DE69802004T2

DE69802004T2 - Galvanische miniaturzelle ausgestattet mit einem stromkollektor mit optimal kleiner oberfläche

Info

Publication number: DE69802004T2
Application number: DE69802004T
Authority: DE
Inventors: Heinz, Jr.
Original assignee: Eveready Battery Co Inc
Current assignee: Edgewell Personal Care Brands LLC
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: DE69802004D1; JP2001523885A; CA2309495A1; AU1401099A; JP4354635B2; EP1029376A1; TW402823B; WO1999026302A1; CN1285957A; EP1029376B1; US6051337A; CN1151564C; ATE206845T1

Description

Die Erfindung betrifft galvanische Miniaturzellen mit einem zweiteiligen Gehäuse und einer Dichtungsmanschette und insbesondere Zellen, die so konstruiert sind, daß die Entwicklung von Gasen wie z. B. Wasserstoff an den Stromkollektorflächen verhindert oder minimiert wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung derartiger galvanischer Miniaturzellen und eine Dichtungsmanschette zur Verwendung in derartigen Zellen.
Die Miniaturisierung von elektronischen Geräten hat eine Nachfrage für kleine, aber leistungsfähige elektrochemische Zellen geschaffen. Bekannt ist, daß Zellen mit Verwendung eines alkalischen Elektrolyten eine hohe Energiedichte pro Volumeneinheit liefern und sich daher gut für Anwendungen in elektronischen Miniaturgeräten eignen, wie z. B. in Kameras, Hörhilfen, Armbanduhren und Taschenrechnern.
Alkalische Elektrolyte, wie z. B. wäßrige Kaliumhydroxid- und Natriumhydroxidlösungen, neigen jedoch zum Benetzen von Metalloberflächen und kriechen bekanntlich durch die Dichtung an der Metallgrenzfläche einer elektrochemischen Zelle. Durch eine solche Undichtigkeit kann die Elektrolytlösung aus der Zelle auslaufen und außerdem eine korrodierende Ablagerung an der Zellenoberfläche verursachen die das Aussehen der Zelle und ihre Absatzfähigkeit beeinträchtigt. Diese korrodierenden Salze können auch das Gerät beschädigen, in dem die Zelle untergebracht ist. Typische Zellensysteme, wo dieses Problem anzutreffen ist, sind unter anderem Silberoxid-Zink-Zellen, Nickel- Cadmium-Zellen, depolarisierte Luftsauerstoffzellen und alkalische Mangandoxid-Zellen.
Nach dem Stand der Technik bestand ein herkömmliches Verfahren darin, zwischen Zellenbecher und Zellentopf ein Isolierelement oder eine Dichtungsmanschette einzubauen, um für die Abdichtung der Zelle zu sorgen. Im allgemeinen muß die Dichtungsmanschette aus einem Material bestehen, das elektrisch isolierend und gegenüber dem in der Zelle enthaltenen Elektrolyten sowie gegenüber der Zellenumgebung inert ist. Außerdem muß es ein flexibles und unter dem Dichtungsdruck kaltfließbeständiges Material sein und muß diese Eigenschaften behalten, um Walzendurchmesser einer langen Lagerzeit eine geeignete Abdichtung zu gewährleisten. Materialien wie z. B. Nylon, Polypropylen, Ethylen-Tetrafluorethylen- Copolymer und Niederdruckpolyethylen sind als Dichtungsmaterialien für die meisten Anwendungen geeignet befunden worden.
Typischerweise ist die Isoliermanschette ringförmig und im Querschnitt J-förmig, mit einem U- förmigen Abschnitt, in den die verlängerte Wand des Bechers eingesetzt werden kann, so daß nach radialem Zusammenpressen der Topfkante der untere Manschettenabschnitt mit dem unteren Wandabschnitt des Bechers eine Dichtung bildet. Die Dichtungsmanschette erstreckt sich im allgemeinen über die gesamte Höhe der Zelleninnenwand. Um besser eine gute Abdichtung sicherzustellen, wird im allgemeinen auf die Manschette einschließlich ihres inneren, U-förmigen Abschnitts ein Dichtungsmittel aufgetragen, so daß beim Einsetzen des Bechers in die Dichtungsmanschette die Kante der verlängerten Becherwand in dem Dichtungsmittel sitzt und daher bei Anwendung einer radialen Druckkraft eine gute Abdichtung zwischen dem Becher und dem Topf bildet.
