DE2855176A1

DE2855176A1 - Lithium-jod-zelle und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2855176A1
Application number: DE19782855176
Authority: DE
Inventors: Jun Norbert W Frenz; Wilson Greatbatch; Ralph R Mead; Frank W Rudolph
Original assignee: Greatbatch Ltd
Current assignee: Greatbatch Ltd
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1979-07-12
Also published as: FR2413798B1; GB2081492A; GB2011701B; SE7813321L; GB2081493B; FR2413798A1; SE448040B; NL188126C; NL7812307A; NL188126B; US4166158A; GB2081493A; GB2011701A; GB2081492B; JPS5499935A; IL56069A0; AU4229278A

Description

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 der Erfindung mannigfaltig anwendbar sind. Lithium-Jod-Batterien stehen für einen solchen Gebrauch zur Verfügung, welche Yorteilhafterweise bei geöffnetem Stromkreis eine Spannung von etwa dem zweifachen derjenigen der Quecksilberzelle besitzen, während des Arbeitens kein Gas entwickeln und einen nicht korrodierenden 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 möglicherweise 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 Schaden von einem menschlichen Körper abzuwenden, in welchem die Zelle implantiert sein kann. Es ist auch erwünscht, eine Zelle mit relativ hoher Energiedichte zu schaffen.

W 75/24 _m

909828/0693

Erfindungsgemäß soll daher 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 Zellengeäuse vollständig abgedichtet bzw. abgeschirmt ist, bei welcher der Lithiumbezirk in der Zelle relativ groß und die Gesamtgröße 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 Anodenanordnung für eine Lithium-Jod-Zelle geschaffen werden. Auch soll erfindungsgemäß ein neues und verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Lithium-Jod-Zelle geschaffen werden.

Die Erfindung schafft eine Lithium-Jod-Zelle mit einem Gehäuse aus elektrisch leitfähigem Material; mit einer Lithiumanode innerhalb des Gehäuses; mit elektrischen Leitern, welche mit dem Lithium verbunden sind 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 Kathoden3tromsammler und die Arbeitsoberfläche der Lithiumanode ist mit einem Überzug eines organischen Elektronendonatormaterials versehen. Die Anodenleiter sind vollständig von dem Rest der Zelle abgedichtet durch eine Einrichtung, bestehend aus bzw. enthaltend einen Isolierteil aus Material, welches mit Jod nicht reagiert und den Leiter innerhalb des Gehäuses umgibt; einen Isolator aus mit Jod nicht reagierendem Material zwischen dem Isolierteil 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. Während des Zusammenstellen

W 75/24

909828/0693

Wird das Material in erhitzter Form in das Gehäuse eingeführt und zwar mittels einer Fülleinrichtung, welche die Kante des offenen Endes des Gehäuses sauber hält, um ein nachfolgendes Aufschweißen eines Deckels auf das Gehäuse zu erleichtern,

Die Erfindung beinhaltet eine Lithlum-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 vorn 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 arbeitsmäßige Anodenoberfläche ist mit einem Überzug aus einem organischen Elektronendonatormaterial versehen. Der Anodenleiter ist eingeschlossen innerhalb der Kombination eines Isolierteiles innerhalb des Gehäuses, eines Isolators zwischen dem Isolierteil und dem .Leiter, und eines Endringes, dessen eines Ende sich innerhalb des Isolierteiles befindet und dessen anderes Ende sich vom Gehäuse aus erstreckt. Während des Zusammenstellens wird das Kathodenmaterial in erhitzter Form eingeführt und es wird eine Fülleinrichtung angewandt, welche dazu dient, um die Kante des offenen Endes des Gehäuses sauber zu halten und ein nachfolgendes Aufschweißen eines Deckels auf das Gehäuse zu erleichtern.

Die vorstehenden und zusätzliche Vorteile und kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben sich klarer aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.

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

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

w 75/24 909828/0693

285517S

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

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

Fig. 5 ist eine fragmentarische Schnittansicht, welche die Fülltechnik einer Zelle veranschaulicht.

Eine erfindungsgemäße Lithium-Jod-Zelle besteht aus einem Gehäuse 1o (Fig. 1) 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 gekrümmten Bodenteil 11, mit im Abstand voneinander befindlichen ebenen Seitenwandungen 12, 13, 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 Seiterrvandungen 12, 13 in Verbindung stehen. Der Boden 11 besitzt eine kombinierte Krümmung insofern, als er sowohl in einer Richtung zwischen den Seitenwandungen 12,13, als auch in einer Richtung zwischen den Endwandungen 14, 15 gekrümmt ist. Die Krümmung des Bodens 11 zwischen den Seitenwandungen 12, 13 besitzt den gleichen Grad wie die Krümmung der Eiüftrandungen 14, 15, wodurch eine kontinuierliche, gekrümmte Oberfläche rings längs des Gehäuses definiert wird. Die Seitenwandungen 12, 13 sind im allgemeinen parallel. Das Gehäuse 1o besitzt einen offenen Oberteil bzw. ein offenes Ende gegenüber dem Boden 11, wobei das offene Ende dicht verschlossen ist mittels eines Deckels 17, auch aus Metall wie rostfreiem Stahl, nachdem die Zelle zusammengestellt ist, wie dies hier eingehend beschrieben sei.

