DE4331695A1

DE4331695A1 - Elektrochemische Zelle

Info

Publication number: DE4331695A1
Application number: DE4331695A
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Attwood; Werner Georg Grasse
Original assignee: AABH Patent Holdings SA
Current assignee: AABH Patent Holdings SA
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2013-09-18
Also published as: FR2695758B1; DE4331695C2; GB9319237D0; GB9219704D0; FR2695758A1; JPH06236751A; GB2270794A; ZA936673B; GB2270794B; US5441829A

Description

Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebe nen Gegenstand. Die Erfindung betrifft insbesondere eine elektrochemische Zelle. Sie betrifft ebenfalls eine Batterie aus elektrochemischen Zellen und ein Verfahren zur Herstel lung einer elektrochemischen Zelle.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine elektrochemische Zelle mit einem Gehäuse in der Form eines metallischen Be hälters bzw. Kanisters mit einem Boden und wenigstens einer Seitenwand und einem dem Boden gegenüberliegenden offenen Ende bereitgestellt, wobei das offene Ende durch eine Abdeckung bzw. einen Verschluß verschlossen ist, der Verschluß einen Rand aufweist, der mit dem Gehäuse an diesem offenen Ende verbunden ist, wobei die Zelle ein Paar Elektroden aufweist, die an dem offenen Ende des Gehäuses jeweils mit Elektrodenpolen versehen sind, wobei einer dieser Pole ein äußerer Pol ist, der elektronisch mit dem Gehäuse an dem Rand des Verschlusses verbunden ist, das Gehäuse einen Stromkollektor für eine der Elektroden bildet, und der ande re der Pole ein zentraler Pol ist, der elektronisch mit einem getrennten Stromkollektor für die andere Elektrode verbunden ist, wobei der getrennte Stromkollektor der Länge nach Innen von dem Zellverschluß, radial nach Innen von dem Rand des Abschlusses hervorragt, der elektronisch von dem Gehäuse isoliert ist, wobei der äußere Pol seitlich nach Außen von dem Rand des Gehäuses hervorragt, um an einer längs nach Außen von dem Abschluß entfernten Stelle über eine Seitenwand des Gehäuses vorzuspringen, wobei die Pole so angeordnet sind, daß die Zelle Seite an Seite mit einer identischen Zelle, mit ihrem äußeren Pol in Kontakt mit dem zentralen Pol dieser identischen Zelle, angeordnet werden kann.

Der äußere Pol kann wenigstens eine Kontaktfläche zum An stoßen gegen eine komplementäre Kontaktfläche auf dem zen tralen Pol dieser vorerwähnten identischen Zelle schaffen, wenn die Zellen Seite an Seite angeordnet werden, wobei der zentrale Pol wiederum wenigstens eine Kontaktfläche zum Anstoßen gegen eine vorerwähnte Kontaktfläche auf dem äuße ren Pol von einer vorerwähnten identischen Zelle schafft, wenn die Zellen Seite an Seite angeordnet werden.

Die Kontaktflächen der Pole können axial oder längs gegen überstehen, d. h. in einer Richtung parallel zu der Längs abmessung des Gehäuses, die die Richtung von ihrem Boden zu ihrem oberen Ende oder umgekehrt ist. Statt dessen können die Kontaktflächen der Pole transversal bzw. quer nach Außen, relativ zu dieser Längsabmessung gegenüberstehen.

Während das Zellgehäuse zylindrisch und von kreisförmigem Querschnittsumriß sein kann, so daß es eine einzelne geboge ne Seitenwand hat, ist es vorzugsweise prismenförmig, ggf. von hexagonalem oder rechteckigem, z. B. quadratischem Quer schnitt, um eine dichte Packung zu erleichtern, wobei in diesem Fall es vier rechteckige Seitenwände hat, wobei der Verschluß in diesem Fall quadratisch im Umriß ist und einen aus vier Seitenkanten hergestellten Rand hat. In dem Fall einer prismenförmigen Zelle mit quadratischem Querschnitt kann der äußere Pol sich längs nach Außen an einer zentralen Stelle von einer der Seitenkanten des Verschlusses erstrecken. In diesem Fall ist der zentrale Pol praktischerweise so angeordnet, daß die Zelle Seite an Seite mit einer identi schen Zelle angeordnet werden kann, wobei jede Seitenwand einer jeden Zelle Fläche zu Fläche mit jeder Seitenwand der identischen Zelle gegenüberstehen, mit der Ausnahme, daß die Seitenwände an diesen Zellen, die aufgrund ihrer äußeren Pole hervortreten, nicht in aneinanderstoßender Weise mit einander angeordnet werden können.