Bei herkömmlichen Zink-Alkalizellen hat die Zink-Elektrodenkomponente gewöhnlich direkten Kontakt mit dem Anschluß. Da der Anschluß typischerweise auch ein Gehäuseteil für die Zelle ist, weist die Kontaktfläche des Gehäuses für das Elektrodenmaterial innerhalb der Zelle im allgemeinen einen großen Oberflächeninhalt auf. Außerdem wird die Zelle mit einem ausreichenden Hohlraum hergestellt, um die Reaktionsprodukte aufzunehmen, die während der Entladung in der Elektrodenkammer entstehen, da die Reaktionsprodukte ein größeres Volumen als die Ausgangsstoffe aufweisen, und ein Gehäuse mit großer leitfähiger Oberfläche wurde als nützlich angesehen, um den elektrischen Kontakt zwischen dem Elektrodenmaterial und dem Anschluß bei allen Orientierungen der Zelle sicherzustellen. Es zeigte sich jedoch, daß bestimmte Elektrodenmaterialien, wie z. B. Zink, an der Kontaktfläche zwischen dem Elektrodenmaterial und dem Gehäuse reaktive Gase bilden können, wie z. B. Wasserstoff, wobei diese Gase für die einwandfreie Funktion der Zelle schädlich sind.
Es wäre daher wünschenswert, Miniaturzellen bereitstellen zu können, welche die in derartigen Zellen auftretende Gasentwicklung vermindern können und gleichzeitig bei allen Orientierungen der Zelle den elektrischen Kontakt zwischen dem Elektrodenmaterial und ihrem Anschluß sicherstellen. Wir haben nun überraschenderweise festgestellt, daß eine Zelle bereitgestellt werden kann, welche diese Zielstellungen erfüllt.
Dementsprechend bietet die vorliegende Erfindung nach einem ersten Aspekt eine galvanische Miniaturzelle mit einem zweiteiligen leitfähigen Gehäuse, das durch eine isolierende Dichtungsmanschette abgedichtet ist, wobei ein Gehäuseteil ein Becher ist, der mit einer der Elektroden verbunden ist, während der andere Gehäuseteil ein mit der anderen Elektrode verbundener Topf ist, wobei sich die Dichtungsmanschette über die Innenfläche mindestens eines Gehäuseteils erstreckt, um eine Isolierschicht zwischen dem Gehäuseteil und der mit ihm verbundenen Elektrode zu bilden, wobei durch eine Öffnung in der Isolierschicht ein Stromabnehmer von dem Gehäuseteil in die mit ihm verbundene Elektrode hineinragt, und wobei der Topf an der Dichtungsmanschette befestigt ist, um einen Verschluß für die Zelle zu bilden.
Nach einem zweiten Aspekt bietet die vorliegende Erfindung eine Dichtungsmanschette, die an eine Miniaturzelle angepaßt ist, wie in den Ansprüchen 12-15 definiert.
Nach einem dritten Aspekt bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einbau der Komponenten einer Miniaturzelle in ein zweiteiliges leitfähiges Gehäuse, in dem ein Teil ein Becher und der andere Teil ein Topf ist, mit den folgenden Schritten:
(a) Herstellen eines leitfähigen Topfes mit einer Umfangswand, die mit einer Kante endet, die eine Öffnung begrenzt;
(b) Herstellen einer Dichtungsmanschette mit einem Fußsegment, einer Umfangswand mit darin ausgebildeter Nut und einer Innenwand, die eine Öffnung begrenzt;
(c) Herstellen eines leitfähigen Bechers mit einem Flansch am Umfang;
(d) Einführen eines Stromabnehmers in und durch die Öffnung in der Dichtungsmanschette, Einsetzen des Becherflansches in die Nut und Befestigen des Bechers an der Dichtungsmanschette, so daß der Flansch in der Nut der Dichtungsmanschette fixiert ist;
(e) Einbringen der Zellenkomponenten, die mindestens zwei Elektroden und einen Elektrolyten aufweisen, in den Topf und den Becher, so daß die Wand des Topfes parallel zur Umfangswand der Dichtungsmanschette ausgerichtet ist; und
(f) Befestigen der Topfwand an der Wand der Dichtungsmanschette, um eine verschlossene Zelle herzustellen.
Vorteilhafterweise weist das Stromabnehmerelement einen relativ kleinen Oberflächeninhalt auf, der in elektrischen Kontakt mit dem Elektrodenmaterial gebracht werden kann, um die Entwicklung von Gasen, wie z. B. von Wasserstoff, an dem Stromabnehmerelement zu verhindern oder zu minimieren.
