DE2911953A1

DE2911953A1 - Lithium-jod-zelle und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2911953A1
Application number: DE19792911953
Authority: DE
Inventors: Jun Norbert W Frenz; Wilson Greatbatch; Ralph T Mead; Frank W Rudolph
Original assignee: Greatbatch Ltd
Current assignee: Greatbatch Ltd
Priority date: 1978-03-30
Filing date: 1979-03-27
Publication date: 1979-10-04
Also published as: US4210708A; AU4543279A; SE453340B; NL187139C; NL187139B; IL56888A0; FR2421477A1; JPS54132730A; FR2421477B1; GB2018014B; GB2018014A; SE7902694L; NL7902417A

Description

D.PL..NO. HELMUT BERKENFELD

-iff—

Wilson Greatbatch Ltd.

Lithium-Jod-Zelle und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf die Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie, insbesondere auf eine neue und verbesserte Konstruktion für Lithium-Jod-Zellen.

Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Schaffung elektrischer Energie zu unzugänglichen Einrichtungen in menschlicher Umgebung, beispielsweise zu einem implantierten Herzschrittmacher, obgleich die Grundsätze aer Erfindung mannigfaltig anwendbar sind. Lithium-Jod-Batterien stehen für einen solchen Gebrauch zur Verfügung, welche vorteilhafterweise bei geöffnetem Stromkreis eine Spannung von etwa dem zweifachen derjenigen^der Quecksilberzelle besitzen, während des Arbeitens kein Gas entwicleLn und einen nicht koirodierenden Elektrolyten aufweisen. Es ist eine Eigenart des jodhaltigen Materials wie etwa eines Jodkomplexes, daß das Material dazu neigen kann, innerhalb der Zelle zu fließen und inöglicherweine einen Kurzschlußweg zwischen der Anodensammelleitung und der Kathode zu bilden. Es ist wichtig, ein solches Durchsickern zu verhindern, nicht nur, um die Arbeit der Zelle aufrecht zu erhalten, sondern auch, um einen menschlichen Körper, in welchem die Zelle implantiert sein kann, vor Schaden zu bewahren. Es ist auch erwünscht, eine Zelle mit relativ hoher Ener-

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giedichte zu schaffen.

Erfindungsgemäß soll nun eine neue und verbesserte Konstruktion für eine Lithium-Jod-Zelle geschaffen werden, welche eine relativ hohe Energiedichte besitzt, bei welcher der Anodenstromsammler von dem ,jodhaltigen Kathodenmaterial und von dem äußeren Zellengehäuse vollständig abgedichtet bzw. abgeschirmt ist, bei wo! eher der Li thiurn-BezJ rk in dor Zolle relativ groß iBt und die GenamLgröLe der Zelle relativ gering ist, welche relativ wenige Teile aufweist und relativ kurze Zeit zu ihrer Zusammenstellung erfordert. Ferner soll erfindungsgemäß eine neue und verbesserte Anode für eine Lithium-Jod-Zelle geschaffen werden. Außerdem soll erfindungsgemäß ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Jod-Zelle geschaffen werden.

Die Erfindung schafft eine Lithium-Jod-Zelle mit einem Gehäuse aus elektrisch leitfähigem Material; mit einer Lithium aufweisenden Anode innerhalb des Gehäuses; mit elektrischen Leitern, welche mit dem Lithium arbeitsmäßig in Verbindung stehen und sich aus dem Gehäuse heraus erstrecken; und mit einer Kathode aus jodhaltigem Material innerhalb des Gehäuses, welches mit dem Lithium in Berührung steht. Das Gehäuse dient als Kathodenstromsammler. Die Oberfläche der Lithiuraanode ist in einer Weise gestaltet bzw. geformt, welche den Bezirk der Anodenarbeitsoberfläche vergrößert und die Bindung an den Anodenleiter steigert, und die Arbeitsoberfläche der Lithiumanode ist mit einem Überzug eines organischen Elektronendonatormaterials versehen. Der Anodenleiter ist vollständig von dem Rest der Zelle abgedichtet durch eine Einrichtung bestehend aus bzw. enthaltend einen Isolator aus Material, welches mit Jod nicht reagiert und den Leiter innerhalb des Gehäuses umgibt; ein Isolierelement aus mit Jod nicht reagierendem Material zwischen dem Isolator und dem Leiter; und einen den Leiter einschließenden Endring, von dem sich ein Teil innerhalb des Gehäuses befindet und ein Teil sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt. Das Kathodenmaterial weist einen Ladungsübertragungskomplex eines organischen Elektronendonatormaterials und Jod auf. Nach dem Zusam-

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menstellen wird das Material in erhitzter Form in das Gehäuse eingeführt mittels einer Fülleinrichtung und zwar durch eine Öffnung im Deckel des Gehäuses, wobei die Öffnung nach dem Füllen mit Kathodenmaterial dann verschlossen wird.

Die Erfindung beinhaltet eine Lithium-Jod-Zelle aus einem Gehäuse aus elektrisch leitfähigem Material; aus einer Anode mit Lithium innerhalb des Gehäuses; aus einem elektrischen Leiter, welcher arbeitsmäßig mit dem Lithium in Verbindung steht und sich vom Gehäuse aus nach außen erstreckt; und aus einer Kathode mit jodhaltigem Material in arbeitsmäßiger Berührung sowohl mit dem Gehäuse als auch mit dem Lithium. Der elektrische Anodenleiter ist vom Rest der Zelle vollständig abgedichtet und das Gehäuse dient als Kathodenstromsammler. Die Lithiumanode bzw. der Lithiumteil der Anode ist so gestaltet, daß er den Bezirk der arbeitsmäßigen Oberfläche der Anode vergrößert und die Bindung an den Anodenleiter steigert und die arbeitsmäßige Anodenoberfläche ist mit einem Überzug aus einem organischen Elektronendonatormaterial versehen. Der Anodenleiter ist eingeschlosßen innerhalb der Kombination eines Isolators innerhalb des Gehäuses, eines Isolierelementes zwischen dem Isolator und dem Leiter, und eines Endringes, dessen eines Ende mit dem Isolator innerhalb des Gehäuses im Zusammenhang steht und dessen anderes Ende sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt. Nach dem Zusammenstellen wird das Kathodenmaterial in erhitzter Form mittels einer Fülleinrichtung eingeführt und zwar durch eine Öffnung im Deckel des Gehäuses hindurch, wobei die Öffnung anschließend verschlossen wird.

Die vorstehenden und zusätzlichen Vorteile und kennzeichnenden Merkmale der Erfindung werden klar ersichtlich beim Lesen der nachfolgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lithium-Jod-Zelle;

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Pig. 2 ist eine Schnittansicht mit Schnitt auf Linie 2-2 von Fig. 1;

Pig. 3 ist eine fragmentarische Schnittansicht eines Teiles der Zelle von Fig. 1;

Pig. 4 ist eine Schnittansicht mit Schnitt auf Linie 4-4 von Pig. 1;

Pig. ί? ist e:ine fragmentarische Sehni ttanoioht, welche eine Pülltechnik der Zelle veranschaulicht;

Pig. 6 ist eine Seitenansicht der Anodenanordnung der Zelle;

Pig. 7 ist eine Schnittansicht mit Schnitt auf Linie 7-7 von Pig. 6; und

Pig. 8 ist eine Schnittansicht mit Schnitt auf Linie 8-8 von Fig. 7.

Eine erfindungsgemäße Lithium-Jod-Zelle ist in Fig. 1 dargestellt und besteht aus einem Gehäuse 1o aus Metall wie etwa rostfreiem Stahl, welches vorzugsweise hohl verformt oder in anderer Weise gestaltet ist und im allgemeinen eine rechteckige Gestalt einer zusammenhängenden Konstruktion aufweist mit einem Bodenteil 11, mit im Abstand voneinander befindlichen ebenen Seitenwandungen 12, 15, welche sich vom Boden aus erstrecken, und aus im Abstand voneinander befindlichen, gekrümmten Endwandungen 14, 15, welche sich auch vom Boden 11 aus erstrecken und mit den entsprechenden Seitenwandungen 12,13 in Verbindung stehen. Der Boden 11 besitzt eine kombinierte Gestalt insofern, als er in einer Richtung zwischen den Seitenwandungen 12, 13 gekrümmt ist und er weist einen geraden Teil zwischen den Endwandungen 14, Ib auf. Die Krümmung des Bodens 11 zwischen den Seitenwandungen 12,13 besitzt den gleichen Grad wie die Krümmung der Endwandungen 14, 15, wodurch eine kontinuierliche, gekrümmte Oberfläche rings längs des Gehäuses definiert wird.