Der äußere Pol kann einen flachen Flansch enthalten, der sich längs nach Außen erstreckt, wodurch eine axiale gegen überstehende Kontaktfläche flach und senkrecht zu jeder Seitenwand geschaffen wird, wobei der zentrale Pol in ähn licher Weise einen flachen Flansch, parallel zu dem Flansch des äußeren Pols enthält, wodurch eine axiale gegenüberste hende Kontaktfläche geschaffen wird. Statt dessen kann der flache Flansch des äußeren Pols einen hochstehenden Rand aufweisen, der eine quer nach Außen gegenüberstehende Kon taktfläche schafft, wobei der zentrale Pol einen hochstehen den peripheren Rand hat, der die oder jede Kontaktfläche davon schafft, der ebenfalls quer nach Außen gegenübersteht. In einer anderen Abwandlung der Erfindung kann der zentrale Pol, bei dem sein Flansch weggelassen werden kann, statt dessen das nach außen hervorragende freie Ende des verbunde nen Stromkollektors enthalten und kann sich längs nach Außen von dem Zellverschluß, senkrecht zu dem Flansch des äußeren Pols erstrecken, wobei der Flansch einen Spalt bzw. Schlitz oder eine Öffnung zum Schaffen eines Sockels zum Aufnehmen des zentralen Pols einer identischen Zelle hat, wobei der Rand des Schlitzes oder die Öffnung die Kontaktfläche des Flansches schafft. In einer besonderen Konstruktion hat der Flansch des zentralen Pols einen Umriß, der das gleiche Aussehen hat wie der Umriß des Querschnitts des Gehäuses, der kleiner ist als dieser Querschnitt. Der Flansch des zentralen Pols kann einen verlängerten Spalt aufweisen, der darin einen Sockel formt, in dem das nach außen hervorragen de freie Ende des verbundenen Stromkollektors sitzt, der vorzugsweise damit durch Schweißen verbunden ist. Das äußere Ende dieses Stromkollektors kann meißelförmig sein und kann in der Form eines Endes eines Metallrohres sein, das mittels Einfalzen bzw. Crimpen und Schweißen abgedichtet worden ist.

Bei einer Abwandlung der Erfindung kann einer dieser flachen Flansche einen vorher erwähnten hochstehenden Rand aufwei sen, wobei der andere vorgenannte flache Flansch einen ver längerten Schlitz dort hindurch aufweist, der einen Sockel bildet, worin wenigstens ein Teil des Randes einer identi schen Zelle aufnehmbar ist, wenn die Zellen Seite an Seite angeordnet werden. Bei dieser Konstruktion kann der Flansch des äußeren Pols den Schlitz aufweisen, wobei der Flansch des zentralen Pols den Rand aufweist und der Rand in Ab schnitte unterteilt ist, wobei wenigstens einer davon in dem Schlitz aufnehmbar ist.

Wie oben erwähnt ist, wenn der äußere Pol einen flachen Flansch enthält, der sich seitlich nach außen erstreckt, wobei dieser flache Flansch einen Schlitz oder eine Öffnung dort durch hat, die einen Sockel formt, worin der nach außen hervorragende Stromkollektor aufnehmbar ist, wenn identische Zellen Seite an Seite angeordnet werden, dann kann der Schlitz oder die Öffnung das Ende bzw. die Stirnfläche die ses zentralen Pols aufnehmen, der üblicherweise damit durch Schweißen befestigt ist. In diesem Fall kann der zentrale Pol das äußere Ende eines röhrenförmig verbundenen Stromkol lektors sein, der meißelförmig ist und wobei der Flansch des äußeren Pols ein komplementär geformter Schlitz ist.

Die Erfindung erstreckt sich auf eine Batterie aus elektro chemischen Zellen, wobei jede Zelle wie oben beschrieben ist, und jede Zelle wenigstens einen ihrer Pole und in Kon takt mit einem Pol einer anderen identischen Zelle hat, wobei die Zellen in einer Seite-an-Seite-Anordnung mit äuße ren und zentralen Polen davon angeordnet sind, die in Kon takt in komplementären Paaren sind.

Vorzugsweise sind die Zellen dicht gepackt, nur durch Isola tionsräume oder Isolationsmaterial, z. B. ein Verbundmaterial auf Mica-Basis 0,3-6 mm dick, getrennt, das genügend dick ist, um die Zellen elektronisch voneinander zu trennen; und die Pole der Zellen, dort wo sie aneinander stoßen, sind ggf. zusammengeschweißt oder in anderer Weise miteinander verbunden.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung bei der Herstellung von elektrochemischen Zellen, wobei eine elektrochemische Zelle ein Gehäuse in der Form eines metallischen Behälters bzw. Kanisters mit einem Boden und wenigstens einer Seitenwand und ein dem Boden entgegengesetztes offenes Ende aufweist, wobei das offene Ende durch einen Verschluß verschlossen wird, und der Verschluß einen Rand hat, der mit dem Gehäuse an seinem offenen Ende verbunden ist, wobei die Zelle ein Paar von Elektroden aufweist, die jeweils mit Elektrodenpo len an dem offenen Ende des Gehäuses ausgestattet sind, und einer dieser Pole ein äußerer Pol ist, der elektronisch mit dem Gehäuse an dem Rand des Verschlusses verbunden ist, wobei das Gehäuse einen Stromkollektor für einen der Elek troden formt, und wobei der andere der Pole ein zentraler Pol ist, der elektronisch mit einem getrennten Stromkollek tor für die andere Elektrode verbunden ist, wobei der ge trennte Stromkollektor von dem Zellverschluß nach innen von dem Rand des Verschlusses hervorragt, der elektronisch von dem Gehäuse isoliert ist, ein Verfahren bereit gestellt, das umfaßt:
Verwenden eines Verschlusses, der aus Metall ist und der den äußeren Pol damit durch Schweißen verbindet, so daß der äußere Pol sich seitlich nach Außen von dem Rand des Gehäu ses erstreckt, um an einer Stelle, die längs nach Außen von dem Verschluß entfernt ist, über einer Seitenwand des Gehäu ses hervorzutreten; und
Verwenden eines Metallstromkollektors für den getrennten Stromkollektor, der von dem Zellverschluß hervorragt und Schweißen eines äußeren Endes dieses Stromkollektors in einer Öffnung oder einem Sockel in dem zentralen Pol.