Da ferner die Elektrode durch die Isolierschicht der Dichtungsmanschette von der großen wirksamen Oberfläche des Gehäuseteils elektrisch isoliert ist, wird eine Gasentwicklung an der Oberfläche des Gehäuseteils verhindert. Da außerdem der Stromabnehmer von dem Gehäuseteil in das Elektrodenmaterial hineinragt, ist bei allen Zellenorientierungen die elektrische Leitung zwischen dem Anschluß und dem Elektrodenmaterial sichergestellt. Ein weiterer Vorteil ist, daß die erfindungsgemäße Dichtungsmanschette ohne weiteres in Verbindung mit vorhandenen Zellenkomponenten verwendet werden kann, während die Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers einfach mit Hilfe herkömmlicher Verfahren erfolgen kann.
In einer Ausführungsform nach dem ersten Aspekt bietet die vorliegende Erfindung eine galvanische Zelle, die aufweist: (a) zwei Elektroden von entgegengesetzter Polarität, ein Trennelement zwischen den Elektroden und einen Elektrolyten, die alle in einem zweiteiligen leitfähigen Gehäuse enthalten sind, von dem ein Teil ein Topf ist, der elektrisch mit einer ersten Elektrode verbunden ist, während der andere Teil ein mit einem Flansch versehener Becher ist, der mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist; (b) eine Dichtungsmanschette; die ein Fußsegment, eine Innenwand und eine Umfangswand aufweist, die eine Innenfläche definieren, die sich im Kontakt mit der zweiten Elektrode befindet, wobei die Umfangswand der Dichtungsmanschette an die Wand des Topfes und des Bechers amgrenzt und die Topfkante an der Dichtungsmanschette abgedichtet wird, indem der Topf an der Dichtungsmanschette befestigt wird, um die Zelle abzudichten; und (c) ein Stromabnehmerelement, das durch die Öffnung im Fußsegment der Dichtungsmanschette hindurchgeht und an einem Ende mit der zweiten Elektrode und am anderen Ende mit dem Becher in elektrischen Kontakt kommt, so daß der Oberflächenabschnitt des Stromabnehmers, der innerhalb der zweiten Elektrode angeordnet ist, weniger als 25% der Innenfläche der Dichtungsmanschette ausmacht.
In einer anderen Ausführungsform nach dem ersten Aspekt bietet die vorliegende Erfindung eine galvanische Zelle, die aufweist: (a) zwei Elektroden von entgegengesetzter Polarität, ein Trennelement zwischen den Elektroden und einen Elektrolyten, die alle in einem zweiteiligen leitfähigen Gehäuse enthalten sind, von dem ein Teil ein Topf ist, der mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist, während der andere Teil ein mit einem Flansch versehender Becher ist, der mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist; (b) eine Dichtungsmanschette, die ein Fußsegment, eine Innenwand und eine Umfangswand aufweist, wobei der Becherflansch in einer Nut in der Umfangswand der Dichtungsmanschette befestigt ist, wobei die Umfangswand an die Wand des Topfes angrenzt und die Topfkante an der Dichtungsmanschette abgedichtet ist, so daß der Topf an der Dichtungsmanschette befestigt und die Zelle abgedichtet wird; und (c) ein Stromabnehmerelement, daß durch die Öffnung in dem Fußsegment der Dichtungsmanschette hindurchgeht und an einem Ende mit der zweiten Elektrode und am anderen Ende mit dem Becher in elektrischen Kontakt kommt.
In einer bevorzugten Ausführungsform nach dem dritten Aspekt ist im Schritt (b) des Verfahrens die Umfangswand der Dichtungsmanschette so verlängert, daß sie in Kontakt mit der Elektrode kommt, die mit dem Topf elektrisch verbunden ist, wodurch sichergestellt wird, daß die Elektrode, die über den Stromabnehmer elektrisch mit dem Topf verbunden ist, von dem Becher isoliert ist.
Die Dichtungsmanschette ist ein Isolierglied, das im allgemeinen aus einem Material besteht, das gegenüber dem Elektrolyten und den in der Zelle enthaltenen aktiven Komponenten inert bzw. indifferent ist. Daher reagieren diese Materialien der Zelle nicht an der Oberfläche der Dichtungsmanschette und verursachen keine Gasentwicklung. Es ist notwendig, daß der Stromabnehmer mit einer der Elektroden und einem der äußeren Anschlüsse der Zelle in Kontakt kommt. Um die reaktive Oberfläche des Stromabnehmers zu minimieren, ist die Dichtungsmanschette als Becher geformt, um eine der Elektroden aufzunehmen und diese Elektrode von dem anderen Anschluß zu isolieren, der mit der anderen Elektrode verbunden ist. Die Dichtungsmanschette bildet auf diese Weise eine Isolierschicht, die sich vorzugsweise über die gesamte Innenfläche des Gehäusebechers oder -topfes erstreckt.
