DE3102771A1

DE3102771A1 - Elektrische batterie mit schichtaufbau

Info

Publication number: DE3102771A1
Application number: DE19813102771
Authority: DE
Inventors: Hironosuke Ikeda; Shigehiro Moriguchi Osaka Nakaido; Satoshi Narukawa
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1981-01-28
Publication date: 1981-12-17
Also published as: FR2475301B1; DE3102771C2; GB2069749A; GB2069749B; US4371597A; JPS56109457A; FR2475301A1; JPS6040146B2

Description

SANYO LECTRIC CO., LTD.,
Moriguchi-shi, Osaka-fu / Japan

Elektrische Batterie mit Schichtaufbau

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie mit Schichtaufbau, die durch Zusammenstellen mehrerer Elementarzellen, die jeweils einen positiven und einen negativen Anschluß haben, gebildet ist.

Bei einer herkömmlichen Batterie, beispielsweise einer ' 9 V-Batterie der Type OO6P, werden sechs Elementarzellen mit 1,5 V Zellenspannung elektrisch in Reihe geschaltet und in einem Außengehäuse untergebracht. Bei einer alkalischen 1,5 V-Zelle mit Zylinderform befinden sich der positive und der negative Anschluß am oberen bzw. unteren Ende der Zelle. Wenn also sechs alkalische Zellen dieser Art als Elementarzellen verwendet und elektrisch in Reihe geschaltet werden, wobei sie zwei Reihen von jeweils drei Zellen bilden und ihre positiven Anschlüsse in dieselbe Richtung weisen, dann benötigt eine derartige Anordnung lange Verbindungen, um die negativen Anschlüsse am unteren Ende der Zellen in der einen Reihe mit den positiven Anschlüssen am oberen Ende der Zellen in der anderen Reihe zu verbinden, und es ist ebenfalls ein langer Verbindungsleiter erforderlich, um den negativen Anschluß- am unteren Ende der einen Zelle am Ende der Reihenschaltung mit der negativen Klemme auf der Oberseite der gesamten Batterieeinheit zu verbinden. Es ist dafür ein beträchtlicher Isolationsaufwand nötig, und auch die Arbeit beim Zusammenbau wird kompliziert und aufwendig.

Werden dagegen die positiven Anschlüsse von drei Elementarzellen in einer ersten Richtung und die negativen Anschlüsse der anderen drei Elementarzellen in einer zweiten Richtung

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orientiert, wobei die jeweiligen Elementarzellen in einer Zeile abwechselnd ausgerichtet sind, so läßt sich durch eine derartige Anordnung zwar die Länge der Verbindungsleiter zwischen den positiven Anschlüssen und den negativen Anschlüssen jeweils benachbarter Elementarzellen verkürzen. Bei einer solchen Anordnung, bei der die positiven Anschlüsse der einzelnen Elementarzellen jedoch nicht sämtlich in dieselbe Richtung weisen, wird der gesamte Batterieaufbau instabil und kompliziert.

Da das Außengehäuse einer Batterie des Typs OO6P Quadratform besitzt, ergibt die Verwendung zylindrischer Elementarzellen den Nachteil, daß das Batteriegesamtvolumen vergrößert ist.

Außerdem wird in einer Batterie der Type OO6P eine große Zahl von Elementarzellen benötigt. Damit grenzt jede Elementarzelle wenigstens an zwei andere Elementarzellen an. Um unerwünschte elektrische Kontakte zwischen den einzelnen Elementarzellen zu vermeiden, müssen sie mit isolierenden Überzugsschichten versehen sein, so daß auch dadurch wieder der Zusammenbau mühsam wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Batterie mit Schichtaufbau und.ist durch folgendes gekennzeichnet: Die Zellenanordnung erfolgt dadurch, daß mehrere Elementarzellen mit jeweils einem positiven und einem negativen Anschluß derart zusammengestellt werden, daß die Anschlüsse der jeweiligen Elementarzellen in derselben Ebene liegen; eine erste Isolierstoffplatte mit zahlreichen Durchbrüchen wird auf die Zellenanordnung gelegt; Verbindungsstücke auf der ersten Isolierstoffplatte durchsetzen die Durchbrüche, um die Elementarzellen miteinander in Reihe zu schalten; über die Verbindungsstücke wird eine zweite Isolierstoffplatte mit zwei Durchbrüchen gelegt; ein Positiv- und ein Negativ-Klemmenleiter durchsetzen die Durchbrüche der

