DE2924188A1 - Zellengehaeuse fuer ein galvanisches element - Google Patents

Description

• Zellengehäuse für ein galvanisches
• Element Die Erfindung b#etrifft ein Zellengehäuse für ein galvanisches Element mit einem flüssigen Elektrolyten.
• Für die Energieversorgung elektronischer Armbanduhren vom LCD-Typ haben sich beispielsweise die Systeme AgO/Zn mit alkalischem Elektrolyten una Bi205/Li mit organischem Elektrolyten grundsätzlich bewährt. Theoretisch sind beide Systeme, verpackt in einem Knopfzellengehause mit den Abmessungen PI 11,6 x H 3,6 mm, (gemäß IEC-Normgröße SR 42) in der Lage, die für 5-iährige Betriebszeit einer LCD-Uhr vorausgesetzte Energiemenge von ca. 200 mWh abzugeben.
• Der derzeitige Stand der Technik hinsichtlich der Dich tigkeit von Knopfzellen erlaubt es jedoch nicht die Energieabgabe über eine Betrietszeit von 5 Jahren und mehr auch zu garantieren.
• Die konventionelle Dichttechnik baut auf Kunststoffmaterialien auf. So werden im allgemeinen Ringe aus thermoplastischen, laugebeständigen Kunststoffen wie Polyamid, Polypropylen oder Polysulfon verwendet. Die Ringe werden durch Bördelung des Napfrandes gegen die Deckelkante soweit verformt, daß sie sich dem Rand und Oberflächenunebenheiten anschmiegen und dadurch abdichten.
• Dem erforderlichen Anpreßdruck weichen plastische Kunststoffe jedoch langfristig durch die Eigenschaft des Kaltfließens aus, so daß die Dichtigkeit verloren geht.
• Andererseits neigen elastische Kunststoffe wie Kautschuk aufgrund ihrer hohen Rückstellkräfte dazu, nicht genügend in Oberflächenvertiefungen entlang der Dichtungszone einzufließen.
• Aus der DE-OS 2 342 806 ist eine Kombination aus hartem und elastischem Kunststoff bekannt, die darauf abzielt, Kaltflußhewe¢-ungen des plastisch Kunststoffes durch anpassenden elastischen Druckaufbau seitens des elastischen Dichtungsteiles abzufangen.
• Aus der US-PS 3 891 462 ist es weiterhin bekannt, eine komplette Knopfzelle in ein zweites dichtes Gehäuse einzubetten. Es ist klar, daß der durch diese Maßnahme gewonnene Vorteil erhöhter Lecksicherheit mit einer drastischen Reduzierung der Energiedichte erkauft werden muß.
• Im ganzen gesehen ist die hermetische Abdichtung von Knopfzellen über mehrjährige Betriebszeiten hinweg wegen der stark unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften des Zellgehäusematerials und der Dichtungskunststoffe bis heute problematisch geblieben.
• Man hat daher auf der Suche nach technischen Lösungen noch einen anderen Weg, nämlich den der sogenannten Keramik- oder Glasdurchführung eingeschlagen. Beispiele solcher Durchführungen gibt die DE-AS 1 115 320 an. Ihr wesentliches Merkmal besteht darin, daß die metallischen Polbolzen oder Ableiter wenigstens einer Elektrode mit dem keramischen Deckel oder mit einem Einsatzteil aus keramischem Material oder Glas unmittelbar verschmolzen sind, während der keramische Deckel wiederum an den Innenrand des metallischen Zellenbehälters angeschmolzen ist.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter weitgehendem Festhalten an der Umrißform der Knopfzelle eine Gehäusekonstruktion für ein galvanisches Element, insbesondere eine Knopfzelle, anzugeben, aus welcher während einer Betriebszeit von mehreren Jahren nicht einmal Spuren von Elektrolyt herausdringen konnen.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse aus einem Keramik- oder Glasring besteht, der auf beiden Stirnseiten durch Metallplatten hermetisch verschlossen ist.
• Einzelheiten des erfindungsgemäßen Zellengehäuses gehen aus der Figur hervor.
• Der maximale Durchmesser des abgebildeten Gehäuses 1 beträgt beispielsweise 11,5mm die maximale Höhe 3,4 mm.
• Die Gehäusewandung wird von dem Ring 2 aus porenfreiem oxidkeramischen Material, beispielsweise hochgeglühtem Al203, , gebildet. Der Ring kann aber auch aus einem Glas bestehen. Die Stirnseiten 3 des Ringes sind plangeschliffen und metallisiert.