W 75/24

909828/0693

Die erfindungsgemäße Zelle "besitzt ferner eine Anode (Figuren 2 bis 4) aus einem Paar Lithiumplatten 22, 24 mit einem Anodenstromsammler 26, welcher zwischen den Platten eingeschichtet ist und sich dazwischen befindet. Wie eingehend in Pig. 4 gezeigt, ist der Stromsammler 26 relativ dünn, vorzugsweise ein Blatt aus 12-maschigem Nickel. Ein Leiterstreiben 28 aus Nickel oder geeignetem Metall, ist am Sammler 26 längs einer seiner Kanten punktgeschweißt und ein elektrischer Leiter 30, vorzugsweise aus Nickel-Eisen-Legierung, ist an dem einen Ende des Streifens 28 angeschweißt und besitzt eine genügende Länge, daß er sich aus dem Gehäuse 1o heraus erstrecken kann zur Herstellung elektrischer Verbindung.

Der Leiter 3o ist gegen die restliche Zelle abgedichtet mittels eines Isolierteiles, 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. Das Innere des T_eiles 36 ist für einen noch zu beschreibenden Zweck mit Gewinde 38 versehen. Der Isolierteil 32 besteht aus einem Material, -welches, zusätzlich dazu, daß ee 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 der gefunden wurde, daß sie befriedigend ist, ist ein Fluorpolymermaterial, welches im Handel erhältlich ist unter der Bezeichnung Halar, einer Warenbezeichnung Allied Chemical Company. Natürlich können für den Isolierteil 32 auch andere Materialien verwendet werden, welche diese Eigenschaften besitzen.

Die Dichteinrichtung für den Anodenleiter weist ferner einen Isolator 42 auf, welcher sich zwischen dem Isolierteil 32 und dem Leiter 3o befindet. Insbesondere umfaßt der Isolator

909828/0693

W 75/24

2855178

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 Ißolatorteiles 36 und eine axiale Länge besitzt, welche beträchtlich kleiner ist als die axiale Länge des Isolatorteiles 36. Die eine axiale Endseite 47 des Isolatorteiles 46 stößt gegen die innere Endseite 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 Isolatorteiles 46 lagern in parallelen Ebenen und definieren zwei diametrische Abschnitte des Isolatorteiles 46, welche sich an einer ringförmigen Zwischenfläche treffen, welche 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 Isolätorteil 46 anstößt. Der Isolator 42 besitzt einen Längsdurchgang bzw. eine Bohrung 5o über die gesamte Länge des Isolators 42 mit einer Querschnittsdimension, welche es erlaubt, den Anodenleiter 3o aufzunehmen. Der Isolator 42 besteht aus einem Material, welcher keine elektronische Leitung zeigt, wenn er dem Jod ausgesetzt ist. Eine Materialart, von der gefunden wurde, daß sie zufriedenstellend 1st, ist ein Fluorpolymermaterial, welches im Handel erhältlich ist, unter dem Namen Tefzel, einem Warenzeichen der Dupont Company.

Die Abdichteinrichtung für den Anodenleiter besitzt ferner einen ersten bzw. inneren Endring 52 aus Metall wie etwa rostfreiem Stahl, welcher einen weiteren Teil des Leiters 3o einschließt. Der Endring 52 ist längs der äußeren Oberfläche in der Nähe eines seiner Enden· mit Gewinde 54 versehen, welches in den Isolatorteil 36 eingeschraubt wird. Der Endring 52 besitzt allgemein hohle, zylindrische Gestalt mit im wesentlichenkonstantem äußeren Durchmesser, fortschreitend von dem

_v75/24 · 909828/0693

einen Ende zum Gewinde 54 hin, und/der Endring 52 besitzt einen leicht größeren äußeren Durchmesser in der Region des Gewindes 54, wodurch eine leicht größere Wanddicke längs des Teiles vorgesehen ist, welcher das Gewinde enthält. Der innere Durchmesser des Endringes ist im wesentlichen konstant, fortschreitend von dem einen Ende und fortsetzend längs innerhalb im wesentlichen dem gesamten Teil, welcher das Gewinde 54 enthält. Am entgegengesetzten Ende des Endringes ist eine innere ringförmige Aussparung gebildet, welche eine ringförmige Oberfläche 56 definiert, die sich in einer Ebene im allgemeinen senkrecht zur Längsachse des Endringes befindet und auch einen relativ dünnwandigen, ringförmigen Rand bzw. Bördelung 58 definiert. Vor dem Zusammenstellen der Teile wird, wie in Fig. 2 veranschaulicht, der Rand 58 vollkommen konzentrisch in Bezug auf die Längsachse des Endringes 52 gelagert. Die Anodenleitung 3ο erstreckt sich durch den Endring 52 längs dessen Längsachse hindurch und liegt in im wesentlichen gleichmäßigem Abstand von der inneren Oberfläche des End*- ringes 52.

