DE2801763A1

DE2801763A1 - Galvanische knopfzelle

Info

Publication number: DE2801763A1
Application number: DE19782801763
Authority: DE
Inventors: Daniel Coueille
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1977-01-21
Filing date: 1978-01-16
Publication date: 1978-07-27
Also published as: AU3231978A; IE780133L; IE46030B1; JPS579670B2; DE2801763B2; DK30378A; FR2378363B1; FR2378363A1; BE862810A; NL7800682A; JPS5392432A; AU507306B2; IT1091808B; CH619075A5; LU78904A1; US4137375A; GB1544617A; IT7819212A0; DE2801763C3; CA1076643A

Description

1 δ, Jon. 1978

GALVANISCHE KNOPFZELLE

Die Erfindung betrifft eine galvanische Knopfzelle, insbesondere eine solche, bei der es bei den elektrochemischen Umwandlungen zu Volumenänderungen zwischen dem geladenen und entladenen Zustand kommt. Diese Volumenänderung betrifft die elektrochemisch aktiven Stoffe, zu denen sowohl die positiven und negativen aktiven Hassen als auch der Elektrolyt gehören, wenn dieser an den Ladungs- und Entladungsreaktionen mit mindestens einem seiner Bestandteile teilnimmt.

Vielfach sind Knopfzellen in einem Gehäuse untergebracht, das aus einer ersten Metallschale, die positive aktive Masse enthält und als Kollektor der positiven Elektrode dient, und aus einer zweiten Metallschale besteht, die die negative aktive Masse enthält und als Kollektor der negativen Elektrode dient. Zwischen den aktiven Massen befindet sich ein elektrolytgetränkter Separator und zwischen den ineinander gesteckten Metallschalen ist eine Isolierdichtung angeordnet, die einerseits die beiden Metallschalen elektrisch voneinander isoliert und andererseits die Knopfzelle abdichtet.

In derartigen Knopfzellen kann es bei Volumenänderung der aktiven Massen zwischen dem geladenen und entladenen Zustand zu Auswölbungen oder auch zur Bildung von Unterdruck im Innern der Knopfzelle kommen. Zur Vermeidung von Auswölbungen kann ein Gehäuse vorgesehen werden, dessen Abmessungen dem Zustand entsprechen, in dem die aktiven Massen das größte Volumen einnehmen; auf jeden Fall jedoch kommt es beim Übergang vom Zustand mit dem

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größten Volumen zum Zustand mit dem kleinsten Volumen zur Bildung von Unterdruck, der sich nachteilig auswirkt.

Bei Primärzellen stellt sich das Problem insbesondere bei bestimmten Zellen mit löslicher negativer Elektrode, bei denen die Entladungsproiukte der negativen Elektrode ins positive Abteil wandern, während das negative Abteil sich allmählich entleert, wobei diese Entleerung im dem Separator benachbarten Teil beginnt. Wenn die Wanderung der Entladungsprodukte zum positiven Abteil hin nicht zu einer ausreichend hohen Quellung der positiven aktiven Hasse führt, kann es zu einer Unterbrechung des Ionenkontakts zwischen den beiden Elektroden kommen, da ihr Abstand sich vergrößert. Die Entladung wird dann vorzeitig unterbrochen.

Die Erfindung gemäß Hauptanspruch behebt diesen Nachteil. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Bei der erfmdungsgemaßen Zelle dringt durch Kapillarwirkung der Elektrolyt aus dem Abteil In dxe im mittleren Bereich durch die Abnahme des Gesamtvolumens der aktiven Masse gebildeten Leerräume ein, und die elektrochemische Reaktion kann weitergehen, bis die aktiven Massen vollständig umgewandelt sind, wenn das zusätzlich vorgesehene Elektrolytvolumen ausreichend ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Aueführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden drei Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Knopfzelle.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Variante der erfindungsgemäßen Knopfzelle.

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Pig» 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemaßen Knopfzelle.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Knopfzelle ein aus zwei Metallschalen 1 und 3 gebildetes Gehäuse, wobei die Ränder der Schale auf die Ränder der Schale 3 unter Zwischenlegung eines Kunststoffdichtrings 7 umgeschlagen sind. Die beiden Schalen bestehen aus vernickeltem oder rostfreiem Stahl, die Dichtung 7 aus Polypropylen.

Eine in der Schale 1 enthaltene positive Masse 2 ist eine Mischung aus positivem aktivem Material und einem Elektronenlexter. Als positives aktives Material wird Kupferoxid, Bleioxid oder Mennige PhJO^ gewählt; der Elektronenlexter kann Graphit oder Metall sein, vorzugsweise ein die anfängliche Spannungsspitze bei der Entladung z.T. unterdrückendes Metall wie beispielsweise Zink, Blei oder Zinn, wie es in der DE-OS 25 45 498 beschrieben wird.

Als in der Schale 3 enthaltene negative aktive Masse wird Lithium gewählt; zwischen den aktiven Massen 2 und 4 liegt ein Separator aus zwei Schichten, einer Schicht 5 in Form eines wasserabstoßenden Zellulosefilzes und einer Schicht 6 in Form einer Folie, die für die Partikel der aktiven Masse eine Sperre bildet.