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Die Seitenwandungen 12, 13 sind im allgemeinen parallel. Das Gphäuse 1o besitzt einen offenen Oberteil bzw. ein offenes Ende gegenüber dem Boden 11, wobei das offene Ende dicht verschlossen ist mittels eines Deckels 17, ebenfalls aus Metall wie rostfreiem Stahl, nachdem die Zelle zusammengestellt ist, wie dies hier eingehend beschrieben sei.

Die erfindungsgemäße Zelle besitzt ferner eine Anode aus einem Paar Lithiumplatten 22, 24 (Pig. 2-4) mit einem Anodenstromsammler 26, welcher zwischen den Platten eingeschichtet ist und sich dazwischen befindet. Wie eingehend in Pig. 4 gezeigt, iet der Stromsammler ?.(■> relativ dünn, vorzugsweise ein Blatt aus 12-maschigern Nickel. Ein Leiter aus Nickel oder geeignetem Metall besitzt einen ersten Teil 28, welcher am Sammler 26 längs einer seiner Kanten punktgeschweißt ist und besitzt einen zweiten Teil bzw. Leiterteil 3o, welcher sich vom Teil 28 aus in etwa rechtem Winkel erstreckt und eine genügende Lange beßitzt, daß er sich aus dem Gehäuse 1o heraus zur Herstellung einer elektrischen Verbindung erstrecken kann.

Der leiter 3o ist gegen die restliche Zelle abgedichtet mittels eines Isolators, allgemein mit 32 bezeichnet, welcher die Leitung 3o umgibt und einen ersten Teil 34 aufweist, welcher zwischen den Platten 22, 24 eingeschichtet ist, und einen zweiten Körperteil 36 aufweist, welcher größeren Querschnitt, vorzugsweise zylindrisch, besitzt und welcher sich zwischen den Lithiumplatten und dem Deckel 17 befindet, wenn die Zelle zusammengestellt ist. Die Längsachse des Isolators 32 fällt im allgemeinen mit der Längsachse des Leiters 3o zusammen. Das Innere des Teiles 36 besitzt eine erste ringförmige Oberfläche, welche im allgemeinen senkrecht zur Längsachse des Leiters 3o ist, und eine zweite ringförmige Oberfläche, welche konzentrisch zur Längsachse des Leiters 3o ist, wobei die erste und die zweite Oberfläche sich an einer gerundeten bzw. gekrümmten Bingverbindung treffen. Der Isolator 32 endet an dem einen Ende in einen ringförmigen Planschteil 4o, welcher sich vom Ende des Teiles 36 aus radial nach ausv/ärts erstreckt und in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Leiters 3o gelagert ist. Der Ibo-

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lator 32 besteht aus einem Material, welches, zusätzlich dazu, daß es für Elektrizität ein Nichtleiter ist, auch mit Jod nicht reagiert, d.h. keine elektronische Leitung zeigt, wenn es dem Jod ausgesetzt ist. Eine Materialart, von dar gefunden wurde, daß sie befriedigend ist, ist ein Fluorpolymermaterial, welches im Handel erhältlich ist unter der !^zeichnung Halar einem Warenzeichen der Allied Chemical Company. Natürlich können für den Isolator 32 auch andere Materialien, welche diese Eigenschaften besitzen, verwendet werden.

Dip Dichteinriehtung für tion Anodenlei tor wnirst ferner ein Iaoliorelement 42 zwischen Isolator '-)?. und Loiter 5o auf. Insbesondere umfaßt das Isolierelement 42 einen ersten Teil 44 mit einer äußeren Abmessung, welche es ihm gestattet, relativ dicht innerhalb des Isolatorteiles 34 eingepaßt zu werden, sowie einen zweiten Teil 46, vorzugsweise im allgemeinen zylindrischer Gestalt, mit einem äußeren Durchmesser, welcher geringer ist als der Innendurchmesser des Isolatorteiles 36 und eine axiale !,finge besitzt, welche kleiner ist aln die axiale Länge des Isolatorteiles 36. Die eine axiale Endseite 47 des Isolierteiles 46 stößt gegen die erste innere ringförmige Oberfläche des Isolatorteiles 36 an, und diese Endseite besitzt einen Durchmesser, welcher geringer ist als derjenige der entgegengesetzten axialen Endseite 48. Die beiden axialen Endseiten des Isolierteiles 46 lagern in parallelen Ebenen und definieren zwei diametrische Abschnitte des Isolierteiles 46, welche sir:h an einer ringförmigen Zwi schon!.' lache treffen, die in einer Ebene parallel zu den Endseiten 47, 48 gelagert ist. Dies wiederum definiert eine ringförmige Aussparung bzw. einen Absatz in Nachbarschaft der axialen Endseite 47 und in Nachbarschaft der inneren Oberfläche des Isolatorteiles 36, gegen welchen der Isolierteil 46 anstößt. Das Isolierelement 42 besitzt einen Längsdurchgang bzw. eine Bohrung 5o über die gesamte Länge des Isolierelementes 42 mit einer Querachnittsabmessung, welche es erlaubt, den Anodenleiter 3o aufzunehmen. Das IsolieieLement 42 besteht aus einem Material, welches keine elektronische Leitung zeigt, wenn es dem Jod aus-

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gesetzt ist. Eine Materialart, von der gefunden wurde, daß sie zufriedenstellend ist, ist ein Piuorpolyraerraaterial, im Handel erhältlich unter dem Namen Tefzel, einem Y/arenzeichen der Dupont Company.

Die Abdichteinrichtung für den Anodenieiter besitzt ferner einen Endring 52 aus Metall wie etwa rostfreiem Stahl, welcher einen weiteren T*sil des Leiters Jo einschließt. Der Endring 52 besitzt allgemein hohle, zylindrische Gestalt mit im wesentlichen konstantem äußeren Durchmesser, fortschreitend von dem einen Ende 53 zum Gehäuse 1o hin, wie aus Fig. 3 ersichtlich, und der Endrin,; ^l>? besitzt einen leicht größeren äußeren Durchmesser, welcher nich achri tlv/eine in der We "."ion in Nachbarschaft des Deckels 17 steigert, wodurch längs des Teiles in Nachbarschaft des Deckels 17 eine leicht größere Wandstärke geschaffen wird. Die Längsachse des Endringes 52 fällt im allgemeinen mit der Längsachse des Leiters 3o zusammen. Der innere Durchmesser des Endringes 52 ist im wesentlichen konstant, fortschreitend von dem einen Ende und fortsetzend längs innerhalb des größeren Durchmesserteiles. Am entgegengesetzten Ende des Endringes 52 befindet sich ein ringförmiger äußerer Hand bzw. Umfangsrand oder Plansch 56, welcher im Vergleich zur V/anddicke des Endringes 52 relativ dünn ist. Der Rand 56 ist im allgemeinen konzentrisch zur Längsachse des Endringes 52. Der Endring 52 ist auch mit einem inneren Rand bzw. Plansch 58, radial einwärts des Randes 56 und im allgemeinen konzentrisch hierzu, versehen. Der Rand 58 besitzt im wesentlichen die gleiche V/anddicke und Länge wie der Rand 56 und befindet sich radial auswärts der zentralen Längsbohrung bzw. des Durch-· ganges deu Jindringen 52. Vor dem Zusammenstellen der Teile werden, wie in Fig. 3 veranschaulicht, die Ränder 56 und 58 vollkommen konzentrisch in Bezug auf die Längsachse des Endringes 52 angeordnet. Der Endring 52 besitzt eine ringförmige Endseite 59 radial innerhalb des Randes 56 und eine andere ringförmige Endseite 6o zwischen den Rändern 56 und 58, wobei die Endseiten 59 und 6o in gleicher Ebene liegen. Die Anodenleitung 3o erstreckt sich durch den Endring 52 hindurch längs dessen Längsachse und in im wesent-

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lichen gleichem Abstand von der inneren Oberfläche des Endringes 52.