In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens kann der Zellverschluß einen hochstehenden Rand aufweisen, mit dem er mit der Gehäusewand oder -wänden verbunden ist, wobei in diesem Fall der äußere Pol einen Boden hat, der mit der Innenseite des Randes verschweißt ist.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform des Verfahrens kann der Stromkollektor, der von dem Zellverschluß hervor ragt, in der Form eines Einfüllrohres für ein Elektroden abteil in der Zelle sein, und das Verfahren der Erfindung kann den Schritt des Einfalzens buw- Crimpens des freien Endes des Einfüllrohres einschließen, um es mit einer mei ßelartigen Kante zu versehen, wobei der zentrale Pol mit einer Öffnung in der Form eines verlängerten Schlitzes ver sehen ist, und die meißelförmige Kante in diesem Schlitz sitzt und verschweißt ist, um sie abzudichten und sie mit dem zentralen Pol zu verbinden.

Die Erfindung wird nun mit Hilfe der nicht-begrenzenden erläuternden Beispiele unter Bezug auf die begleitenden diagrammhaften Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine schematische Seiten-Teilansicht eines Teils einer elektrischen Zelle gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht eines Teils des Gehäuses von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 den Teil von Fig. 2 während seiner Herstellung zeigt;

Fig. 4 den Teil von Fig. 3 währende einer früheren Her stellungsstufe davon zeigt;

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 1 von einer Vielzahl von Zellen gemäß Fig. 1 zeigt, die in Serie mit einander zur Formung wenigstens einer Batterie verbunden sind;

Fig. 6 eine Draufsicht und mit einem vergrößerten Maßstab den zentralen Pol der Zelle von Fig. 1 zeigt;

Fig. 7 eine Seitenansicht des Details von Fig. 6 in der Richtung der Linie VII-VII in Fig. 6 zeigt;

Fig. 8 eine Draufsicht mit einem vergrößerten Maßstab des äußeren Pols der Zelle von Fig. 1 zeigt;

Fig. 9 eine Seitenansicht des äußeren Pols von Fig. 8 zeigt;

Fig. 10 eine Ansicht der Stirnfläche, in der Richtung der Linie X-X in Fig. 8 des äußeren Pols von Fig. 8 zeigt;

Fig. 11 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 6 einer Abwand lung des zentralen Pols zeigt;

Fig. 12 eine Teil-Seitenansicht des Pols von Fig. 11 in der Richtung der Linie XII-XII in Fig. 11 zeigt;

Fig. 13-15 jeweils Ansichten zeigen, die mit den Fig. 8 bis 10 einer Abänderung des äußeren Pols überein stimmen;

Fig. 16 eine Draufsicht von zwei Zellen zeigt, die die Pole von Fig. 11-13 verwenden, die zur Bildung wenigstens einer Batterie verbunden sind;

Fig. 17 eine Seitenansicht der Zellen von Fig. 16 zeigt;

Fig. 18 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 11 einer weiteren Abwandlung des zentralen Pols zeigt;

Fig. 19-21 jeweils Ansichten zeigen, die mit den Fig. 8-10 einer weiteren Abwandlung des äußeren Pols über einstimmen;

Fig. 22 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 16 von zwei Zellen zeigt, die die Pole der Fig. 18-21 verwenden;

Fig. 23 die Seitenansicht der Zellen von Fig. 22 zeigt;

Fig. 24 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 22 von zwei Zellen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 25 eine Seitenansicht der Zellen von Fig. 24 zeigt.

In Fig. 1 der Zeichnungen bezeichnet Bezugsziffer 10 ganz allgemein eine elektrochemische Zelle gemäß der Erfindung. Die Zelle 10 hat ein Gehäuse 12 in der Form eines Weich stahlbehälters mit quadratischem Querschnitt, dessen unteres Ende (nicht gezeigt) durch einen Weichstahlboden verschlos sen ist. Das Gehäuse 12 ist demgemäß in der Form eines Me tallbehälters bzw. Kanisters mit einem quadratischen Boden und vier rechteckigen Seitenwänden 14 und einem oberen Ende. Das obere oder offene Ende des Kanisters, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist durch einen Verschluß abgeschlossen, der ganz allgemein mit 16 bezeichnet ist. Der Verschluß 16 ist quadratisch im äußeren peripheren Umriß und hat einen hoch stehenden Rand 18 entlang seiner äußeren Peripherie, über die er mit den oberen Enden der inneren Oberflächen der Seitenwände 14 des Gehäuses verbunden ist, indem er herme tisch damit Seite an Seite verschweißt ist.

