DE2223573A1 - Batteriezelle - Google Patents

Description

DtpL-lng. WERNER COHAU S2 ^WpJ.-lnfl.Wim ELM FLORACK. DipUofl. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, S<humannstro6· 97

Joseph Lucas (Industries) Limited

Great King Street

Birmingham, England 12. Mai 1972

Batteriezelle
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle.

Die Erfindung besteht in einer Batteriezelle, die gekennzeichnet ist dureii zwei elektrisch miteinander verbundene Luftelektroden, die auf Jeweils gegenüberliegenden Seiten einer Anode sitzen und ihr gegenüber isoliert sind, wobei jede Luftelektrode Katalysatormaterial enthält, des auf einer Lage aus porösem Material sitzt, wobei die Lagen aus porösem Material an ihren Peripherien miteinander verbunden sind, derart, daß eine Zellenkammer gebildet wird, die die Luftelektroden und die Anode enthält, wobei mindestens ein Elektrolytbehälter innerhalb der Zellenkammer angeordnet ist und den Löslichstoff des Elektrolyten der Zelle enthält, derart, daß dann, wenn das erforderliche Lösungsmittel mit dem Löslichstoff gemischt wird, der Elektrolyt entsteht, wobei die Zellenkammer mit einer Öffnung versehen ist, durch die das Löungsmittel in die Zellenkammer einführbar ist, und wobei der Elektrolytbehälter dem Lösungsmittel gegenüber permeabel ist, derart, daß das Lösungsmittel bei Einführung in die Zellenkammer in den Behälter fließt und den Lösulichstoff auflöst und den Elektrolyten für die Seile erzeugt.

Torzugsweise hat der Löslichtstoff innerhalb des Elektrolytbehälters die Form von Pulver.

Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Löslichstoff um Kaliumhydroxyd, und bei dem Lösungsmittel handelt es sich um Vasser.

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Vorzugsweise hat der Behälter die Form eines versiegelten Beutels, der aus einem Zellulosexanthatfilm hergestellt ist, wobei eine solche Anordnung vorgesehen ist, da3 das Lösungsmittel durch die Vände des Beutels zum Auflösen des Löslichstoffs wandern und der entstehende Elektrolyt durch die Vände des Beutels zum Aktivieren der Zelle wandert.

Vorzugsweise sind die Lagen aus porösem Material nicht-leitend, und leitendes Material sowie das Katalysatormaterial ist von ihnen getragen.

Insbesondere handelt es sich bei den Lagen aus porösem Material um Polytetrafluoräthylene

Zweckmäßigerweise sind die Lagen aus porösem Material durch jeweilige Teile eines einzigen Streifens gebildet, der aus dem porösen Material besteht und der gefaltet ist, derart, daß die Lagen an ihren Peripherien miteinander verbindbar sind.

Ferner besteht die Erfindung in einer Battierie, die gekennzeichnet ist durch eine Ansah! von Zellen der vorstehend beschriebenen Art.

Die Erfindung ist Im nachfolgenden an Hand eines Ausführangebei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sinds

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Zelle für eine Batterie und Fig. 2 bis 4 schematisohe Darstellungen von drei Phasen in der Fertigang der in Tig. 1 gezeigten Zelle.

Birne Zelle 10 ffix eine Batterie besteht aus eines Streifen 11 ms mikroporösem, gasdurchlässigem Polrtetrafluorlthylea, der mm seine Mittellinie herumfefaltet ist und eine metallisierte Schicht, vorzugsweise liokel, auf einer Seite aufweist. line Lage 12 am· katalytisch aktivem Material wird von der metallisierten Fliehe de·