Wie in Pig. 3 gezeigt, ist der Teil 4b des Isolierelementes 42 innerhalb des ringförmigen Randes 58 des Endringes 52 aufgenommen und die Endseite 48 des Isolierelementes 42 stößt an die ringförmige Endfläche 59 des Endringes 52 an. Der äußere Durchmesser des Isolierteiles 46 in Nachbarschaft der Endseite 48 ist geringer als der innere Durchmesser des Randes 58 des Endringes, wodurch ein ringförmiger Spielraum definiert wird. Die Kombination eines Dichtringes 62 und eines Schutzringes 64 wird in der äußeren ringförmigen Ausaparun,"; des I r.oli or Lo i Ler> <](> getragen. Ins besondere lagert der Ring 62 gegen die ringförmige Zwischenfläche des Isolierteiles 46. Der Ring 42 besteht aus Gummi, Silastic oder ähnlichem Dichtmaterial, besitzt einen inneren Durchmesser, welcher im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser des schmaleren Abschnittes des Isolierteiles 46, und besitzt einen anfänglichen äußeren Durchmesser, welcher im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser des größeren Abschnittes des Isolierteiles 46. Der Schutzring 1nt Rinn Mn LaI] nchoi ha , vor/.ugowt? i nc au» rooLfreiein Stuhl, und lagert gegen die freiliegende Seite der Dichtung 62. Die Scheibe besitzt vorzugsweise die gleiche Größe wie die Dichtung 62. Die kombinierte axiale Länge von Dichtung 62 und Scheibe 64 ist derart, daß ein axialer Raum zwischen der freiliegenden Seite der Scheibe 64 und der Ebene der Endseite 47 zurückbleibt, wobei dieser Raum eine Dicke besitzt, welche im wesentlichen gleich ist der Wandungsdicke des Randes 58 des Endringes, wobei dessen äußerer Endteil radial nach einwärts in Berührung mit der Scheibe 64 gefalzt bzw. gebogen ist und zwar in einer hier eingehend zu beschreibenden Weise.

Der ringförmige Plansch 4o des Isolators 32 und der ringförmige Abschnitt des Isolatorteiles 36 in Nachbarschaft des Flansches, sind innerhalb der ringförmigen Region zwischen den Rändern 56 und 58 des Endringes aufgenommen. Die Endseite des Flansches 4o, welche in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Isolators 32 angeordnet ist, stößt insbesondere an die ringförmige Endfläche

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6ο des Endringes zv/ischen den Rändern 56 und 58 an. Der ringförmige Plansch 4o beätzt eine solche radiale Abmessung, daß er zwischen den Rändern 56, 58 eng einpaßt. Ein Schutzring 68 ist auf dem Isolatorteil 36 in Nachbarschaft des Flansches 4o getragen bzw. eingepaßt. Insbesondere besitzt der King 68 einen äußeren Durchmesser, v/elcher im wesentlichen gleich ist dem äußeren Durchmesser des Flansches 4o, einen inneren Durchmesser, welcher im wesentlichen gleich ist dem äußeren Durchmesser des Isolatorteiles 36, und e.;ne Dicke, welche im wesentlichen gleich ist der Dicke des Hinges bzw. der Scheibe 64. Der Ring 68 besteht ebenfalls aus Metall, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, und lagert gegen den Flansch 4o. Der äußere Endteil des Ränder, ^lj(> des Und ringe s ist-radial nach einwärts in Berührung mit der Scheibe 68 gefalzt bzw. gebogen und zwar in einer V/eise, welche hier eingehend beschrieben sei.

Ein zylindrisches Dichtelement 7o aus Glas mit einer axialen Bohrung zur Aufnahme des Leiters 3o, ist innerhalb des Endringes 52 eingepaßt. Die Dichtung 7o steht in Berührung mit der axialen Endseite 48 des Isolierteiles 46 und erstreckt sich längs innerhalb des Endrjnges 52 zwischen den entgegengesetzten axialen Endseiten 53 und 59.

Die Anodenanordnung aus den Lithiumelementen bzw. Lithiumplatten 22, 24 und dem Stromsammler 26, wird innerhalb einer Anodenhalteeinrichtung bzw. eines Rahmens in Form eines Streifens 74 eingepaßt, welcher die Anodenanordnung in einer Weise umfaßt, daß zumindest eine :,j thiumober fläche freiliegt. Der Streifen 74 befitohi. nun dem vnrnrwMhnton Halar-Mater ial oder -einem ähnlichen Material, welchen mit Jod nicht reagiert. Bei der vorligenden Veranschaulichung umgibt der Streifen 74 die Umfangskanten der Lithiumplatten 22, 24 eng und abdichtend. Die gegenüberliegenden Enden des Streifens 74 sind mit Öffnungen einer Größe versehen, welche ausreichend ist, um den Isolatorteil 34 aufzunehmen, und diese Enden sind miteinander überlappt in Nachbarschaft der Verbindung der Isolatorteile 34 und 36, wie dies in Fig. gezeigt ist. Der streifen 74 folgt der Kontur bzw. der Außen-

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linie der Lithiumplatten 22, 24 und umfaßt einen relativ geraden Bodenteil, welcher dem Gehäuseboden 11 gegenüberliegt, nach aufwärts gekrümmte Teile an jedem Ende des Bodenteiles, einen rechtwinkligen Stufentei], _;e_t;en welchen der Tcolatorteil 36 ruht, einen flachen Oberteil, welcher dem Deckel 17 gegenüberliegt und im allgemeinen parallel zu diesem ist, und einen geneigten bzw. gewinkelten Teil, welcher Ober- und Bodenteil miteinander verbindet.

Eine veranschaulichende Methode zum Bilden der Anodenanordnung ist die folgende: Zunächst wird eine Unteranordnung geschaffen, welche die Leitung 3o innerhalb der Kombination den lool.ators 32, des Isolieielementes 42 und des Endringes 52 aufweist. Insbesondere sind die Dichtung 62 und die Scheibe 64 an ihrer Stelle auf dem Teil 46 des Isolierelementes 42 eingepaßt und diese Teile sind am Endring 52 angeordnet, wobei der Isolierteil 46 und die Dichtung 62 und die Scheibe 64 innerhalb des Randes 58 aufgenommen sind und die Endseite 48 des Isolierelements die Enseite 59 des Endringes berührt. Der sich erstreckende Toil den Händen Ίί< int radial nach ο inwar to in foule Berührung gegen die Scheibe 64 gefalzt, gebogen oder in anderer V/oi; e geformt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Der Druck des Randes 58 gegen die Scheibe 64 veranlaßt die Dichtung 62, sich radial nach auswärts in den Spielraum hinein auszudehnen. Die Scheibe 64 schützt den Isolierteil 46 und die Dichtung 62 während des Falzens des Randes 58. Dann wird die Kombination von Isolierelement 42 und Endring 52 mit dem Isolator 32 verbunden. Insbesondere werden der Tsolatorteil 36 und der ringförmige Plansch 4o in den Teil des Endringes 52 zwischen den Rändern 56 und 58 eingepaßt, und der Isolierteil 44 wird in und längs des Isolatorteiles 34 aufgenommen. Die äußere Endseite des Flansches 4o stößt gegen die Endseite 6ο des Endringes an und dann wird der sich erstreckende Teil des Randes 56 radial nach einwärts in festen Kontakt mit der Scheibe 68 gebogen, gefalzt oder in anderer Weise geformt, wie dies in Pig. 3 gezeigt ist. Die Teile