Wie in Pig. 3 gezeigt, ist der Teil 46 des Isolators 42 innerhalb des ringförmigen Randes 58 des Endringes 52 aufgenommen und die Isolatorendseite 48 stößt an die ringförmige Oberfläche 56 des Endringes 52 an. Der äußere Durchmesser des Isolatorteiles 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 Diciiringes 62 und eines Schutzringes 64, wird in der äußeren ringförmigen Aussparung des Isolatorteiles 46 getragen. Insbesondere lagert der Ring 62 gegen die ringförmige Zwischenfläche des Isolatorteils 46. Der Ring 62 besteht aus Gummi, Silastic oder ähnlichem Dichtmaterial, besitzt einen inneren Durchmesser, welcher im wesentlichen gleich i.st dem Durchmesser des schmaleren Abschnittes des Isolatorteiles 46, und besitzt einen anfänglichen äußeren Durchmesser, welcher im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser des größeren Abschnittes des Is ola tor "teile s 46.

909828/0693

W 75/24

Der Schutzring 64 ist, eine Metallscheibe, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, und lagert gegen die freiliegende Seite der Dichtung 62. Die Scheibe 64 "besitzt vorzugsweise die gleiche Größe wie die Dichtung 62. Die kombinierte axiale Länge von Dichtung 62 und Scheibe 64 ist so, 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 e'lnwärts in Berührung mit der Scheibe 64 gefalzt bzw. gebogen ist und zwar in einer Weise, wie dies hier eingehend beschrieben sei.

Ein zweiter Endring 68 aus Metall wie rostfreiem Stahl, umgibt den nicht mit Gewinde versehenen bzw. oberen Teil des Endringes 52, wie aus Fig. 3 ersichtlich, in konzentrischer Beziehung. Die innere zylindrische Oberfläche des Endringes 68 steht in Berührung mit der äußeren zylindrischen Oberfläche des Endringes 52, und der Endring 68 ist am Deckel 17 rings um eine darin vorgesehene Öffnung befestigt, beispielsweise durch Verschweißen. Eine zylindrische Dichtung 7o aus Glas, welche zur Aufnahme des Leiters 3o eine axiale Bohrung aufweist, ist innerhalb des Endringes 52 an dem Ende eingepaßt, welches mit dem Isolatorelement 44 in Berührung steht. Die Abdichtung 7o berührt die axiale Endfläche 48 des Isolatorteiles 46 und erstreckt sich längs des Endringes 52 innerhalb des Teiles, welcher das Gewinde 54 enthält.

Eine Halteeinrichtung in Form eines ringförmigen Ringes bzw. Bandes 74 aus Metall wie rostfreiem Stahl, umschließt den Teil 36 des Isoliertelles 32. Insbesondere besitzt das Band 74 eine Wanddicke, welche annähernd gleich ist derjenigen des Isolatorteiles 36,besitzt eine axiale Länge, welche im wesentlichen gleich ist derjenigen des Isolatorteiles 36, und besitzt einen inneren Durchmesser, welcher im wesentlichen gleich ist dem äußeren Durchmesser des Isolatorteiles 36. Das Band 74 steht mit dem Isolatorteil 36 in fester, dicht einpassender Beziehung in, Berührung.

909828/0693

W 75/24

Die Anodenanordnung aus den Lithiumplatten 22, 24 und dem Stromsammler 26, wird innerhalb einer Anodenhalteeinrichtung bzw. eines Rahmens in Form eines Streifens 78 eingepaßt, welcher die Anodenanordnung in einer Weise umfaßt, daß zumindest eine Lithiumoberfläche frei liegt. Der Streifen besteht aus dem vor-erwähnten Halar-Materlal oder einem ähnlichen Material, welches mit Jod nicht reagiert. Bei der vorliegenden Veranschaulichung umgibt der Streifen die Umfangskanten der Lithiumplatten 22, 24 eng und abdichtend. Die gegenüberliegenden Enden des Streifens 78 sind mit öffnungen einer Größe versehen, welche ausreichend ist, um den Isolatorteil 54 aufzunehmen, und diese Enden sind miteinander überlappt in Nachbarschaft der Verbindung der Isolatorteile 54 und 56, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Der Streifen 78 folgt der Kontur bzw. der Außenlinie der Lithiumplatten 22, 24 und umfaßteinen gekrümmten Bodenteil, welcher dem Gehäuseboden 11 gegenüberliegt, einen rechtwinkligen Stufenteil, gegen welchen der Isolatorteil 56 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 Unterteil verbindet.

