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Die Erfindung betrifft elektrochemische
Zellen mit einer Alkalimetall-Anode und insbesondere, jedoch nicht
ausschließlich,
eine elektrochemische Zelle aus Primär-Lithium, die so beschaffen ist, dass sie
eine hohe Zuverlässigkeit
und hohe Raten der Stromentladung besitzt.
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Implantierbare Herz-Defibrillatoren
werden verwendet, um Patienten zu behandeln, die an ventikularer
bzw. ventrikulärer
Fibrillation bzw. Kammerflimmern leiden, ein chaotischer Herzrhythmus,
der zum schnellen Tod führen
kann, wenn er nicht korrigiert wird. Im Betrieb überwacht die Defibrillatorvorrichtung
ständig
die elektrische Aktivität
des Herzens des Patienten, erfasst die ventikulare Fibrillation
und liefert in Reaktion auf diese Erfassung Schocks, um einen normalen
Herzrhythmus wiederherzustellen. Schocks bzw. Schocke können in
einer Größe von 30-35
Joule erforderlich sein. Die Schocks werden von Kondensatoren geliefert,
die diese Energie im Bruchteil einer Sekunde an den Patienten abgeben können. Um
dem Patienten nach der Erfassung der ventikularen Fibrillation eine
zeitgenaue Therapie zu geben, ist es erforderlich, die Kondensatoren
innerhalb weniger Sekunden mit der erforderlichen Energiemenge zu
laden. Deswegen muss die Energiequelle ein hohes Leistungsvermögen besitzen,
um die Kondensatoren mit der erforderlichen Ladung zu versorgen,
sie muss jedoch außerdem
eine geringe Selbstentladung besitzen, damit sie eine Nutzungsdauer
von vielen Monaten aufweist, und sie muss eine hohe Zuverlässigkeit
besitzen, um bei Bedarf eine dringend benötigte Therapie zu gewährleisten. Da
Herz-Defibrillatoren implantiert werden, muss die Batterie außerdem in
der Lage sein, Energie aus einem minima len Volumen zu liefern.
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Eine Batterie zur Verwendung bei
Defibrillatoren ist im US-Patent 4.830.940 an Keister u. a. offenbart.
In dieser Offenbarung ist das Anodenmaterial Lithium und das reaktive
Katodenmaterial ist Silbervanadiumoxid. Die Anode ist serpentinenförmig aufgebaut,
wobei zwischen jedem ihrer Schraubengänge an beiden Seiten Katodenplatten
eingesetzt sind. Der Elektrolyt für eine Lithiumbatterie oder
-zelle ist eine organische Flüssigkeit,
die ein Lithiumsalz und ein organisches Lösungsmittel enthält. Sowohl die
Anode als auch die Katodenplatten sind in einen elektrisch isolierenden
Trennwerkstoff eingekapselt. Ein Nachteil dieses Batterieaufbaus
besteht jedoch darin, dass die serpentinenförmige Anode nicht effektiv
verwendet wird, da dem Anodenmaterial an den Biegungen kein Katodenmaterial
gegenübersteht und
deswegen nicht vollständig
ausgenutzt wird. Eine Verbesserung, die sich diesem Problem widmet, ist
im US-Patent 5.147.737 an Post u. a. offenbart, bei dem das aktive
Material an der serpentinenförmigen
Elektrode so positioniert ist, dass die Abschnitte der serpentinenförmigen Struktur,
denen kein Katodenmaterial gegenübersteht,
kein aktives Anodenmaterial enthalten. Die serpentinenförmigen Biegungen
der Anode sind jedoch zum Nachteil des volumetrischen Wirkungsgrads
trotzdem noch vorhanden. Zusätzliche
Probleme bei dieser Art des Batterieaufbaus enthalten die Anzahl
der Einzelteile und Anschlüsse,
die für
die Herstellung der Batterie erforderlich sind, die sowohl die Herstellbarkeit
als auch die Zuverlässigkeit
der Batterie beeinflussen können, und
die Schwierigkeit, eine gute Stromverteilung und Ausnutzung des
reaktiven Materials infolge der nicht übereinstimmenden Konfiguration
von Anode und Katode zu erreichen.
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Herkömmliche Lithium-Batterien können außerdem einen Elektrodenkörper verwenden,
bei dem Anoden- und Katodenelemente in einer spiralförmig gewickelten
Form kombiniert sind. Ein streifenförmiger Bogen aus Lithium oder
aus einer Lithiumlegierung enthält
die Anode, ein Katodenmaterial, das auf einem Ladung sammelnden
Metallschirm getragen wird, enthält
die Katode, wobei ein Bogen aus nicht gewebten Material die Anoden-
und Katodenelemente trennt. Diese Elemente sind kombiniert und so
gewickelt, dass sie eine Spirale bilden. Die Batteriekonfiguration
für eine
derartige gewickelte Elektrode würde
zylindrisch sein. Solche Konfigurationen können z. B. in den folgenden
US-Patenten gefunden werden: 3.373.060; 3.395.043; 3.734.778; 4.000.351; 4.184.012;
4.332.867; 4.333.994; 4.539.271; 4.550.064; 4.663.247; 4.668.320;
4.709.472; 4.863.815; 5.008.165; 5.017.442 und 5.053.297. Im Unterschied
zur Batterie des Patents '940 muss kein Anodenmaterial vorhanden
sein, das nicht paarweise mit Katodenmaterial angeordnet ist. Derartige
Konstruktionen besitzen deswegen das Potenzial für eine verbesserte Übereinstimmung
zwischen den Katoden- und Anodenkomponenten und für eine bessere Gleichförmigkeit
der Ausnutzung von Anode und Katode während der Entladung. Zylindrische
Zellen würden
jedoch nicht die gleiche Raumausnutzung im Gehäuse eines implantierbaren Defibrillators
erreichen wie eine prismatische Zellenform.
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Es ist deshalb auch bekannt, gewickelte Elektroden
an eine prismatische Konfiguration anzupassen, indem von einer echten
spiralförmigen
Wicklung abgewichen wird. Das US-Patent 2.928.888 offenbart z. B.
in seinen 5a und 5b eine
rechteckige Elektrodenbaueinheit, die auf einen länglichen Dorn
gewickelt ist, zur Verwendung in einem rechtwinkligen Gehäuse. Außerdem offenbart
das US-Patent 4.051.304 in seiner 2 eine
rechteckig gewickelte Elektrodenbaueinheit zur Verwendung in einem
rechtwinkligen Gehäuse.
Diese Patente geben jedoch nicht an, dass solche Strukturen für eine Lithiumbatterie
mit großer
Stromkapazität
vorteilhaft verwendet werden können
oder eine gleichförmige
Ausnutzung des reaktiven Anoden- und Katodenmaterials während der
Endladung gewährleisten.