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können ferner mittels eines geeigneten Kittes verbunden sein, welcher mit Jod nicht reagiert, etwa mittels eines Cyanoacrylatkittea, welcher im Handel unter dem Namen Permabond 1o1 erhältlich ist. Der Streifen 74 wird an seiner Stelle angeordnet, wobei seine Enden so überlappt sind, daß die Öffnungen darin zueinander ausgerichtet sind, und diese werden dann auf dem Isolatorteil ''4 eingepaßt, wie dies in Ki/;. 4 gezeigt ist. Die sich überlappenden Linden, welche mit dem Isolatorteil 34 verbunden sind, können an ihrer Stelle mit dem vorerwähnten Cyanoaerylatkitt Permabond 1o1 abgedichtet werden. Der Isolierteil 44 und die Verbindung der Leiterteile 28, 3o innerhalb des Streifens 74, werden als eine Einheit mittels eines geeigneten Werkzeuges nach links gebogen oder in anderer Weise gekrümmt, wie aus Fig. 4 ersichtlich, um einen angemessenen Abstand von dem benachbarten Abschnitt des Streifens 74 zu schaffen.' Der Stromsammler 26 und der Leiterteil 28 werden miteinander punktgeschweißt, wonach die Lithiumplatten 22, 24 innerhalb des Streifens 74 auf entgegengesetzten Seiten des Sammlers 26 und dem Isolatorteil 34 gelagert werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, stößt die Stufe bzw. der rechtwinklige Absatz auf der Umfangskante der Lithiumplattenkorabination gegen die untere Oberfläche urü den einen Seitenteil des Isolatorteiles 3f> an, wobei sich der Streifen 74 dazwischenbefindet. Der Streifen 74 folgt dem Umriss der Lithiumplattenkombination, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die Unteranordnung bringt man dann in zwei Formenabschnitte und presst sie mit einer geeigneten Kraft, beispielsweise etwa I360 kg, zusammen. Der Stromsammler 26, der Leiterteil 2H₁ der Isolatorteil 34 und der Abschnitt des Leiterteiles ίο, welche darin enthalten sind, werden innerhalb der Lithiumplatten 22, 24 abgndichiet. Die inneren Oberflüchen der beiden Formenabschnitte sind so gestaltet, daß sie die gekräuselten bzw. geriffelten äußeren Anodenoberflächen definieren, wie dies in den Fig. 4 und 6 bis 8 gezeigt ist". Insbesondere sind die enigegengesetzt gerichteten Lithiumanodenoberflächen jeweils so geformt, daß sie im Abstand von einander befindliche, im

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allgemeinen wechselseitig parallele Rippen bzw. fiiffelungen 78 aufweisen, welche sich parallel zu den gemeinsamen Längsachsen von Endring 52 und dem Abschnitt der Leitung 3o darin erstrecken. Die Formation bzw. die Rippen besitzen im allgemeinen glatte, äußere Oberflächen und weisen vorzugsweise im allgemeinen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Die Hippen 78 erstrecken sich vorzugsweise längs der gesamten Anodenoberflache zwischen entgegengesetzten Teilen des Streifens 74. Bei dem gezeigten Anodenaufbau besitzen die Abschnitte zwischen benachbarten Rippen 78 entgegengesetzt gerichtete glatte Oberflächen und die gemeinsame Dicke der Abschnitte beträgt etwa die Hälfte der Breite des Streifens 74. Die Rippen 78 besetzen den überwiegenden Teil des Oberflächenbezirkes jeder Lithiumplatte 2?, 24. Die verbleibenden Oberflächenteile sind im allgemeinen eben und gegenseitig im allgemeinen parallel, ausgenommen rings um den Isolatorteil 34 und den Isolierteil 44, wo sie gekrümmt bzw. nach auswärts ausgeweitet sind. Diese Formation zum Einschließen des Isolatorteils und Isolierteils ist auch definiert durch die Formenabschnitte. Das Material des Streifens 74 ist unter Druck an das Lithium bindbar mit dem Ergebnis, daß die Umfangsverbindungsstellen an den Kanten der Lithiumelemente 22, 24 durch den Streifen 74 eingeschlossen bzw. abgedichtet sind. Die fertiggestellte Anodenanordnung besitzt somit zwei freiliegende Oberflächen, welche entgegengesetzt gerichtet bzw. gelagert sind.

Nachdem die AnodenanDrdnung fertiggestellt ist, werden die freiliegenden Oberflächen der Lithiumplatten 22 und 24 mit Überzügen 8o bzw. 82 eines organischen Elektronendonatorkomponentenmaterials versehen. Die Natur der Überzüge 8o, 82 und ihre Rolle bei der erfindungsgemäßen Zelle seien hier eingehender beschrieben. Die fertige Anodenanordnung bringt man in das Gehäuse 1o wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt und zwar mit den Arbeitsoberflächen der Anode im Abstand von der inneren Oberfläche des Gehäuses 1o.

Die erfindungsgemäße Zelle weist ferner eine Jodkathode mit einer Region eines Kathodenmateriale 86 innerhalb des Gehäuses 1o auf, wobei die Kathode in arbeitsmäßiger Berührung mit den

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freiliegenden Oberflächen der Lithiumplatten 22, 24 steht und mit der inneren Oberfläche des Gehäuses 1o in arbeitsmäßiger Verbindung oteht. Das Gehäuse 1o aus elektrisch leitfähigem Material dient ale Kathodenstromsammler. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kathodenmaterial 86 einen Ladungsübertragungskomplex eines organischen Elektronendonatorkomponentenmaterials und Jod auf. Der Elektronendonator kann irgendeine organische Verbindung sein, welche eine Doppelbindung oder eine Amingruppe besitzt. Der Elektronendonator erteilt dem Jod eine hinreichende Leitfähigkeit für ein richtiges Arbeiten der Zelle. Eine bevorzugte Form der organischen Eloktronendonatorkomponenten ist Poly vinylpyrid inpolymer es , insbesondere 2-Vinylpyridinpolymeres.

Die erfindungsgemäße Zelle kann ferner ein Element 08 aus Glimmer oder anderem geeignetem Material aufweinen, welches im Gehäuse 1o oberhalb des Kathodenmaterials gelagert ist. Das Element bzw. der Teil 88 ist eben und relativ dünn und befandet sich in "Berührung mit der unteren bzw. inneren Oberfläche des Deckels 17 und oberhalb des Kathodenmaterials 86 und ist im allgemeinen senkrecht zu den Seitenwandungen 12, 13 des Gehäuses angeordnet. Der Teil 38 besitzt eine solche Umfangslinie bzw. Umfangsgestalt und Größe, daß er innerhalb des Gehäuses 1o eng einpaßt und er kann, wenn gewünscht, an seiner Stelle eingekittet werden. Der Teil 88 dient als Hitzeabschirmung zum Schütze der restlichen Komponenten innerhalb des Gehäuses 1o vor Hitze während des Einschwei I3ens des Deckels 17. Ein Anschluß, bestehend aus einer Basis 9o und einem Schaft bzw. Stift 92, ist an einem Verschlußelement 94 punktverschweißt, welches wiederum in einer Öffnung 96 im Deckel 17 eingeschweißt ist und zwar in einer Weise, welche nachstehend beschrieben sei. Der Anschluß 92 besteht vorzugsweise aus Nickel und dient als elektrischer Anschluß insoweit, als das Gehäuse 1o als Kathodenstromsammler dient.

Die erfindungsgemäße Zelle kann in der folgenden Weise hergestellt werden. Eine Anordnung aus Isolator 32, Isolierelement 42, End-

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ring 52 und den zugehörigen Komponenten, wird in der hier beschriebenen Weise gebildet. Diese Anordnung und die Anodenanordnung werden mittels der vorstehend beschriebenen Druckformungsmeth'ode kombiniert. Die kombinierte Anordnung wird mit dem Deckel 17 und der Hitzeabschirmung 88 verbunden, wobei der Endring 52 in Öffnungen des Deckels und der Abschirmung aufgenommen iat. InBbeBondero werden die äußere ringförmige Stufe bzw. der Absatz auf dem Endring 52 in der Nähe des Randes 56 in der Öffnung des Deckels 17 eingepaßt und Endring 52 und Deckel 17 werden bei I00 zusammengeschweißt. Die Hitzeabschirmung 88 steht mit der inneren Oberfläche des Deckels 17 in Berührung. Die sich ergebende Kombination wird dann in das Gehäuse 1o gebracht, wobei die Leitung 3o im allgemeinen parallel zu den Gehäusewandungen 12, 13 gelagert ist und wobei die äußeren Enden des Endringes 52 und der Leitung J5o sich außerhalb des offenen Endes des Gehäuses 1o befinden. Der Deckel 17 ißt bei 1o2 an den Umfang des Gehäuses 1o angeschweißt. Das Gehäuse 1o und die darin befindliche Kombination von Teilen wird mittels einer Haltebefestigung oder einer anderen geeigneten Einrichtung aufrechtgehalten, wobei das offene Ende nach aufwärts gerichtet ist. Dann wird das Kathodenmaterial durch die öffnung 96 im Deckel 17 in das Gehäuse 1o eingeführt. Insbesondere wird das Kathodenmaterial bzw. der Depolarisator bereitet, indem man das organische Material, d.h. 2-Vinylpyridinpolymeres, welches mit Jod vermischt ist, auf eine Temperatur erhitzt, welche höher ist als die Kristallisationstemperatur des Jods, beispielsweise etwa 149⁰C. Die Menge an Jod sollte größer sein als etwa 5o Gew.$ des sich ergebenden Gemisches, sodaß genügend Jod im Kathodenmaterial zur Verfügung steht, um eine hinreichende Leitfähigkeit für ein richtiges Arbeiten der Zelle zu schaffen. Das sich ergebende Gemisch ist eine viskose, fließfähige Substanz, welche in das Zellengehäuse 1o in folgender Weise eingeführt werden kann.

