DE2919716A1

DE2919716A1 - Galvanisches element, insbesondere knopfzelle

Info

Publication number: DE2919716A1
Application number: DE19792919716
Authority: DE
Inventors: Helmut Glaser
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1979-05-16
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1980-11-27
Also published as: IT8022056A0; FR2457016A1; GB2052840A; JPS55154059A; GB2052840B; US4258108A; FR2457016B1; IT1131491B

Description

VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51

Galvanisches Element, insbesondere Knopfzelle

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element, insbesondere Knopfzelle, mit alkalischem Elektrolyten in einem Metallgehäuse, das zwischen Gehäusenapf und Deckel mittels einer Kunststoffdichtung gasdicht verschlossen ist.

Alkalische Knopfzellen, insbesondere des wiederäufladbaren Ni/Cd-Typs, werden häufig in Anwendungsgebieten eingesetzt, bei denen, anders als für die gewöhnliche Verwendung in Taschenlampen, Blitzlichtgeräten oder Elektrorasierern, eine Lebensdauer von 5 Jahren und mehr gefragt ist. Ein Anwendungsbeispiel sind gedruckte Schaltungen, bei denen die Knopfzellen fest eingelötet sind, d.h. bei einem Defekt schlecht ausgewechselt werden können.

In solchem Falle wird das bekannte Kriechverhalten des KOH-Elektrolyts zu einer drohenden Gefahr, da die üblichen Kunststoffdichtungen die Verhinderung eiiES Elektrolytaustritts aus der Zelle zumindest nicht für einen Zeitraum von Jahren garantieren.

Die Erfahrung lehrt auch, daß mechanische Dichtungen, obwohl sie das Qualitätsmerkmal "gasdicht" verdienen, der gleichzeitigen Forderung nach Laugedichtigkeit oft

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nicht gewachsen sind. Um diese dennoch zu erfüllen, liegt es nahe, anstelle des KOH-Elektrolyten die weniger kriechfähige Natronlauge zu verwenden oder überhaupt die Elektrolytmenge zu reduzieren.

Aus der US-PS 3 891 462 ist es bekannt, eine an sich gasdichte Miniatur-Knopfζeile in ein größeres dichtes Gehäuse einzubetten. Bekannt ist ferner aus der US-PS 4 011 371» den aus einer undicht gewordenen Lithium-Zelle austretenden sauren Elektrolyten zu neutralisieren, wobei von einer speziellen konstruktiven Ausbildung des Dichtungsbereiches zwischen Zellenbecher und Deckel ausgegangen wird.

Diese Maßnahmen sind jedoch umständlich oder gehen auf Kosten der spezifischen Leistungsfähigkeit der Zelle, sei es hinsichtlich der auf das Volumen bezogenen Kapazität oder Hochstrombelastbarkeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, handelsübliche und bewährte alkalische Knopfzellen ohne nennenswerte konstruktive Veränderungen gegen Elektrolytaustritt abzusichern.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an der dem Elektrolyten abgewandten Seite der Dichtungszone ein laugebindendes Mittel angeordnet ist.

Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß das laugebindende Mittel in denjenigen äußeren Bereich der Dichtungszone eingeführt wird, in dem es normalerweise von jedem Kontakt mit dem Elektrolyten ausgeschlossen ist.

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Dies kann durch Eintauchen der Knopfzelle in die Lösung einer sauer reagierenden Substanz geschehen, die nach dem Auskristallisieren von den blanken Flächen der Zelle durch Abwischen leicht zu entfernen ist, im ringförmigen Dichtungsbereich jedoch verbleibt und dort mit Hilfe eines Kunststofflacks fixiert werden kann. Grundsätzlich ist es auch möglich, das laugebindende Mittel in Form einer Paste auf die Dichtung aufzubringen.

Unabhängig von der Auftragungsart läßt sich die Innenseite des Gehäusebechers im Bereich der Bördelzone oder die ringförmige Kunststoffdichtung selbst mit umlaufenden Rillen oder Sicken versehen, von denen das laugebindende Mittel noch vor dem Verbördeln aufgenommen wird.

Besonders vorteilhaft ist es, auf die Dichtungszone von außen einen aus einem Vlies ausgestanzten Ring aufzubringen, welcher zuvor beispielsweise mit Borsäurelösung getränkt und getrocknet wurde. Die Poren des Vlieses sind dann mit kristallisierter Borsäure gefüllt. Zusätzlich kann ein pulverförmiges hygroskopisches Mittel in die Poren eingebracht werden.

Zur Fixierung des Vliesringes wird dieser mittels eines Schrumpfschlauches gegen die Dichtungsfläche gepreßt und das Neutralisierungsmittel zugleich gegen zudringende Feuchtigkeit abgedeckt. Ein ähnlicher Schutz kann selbstverständlich durch eine Lackbehandlung oder Vergießen der gesamten Zelle mit einem Kunstharz erreicht werden.

Die Figuren 1-3 geben vorzugsweise Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements wieder.

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Figur 1 läßt die soeben beschriebene Anordnung einer Knopfzelle mit dem Vliesring erkennen:

Die Dichtungszone zwischen dem Gehäusenapf 1 und dem Deckel 2 ist durch die Kunststoffdichtung 3 ausgefüllt. Ihr oberer Rand ist mit dem Vliesring 4 bedeckt, der das laugebindende Mittel 5 enthält. Durch die Spannkraft des Schrumpfschlauches 6 erfährt der Vliesring 4 einen genügenden Anpreßdruck gegen die Kunststoff dichtung 3.

Figur 2 zeigt eine vorzugsweise Ausführungsform der Dichtung, die darin besteht, daß die ringförmige Kunststoffdichtung 3 selbst auf der dem Deckelrand zugekehrten Seite mit Rillen oder Vertiefungen 7 versehen ist, welche das laugebindende Mittel 5 enthalten.

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäß gegen Elektrolyt austritt abgesicherte Knopfzelle mit einem außerordentlich stark ausgedehnten Dichtungsbereich. Dieser umfaßt nicht nur die Bördelzone, sondern erstreckt sich über die gesamte Innenfläche des Deckels, wodurch allein der Kriechweg für den Elektrolyten extrem verlängert ist.

Die Zelle ist außer mit der Blattfeder 8 mit einer metallischen Scheibe 9 ausgerüstet, welche über, eine zentrische Ausstülpung 10 an die Innenfläche des Deckels 2 angepunktet ist.

Die Kunststoffdichtung 3 ist hier bis auf eine zentrale Öffnung, die für die Ausstülpung 10 freigelassen ist, als eine runde Platte ausgebildet, die zwischen Scheibe und Deckel 2 eingezwängt ist und sich mit ihrem Rand

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bis in die Bördelzone hinein erstreckt. Die Blattfeder 8 sorgt für die notwendige Pressung der Kunststoff dichtung 3. Ihre Ober- und Unterseite ist mit konzentrisch umlaufenden Rillen 7 versehen, die ähnlich wie beim Kunststoffring 3 in der Figur 2 mit dem laugebindenden Mittel 5 präpariert sind. Darüber hinaus können Dichtungshilfsmittel wie Bitumen in den Rillen angeordnet sein. Auf diese Weise ist eine Dichtungszone 11 mit langem Kriechweg vorhanden.

Eine weitere, hier nicht dargestellte, Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, daß der zwischen einer Miniatur-Knofpzelle und ihrem umhüllenden Zweitgehäuse gemäß der erwähnten US-PS 3 891 462 ausgesparte Leer-Raum der Aufnahme des laugebindenden Mittels dient.

Außer der genannten Borsäure als laugebindendes Mittel sind auch andere Feststoffe geeignet, soweit sie in wässrigem Medium saure Reaktion zeigen, beispielsweise die Anhydride schwacher anorganischer Säuren wie BpO,, ASpO~, As₂Oc oder die sauren Salze mehrbasiger Säuren wie NaH₂PO₄ und Na₂H₂P₂O₇.

Ebenso können organische Feststoffe mit saurem Charakter dem erfindungsgemäßen Zweck dienen. Als Beispiele seien Ascorbinsäure oder höhere Fettsäuren genannt.

Bei der Umsetzung der eventuell aus der Zelle austretenden Lauge mit dem neutralisierenden Feststoff wird neben Wasser ein Salz gebildet, das hydrolytisch gespalten ist und alkalische Reaktion zeigt. In jedem Fall aber entsteht eine verdünnte Lauge, deren Kriechvermögen weit geringer ist als das der im Zellinnern befindlichen Elektrolytlauge.

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L e e r s e

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COPV

Claims

Reg.-Nr. HP 418-DT 6233 Kelkheim, den 3.5.79

EAP-Dr.Ns/sd

VARTA Batterie Aktiengesellschaft
3000 Hannover 21, Am Leineufer 51

Patentansprüche

1· Galvanisches Element, insbesondere Knopfzelle, mit
alkalischem Elektrolyten in einem Metallgehäuse,
das mittels einer Kunststoffdichtung zwischen Gehäusenapf und Deckel gasdicht verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Elektrolyten angewandten Seite der Dichtungszone ein laugebindendes Mittel (5) angeordnet ist.

2. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das laugebindende Mittel (5) eine wasserlösliche sauer reagierende Festsubstanz ist.

3. Galvanisches Element nach Anspruch 2_t dadurch gekennzeichnet, daß die Festsubstanz Borsäure ist.

4. Galvanisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festsubstanz ein saures Alkalisalz einer mehrbasigen anorganischen Säure ist.

5. Galvanisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festsubstanz Ascorbinsäure ist.

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. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das laugebindende Mittel (5) in einem Vliesring (4) fixiert ist, der auf dem äußeren Dichtungsbereich aufsitzt.

7. Galvanisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesring (4) feuchtigkeitsdicht abgedeckt ist.

8. Galvanisches Element nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung von einem Schrumpfschlauch (6) gebildet ist.

9. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das laugebindende Mittel (5) in umlaufenden Rillen (7) der Kunststoffdichtung (3) fixiert ist.

10. Galvanisches Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffdichtung (3) sich in einen Bereich unterhalb der Deckelinnenseite erstreckt.

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