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Es ist deswegen eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Lithiumbatterie mit großer Stromkapazität mit spulenförmiger Elektrode
zu schaffen, die für
die Verwendung in einem prismaförmigen
Gehäuse
geeignet ist.
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Es ist außerdem eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Lithiumbatterie mit großer Stromkapazität zu schaffen,
die eine gleichmäßige Ausnutzung
von Katoden- und Anodenmaterialien während des Entladens gewährleistet.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Lithiumbatterie mit großer
Stromkapazität
zur Verwendung in implantierbaren Herz-Defibrillatoren zu schaffen,
die im Vergleich zu Vorrichtungen des Standes der Technik eine verminderte Anzahl
von Einzelteilen und Schweißstellen
verwendet.
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Diese sowie weitere Aufgabe werden
durch die elektrochemische Zelle und die Elektrodenbaueinheit der
vorliegenden Erfindung erreicht.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Elektrodenbaueinheit für eine elektrochemische Zelle
geschaffen, die umfasst:
- (a) eine Anode die
enthält:
- (1) einen länglichen
Streifen aus einem Alkalimetall; und
- (2) Trennmaterial, das auf dem Alkalimetall vorgesehen ist;
und
- (b) eine Katodenbaueinheit, die enthält:
- (1) einen Katodenstromkollektor; und
- (2) ein Katodenmaterial, das mit einer gleichmäßigen Dichte
aus reaktivem Material an den Strom-Kollektor geklebt ist; dadurch
gekennzeichnet, dass die Katodenbaueinheit kürzer als die Anode ist, wobei
die Anode und die Katodenbaueinheit mit dem dazwischen befindlichen
Trennmaterial zu einer flachen, spiralförmigen Spulenwicklung mit zwei
im Wesentlichen geraden Seiten kombiniert sind, wobei die Wicklung
umfasst:
- (a) in ihrem innersten Abschnitt einen Abschnitt der Anode,
der über
das Ende der Katodenbaueinheit in einen Kontakt mit beiden Seiten
der Katodenbaueinheit gefaltet ist, wobei der darüber gefaltete
Abschnitt die Länge
der geraden Seiten der Wicklung bildet; und
- (b) in ihrem äußersten
Abschnitt die Anode, die um die Katodenbaueinheit gewickelt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird
ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenbaueinheit für eine elektrochemische
Zelle geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst:
- (a)
Vorsehen einer Anode, die einen lang gestreckten Alkalimetallstreifen
enthält;
- (b) Pressen eines porösen
Trennmaterials in die Anode;
- (c) Vorsehen einer Katodenbaueinheit, die einen zweiten Metallstreifen
enthält,
an den ein reaktives Katodenmaterial geklebt ist, wobei das reaktive
Material eine gleichmäßige Dichte
besitzt; und
- (d) Wickeln der Anode und der Katodenbaueinheit zu einer flachen,
spiralförmigen
Spule;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wicklungsschritt
außerdem
die folgenden Schritte umfasst
- (i) Anordnen eines flachen Dorns an einer Seite der Katodenbaueinheit,
so dass ein erstes Ende des Dorns auf ein Ende der Katodenbaueinheit
ausgerichtet ist;
- (ii) Anordnen eines Trennmaterials um die Katodenbaueinheit,
so dass es zwischen der Anode und der Katodenbaueinheit gewickelt
ist,
- (iii) Anordnen der Anode an der Katodenbaueinheit auf derjenigen
Seite der Katode, die sich gegenüber jener
des Dorns befindet, so dass sich das erste Ende der Anode im Wesentlichen
um einen Betrag, der gleich der Länge des Dorns ist, über das
Ende der Katodenbaueinheit hinaus erstreckt;
- (iv) Biegen der Anode über
das Ende der Katodenbaueinheit und über das Ende des Dorns, so
dass die Anode auf derjenigen Seite des Dorns an diesem anliegt,
die sich gegenüber
jener Seite des Dorns befindet, die an der Katodenbaueinheit anliegt;
- (v) Biegen sowohl der Anode als auch der Katodenbaueinheit um
den Dorn an einem zweiten Ende des Dorns, bis er an der Anode anliegt;
- (vi) Fortsetzen des Wickelns der Anode und der Katodenbaueinheit
aus dem Dorn in derselben Richtung, bis das zweite Ende der Anode
an der Wicklung anliegt, um die Wicklung fertigzustellen,
- (vii) Entfernen des Dorns aus der fertig gestellten Wicklung.
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Die Katodenbaueinheit ist kürzer als
die Anode, so dass die Anode und die Katode gewickelt werden können, indem
sie mit einem zwischen ihnen angeordneten Trennmaterial überlagert
werden und anschließend
gewickelt werden, wobei eine anfängliche
Falte in der Anode über
das Ende der Katodenbaueinheit und einen Dorn hergestellt wird,
um den Abschnitt der geraden Seiten zu bilden. Die Anode und die
Katode werden dann in gleicher Richtung gewickelt, bis im äußersten
Abschnitt der Wicklung der dünne
Abschnitt der Anode die äußere Schicht
der Elektrodenbau einheit darstellt. Der Dorn wird dann entfernt,
um zu ermöglichen,
dass beide Seiten des anfänglichen
Abschnitts der Anodenbaueinheit die Katodenbaueinheit berühren. Diese
Elektrodenbaueinheit ermöglicht
eine gleichmäßige Ausnutzung des
reaktiven Materials, indem das Katoden- und Anodenmaterial in der
gesamten Elektrodenbaueinheit in den Proportionen, in denen sie
verwendet werden, in enge Nähe
gebracht wird. Es trägt
außerdem
zur gleichmäßigen Ausnutzung
von reaktivem Material bei, dass mehrere Stecker an der Katodenbaueinheit verwendet
werden, um sicherzustellen, dass Katodenmaterial in der gesamten
Elektrodenbaueinheit ausgenutzt wird. Das ist insbesondere in der
Katode wichtig, da der Stromkollektor die Grundlage dafür darstellt,
dass in der gesamten Katode eine Leitfähigkeit geschaffen wird; eine
Leitfähigkeit,
die in den Metallen, die größtenteils
wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit
ausgewählt
werden, nicht inhärent
gut ist. Die Stecker sind an der Anode und an der Katode vorzugsweise
so angeordnet, dass die Anodenstecker in der letzten Wicklung auf
einer Seite der Wicklung liegen, während die Katodenstecker auf
der gegenüberliegenden
Seite der Wicklung liegen. Das vereinfacht die Verbindung zwischen
der Elektrode und weiteren Batteriekomponenten und vermeidet Kurzschlüsse.
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Bei dieser Baueinheit ist es außerdem bevorzugt,
verschiedene Strukturen einzuschließen, die eine zusätzliche
Zuverlässigkeit
für implantierbare medizinische
Vorrichtungen unterstützen.
