DE1152731B - Galvanische Primaertrockenzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine flache, leck- und nebenschlußsichere, galvanische Primärtrockenzelle mit einem metallischen, becherförmigen, zugleich als äußere Kathodenableitung dienenden Gehäuse, einem mit Elektrolyt befeuchteten Depolarisatorgemisch, einer saugfähigen, mit Alkylcelluloseäther beschichteten Papierschicht als Scheider, die das Depolarisatorgemisch oben, an der Seite und teilweise auch unten umschließt, einer aus einem plastischen, isolierenden Werkstoff bestehenden elastischen Hülle mit einwärts gewendetem Rand, welche die Zellbestandteile außen umschließt und die gegen das Gehäuse isoliert, einer nach außen gewölbten Zinkanode und einem kathodischen Sammlerkörper, von dessen Oberfläche ein Teil das Depolarisatorgemisch leitend berührt, während die andere Oberfläche die innere Bodenfläche des äußeren Gehäuses leitend berührt.

Bekannt sind kleine, flache Trockenzellen mit einem metallischen Gehäuse aus mit oxydationsbeständigem Metall, wie Zinn oder Nickel, plattiertem Stahl mit einer nach außen gewölbten Zinkanode und einem kathodischen Sammlerkörper. Diese Zellen enthalten einen Depolarisatorkörper, dessen Seitenwände sowie der obere Teil und ein Teil der Unterseite von einer mit einem isolierenden Zwischenüberzug versehener Papierhülle umschlossen sind. Als Beschichtung für mit der Anode in Berührung stehende Scheider aus saugfähiger Cellulose sind Alkylcelluloseäther ebenfalls bekannt. Der Überzug isoliert bei den beschriebenen Zellen das als positiven Pol dienende äußere metallische Gehäuse gegen die negative Elektrode. Solche Zellen sollen zwar unter erheblichem Druck dicht verschließbar sein, doch hängen dabei der Verschließdruck und die Verdichtung des Depolarisatorgemisches in umgekehrter Weise von der Menge dieses Gemisches ab, so daß nicht unter allen Umständen ein dichter Verschluß und Sicherheit gegen Leckbildung, Kriechverluste und Kurzschlüsse gewährleistet sind. Zur Verwendung derartiger kleiner Zellen auf dem Gebiet der Elektronik und elektrisch betriebener Apparate, Geräte und anderer Gebrauchsgegenstände, ζ. Β. Armbanduhren, ist jedoch eine lange Lebensdauer unter wechselnden Betriebsbedingungen erforderlich, vor allem aber eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Nebenschlüsse. Bei dichtem Verschluß der Elemente sollen alle Teile besten elektrischen Kontakt miteinander haben, um so den inneren Widerstand unter Vermeidung von Hohlraumbildung möglichst klein zu halten. Diese Bedingungen sind aber bei den bekannten Zellen, Galvanische Primärtrockenzelle

Anmelder:

Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: DipL-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. November 1955 (Nr. 548 722)

John Vail Franquemont, Lakewood, Ohio (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

wie oben erwähnt, nicht mit Sicherheit gleichzeitig erfüllt.

Der Verwirklichung dieser Ziele dient die vorliegende Erfindung, durch deren Anwendung der innere Widerstand einer Zelle auf einem minimalen Wert gehalten werden und der Zelle eine lange Lebensdauer bei Entladung unter konstantem Strom und konstanter Spannung verliehen werden kann, wobei Kriechverluste und Nebenschlüsse praktisch völlig ausgeschaltet werden. Die Zelle gemäß Erfindung ist gekennzeichnet durch eine plattenförmige, gewölbte Zinkanode unter dem oberen, einwärts gewendeten Rand der elastischen Isolierhülle, wobei der kathodische Sammlerkörper und die Anodenplatte mit den einwärts gewendeten Rändern der Isolierhülle dicht und fest verbunden sind und das äußere kapseiförmige Gehäuse einen einwärts gewendeten freien Rand aufweist, der über den Rand der elastischen Isolierhülle die Bestandteile der Zelle dicht und fest zusammenpreßt.