Wie in Pig. 5 gezeigt, wird ein Füllelement, welches allgemein mit Ιοί bezeichnet ist, in die Öffnung 96 des Deckels 17 in einer Weise eingebracht, daß es die Oberflächenregion des Deckels in, ringsum und in Nachbarschaft der Öffnung 96 bedeckt und diese

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Oberfläche vor Kathodenmaterial isoliert bzw. schützt, welches in das Gehäuse durch einen Durchgang im Püllelement eingeführt wird. Insbesondere besteht das Element 1o1 aus einem festen Körper eines Materials, welches mit Jod nicht reagiert, beispielsweise aus Teflon. Wenn auch Teflon bevorzugt ist, weil es leicht zu bearbeiten ist, so können doch auch andere geeignete Materialien, einschließlich Metall, angewandt werden. Das Element 1o1 ist so geformt, daß es eine ebene Endfläche 1o3 aufweist mit einem Oberflächenbezirk und einer Gestalt, welche im wesentlichen gleich ist der inneren Querschnittsgestalt und dem Bezirk der Öffnung 96. Die Endfläche 1o3 trifft auf einen ersten seitenwandungsflächenteil 1o4, welcher sich fortlaufend rings um das Element herum erstreckt und so gestaltet und abgemessen ist, daß er eng innerhalb der Öffnung 96 und in festem, dichtungsähnlichen Kontakt mit der inneren V/andungsoberflache des Deckels, welche die Öffnung 96 definiert, eingepaßt ist. Der Teil 1o4 trifft auf einen fortlaufenden Absatz 1o6, welcher parallel zu der Endseite 1ο 3 angeordnet ist, wobei der Absatz dazu ausgebildet ist, auf der Kante zu ruhen, welche die Außenlinie der Öffnung 96 ausmacht, wie dies in Pig. 5 gezeigt ist. Wenn gewünscht, kann der Absatz 106 solche Abmessungen besitzen, daß er auch auf der Umfangsverbindung von Deckel 17 und Gehäuse 1o ruht. Der Absatz 1o6 trifft einen anderen Teil 1o8 der Seitenwandungsoberfläche eines Durchmessers, welcher größer ist als der Teil 1o4 und der Oberflächenteil 1o8 trifft eine andere Endseite 11o des Elementes 1o1, welche im wesentlichen parallel zur Kndseite 1 οj5 angeordnet ist.

Ein Fülldurchgang erstreckt sich durch den Körper 1o1 von der Endseite 11o durch die Endseite 1o3 hindurch. Eine erste Bohrung bzw. Durchgang 112 erstreckt sich von der Endseite 1o3 her in den Körper 1o1 und besitzt relativ konstanten Durchmesser. Ein zweiter Durchgang 114 mit steigendem Durchmesser erstreckt sich vom Durchgang 112 her zur Endseite 11o. Der Durchgang 114 ist somit im allgemeinen trichterförmig. Das Element 1o1 ist in die Öffnung 96 des Deckels 17 eingepaßt wie in Fig. 5 gezeigt, wobei

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der Absatz 106 auf dor oberen Kante der Öffnung und dem Oberflächenteil 1o4 ruht und mit der Innenwandungsoberflache in Nachbarschaft der öffnung in fester Berührung steht. Der Abstand zwischen der Endseite 1o3 und dem Absatz I06 ist so, daß die Endseite 1o3 sich in kurzem Abstand einwärts der inneren Oberfläche des Deckels 17 und der Hitzeabschirmung 83, welche eine Öffnung zur Aufnahme des Elementes Ιοί besitzt, befindet, wenn der Absatz I06 auf der Oberkante der öffnung 96 ruht.

Dan erhitzte Kathodenmalorial wird in den trichterförmigen Durchgang 114 und den Durchgang 112 eingegeossen oder in anderer Weise eingeführt, von wo aus es in das Innere des Gehäuses 1o fließt. Die Menge an Kathodenmaterial 36, welche in das Gehäuse 1o eingeführt wird, ist ausreichend, um die freiliegenden Oberflächen der Lithiumplatten 22, 24 zu berühren und um eine Höhe bei oder in dichter Nachbarschaft der Endseite 1o3 des Füllelementes Ιοί zu erreichen. Die inneren und benachbarten Oberflächen der öffnung 96, welche von den Obor Cl iwhan 1o4 und 1 ob berührt worden, v/erden von Verunreinigung durch Kathodenmaterial sauber und frei gehalten. Wenn das Einfüllen vollendet ist, wird das Element Ιοί vom Deckel 17 entfernt und das Verschlußelement 94, vorzugsweise ebenfalls aus rostfreiem Stahl, wird in der Öffnung 96 an seiner SteELe eingepaßt und dann bei 118 am Deckel 17 verschweißt, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Eine wirksame Verschweißung ergibt sich aus der ·■ sauberen inneren Oberfläche und Kante der Öffnung 96. Der Anschluß einschliei31ich JJnsin 9o und Stift 92 kann am Verschluß 94 punktgeschweißt werden und zwar entweder bevor oder nachdem der Verschluß 94 mit dem Deckel 17 verschweißt ist.

Die erfindungsgemäße Lithium-Jod-Zelle arbeitet in folgender Weise. Sobald das jodhaltige Kathodenmaterial, beispielsweise das Kathodenmaterial 86 in Fig. 2 bis 5, arbeiismäßig das Lithium berührt, beginnt sich an der Zwischenfläche ein fester Lithium-Jod-Elektrolyt zu bilden.- Bei der vorliegenden Veranschaulichung geschieht dies an den äußeren bzw. gegenüberliegend angeordneten

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Oberflächen der beiden Lithiumplatten 22 und 24. Es besteht eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Anodenleitung 3o und dem Kathodenanschlußstift 92, weil das Gehäuse aus elektrisch leitfähigem Material besteht und das jodhaltige Material arbeitsmäßig berührt und als Kathodenstromsammler dient. Es wird angenommen, daß der Mechanismus, durch welchen das Vorstehende vollzogen wird, die Wanderung von Lithiumionen durch den Elektrolyten hindurch in sich einschließt, wodurch Lithium die Ionengattung in der Zelle ist. Der genaue Mechanismus, nach welchem das jodhaltige Kathodenmaterial 86 und die Lithiumplatten 22 und 24 durch die Überzüge 8o bzw. 82 hindurch in arbeitsmäßige berührung kommen, ist nicht bekannt. Der Mechanismus könnte die Wanderung von Jodionen aus dem Material 86 durch die Überzüge 8o, 82 zu den Platten 2?, 24 in sich einschließen, oder die V/anderung von Lithiumionen von den Platten 22, 24 durch die Überzüge 8o, 82 hindurch zum Material 86.