Die Anode enthält
z. B. außerdem
einen Anodenstromkollektor, der mit einer ersten Seite an eine Abschnitt
des reaktiven Anodenmetalls, der eine gleichmäßige Dicke besitzt, und mit
einer zweiten Seite an einen zweiten kürzeren Abschnitt des reaktiven
Anodenmetalls, der eine gleichmäßige Dicke
besitzt, geklebt ist. In der Wicklung zeigt die zweite Seite des
Stromkollektors am kürzeren
Abschnitt des reaktiven Metalls zur Außenseite der Wicklung, da an
der Außenseite
der letzten Umdrehung der Wicklung kein reaktives Material erforderlich
ist. Außerdem
sind z. B. die Anode und die Katode vorzugsweise beide in einer
Tasche aus Trennmaterial eingeschlossen, das eine Öffnung aufweist,
durch die der Verbinderstecker der Elektrode vorsteht. Die Trennmitteltasche
verhindert dann den Transport von Streumaterial in die Zelle, das
einen Kurzschluss verursachen würde,
und die doppelte Dicke des Trennmittels zwischen den Anoden- und Katodenelementen
widersteht besser einer Beschädigung
während
des Wicklungsvorgangs, die andernfalls einen Kurzschluss während des
Batteriebetriebs bewirken könnte.
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Wenn die obenbeschriebene Elektrodenbaueinheit
in eine elektrochemische Zelle integriert wird, kann die Elektrodenbaueinheit
in einem prismenförmigen
Batteriegehäuse
mit parallelen, im Wesentlichen geraden Seiten angeordnet werden.
Wenn das Gehäuse
aus Metall hergestellt ist, sollte ein enganliegender Vorformling
aus nicht leitendem Material im Gehäuse zwischen der Elektrodenbaueinheit
und dem Metall des Gehäuses
angeordnet werden, um die Elektrodenelemente gegen das Gehäuse zu isolieren.
Eine Durchkontaktierung kann durch eine isolierende Abdichtung am
Gehäuse
angebracht und mit den Steckern der Anode oder der Katode der Elektrodenbaueinheit
verbunden werden. Die Stecker der anderen Elektrode der Baueinheit
können
an eine zweite Durchkontaktierung oder an das Gehäuse geschweißt werden.
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Der eigentliche Wicklungsvorgang
für die Elektrodenbaueinheit
kann durch Handwicklung oder durch eine Wicklungsmaschine erfolgen.
Ein dünner Dorn
wird beim Wicklungsvorgang verwendet und wird nach der Beendigung
des Wicklungsvorgangs entfernt.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
enthält
die Anode einen länglichen
Streifen aus Alkalimetall, das mit einem Trennmaterial kombiniert
ist, indem das Trennmaterial unter Druck in das Alkalimetall gepresst
wird. Die Katodenbaueinheit enthält
einen Katodenstromkollektor und ein Katodenmaterial, das bei einer
gleichmäßigen Dicke
aus reaktivem Material an den Stromkollektor geklebt ist. Bei dieser Baueinheit
ist es außerdem
bevorzugt, dass verschiedene Strukturen enthalten sind, um eine
zusätzliche
Zuverlässigkeit
für medizinische
Vorrichtungen zu unterstützen.
Die Anode enthält
z. B. vorzugsweise außerdem
einen Anodenstromkollektor, der mit einer ersten Seite an einen
Abschnitt des reaktiven Anodenmetalls, der eine gleichmäßige Dicke
besitzt, und mit einer zweiten Seite an einen zweiten kürzeren Abschnitt
des reaktiven Anodenmaterials, der eine gleichmäßige Dicke besitzt, geklebt
ist. Außerdem
sind z. B. die Anode und die Katode beide in einer Tasche aus Trennmaterial
eingeschlossen. Die Trennmaterialtasche verhindert dann den Transport von
Streumaterial in die Zelle, das einen Kurzschluss bewirken könnte, und
die doppelte Dicke der Trenneinrichtung zwischen den Anoden- und
Katodenelementen widersteht besser einer Beschädigung während des Wicklungsvorgangs.
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Es werden drei Barrieren aus nicht
leitendem Material hergestellt, um die verschiedenen Komponenten
zu isolieren. Ein Spulenisolator mit Öffnungen, um die Anoden- und
Katoden-Verbinderstecker aufzunehmen, ist über dem Ende der Wicklung positioniert,
wobei die Anoden- und Katoden-Verbinderstecker
durch diese vorstehen, wodurch eine erste nicht leitende Barriere
geschaffen wird, die die Verbinderstecker gegen die Wicklung isoliert.
Eine Kontaktdurchführung
mit einem einzelnen Durchführungsstift
ist so positioniert, dass er mit beiden Katoden-Verbindersteckern
verbunden ist, und ist an beide Verbinderstecker angeschweißt. Die
Glasabdichtung der Kontaktdurchführung
ist isoliert und der Durchführungsstift
ist zwischen der Glasabdichtung und dem ersten Schweißpunkt isoliert,
wodurch eine zweite nicht leitende Barriere geschaffen wird, die
die Kontaktdurchführung
und den Durchführungsstift
gegen das Gehäuse
und gegen den Anoden-Verbinderstecker isoliert. In der Nähe der Schweißpunkte
wird eine dritte nicht leitende Barriere hergestellt, um die Anschlüsse mit
den Katoden-Verbindersteckern vom Gehäuse zu trennen. Der isolierte
Abschnitt des Durchführungsstifts
verläuft
durch eine Öffnung
in der dritten nicht leitenden Barriere, wodurch die Isolierung
der Katodenanschlüsse
gegen das Gehäuse und
gegen die Anoden-Verbinderstecker vervollständigt wird.
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Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben.
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1 ist
eine Seitenansicht der Anodenkomponente, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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2 ist
eine Schnittansicht eines ersten Abschnitts der Anode von 1.
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3 ist
eine Schnittansicht eines zweiten Abschnitts der Anode von 1.
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3A ist
eine Detailansicht des Elektrodensteckers der Anoden von 1.
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4 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Kombination aus kombinierter
Anode und Trenneinrichtung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
wird.
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5 ist
eine Schnittansicht der Anode und der Trenneinrichtung von 4.
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6 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Katodenbaueinheit,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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7 ist
eine Schnittansicht der Katodenbaueinheit von 6.
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8 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Kombination aus Katodenbaueinheit
und Trenneinrichtung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden.
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9 ist
eine Schnittansicht der Kombination aus Katodenbaueinheit und Trenneinrichtung
von B.
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10 ist
eine Draufsicht des Dorns, der Katodenbaueinheit und der Anodenbaueinheit,
die zum Wickeln bereit sind.
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11 ist
eine Draufsicht des Endabschnitts des Dorns, der Katodenbaueinheit
und der Anodenbaueinheit von 10,
die die Richtung der Biegung für
die Anode um die Katode und den Dorn zeigt.