In einer Ausführungsform erstreckt sich die Dichtungsmanschette ferner so, daß sie einen Abschnitt des Stromabnehmers bedeckt. Der bedeckte Abschnitt des Stromabnehmers wird vorzugsweise durch eine aus Isoliermaterial gebildete Manschette bedeckt, wobei die Manschette vorzugsweise einen integrierenden Bestandteil der Dichtung bildet. Die Manschette wird folglich durch eine Innenwand der Dichtung gebildet und definiert die Öffnung in der Dichtung für den Stromabnehmer. Vorzugsweise erstreckt sich der Stromabnehmer bis in die Mitte der Elektrodenkammer, wie z. B. von einer Öffnung in der Dichtung, die zentral in der Dichtung über dem Gehäusebecher oder -topf liegt, bis in eine Position in der Mitte zwischen der Öffnung und dem Trennelement. In Fällen, wo der Oberflächeninhalt des Stromabnehmers relativ groß ist, wie in Fig. 2, erstreckt sich die Dichtungsmanschette vorzugsweise über mindestens 40%, stärker bevorzugt über mindestens 50%, und noch stärker bevorzugt über mindestens 60% der Stromabnehmerfläche.
Der Stromabnehmer kann ein Draht, ein Stift, ein zylinderförmiges Element oder irgendein anderes Element mit kleinem Volumen sein, das eine minimale Oberfläche bietet, die den Komponenten der Elektrode ausgesetzt ist, wie z. B. Zink, und dadurch die Stellen minimiert, die zur Entwicklung reaktiver Gase verfügbar sind, wie z. B. von Wasserstoff. Man wird erkennen, daß die Oberfläche des Stromabnehmers, die dem Elektrodenmaterial ausgesetzt ist, variiert werden kann, indem der Uberdeckungsgrad des Stromabnehmers durch das Dichtungsmaterial gesteuert wird. Wenn dementsprechend die Oberfläche des Stromabnehmers ausreichend klein ist, dann ist es unter Umständen nicht nötig, daß sich die Dichtungsmanschette über einen Teil des Stromabnehmers erstreckt.
Die exponierte Oberfläche sollte ausreichen, um einen guten elektrischen Kontakt mit dem Elektrodenmaterial sicherzustellen. Vorzugsweise ist die exponierte Oberfläche des Stromabnehmers kleiner als 25% des Oberflächeninhalts, der die Innenfläche der Dichtungsmanschette definiert, welche der Elektrode, vorzugsweise einer Zink-Elektrode, zugewandt ist oder sich im Kontakt mit ihr befindet, stärker bevorzugt weniger als 10%, noch stärker bevorzugt weniger als 7%, und am stärksten bevorzugt weniger als 5% des Flächeninhalts der Innenfläche der Dichtungsmanschette.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stromabnehmer am äußeren Anschluß der Zelle befestigt. In einer anderen Ausführungsform dient der Stromabnehmer als äußerer Anschluß der Zelle. In der letzteren Ausführungsform bilden entweder der Becher der Zelle und der Stromabnehmer zusammen ein einheitliches Element, oder der Stromabnehmer ist ein einheitliches Element, das sowohl als äußerer Anschluß der Zelle als auch als Stromabnehmer dient. Daher können der Becher und der Stromabnehmer entweder zusammen ein Element bilden, oder vorzugsweise bilden der Becher und der Stromabnehmer zwei Elemente.
Die Dichtungsmanschette weist vorzugsweise ein Fußsegment, eine Innenwand, die eine Öffnung in dem Fußsegment definiert, und eine Umfangswand auf, in der eine Nut zur Aufnahme des Flansches eines Flanschbechers ausgebildet ist.
Die Dichtungsmanschette ist vorzugsweise ein Schlauch mit einem geschlossenen Ende, das eine Öffnung aufweist, und der Schlauch besteht aus einheitlichem, festen Material von ausreichender Dicke, um sicherzustellen, daß die Innenfläche der Becherwand von der Wand des Topfes elektrisch isoliert ist.
In einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Dichtungsmanschette angrenzend an die Innenfläche der Topfwand angeordnet, und ein Dichtungsmittel, wie z. B. ein Klebstoff, ist zwischen der Innenfläche der Topfwand und der Dichtungsmanschette und/oder zwischen dem Becherflansch und einer Nut in der Dichtungsmanschette angeordnet.