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ersten und der zweiten Isolierstoffplatte und stehen über sie hervor; auf die zweite Isolierstoffplatte wird eine Anschlußplatte gelegt, die eine äußere positive Klemme aufweist, die mit dem Positivklemmenleiter verbunden wird, während eine äußere Negativklemme an den Negativklemmenleiter angeschlossen wird.

Die Zeichnung zeigt zur näheren Erläuterung Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im einzelnen stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der elektrischen Batterie mit Schichtaufbau;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Explosionsdarstellung der Batterie nach den Figuren 1 und 2;

Fig. 4 die perspektivische Ansicht der Batterie nach Fig.1 in einer Zusammenbaustufe;

Fig. 5 die perspektivische Ansicht einer in der Batterie nach Fig. 1 verwendeten Elementarzelle; und

Fig. 6 einen Schnitt durch die Elementarzelle in Fig. 5 nach der Linie B-B.

Es soll zunächst die Elementarzelle im einzelnen beschrieben werden, aus der die elektrische Batterie mit Schichtaufbau zusammengesetzt wird, weshalb zunächst die Figuren 5 und 6 betrachtet werden.

Die Elementarzelle 1 ist eine quadratförmige 3 V-Lithium-Mangandioxid-Zelle. Das Außengefäß 2 der Elementarzelle 1 wird durch einen formgepreßten Metallblechbehälter, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, gebildet und dient als positiver Anschluß. Der Verschlußdeckel 3 des Außenbehälters 2 besteht aus Metallblech, beispielsweise rostfreier Stahl. Er ist in dem Außenbehälter durch Laserschweißung befestigt und kann als positiver Anschluß verwendet werden.

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Im Verschlußdeckel 3 befindet sich ein Durchbruch 4, in den ein Zylinderelement 5 aus Isolierstoff, beispielsweise aus einem Teflonharz oder dergleichen, eingepaßt ist. Ein oberer und ein unterer Flansch des isolierenden Zylinderelementes 5 liegen auf der Oberseite bzw. an der Unterseite des Verschlußdeckels 3 an. Eine metallische Ringscheibe 6 wird an der Unterseite des isolierenden Zylinderelementes angeordnet. Durch die Bohrung des isolierenden Zylinderelementes 5 wird ein Negativanschlußstift 7 gesteckt. Der kreisförmige Negativanschluß 8 am oberen Ende des Negativanschlußstiftes 7 wird einstückig an diesem ausgebildet. Der Negativanschlußstift 7 wird an seinem unteren Ende unter der metallischen Ringscheibe 6 vernietet und ist damit fest, jedoch elektrisch isoliert und luft- und flüssigkeitsdicht verschlossen, mit dem Verschlußdeckel 3 verbunden .

Eine Negativelektrode 9 besteht aus einer gerollten Lithiumplatte, in die ein Kollektorelement 10 eingebettet ist. Das Kollektorelement 10 steht mit einem Ende 11 daraus hervor, welches an der Unterseite des NegativanschlußStiftes durch Punktschweißen befestigt ist. Auf diese Weise ist die Negativelektrode 9 leitend mit dem Negativanschlußstift 7 über den vorstehenden Teil 11 des Kollektorelementes 10 verbunden.

Positive Elektroden 12 werden durch Mangandioxid gebildet, das als aktives Material dient. Diese Positivel-ektroden 12 sind zu beiden Seiten der Negativelektrode 9 angeordnet und von dieser durch Trennschichten 13, die mit einem organischen Elektrolyt imprägniert sind, getrennt. Die Positivelektroden 12 kommen mit dem Außenbehälter 2 in Berührung, so daß sie mit ihm leitend verbunden sind.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft nun eine Batterie mit Schichtaufbau der Type 006P, in der Elementarzellen 1

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verwendet sind, sowie das Verfahren zu deren Zusammenbau. Die Beschreibung bezieht sich auf die Figuren 1 bis 4 und speziell auf Fig. 3.

Zunächst werden drei Elementarzellen 1, 1' und 1" zu einer Zellengruppe 14 derart zusammengestellt, daß die Negativanschlüsse 8, 8¹ und 8" der Elementarzellen 1, 1¹ und 1" nicht in einer Linie sondern in Zickzackanordnung liegen. Eine Isolierstoffhülse 15 umgibt die mittlere Elementarzelle I¹ der Gruppe, die zwischen den Elementarzellen 1 und 1" liegt.

Mit der Negativklemme 8 der ersten Elementarzelle 1 ist ein Negativanschlußleiter 16 verbunden. Verbindungsleiterstücke 17 und 17' und ein Positivanschlußleiter 18 sind mit den jeweiligen Verschlußdeckeln 3 der Elementarzellen 1, 1' und 1" verbunden, und zwar auf den den Negativklemmen 8, 8¹ und 8" gegenüberliegenden Seiten.

Auf die Zellengruppe 14 wird eine erste Isolierstoffplatte 19 aufgelegt, die vier Rechteckdurchbrüche 20 und zwei kreisförmige Durchbrüche 21 enthält. Der Negativanschlußleiter 16, die Verbindungsstücke 17 und 17' und der Positivanschlußleiter 18 durchsetzen jeweils einen der vier Rechteckdurchbrüche 20.

Auf der Oberseite der Isolierstoffplatte 19 wird das Verbindungsstück 17 der ersten Elementarzelle 1 so umgebogen, daß es durch die benachbarte Kreisbohrung 21 (Fig. 4) hindurchtritt und dort mit der Negativklemme 8' der zweiten Elementarzelle 1' durch Punktschweißen leitend verbunden wird. Gleiches geschieht mit dem Anschlußstück 17' der zweiten Elementarzelle, das mit dem Negativanschluß 8" der dritten Elementarzelle 1" leitend verbunden wird. Auf diese Weise sind die drei Elementarzellen 1, 1', 1" der Zellengruppe 14 in Reihe geschaltet, wie es die Fig. 4 zeigt.

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über die erste Isolierstoffplatte 19 wird eine zweite Isolierstoffplatte 22 gesetzt, die nur zwei burchbrüche 23 hat. Diese zweite Isolierstoffplatte 22 unterbindet den Kontakt zwischen dem Negativanschlußleiter 16 und dem Verbindungsstück 17' wie auch den Kontakt zwischen dem Positivanschlußleiter 18 und dem Verbindungsstück 17.

Anschließend wird die Zellengruppe 14 von der Isolierstoffhülse 24 umschlossen, beispielsweise einem warmschrumpfenden Schlauch, wodurch die drei Elementarzellen 1, 1¹ und 1" fest miteinander verbunden werden.

über die zweite Isolierstoffplatte 22 wird dann eine Isolierstoffanschlußplatte 27 gesetzt, auf der sich die Negativanschlußklemme 25 und die Positivanschlußklernme 26 befinden, die die Isolierstoffanschlußplatte 27 durchsetzen. Die Negativanschlußklemme 25 und die Positivanschlußklemme 26 werden mit dem Negativanschlußleiter 16 bzw. dem Positivanschlußleiter 18 verbunden.

Ein Außengehäuse 29 mit nach innen gerichtetem Flansch am oberen Ende wird von oben auf die Zellengruppe 14 aufgesteckt. Dann wird von unten eine Bodenplatte 30 in den überstehenden Rand des Außengehäuses 29 eingelegt, und dessen unterer Rand 31 wird dann unter der Bodenplatte nach innen umgebördelt, so daß damit die elektrische Batterie mit Schichtaufbau gemäß Fig. 1 fertiggestellt ist.

Wenngleich bei der Beschreibung eine Batterie mit drei Elementarzellen erläutert worden ist, versteht es sich, daß die Anzahl der Elementarzellen nicht auf diese Zahl begrenzt ist.