Der Verschluß 16 ist aus Nickel und hat eine zentrale Öff nung und seine untere Oberfläche ist hermetisch durch Ther mokompression mit der oberen Fläche aus einem a-Aluminium oxid-Dichtring 20 verbunden. Der Dichtring 20 ist in der Form eines abgestumpften Zylinders mit mehr oder weniger rechteckigem Querschnitt und ist an seiner radialen äußeren und unteren Ecke mit einer Falz 22 versehen, in der die Kante des offenen Endes eines Feststoff-Elektrolytseparator rohres 24 aufgenommen ist, wobei das gegenüberliegende Ende (nicht gezeigt) davon ein gewölbtes Aussehen hat und ver schlossen ist. Das Separatorrohr 24 ist aus β′′-Aluminium oxid.

Die radiale innere Fläche des Dichtrings 20 stößt an die gebogene äußere Fläche eines zylindrischen Nickelrohres 26, das zentral untergebracht ist und sich axial erstreckt. Das Nickelrohr 26 hat einen radial nach Außen hervortretenden, sich um den Umfang erstreckenden Nickelflansch 28 an seinem unteren Ende, und dieser Flansch 28 ist durch Thermokompres sion mit der unteren Fläche des Dichtrings 20 verbunden, wobei die Thermokompressionsverbindung mit dem Dichtring 20 hermetisch (abdichtend) ist.

Das Gehäuse 12, wie dies unten detaillierter beschrieben wird, bildet einen Stromkollektor für eine der Elektroden der Zelle. Ein Nickelstromkollektor für die andere der Elek troden der Zelle ist in dem Inneren des Rohres 26 ange bracht. Der Stromkollektor in dem Rohr 26 umfaßt einen röh renförmigen unteren Abschnitt 30, der sich nach unten in die verbundene Elektrode erstreckt, die in dem Inneren des Sepa ratorrohres 24 enthalten ist, und einen oberen hohlen Rohr abschnitt 32 enthält.

Der untere röhrenförmige Abschnitt 30 hat einen radial nach Außen hervortretenden Umfangsflansch 34 an seinem oberen Ende, wobei der obere Abschnitt 32 in ähnlicher Weise einen im Umfang sich erstreckenden radial nach Außen hervortreten den Flansch 36 an seinem unteren Ende hat. Der Flansch 36 hat einen hochstehenden peripheren Rand 38, der hermetisch in dem oberen Ende des Rohres 26 verschweißt ist. Die untere Fläche des Flansches 36 ist wiederum hermetisch mit der oberen Fläche des Flansches 34 verschweißt, wobei die Ab schnitte 30 und 32 beide aus Nickel sind.

Das Innere des Separatorrohres 34 enthält eine Kathode (nicht gezeigt), die eine Übergangsmetallmatrix, z. B. aus Nickel oder Eisen enthalten kann, die porös und durchlässig für geschmolzenen Salzelektrolyt ist, und wobei die Matrix mit einem NaAlCl₄-Salzschmelzelektrolyten imprägniert ist, der äquimolare Anteile NaCl und Alcl₃ enthält und NiCl₂ oder FeCl₂, wie dies der Fall sein kann, dispergiert in seinem porösen Inneren in seinem geladenen Zustand aufweist. Der Raum zwischen dem Separatorrohr 24 und dem Gehäuse 12 wird geschmolzenes Natrium als Anodenmaterial enthalten. Natür lich kann das Innere des Separatorrohres 24 statt dessen Schwefel als Kathodenmaterial enthalten.

Das obere Ende des Rohres 32 ist eingefalzt bzw. gecrimpt verschlossen, so daß es ein meißelförmiges Aussehen hat und nach oben zusammenlaufende Wände, wie dies bei 40 gezeigt ist, hat, so daß das Nickelrohr des oberen Abschnitts 32 des zentralen Stromsammlers in einer nach oben gerichteten ge falzten bzw. gecrimpten Kante endet. Diese gecrimpte Kante ist in einem Schlitz in einem zentralen (Kathoden) Zellpol 42 enthalten, der einen quadratischen Umriß hat, mit Sei tenkanten jeweils parallel zu den Seitenkanten des Ver schlusses 16, wobei das obere Ende des Nickelrohres 32 in dem Schlitz in dem Kathodenpol 42 verschweißt ist. Diese Verschweißung dient ebenfalls dazu, sicherzustellen, daß das gecrimpte obere Ende des Nickelrohres 32 hermetisch abge dichtet ist. Der Pol 42 ist in der Form eines flachen Flan sches, der eine axial nach oben verblendende Kontaktseite 44 zeigt. Der Pol 42 wird weiter unten detaillierter mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.

Die Zelle 10 hat einen äußeren oder Anodenpol 46. Dieser Pol ist mit der Kante 18 des Verschlusses 16 verschweißt, wie dies detaillierter im folgenden unter Bezug auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben ist und wie der Pol 42 liefert er einen Flansch mit einer Kontaktfläche. In dem Fall des äußeren Pols 46 ist der Flansch mit 48 bezeichnet und stellt eine axial nach unten auskleidende Kontaktfläche 50 dar.

Was die Fig. 2 bis 4 betrifft, werden die gleichen Be zugsziffern für die gleichen Teile wie in Fig. 1 verwendet, soweit dies nicht anders spezifiziert wird.