Die Dichtungsmanschette kann aus irgendeinem geeigneten, elektrisch isolierenden Material bestehen. Geeignete Materialien dieser Art sind unter anderem synthetischer Kautschuk, wie z. B. Polychloropren (Neopren und Viton); Vinylidenfluoridharz, wie z. B. KYNAR, ein Warenzeichen der Pennwalt Chemicals Corp.; Polyamidharze, wie z. B. Nylon, Polyolefin; Polyvinylchlorid (PVC); Silicon; Tetrafluorethylen-Polymer, wie z. B. TEFLON, ein Warenzeichen von E.I. DuPont de Nemours; und Polypropylen.
Die Dichtungsmanschette kann als einheitliche Struktur ausgebildet sein oder kann alternativ aus zwei oder mehr Segmenten zusammengesetzt sein.
Typische Zellensysteme, bei denen die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, sind alkalische Mangandioxidzellen, depolarisierte Luftsauerstoffzellen, Nickel-Cadmium-Zellen und Silberoxid-Zink-Zellen. Vorzugsweise ist die Zelle eine depolarisierte Luftsauerstoffzelle, stärker bevorzugt eine Zink-Luft-Zelle. Geeignete Elektroden-, Elektrolyt- und Trennelement-Materialien für das Zellensystem der Anwendung sind dem Fachmann bekannt und werden dementsprechend ausgewählt. Vorzugsweise ist die Zelle eine quecksilberfreie Zelle oder eine Zelle mit dem Quecksilberzusatz null. Im Falle einer Zink-Luft-Zelle ist ein geeignetes Gemisch für die negative Elektrode beispielsweise ein Gemisch aus Zinkteilchen, Elektrolyt und organischen Verbindungen, wie z. B. Bindemitteln.
Der Becher für die erfindungsgemäße Zelle kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material, wie z. B. Monel, Nickel, vernickeltem Stahl, vernickeltem rostfreiem Stahl oder nickelplattiertem rostfreiem Stahl. An der Außenfläche des Stahlbandes wird vorzugsweise eine Nickelschicht verwendet, um die elektrische Leitfähigkeit oder den elektrischen Kontakt zu einem Gerät, in dem die Batterie eingesetzt wird, zu erhöhen. Weitere Schichtstoffe, aus denen der Becher bestehen kann, sind unter anderem zweischichtige Verbundstoffe auf einem Träger aus rostfreiem Stahl oder ein Laminat aus mehr als drei Schichten. Zweckmäßigerweise werden aus laminiertem Metallband runde Scheiben gestanzt und dann zu einem Becher geformt. Die Innenfläche des Bechers, geeigneterweise eine Kupferschicht, befindet sich in direktem Kontakt mit dem Stromabnehmer.
Der Topf für die Zelle kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, das nicht korrodiert oder auf andere Weise unbrauchbar wird, wenn es sich im Kontakt mit den Materialien der Zelle befindet. Der Topf für die Zelle kann geeigneterweise aus elektrisch leitenden Materialien bestehen, wie z. B. aus rostfreiem Stahl, Nickel oder vernickeltem Stahl. Für depolarisierte Luftsauerstoffzellen wird typischerweise in den Boden des Topfes ein Loch gestanzt, um als Lufteintrittsöffnung zu dienen.
Der Stromabnehmer kann aus irgendeinem geeigneten, elektrisch leitenden Material bestehen, wie z. B. aus Kupfer, Messing oder Monel. Der Stromabnehmer kann irgendeine geeignete Form aufweisen, vorausgesetzt, daß er von dem Gehäuse in das Elektrodenmaterial hineinragen kann, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Elektrode sicherzustellen. Vorzugsweise ist der Stromabnehmer ein Element mit kleinem Volumen, wie z. B. ein Draht oder ein Stift. Der Stromabnehmer kann unter Anwendung irgendwelcher herkömmlicher Verfahren elektrisch mit dem Gehäuse, vorzugsweise dem Becher, verbunden werden. Als Alternative kann der Stromabnehmer, wie weiter oben erwähnt, bereits als einheitliches Element mit dem Gehäuse ausgebildet sein.
Vorzugsweise ragt der Stromabnehmer durch eine zentrale Öffnung in der Isolierschicht hindurch, die durch die Dichtungsmanschette über der Oberfläche des Gehäuseteils ausgebildet ist. Als Alternative kann die Öffnung jedoch exzentrisch angeordnet sein. Außerdem können zwei oder mehr Stromabnehmer vorgesehen werden, die durch eine oder mehrere Öffnungen in der Isolierschicht der Dichtungsmanschette hindurchragen.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen und der folgenden Beschreibung dieser Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Luftelektroden-Baugruppe in einem Topf;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Baugruppe aus einem Becher, einer Dichtungsmanschette und einem Stromabnehmer zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A eine Schnittansicht einer Baugruppe aus einem Becher und einem Stromabnehmer zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2B eine Schnittansicht eines einheitlichen Elements aus einem Becher und einem Stromabnehmer zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Baugruppe gemäß Fig. 2, die eine negative Elektrode enthält;
Fig. 4 eine Schnittansicht des Tropfes und der Elektrodenbaugruppe gemäß Fig. 1, umgedreht und dann über dem offenen Ende der Baugruppe gemäß Fig. 3 angeordnet, um eine Zellenbaugruppe zu bilden;
Fig. 5 eine Schnittansicht der Zellenbaugruppe gemäß Fig. 4 mit angequetschter Topfwand, um eine verschlossene bzw. abgedichtete Zelle herzustellen;
Fig. 6 eine Schnittansicht der verschlossenen bzw. abgedichteten Zelle gemäß Fig. 5 in umgedrehter Anordnung.
Fig. 1 zeigt eine Elektrodenbaugruppe für eine depolarisierte Luftsauerstoffzelle, die eine Luftverteilungsmembran 4, eine hydrophobe Schicht 3 und eine am Boden 10 des Topfes 2 angeordnete Elektrode 8 enthält. Wie dargestellt, enthält ein runder Topf 2 eine Luftverteilungsmembran 4, die an der Innenfläche des Topfes 2 befestigt ist. Eine hydrophobe Schicht 3, z. B. aus Polytetrafluorethylen, bedeckt den gesamten Boden des Topfes 2 einschließlich der Luftverteilungsmembran 4. Der Topf 2 weist strukturierte, geprägte innere Abschnitte 6 (wahlfrei) auf, um einen definierten Zwischenraum für die gleichmäßige Luftverteilung über die Oberfläche der Elektrode 8 bereitzustellen. Der Topf 2 weist einen Boden 10 auf, der an eine aufrechtstehende Umfangswand 12 anstößt, und in dem Boden IO ist eine Öffnung 14 angebracht, die eine Lufteintrittsöffnung bildet.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Dichtungsmanschette 18 mit einer aufrechtstehenden Umfangswand 20, einem Bodenabschnitt 24 und einer inneren, aufrechtstehenden Wand 26, die eine Öffnung 28 begrenzt. Ein zylinderförmiger Stromabnehmer 30 ist in der Öffnung 28 angebracht. In dem Wandabschnitt 20 der Dichtungsmanschette 18 ist eine Nut 32 ausgebildet. In der Nut 32 ist ein Becher 34 mit einem Umfangsflansch 36 angeordnet und befindet sich in körperlichem Kontakt mit dem Stromabnehmer 30, so daß der Becher 34 als Anschluß für die Zelle dient. Die Dichtungsmanschette 18 ist mit einem negativen Elektrodengemisch 38 dargestellt, das in der Dichtungsmanschette angeordnet ist und über den Stromabnehmer 30 den elektrischen Kontakt mit dem Becher 34 herstellt.
In Fig. 2A ist der Stromabnehmer 30 ein Draht oder Stift 30A, der an einem Ende elektrisch mit einem Becher 34A verbunden ist.
In Fig. 2B ist der Becher 34B als einfache Platte aus leitfähigem Material dargestellt, das gefaltet ist, um ein in der Mitte vorstehendes leitfähiges Segment 30B zu bilden, das als Stromabnehmer dient.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird der Topf 2 zusammen mit der eingesetzten Elektrodenbaugruppe umgedreht über der Dichtungsmanschette 18 angebracht, die vormontiert ist und die negative Elektrode 38 enthält. Der Flansch 36 des Bechers 34 ist innerhalb der Nut 32 der Dichtungsmanschette 38 angeordnet, und der Becher 34 liegt auf dem Stromabnehmer 30 auf.
Wie in Fig. 5 dargestellt, wird bei umgedrehtem Topf 2 die Kante oder der Rand 40 des Topfes 2 nach innen angequetscht. Der Rand 40 des Topfes 2 wird an die elektrisch isolierende Dichtungsmanschette 18 angedrückt, die zwischen dem Becher 34 und dem Topf 2 angeordnet ist, wodurch eine Abdichtung und eine elektrische Sperre zwischen dem Topf 2 und dem Becher 34 gebildet wird.