Es werden somit mehrere Elementarzellen, die jeweils einen positiven und einen negativen Anschluß auf ihrer Oberseite haben, zu einer Zellengruppe derart zusammen-

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gefügt, daß die jeweiligen Anschlüsse der Elementarzellen in einer Ebene liegen. Auf die Zellengruppe wird dann eine erste Isolierstoffplatte aufgesetzt, in der sich zahlreiche Durchbrüche befinden. Die Elementarzellen werden untereinander mit Hilfe von Verbindungsstücken über diese erste Isolier stoff platte hinweg in Reihe geschaltet, so daß unerwünschte elektrische Kontakte zwischen benachbarten Elementarzellen, die andernfalls durch die Verbindungsstücke auftreten könnten, verhindert sind. Über die Verbindungsstücke wird dann eine zweite Isolierstoffplatte gesetzt, die nur noch zwei Durchbrüche aufweist, durch die der positive Änschlußleiter und der negative Anschlußleiter der Zellengruppe hindurchtreten. Diese Anordnung verhindert unerwünschte elektrische Kontakte zwischen den Verbindungsstücken und den Anschlußleitern. Es können dadurch sämtliche Elementarzellen in gleicher Weise ausgerichtet sein, wodurch die Arbeit des Zusammenbaus sehr erleichtert ist. Werden drei 3 V-Zellen mit organischem Elektrolyt der quadratischen Type als Elementarzellen verwendet, dann werden für das Herstellen einer Batterie der Type OO6P lediglich drei Elementarzellen benötigt. Um unerwünschte elektrische Kontakte zwischen benachbarten Elementarzellen zu unterbinden, muß nur die in der Mitte der Zellengruppe angeordnete Elementarzelle von Isolation umgeben werden, was wiederum die Arbeit des Zusammenbaus der Batterie erleichtert. Da in diesem Fall rechteckförmige Elementarzellen verwendet werden, entsteht in der Batterie nur ein besonders kleines Hohlraumvolumen.

Claims

SANYO ELECTRIC CO., LTD.,
Moriguchi-shi, Osaka-fu / Japan

Elektrische Batterie mit Schichtaufbau

PATENTANSPRÜCHE

i,1. Elektrische Batterie mit Schichtauf bau, gekennzeichnet durch

eine Zellengruppe (14), die durch Zusammensetzen mehrerer Elementarzellen (1, 1¹, 1") gebildet ist, von denen jede einen positiven und einen negativen Anschluß (3, 8) hat, wobei die Anschlüsse (3, 8) der Elementarzellen (1, 1¹, 1") sämtlich in derselben Ebene liegen,

eine erste Isolierstoffplatte (19), die auf der Zellengruppe (14) liegt und zahlreiche Durchbrüche (20, 21) aufweist, Verbindungsstücke (17, 17'), die auf der ersten Isolierstoffplatte (19) angeordnet sind und die Durchbrüche (20) so verbinden, daß die Elementarzellen (1, 1¹, 1") in Reihe geschaltet sind,

eine zweite Isolierstoffplatte (22) über den Verbindungstücken (17,17*) mit zwei Durchbrüchen (23),

einen positiven und einen negativen Anschlußleiter (18, 16), welche die Durchbrüche (20) in der ersten Isolierstoffplatte (19) und die Durchbrüche (23) in der zweiten Isolierstoffplatte (22) durchsetzen,

eine Klemmenplatte (27) über der zweiten Isolierstoffplatte (22) mit einer mit dem positiven Anschlußleiter (18) verbundenen positiven Klemme (26) und einer mit dem negativen Anschlußleiter (16) verbundenen negativen Anschlußklemme (25).
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elementarzellen (1, 1¹, 1") Rechteckzellen mit einem organischen Elektrolyt dienen, von denen drei

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Elementarzellen zu der Zellengruppe (14) zusammengestellt sind, und daß die in der Mitte der Zellengruppe (14) angeordnete Elementarzelle (1') von einer Isolierstoffhülle (15} umgeben ist.
3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellengruppe (14) von einem Außengehäuse (29) umgeben ist, aus dem wenigstens der positive Anschluß (26) und der negative Anschluß (25) hervorragen.

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