Eine veranschaulichende Methode zum Bilden der Anodenanordnung ist die folgende: Zunächst wird eine TJnteranordnung geschaffen, welche die Leitung 5o innerhalb der Kombination des Isolierteiles 52, des Isolators 42 und-ides Endringes aufweist. Insbesondere sind die Dichtung 62 und die Scheibe 64 an ihrer Stelle auf den Teil 46 des Isolators 42 eingepaßt und diese Teile sind mit dem Endring 52 so zusammengestellt, daß .der Isolatorteil 46 und die Dichtung 62 und die Scheibe 64 im Rand 58 aufgenommen sind und· die Endseite mit der Oberfläche 56 des Endringes in Berührung steht. Der sich erstreckende Teil des Randes 58, ist radial nach einwärts in feste Berührung gegen die Scheibe 64 gefalzt, gebogen oder in anderer Weise geformt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Die Kraft des Randes 58 gegen die S_cheibe 64 veranlaßt die Dichtung 62, sich radial nach auswärts in den Spielraum hinein auszudehnen. Die Scheibe 64 schützt den Isolatorteil 46 und die Dichtung 62 während des Palzens

909828/0693

-y-

des Randes 58. Dann wird die Kombination von Isolator %Z und Endring 52 mit dem,Isolierteil 32 verbunden. Insbesondere ist der Isolierteil 32 auf dem Teil des Endringes 52, welcher Gewinde 54 trägt, mit Gewinde versehen, und der Isolatorteil 44 ist in und längs des Isolatorteiles 34 aufgenommen. Die Teile können ferner mittels eines geeigneten Kittes verbunden sein, welcher mit Jod nicht reagiert, etwa mittels eines Cyanoacrylatkittes, welcher im Handel unter dem Namen Permabond 1o1 erhältlich ist. Der Halterand 74 kann zu dieser Zeit oder in einem nachfolgenden Stadium des Zusammenstellen auf dem Isolatorteil eingepaßt werden.

Der Streifen 78 wird an seiner Stelle angeordnet, wobei seine Enden so überlappt sind, daß die Öffnungen darin zueinander ausgerichtet sind, und diese werden dann auf den Isolatorteil 34 eingepaßt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die sich überlappenden Enden, welche mit dem Isolatorteil 34 verbunden sind, können an ihrer Stelle mit dem vor erwähnten Cyanoacrylatkitt Permabond 1o1 abgedichtet werden. Der Stromsammler 26,· der Leiterstreifen 28 und das Ende des Leiters 3o werden miteinander punktgeschweißt, wonach die Lithiumplatten 22, 24 innerhalb des Streifens 78 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 Lithiumplattenkombination, gegen die untere Oberfläche und den einen Seitenteil des Isolatorteiles 36 an, wobei . sich der Streifen 78 dazwischenbefindet. Der Streifen 78 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 136o kg, zusammen. Der Stromsammler 26, der Streifen 28, der Isolatorteil 34 und der Leiterteil 3o, welche darin enthalten sind, werden innerhalb der Lithiumplatten 22, 24 abgedichtet. Die inneren Oberflächen der beiden Formenabschnitte sind so gestaltet, daß sie die gekrümmten äußeren Anodenoberflächen defüleren, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Insbesondere sind die entgegengesetzt gerichteten Lithiumanodenoberflächen in dem Bereich, welcher den Isolatorteil 34 einschließt gekrümmt bzw. nach auswärts

909828/0693

W 75/24

ORIGINAL INSPECTED

aufgeweitet. Die verbleibenden Oberflächenteile sind im allgemeinen eben und gegenseitig im allgemeinen parallel. DaB Material des Streifens 78 ist an das Lithium unter Druck bindbar mit dem Ergebnis, das die Umfangsverbindung an den Kanten der Lithiumplatten 22, 24 durch den Streifen 78 eingeschlossen bzw. abgedichtet ist. Um die Haftung des Streifens 78 an der TJmfangskante der Lithiumplattenkombination zu steigern bzw. zu erhöhen, ist der Streifen 78 mit Öffnungen ausgestattet, welche in Pig. 4 mit 8o bezeichnet sind. Die Öffnungen 8o erstrecken sich vollkommen über den Streifen 78 und besitzen vorzugsweise im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, obgleich andere geeignete Querschnittsgestalten angewandtwerden können. Die Abmessung jeder Öffnung, gemessen in der Richtung der Breite des Streifens 78, ist mindestens einige male schmaler als die Breite des Streifens. Eine Anzahl von Öffnungen 8o sind im Abstand voneinander längs der Länge des Streifens 78 vorgesehen. Während des Lruckbildens bei der Herstellung der Anode, wird das Lithium von den Umfangskantenregionen der Platten 22, 24 in die Öffnungen 8o gedrückt bzw. extrudiert, wodurch die Bindung zwischen den Lithiumelementen land den Streifen 78 verstärkt wird. Die fertige Anodenanordnung besitzt so zwei freiliegende Oberflächen, welche entgegengesetzt gerichtet bzw. gelagert sind.