Das Material der Überzüge 8o und 82 auf den Lithiumplatten bzw. 24, ist ein organisches Elektronendonatormaterial der Gruppe organischer Verbindungen, welche als Ladungsübertragungskomplexdonatoren bekannt sind. Das Material der Überzüge kann das organische Elektronendonatormaterial sein, welches bei der Bereitung des Ladungsübertragungskomplexes des Kathodenmaterials 86 verwendet wird, doch können auch andere Materialien angewandt werden. Ein bevorzugtes Material für die Überzüge ist Polyvinylpyridin und dieses wird auf die freiligenden Oberflächen der Lithiumplatten 22 und 24 in folgender Weise aufgebracht. Man bereitet eine Lösung von Poly-2-vinylpyridinpolymerera in wasserfreiem Benzol oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel. Das PoIy-^--vinylpyridin ist im Handel leicht erhältlich. Die Lösung wird so bereitet, daß das 2-Vinylpyridin im Bereich von etwa bis eta 2o Gew.$ anwesend ist, wobei eine Stärke von etwa 14 Gew.% 2-Vinylpyridin bevorzugt ist. Wenn auch 2-Vinylpyridin, 4-Vinylpyridin und 3-Äthyl-2-vinylpyridin verwendet werden können, bo ist doch das 2-Vinylpyridin bevorzugt wegen seiner besser

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fließenden Eigenschaften in Lösung. Wenn die Lösung mit einer Stärke unterhalb etwa 1o "/> bereitet wird, so kann der sich ergebende Überzug unerwünschterweise zu dünn sein, und wenn die Lösung mit einer Stärke von mehr als etwa 2o °/o bereitet wird, so wird das Material schwierig auftragbar. Die Lösung wird in geeigneter Weise auf die freiliegende Oberfläche jeder Lithiumplatte aufgebracht, beispielsweise durch einfaches Auftragen mit einer Bürste. Die Anwesenheit den wasserfreien Benzols dient dazu, die Feuchtigkeit auszuschließen, wodurch irgendeine widrige Reaktion mit der Lithiumplatte verhindert wird. Die überzogene Anode wird dann einem Trockenmittel ausgesetzt in einer Weise, welche ausreicht, um das Benzol vom Überzug zu entfernen. Insbesondere bringt man die überzogene Anode in eine Kammer mit festem Bariumoxyd und zwar für eine Zeit, welche ausreichend ist, um das Benzol zu entfernen; diese Zeit kann etwa 24 Stunden betragen. Der vorstehende Arbeitsgang kann wiederholt werden, um Vielfachüberzüge bzw. -schichten zu erzeugen, beispielsweise 3 auf jeder Lithiumplatte.

Die Überzüge 8o und 82 auf den Lithiumplatten 22 bzw. 24 vollziehen einige wichtige Punktionen. Die eine ist eine erwünschte Herabsetzung der Zellenimpedanz und es wird angenommen, daß sich diese ergibt aus einem besseren bzw. verbesserten elektrisch wirksamen Kontaktbereich zwischen dem Kathodenmaterial und jeder Lithiumplatte. Insbesoneiere wenn jodhaltiges Kathodenmaterial bei erhöhter Temperatur in Berührung mit einer nicht überzogenen Lithiumoberfläche kommt, so kann eine gewisse sofortige erneute Kristallisation des Jods auf der Lithiumoberflache stattfinden, wodurch an diesem Punkt ein arbeitsmäßiger Kontakt zwischen dem Lithium und dem Komplex organischen Materials und Jods blockiert bzw. verhindert wird. Die Überzüge 8o und 82 dienen als Schutzüberzüge, um dieses Problem zu verhindern und wirken als Puffer zwischen den Platten reinen Lithiums und dem relativ heißen Kathodenmaterial, wenn dieses die Platten berührt. Eb können auch andere Mechanismen bei der Verbesserung des Arbeitens mit einbezogen sein, welche sich aus der Verwendung dieses Überzuges ergeben. Als Ergebnis wird eine größere Ausnutzung der Oberfläche jeder Anode durch das Kathodenmaterial geschaffen. Zusätzlich ge-

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statten die Sehutzüberzüge 80, 82 eine relativ längere Handhabungszeit während des Aufbaues der Zelle vor dem Einführen des heißen Kathodenmaterials.

Eb int wichtig, da Ii das jodhaltige Material RG nicht in direkte Berührung mit irgendeinem Teil der elektrischen Leitungseinrichtungen kommen kann, welche mit dem Lithium der Anode verbunden sind, insbesondere nicht mit dem Anodenstromsammler 26 und den Leitungen 28, 3o. Sonst würde dies eine elektronische Leitung zwischen dem Kathodenmaterial 86 und dem Anodenstromsammler 26 bzw. dem Leiterabschnitt 28, 3o verursachen, was in der Zelle einen elektrischen Kurzschluß herbeiführt. Insbesondere führt ,jede Wanderung der. jodhaltigen Komplexes des Materials 86 direkt zum Anodenstromsammier ?.6 bzw. direkt zu den Anodenleiterabschnitten 28, 3o, anstelle zunächst mit einem Lithiumteil der Anode zu reagieren, zu der Bedingung elektronischer Leitung, wodurch ein elektrischer Kurzschlußzustand in der Zelle geschaffen wird. Wenn andererseits das jodhaltige Material 86 nur mit dem Lithium der Anode in Berührung kommt, so gibt dies zuerst Veranlassung zu einer Bedingung ionischer Leitung und führt zu einem richtigen Arbeiten der Zelle.

Die erfindungsgemäße Zellenkonstruktion verhindert vorteilhaft einen elektrischen Kurzschluß, welcher sich aus der Wanderung bzw. der Strömung jodhaltigen Materials 86 ergibt. Insbesondere sind der Anodenstromsammler 26, der Leiterteil 28 und der benachbarte Abschnitt des Leiterteiles 3o innerhalb der eingeschichteten bzw. druckgebundenen Anordnung der Lithiumplatten 22, 24 abgedichtet. Diene Abdichtung wird verstärkt durch das Bilden von Rippen 78 in den Lithiumelementen 22, 24 während des Verpressens. Insbesondere steigert das Bilden der Rippen 78 durch das Vorpressen die Lithium-Lithium-Bindung zwischen den Elementen 22, 24 und durch die Gitter bzw. Maschen des Sammlers 26 infolge der durch die Rippenbildung verursachten Deformierung in den Lithiumplatten 22, 24 werden neue Oberflächen an Lithiummetall zueinander freigelegt. Diese Abdichtung wird ferner gesteigert durch den Streifen 74 aus Ilalar oder ähnlichem Material, welches mit Jod nicht reagiert.

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Die vorstehende Anordnung zusammen mit dem Isolator 32, dem Isolierelement 42, Endring 52, Abdichtung 62 zwischen Isolierelement 42 und Endring 52 und Abdichtung 7o zwischen Endring und Leiterteil 3o, schafft einen Anodenaufbau, welcher vollständig abgedichtet ist mit Ausnahme der freiliegenden Lithiumobor Π /inhontf! i Ί ο dor Anodo, wo]oho dom Kathodonrnatorin 1 >'f> verfügbar gornaeht sind. i;iunl liehe Teile den Anodents Lroinnamriilors 26,des Leiterteiles 2R und des Leiterteiles 3o, welche sich hiervon erstrecken, sind gegen das Kathodenmaterial und gegen das Zellengehäuse abgeschirmt. Ferner ist die abgedichtete Anordnung vorteilhafterweise vollendet, bevor die gesamte Zelle zusammengestellt wird, insbesondere bevor das Kathodenmaterial βθ hinzugegeben wird. Der Isolator 32 aus Halar oder ähnlichem Material, welches mit Jod nicht reagiert, umgibt und schützt den Leiterteil 3o zwischen dem Deckel 17 und dem stromsammler 26 innerhalb der Lithiumplatten 22, 24. Der Endring 52 umgibt und schützt den Leiterteil 3o von einem Punkt innerhalb des Deckels 17 und in Nachbarschaft des Isolatorteiles 36 bis eu einem Punkt außerhalb des Gehäuses 1o. Die Kombination des Randes 56 des Endringes, der Scheibe 68 und des Isolatorflansches 4o schafft eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Isolator 32 und dem Endring 52 und die Anordnung steigert auch die Weglänge für ein etwaiges Durchsickern von Kathodenmaterial 86, welches zwiscten Isolator 32 und Endring 52 stattfinden könnte. Die Scheibe 86 schützt den Isolator 32, insbesondere den Plansch 4o, wenn der Rand 56 zum Verbinden der Teile miteinander gefalzt oder in anderer Weise geformt ist.

Das Isolierelement schafft eine andere Dichtung rings um den Anodenleiterteil 3o, tatsächlich eine Doppoldiohtung bzw. eine überzählige Dichtungsanordnung in Zusammenarbeit mit den Isolator 32. Insbesondere ist irgendwelches jodhaltige Kathodenmaterial 86, welches an der Kombination von Rand 56, Scheibe 68 und Plansch 4o an der Verbindung von Isolator 32 und Endriiag 52 vorbeirinnen könnte, gegen die Anodenleitung 3o abgedichtet

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durch den Isolierteil 46 und durch die Gesamtlänge des Isolierteiles 44. Die Ausdehnung des Dichtelementes 62 radial nach auswärts in den Spielraum zwischen Isolierteil 46 und Rand b8 des Endringes, schafft eine hermetische Abdichtung zwischen dem Isolierelement 42 und dem Endring 52. Das Glaselement 7o schafft eine Dichtung zwischen dem Isolierteil 46 und dem Endrin." 52 und der Leitung 3o. J)Ie vorstehende Anordnung schafft somit vorteilhafterweise einige Dichtungen zwischen dem Anodenleiter und der restlichen Zelle.