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12 ist
eine Draufsicht des Endabschnitts des Dorns, der Katodenbaueinheit
und der Anodenbaueinheit von 11,
die das zusätzliche
Trennmaterial an der Anodenbiegung zeigt.
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13 ist
eine Draufsicht des Endabschnitts des Dorns, der Katodenbaueinheit
und der Anodenbaueinheit, die die fertig gestellte Biegung von 11 zeigt.
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14 ist
eine perspektivische Ansicht der fertig gestellten Elektrodenbaueinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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15 ist
eine Draufsicht der Wicklungen der Elektrodenbaueinheit (wobei das
Trennmaterial zwischen den Wicklungselementen nicht gezeigt ist) und
der Position des Dorns in den Wicklungen, bevor er entfernt wird.
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16 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die das Einsetzen der Elektrodenbaueinheit gemeinsam
mit Isolationsmaterialien in das Batteriegehäuse zeigt.
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17 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die die Anwendung der Isolationseinrichtung und
der Gehäuseoberseite
auf das Gehäuse
und die Elektrodenbaueinheit von 16 zeigt.
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18 ist
eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der fertig gestellten
Batterie, die die Verbindung der Stecker der Elektrode mit den Gehäuseelementen
zeigt.
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19 ist
eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der Isolationskomponenten
für die
Batterie zeigt.
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20 ist
eine perspektivische Ansicht einer alternativen Form für Isolationskomponenten
für die Batterie.
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In der Zeichnung zeigen die 1–6 den
Anodenabschnitt der Elektrodenbaueinheit. In 1 ist die längliche Anodenbaueinheit 1 gezeigt,
die einen Stromkollektor 5 umfasst, der eine erste Schicht
aus Alkalimetall 10 an einer Seite und eine zweite Schicht aus
Alkalimetall 15 an der anderen Seite aufweist. Das Alkalimetall 10, 15 ist
vorzugsweise Lithiummetall oder eine Legierung aus Lithium, die
auf den Schirmstromkollektor 5 gepresst ist. 2 zeigt im Querschnitt die
sandwichartige Struktur der Anodenbaueinheit 1, wobei der
Stromkollektor 5 zwischen der ersten und der zweiten Schicht
aus Alka limetall 10, 15 angeordnet ist. 3 zeigt im Querschnitt, dass
die Anodenbaueinheit 1 auf einer Seite des Stromkollektors 5 an
einem Ende 18 lediglich Alkalimetall 15 besitzt.
Der freiliegende Abschnitt des Stromkollektors 5 bildet
den äußeren Umschlag
der gewickelten Elektrodenbaueinheit, da für diese Oberfläche kein
aktives Material erforderlich ist. Der Stromkollektor ist ein leitendes
Metall, das korrosionsbeständig
ist, wenn es mit dem Alkalimetall 10, 15 in Kontakt
gelangt, und ist vorzugsweise Nickel, Kupfer oder eine Legierung
aus Nickel oder Kupfer. Erste und zweite Verbinderstecker 20, 22 stehen
von der Kante des Stromkollektors vor, obwohl außerdem ein einzelner Verbinderstecker
verwendet werden kann, da die Leitfähigkeit von Lithiummetall auf
einem Nickel- oder Kupferstromkollektor in der Lage ist, eine ausreichende
Stromverteilung bei hohen Entladungsraten zu gewährleisten, wenn der Stromkollektor
für den
Abschnitt einen adäquaten
leitenden Querschnittsbereich besitzt. Zusätzliche Verbinderstecker können außerdem hinzugefügt werden,
wenn eine bessere Zuverlässigkeit
der Verbindungen gewünscht
ist. Die Verbinderstecker 20, 22 können im Stromkollektor 5 enthalten
sein, wenn dieser in der in 3A gezeigten
Weise gebildet ist. Der Stromkollektor 5 wird vorzugsweise
durch einen Ätzvorgang hergestellt,
der weiche Kanten am Stromkollektor 5 gewährleistet
und dadurch Streumetallteile eliminiert, die andernfalls durch das
Trennmaterial stochern und ein Kurzschließen der Batterie bewirken.
Eine Alternative zu der dargestellten Anodenbaueinheit 1 besteht
darin, den Stromkollektor 5 zugunsten einer Anode wegzulassen,
die fast vollständig
aus einem Alkalimetall oder aus einer Alkalimetall-Legierung hergestellt
ist. Bei dieser Konfiguration würde
das Alkalimetall an einem Ende mit einem dickeren Querschnitt gebildet
als am anderen Ende und Verbinderstecker würden direkt mit dem Alkalimetall
verbunden sein.
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Die 4 und 5 zeigen die Anodenbaueinheit 1,
die vom Trennmaterial 25 abgedeckt ist. Das Trennmaterial
bzw. Separator 25 bildet eine Tasche um die Anodenbaueinheit 1,
da sie über
die obere Kante 27 gefaltet ist und der Anodenbaueinheit 1 entspricht,
bis sie die untere Kante 29 erreicht, an der sie an einer
Abdichtung 30 mit sich selbst vereinigt wird. Schlitze
(nicht gezeigt) können
in das Trennmaterial 25 geschnitten sein, damit die Verbinderstecker 20, 22 durch
das Trennmaterial 25 vorstehen können. Das im Trennmaterial 25 verwendete
Material kann ein kommerziell verfügbares mikroporöses Polyolefin-Trennmaterial
(d. h. Polyethylen oder Polypropylen) sein, wie etwa Celgard 4560 (ein
mikroporöses nicht
gewebtes Laminatmaterial, das durch Hoechst Celanese hergestellt
wird). Die nicht gewebte Seite des Trennmaterials 25 wird
vorzugsweise in die Oberfläche
des Alkalimetalls 10, 15 der Anodenbaueinheit 1 gepresst,
so dass sich das Alkalimetall in einem engen Kontakt mit dem Trennmaterial 25 verformt
und am Trennmaterial 25 anklebt.
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Dieses Ankleben durch Verformen kann
erreicht werden, indem die nicht gewebte Seite des Trennmaterials 25 in
einer hydraulischen Presse auf das Alkalimetall 10, 15 gepresst
wird. Das kann in derselben Pressoperation ausgeführt werden,
in der das Alkalimetall 10, 15 auf den Stromkollektor 5 gepresst
wird. In Vorbereitung der Pressoperation werden Bögen aus
Alkalimetall 10, 15 auf Größe geschnitten, gewogen und
in einem Pressstempel an beiden Seiten des Stromkollektors 5 angeordnet.
Der Pressstempel und die Anodenkomponenten 5, 10, 15 werden
dann in einer Walzenmontagevorrichtung angeordnet, die das Alkalimetall 10, 15 mit
einem Druck auf den Stromkollektor presst, der ausreichend ist, sie
an der Verwendungsstelle zu halten. Das Trennmaterial 25 wird
dann um die Anodenbaueinheit 1 angeordnet und durch eine
Hydraulikpresse mit einem Druck, der das Anodenmetall in einen engen
Kontakt mit dem Trennmaterial presst, auf das Alkalimetall 10, 15 auf
der Anodenbaueinheit 1 gepresst. Es könnte z. B. ein Druck von etwa
5,6 × 105 kg/m2 (800 psi)
verwendet werden.