Nach der Erfindung aufgebaute Zellen sind in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellt. In der Fig. 1 bedeutet 10 eine Metallanode, die üblicherweise aus Zink besteht. Angrenzend an die Anode 10 befindet sich ein Scheider 12, dessen die Anode berührender Teil aus einem saugfähigen Material, wie z. B.

309 667/68

Es wurde eine Anzahl von Zellen der Leclanche-Art gemäß der Erfindung hergestellt und geprüft. Diese Versuche zeigten, daß die Zelle nach der Erfindung nebenschlußsicher ist, ausgezeichnete Lager-5 eigenschaften besitzt und unter verschiedenen Bedingungen gute Leistung liefert.

Beispielsweise wurden Zellen von 12,2 mm Durchmesser und einer Höhe von 3,2 mm hergestellt, sogenannte Knopfzellen. Diese Zellen wogen etwa

Alkylcelluloseäther, insbesondere Methylcellulose, besteht. Unter dem Scheider 12 liegt eine Papierhülle 16, die zumindest die Kanten eines Depolarisationsgemischkörpers 14 umhüllt. Der Gesamtkörper besteht vorzugsweise aus Mangandioxyd und einem pulverisierten, leitenden Verstärkungsmaterial, wie Graphit oder Ruß, z. B. Acetylenruß.

Die Anode 10, der Scheider 12, die Hülle 16 und der Gemischkörper 14 werden durch eine

aus nachgiebigem, elektrisch isolierendem Kunst- io 1,4 g und hatten ein Volumen von 0,31 cm³. Auf stoff, z. B. einem Vinylpolymeren, bestehende Decke Grund einer großen Anzahl von Versuchen ergab 18 als eine Einheit zusammengehalten, die einwärts sich eine berechnete Kapazität einer solchen Zelle bei gedrehte Randabschnitte besitzt, welche die Zellen- einer Endspannung von 1,3 V von 60 Milliampereteile umfassen und mit der Anode 10 abdichtend stunden, wenn sie bei kontinuierlicher Startentnahme verklebt sind, wie bei 19 gezeigt. Ein Kathodensamm- 15 basierend auf einer Nennspannung von 1,5 V und ler 20 aus einem nachgiebigen, elektrisch leitenden 100 Mikroampere oder weniger entladen wurde. Die Kunststoff steht in elektrischer Berührung mit dem tatsächliche Lebensdauer der Versuchszellen bei Gemischkörper 14 und ist mit einwärts gedrehten 1 V hat sich bei einer kontinuierlichen 100-Mikro-Randabschnitten der Decke 18 mittels eines z. B. bei ampere-Entnahme mit etwa 740 Stunden, bei einer 22 (Fig. 1) gezeigten Klebemittels oder durch 20 60-Mikroampere-Entnahme mit etwa 1150 Stunden, Wärmeverschmelzung verklebt. Der Kathodensamm- bei einer 30-Mikroampere-Entnahnie mit etwa 2900

Stunden, bei einer 10-Mikroampere-Entnahme mit etwa 6700 Stunden und bei einer 7-Mikroampere-Entnahme mit über 10 000 Stunden ergeben. Diese Ver-25 suche wurden bei 21° C durchgeführt. In keinem Fall traten nach dem Versuch irgendwelche Spuren von Nebenschluß auf. Versuche, die an Zellen nach einer Lagerzeit von 12 Monaten bei 21° C durchgeführt wurden, zeigten eine Aufrechterhaltung des Stromes plattiert ist. In dem Becher 24 und über der Anode 30 von 95 %, was die ausgezeichnete Lagerstabilität 10 ist eine elektrisch isolierende Platte 26 vorgesehen, bewies.

die vorzugsweise aus einem einen Vinylpolymeren- Die Zelle gemäß der Erfindung weist im Aufbau

film bildenden Material besteht und zweckmäßiger- gegenüber bekannten Ausführungen kleiner Abweise mit den einwärts gedrehten Randabschnitten messungen erhebliche Unterschiede auf, die in ihrer der Decke 18, wie bei 25 gezeigt, dichtend verklebt 35 Kombination die technische Überlegenheit gegenist. Das offene Ende des Bechers 24 ist, wie bei 28 über bekannten Zellen begründen. Neben der Vergezeigt, einwärts umgebogen, um die Zellenteile zu- wendung einer plattenförmigen an Stelle einer sammenzudrücken und sie unter starkem Druck und becherförmigen Zinkelektrode wirkt sich insbesonin enger Berührung miteinander zu halten. dere die Benutzung einer biegsamen, nachgiebigen