• Durch die Metallisierung wird ein guter Haftgrund für die aufzubringenden Metallteile geschaffen. Man verwendet zweckmäßig zwei verschiedene Metalle, z.B. Mangan und Molybdän in einer Mischung, wobei die kleineren Mn-Atome imstande sind, tiefer in die Oberflächenrauhigkeit der Stirnseiten einzudringen und die Metallisierungsschicht auf diese Weise besser zu verankern. Durch Auflöten eines Vakon-Blechs 4 (NiFeCo-Legierung) auf die untere metallisierte Stirnseite 3 mittels eines Hartlots, beispielsweise einer Legierung 95 Ag 5 Pt, erhält der Keramikring 2 einen dichten Bodenabschluß. Auf die obere metallisierte Stirnseite 3 ist mit dem gleichen Hartlot ein Metallring 5, ebenfalls aus Vakon, aufgebracht, der mit seinem Innendurchmesser dem Keramikring angepaßt ist, mit seinem Außenrand jedoch über den Keramikring hinausragt. Uber den Vakon-Ring 5 ist der Keramikring 2 durch ein Ni-plattiertes Stahlblech 6 verdeckelt. Die dichte Verbindung zwischen Vakon-Ring 5 und Stahlblech 6 wird entlang ihrer gemeinsamen Randzone 7 durch Impulsschweißen hergestellt. Durch das Verschweißen erfahren die Elektroden und der Elektrolyt, die unmittelbar nach dem Auflöten des Vakon-Ringes 5 in die Zelle eingebracht werden, keine Beeinträchtigung.
• Biittels einer dem Elektrodensatz aufliegenden Blattfeder (nicht dargestellt) ist ein guter elektrischer Kontakt zum Bodenblech 4 und Deckelblech 6,welche zugleich als Stromableiter dienen, hergestellt.
• Außer der hier gezeigten Gehäusekonstruktion gibt es noch weitere, im Rahmen der Erfindung liegende Möglichkeiten, den Keramikring mit Boden und Deckel zu versehen.
• So könnten die Metallplatten 4, 6 beispielsweise als Kappen ausgebildet sein, welche den Keramikring 2 umspannen. Hierbei ist es wichtig, die Metall- und Keramikteile auch unter dem Gesichtspunkt auszuwählen, daß sie möglichst stark unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzen. Man erreicht dann eine dauerhafte lotfreie Verbindung dadurch, daß beide Teile auf unterschiedliche Temperaturen gebracht und zusammengefügt werden. Nach Temperaturausgleich wird die aus der Differenz der Längenausdehnung resultierende Spannung zum Zusammenhalten der Teile und damit zum Zellenverschluß benutzt. Da die thermische Ausdehnung der Keramik oder des Glases allgemein gering ist wird man in der Regel die Wärmebehandlung auf das Metall beschränken können, so daß auch in diesem Falle der beim Verdeckeln bereits eingefüllte <.lektrolyt von unzulässiger Erhitzung verschont bleibt.
• Ein zusätzlicher Vorteil bei dieser Ausführungsform der Erfindung liegt darin, daß alle Metall-Keramik-Verbindungen lotfrei sind und daher keinen Anlaß zu Korrosionserscheinungen geben können Die Metallplatten 4, 6 können auch einfach auf den Keramikring 2 aufgepreßt werden, nachdem die Stirnseiten 3 mit einer Auflage aus einem weichen, luftbeständigen Metall versehen worden sind. Hierzu eignet sich besonders Indium, das sich wegen seiner hohen Duktilität leicht mit Oberflächenrauhigkeiten des Ringmaterials verzahnt.
• Die Indium-Dichtung erspart so das Metallisieren und Harte verlöten Das mögliche Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich über alle Bereiche, in denen z.Zt. Ni/Cd-Akkumulatoren sowie Primärzellen verschiedener Systeme in der Knopfzellenform eingesetzt werden. Dazu gehören insbesondere auch die relativ neuen Hochenergiesysteme mit L,ithium-Elektroden sowie Uhrenzellen.

Claims (5)

1. Patentanprüche Zellengehäuse für ein galvanisches ELement mit einem flüssigen Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus einem Keramik- oder Glasring (2) besteht, der auf beiden Stirnseiten (3) durch Metallplatten (4,6) hermetisch verschlossen iste
2. 2. Zellengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet9 daß die Metallplatten (4,6) zugleich Kontaktflächen und Stromableiter sind.
3. 3. Zellengehäuse nach den Ansprüchen 1 und 2s dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikring (2) an beiden Stirnseiten (3) metallisiert und auf der einen Seite mittels Hartlot durch eine metallische Bodenplatte (4) verschlossen ist und daß mit der anderen Seite des Keramikrings (2) ein Metallring (5) hart verlötet ist, auf den eine Metallplatte (6) als Deckel aufgeschweißt ist.
4. 4. Zellengehäuse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten (4,6) als den Keramikring (2) umschließende Kappen ausgebildet sind.
5. 5. Zellengehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Platten gegenüber der Keramik oder dem Glas einen größeren Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzt.