DE2448370A1

DE2448370A1 - Galvanische zelle

Info

Publication number: DE2448370A1
Application number: DE19742448370
Authority: DE
Inventors: John Frank Lankgau
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1973-10-29
Filing date: 1974-10-10
Publication date: 1975-05-07
Also published as: GB1483925A; JPS5073139A; DE2448370B2; FR2249453B1; IT1021964B; US3891462A; CA1016996A; FR2249453A1; DE2448370C3; JPS5411497B2; BE821559A

Description

6η.

9. Oktober Gzt/lta.

Union Carbide Corporation, New York, N.Y. 10017 /U.S.A.

Galvanische Zelle

Die Erfindung betrifft abgedichtete galvanische Miniatur-Knopf zellen und insbesondere alkalische Knopfzellen, die von einem äußeren flüssigkeitsdicht abgeschlossenen knopfartigen Gehäuse umgeben sind..

Alkalische Troekenzellen weisen eine amalgarnierte Zinkanode, eine Kathode-aus einem Depolarisatormaterial mit einer elektrolytisch reduzierbaren, Sauerstoff abgebenden Verbindung, wie z.B. elektrolytisch reduzierbare Oxyde und Permanganate, und einen alkalischen Elektrolyten, wie z.B. eine wässrige Lösung eines Alkalimetallhydroxide auf und sind gewöhnlich in einem luftdichten Gehäuse eingeschlossen, das aus einem den Elektrolyten aufnehmenden Hauptteil oder Behälter und einem zweiten Teil oder einer Abdeckung besteht. Die Verbindung von Behälter und Abdeckung sollte durch Einfügen eines Isolationsmaterials vorgenommen werden, um die elektrische Integrität eines jeden Teils aufrechtzuerhalten, während diese Maßnahme gleichzeitig ' ausreicht, um ein luftdichtes Gehäuse für die Zelle zu erhalten. Das erste Erfordernis gestattet somit, die Komponenten des Gehäuses als elektrische Kontakte der Zelle zu benutzen, während das letztere Erfordernis einen Ausfluß bzw. ein Auslecken des stark korrosiven Alkaliel*ektrolyten aus der Zelle verhindert,

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wodurch der Kontakt dieses Elektrolyten mit der Atmosphäre verhindert wird, bei dem Kohlendioxyd absorbiert würde, was eine fortschreitende Umwandlung des Alkalimetallhydroxyds in ein Alkalimetallcarbonat zur Folge hätte. Obwohl unter normalen Bedingungen bei Lagerung in einem Regal oder während der eigentlichen Verwendung kein Gas in der Zelle erzeugt wird, können Verunreinigungen in dem Zellenmaterial eine Gasentwicklung beschleunigen, die den inneren Druck der Zelle wesentlich erhöhen könnte. Auch kann eine Gasentwicklung in der Zelle entstehen, wenn sie kurzgeschlossen, überladen, geladen oder überaus hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Diese Gasentwicklung könnte eine Aufbauchung im Boden der Zelle und/oder eine Undichtigkeit an der abgedichteten Fläche zwischen dem Behälter und der Abdeckung verursachen.

Um eine zufriedenstellende Dichtigkeit bei knopfartigen Zellen sicherzustellen, ist es beim Stand der Technik üblich, einen Ring aus synthetischem Isolationsmaterial zwischen die Abdeckung und den Behälter einzufügen, wobei das Gehäuse der Zelle vor Aufbringen eines deformierenden Druckes an der oberen Kante des Behälters geformt wird, um eine luftdichte Abdichtung für, das Gehäuse zu erzielen. Diese luftdichte Abdichtung kann durch axiale und/oder radiale Falz- oder Biegeverfahren erzielt werden, wobei das radiale Falz- oder Umbiegeverfahren bevorzugt wird. Der isolierende Ring kann mit einer Schicht Asphalt, Wachs oder anderen ähnlichen abdichtenden Materialien beschichtet v/erden, und eine ähnliche Schicht kann auf die innere obere Kante des Behälters, die mit der Abdeckung in Eingriff treten soll, vor Anwendung von Druck aufgebracht werden, um eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Behälter und der Abdeckung zu erzielen. Obwohl sich diese Art der Abdichtung als einigermaßen wirksam

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erwiesen hat, zeigte sich in einigen Fällen ein Auslecken des Elektrolyten zwischen dem Behälter und/oder der Abdeckung und dem Dichtring. Dies könnte möglicherweise auf der Tatsache beruhen, daß zwei Ausflußmöglichkeiten für den Elektrolyten bestehen, nämlich zwischen dem Ring und der Abdeckung und/oder zwischen dem Ring und dem Behälter.

Ein weiterer Versuch, das Problem externer Leckverluste und Salzbildung zu lösen, besteht in der Schaffung eines Behälters mit metallischem Boden für eine Zelle derart, daß ein Leerraum zwischen der Wand der Zelle und der inneren Wand des Bodenbehälters geschaffen wird, so daß jegliche Leckverluste der Zelle in dem Leerraum aufgenommen werden können, während Gas durch ein in dem äußeren Bodenbehälter in geeigneter Weise angeordnetes Abzugsloch entweichen kann. Diese Zellenkonstruktion ist schwierig herzustellen, da ein Leerraum zur Aufnahme einer jeden Flüssigkeit oder auch fester Ausflußstoffe der Zelle sowie eine Abzugseinrichtung zur Weiterleitung des Gases in die Atmosphäre vorgesehen werden müssen.

Mit dem Auftreten vieler von Miniaturbatterien betriebener Geräte, wie z.B. Uhren, Hörhilfen, Kameras und dergleichen, stellen Leckverluste und/oder Salzbildung von Miniaturzellen nicht nur ein Problem des Leistungsverlustes der Zelle hinsichtlich des Betriebs der Geräte sondern auch ein Problem für die Geräte selbst dar, in denen sie verwendet werden, da die austretenden und/oder salzbildenden Stoffe in hohem Maße korrosiv sind und daher Teile der Geräte beschädigen können. Ein weiteres Problem beim Auftreten einer Vielzahl batteriebetriebener Geräte ergibt sich daraus, daß Miniaturzellen verschiedener Größen für derartige Geräte erforderlich sind, da jedes Gerät gewöhnlich für die Aufnahme lediglich

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-StZelle einer bestimmten Größe konstruiert worden ist. Dementsprechend kann z.B. eine Zelle einer bestimmten Größe, die die erforderliche Leistung besitzt, ein bestimmtes Gerät zu betreiben, wegen ihrer Abmessungen nicht in diesem Gerät verwendet werden. Somit könnte eine Miniatur-Knopfzelle mit einem äußeren Durchmesser von 15_f24 mm und einer Höhe von 4,57 nun nicht in einem Gerät verwendet werden, das zur Aufnahme einer Knopfzelle (Größe 825) mit einem Außendurchmesser von 21,6 mm und einer Höhe von 5»59 πηπ ausgelegt ist, obwohl sie eine ausreichende Leistung aufweist, um dieses Gerät zu betreiben und obwohl die Leckverluste der kleineren Knopfzelle geringer sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine galvanische Miniatur-Knopf zelle mit einem flüssigkeitsdicht abgedichteten äußeren Gehäuse derart zu umgeben, daß sie von einem Gerät aufgenommen werden kann, das für größere galvanische Knopfzellen konstruiert worden ist und dieses Gerät betreiben kann. Hierbei soll zumindest eine abgedichtete galvanische Miniatur-Knopfzelle von einem flüssigkeitsdicht abgedichteten metallischen äußeren Gehäuse umschlossen werden, das elektrische Anschlüsse aufweist, die denen einer größeren Knopfzelle äquivalent sind. Außerdem soll das flüssigkeitsdicht abgedichtete metallische Gehäuse einen Hohlraum aufweisen, um Leckverluste und/oder Salzbildung der eingeschlossenen Knopfzelle oder der Knopfzellen aufzunehmen und/oder einen Hohlraum zur Aufnahme von Aufbauchungen der eingeschlossenen Knopfzelle bzw. der Knopfzellen. Ferner soll das äußere Gehäuse eine hemmende Wirkung auf jede Aufbauchung ausüben, die bei der eingeschlossenen Knopfzelle oder den Knopfzellen auftritt. Schließlich soll zumindest eine abgedichtete galvanische Knopfzelle in einem flüssigkeitsdicht abge-

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dichteten metallischen äußeren Gehäuse eingeschlossen werden, das aus einem leitenden Material hergestellt ist, welches unabhängig von dem elektrochemischen System der abgedichteten galvanischen Knopfzelle gewählt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße galvanische Zellenstruktur zumindest eine galvanische Miniatur-Knopfzelle, vorzugsweise eine Alkali-Knopfzelle mit einer Anode, einer aus einem Depolarisatormaterial bestehenden Kathode und einem in einem ersten abgedichteten knopfartigen Gehäuse befindlichen Elektrolyten auf, wobei das Gehäuse einen ersten leitenden Behälter, eine erste leitende Abdeckung für den Behälter und ein erstes Isolierglied zwischen der ersten Abdeckung und der oberen inneren Wand des ersten Behälters aufweist, derart, daß eine Abdichtung, vorzugsweise eine luftdichte Abdichtung, zwischen dem ersten Behälter und der ersten Abdeckung gebildet wird, wobei zumindest diese eine Knopfzelle in einem zweiten Gehäuse angeordnet ist, das einen·zweiten leitenden Behälter, eine zweite leitende Abdeckung für den Behälter und ein zweites Isolierglied zwischen der zweiten Abdeckung und der oberen inneren Wand des zweiten Behälters aufweist, derart, daß eine Abdichtung, vorzugsweise eine flüssigkeitsdichte und/oder luftdichte Abdichtung zwischen dem zweiten Behälter und der zweiten Abdeckung gebildet wird und wobei eine Kontakteinrichtung zwischen zumindest einer der ersten Knopfzellen und dem zweiten knopfartigen Gehäuse zur Aufrechterhaltung des elektrischen Kontaktes zwischen einem der ersten Behälter und dem zweiten Behälter und zwischen einer der ersten Abdeckungen und der zweiten Abdeckung angeordnet ist, so daß die zweite Abdeckung und der zweite Behälter als elektrische Anschlüsse für zumindest diese eine in dem zweiten Gehäuse eingeschlossene Zelle dienen.

Im folgenden bezeichnet der Ausdruck Miniatur-Knopfzelle eine Zelle mit einer Anode, einer Kathode aus Depolarisatormaterial und einem in einem Gehäuse eingeschlossenen Elektrolyten, wobei das Gehäuse einen flachen, leitenden Zylinder oder Behälter, der am Boden geschlossen und oben geöffnet ist, eine-leitende Abdeckung für diesen Behälter und eine isolierende Abdichtung oder Dichtmanschette zwischen der Peripherie der Abdeckung und der inneren Wand des Behälters an dessen offenem Ende aufweist, wodurch nach Falzen des Behälters gegen die Dichtmanschette eine Abdichtung, vorzugsweise eine luftdichte Abdichtung, gebildet wird. Die isolierende Dichtmanschette dient zur Abdichtung der Zelle, indem sie den Behälter von der Abdeckung isoliert und es somit ermöglicht, daß der Behälter und die Abdeckung Anschlüsse für die Zellen bilden. Bei Miniatur-Knopfzellen ist der Durchmesser des Behälters grö~ßer als die Höhe der; Zelle. Knopfzellen werden gegenwärtig unter Verwendung verschiedener elektrochemischer Systeme hergestellt, wie z.B. mit Leclanche- oder Salmiakelementen, alkalische und wässrige Säuren verwendenden Elementen sowie nicht-wässrigen flüssigen Systemen und Trockenelektrolyte verwendenden Systemen. Weitere Beschreibungen von Knopfzellen können den US-Patentschriften 2 458 87,8, 2 499 239, 2 576 266, 2 620 368 und 3 673 000 entnommen werden.

Der Ausdruck knopfartiges Gehäuse soll im folgenden einen flachen, leitenden Zylinder oder Behälter, der an einem Ende (Boden) geschlossen und am anderen Ende (Oberseite) offen ist, eine leitende Abdeckung für den Behälter und eine isolierende Dichtmanschette zwischen der Peripherie der Abdeckung und der Wand des Behälters an seinem oberen Ende bezeichnen, wodurch nach Falzen des Behälters gegen die Dichtmanschette eine Abdichtung, vorzugsweise eine flüssigkeitsdichte Abdichtung, gebildet wird.

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Der Ausdruck luftdichte Abdichtung bezeichnet eine Abdichtung, die den Austritt von Gasen durch die abgedichtete Fläche minimal hält, im wesentlichen unterbindet oder vollständig verhindert.

Der Ausdruck flüssigkeitsdichte Abdichtung bezeichnet eine Abdichtung, die den Austritt von Flüssigkeiten durch die abgedichtete Fläche minimal hält, im wesentlichen unterbindet oder vollständig verhindert.

Es wurde festgestellt, daß bei Vergrößerung des Durchmessers von Knopfzellen konstanter Höhe auch die Leckverluste und/oder die Salzbildung derartiger Zellen ansteigen. Obwohl man sich hier auf keine Theorie festlegten will, wird angenommen, daß die Steigerung der Zellenleckverluste und/oder Salzbildung bei Knopfzellen größeren Durchmessers auf der Tatsache beruhen könnte, daß die Spannungen im Metall an der Dichtungsfläche des Behälters bei Knopfzellen kleineren Durchmessers geringer als die Spannungen in Knopfzellen größeren Durchmessers sind, wenn davon ausgegangen wird, daß der Anpreßdruck des Dichtmanschettenmaterials an den Behälter bei Zellen einer jeden Größe der gleiche ist. Diese Spannung ist annähernd definiert als

Pr / 2

S=K -TJ- , wobei P der Anpreßdruck in kp/em , r der Radius des Zellendurchmessers, K eine Konstante und t die Metalldicke des Behälters sind. Aus Berechnungen ergab sich, daß Sich die Spannungen einer Knopfzelle konstanter Höhe annähernd verdoppeln, wenn sich ihr Durchmesser verdoppelt, wobei wiederum von der Annahme ausgegangen wurde, daß der Anpreßdruck der Dichtmanschette gleich ist. Um daher eine Abdichtung gleicher Qualität bei beiden Zellen zu erhalten, muß die Metalldicke der größeren Zelle doppelt so groß sein wie die Dicke der kleineren Zelle,

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wenn die kleinere Zelle den hallten) Durchmesser der größeren Zelle aufweist. Wird andererseits die Spannung für zwei Knopfzellen unterschiedlichen Durchmessers und gleicher Höhe als konstant angenommen, so ergibt sich, daß die Zelle mit dem größeren Durchmesser einen geringeren Anpreß- oder Kompressionsdruck widersteht als die Knopfzelle mit dem kleineren Durchmesser. Der Anpreß- oder Kompressionsdruck der Knopfzelle mit dem größeren Durchmesser gegenüber der Knopfzelle mit dem kleineren Durchmesser wurde als annähernd gleich dem Verhältnis des Durchmessers der kleineren Knopfzelle zu dem Durchmesser der größeren Knopfzelle ermittelt. Da der Anpreß- oder Kompressionsdruck die Qualität der Abdichtung zwischen der Wand des Behälters und der Peripherie der Abdeckung beeinflußt, ist eine Zelle mit kleinerem Durchmesser in der Lage, größeren Anpreß- oder Kompressionsdrucken als eine Zelle mit größerem Durchmesser zu widerstehen, wobei angenommen wird, daß die Metalldicke und mechanischen Eigenschaften sowohl des Metalles als auch des Dichtmanschettenmaterials gleich sind.

Hieraus kann somit geschlossen werden, daß Knopfzellen mit größerem Durchmesser eine Abdichtung schlechterer Qualität aufweisen als Knopfzellen kleineren Durchmessers, wobei die Metalldicke und die mechanischen Eigenschaften sowohl des Metalles als auch des Dichtmanschettenmaterials bei jeder Zelle gleich angenommen wurden, und dementsprechend sind größere Knopfzellen in weit höherem Maße Leckverlusten und/oder ■Salzbildung ausgesetzt. Die US-Patentschrift 3 185 595 unterstützt außerdem diese Annahme.

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Außerdem wird , wenn eine Miniatur-Knopfzelle mittels einer radialen Falzeinrichtung abgedichtet wird, ein hemmendes Moment auf die Bodenkante des Behälters ausgeübt, wodurch die Seitenwand des Behälters oft nicht den maximalen radialen Anpreßdruck gegenüber der isolierenden Dichtmanschette erreicht. Somit übt dieses hemmende Moment zusätzlich zu den Auswirkungen aufgrund der Durchmessergröße der Zelle ebenfalls einen Einfluß auf die Abdichtung der Zelle aus. Wird jedoch die Zellenhöhe gesteigert, so wird dieses hemmende Moment weniger wichtiger, . und die Durchmessergröße wird zum wichtigsten bzw. bestimmenden Paktor bei der Abdichtung. Daher können alle Miniatur-Knopfzeilen,die ein Verhältnis von Höhe zu Durchmesser kleiner i,0 aufweisen, am besten von der erfindungsgemäßen Vorrichtung profitieren, mittels der sie in ein abgedichtetes, vorzugsweise flüssigkeitsdicht abgedichtetes knopfartiges Gehäuse eingeschlossen werden.

In Übereinstimmung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Einschließen von Knopfzellen in ein abgedichtetes knopfartiges Gehäuse folgende Vorteile auf:

1) Es wird eine doppelt abgedichtete Zellenstruktur geschaffen.

2) Jegliche Leckverluste und/oder jegliche Salzbildung werden von einem Hohlraum oder von Hohlräumen zwischen dem knopf- , artigen Gehäuse und der Knopfzelle aufgenommen, wodurch äußere Leckverluste und/oder Salzbildungen vermieden werden, die Teile der Geräte beschädigen können, welche von der Knopfzelle betrieben werden.

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- ίο -

3) Jegliche Au£bauchunge& der eingeschlossenen Zelle werden innerhalb eines Hohlraumes zwischen dem knopfartigen Gehäuse und der Knopfzelle aufgenommen oder in einigen Fällen gehemmt, so daß äußere Aufbauehungen wirksam verhindert werden und damit das Problem des Entfernens einer aufgebauchten Zelle aus einem Abschnitt eines batteriebetriebenen Gerätes nicht auftritt.

h) Es wird eine größere Flexibilität bei der Auswahl der Kontaktmaterialien für das äußere Gehäuse erreicht, da die Materialien für das knopfartige Gehäuse unabhängig von dem elektrochemischen System der Knopfzelle ausgewählt werden können.

5) Es wird eine Vorrichtung geschaffen, mittels der Knopfzellen kleinerer Größe mit guter Kapazität zum Betrieb vor Geräten verwendet werden können, die derart konstruiert sind, daß sie lediglich größere Knopfzellen aufnehmen können.

6) Es wird eine Einrichtung geschaffen, mittels der eine kleinere Knopfzelle mit guter Kapazität zur Verwendung in knopfartigen Gehäusen verschiedener Größe standardisiert werden kann.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 horizontale Schnittansichten erfindungsgemäßer gekapselter Knopfzellen,

Fig. h eine maßstäbliche Ansicht eines federartigen Andruckringes mit eine/ Hase, der bei der Ausfiihrungsform der Erfindung nach Fig₀ i verwendet wire

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- li -

Pig. 5 eine maßstäbliche Schnittansicht einer alkalischen Miniatur-Knopfzelle,

Fig. 6 und 7 horizontale Schnittansichten einer gekapselten, aus zwei Knopfzellen bestehenden Zellenstruktur gemäß der Erfindung, und

Fig. 8 und 9 im Schnitt horizontale Teilansichten gekapselter Knopfzellen gemäß der Erfindung.

In den Fig. 1, h und 5 ist eine galvanische Knopfzelle 1 dargestellt, die in ein knopfartiges Gehäuse 2 eingeschlossen ist, das einen flachen zylindrischen Behälter 3, eine Abdeckung h und zwischen dem oberen, offenen Ende der inneren Wand 5 des Behälters 3 und der Abdeckung h eine isolierende Abdichtung oder Diehtinanschette 6 aufweist. Die Dichtmanschette 6 dient als Trennmittel und Isolator zwischen der Abdeckung h und der Wand 5 des Behälters 3 und dichtet die Verbindung ab. Die Dichtmanschette 6 kann auch als Abstandsglied dienen und ein Polster für die Knopfzelle 1 bilden und kann aus üblichen Abdichtmaterialien bestehen, wie z.B. Nylon, Polypropylen, Polysulfon, Kunststoffen, EVA-Gummi, Polyurethan und dergleichen. Die Dichtmanschette 6 kann somit erfindungsgemäß mehrere Funktionen ausüben. Ein Andruckring 7 mit federnder Nase ist oberhalb der Knopfzelle 1 und der inneren Wand 8 der Abdeckung k angeordnet. Fig. h zeigt den Ring 7 genauer mit einem mittleren nasenartigen Glied 9, das deformiert ist, so daß es gegen die obere Abdeckung

10 der Knopfzelle 1 drücken kann. Die äußere periphere Kante

11 des Ringes 7 ist derart ausgebildet, daß sie gegen die periphere Kante 12 der Abdeckung h stößt. Der Ring 7 kann an die Abdeckung h angeschweißt oder mittels anderer Verfahren

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befestigt werden,, so daß eine aus zwei Teilen bestehende leitende äußere Abdeekanordnung erhalten wird, wobei das nasenartige Glied 9 den Kontakt mit der Abdeckung 10 der Knopfzelle 1 herstellt, oder der Ring kann an der entsprechenden Stelle positioniert werden, wenn die Knopfzelle 1 innerhalb des Knopfzellengehäuses 2 angeordnet wird. Fig. 5 zeigt eine typische Knopfzelle 1 mit einer Anode 12, einer Kathode 13, einem Trennmittel oder Separator 14, einer Dichtmanschette 15, einem flachen zylindrischen Behälter 16 und einer Anodenabdeckung 10. Den Fig. 1, 4 und 5 ist somit zu entnehmen, daß das nasenartige Glied 9 des Ringes 7 den Kontakt mit der Abdeckung 10 der Knopfzelle 1 herstellt, während die Bodenoberfläche 1? des Behälters l6 in Kontakt mit der inneren Bodenoberfläche 18 des Behälters 3 steht. Die Dichtmanschette 6 gabelt sich an einem Ende, wobei ein Teil 19 die Abdeckung 4 und den Ring 7 vom Behälter 16 der Knopfzelle 1 isoliert, während das andere Teil 20 zwischen der Wand 5 und der äußeren Peripherie der Abdeckung 4 angeordnet ist und somit die Abdeckung 4 und den Behälter 3 voneinander isoliert und trennt. Durch übliche Falzverfahren kann die Verbindung zwischen der äußeren Peripherie der Abdeckung 4 und dem Behälter 3 unter Verwendung der Dichtmanschette 6 abgedichtet werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten zusammengebauten Form ist die Anodenabdeckung 10 elektrisch mit der Abdeckung 4 verbunden, während der Behälter ±6 der Knopfzelle elektrisch mit dem Behälter 3 verbunden ist, so daß die Abdeckung 4 und der Behälter 3 die neuen Anschlüsse für die Knopfzelle 1 bilden. Der zwischen dem Knopfzellengehäuse 2 und der Knopfzelle 1 gebildete Hohlraum 21 nimmt jegliche Leckverluste und/oder Salzbildungen der Knopfzelle 1 auf, so daß das Knopfzellengehäuse frei von äußeren Anzeichen derartiger

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Leckverluste und/oder Salzbildungen bleibt. Da die Bodenoberfläche 17 der Knopfzelle 1 gegen die innere Bodenoberfläche des Behälters 3 stößt, wirkt diese letztere Oberfläche 18 als hemmendes Teil gegenüber einer jeden Zellenaufbauchung der Oberfläche 17. Die für das Zellengehäuse 2 gewählten Materialien können übliche Zellenbehältermaterialien, wie etwa Nickel und Nickellegierungen, Stahl, nickelbeschichteter Stahl, zinnbeschichteter Stahl und ebenfalls auch andere Materialien, wie z.B. leitende Metalle und Metallegierungen und dergleichen sein. Erfindungsgemäß können die Abdeckung h und der Behälter 3 auch aus anderen Materialien bestehen, entsprechend der Amiendungsform, für die das Knopfzellengehäuse verwendet werden soll.

Fig. 2 zeigt eine Knopfzelle 1 in einem Knopfzellengehäuse 30, das aus einem flachen zylindrischen Behälter 31, einer Abdeckung 32 und einer isolierenden Dichtmanschette 33 besteht. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist ein leitender Streifen 34t zwischen der Bodenoberfläche 35 der Knopfzelle 1 und der inneren Bodenoberfläche 36 des Behälters

31 angeordnet, der diese Oberflächen berührt und den elektrisehen Kontakt zwischen ihnen herstellt. Ein weiterer leitender Streifen 37 ist zwischen der oberen Oberfläche der Anodenabdeckung 10 und der inneren oberen Oberfläche 38 der Abdeckung

32 angeordnet, der diese Flächen berührt und den elektrischen Kontakt zwischen ihnen herstellt. Ein Ende eines jeden Streifens 3k und 37 ist an die inneren Oberflächen 36 bzw.. 38 des Knopfzeliengehäuses 30 angeschweißt, während das entgegengesetzte Ende eines jeden Streifens an den Behälter 16 bzw. die Anodenabdeckung 10 der Knopfzelle 1 angeschweißt ist. Ein isolierender Ring 39 ist zwischen der Knopfzelle 1. und der Abdeckung 2 angeordnet, um die Abdeckung 32 vom Behälter 16 der

Knopfzelle 1 elektrisch zu isolieren. Wiederum ist die äußere Verbindung der Abdeckung 32 gegenüber der inneren Wand des Behälters 31 mittels der Dichtmanschette 33 abgedichtet, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben. Ein Hohlraum 40 ist zur Aufnahme jeglicher Leckverluste und/oder Salzbildungen der Knopfzelle 1 vorgesehen, während eine Scheibe 34 dazu dient, zusätzlich jeden Aufbauchungen der Bodenoberfläche 35 der Knopfzelle i zu widerstehen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bilden die angeschweißten leitenden Streifen die Kontakte zur Aufrechterhaltung des elektrischen Kontaktes zwischen der Abdeckung 10 und der Abdeckung 32 und zwischen dem Behälter 16 und dem Behälter 31. Die Dichtmanschette 33 dient auch als Abstandsglied und Anordnungspolster für die Knopfzelle i. Obwohl die Streifen 34 und 37 als.einzelne flache Streifen dargestellt sind, kann es vorteilhaft sein, oiese Streifen durch faltbare Streifen zu ersetzen, um die für diesen Aufbau erforderliche Schweißoperation zu erleichtern. Auch können die Streifen 34 und 37 dieser Ausführungsform der Erfindung durch deformierte,federnde,leitende Streifen ersetzt werden, wodurch das Erfordernis des Schweißens entfällt, da federnde Streifen den erforderlichen elektrischen Kontakt zwischen der Knopfzelle und dem Knopfzellengehäuse herstellen. Bei einigen Anwendungsarten kann es jedoch von Vorteil sein, eine Kombination aus deformierten Streifen in Verbindung mit angeschweißten Streifen derart zu verwenden, daß die deformierten Streifen an die Zelle und das Knopfzellengehäuse angeschweißt werden, wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Federkontakt, die gleichermaßen bezeichnete Elemente wie Fig. 2 aufweist, mit der Ausnahme ,· daß die ang :chwfi3ten Streifen 34

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und 37 durch einen einzelnen herab ge drückt en leitenden Federring 41 ersetzt sind. Hierdurch wird bei dieser Ausführungsform ein Hohlraum 42 zwischen der Bodenoberflache 35 der Knopfzelle 1 und der inneren Bodenoberfläche 36 des Behälters 31 gebildet. Dieser Hohlraum 42 nimmt jegliche Aufbauchungen der Oberfläche 35 auf, so daß das Knopfzellengehäuse keine äußeren Anzeichen derartiger Aufbauchungen aufweist. Der elektrische Kontakt zwischen der Abdeckung 10 und der Abdeckung 32 und zwischen dem Behälter 16 und dem Behälter 31 wird durch den leitenden Federring 41 aufrechterhalten.

Fig. 6 zeigt ein Knopfzellengehäuse 60 mit einem flachen Behälter 6i, einer Abdeckung 62 und einer Dichtmanschette 63. In Serie geschaltete Knopfzellen 1 und 2 befinden sich innerhalb des Behälters 6l und werden darin durch die vertikale innere Wand 64 der Dichtmanschette 63 angeordnet und gepolstert. Ein teilweise herabgedrückter leitender Federring 70 ist zwischen der inneren Bodenwand 65 des Behälters 6l und der Bodenoberfläche 66 der Zelle 2 angeordnet. Isolierende Ringe 67 und 68 befinden sich zwischen den Knopfzellen 1 und 2 bzw. zwischen der Knopfzelle 1 und einer leitenden Scheibe 69, um Kurzschlüsse zwischen den Zellen i und 2 und der Abdeckung 62 und dem Behälter 6l des Knopfzellengehäuses 60 zu verhindern. Der Federring 70 liefert einmal den Kontaktdruck zur Aufrechterhaltung der elektrischen Verbindung für die Zellen 1 und 2 und.ist · außerdem wirksam in der Lage, im wesentlichen jegliche Aufbauchungen der Knopfzellen 1 und 2 ohne wesentliche Deformation der Bodenoberfläche 65 des Behälters 6l zu absorbieren. Die Dicke der leitenden Scheibe 69 kann in Abhängigkeit von der

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gewünschten Gesamtgröße des Knopfzellengehäuses 60 schwanken. Durch Veränderung der Dicke der leitenden Scheibe 69 kann somit die Höhe des Knopfzellengenäuses 60 verändert werden.

Pig» 7 zeigt eine in etwa ähnliche Ausf!ihrungsform der Erfindung mit entsprechend bezeichneten Elementen wie in Fig. 6, mit der Ausnahme, daß der Federring 70, die leitende Scheibe 69 und die isolierenden Ringe 67 und 68 durch einen gewölbten, leitenden,federnden Streifen 71 ersetzt sind. Dieser Streifen 71 bildet die Andruck-Kontakteinrichtung zur Aufrechterhaltung des elektrischen Kontaktes zwischen den Knopfzellen 1 und 2 und dem Knopfzellengehäuse 60, während er ebenfalls die Abdeckung 10 der Knopfzelle 1 mit der Abdeckung 62 des Knopfzellengehäuses 60 elektrisch verbindet. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung befinden sich die Knopfzellen axial übereinander und sind im Behälter 6l ohne Verwendung von Isoliermitteln angeordnet, mit Ausnahme der Dichtmanschette 63. Jegliche Aufbauchung in einer der Zellen kann von dem gewölbten Streifen 71 absorbiert werden, wodurch derartige Aufbauchungen vom äußeren Erscheinungsbild ferngehalten werden. Auch werden jegliche Leckverluste und/oder Salzbildungen der Zellen auf den Zwischenraum zwischen den Knopfzellen 1 und 2 und der inneren Oberfläche des Knopfzellengehäuses 60 beschränkt.

Fig. 8 zeigt im Schnitt eine horizontale Teilansicht einer Knopfzelle 1, die in einem Knopfzellengehäuse 80 angeordnet ist, das aus einem flachen zylindrischen Behälter 81, einer Abdeckung 82 und einer isolierenden Dichtmanschette 83 besteht. Ein leitender federnder Ring 84 weist einen Querschnitt auf, der einem umgekehrten "U" ähnelt, wobei das Oberteil des inneren Beingliedes 86 sich radial nach innen erstreckt und somit

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in vertikaler Richtung kürzer als das äußere gerade Beinglied 8? ist. Das Beinglied 87 kann an der Bodenoberfläche 85 des Behälters 81 durch Anschweißen oder ein entsprechendes Verfahren befestigt werden, wobei das Beinglied 86 im wesentlichen parallel zu der Oberfläche 85 angeordnet wird. Der von dem ausgestreckten Beinglied 86 gebildete rechte Winkel dient zur Positionierung und Halterung der Knopfzelle 1 und schafft einen Hohlraum 88, der jegliche Aufbauchungen der Zelle 1 aufnehmen kann. Ist der leitende Ring 8^lt federnd, so kann er einen Druck auf die Knopfzelle 1 ausüben und dadurch die Anodenabdeckung 10 und den Behälter 16 in elektrischem Kontakt mit der Abdeckung 82 bzw. dem Behälter 81 halten.

Fig. 9 zeigt eine in etwa, ähnliche Ausführungsform der Erfindung mit gleich bezeichneten Elementen wie in Pig. 8, mit der Ausnahme, daß der leitende Ring 86 durch einen leitenden, federnden Haltering 90 ersetzt worden ist. Der Haltering 90 besteht aus einem vertikalen Segment 91 mit einem von seinem Oberteil radial nach außen verlaufenden im wesentlichen horizontalen Segment 92 und einem von seinem Boden sich radial nach innen erstreckenden im wesentlichen horizontalen Segment 93. Das Segment 92 kann an der inneren Seitenwand des Behälters 81 durch Punktschweißung oder ein entsprechendes Verfahren befestigt werden. Der von den Segmenten 91 und 93 gebildete rechte Winkel wirkt als Positioniereinrichtung und Halteglied für die Knopfzelle 1 und schafft einen Hohlraum 88, der jegliche Aufbauchungen der Zelle 1 aufnehmen kann. Ist der leitende Haltering 90 federnd, so kann er einen Druck auf die Knopfzelle 1 ausüben und dadurch die Anodenabdeckung 10 und den Behälter in elektrischem Kontakt mit der Abdeckung 82 bzw. dem Behälter 81 halten. -

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Obwohl die Erfindung "bisher in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten spezifischen Ausführungsforinen erläutert wurde, ist es offensichtlich, daß bestimmte Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Zum Beispiel können ein oder mehrere Merkmale einer Ausfiihrungsform einer anderen Ausführungsform hinzugefügt oder die Anordnung eines Merkmals oder Teils in einer Ausführungsform kann in dieser oder einer anderen Ausführungsform geändert werden, d.h., z.B. kann der in Pig. 6 dargestellte Federring zwischen der Abdeckung des Gehäuses angeordnet und die Abdeckung der Knopfzelle oder der in Fig. 7 dargestellte gewölbte Streifen können zwischen der Bodenoberflache des Behälters für die Knopfzelle und der inneren Bodenoberfläche des Behälters für das Knopfzellengehäuse angeordnet werden, wie auch der Federring nach Fig. 6 zwischen der Bodenoberfläche der Knopfzelle i und der inneren Bodenoberfläche des in Fig. 1 dargestellten Behälters 3 angeordnet werden kann, um eine zusätzliche Druckkontakteinrichtung für die Zellenstruktur zu schaffen.

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Claims

- 19 Patentansprüche

1. Galvanische Zellenstruktur, gekennzeichnet durch zumindest eine galvanische Miniatur-Knopfzelle mit einer Anode, einer Kathode aus Depolarisatormaterial und einem Elektrolyten, der in einem ersten abgedichteten Knopfzellengehäuse angeordnet ist, das einen ersten leitenden Behälter, eine erste leitende Abdeckung für den Behälter und ein erstes Isolationsglied zwischen der ersten Abdeckung und der oberen inneren Wand des ersten Behälters aufweist, derart, daß eine Abdichtung zwischen dem ersten Behälter und der ersten Abdeckung gebildet wird, wobei die zumindest eine Knopfzelle in einem zweiten Gehäuse angeordnet ist, das einen zweiten leitenden Behälter, eine zweite leitende Abdeckung für den Behälter und ein zweites Isolationsglied zwischen der Bodenabdeckung und der oberen inneren Wand des zweiten Behälters aufweist, derart, daß eine Abdichtung zwischen dem zweiten Behälter und der zweiten Abdeckung gebildet wird, und wobei eine Kontakteinrichtung zwischen zumindest einer der ersten Knopfzellen und dem zweiten Knopfzellengehäuse angeordnet ist, um den elektrischen Kontakt zwischen einem der ersten Behälter und dem zweiten Behälter und zwischen einer der ersten Abdeckungen und der zweiten Abdeckung aufrechtzuerhalten, so daß die zweite Abdeckung und der zweite Behälter als elektrische Anschlüsse für die zumindest eine in dem zweiten Gehäuse eingeschlossene Zelle dienen.

2« Galvanische Zellenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gehäuse eine flüssigkeitsdichte Abdichtung aufweist.

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3. Galvanische Zellenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite isolierende Glied ein Abstandsstück und eine I'olsteroinrichtung für die zumindest eine galvanische in dem zweiten Gehäuse eingeschlossene Knopfzelle bildet.

h. Galvanische Zeilenstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitender Hing mit einer mittigen deformierten Nase derart zwischen der inneren Bodenwand der zweiten Abdeckung und der oberen Abdeckung der Knopfzelle angeordnet ist und diese berührt, daß die Nase einen Druckkontakt auf die obere Abdeckung der Knopfzelle ausübt und somit die obere Abdeckung mit der zweiten Abdeckung elektrisch verbindet.

5. Galvanische Zellenstruktur nach Anspruch Ji, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitender Federring zwischen der Bodenoberfläche der Knopfzelle und der inneren Bodenoberfläche des zweiten Gehäuses angeordnet ist.

6. Galvanische Zellenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Hohlraum zwischen der Knopfzelle und dem zweiten Gehäuse zur Aufnahme von Leckverlusten und/oder Salzbilrtungen der Knopfzelle ausgebildet ist.

7. Galvanische Zellenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der äußeren Bodonoberflache der Knopfzelle und der inneren Bodenoberflache des zweiten Behälters ein Hohlraum ausgebildet ist, um jeglich.e Auibauchungen aufzunehmen, die sich in der Knopfzelle ausbilden können.

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BAD ORIGINAL

2U8370

8. Galvanische Zellenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitender Federring in Berührung zwischen der Knopfzelle und dem zweiten Gehäuse angeordnet ist, der eine Druckeinrichtung zur Aufrechterhaltung des elektrischen Kontaktes zwischen dem zweiten Gehäuse und der Knopfzelle bildet sowie im wesentlichen jegliche Aufbauchungon absorbiert, die sich in der Knopfzelle ausbilden können.

9. Galvanische Zellenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein gewölbter, federnder, leitender Streifen zwischen der Knopfzelle und dem zweiten Gehäuse angeordnet ist und diese berührt, der eine Andruck-Kontakteinrichtting zur Aufrechterhaltung des elektrischen Kontaktes zwischen dem zweiten Gehäuse und der Knopfzelle bildet und im wesentlichen alle Aufbauchungen absorbiert, die sich in der Knopfzelle ausbilden können.

10, Galvanische Zellenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitender, deformierter, federnder Ring zwischen der äußeren Bodenoberfläche der Knopfzelle und der inneren Bodenoberfläche des zweiten Behälters angeordnet ist und diese berührt, der einen Sitz für die Knopfzelle schafft und gleichzeitig eine Andruck-Kontakteinrichtung zur Aufrechterhaltung des elektrischen Kontaktes zwischen dem zweiten Gehäuse und der Knopfzelle bildet und im wesentlichen jegliche Aufbauchungen absorbiert, die sich in der Knopfzelle ausbilden können.

11. Galvanische Zellenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein leitender Streifen mit einem Ende an die Knopfzelle und mit dem anderen Ende an das zweite Gehäuse angeschweißt ist.

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