Wenn die Anodenanordnung fertiggestellt ist, werden die freiliegenden Oberflächen der Lithiumplatten 22 und 24 mit Überzügen 82 bzw. 84 eines organischen Elektronendonatorkomponentenmaterials versehen. Die Natur der Überzüge. 82, 84 und ihre Rolle bei der erfindungsgemäßen Zelle seien hier eingehender beschrieben. Die fertige Anodenanordnung bringt man in das Gehäuse 1o und zwar, wie in den Pig. 2 und 4 gezeigt, 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 Kathodenmaterials 88 innerhalb des Gehäuses 1o auf, wobei die Kathode in arbeitsmäßiger Berührung mit den freiliegenden Oberflächen der Lithiumplatten 22, 24 steht und mit der inneren Oberfläche des Gehäuses 1o in ar-

_w 75/24 909828/0693

beitsmäßiger Verbindung steht. Das Gehäuse 1o aus elektrisch leitfähigem Material dient als Kathodenstromsammler. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, weist das Kathodenmaterial 88 einen Ladungsubertragungskomplex 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 Elektronendonatorkomponenten ist Polyvinylpyridinpolymeres, insbesondere 2-Vinylpyridinpolymeres,

Die erfindungsgemäße Zelle weist ferner einen Teil 9o aus Glimmer oder anderem geeignetem Material auf, welcher im Gehäuse 1o oberhalb des Kathodenmaterials gelagert ist. Das Element 9o ist eben und relativ dünn,und befindet sich in Berührung mit der unteren bzw. inneren Oberfläche des Deckels 17 und oberhalb des Fnthodenmaterials 88, und ist im allgemeinen senkrecht zu den Seitenwandungen 12, 13 des Gehäuses angeordnet. Der Teil 9o besitzt eine solche Umfangslinie bzw. -gestalt und Sröße, daß er innerhalb des Gehäuses 1o eng einpaßt und er kann, wenn gewünscht, an seinerAStelle verkittet werden. Der Teil 9o dient als Hitzeabschirmung zum Schütze der restlichen Komponenten innerhalb des Gehäuses 1o vor Hitze während des Einschweißens des Deckels 17. Ein Anschluß, bestehend aus einer Basis 94 und einem Schaft bzw. Stift 96, wird am Deckel 17 punktverschweißt. Der Teil besteht vorzugsweise aus Nickel und dient als elektrischer Anschluß in soweit, als das Gehäuse 1o als Kathodenstromsammler dient. Der Deckel 17 wird in das offene Ende des Gehäuses 1o eingepaßt und bei 98 rings um seine Umfangskante mit der entsprechenden Kante des Gehäuses 1o verschweißt.

Die erfindungsgemäße Zelle kann in der folgenden Weise hergestellt werden: Eine Anordnung aus Isolierteil 32, Isolator 42, Endring 52, Band 74 und den zugehörigen Komponenten, wird

W 75/24

909828/0693

in der hier beschriebenen Weise gebildet. Diese Anordnung und die Anodenanordnung werden kombiniert mittels der Druckformungsmethode, wie sie vorstehend beschrieben ist. Die sich ergebende Kombination im Gehäuse 1o ist mit der Leitung 3o im allgemeinen parallel zu den Gehäusewandungen 12, 13 gelagert, und mit den äußeren Enden des Endringes und der Leitung 3o auswärts des offenen Endes des Gehäuses 1o gelagert. Das Gehäuse 1o und die Kombination der Teile in diesem, wird mittels einer Halterung odereiner anderen geeigneten Einrichtung aufrecht gehalten, wobei das offene Ende nach aufwärts gerichtet ist. Dam wird das Kathodenmaterial durch das offene Ende des Gehäuses 1o in dieses 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 149 ° C. Die Menge an Jod sollte größer sein als etwa 5o Gewichtsprozent 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 Fig. 5 gezeigt, wird ein Füllelement, welches allgemein mit 1oo bezeichnet ist, in das offene Ende des Gehäuses in einer Weise gebracht, daß es die innere Oberflächenregion des Gehäuses ringsum die Öffnung und in Nachbarschaft der öffnung umgibt, und diese Oberfläche von dem Kathodenmaterial isoliert bzw. davor schützt, welches durch einen Durchgang im Element in das Gehäuse eingeführt wird. Insbesondere besteht das Element 1oo 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 angewandt werden. Das Element 1oo ist so geformt, daß es eine ebene Endfläche 1o2 aufweist, mit einem Oberflächenbezirk und einer Gestalt, welche im wesentlichen gleich ist der inneren Querschnittsgestalt bzw. Querschnittsbereich

w 75/24 909828/0693

36855-176

innerhalb des Gehäuses 1o in Nachbarschaft des offenen

Endes. Die Endfläche 1o2 trifft auf einen ersten Seitenwandungsflächenteil 1o4, welcher sich fortlaufend rings um das Element herum erstreckt und so gestaltet und abgemessen iet, daß er eng im Gehäuse 1o in Nachbarschaft des offenen Endes und in festem, dichtungsähnlichem Kontakt mit der Innenwandungsoberfläche des Gehäuse in Nachbarschaft der Gehäuseöffnung eingepaßt ist. Der Teil 1o4 trifft auf einen fortlaufenden Absatz 1o6, welcher parallel zur Endseite 1o2 angeordnet ist, wobei der Absatz dazu ausgebildet ist, auf der Gehäusekante außerhalb der öffnung zu ruhen, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. 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 11 ο des Elementes 1oo, welche im wesentlichen parallel zur Endseite 1o2 angeordnet ist.