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Die Abdichtung 30 für das Trennmaterial kann
ein Heißsiegel
sein, das durch eine herkömmliche
Heißsiegelvorrichtung
hergestellt wird.
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Die 6-9 zeigen die längliche
Katodenbaueinheit 50, die einen Stromkollektor 55 enthält, auf
den Schichten 60, 65 aus einem Katodenmaterial gepresst
sind. Die Katodenbaueinheit 50 besitzt im Wesentlichen
dieselbe Breite wie die Anodenbaueinheit 1. Das Katodenmaterial
enthält
einen festen reaktiven Katodenbestandteil, wie etwa Mangandioxid, V6O13, Silbervanadiumoxid
oder CFX sowie trockene Mischungen, die
solche Materialien enthalten, gemeinsam mit Bindematerialien und
Leitfähigkeitsverstärkern, die
möglicherweise
erwünscht
sind. Vorzugsweise wird Silbervanadiumoxid verwendet, das im US-Patent
5.221.453 an Crespi offenbart ist. In einer Batterie, die z. B.
Silbervanadiumoxid als einen reaktiven Katodenbestandteil verwendet,
könnten 5%
PTFE als ein Bindematerial zusammen mit etwa 2% Ruß und 2%
Graphit als Leitfähigkeitsverstärker zugefügt werden.
Die speziellen Bestandteile können gemischt
werden, auf einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet werden,
in einer gleichmäßigen Schicht über dem
Stromkollektor 55 angeordnet werden und anschließend in
einer Hochdruckpresse trocken gepresst werden, um die Katodenmaterialschichten 60, 65 zu
bilden. Alternativ könnten
außerdem
Nass-Prozesse, die in der Technik bekannt sind, verwendet werden,
bei denen eine Nassmischung aus Katodenmaterial auf den Stromkollektor 55 aufgebracht
wird und anschließend
getrocknet und gewalzt wird, um die Katodenmaterialschichten 60, 65 zu
bilden. Verbinderstecker 70, 72 stehen von der Kante
des Stromkollektors 55 im Wesentlichen in derselben Weise
vor wie bei der obenbeschriebenen Anodenbaueinheit 1. Der
Stromkollektor 55 ist ein leitendes Metall, das korrosionsbeständig ist,
wenn es mit dem Katodenmaterial, das vorzugsweise Titan, Edelstahl
oder eine Legierung von Titan ist, in Verbindung ist. Ein Trennmaterial 75 bildet
eine Tasche um die Katodenbaueinheit 50 in derselben Weise
wie die für
die obige Anodenbaueinheit 1 und ist mit einer Abdichtung 80 versehen.
Das Material, das für
das Trennmaterial verwendet wird, kann dasselbe kommerziell verfügbare mikroporöse Polyolefin-Trennmaterial
(z. B. Polyethylen oder Polypropylen) sein, das für die Anodenbaueinheit 1 verwendet
wird, und die Abdichtung kann ein Heißsiegel aus diesem Material
sein. Das Trennmaterial 75 für die Katodenbaueinheit 50 ist
vorzugsweise etwas größer hergestellt als
die Katodenbaueinheit, um ein Ausdehnen des Katodenmaterials 60, 65 zu
ermöglichen,
wenn die Batterie entladen wird, und um ein Splittern zu verhindern,
wenn die Batterie entladen wird. Das steht im Gegensatz zum Trennmaterial 25 für die Anodenbaueinheit 1,
das die Anodenbaueinheit 1 eng umgeben kann.
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Die 10–13 zeigen an, wie der Wicklungsvorgang
begonnen werden soll. 10 zeigt die
Anodenbaueinheit 1, die auf die Katodenbaueinheit 50 ausgerichtet
wurde, und den Dorn 100, um die Wicklungsoperation zu beginnen.
Die Trennmaterialien 25, 75 für diese Komponenten befinden
sich während
der Wicklungsoperation an der Verwendungsstelle um die Anodenbaueinheit 1 bzw.
die Katodenbaueinheit 50, obwohl sie nicht gezeigt sind.
Es sollte angemerkt werden, dass die Anodenbaueinheit 1 länger als
die Katodenbaueinheit 50 ist und so positioniert wurde,
dass sie an einem Ende 1a das entsprechende Ende
50a der
Katodenbaueinheit 50 überlappt.
Das Ende 50a der Katodenbaueinheit 50 wurde etwas
hinter der Kante 100a des Dorns 100 positioniert.
Die Anodenbaueinheit 1 wurde außerdem so an der Katodenbaueinheit 50 angeordnet, dass
die Alkalimetallschicht 15 am Ende 18 der Anodenbaueinheit 1 an
der Katodenmaterialschicht 15 anliegt. Das stellt sicher,
dass die äußere Wicklung der
Elektrodenbaueinheit eine Alkalimetallschicht 15 aufweist,
die dem Katodenmaterial 60 gegenübersteht, und dass der freiliegende
Stromkollektor 5 am Ende 18 nach außen zeigt.
Wie in den 11 und 13 gezeigt ist, wird er Wicklungsvorgang
begonnen, indem das Ende 1a der Anodenbaueinheit 1 auf
den Dorn 100 gebogen wird. Wie gezeigt ist, wird durch die
Biegung 105 außerdem
die Anodenbaueinheit 1 um das Ende der Katodenbaueinheit
gebogen. Eine untergeordnete Alternative (nicht gezeigt) zu diesem Biegevorgang,
die dann nützlich
ist, wenn die Biegung per Hand erfolgt, besteht darin, dass zuerst
die Anodenbaueinheit 1 beim Fehlen der Katodenbaueinheit 50 über den
Dorn 100 gebogen wird (wobei jedoch ein Abstandhalter mit
der gleichwertigen Dicke der Katodenbaueinheit 50 vorhanden
ist, um an der Anodenbaueinheit 1 den richtigen Biegeradius
zu bilden), und dass anschließend
der Abstandshalter entfernt wird und die Katodenbaueinheit 50 zwischen den
Dorn 100 und die Anodenbaueinheit geschoben wird.
