DE2742869A1

DE2742869A1 - Gasdicht verschlossene galvanische zelle mit kunststoffgehaeuse

Info

Publication number: DE2742869A1
Application number: DE19772742869
Authority: DE
Inventors: Eckart Dipl Phys Buder; Bernd Ing Grad Gnida; Hans-Juergen Dipl Ing Schwartz; Gerhard Simon
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1977-09-23
Publication date: 1979-04-12
Also published as: DE2742869C2

Description

Gasdicht verschlossene galvanische Zelle mit
Kunststoffgehäuse Die Erfindung betrifft eine gasdicht verschlossene galvanische Zelle mit Kunststoffgehäuse und formschlüssig mit dem Kunststoff verbundenen Kontaktscheiben, die über Stromableiter mit den Elektroden verbunden sind sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zelle.
Die Erfindung ist insbesondere auf Kunststoffgehäuse für gasdichte Nickel/Cadmium Akkumulatoren mit Sinterfolienelektroden geri#htet.
Der Einsatz von Behältern aus Kunststoff zur Aufnahme galvanischer Elemente ist bekannt. So beschreibt die DT-PS 2 ;38 707 ein becherförmiges Gehäuse aus Kunststoff für Knopfzellen, wobei im Gehäuseteil und im Deckelteil Pole aus elektrisch leitendem Werkstoff befestigt sind. Die Polstücke werden bereits beim Spritzvorgang von dem geschmolzenen Kunststoff umströmt und in ihm eingeschlossen. Das becherförmige Gehäuse ist zur Aufnahme von zwei galvanischen Elementen als Doppelkammer ausgebildet. Diese Konstruktion ist insbesondere zur Herstellung von Knopfzellen geeignet.
Der Bau mlichst flacher Zellen mit Sinterfolienelektroden ist nach der DT-PS nicht möglich.
Aus der US-?S 3 928 077 ist eine gasdichte Flachzelle bekannt, die zwei miteinander verbundene negative Elektroden enthält, welche eine von Separatoren abgedec te positive Elektrode umgeben. Das Gehäuse besteht aus einem kastenförmigen Metallboden, der mit den negativen Elektroden verbunden ist. Die Oberseite des Gehäuses wird durch einen Plastikdeckel abgeschlossen, der eine nietförmige Poldurchführung zur positiven Elektrode und eine als Überdrucksicherung ausgebildete Ventilöffnung enthält.
Daneben ist in dieser Druckschrift eine galvanische Flachzelle mit Ganzmetall-Gehäuse becchrieben. Auch hier sind die negativen Slektroden mit dem Metallgehäuse elektrisch verbunden, während die positive Elektrode über eine besondere isolierende Dichtung herausgeführt ist.
Gasdichte Zellen mit Metallgehäuse erfordern in der Regel aufwendige Herstellungsverfahren; ganz besonders problematisch erweist sich hierbei die Stromableitung der nicht mit dem Gehäuse elektrisch verbundenen Elektrode. Weiterhin sind Schwierigkeiten bei einer hermetischen Abdichtung im Übergang vom Metallgehäuseteil zum Kunststoff- bzw. zum isolierenden Teil zu erwarten.
Zusätzliche Nachteile können auch bei Temperaturen unter Oo Celcius auftreten, bei denen die Durchführung aufgrund der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien ihre hermetische Abdichtung verliert. Ebenso kann bei längerer Überladung ein hoher Zelleninnengasdruck entstehen, der je nach Konstruktion der Zelle bzw. der verwendeten Materialien und Gehäusestärken ein Ausbauchen des Flachzellengehäuses verursachen kann; bzw. bei Überkopfbetrieb kann Elektrolyt aus der als Überdrucksicherung ausgebildeten Ventilöffnung austreten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst flache gasdichte galvanische Zelle mit umschlieflendem Kunststoffgehäuse zu schaffen, dessen Abmessungen bei Druckgasentwicklung im Zellinneren durch mögliche Überladung oder Dauerladung unverändert bleiben.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Elektroden und Separatoren in Form eines Plattenpaketes angeordnet sind, das von einem aus Bodenteil und Deckel bestehenden Gehäuse umgeben ist, daß der Deckel zwei als Poldurchführungen ausgebildete Kontaktscheiben enthält, daß der Gehäuseboden wenigstens einen Gehäusezapfen besitzt, der in das mit entsprechenden Aussparungen versehene Plattenpaket hineinragt llnd daß die Spitze des Gehausezapfens mit dem Gehäusedeckel verschweißt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Material des Gehäuses und der Kontaktscheiben einen annähernd gleichen Wärmekoeffizienten. Der Gehäusezapfen überragt die Kanten des Gehäusebodens und ist mit einer sich verjüngenden Spitze versehen. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Akkumulators werden die positiven und negativen Elektroden sowie die zwischen den Elektroden befindlichen Separatoren zu einem Plattenpaket zusammengefügt und durch laugenbeständiges Klebeband fixiert. Anschließend werden die Stromableiter der die positive Elektrode umgebenden negativen Elektroden zusammengeschweißt. Das Plattenpaket wird sodann über den Gehäusezapfen aufgesteckt und die Stromableiter an die Kontaktscheiben des Deckels angeschweißt. Anschließend werden Gehäusezapfen und Kanten des Gehäusebodens durch Hochfrequenz- oder Ultraschallsch#eißung miteinander verbunden.
Dabei dienen die Kanten des Gehäusebodens und die Spitze des Gehäusezapfens als Energierichtungsgeber für den Schweißvorgang.
Im folgenden ist anhand der Figuren 1 bis 5 der Gegenstand der Erfindung näher erläutert. Figur 1 zeigt die Einzelteile der Zelle vor der Montage: in den Figuren 2 bis 5 sind verschiedene Arten von Poldurchführungen im Querschnitt dar?estellt.
Gemäß Fiqur 1 besteht die Zelle aus dem mit den Kontaktscheiben 1 versehenen Deckel 2, der zusammen mit dem Bodenteil 3 das Elektrodenpaket enthält. Das Elektrodenpaket besteht aus einer positiven Elektrode 7, die von zwei Separatoren 9 und zwei negativen Elektroden 8 umgeben ist. Die Elektroden und Separatoren enthalten in ihrer MItte eine Aussparung 5, durch welche der Gehäusezapfen 4 des Bodenteils einschiebbar ist. Die Höhe des Gehäusezapfens ist so bemessen, daß bei Aufschieben des Gehäusedeckels 2 auf den Bodenteil dieser bis zum Deckel reicht. Bodenteil 3 besitzt Seitenkanten 6, auf denen der Gehäusedeckel 2 aufsitzt. Die Seitenkanten 6 dienen als Energierichtungsgeber für die Verschweißung von Bodenteil und Gehäusedeckel. Der Gehäusezapfen 4 fixiert das Plattenpaket in seiner Lage im Gehäuse und dient hauptsächlich zur Stabilisierung des Zellgefäßes bei Überladung und Dauerladung der erfindungsgemäßen Zelle.
Die positive Elektrode 7 bsitzt eine Stromableiterfolie, die über den Stromableiter 11 - durch die Aussparung 12 von der negativen Elektrode isoliert - mit der Kontaktscheibe 1 verbunden wird. Entsprechend ist Stromableiter 10 der unteren negativen Elektrode 8 über Aussparung 13 von der positiven Elektrode 7 isoliert. Die beiden Stromableiter 10 der negativen Elektroden sind miteinander an die negative Kontaktscheibe 1 angeschlossen. Das Profil der Kontaktscheiben ist so gestaltet, daß die Mantelflächen einen möglichst intensiven Kontakt mit dem sie umgebenden Kunststoff erzielen.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Akkumulators werden die positiven und die negativen Elektroden zusammen mit den zwischen die Elektroden gelegten Separatoren 9 zu einem Plattenpaket zusammengefügt, das mit einem laugebeständigen Klebeband versehen wird. Anschließend wird der negative Stromableiter 10 der unteren Elektrode 8 nach oben gebogen und mit dem Stromableiter 10 der oberen Elektrode durch schweißen verbunden. Nach Aufstecken des Plattenpaketes auf den Gehäusezapfen 4 werden die Stromableiter 10 und 11 an die Kontaktscheiben 1 des Deckels 2 angeschweint. In einem daran anschließenden Schweißvorgang werden der Gehäusezapfen 4 und die Kanten 6 des Gehäusebodens 3 mit dem Deckel verschweißt. Hierfür sind insbesondere Ultraschall- bzw. Hochfrequenzschweißverfahren geeignet. Das Gehäuse ist somit gasdicht und elektrolytdicht verschlossen.
Figur 2 zeigt im Querschnitt eine durch Stanzung hergestellte Kontaktscheibe. Die Kontaktscheibe besteht aus einem zylindrischen Mittelteil 13, das von einem Außenteil 14 in Form eines Ringtellers umgeben ist. Die Höhe des Mittelteils 13 entspricht der Wandstärke des Gehäusedeckels 2. Die StirnflAchen des Mittelteils dienen der Kontaktierung, die Oberflächen des Außenteils 14 sind vom Kunststoff des Gehäusedeckels 2 umgeben.
Figur 3 zeigt eine Kontaktscheibe, die in ihrem Aufbau im wesentlichen der in Figur 2 dargestellten Anordnung entspricht.