Eine Aussparung 112 ist in der Endseite 11o vorgesehen und ein Fülldurchgang 114 erstreckt sich durch den Körper 1oo von der Aussparung 112 durch die Endseite 1o2. Eine erste Bohrung bzw. ein erster Durchgang 116 erstreckt sich in den Körper 1oo von der Endseite 1o2 aus und besitzt einen Durchmesser und eine länge, welche angemessen ist,um das nach auswärts sich erstreckende Ende des Endringee 52 aufzunehmen. Eine Bohrung bzw. ein Durchgang 118 mit kleinerem Durchmesser erstreckt sich vom Durchgang 116 aus weiterhin durch den Körper 1oo, um den nach auswärts sich erstreckenden Teil des Leiters 3o aufzunehmen. Das Element 1oo ist in das offene Ende des Gehäuses 1o eingepaßt wie in Fig. 5 gezeigt, und zwar so, daß der Absatz 1o8 auf der Gehäusekante und dem Oberflächenteil 1o4 ruht und die Innenwandungsoberfläche des Gehäuses in Nachbarschaft der Gehäuseöffnung fest berührt. Der Abstand zwischen der Endseite 1o2 und dem Absatz 1o8 ist so, daß die Endseite 1o2 sich in kurzem Abstand vom Ende des Isolatorteiles 36, welches dem Element 1oo entgegensteht, befindet, wenn der Absatz 1o8 auf der Gehäusekante ruht.

909828/0693

W 75/24

Das erhitzte Kathodenmaterial wird in die Aussparung 112 gegossen oder in anderer Weise eingeführt und fließt dann durch den Durchgang 114 in das^}Innere des Gehäuses. Die Menge an Kathodenmaterial 88, 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 enger Nachbarschaft der Endseite 1o2 des Füllelementes 1oo zu erreichen. Die innere Gehäuseoberfläche des Gehäuses 1o, welche mit der Oberfläche 1o4 in Berührung steht, wird sauber und frei von Verunreinigung durch Kathodenmaterial gehalten. Menri das Einfüllen vollendet ist, wird das Element 1oo vom Gehäuse 1o entfernt und das Schweißabschirmelement 9o wird an seiner Stelle eingepaßt. Dann werden der Endring 68 und der Deckel 17 an ihrem Platz eingepaßt und der Umfang des Deckels 17 wird am Gehäuse 1o in der zuvor beschriebenen Weise verschweißt. Es ergibt sich, eine . wirksame Verschweißung aus der sauberen inneren Oberfläche und der Kante des Gehäuses 1o.

Die erfindungsgemäße Lithium-Jod-Zelle arbeitet in folgender Weise. Sobald¹·das jodhaltige Kathodenmaterial, beispielsweise das Kathodenmaterial 88 in Fig. 2 bis 4, arbeitsmäßig 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 Oberflächen der beiden Lithiumplatten 22 und Es besteht eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Anodenleitung 3ο und dem Kathodenanschlußstift 96, weil das Gehäuse 1o 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 88 und die Lithiumplatten 22 und 24 durch die Überzüge 82 bzw. 84 hindurch in arbeitsmäßige Berührung kommen,

^{w 75/24} ■■ 909828/0693

ist nicht bekannt. Der, Mechanismus könnte die Wanderung von Jodionen aus dem Material 88 durch die Überzüge 82, 84 zu den Platten 22, 24 in sich einschließen, oder die Wanderung von Lithiumionen von den Platten 22, 24 durch die Überzüge 82, 84 hindurch zum Material 88.

Das Material der Überzüge 82 und 84 auf den Lithiumplatten 22 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 LadungsubertragungBkomplexes des Kathodenmaterials 88 verwendet wird, doch können auch andere Materialien ansgewandt werden. Ein bevorzugtes Material für die Überzüge ist Polyvinylpyridin und dieses wird auf die freiliegenden Oberflächen der Lithiumplatten 22 und 24 in folgender Weise aufgebracht. Man bereitet eine Lösung von Poly-2-vinylpyridinpolymerem in wasserfreiem Benzol oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel. Das Poly-2-vinylpyridin ist im Handel leicht erhältlich. Die Lösung wird so bereitet, daß das 2-Vinylpyridin im Bereich von etwa 1o$ biB etwa 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, so ist doch das 2-Vinylpyridin bevorzugt wegen seiner besser 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 $ 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 des wasserfreien Benzols dient dazu, Feuchtigkeit auszuschließen, wodurch :±rgendeine widrige Reaktion mit der Lithiumplatte verhindert wird. Die überzogene Anode wird dann einem Trockenmittel ausgesetzt in einer Weise, welche ausreichend ist, um das Benzol aus dem Überzug zu entfernen.

909828/0893

W 75/24

-yf- ■■■ ·

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 drei auf jeder Lithiumplatte.

Die Überzüge 82 und 84 auf den Lithiumplatten 22 bzw. 24, vollziehen einige wichtige Punktionen. Die eine ist eine erwünschte Herabsetzung der-Zellenimpedanz und es wird angenommen, daß eich diese ergibt aus einem besseren bzw. verbesserten elektrisch wirksamen Kontaktbereich zwischen dem Kathodenmaterial und jeder Lithiumplatte. Insbesondere 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 Lithiumoberfläche stattfinden, wodurch an diesem Punkt ein arbeitsmäßiger Kontakt zwischen dem Lithium und dem Komplex organischen Materials und Jods blockiert bzw. verhindert wird. Die Überzüge 82 und 84 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. Es 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 gestatten die Schutzüberzüge 82, 84 eine relativ längere Handhabungszeit während des Aufbaues der Zelle vor dem Einführen des heißen Kathodenmaterials.