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Es kann erwünscht sein, dass zusätzliches Trennmaterial
zwischen der Anodenbaueinheit 1 und der Katodenbaueinheit 50 und
zwischen der Anodenbaueinheit und dem Dorn 100 angeordnet
wird, um gleichmäßigere Biegungen
zu schaffen. Das kann so erfolgen wie in 12 gezeigt ist, wobei zusätzliches Trennmaterial 110 über der
Anodenbaueinheit 1 und zwischen der Anodenbaueinheit 1 und
der Katodenbaueinheit 50 an dem Punkt, an dem die Biegung 105 erfolgen
soll, angeordnet wird. Ein äußerst bequemes Verfahren
zum Zufügen
des zusätzlichen
Trennmaterials 110 besteht darin, dass lediglich eine längere Trenneinrichtung 25 hergestellt
wird, damit sich die Trenneinrichtung 25 der Anodenbaueinheit 1 am geeigneten
Ende 1a über
die Länge
der Anodenbaueinheit 1 hinaus erstreckt, und indem die
Trenneinrichtung einfach längs
der Anodenbaueinheit 1 zurückgefaltet wird, wodurch am
Punkt der Biegung 105 die dreifache Dicke des Trennmaterials
geschaffen wird.
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Die Wicklung wird dann fortgesetzt,
indem die Kombination aus Anodenbaueinheit 1 und Katodenbaueinheit 50 in
gleicher Richtung um den Dorn gewickelt wird, bis die Elektrodenbaueinheit
fertig gestellt ist. Es ist wesentlich, dass der Wicklungsvorgang
durch ein Verfahren ausgeführt
werden kann, der eine gleichbleibende Wicklungsspannung zur Folge
hat. Eine ungleichmäßige Wicklungsspannung kann
Pfade mit höherem
und geringerem Widerstand während
der Entladung bewirken, wodurch eine ungleichmäßige Stromverteilung erzeugt
wird und eine Änderung
der Stellung der Verbinderstecker 20, 22, 70 und 72 in
der letzten Wicklung verändert
werden kann, was die Verbindungen kompliziert machen kann. Eine
gleichmäßige Wicklungsspannung
kann durch sorgfältige
Handwicklung oder durch eine Maschinenwicklung erreicht werden.
Die Maschinenwicklung, die eine bessere Gleichförmigkeit zwischen Batterien
erzeugen kann, ist vorzuziehen. 14 zeigt
die fertig gestellte Elektrodenbaueinheit 120, wobei die
Verbinderstecker 20, 22, 70 und 72 aus
der Elektrodenbaueinheit vorstehen. Die Verbinderstecker 20, 22,
die der Anode zugehörig
sind, sind vorzugsweise auf einer Seite der Elektrodenbaueinheit 120,
während
die Verbinderstecker 70, 72, die der Katode zugeordnet
sind, auf der gegenüberliegenden
Seite der Elektrodenbaueinheit in der gezeigten Weise von den Anoden-Verbindersteckern 20, 22 beabstandet
sind. Das hilft, unbeabsichtigte Kurz schlüsse in der fertig gestellten
Batterie zu vermeiden. Die Verbinderstecker sind außerdem vorzugsweise
so angeordnet, dass sie nahe an ihrem vorgesehenen Anschlusspunkt
mit der Kontaktdurchführung
oder am Gehäuse
positioniert sind und nicht mit den Katodensteckern oder mit den
Anodensteckern überlappen,
um die Herstellung der einzelnen Schweißverbindungen zu erleichtern.
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15 zeigt
die endgültige
Anordnung 120 gemeinsam mit dem Dorn 100 (wobei
die Trenneinrichtungen 25, 75 und die Stromkollektoren 5, 55 nicht
gezeigt sind). Die gleichbleibende Wicklung der Anodenbaueinheit 1 und
der Katodenbaueinheit 50 hat eine Elektrodenbaueinheit 120 zur
Folge, bei der der Dorn 100 die Länge der geraden Seiten der
Elektrodenbaueinheit 120 bestimmt, und bei der die letzte Anodenschicht 125 Alkalimetall 15 aufweist,
das lediglich dem Katodenmaterial 60 gegenüberliegt.
Wie oben beschrieben wurde, wenn im Aufbau der Stromkollektor 5 eliminiert
wird, besteht die letzte Anodenschicht 125 einfach aus
Anodenmaterial mit der halben Dicke der restlichen Anode.
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Das Entfernen des Dorns 100 bringt
das erste Ende 1a der Anodenbaueinheit 1a an beiden
Seiten mit der Katodenbaueinheit 50 in Kontakt und stellt die
Elektrodenbaueinheit 120 fertig. Es ist klar, dass der
Dorn sehr dünn
sein sollte, um am Beginn der Wicklung eine enge Nähe zwischen
der Anodenbaueinheit 1 und der Katodenbaueinheit 50 zu
schaffen. Es sollte z. B. ein Edelstahldorn mit einer Dicke von etwa
0,25 mm (0,010 Zoll) verwendet werden, obwohl dickere Dorne verwendet
werden können,
wenn eine zusätzliche
Steifheit erforderlich ist.
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Wie es einem Fachmann klar ist, wird
die Anzahl der Wicklungen, die für
die Batterie gewählt
wird, durch die geforderte Rate der Entladung und die geforderte
Kapazität der
Batterie bestimmt. Die Vergrößerung der
Wicklungsanzahl schafft die Fähigkeit, bei
einer hohen Rate zu entladen, neigt jedoch dazu, die Kapazität für die Batterie
pro Volumeneinheit zu vermindern.
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Die Montage der Elektrodenbaueinheit 120 in
eine Batterie ist in den 16–18 gezeigt. In 16 wird eine Spulenisolierung 200 auf
der Elektrodenbaueinheit 120 angeordnet. Die Spulenisolierung 200 enthält eine
Kerbe 202, um den Anoden-Verbinderstecker 22 aufzunehmen,
sowie Schlitze 204, 206, 208, um den
Anoden-Verbinderstecker 20 bzw. die Katoden-Verbinderstecker 70, 72 aufzunehmen.
Die Elektrodenbaueinheit 120 wird außerdem in eine isolierende
Gehäusebuchse 210 eingesetzt.
Die Gehäusebuchse 210 erstreckt
sich vorzugsweise an ihrer oberen Kante über die Kante der Elektrodenbaueinheit 120,
um eine Überlappung
mit anderen isolierenden Elementen zu schaffen. Dabei kann sie an
einer Seite eine Kerbe 211 enthalten, um eine leichte Verbindung
der Anoden-Verbinderstecker 20, 22 mit dem Gehäuse 220 zu
ermöglichen. Die
Spulenisolierung 200 und die Gehäusebuchse 210 sind
vorzugsweise aus einem Polyolefin-Polymer oder aus einem Fluorpolymer,
wie etwa ETFE oder ECTFE, hergestellt. Die Elektrodenbaueinheit 120 und
die Gehäusebuchse 210 werden
dann in ein prismenförmiges
Gehäuse
eingesetzt, das vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt ist. In 17 sind eine Gehäuseabdeckung 230 und
eine Stiftisolierung 240 zusammen mit der Elektrodenbaueinheit 120 und
dem prismenförmigen
Gehäuse 220 gezeigt.