In Fig. 5 werden drei Zellen 10 gemäß Fig. 1 gezeigt, die in Serie miteinander verbunden sind, um einen Teil einer Batte rie zu bilden. Die Zellen 10 der Batterie sind Seite an Seite in einem dicht gepackten Rechteck-Verhältnis angeord net, wobei ihre Seitenwände 14 elektronisch voneinander durch dünne Schichten 52 aus Verbund-Micamaterial mit einer Dicke von 0,3-0,6 mm isoliert sind.

Wie dies aus Fig. 5 klar ersichtlich ist, ist jede der Zel len 10 mit einer anderen der Zellen 10 durch die Kontakt fläche 50 ihres Pols 46 verbunden, der nach unten gegen die Kontaktfläche 44 des zentralen Pols der anderen Zelle an stößt. Die Kontaktfläche 44 eines jeden Pols 42 stößt wie derum in ähnlicher Weise nach oben gegen die Kontaktfläche 50 des Pols 46 der anderen Zelle 10, mit der er verbunden ist. Dieses Aneinanderstoßen bzw. Widerlager wird bei 54 gezeigt und wird verstärkt durch Vorhandensein dieser Pole 42, 46, die bei 54 miteinander verschweißt sind.

Bei den Fig. 6 und 7 ist der zentrale oder Kathodenpol mit 42 bezeichnet, seine Öffnung oder der Spalt, der das obere gefalzte bzw. gecrimpte Ende des Nickelrohres 32 auf nimmt, ist mit 56 bezeichnet.

Was die Fig. 8 bis 10 betrifft, ist der äußere oder Ano denpol mit 46 bezeichnet. Sein Flansch 48, der die Kontakt fläche 50 schafft, erstreckt sich nach Außen von einer Wand. 58 (siehe ebenfalls Fig. 1), der mit der inneren Fläche eines der Seiten des Randes 18 des Verschlusses 16 ver schweißt ist. Zwei parallele Schenkel 16, ebenfalls in der Form von Wänden, aber etwas dünner und etwas niedriger als die Wand 58, treten in einer Richtung senkrecht zu der Wand 58 zu der gleichen Seite davon hervor. Diese Schenkel 60 sind wiederum an die inneren Flächen der Seiten des Randes 18 (Fig. 1) auf gegenüberliegenden Seiten der Seite dieses Randes 18 verschweißt, an die die Wand 58 geschweißt ist.

Die Wand 58 tritt über das obere Ende des Gehäuses 12 hervor und der Flansch 48 tritt radial nach Außen von dem oberen Ende der Wand 58 hervor, um seitlich hervorragend zu stehen und über die verbundene Seitenwand 14 des Gehäuses 12 her vorzutreten. Die Wand 58 und die Schenkel 60 bilden einen Boden für den äußeren Pol 46.

Wenn die Zelle zusammengesetzt ist, ist sie mit dem Rohr 32 zusammengesetzt, das offen und nicht zusammengefalzt ist, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn der Inhalt des Separator rohres 24 über das Rohr 32 dorthinein geladen worden ist, wird das offene Ende des Rohres 32 gefalzt bzw. gecrimpt geschlossen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, um ein gefalz tes bzw. gecrimptes oberes Ende für das Rohr 32 bei 62 zu schaffen. Die Kante 62 wird dann in den Spalt 56 des Pols 42 eingefügt und wird dann dort in der Stellung verschweißt, wobei das Schweißen die gecrimpte Kante 62 (Fig. 2) abdich tet.

Es ist ein besonderer Vorteil der Zellen, die mit Bezug auf die Fig. 1 bis 10 beschrieben sind, daß die Konstruktion und Anordnung der Pole 42, 46 eine dichte Packung der Zellen in einer quadratisch-dicht-gepackten Anordnung, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, erlaubt, mit beträchtlicher Flexibilität mit Bezug auf das Verbinden der Zellen miteinander. Jede Zelle hat drei Seiten, nämlich diese Seiten, die andere sind als die Seite, von wo ihr Pol 46 hervortritt, von wo sie den Pol 46 einer angrenzenden Zelle zum Verbinden mit ihrem Pol 42 erhalten kann. Demgemäß können die Zellen lediglich in ein Gefäß oder ein ähnliches Gehäuse, Seite an Seite mit der Isolierung 52 dazwischen, geladen werden, und, vorausge setzt, daß sich zwei Pole 46 nicht beeinträchtigen, werden die Pole 42, 46 der Zellen automatisch aneinanderstoßen oder sie werden nahe an ihren Kontaktflächen 44, 50 gegenüber liegen. Diesbezüglich wird festgestellt, daß für jede Zelle die Kontaktflächen 44 und 50 im wesentlichen koplanar sind. Weiterhin können die Pole 42, 46 leicht und auf einfache Weise hergestellt werden und sie können leicht an Ort und Stelle durch Schweißen verbunden werden, wie dies oben be schrieben ist.