Es ist wichtig, daß das jodhaltige Material 88 nicht in direkte Berührung mit irgendeinem Teil der elektrischen Leitungseinrichtungen kommt, welche mit dem Lithium der Anode verbunden sind, insbesondere nicht mit dem Anodenstromsammler 26 und der Leitung 3o. Sonst würde dies eine elektronische Leitung zwischen dem Kathodenmaterial 88 und dem Anodenstromsammler 26 bzw. dem Leiter Jo verursachen, was in der Zelle einen elektrischen Kurzschluß herbeiführt. Insbesondere führt jede Wanderung des jodhaltigen Komplexes des Materials

w 75/24 ■" 909828/0693

direkt zum Anodenstromsammler 26 oder direkt zur Anodenleitung 3o, anstelle erst 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 88 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. dem Strom jodhaltigen Materials 88 ergeben könnte. Insbesondere sind der Anodenstromsammler 26, der Streifen 28 und die Verbindung zur Leitung 3o innerhalb der eingeschichteten bzw. druckgebundenen Anordnung der Lithiumplatten 22, 24 abgedichtet. Diese Abdichtung wird verstärkt durch den Streifen 78 aus Halar oder ähnlichem Material, welches mit Jod nicht reagiert.

Die vorstehende Anordnung zusammen mit Isolierteil 32, Isolator 42,-Endringen 52, 68, Abdichtung 62 zwischen Isolator 42 und Endring 52 und Abdichtung 7o zwischen Endring 52 und Leiter 3o, schafft einen Anodenaufbau, welcher vollständig abgedichtet ist mit Ausnahme der freiliegenden Lithiumoberflachenteile der Anode, welche dem Kathodenmaterial 88 zur Verfügung stehen. Sämtliche Teile, des Anodenstromsammlers 26, des Streifens 28 und des elektrischen Leiters 3o, welche damit verbunden sind, sind gegen das Kathodenmaterial und gegen das Zellengehäuse abgeschirmt. Ferner ist die abgedichtete Anordnung vorteilhafterweise vollendet, bevor die gesamte Zelle zusammengestellt ist, insbesondere bevor das Kathodenmaterial 88 hinzugesetzt wird. Der Isolierteil 32 aus Halar oder ähnlichem Material, welches mit Jod nicht reagiert, umgibt und schützt die Leitung 3o zwischen dem Deckel 17 und dem Stromsammler 26 innerhalb der Lithiumplatten 22, 24. Der Endring 52 umgibt und schützt die Leitung 3o von einem Punkt innerhalb des Deokels 17 und innerhalb des

W 75/24 ' 909828/0693

Isolatorteils 36, bis zu einem Punkt außerhalb des Gehäuses 1o. Die Gewinde 38, 54 schaffen eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Isolierteil 32 und dem Endring 52, und die Gewinde steigern auch die Weglänge für irgendein Durchsickern von Kathodenmaterial 88, welches zwischen Isolierteil 32 und Endring 52 stattfinden könnte.

Der Isolator 42 schafft eine andere Dichtung rings um die Kathodenleitung 3o, tatsächlich eine Doppeldichtung bzw. eine überzählige Dichtungsanordnung, in Zusammenarbeit mit dem Isolierteil 32. Insbesondere ist irgendwelches jodhaltiges Kathodenmaterial 88, welches an den Gewinden 38 und 54 des Isolierteiles 32 bzw. des Endringes 52 vorbei durchrinnen könnte, von der Anodenleitung 3o abgedichtet mittels des Isolatorteils 46 und mittels der gesamten Länge des Isolatorteiles 44. Die Ausdehnung des Dichtelementes 62 radial nach auswärts in den Spielraum zwischen Isolatorteil 46 und dem Rand 58 des Endringes, schafft eine hermetische Abdichtung zwischen dem Isolator 42 und dem Endring 52. Das Glaselement 7o schafft eine Dichtung zwischen dem Isolatorteil 46 und dem Endring 52 und der Leitung 3o. Die vorstehende Anordnung schafft vorteilhafterweise einige Dichtungen zwischen dem Anodenleiter und der restlichen Zelle. Die Extrusion von Lithiummaterial aus den Platten 22, 24 in die Öffnungen 8o des Dichtelementes bzw. des Streifens 78, steigert die Haftung bzw. Bidung zwischen dem Streifen 78 und dem Umfang der Platten, wodurch die Umfangsabdichtung, welche durch den Streifen 78 geschaffen wird,.gesteigert wird. Die Isolatorhalterung bzw. das Band 74 besitzt hinreichende Reifenfestigkeit, um irgendeine radiale Auswärtsausdehnung des Isolatorteils 36 zu verhindern, welche beispielsweise auftreten könnte als Ergebnis der Wärmeausdehnung der Teile während des Verschweißens des Deckels 17 am Gehäuse 1o, oder als Ergebnis einer Jodabsorption durch das Material des Isolatorteiles 32. Das Band 74 steigert somit durch Halten des Isolatorteils 36 in fester Berührung mit dem Endring 52, die Abdichtungsanordnung.

