secondary cell, larger amounts of gas are created when the cell is overcharged and discharged too much. Most of the secondary cells contain absorbents associated with the two poles, but no satisfactory results have yet been obtained. If these gas absorbents do not work well enough, abnormally high pressures also develop in the secondary cells, which, as in the primary cells, lead to the cells bursting.
Many improvements have been proposed to prevent the cell from rupturing. One such improved cell is described in U.S. Patent No. 3,256,117. This cell contains a sealing ring which is clamped between a shoulder or projection formed in the housing body and an inwardly rolled, outer end of the housing body, a vent opening being formed in the housing body adjacent the shoulder or the projection. This sealing arrangement is advantageous in that the sealing ring is pressed with great force from the rolled-up end of the housing body onto the shoulder or the projection.
However, as has been found, in an ordinary thin-walled cell casing, the shoulder or the projection is deformed in the downward direction when the pressing force is made so large that the upward movement of the sealing ring is prevented as long as the pressure in the cell is less than one is a predetermined value. Of course, the cell casing could be made thicker to reinforce the shoulder or protrusion, but this would make the cell too expensive to manufacture. In addition, in the above-mentioned cell, it is difficult to produce the vent opening on a specific cell, so that the venting function of this opening is not always guaranteed.
An object of the present invention is to provide a sealed electrochemical cell with improved gas venting, the housing body of which has a projection on which a sealing and insulating member rests and which receives the compressive force acting on the sealing and insulating member.
Another object of the present invention is to provide a cell from which gas can leak when the gas pressure inside the cell is higher than a predetermined value but less than the pressure which causes the cell to rupture.
Another object of the present invention is to provide a cell with reliable venting and a low manufacturing cost.
Another object of the present invention is that
Creation of a cell in which venting is effected at a desired high internal gas pressure or in a narrow range of high internal gas pressures.
These tasks are accomplished in a sealed, electrochemical cell with a metal housing which forms one pole of the cell, an inwardly projecting annular projection on the upper part of the housing, a cap which forms the other pole of the cell, and a resilient sealing and insulating member , which surrounds the circumference of the cap and is pressed against the projection of the metal housing, is achieved according to the present invention in that the sealing and insulating member has an annular extension which extends downward from the underside of the member, which annular extension is normally under pressure rests on the projection of the housing and is pressed into the sealing and insulating member and gradually emerges,
when the sealing and insulating member is moved upwards by the increasing internal pressure in the cell and is lifted from the projection and that a venting channel is formed in the sealing and insulating member outside the annular extension.
Exemplary embodiments of the cell according to the invention are described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:
1 shows a vertical section through a cell according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a partially sectioned front view of the sealing and insulating member of the cell according to FIG. 1;
Fig. 3 is a plan view of the sealing and insulating member according to Fig. 2,
4, 5 and 6 enlarged views of vertical sections of the sealing and insulating member dismantled into the cell during a venting process,
7 shows an enlarged sectional view of another exemplary embodiment of the sealing and insulating member,
8a, 8b and 8c are vertical sections through the housing of the cell during the formation of an inwardly projecting housing projection, and FIGS
Fig.
9 shows an enlarged vertical section through a housing projection of a different shape.
In the figures, the same items are denoted by the same reference numbers.
The first exemplary embodiment of the cell according to the present invention shown in FIGS. 1 to 6 has a nickel-plated, outer metal housing 1 with a closed bottom and an open upper end, which housing forms the cathode connection of the cell. The metal case
1 contains a hollow cylindrical, active cathode mass 2, which consists of a mixture of manganese dioxide MnO2 with polypropylene and a binder made of carboxylmethyl cellulose. The active cathode mass 2 is separated from an active anode mass 4 by a hollow cylindrical separator 3 made of a nonwoven fabric made of polypropylene. The bottom of the separator 3 is covered with an insulating washer 5 made of polyethylene. The active anode mass 4 is located inside the separator 3 and is enclosed by it.