In den Fig. 11 und 12 werden die gleichen Bezugsziffern für die gleichen Teile wie in den Fig. 6 und 7 verwendet, soweit dies nicht anders spezifiziert ist. Der prinzipielle Unterschied zwischen den Fig. 11 und 12 auf der einen Seite und den Fig. 6 und 7 auf der anderen Seite ist der, daß der Spalt 56 sich diagonal relativ zu dem Umriß des Pols 42 in den Fig. 11 und 12 erstreckt, was erlaubt, daß der Schlitz relativ länger ist, falls dies gewünscht wird, rela tiv zu der Größe des Pols 42 und seinen Kanten. Weiterhin sind die Kanten des Polkopfes 42 mit einem hochstehenden Rand 63 ausgestattet, und der Schlitz 56 ist mit einem hoch stehenden peripheren Rand 64 ausgestattet.

In den Fig. 13 bis 15 werden die gleichen Bezugsziffern für die gleichen Teile wie in den Fig. 8 bis 10 verwen det, soweit dies nicht anders spezifiziert ist. Der prinzi pielle Unterschied zwischen dem Pol 46 der Fig. 13 bis 15 und dem der Fig. 8 bis 10 ist der, daß der Flansch 48 einen hochstehenden Rand 66 an seiner freien Kante aufweist. Weiterhin sind die Schenkel 60 in den Fig. 13 bis 16 relativ etwas kürzer, verglichen mit denen der Fig. 8 bis 10, und ein Gewebe 68 mit einer halbkreisförmigen Vertiefung 70 darin, verbindet die unteren Kanten der Wände 58, 60, um einen vergrößerten Oberflächenbereich zum Kontakt mit dem Verschluß 16 für bessere elektronische Leitfähigkeit zwi schen dem Pol 46 und dem Verschluß 16 zu schaffen.

Mit Bezug auf die Fig. 11 bis 15 wird geschätzt werden, daß die quer nach Außen gegenüberstehenden Flächen des Ran des 63 die Kontaktflächen des Pols 42, bezeichnet mit 72, schaffen, wobei die quer nach Außen gegenüberstehende Ober fläche des Randes 66 des Pols 46 seine Kontaktfläche schafft, die mit 74 bezeichnet ist.

In den Fig. 16 und 17 beziehen sich die gleichen Bezugs ziffern auf die gleichen Teile wie in den Fig. 1 bis 15, soweit dies nicht anders spezifiziert ist. Das Anbringen der inneren Pole 42 an den oberen Enden des Rohres 32 ist im wesentlichen ähnlich zu dem Anbringen, wie es oben mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben ist, wie das Anbringen der Pole 46 an dem Verschluß 16, mit der Ausnahme, daß das Rohr 32 eingefalzt bzw. gecrimpt wird, so daß sein meißel artiges Aussehen diagonal, relativ zu dem Umriß der Drauf sicht des verbundenen Gehäuses 12, verläuft, so daß es mit dem Schlitz 56 des Pols 42 zusammenpaßt, und wobei das Gewe be 68 des Pols 46 mit der oberen Fläche des Verschlusses 16 als auch mit dem Rand 18 des Verschlusses 16 verschweißt ist.

Um die Zellen über diese Pole 42 und 46 miteinander zu ver binden, werden sie Seite an Seite, wie dies in den Fig. 16 und 17 gezeigt ist, angeordnet, und die Kontaktfläche 74 eines jeden Pols 46 ist mit der korrespondierenden Kontakt fläche 72 des Pols 42 der angrenzenden Zelle verschweißt. Im wesentlichen ähnliche Vorteile und eine Flexibilität des Zellaufbaus bei der Bildung einer Batterie werden durch die Konstruktion, die in Fig. 11 bis 18 gezeigt wird, gelie fert, wie sie ebenfalls durch die Konstruktion, die in den Fig. 1 bis 10 gezeigt ist, zur Verfügung gestellt werden.

In der Fig. 18 werden die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 11 für die gleichen Teile verwendet, soweit dies nicht anders spezifiziert ist. Der hauptsächliche Unterschied zwischen den Fig. 11 und 18 ist der, daß der zentrale Pol 42 in Fig. 18 Aussparungen an seinen Ecken bei 76 hat, die den Rand 63 in vier Abschnitte einteilen.

In den Fig. 19 bis 21 werden die gleichen Bezugsziffern wie in den Fig. 8 bis 10 für die gleichen Teile verwen det, soweit dies nicht anders spezifiziert ist. Der haupt sächliche Unterschied zwischen den Fig. 19 bis 21 und den Fig. 8 bis 10 ist der, daß der Flansch 48 in den Fig. 19 bis 21 mit einem verlängerten Spalt 78 versehen ist, der einen Sockel bildet und der mit einem hochstehenden Rand 80 versehen ist. Bei der Anwendung ist der Rand 63 des zentra len Pols 42 in dem Schlitz 48 des äußeren Pols 46 einer angrenzenden ähnlichen Zelle aufgenommen, die dort an der Stelle verschweißt ist.

In den Fig. 22 und 23 werden die gleichen Bezugszahlen für die gleichen Teile wie in den Fig. 16 und 17 verwen det, soweit dies nicht anders spezifiziert ist. Der haupt sächliche Unterschied zwischen den Fig. 22 und 23 auf der einen Seite und den Fig. 16 und 17 auf der anderen Seite ist der, daß der Kontakt zwischen den Polen 42, 46 in den Fig. 22 und 23 nicht über Kontaktflächen wie die Flächen 72, 74, wie dies in den Fig. 16 und 17 gezeigt ist, be werkstelligt ist, sondern er wird statt dessen durch Aufneh men eines der Teile des Randes 63 des Pols 42 in den Schlitz 78 des Pols 46 einer angrenzenden ähnlichen Zelle bewerk stelligt, wo er in der Position verschweißt ist.