Zur besseren Verankerung im Kunststoff ist jedoch das ringtellerförmige Außenteil zusätzlich mit Bohrungen 15 versehen.
Figur 4 zeigt eine durch Tiefziehen hergestellte Kontaktscheibe, die einen zylindrischen, napfförmigen Mittelteil 19 besitzt; der Rand 18 des Mittelteils ist so gebogen, daß eine Scheibe 16 in Form eines Ringtellers in halber Napfhöhe das Mittelteil umgibt. Die Höhe des Mittelteils 19 zwischen Napfbodenaußenseite und Rand 18 entspricht der rlandstarke des ehusedeckols 2. Vorzugsweise befindet sich der Napfboden des mittelteils an der Außenseite des Gehäusedeckels 2. Es ergibt sich eine vorceilhafte Vereinfachung der Montage, da der Innenraum 17 des napfförmigen Mittelteils 19 zur Aufnahme eines Haltezapfens im Spritzwerkzcug dient.
Eine weitere Form der Poldurchführung mit Hilfe einer Schraubverbindung ist anhand der Figur , erläutert. Die Stromableiter der Elektroden sind mit Schraubenköpfen 20 elektrisch und mechanisch verbunden. Die von einem Rundschnurring 21 umgebenen Schraubenschäfte 22 werden durch eine öffnung des Gehäusedeckels geführt und auf der Gehiuseaunenseite durch tellerförmige Muttern 23 gehalten.
Diese Muttern bilden auch gleichzeitig die Kontaktscheiben zur Stromabgabe. Die Deckel bohrung ist auf der Innenseite des Gehäusedeckels 2 mit einer Ringschulter 24 versehen. Der bei Verschraubung auf den Dichtring 21 einwirkende Druck wird durch die Höhe dieser Ringschulter 24 vorgegeben.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Gasdicht verschlossene galvanische Zelle mit Kunststoffgehäuse und formschlüssig mit dem Kunststoff verbundenen Kontaktscheiben, die über Stromableiter mit den Elektroden verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (7,8) und Separatoren (9) in Form eines Plattenpaketes angeordnet sind, das von einem aus Bodenteil (3) und Deckel (2) bestehendem Gehäuse umgeben ist, daß der Deckel (2) zwei als Poldurchführungen ausgebildete Kontaktscheiben (1) enthält, daß der Gehäuseboden (3) wenigstens einen Gehäusezapfen (4) besitzt, der in das mit entsprechenden Aussparungen (5) versehene Plattenpaket hineinragt und daß die Spitze des Gehäusezapfens (4) mit dem Gehäusedeckel (2) verschweißt ist.
2. Gasdicht verschlossene galvanische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktscheiben (1) und das Material des Gehäuses (2,3) einen annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen.
3. Gasdicht verschlossene galvenische Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktscheibe (1) aus einem zylinderförmigen Mittelteil (13) besteht, das von einem Außenteil (14) in Form eines Ringtellers umgeben ist, der in den Kunststoff des Gehäusedeckels (2) eingelassen ist.
4. Gasdicht verschlossene galvanische Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktscheibe aus einem zylindrischen, napfförmigen Mittelteil (19) besteht, dessen Höhe der Wandstärke des Gehäusedeckels (2) entspricht und dessen Rand so gebogen ist, daß etwa in halber Napfhöhe eine umlaufende Scheibe (16) in Form eines Ringtellers vorliegt, die vom Kunststoff des Gehä#sedeckels (2) umgeben ist.
5. Gasdicht verschlossene galvanische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusezapfen über den oberen Rand der Kanten (6) des Gehäusebodens (3) hinausragt und mit einer sich verjüngenden Spitze versehen ist.
6. Gasdicht verschlossene galvanische Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (6) des Gehäusebodens (3) und die Spitze des Gehäusezapfens (4) als Energierichtungsgeber zum Verschweißen vorgesehen sind.
7. Verfahren zur Herstellung einer gasdicht verschlossenen galvanischen Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven und negativen Elektroden (7,8) und die zwischen den Elektroden befindlichen Separatoren (9) zu einem Plattenpaket zusammengefügt und fixiert werden, daß die Stromableiter (10) der negativen Elektroden zusammengeschweißt werden, daß das Plattenpaket auf den Gehäusezapfen (4) aufgesteckt wird und die Stromableiter <10,11) an die Kontaktscheiben (1) des Deckels (2) angeschweißt werden und daß an3chließend Gehäusezapfen (4) und die Kanten (6) des Gehäusebodens (3) mit dem Deckel (2) verschweißt werden.