Wenn das erhitzte Kathodenmaterial 86 in das Innere des Gehäuses 1o mittels des Püllelementes 1o1 eingeführt wird, so werden die Kante und die Innenwandungsober fläche des Deckels 17 in Nachbarschaft und rings um die öffnung % sauber, d.h. frei von Ra thodennia Lerial gehalten, was die Qualität der Uchweiuiung verbessert, welche anschließend zwischen den Oberflächen des Deckels 17 und des Verschlußelementes 94 durchgeführt wird. Das Fülleleinent 1o1 erlaubt es auch, daß das Gehäuse 1o ebenmäßig und einheitlich mit dem erhitzten, fließfähigen Kathodenmaterial gefüllt wird, wobei die untere Kndoberfläche 1o'i dazu dient, eine obere Begrenzung bzw. Maximalbegrenzung oder Kontrolle der Hoho vm liefern, bis zu welcher das Gehäuse mit dem Material 86 gefüllt wird. V/i e in Fig. 5 gezeigt, wird das Kathodentiiaterial 86 vorzugsweise bis zu einer Höhe eingefüllt, daß die Oberfläche 1o5 des Püllelementes 1o1 gerade berührt wird. Der gewinkelte bzw. nach abwärts geneigte Eckenteil der Anodenanordnung in Nachbarschaft des Auslasses des Fülldurchganges 112, schafft einen angemessenen Raum, um das Fließen von Kathodenmaterial vom Durchgang 112 in das Gehäuse Io zu fördern.

Nachdem alle Teile des Anodenstromsammlers 26 und die Portionen 28, 3ο des Leiters gegen das Kathodenmaterial 86 und das Metallgehäuse 1o abgeschirmt bzw. abgedichtet sind, ist keine Isolation zwischen dem Kathodenmaterial und dem Metallgehäuse erforderlich. Das Gehäuse kann vollständig mit Kathodenmaterial angefiLlt sein, was den Jodgehalt der Zelle im Vergleich zu Zellen, welche eine

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Isolierung erfordern, beträchtlich steigert. Ein anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Zelle besteht darin, daß wegen der vorstehenden Anordnung das Metallgehäuse ein sehr großer Kathodens tromsammler wird, wodurch die Zellenfunktion verbessert ist infolge der relativ größeren Menge an Kathodenmaterial im Kontakt mit dem Stromsammler. Außerdem steigert das Vorsehen der Rippen 70 auf den Arbeitsoberflächen der Lithiurnanodenplatten 22, 24 den wirksamen Oberflächenbezirk der Anoden, welcher in arbeitsmäßigem Kontakt mit Kathodenmaterial 86 steht. Das Vorstehende schafft eine Zelle mit einer hohen Energiedichte und diese erwünschte Eigenschaft wird gesteigert durch die Überzüge 8o, 82 aus organischem Elektronendonatormaterial. Durch Fortfallen des Erfordernisses einer Isolierung zwischen dem Kathodenmaterial 86 und dem Metallgehäuse 1o, kann die erfindungsgemäße Zelle relativ rasch und wirtschaftlich zusammengestellt werden und erfordert relativ weniger Teile.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beispielsweise wiedergegebenen Ausführungsformen allein abgestellt. Im Rahmen der Erfindung sind dem Fachmann vielmehr mannigfaltige Abänderungen ohne weiteres gegeben.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Lithium-Jod-Zelle, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale :

a. Ein Gehäuse (1o) aus elektrisch leitfähigem Material;

b. Eine Anode (22, 24) innerhalb dieses Gehäuses (1o) aus Lithium, welches einen freiliegenden Oberflächenteil und einen anderen Oberflächenteil besitzt;

c. Einen elektrischen Leiter (28, 3o), welcher arbeitsmäßig mit diesem anderen Oberflächenteil verbunden ist und sich durch das Gehäuse (1o) hindurcherstreckt;

d. Eine Einrichtung zum Abdichten des Leiters (28, 3o) , gegen die restliche Zelle, wobei die Abdichtungseinrichtung aufweist: Einen Isolator (32) in allgemein konzentrischer Beziehung zu diesem Leiter innerhalb des Gehäuses (1o), wobei dieser Isolator (32) aus einem Material besteht, welches keine elektronische Leitung zeigt, wenn es dem Jod ausgesetzt ist; ein Isolierelement (42) aus einem Material, welches keine elektronische Leitung zeigt, wenn es dem Jod ausgesetzt ist, wobei das Isolierelement (42) zwischen dem Isolator (32) und diesem Leiter gelagert ist; und einen Endring (!?2) in im allgemeinen konzentrischer Beziehung zu diesem Leiter, wobei eier Endring (i>2) ein Ende innerhalb des Gehäuses und in Verbindung dieses einen Endes mit dem Isolator und dem Isolierelement aufweist und der Endring einen Teil besitzt, welcher sich aus diesem Gehäuse erstreckt;

e. Eine Kathode aus Jodhaltigem Material (86) innerhalb des Gehäuses (1o) und in arbeitsmäßiger Berührxmg mit dem freiliegenden Ober nächenteil der Lithiumanode und mit einem Uborwi e/;en'iori '?(*■ i 1 di;r Oberfläche des Oohäunon und zwar in solcher V/eise, daß das Gehäuse als Kathodenstromsammler dient; und

f. Diese Einrichtung zum Abdichten den Leiter gegen das jodhaltige Material abschirmt und den Leiter gegen das Ge-

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häuse elektrisch isoliert; wodurch

g. eine elektrische Potentialdifi'orenz zwischen dem Leiter und dem Gehäuse während des Arbeitens der Zelle besteht.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endring (52) eine erste Einrichtung auf diesem einen Ende zum Verbinden des Isolators mit dem Undring, und eine zweite Einrichtung auf diesem Ende zum Verbinden des Isolierelementes mit dienern lindrin;7 aufweint.

3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endring (52) eine ringförmige Endseite aufweist, daß der Isolator einen ringförmigen Endflächenteil aufweist, v/elcher an einen Teil der Endseite des Endringes anstößt, daß das Isolierelement eine ringförmige Endseite aufweist, welche an einen Teil der Endseite des Endringes anstößt; und daß der Endring einnn ersten ringförmigen Rand aufweist, sich von dieser ringförmigen Endseite aus erstreckend und radial nach auswärts des Isolators gelagert, wobei der Rand einen Endteil besitzt, welcher im allgemeinen radial nach einwärts gelagert ist zum Verbinden des Isolators mit dem Endring; und daß der Endring einen zweiten ringförmigen Rand aufweist, sich von dieser ringförmigen Endseite her erstreckend, radial nach auswärts des Isolierelementes und radial nach einwärts des ersten ringförmigen Randes gelagert, wobei der zweite Rand einen Endteil besitzt, welcher im allgemeinen radial nach einwärts gelagert ist zum Verbinden des Isolierelementes mit dem Endring.

4. Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator einen radial nach auswärts sich erstreckenden ringförmigen Planschteil aufweist, welcher die Endseite des Isolators definiert, und wobei der erste ringförmige Rand des Endringes am ringförmigen Flanoch des Isolators angreift, um den Isolator mit dem Endring zu verbinden.

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5. Zellenach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Endring aus Metall besteht und die Zelle ferner einen Schutzring zwischen dem ersten ringförmigen Eand und dem ringförmigen Plansch des Isolators aufweist.

6. Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung zwischen dem Isolierelement und dem zweiten ringförmigen Hand des Kndringes vorhanden ist.

7. Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endring aus Metall besteht und daß die Zelle ferner einen Dichtring und einen Schutzring zwischen dem zweiten ringförmigen Rand des Endringes und dem Isolierelement aufweist.

8. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 7 isolator einen am lan T₀ Π im a 11 gerne i non umfangniruiü i .··; eines Teils des Isolierelementes und eines Teils des Leiters aufweist; einen zweiten Teil größerer Querschnittsdimension und im Abstand von diesem Leiter aufweist; und einen ringförmigen Planschteil aufweist, welcher sich radial nach auswärts von dem zweiten Teil erstreckt, wobei der Endring mit dem Isolator in Nachbarschaft des ringförmigen Flansches und dem zweiten Teil des Isolators verbunden ist.

9. Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner einen ringförmigen Rand aufweist, welcher sich vom Endring aus erstreckt und einen Teil besitzt, welcher sich im allgemeinen raaial nach einwärts erstreckt zum Verbinden des Isolators mit dem Endring.

10. Zelle nach Anspruch 1, dadirch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Dichtung zwischen dem Isolierelement und dem Isolator aufweist.

11. Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierelement einen Teil innerhalb des zweiten Teiles des

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Isolators aufweist, wobei der Endring einen ringförmigen Rand besitzt, welcher sich von diesem aus erstreckt und den Teil des Isolierelementes umgibt, und ferner eine Dichtung zwischen dem Isoliereleinentteil und dem Rtmd de3 Endringes aufweist.

12. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierelement im allgemeinen zylindrisch ist und einen im wesentlichen konstanten inneren Durchmesser und einen ersten und einen zweiten Teil äußeren Durchmessers besitzt, wobei der Leiter sich längs durch das Isolierelement hindurcherstreckt und der zweite Teil des Isolierelementes größeren Durchmesser besitzt als der erste Teil, und wobei der Isolator einen ersten, im allgemeinen zylindrischen Teil mit einem inneren Durchmesser besitzt, welcher im wesentlichen gleich ist dem äußeren Durchmesser des ersten Teils des Isolierelementes zum Aufnehmen dieses Isolierteiles in relativ eng einpassender Beziehung; und einen zweiten, im allgemeinen zylindrischen Teil mit einem Innendurchmesser aufweist, welcher größer ist als der des ersten Teiles zum Aufnehmen des zielten Teiles des Isolierelementes.

13..ZeIIe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Endring einen Endteil besitzt, welcher an den Isolator anstößt, und ferner einen ringförmigen Rand aufweist, welcher sich von diesem Endteil innerhalb des zweiten Teils des Isolators und rings um den Umfang des zweiten Teils des Isolierelementes erstreckt und einen Teil besitzt, welcher sich im allgemeinen radial nach einwärts erstreckt zum Verbinden des Isolierelementes mit dem Endring.

14. Zelle nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung zwischen dem zweiten Teil des Isolierelementes und dem Rand des Endringes vorhanden ist.

15. Zelle nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Endring einen anderen ringförmigen Rand radial auswärts

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des ex·ν, ten Ränder, aufweist mit einem Teil, welcher sich im allgemeinen radial nach einwärts erstreckt zum Verbinden des Isolators mit dem Endring.

16. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endring sich im Abstand vom Leiter befindet und ferner eine Dichtung zwischen dem Endring und dem Leiter aufweist.

17. Ze]Ie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus Glas besteht.

18. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen Deckel aufweist und daß der Endring sich durch eine Öffnung im Deckel hindurch erstickt.

19. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geh.^:iuu<5 einen Deck ο J. besitzt," welcher un dlesetj ungouchwoj lit ist, daß der Endring einen Teil in Nachbarschaft des Deckels aufweist und ferner eine Hitzeabschirmung vorgesehen ist, welche durch diesen Teil des Endringes im Gehäuse zwischen der Anode und dem Deckel getragen wird.

20. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der freiliegenden Oberfläche der Lithiumanode ein Überzug aus einem organischen Elektronendonatormaterial vorgesehen ist.

21. Zelle nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Elektronendonatormaterial polyvinylpyridinpolymeres ist.

22. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode einen Ladungsübertragungskomplex eines organischen Elektronendonatorraaterials und Jod aufweist.

23. Zelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Donatormaterial Polyvinylpyridinpolymeres ist.

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24. Zelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Elektronendonatormaterial der Kathode das gleiche ist wie das organische Elektronendonatormaterial des Überzuges.

2b. Lithium-Jod-Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit ,jodhaltigem Kathodenmaterial, gekennzeichnet durch eine Anodennnordnung, bestehend aur? b/,w. enthaltend:

a) mi Melon Lo mi f?im;n Li Lh j um Lo i I mit. ο i no r a r bei ta müßigen Oberflächenportion und einer anderen Oberflächenportion;

b) einen elektrischen Leiter, welcher mit dieser anderen Oberflächenportion in Verbindung steht;

o) eine Einrichtung zum Abdichten der Verbindung der elektrischen Leitung zu dieser anderen Oberflächenportion den Llthiumtenls gegen die Berührung mit nein Knthndcnmaterial; und

d) wobei die arbeitsmäßige Oberfläche des Lithiumteiles so gestaltet ist, daß sie Formationen aufweist, welche den Oberflächenbezirk des Lithiunrteils in arbeitsmäßiger Berührung mit dem Kathodenmaterial steigern.

26. Zelle nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anodenanordnung die arbeitsmäßige Oberfläche des Lithiumleilcs gerippt ist.

27. Zelle nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anodenanordnung die arbeitsmäßige Oberfläche des Lithiumteiles so gestaltet ist, daß sie Rippen mit im allgemeinen gekrümmter äußerer Oberfläche aufweist.

28. Zelle nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anodenanordnung der elektrische Anodenleiter einen

Anodenstromsammler aufweist, welcher in arbeitsmäßiger Berührung mit der anderen Oberflächenportion des Lithiumteiles steht, und ferner eine elektrische Leitung aufweist,

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welche sich von aioBPin LHroinsammler aus erstrockt, und
wobei (i i ο Anoderianord nun.·; ferner ο inen anderen Lithiumteil aufweist, woben die Lithiumteile i;.i t. einander und
_f;o_r7!n den i;i rowr.Hrnmi er in einer Weine verbunden Rind,
daß der Jtromcarnrriler zwischen diesen Teilen abgedichtet ist.

29· Zelle nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anrxlonanordnung diese Formationen sich auf den arbeitemalten Ourr '.' ] aehon beider liith i urntei Ie befinden, wobei
diese Formationen neue Oberflächen der Lithiumteile zueinander olT'.inJci^n :-;ur Dtn ige; rung der Bindung zwischen ihnen und an den LI t romsammler.

30. Zelle nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenanordnung ferner eine Dichtung aufweist, welche
laufend die Umfangskanten der Lithiumteile in einer V/eise umgibt, daß die Kanten abgedichtet werden.

31. Zelle nach Annprueh öo, dadurch /;ekennzeichne I, daß bei der Anodenanordnun^ die Dichtung aus einem Material besteht, welches keine elektronische leitung zeigt, wenn
es dem Jod ausgesetzt ist.

t>2. Zelle nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anodenanordnung die Dichtung aus einem Fluorpolymermaterial besteht.

'5'5. Zelle nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anodenanordnung ferner ein Überzug eines organischen Elektronendonatormaterials auf der arbeitsmäßigen Oberfläche des Lithiumteils vorgesehen ist.

34. Zelle nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anodenanordnun,; das organische Elektronendonatormaterial Polyvinylpyridinpolymerea ist.

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35. Verfahren zur Herstellung der Lithium-Jod-Zelle nach Anspruch 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß:

a) man ein Gehäuse mit einer Öffnung schafft, definiert durch eine fortlaufende Oberfläche mit einem Kantenteil, wobei das Gehäuse dazu ausgebildet ist, eine Lithiumanode zu enthalten;

b) man ein Füllelement in diese Öffnung in einer V/eise bringt, daß diese Oberfläche und dieser Kantenteil bedeckt ist, wobei dieses Füllelement einen Durchgang aufweist; und

c) man fließbares Kathodenmaterial, welches einen Ladungsübertragungskomplex eines organischen Donatormaterials .und Jod aufweist, durch diesen Durchgang dieses Füllelementes hindurch in das Gehäuse einführt;

d) wodurch dieses Füllelement das Kathodenmaterial daran hindert, diese Oberfläche und diesen Kantenteil zu berühren.

36. Verfahren nach Anspruch 3L>, dadurch gekonnzeichnet, daß die fortlaufende Oberfläche und der Kantenteil des Gehäuses aus Metall bestehen und daß man ferner:

a) das Füllelement aus der Öffnung entfernt; und

b) ein Metallverschlußelement an diesem Gehäuse in der Öffnung anschweißt.

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