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Streifens getragen und erstreckt sich auf beiden Seiten der Faltung im Streifen, um zwei elektrisch miteinander verbunden· Luftelektroden zu bilden. Die Lage 12 ist durch einen Streifen 13 aus einem porösen* isolierenden, schweififähigen Material mit im wesentlichen den gleichen Abmessungen wie der Streifen 11 abgedeckt. Der Streifen 13 hat Torzugsweise die Form wahllos-fasrigen Polyamidmaterials, das unter der Bezeichnung BOKDINA erhältlich ist. Der Streifen 13 ist ebenfalls längs seiner Mittellinie gefaltet, und eine Anode 14, bestehend auε einem Silbergitter, das eine poröse Zinkstruktur trägt, ist zwiechen den gefalteten Partien des Streifens 13 angeordnet. Darüber hinaus sind zwischen den gefalteten Partien des Streifens 13 und jeweils gegenüberliegenden Seiten der Metallanode 14 zwei Beutel 15 eingefangen, die aus Zellulosexanthatfolie (CELLOPHAN) hergestellt sind, speziell aus PUDO 134 CELLOPHAIi, und sie sind durch ein Polyesterklebband 15a hermetisch versiegelt, das von der Firma JiK Company Limited zu beziehen ist. Die Beutel 15 enthalten jeweils pulverförmiges Kaliumhydroxyd, und um die Zelle zu aktivieren, wird das Kaliumhydroxyd in Wasser in der nachstehend beschriebenen Veise aufgelöst. Die elektrischen Yerbindungen zur Anode 14 und zum aktiven Material werden durch elektrische Stromzuführungen 16, I7 hergestellt, die sich von der Zelle zwischen den gefalteten Partien des Streifens erstrecken, wobei die Gefalteten Partien des Streifens 11 um die Peripherien herum verbunden sind.

Um die vorstehend beschriebene Zelle 10 herzustellen, wird der Streifen 11 zunächst metallisiert, und die Lage 12 aus aktivem Material wird auf die metallisierte Fläche des Streifens 11 aufgegeben. Der Streifen¹wird dann über die Lage 12 gelegt. Die Beutel 15 werden dann am Streifen 13 auf gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie des Streifens I3 angeordnet, um die der Streifen I3 herumgefaltet werden soll. Die Anode I4 wird auf den Streifen 1p gelegt, und die Stromzuführungen 16, I7 werden mit der Anode I4 und dem aktiven Material entsprechend verbunden. Die freien Enden der Stromzuführungen 16, 17 enden jenseite der Sander der Streifen 11, 13t und jede der Stromzuführungen 16, I7 ist mit einer PTC-Eülse 18 versehen, die

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sich um die Partie der betreffenden Stromzuführung erstreckt, die an den peripheren Händern der Streifen 11, 13 liegt. Ein· entfernbarer Stift 19 wird dann auf den Streifen 13 an der Anode 14 so angeordnet, daß er sich von den peripheren Rändern der Streifen 11, 13 wegerstreckt, und der Ltreifen 11 wird dann um seine Mittellinie so herumgefaltet, da? die Anode I4 eingeschlossen wird, ebenso der Stift 19 und die Stromzuführungen 16, 1?» und zwar zwischen den gefalteten Partien des Streifens 13· Die Zelle wird dann versiegelt, indem eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den gefalteten Partien des Streifens 11 an den Peripherien der gefalteten Partien und zwischen den Streifen 11 und den Hülsen 18 hergestellt wird. Da ein peripherer Rand der Zelle durch eine Faltung im Streifen 11 gegbildet ist, muß sich die Verbindung zwischen den gefalteten Partien des Streifens 11 nur um drei Seiten der Metallanode I4 herum erstrek- ken, wie das in I'ig. 1 gezeigt ist. Eine Versiegelung der Zelle wird mittels eines Ültraschallschweißwerkzeugs 21 bewirkt, wobei dae Werkzeug durch eine vibrierende Sonotrode 22 und einen Stützamboß 23 gebildet ist, die auf gegenüberliegenden Seiten des gefalteten Streifens 11 sitzen. Sie Sonotrode 22 und der Amboß 23 haben jeweils eine solche Form, daß am Streifen 11 nur an den Partien angegriffen wird, an denen die Versiegelung erfolgen soll. Ferner sind die Sonotrode 22 und der Amboß 23 jeweils mit Ausnehmungen 24 in deren Bereichen versehen, die am Stift 19 und an den Stronzuführungen 16, 17 während der Versiegelung angreifen. Das Vorsehen der Ausnehmungen 24 verhindert das Ausüben übermäßigen Drucks durch das Werkzeug 21 auf die Stromzuführungen 16, 17 und den Stift 19 und ermöglicht ein Formen des Streifens 11 in die richtige Form um die Stromzuführungen und den Stift herum. "Jährend der TTltraschallverbindung ferfolgt ein Schmelzen von Partien des schweißfähigen Streifens I3 und der Hülse 18 an der Peripherie der Zelle, wobei die geschmolzenen Partien in die Poren des gasporösen PTFÄ'-Streifens 11 fließen, der natürlich durch die Ultraschallenergie nicht zum Schmelzen gebracht wird. Sei Kühlung entsteht also eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den gefalteten Partien des Streifens 11 und zwischen der Hülse 18 und dem streifen 11. Die Verbindung dient auch zum Formen