Erfindungsgemäß wird die positive aktive Masse 2 in eine mit Löchern versehene Schale 8 aus vernickeltem Stahl (oder rostfreiem Stahl) gepreßt, deren Boden mit dem Boden der Schale in engem Kontakt steht, an den sie über Lötstellen 10 angelötet werden kann, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Die Schale 8 läßt um die positive Masse herum ein ringförmiges Abteil 9 frei, das mit Elektrolyt gefüllt ist, wenn die Knopfzelle sich im aufgeladenen Zustand befindet. Während des Entladens der Zelle nimmt

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das Volumen der aktiven Masse 4 ab, da das Lithium in Lösung übergeht und zur positiven Schale hinwandert, wo es sich in Form von Lithiumoxid Li₃O in den Poren der positiven Masse 2 ablagert.

Der in der Separatorschicht 5 enthaltene Elektrolyt füllt nicht mehr den mittleren Bereich aus, dessen Volumen zunimmt. Daraufhin dringt der im ringförmigen Abteil 9 enthaltene Elektrolyt in die leeren Kapillarräume zunächst der positiven Masse und dann der Separatorschicht 5 ein, so daß die Entladung ohne Erhöhung des Innenwiderstands des Generators weitergehen kann.

Für das Innenvolumen des Abteils 9 wird ein Wert von etwa O,3 cm pro Amperestunde gewählt. Die Gesamtvolumenänderung der aktiven Masse wird verständlich, wenn man die untenstehende Entladereaktion der Lithium-Kupferoxidzelle betrachtet; darunter werden die Gewichte (in g) und die Volumen (in cm ) der aktiven

Massen	pro Amperestunä	e angegeben.	,1858 g	+	0,	Li₂O
	CuO +	2 Li —^	,1329 cm³	+	0,	5573 g
	1,4842 g +	0,2589 g				2773 Ci
	0,2319 cm³ +	0,4883 cm³	0,4102 cm³
d.h.
		0,7202 cm³ —


P CU
1
0

Die Volumenabnahme pro Amperestunde beträgt somit 0,31 cm ,

Ein ähnlicher Rechengang für Bleioxid führt ebenfalls zu ungefähr den gleichen Ergebnissen von ungefähr 0,3 cm .

In den Figuren 2 und 3 werden mit denselben Bezugszeichen gleichartige Bestandteile bezeichnet wie in Fig. 1.

In Fig. 2 wird eine andere Ausführungsform der den ringförmigen Raum mit der Elektrolytreserve begrenzenden perforierten

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Schale dargestellt. Die Schale 8 aus Fig. 1 wird hier durch einen Ring 11 ersetzt, der den ringförmigen Raum 9 begrenzt, während die positive Masse 2 in direktem Kontakt mit dem Boden der Schale 1 steht.

Fig. 3 zeigt eine weitere Aus führungsform der erfindungsgemäßen Knopfzelle. Das Elektrolytabteil 9 wird hier von einer perforierten Schale 12 umgeben, deren Ränder in engem Kontakt mit dem Boden der Schale 1 stehen und beispielsweise auf ihn gelötet sein können. Der Zusammenbau ist etwas schwieriger als bei den Knopfzellen gemäß den Figuren 1 und 2, jedoch ist die Funktionsweise dieselbe.

χ x

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-β-

Leerse ί t e

Claims

Fo 10 744 D

J ?. Jen. 1978

SAFT-SOCIETE DES ACCUMULATEURS FIXES ET

DE TRACTION S.A.

156, avenue de Metz, 93230 ROMAINVILLE Frankreich

PATENTANSPRÜCHE

1 - Galvanische Knopfzelle, bestehend aus einer ersten

die
Metallschale, die'positive aktive Masse enthält und als Kollektor der positiven Elektrode dient, aus einer zweiten Metallschale, die die negative aktive Masse enthält und als Kollektor der negativen Elektrode dient, aus einem elektrolytgetränkten Separator zwischen der positiven und negativen aktiven Masse und aus einer Isolierdichtung zwischen den ineinandergesteckten Metallschalen, wobei wenigstens eine der aktiven Massen unterschiedliche Volumen im Lade- und Entladezustand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schale (1) mindestens ein zwischen der ersten Schale und der positiven aktiven Masse angeordnetes Abteil (9) umschließt, das auf der Seite der positiven aktiven Masse (2) durch eine perforierte Metallschale (8, 11, 12) begrenzt wird und mit Elektrolyt gefüllt ist, wenn die aktiven Massen der Knopfzelle sich im geladenen Zustand befinden, in dem sie das größte Volumen einnehmen.

2 - Knopfzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine primäre Zelle handelt und daß die aktiven Massen insgesamt gesehen das größte Volumen im geladenen Zustand einnehmen.

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ORIGINAL INSPECTED

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3 - Knopfzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode löslich ist.

4 - Knopfzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die negative aktive Masse Lithium ist und daß die positive aktive Masse unter der Gruppe von Stoffen ausgewählt wird, die Kupferoxid, Bleioxid (PbO) und Mennige (Pb-O.) umfaßt.

5 - Knopfzelle nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, daß das Volumen des den Elektrolyten enthaltenden
Kapazität beträgt.

lyten enthaltenden Abteils (9) etwa 0,3 cm pro Amperestunde

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