Die Gehäuseabdeckung 230 besitzt
eine in Glas eingefasste Kontaktdurchführung 232 und einen
Durchführungsstift 233,
der sich durch eine Apertur in der Gehäuseabdeckung 230 erstreckt,
die eine Biegung 234 aufweist, die die Kontaktdurchführung in
Ausrichtung auf die Katoden-Verbinderstecker 70, 72 anordnen soll.
Die Gehäuseabdeckung 230 besitzt
außerdem eine
Füllöffnung 236.
Die Gehäuseabdeckung 230 ist aus
Edel stahl hergestellt und der Durchführungsstift 233 ist
vorzugsweise aus Niob oder Molybdän. Die Stiftisolierung 240 weist
eine Apertur 242 auf, die in einen erhöhten Abschnitt 244 führt, der
den Durchführungsstift 233 aufnimmt
und diesen gegen einen Kontakt mit der Gehäuseabdeckung isoliert. In Kombination
mit einer Seite der Spulenisolierung 200, die sich unmittelbar
unter der Stiftisolierung befindet, bildet der erhabene Abschnitt
eine Kammer, die die Katodenanschlüsse isoliert. Zusätzliche
Isolierungen in Form eines Rohrs oder einer Beschichtung (nicht
gezeigt) können
außerdem
am Durchführungsstift 233 und
an der Kontaktdurchführung 232 an
den Stellen vorhanden sein, die nicht geschweißt sind, um den Durchführungsstift 233 und
die Kontaktdurchführung 232 zusätzlich zu
isolieren, und es könnte
außerdem eine
zusätzliche
Abdeckungsisolierung (nicht gezeigt) an der Unterseite der Gehäuseabdeckung 230 angebracht
werden, um eine zusätzliche
Isolierung für
die Gehäuseabdeckung 230 zu
schaffen. Der Durchführungsstift 233 ist
an die Katoden-Verbinderstecker 70, 72 geschweißt, wie
in 18 gezeigt ist, und
die Anoden-Verbinderstecker 20, 22 sind in eine L-Form
gebogen, wie in 18 gezeigt
ist, und werden an die Seite des Gehäuses 220 geschweißt, um dadurch
das Metallgehäuse 220 zu
einem Anschluss oder einen Kontakt für die Batterie zu machen (d.
h. ein Aufbau mit negativem Gehäuse).
Der Durchführungsstift 233 wird
dann durch einen (nicht gezeigten) Schlitz in die Stiftisolierung 240 eingesetzt,
bis er durch die Apertur 242 der Stiftisolierung vorsteht.
Die Elektrodenbaueinheit 120 kann sich während einiger der
Schweiß-
und Biegeoperationen außerhalb
des Gehäuses 220 befinden.
Alle Schweißoperationen der
Elektrode sollten in einer Schutzgas-Atmosphäre stattfinden. Die Gehäuseabdeckung 230 wird
dann an das Gehäuse 220 geschweißt, um die
Elektrodenbaueinheit 120 im Gehäuse abzudichten.
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In 19 sind
die Isolationskomponenten für
die Batterie genauer gezeigt. Eine Abdeckungsisolierung 245 ist
so beschaffen, dass sie unter die Gehäuseabdeckung 230 passt
mit einer Apertur 246 zur Aufnahme der Kontaktdurchführung 232 und
des Durchführungsstifts 233 und
einem ausgeschnittenen Abschnitt 247 zur Aufnahme der Füllöffnung 236. Die
Abdeckungsisolierung 245 wird auf die Unterseite der Gehäuseabdeckung 230 aufgebracht.
Eine Durchführungsisolierung 250 wird
anschließend über den
Durchführungsstift 233 und über die
Kontaktdurchführung 232 in
Kontakt mit der Abdeckungsisolierung 245 geschoben. Wenn
die Durchführungsisolierung 250 an
der Verwendungsstelle ist, wird eine rohrförmige Isolierung 255 über den
Durchführungsstift 233 geschoben,
bis sie das Glas der Kontaktdurchführung 232 berührt. Der
Durchführungsstift 233 wird
dann in die gewünschte
Konfiguration für eine
Verbindung mit den Katoden-Verbindersteckern 70, 72 gebogen,
wie in 17 gezeigt ist.
Die Stiftisolierung 240 ist mit einem Schlitz 241 gezeigt,
der sich von der Kante der Stiftisolierung 240 zur Apertur 242 erstreckt.
Die Stiftisolierung 240 besitzt wiederum eine Apertur 242,
die in den erhabenen Abschnitt 244 oder die Aussparung
führt,
die den Durchführungsstift 233 und
die rohrförmige
Isolierung 255 über
dem Durchführungsstift
aufnimmt und den Durchführungsstift 233 gegen
einen Kontakt mit der Gehäuseabdeckung 230 an
dem Punkt isoliert, an dem der Durchführungsstift an die Katoden-Verbinderstecker 70, 72 geschweißt ist.
Der Schlitz 241 ermöglicht,
dass die Stiftisolierung 240 am Durchführungsstift 233 angeordnet
wird, nachdem dieser an die Katodenstecker 70, 72 geschweißt wurde.
Die rohrförmige
Isolierung 255 erstreckt sich deswegen durch die Apertur 242,
wodurch jede Diskontinuität bei
der Isolierung der Katoden-Verbinderstecker 70, 72 und
des Durchführungsstifts 233 gegen
Elemente auf Anodenpotenzial vermieden wird. Eine Spulenisolierung 202a ist
mit einer Kerbe 202 für
die Aufnahme des Anoden-Verbindersteckers 22 und mit Schlitzen 204, 206 für die Aufnahme
des Anoden-Verbindersteckers 20 bzw. des Katoden-Verbindersteckers 70 gezeigt.
Außerdem
ist an Stelle des in 16 gezeigten
Schlitzes 208 eine Kerbe 208a zur Aufnahme des
Katoden-Verbindersteckers 72 vorgesehen.
Die Elektrodenbaueinheit 120 wird außerdem in eine isolierende
Gehäusebuchse 210 eingesetzt.
Alle Komponenten der Gehäuseisolierung,
einschließlich
die Abdeckungsisolierung 245, die Kontaktdurchführungsisolierung 250,
die rohrförmige
Isolierung 255, die Stiftisolierung 240, die Spulenisolierung 202a und die
Gehäusebuchse 210 sind
gegossene oder extrudierte selbsttragende Polymer-Teile, die aus
einem Polyolefin-Polymer
oder ein Fluorpolymer, wie etwa ETFE oder ECTFE, hergestellt sind.
Das Ergebnis dieser Isolierungskonfiguration besteht darin, dass die
Katodenanschlüsse
vollständig
gegen Abschnitte der Batterie, die auf Anodenpotenzial sind, isoliert sind,
und dass die Durchführungsverbindung
gegen Streupartikel aus Material von der Katode und gegen Lithiumpartikel,
die sich während
der Entladung der Batterie bilden können, vollständig isoliert
ist. Es ist klar, dass bei dieser Isolierungskonfiguration zusätzliche
Verbesserungen erreicht werden können,
indem die Passung zwischen isolierenden Komponenten verbessert wird,
um eine bessere Isolierung der Anoden- und Katodenelemente zu schaffen.