The active anode mass 4 consists of a mixture of zinc oxide, water, carboxylmethyl cellulose, potassium hydroxide and amalgamated zinc powder with 3 to 4010 mercury. A current collector 6 made of brass extends into the active anode mass 4, specifically along the center line of this mass, the nail-head-shaped upper part of the current collector 6 being connected to the center of an anode connection plate 8 by spot welding. The housing 1 forming the cathode and the anode connection plate 8 are separated by a sealing and insulating member 7 which is between
Edge parts of the housing 1 and the plate 8 is included. The sealing and insulating member 7 has a vertical projection 7a which is pierced and extends from the center of the
Link 7 extends downward. Through the bore of the
The current collector 7 extends projection 7a.
From the sealing and insulating member 7 also has a projection 7b extending outward in radia Ler direction.
The metal case 1 has near its open
End an inwardly extending projection 9 with a first inwardly bent part la and a two th inwardly bent part lb, which parts were formed by deforming the cylindrical side wall of the metal housing 1 near the open end of the housing and the inner ends merge into one another. In the first embodiment, the second curved part lb sits to
Entirely on the first curved part la.
The production of the projection 9 is shown in FIGS
8c. An insulating washer 10 made of nylon is placed on the bottom of the metal housing 1, and the cathode 2, which consists of two annular mass bodies, is then introduced into the housing 1. On top of the Ka method 2, a nickel-plated iron ring 12 is placed and in the housing 1 immediately above the ring 12 by applying lateral pressure, as indicated by the arrows in the
Fig, 8b, an inner bead is generated. The housing 1 is then arranged in a mold 13, and from the underside of the upper mold half 14a and the upper side of the lower mold half 14b, pressure is applied and pressed together, so that the projection 9 is formed.
The projection can also have the shape shown in FIG. The projection 9 'of FIG. 9 is produced in a manner similar to that described with reference to FIGS. 8a to 8c. However, a housing 1 is used in which the part forming the edge 9a of the projection 9 'is thinner than the rest of the housing. As a result, the projection 9 'can be produced more easily and reliably.
The sealing and insulating member 7 shown in Fig. 2 consists of a relatively hard, elastic material such as polypropylene, polyethylene or nylon. The sealing and insulating member 7 has a cylindrical side wall whose upper half is thin so that it can be easily bent. The peripheral surface of the sealing and insulating member 7 is provided with four grooves 15 which are angularly spaced 90 from each other. Each groove 15 widens towards the upper end of the sealing and insulating member 7 and acts as a vent when the gas pressure in the cell becomes abnormally high, as will be described in more detail below. The sealing and insulating member 7 has an annular extension 16 on its underside, the width of which can be 0.5 to 0.8 mm and the height of which can be 1 to 1.2 mm.
The sealing and insulating member 7 is introduced into the outer housing 1 produced by the method according to FIGS. 8a to 8c in such a way that the annular extension 16 rests on the underside of the member 7 on the upper side of the projection 9. After applying the anode connection plate 8 and the current collector 6 on the sealing and insulating member 7, the open end part of the outer housing 1 is bent inward, whereby the upper thin wall part of the member 7 is bent against the upper wall surface of the anode connection plate 8 and the edge part 7b of the Member 7 is pressed against the projection 9 of the outer housing 1 with such a pressing pressure that the extension 16 is pressed into the bottom of the sealing and insulating member 7, as shown in FIG.
The following describes how to vent the cell described. In the normal state of the cell, in which the gas generated in the cell does not yet have sufficient pressure to move the sealing and insulating member 7, the lower edge surface of the member 7 rests on the upper side of the projection 9, as in FIG. 4 shown. If gas continues to be generated and the gas pressure in the cell increases, the sealing and insulating member 7 is lifted somewhat, but the cell is lifted by the protruding extension 16 which was pressed into the member 7 and is still on the top of the projection 9 is still sealed, so that neither gas nor electrolyte can escape from the cell.
If the gas pressure in the cell increases and reaches an abnormally high value by further generation of gas, the sealing and insulating member 7 is pressed further upwards, so that between the free end of the annular extension 16 and the top of the projection 9, as shown in FIG 6, an air gap is formed so that gas can escape to the outside through this air gap and through the grooves 15 on the circumference of the member 7. The annular extension 16 prevents gas from escaping until the gas pressure in the cell reaches a certain value and has the effect that the cell remains gas- and liquid-tight up to this gas pressure value.