Bei der Herstellung einer Zelle gemäß der Er- 40 (elastisch-plastischen) Hülle zum Umschließen der findung wird eine Anode vorgesehen, die aus einem aktiven Teile der Zelle unter Mitverwendung des Blech aus Anodenmetall, für gewöhnlich Zink, be- Kathodensammlers zum Aufbau dieser Hülle vorteilsteht. An ihr kann ein Scheider angeklebt werden, haft aus. Zu den neuen Merkmalen und Maßnahmen, und ein Blatt Papier, welches die Hülle bildet, wird die an allen Teilen der Zelle einen innigen elekauf letzteren aufgebracht. Ein vorgeformter, mit 45 irischen Kontakt und damit einen geringen inneren

ler 20 besteht vorzugsweise aus einem einen Film bildenden Vinylpolymeren, das mit kohlenstoffhaltigem Material durchsetzt ist, damit es leitend wird.

Die gesamte zuvor beschriebene Einheit ist in einem Metallbecher 24 enthalten, der zweckmäßigerweise aus Messing besteht und vorzugsweise innen und außen mit Gold oder einem anderen Edelmetall

Elektrolyt angefeuchteter Gemischkörper kann dann auf das Papierblatt gebracht werden, worauf dieses um die Kanten des Gemischkörpers herumgefaltet werden kann. Anschließend wird die nichtWiderstand gewährleisten, gehört auch das Zusammenpressen von Hülle und Zellenelementen durch den fest anliegenden einwärts gebogenen Rand des die gesamte Einheit umschließenden

leitende Decke in üblicher Weise um die Zellen- 50 Metallbehälters.

teile herum angeordnet, und der Kathodensammler Die Überlegenheit der Zelle gemäß der Erfindung

wird in Berührung mit dem Gemischkörper vorgesehen und an der Decke befestigt. Die Zelleneinheit ist nun vollständig und wird in einen Metallbecher

ergibt sich aus Untersuchungen, die mit bekannten Zellen durchgeführt wurden. Es wurde dabei festgestellt, daß etwa 75% der untersuchten Zellen

eingesetzt. Über der Anode kann eine Isolierscheibe 55 bereits nach einer längeren Lagerung bei Raumtemmit einem Loch angebracht werden, und die Kanten peratur ausgebeult waren. Diese Erscheinung trat des Metallbechers können einwärts und nach unten bei sämtlichen Prüfmustern nach einem Entladeverauf die Zelleneinheit gefaltet werden. Durch dieses such bei 40 Ohm oder 37,5 Milliampere auf. Der-Umfalten oder Falzen wird ein ausreichender Druck artige Zellen waren also schon deswegen nicht auf die Zelleneinheit ausgeübt, um sie zu verformen, 60 brauchbar, weil diese Ausbeulung die Benutzung in damit alle Hohlräume in dem Becher ausgefüllt sind. einem beschränkten Raum, wie ihn z. B. eine Arm-Auch die Anode wird verformt, wobei deren mitt- banduhr bietet, nicht gestattet. Nicht zuletzt aus lerer Teil kuppeiförmig gedehnt wird, die Randab- diesem Grunde haben sich wohl auch derartige Zellen schnitte aber gehalten werden, so daß ein Flansch nicht einführen können.

die kuppeiförmige Fläche umgibt. Um eine Zellen- 65 Im Gegensatz dazu wurde an Uhrbatterien, die batterie zu bilden, ist es lediglich erforderlich, die gemäß der Erfindung gefertigt waren, bei der Zellen aufeinanderzustapeln, wie dies in Fig. 3 ge- Prüfung auf Lecken oder Ausbeulen 28 Tage nach zeigt ist. der Fertigung nur eine Ausfallquote von 0,06°/«

•ermittelt. Insgesamt wurden über einen Zeitraum von 22 Monaten 157 232 Stück in dieser Art geprüft. Bei diesen an die Verbraucher abgegebenen Zellen erfolgten so gut wie keine Reklamationen wegen Leckbildung.

Die Überlegenheit der Zelle gemäß der Erfindung gegenüber einer solchen nach einer bekannten Ausführungsform zeigt sich außerdem noch sehr augenfällig durch die Gegenüberstellung wesentlicher Werte gemäß der nachstehenden Tabelle.

Zellenausfiihrung	Volumen cm'1	Entnahme mA	Betriebs stunden	Kapazität in Ampere stunden	Amperestunden cm»
USA.-Patentschrift 2 689 877 Zelle nach der Erfindung	8 0,31	37,5 j	25 3	0,094 0,009	0,012 0,03

Die Tabelle läßt erkennen, daß die Zelle nach der Erfindung bei einem Volumen von nur einem Vierundzwanzigstel gegenüber der bekannten Zelle etwa ein Zwölftel der Entnahme bei einer Betriebsdauer von einem Achtel gestattet, wobei die Kapazität der kleinen erfindungsgemäßen Zelle etwa ein Zehntel der 24mal so großen bekannten Zelle beträgt. Dabei ergibt sich hinsichtlich der Leistung je Kubikzentimeter Volumen eine etwa 2Vafache Überlegenheit der neuen Zelle. Über die Leistungsfähigkeit der Zellen geben weiterhin die Entladekurven Aufschluß, die bei der kontinuierlichen Entnahme von 3, 5 und 7 Milliampere gewonnen wurden. Bei einem Dauerkurzschluß von 6 Monaten blieb die Form der Zellen unverändert; eine Leckbildung wurde nicht festgestellt.

Es hat sich gezeigt, daß sich, wie oben im einzelnen dargelegt wurde, die Zelle gemäß der Erfindung in kleinsten Abmessungen leckdicht und nebenschlußsicher herstellen läßt und eine Entladung über mehrere tausend Stunden unter konstanter Belastung erlaubt. Sie ist ganz allgemein dort mit Vorteil und außerordentlich betriebssicher verwendbar, wo niedrige Entnahmen über lange Zeiträume verlangt werden und nur beschränkter Raum für den Einbau zur Verfügung steht, wie dies z. B. in batteriebetätigten Zeitmessern der Fall ist.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Flache, leck- und nebenschlußsichere galvanische Primärtrockenzelle mit einem metallischen, becherförmigen, zugleich als äußere Kathodenableitung dienenden äußeren Gehäuse, einem mit Elektrolyt befeuchtetem Depolarisatorgemisch. einer saugfähigen, mit Alkylcelluloseäther beschichteten Papierschicht als Scheider, welche das Depolarisatorgemisch oben, an der Seite und teilweise auch unten umschließt, einer aus einem plastischen, isolierenden Werkstoff bestehenden elastischen Hülle mit einwärts gewendetem Rand, welche die Zellbestandteile außen umschließt und sie gegen das Gehäuse isoliert, einer nach außen gewölbten Zinkanode und einem kathodischen Sammlerkörper, von dessen einer Oberfläche ein Teil das Depolarisatorgemisch leitend berührt, während die andere Oberfläche die innere Bodenfläche des äußeren Gehäuses leitend berührt, gekennzeichnet durch eine plattenförmige, gewölbte Zinkanode (10) unter dem oberen, einwärts gewendeten Rand (19) der elastischen Isolierhülle (18), wobei der kathodische Sammlerkörper (20) und die Anodenplatte (10) mit den einwärts gewendeten Rändern der Isolierhülle (18) dicht und fest verbunden sind und das äußere kapseiförmige Gehäuse einen einwärts gewendeten freien Rand (28) besitzt, der über den Rand (19) der elastischen Isolierhülle (18) die Bestandteile der Zelle dicht und fest zusammenpreßt.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenplatte (10) außen von einer entsprechend gleichsinnig zu ihr ausgewölbten, mit mittlerer Durchtrittsöffnung versehenen Isolierplatte (26) abgeschirmt ist, deren Rand unter den Rand des äußeren Gehäuses greift und von diesem ebenfalls festgehalten und angepreßt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 868 170; USA.-Patentschrift Nr. 2 689 877.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 309 667/68 8.63