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der Hülse 18 an die Stromzuführungen 16 bzw. 17, so daß die Stromzuführungen in der vorgesehenen Lage der Zelle gegenüber gehalten werden. Die Zelle 10 ist damit fertig, und der Stift 19 wird aus der Zelle herausgenommen, um eine Öffnung 25 (Fig. 1) in der Zellenkammer zu bilden, die innerhalb der versiegelten Partien des Streifens 11 gebildet it, wobei die Öffnung 25 eine Aktivierung der Zelle ermöglicht.

Die Zelle wird daudrch aktiviert, daß Wasser in die Zelle 10 durch die Öffnung 25 eingeführt wird. Da das Fertigungsmaterial für die Beutel I5 wasserdurchlässig ist, wandert das Wasser innerhalb der Zelle 10 durch die Wände der Beutel I5» um das darin enthaltene Kaliumhydfoxyd aufzulösen, und das in dieser Veise entstandene Elektrolytmaterial wandert durch die iiände. Perner löst die Lösung das Klebemittel des Bands 15a auf, so daß das Band 15a wegfällt, um damit eine schnellere Verteilung des Elektrolyten innerhalb der Zelle sicherzustellen. Indem also \.asser «fcrch die Öffnung 25 eingeführt wird, entsteht Elektrolyt innerhalb der Zelle 10, um die Zelle zu aktivieren.

In einer Abwandlung werden die Beutel I5 aus nichtgewebtem Polyamidstreifen gebildet, der als BONDIIiA FT2100 vertrieben wird und dert werden sie mit Kaliumhydroxydflocken gefüllt* Die Beutel werden jeweils so hergestellt, daß ein bestimmtes Gewicht an Kaiiumhydroxydflocken oder -Pulver auf ein Stück des Polyamidetreifens gelegt wird, der Streifen umgefaltet wird, um die Flocken zu umschließen, und dann die gefalteten Partien des Streifens zwischen erhitzten, mit PoIytetrafluorähtylen beschichteten Platten zusammengedrückt werden, wobei mit Distanzscheiben gearbeitet wird, um die erforderliche Dicke der 3eutel I5 zu bestimmen. Die Wärmeversiegelung wird bei einem Druck von 5»6 kp/cm und bei einer Temperatur von 100 C für die Dauer von 5 bis 10 Sekunden bewirkt.

Es versteht sich, daß das Kaiiumhydroxyd innerhalb der Beutel I5 in Tabletten- oder Kugelform vorgesehen sein kann, das hat aber den Ef-

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fekt, die Auflösungsgeschvindigkeit des Kaliumhydroxyde zu rerringern. Ferner können natürlich andere chemische Subitanten al· Kaliumhydroxyd in den Beuteln 15 verwendet werden, um den Elektrolyten für die Zelle zu bilden, nachdem Wasser oder ein anderes geeigafcee Lösungsmittel in die Zelle eingeführt wird.