For comparison with the prior art and for a better understanding of the advantages of the cell according to the invention, measurement results are given below, which were obtained on thirty alkali-manganese cells according to the invention with a sealing and insulating member with an annular extension and on thirty alkali-manganese cells of a known type, i.e. H.
were measured without an annular extension.
Gas pressure at the time of venting Type of cells 6-10 10-14 14-16 16-20 cells with an insulating 0 0 26 4 member made of polypropylene and cells with an extension of 0.5 mm thick and 0.5 mm high an insulating 12 10 8 0 member made of polypropylene without an extension
As can be seen from the table above, in the case of the known cells without an extension, the venting occurs in a very broad pressure range. Twelve cells show venting at a pressure of 6 to 10 At, ten cells at a pressure of 10 to 14 At and eight cells at a pressure of 16 to 20 At. In the cells according to the invention with the annular extension, no venting occurs in the pressure range from 6 to 14 atm. This means that the cells according to the invention remain liquid-tight and gas-tight up to a gas pressure of 14 At.
The venting of the cells according to the invention occurs in a relatively small pressure range of 14 to 20 At. In contrast, in twenty-two (12 and 10) known cells, venting occurs at a gas pressure of less than 15 At.
In the case of electrochemical cells, if venting occurs at a pressure of less than 12 At, it is difficult to keep the cells liquid and gas tight, since very low gas pressures can cause unexpected venting of the sealed cells. This has an adverse effect on the sealing properties of the closed cells.
The sealed cell should be constructed in such a way that gas venting occurs only when the gas pressure in the cell approaches the level at which the cell would burst. As can be seen from the table above, the cells according to the invention with an annular extension meet this condition, since they can operate up to a certain high internal pressure, ie. H. more than 14 At, liquid- and gas-tight and then venting occurs in all cells in a pressure range of 14 to 20 At.
If the same compressive force is exerted on the sealing and insulating members of the cells listed in the table on the projection, the pressure acting on the underside of the annular extension is greater than that on the underside of the cells according to the invention in the case of the sealing and insulating members Pressure acting on sealing and insulating members without the extension of the known cells. This is because the area of the underside of the extension of the sealing and insulating members of the cells according to the invention is smaller than the area of the underside of the sealing and insulating members of the known cells, which do not have an extension. This means that the pressure per unit area is greater in the case of the sealing and insulating members of the cells according to the invention than the pressure per unit area in the case of the sealing and insulating members of the known cells.
For this reason, venting occurs in the cells according to the invention at the high pressure values given in the table.
The surface of the metal housing from which the projection is formed is usually not smooth like a mirror, so that when the sealing and insulating member is pressed against the projection with a relatively small part of its underside by a relatively small compressive force, the gas pressure, at which the ventilation begins, depending on the roughness of the surface of the projection fluctuates as in the case of the known cells without an extension in the table above. If, however, as in the case of the cells according to the invention, the narrow underside of the annular extension of the sealing and insulating members is pressed against the projection with high pressure, the narrow underside of the extension comes into intimate, sealing contact with the uneven surface of the projection.
For this reason, the pressure at which ventilation begins in the cells according to the invention does not fluctuate as much as in the case of the known cells.
To achieve even more reliable ventilation and a better seal, a wax, a synthetic resin binder such as polyisobutylene, rubber or paraffin can be applied in the form of a thin and soft layer to the second curved part of the projection on which the annular extension sits, so that even then the tightness is ensured if the upper curved part of the projection has scratches or cracks.
The invention is not restricted to the exemplary embodiments described. For example, instead of the grooves 15 shown in FIGS. 2 and 3 on the circumference of the sealing and insulating member 7, holes 15 'with a diameter of 1 to 1.5 mm can be provided in the member 7 outside the projection, as in FIG. 7 shown. Such vent holes 15 'are preferred because the electrolyte, due to the electrocapillary action, has a tendency to creep along a metal such as the metal housing of the cell.