Die Apertur 242 an der Stiftisolierung 240 und
der rohrförmigen
Isolierung 255 könnte
z. B. so bemessen sein, dass die Komponenten hermetisch abdichten,
oder der Durchführungsstift 233 könnte mit
passenden Isolierungsteilen eingepasst werden, die eine Schnappverbindung
bilden würden,
die jede Wanderung von Streumaterialien der Batterie durch die Apertur 242 verhindern
würde.
Alternative Konfigurationen dieses Typs könnten der in 20 gezeigten Konfiguration ähnlich sein.
In 20 ist ein Isolationssystem 260 mit
Schnappverbindung gezeigt, das die Anzahl der Isolationskomponenten
in der Batterie vermindern kann. Das Isolationssystem 260 mit Schnappverbindung
kann zwei Hauptkomponenten enthalten, eine obere Komponente 265 und
eine untere Komponente 270, wobei beide Komponenten 265, 270 durch
Spritzgießen
aus einem isolierenden Kunststoff hergestellt sind. Diese Komponenten 265, 270 können verwendet
werden, um die Komponenten 202a, 240 und wahlweise
245, die in 19 gezeigt
sind, zu ersetzen. Die untere Komponente 270 enthält Aperturen 272a und 272b,
die zwei Katoden-Verbinderstecker
aufnehmen können,
und eine Kerbe 274, die einen Anoden-Verbinderstecker aufnehmen
kann, und schafft außerdem
einen Durchgang von der Füllöffnung 236 in
das restliche Batteriegehäuse,
um das Füllen
der Batterie mit Elektrolyt zu erleichtern. Außerdem sind Haken 276a, 276b gezeigt,
die so beschaffen sind, dass sie mit der oberen Komponente 265 übereinstimmen,
um eine sichere Schnappverbindung zwischen der oberen Komponente 265 und
der unteren Komponente 270 herzustellen. Viele weitere
Strukturen zum Herstellen einer sicheren Schnappverbindung zwischen
den Komponenten 265 und 270 könnten außerdem verwendet werden. Derartige
Strukturen sind für
gegossene Kunststoffteile wohlbekannt. Außerdem könnte einer dieser Haken 276a, 276b zugunsten
eines gegossenen Scharniers weggelassen werden, das jeweils eine
Kante von jeder Komponente 265, 270 verbinden
würde.
Die obere Komponente 265 enthält eine erste Apertur 267,
die so beschaffen ist, dass sie den Durchführungsstift 233 aufnimmt,
und eine zweite Apertur 268, die auf die Füllöffnung 236 ausgerichtet ist,
um das Einfüllen
des Elektrolyten in die Batterie durch die Füllöffnung 236 zu ermöglichen.
Die obere Komponente 265 enthält außerdem eine Trennwand 269,
die dann, wenn die oberen und unteren Komponenten 265, 270 verbunden
sind, die Katodenanschlüsse
und den Durchführungsstift 233 von
der Füllöffnung 236 und
dem Anodenanschluss trennt (in der ge zeigten Ausführungsform
würde nur
ein Anodenstecker verwendet werden, um die Anode mit dem Gehäuse zu verbinden)
und außerdem
die Katodenanschlüsse
und den Durchführungsstift 233 gegen
andere Batteriekomponenten isoliert. Durch das Verbinden der beiden
Komponenten 265, 270 wird im Wesentlichen ein
separater Raum geschaffen, der den Durchführungsstift 233 und
seine Anschlüsse
zu den Katodensteckern aufnimmt.
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Alternative Ausführungsformen, bei denen die
Batterie ein Gehäuseaufbau
mit positivem Potenzial oder ein Gehäuseaufbau mit neutralem Potenzial darstellt,
können
in ähnlicher
Weise einfach hergestellt werden. Für einen Gehäuseaufbau mit positivem Potenzial
können
die Katoden-Verbinderstecker 70, 72 so
angeordnet werden, dass sie am Gehäuse 230 angeschweißt werden,
während
die Anoden-Verbinderstecker 20, 22 so
angeordnet werden, dass sie an den Durchführungsstift 233 geschweißt werden. Bei
einem Gehäuseaufbau
mit neutralem Potenzial kann eine zusätzliche Kontaktdurchführung geschaffen
werden, die an die Anoden-Verbinderstecker 20, 22 angeschlossen
wird.
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Eine alternative Ausführungsform
kann außerdem
leicht aufgebaut werden, indem die relativen Positionen der Katoden-
und Anodenmaterialien vertauscht werden. Das kehrt den Aufbau der
Elektrodenbaueinheit um, so dass die Katodenbaueinheit länger als
die Anodenbaueinheit hergestellt wird, wobei ein Abschnitt des Stromkollektors
auf einer Seite lediglich Katodenmaterial aufweist, um die äußere Schicht
der Wicklung zu bilden, so dass die Wicklung begonnen wird, indem
die Katodenbaueinheit über den
Dorn gebogen wird. Die oben genauer beschriebene Ausführungsform
ist jedoch infolge der besseren Nennkapazität und des besseren volumetrischen Wirkungsgrads
bevorzugt.
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Eine geeignete Elektrolytlösung wird
durch die Füllöffnung 236 durch
einen Unterdruck-Füllvorgang
eingeführt
und die Füllöffnung wird
anschließend
versiegelt. Die Elektrolytlösung
kann ein Alkalimetallsalz in einem organischen Lösungsmittel sein, wie etwa
ein Lithiumsalz (d. h. 1,0 M LiClO4 oder LiAsF6) in einer 50/50-Mischung aus Propylencarbonat
und Dimethoxyethan. Der Abdichtungsvorgang (nicht gezeigt) kann
enthalten, dass z. B. eine erste Abdichtung geschaffen wird, indem
ein Stopfen in die Apertur der Füllöffnung 236 gepresst
wird, und eine zweite Abdichtung geschaffen wird, indem eine Kappe
oder eine Scheibe über
die Füllöffnung 236 geschweißt wird.
Ein Material, das für
die Leckprüfung der
hermetischen Abdichtungen verwendet wird, kann zwischen der ersten
und der zweiten Abdichtung eingeschlossen sein.
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Obwohl die Erfindung oben in Verbindung
mit bestimmten Ausführungsformen
und Beispielen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, dass die
Erfindung nicht notwendig in dieser Weise eingeschränkt ist
und zahlreiche weitere Ausführungsformen,
Beispiele, Anwendungen und Modifikationen sowie Abweichungen von
den Ausführungsformen, Beispielen
und Anwendungen hergestellt werden können, ohne von den erfinderischen
Konzepten abzuweichen, die in den beigefügten Ansprüchen beansprucht werden.