Schließlich werden in den Fig. 24 und 25 die gleichen Bezugsziffern für die gleichen Teile wie in den Fig. 22 und 23 verwendet, soweit dies nicht anders spezifiziert ist. Der Hauptunterschied zwischen den Fig. 22 und 23 und den Fig. 24 und 25 ist der, daß in den Fig. 24 und 25 der innere Pol 42 keinen flachen Flansch hat, aber statt dessen ist der äußere Pol 46 und insbesondere sein Flansch 48 seit lich verlängert, so daß die gefalzte bzw. gecrimpte untere freie Kante 62 des Nickelrohres in einen verlängerten Schlitz 82 eingefügt werden kann, der einen Rand 84 aufweist und für die Kante 62 in dem Pol 46 geschaffen ist. Die Kante 62 wird dann in dem Schlitz 82 in dem Pol 46 verschweißt, wobei der Schlitz 82 parallel zu der Kante 62 für diesen Zweck ist.

Die Ausführungsformen der Fig. 18 bis 25 haben im wesent lichen die gleichen Vorteile und die Flexibilität der Zel lanordnung bei der Bildung einer Batterie, wie dies oben für die Konstruktionen der Fig. 1 bis 17 beschrieben worden ist.

Claims

1. Elektrochemische Zelle 10 mit einem Gehäuse 12 in der Form eines Kanisters, der einen Boden und wenigstens eine Sei tenwand 14, und ein dem Boden gegenüberliegendes offenes Ende aufweist, wobei das offene Ende durch einen Verschluß 16 verschlossen ist, der Verschluß einen Rand aufweist, der mit dem Kanister an seinem offenen Ende verbunden ist, wobei die Zelle ein Paar von Elektroden aufweist, die je weils an dem offenen Ende des Gehäuses mit Elektrodenpolen ausgestattet sind, und einer dieser Pole ein äußerer Pol 46 ist, der elektronisch mit dem Gehäuse an dem Rand des Ver schlusses verbunden ist, wobei das Gehäuse einen Stromkol lektor für eine der Elektroden bildet, und der andere der Pole ein zentraler Pol 42 ist, der elektronisch mit einem getrennten Stromkollektor 30, 32 für die andere Elektrode verbunden ist, wobei der getrennte Stromkollektor der Länge nach nach Innen von dem Zellgehäuse, radial nach Innen von dem Rand des Verschlusses hervorragt, der elektronisch von dem Gehäuse isoliert ist, wobei die Zelle dadurch gekenn zeichnet ist, daß der äußere Pol seitlich nach Außen von dem Rand des Gehäuses hervorragt, um an einer längs nach Außen von dem Verschluß entfernten Stelle über eine Seiten wand des Gehäuses vorzuspringen, wobei die Pole so angeord net sind, daß die Zelle Seite an Seite mit einer identi schen Zelle, mit ihrem äußeren Pol in Kontakt mit dem zen tralen Pol dieser identischen Zelle, angeordnet werden kann.

2. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der äußere Pol wenigstens eine Kontaktfläche 50 zum Anstoßen gegen eine komplementäre Kontaktfläche auf dem zentralen Pol einer vorerwähnten identischen Zelle liefert, wenn die Zellen Seite an Seite angeordnet sind, wobei der zentrale Pol dann wiederum wenigstens eine kom plementäre Kontaktfläche 44 zum Anstoßen gegen eine vor erwähnte Kontaktfläche auf dem äußeren Pol einer vorerwähn ten identischen Zelle liefert, wenn die Zellen Seite an Seite angeordnet sind.

3. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der äußere Pol einen flachen Flansch 48 ent hält, der seitlich nach außen hervorragt, wodurch seine Kontaktfläche geschaffen ist, die flach und senkrecht zu jeder Seitenwand ist und der Länge nach gegenübersteht, wobei der zentrale Pol einen flachen Flansch, parallel zu dem Flansch des äußeren Pols enthält, der seine Kontakt fläche schafft, ebenfalls der Länge nach gegenüberstehend.

4. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der äußere Pol 46 einen flachen Flansch 48 enthält, der seitlich nach außen hervorragt, wobei der flache Flansch des äußeren Pols einen hochstehenden Rand 66 aufweist, der seine Kontaktfläche 74 schafft, seitlich nach außen gegenüberstehend, wobei der zentrale Pol 42 einen flachen Flansch, parallel zu dem Flansch des äußeren Pols und mit einem hochstehenden peripheren Rand 63 enthält, der die Kontaktfläche 72 davon liefert, ebenfalls seitlich nach außen gegenüberstehend.

5. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der äußere Pol 46 einen flachen Flansch 48 enthält, der seitlich nach außen hervorragt, der zentrale Pol 42 einen flachen Flansch parallel zu dem Flansch des äußeren Pols enthält, wobei einer dieser flachen Flansche einen hochstehenden Rand 63 hat, und der andere dieser fla chen Flansche einen verlängerten Schlitz 78 hat, der dort hindurch einen Sockel zum Aufnehmen von wenigstens eines Teils des Randes einer vorerwähnten identischen Zelle formt, wenn die Zellen Seite an Seite angeordnet werden, wobei dieser Schlitz und der Rand die Kontaktflächen schaf fen.