Claims

1. Galvanische Miniaturzelle mit einem zweiteiligen leitfähigen Gehäuse, das durch eine isolierende Dichtungsmanschette abgedichtet ist, wobei ein Gehäuseteil ein Becher ist, der mit einer der Elektroden verbunden ist, während der andere Gehäuseteil ein mit der anderen Elektrode verbundener Topf ist, wobei sich die Dichtungsmanschette über die Innenfläche mindestens eines Gehäuseteils erstreckt, um eine Isolierschicht zwischen dem Gehäuseteil und der mit ihm verbundenen Elektrode zu bilden, wobei durch eine Öffnung in der Isolierschicht ein Stromabnehmer von dem Gehäuseteil in die mit ihm verbundene Elektrode hineinragt, und wobei der Topf an der Dichtungsmanschette befestigt ist, um einen Verschluß für die Zelle zu bilden.

2. Galvanische Zelle nach Anspruch 1, wobei sich die Dichtungsmanschette über die Innenfläche zumindest des Bechers erstreckt und der Stromabnehmer sich in elektrischem Kontakt mit dem Becher befindet.

3. Galvanische Zelle nach Anspruch 2, wobei sich die Dichtungsmanschette ferner über einen Abschnitt des Stromabnehmers erstreckt.

4 Galvanische Zelle nach Anspruch 2, wobei der Becher und der Stromabnehmer ein einheitliches Element sind.

5. Galvanische Zelle nach Anspruch 2, wobei der Becher und der Stromabnehmer zwei Elemente sind.

6. Galvanische Zelle nach Anspruch 5, wobei der Stromabnehmer ein Draht, ein Stift oder ein Zylinderelement ist.

7. Galvanische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dichtungsmanschette aus einem einheitlichen Material besteht.

8. Galvanische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dichtungsmanschette aus mindestens zwei getrennten Segmenten besteht.

9. Galvanische Zelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dichtungsmanschette aus einem Material besteht, das unter synthetischem Kautschuk, Vinylidenfluoridharz, Polyamidharz, Polyolefin, Polyvinylchlorid, Silicon, Polypropylen und Tetrafluorethylen-Polymer ausgewählt ist.

10. Galvanische Zelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die innerhalb der Elektrode angeordnete wirksame Oberfläche des Stromabnehmers weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10%, stärker bevorzugt weniger als 7% der Innenfläche der Dichtungsmanschette beträgt.

11. Galvanische Zelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zelle eine depolarisierte Luftzelle ist, vorzugsweise eine Zink-Luft-Zelle.

12. Galvanische Zelle nach Anspruch 1, die aufweist:

a) eine erste Elektrode mit einer Polarität;

b) eine zweite Elektrode mit entgegengesetzter Polarität;

c) ein Trennelement zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode;

d) einen Elektrolyten;

e) ein zweiteiliges leitfähiges Gehäuse, das die erste Elektrode, die zweite Elektrode, das Trennelement und den Elektrolyten enthält, wobei der erste Teil des Gehäuses ein leitfähiger Topf ist, der eine Wand mit einer Kante aufweist, die eine Öffnung begrenzt und mit einer der Elektroden elektrisch verbunden ist, und wobei der zweite Gehäuseteil ein leitfähiger Becher mit einem Flansch am Umfang ist und mit der anderen Elektrode elektrisch verbunden ist.

f) eine Dichtungsmanschette, die ein Fußsegment, eine Innenwand, die eine Öffnung in dem Fußsegment begrenzt, und eine Umfangswand aufweist, wobei die Umfangswand der Dichtungsmanschette angrenzend an die Wand des Topfes angeordnet ist und die Topfkante gegen die Dichtungsmanschette abgedichtet wird, wodurch der Topf an der Dichtungsmanschette befestigt wird, um einen Verschluß für die Zelle zu bilden; und

g) ein Stromabnehmerelement, das durch die Öffnung im Fußsegment der Dichtungsmanschette hindurchgeht und an einem Ende mit einer Elektrode und am anderen Ende mit dem Becher in elektrischen Kontakt kommt.

13. Galvanische Zelle nach Anspruch 12, wobei in der Umfangswand der Dichtungsmanschette eine ringförmige Nut ausgebildet ist und der Flansch des Bechers in der Nut befestigt wird.

14. Galvanische Zelle nach Anspruch 13, wobei der Flansch des Bechers ein gekrümmtes Segment an der Becherwand bildet, das in der Nut befestigt wird, und wobei die Tiefe der Nut mindestens gleich der Länge des gekrümmten Segments ist.

15. Galvanische Zelle nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Umfangswand, die Innenwand und das Fußsegment eine wirksame Innenfläche für die Dichtungsmanschette bilden und der Stromabnehmer eine innerhalb der zweiten Elektrode angeordnete wirksame Oberfläche von weniger als 25% der wirksamen Oberfläche der Dichtungsmanschette aufweist.

16. Dichtungsmanschette nach einem der Ansprüche 12 bis 15 für eine Miniaturzelle.

17. Verfahren zum Einbau der Komponenten einer Miniaturzelle in ein zweiteiliges leitfähiges Gehäuse, in dem ein Teil ein Becher und der andere Teil ein Topf ist, mit den folgenden Schritten:

(a) Herstellen eines leitfähigen Topfes mit einer Umfangswand, die mit einer Kante endet, die eine Öffnung begrenzt;

(b) Herstellen einer Dichtungsmanschette mit einem Fußsegment, einer Umfangswand mit darin ausgebildeter Nut und einer Innenwand, die eine Öffnung begrenzt;

(c) Herstellen eines leitfähigen Bechers mit einem Flansch am Umfang;

(d) Einführen eines Stromabnehmers in und durch die Öffnung in der Dichtungsmanschette, Einsetzen des Becherflansches in die Nut und Befestigen des Bechers an der Dichtungsmanschette, so daß der Flansch in der Nut der Dichtungsmanschette fixiert ist;

(e) Einsetzen der Zellenkomponenten, die mindestens zwei Elektroden und einen Elektrolyten aufweisen, in den Topf und den Becher, so daß die Wand des Topfes parallel zur Umfangswand der Dichtungsmanschette ausgerichtet ist; und

(f) Befestigen der Topfwand an der Wand der Dichtungsmanschette, um eine verschlossene Zelle herzustellen.