In einer Abwandlung des vorstehenden Ausführungsbeispiels wird mit einem langgestreckten Streifen aus Polytetrafluoräthylen gearbeitet, derart, daß eine Anzahl von Teileinheiten entstehen, die durch den Streifen miteinander verbunden sind, wobei die Zellenkammer jeder Einheit innerhalb von Partien des Streifens gebildet ist, die dadurch entstehen, daß der Streifen längs seiner Längsmittellinien gefaltet wird und dann eine flüssigkeitsdichte Versiegelung um die Anode jeder Zelle* herum gebildet wird. Der Streifen aus miteinander verbundenen Zellen kann dann geteilt werden, um eine Vielzahl von Einzelzellen entstehen zu lsssen, oder alternativ kann er verwendet werden, um eine AkBatterie mit nebeneinanderliegenden Seilen zu bilden, wobei die Zellen in der Batterie durch den Streifen miteinander verbunden sind.

Patentansprüche

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   Batteriezelle, gekennzeichnet durch zwei elektrisch miteinander verbundene Luftelektroden, die auf jeweils gegenüberliegenden Seiten einer Anode sitzen und ihr gegenüber isoliert sind, wobei jede Luftelektrode Katalyotormaterial enthält, das auf einer Lage aus porösem Material sitzt, wobei die Lagen aus porösem Material an ihren Peripherien miteinander verbunden sind, derart, daß eine Zeilenkamin er gebildet wird, die die Luftelektroden und die Anode enthält, wobei mindenstens ein Elektrolytbehälter innerhalb der Zellenkammer angeordnet ist und den Löslichstoff des Elektrolyten der Zelle enthält, derart, da3 dann, wenn das erforderliche Lösungsmittel mit dem Löslichstoff gemischt wird, der Elektrolyt entsteht, wobei die Zellenkammer mit einer öffnung versehen ist, durch die das Lösungsmittel in die Zellenkammer einführbar ist, und wobei der Slektrolytbehälter dem Lösungsmittel gegenüber peraeabel ist, derart, daß das Lösungsmittel «xbei Einführung in die Zellenkammer in den Behälter fließt und den Löslichstoff auflöst und den Elektrolyten für die Zelle erzeugt.
2. 2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Löslichetoff innerhalb des oder jeden Slektrolytenbehälters in Pleöken- oder Pulverform vorgesehen ist.
3. 3· Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösliohstoff Kaliumhydroxyd ist, während das Lösungsmittel *^rasser ist.
4. 4. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis ;·, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Elektrolytenbehälter die !Form eines versiegelten Beutels hat, der aus Zellulosejpanthatfolie hergestellt ist.
5. 5. Zelle nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß· die Hander des Beutels durch ein Klebband miteinander verbunden sind, dessen Klebemittel durch oder in dem Elektrolyten löslich ist.
6. 6. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,

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   daß der oder jeder Behälter aus einem wärmeversiegelten Po^Jamidestreifen jrefertigt ist, der dem Lösungsmittel gegenüber durchlässig ist.
7. 7· Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, ά.&ϊι die Lagen aus sacporösem Ilaterial nicht leitend sind und daß sie leitendes Ilaterial sowie das Katalysatomaterial tragen.
8. 8. Zelle nach einen der Ansprüche 1 bis 7> dandurch gekennzeichnet, daß die Lagen aus porösem Material Polytetrafluoräthylenlagen sind.

   9t Seile nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen aus porösem Material durch jeweiligen Teile eines ein zigen Streifens aus dem porösen Material gebildet sind, wobei der Streifen derart gefaltet ist, daß eine Verbindung der Lagen an ihren Peripherien ermöglicht ist.

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