6. Elektrochemische Zelle gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch des zentralen Pols 42 einen verlängerten Schlitz 56 aufweist, der einen Sockel darin formt, wobei der Stromkollektor, der mit dem zentra len Pol verbunden ist, einen Fortsatz 40 aufweist, der der Länge nach nach Außen von dem Verschluß hervorsteht, der in dem Sockel sitzt und in elektronischem Kontakt damit ist.

7. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der äußere Pol 46 einen flachen Flansch 48 enthält, der seitlich nach Außen hervorragt, der zentrale Pol einen Fortsatz 40 des verbundenen Stromkollektors ent hält und der Länge nach nach Außen von dem Verschluß her vorragt, wobei dieser Flansch einen Sockel 82 zum Aufnehmen des zentralen Pols einer vorerwähnten identischen Zelle aufweist, wenn die Zellen Seite an Seite angeordnet werden, wobei der Sockel und der Fortsatz die Kontaktflächen der Pole liefern.

8. Zelle gemäß irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle eine polygonalen Querschnitt aufweist, der erlaubt, daß eine Vielzahl dieser Zellen Seite an Seite in einer dicht gepackten Anordnung zusammengepackt werden können, wobei jede Zelle eine Viel zahl von rechteckigen Seitenwänden 14 aufweist, der äußere Pol 46 einen flachen Flansch 48 enthält, der seitlich nach Außen hervorsteht, der Verschluß 16 einen äußeren periphe ren Umriß aufweist, der mit diesem Querschnitt überein stimmt und eine Vielzahl von Seitenkanten hat, wobei der äußere Pol seitlich nach Außen an einer zentralen Stelle von einer dieser Seitenkanten hervorragt.

9. Batterie aus identischen elektrochemischen Zellen 10, wobei jede Zelle einer Zelle gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche entspricht und jede Zelle dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens einer ihrer Pole 42, 46 in elektroni schen Kontakt mit einem Pol 42, 46 einer anderen vorerwähn ten Zelle ist, wobei die Zellen in einer Seite-an-Seite- Anordnung angeordnet sind und wobei jede Zelle einen Teil von wenigstens einem Zellenpaar bildet, wobei der äußere Pol 46 von einer Zelle von jedem vorerwähnten Paar in elek tronischem Kontakt mit dem inneren Pol 42 der anderen Zelle dieses Paares steht.

10. Batterie gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole von jedem Polpaar, die in Kontakt miteinander stehen, miteinander verschweißt sind.

11. Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle 10 mit einem Gehäuse 12 in der Form eines Kanisters, der einen Boden und wenigstens eine Seitenwand 14 und ein dem Boden gegenüberliegendes offenes Ende aufweist, wobei das offene Ende durch einen Verschluß 16 abgeschlossen ist, der Ver schluß einen Rand aufweist, der mit dem Kanister an seinem offenen Ende verbunden ist, wobei die Zelle ein Paar von Elektroden aufweist, die jeweils mit Elektrodenpolen an dem offenen Ende des Gehäuses ausgestattet sind, wobei einer der Pole ein äußerer Pol 46 ist, der elektronisch mit dem Gehäuse an dem Rand des Verschlusses verbunden ist, wobei das Gehäuse einen Stromkollektor für eine der Elektroden bildet und der andere der Pole ein zentraler Pol 42 ist, der elektronisch mit einem getrennten Stromkollektor für die andere Elektrode verbunden ist, wobei der getrennte Stromkollektor der Länge nach nach Innen von dem Zellver schluß radial nach Innen von dem Rand des Verschlusses hervorsteht, der elektronisch von dem Gehäuse isoliert ist, wobei das Herstellungsverfahren umfaßt:
Verwenden eines Verschlusses, der aus Metall ist und Ver binden des äußeren Pols daran durch Schweißen, so daß der äußere Pol seitlich nach Außen von der Peripherie des Ge häuses hervorragt, um an einer längs nach Außen von dem Verschluß entfernten Stelle über eine Seitenwand des Gehäu ses hervorzutreten.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dieser getrennte Stromkollektor aus Metall ist und einen Fortsatz aufweist, der der Länge nach nach Außen von dem Zellverschluß hervortritt, wobei das Verfahren Verschweißen des Vorsprungs in einer Öffnung in einem flachen Flansch umfaßt.

13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß der Zellverschluß einen hochstehenden Rand aufweist, über den er mit der Gehäusewand verbunden ist, der äußere Pol einen Boden hat und das Verschweißen des äußeren Pols mit dem Verschluß durch Verschweißen die ses Bodens mit der radialen inneren Fläche dieses Randes bewerkstelligt wird.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß der Fortsatz des getrennten Stromkollek tors in der Form eines Einfüllrohres für ein Elektroden abteil in der Zelle ist, wobei das Verfahren den Schritt des Einfalzens bzw. des Crimpens des freien Endes des Ein füllrohres einschließt, um es mit einer meißelförmig aus sehenden Endkante zu versehen.

15. Elektrochemische Zelle, erhältlich nach dem Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 11 bis 14.