Wenn das erhitzte Kathodenmaterial 08 in das Innere des Gehüuseß

909828/0693

1o mittels des Füllelementes 1oo eingeführt wird, so werden die Kante und die Innenwandungsoberfläche des Gehäuses 1o in Nachbarschaft und rings um die Öffnung saubergehalten, d.h. frei von Kathodenmaterial gehalten, was die Qualität der Schweißung verbessert, welche anschließend zwischen den Oberflächen des Gehäuses 1o und des Deckels 17 durchgeführt wird. Das Füllelement 1oo erlaubt es auch, daß das Gehäuse 1o ebenmäßig und einheitlich mit dem erhitzten, fließfähigen Kathodenmaterial gefüllt wird, wobei die untere Endoberfläche 1o2 dazu dient, eine obere Begrenzung bzw. Maximalbegrenzung bzw. -kontrolle der Höhe zu liefern, bis zu welcher dag Gehäuse mit dem Material 88 gefüllt wird. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird das Kathodenmaterial 88 vorzugsweise bis zu einer Höhe gefüllt, welche leicht unterhalb der Oberfläche 1o2 des Füllelementes 1oo liegt. Der gewinkelte bzw. nach abwärts geneigte Eckenteil der Anodenanordnung in Nachbarschaft des Auslasses des Fülldurchgangee 114, schafft einen angemessenen Raum, um das Fließen von Kathodenmaterial vom Durchgang 114- in das Gehäuse Io zu fördern.

Nachdem alle Teile des Anodenstromsammlers 26, des Streifens 28 und der Leitung 3o gegen das Kathodenmaterial 88 und das Metallgehäuse 1o abgeschirmt bzw. abgedichtet sind, ist keine Isolation zwischen dem Kathodenmaterial und dem Metallgehäuse erforderlich. Das Gehäuse kann vollständig mit Kathodenmaterial gefüllt werden und zwar mit mehr als dem Doppelten Jodgehalt der Zelle, verglichen mit Zellen, welche Isolation erfordern. Ein anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Zelle besteht darin, daß wegen der vorstehenden Anordnung das Metallgehäuse ein Behr großer Kathodenstromsammler wird, wodurch die Zellenfunktion verbessert ist infolge der relativ größeren Menge an Kathodenmaterial in Kontakt mit dem Stromsammler. Das Vorstehende schafft eine Zelle mit einer hohen Energiedichte und diese erwünschte Eigenschaft wird gesteigert durch die Überzüge 82, 84 des organischen Elektronendonatormaterials. Durch den fortfall des Erfordernisses einer Isolierung zwischen dem Kathodenmaterial 88 und dem Metallgehäuse 1o, kann die erfindungsgemäße Zelle relativ rasch und wirtschaftlich zusammengestellt werden und erfordert relativ weniger Teile. Die Erfindung ist nicht

_{w 7}5/24 " 909828/0693

auf die hier "beispielsweise wiedergegebenen Aus führungs formen allein abgestellt. Im Rahmen der Erfindung sind dem Fachmann vielmehr mannigfaltige Abänderungen ohne weiteres gegeben.

909828/0693

Claims

Patentansprüche

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

a) ein Gehäuse (1o) aus elektrisch leitendem 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 (3o), welcher arbeitsmäßig mit dem anderen Oberflächenteil verbunden ist und welcher sich durch das Gehäuse (to) hindurch erstreckt;

d) eine Einrichtung zum Abdichten des Leiters (3o) von der restlichen Zelle, wobei die AbdichtxingBeinrichtung aufweist: Einen Isolierteil (32) in allgemeiner konzentrischer Beziehung zu dem Leiter (3o) innerhalb des Gehäuses (1ο), wobei der Isolierteil aus einem Material besteht, welches keine elektronische Leitung zeigt, wenn es dem Jod ausgesetzt ist; einen Isolator (4-2) aus einem Material, welches keine elektronische Leitung zeigt, wenn es dem Jod ausgesetzt ist, wobei der Isolator (42) sich zwischen dem Isolierteil (32)

j und dem Leiter (3o) befindet; und einen Endring (52) ; in im allgemeinen konzentrischer Beziehung zu dem Leiter (3o) wobei der Endring {52) einen Teil besitzt, welcher sich innerhalb des Gehäuses befindet, und einen Teil, welcher sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt;

e) eine Kathode aus jodhaltigem Material (88) innerhalb des Gehäuses (1ο) in arbeitsmäßiger Berührung mit dem freiliegenden Oberflächenteil der Lithiumanode und mit dem überwiegenden Teil der Oberfläche des Gehäuses und zwar in solcher Weise, daß das Gehäuse als Kathoden-

909828/0693

ORIGINAL INSPECTED

! stromsammler dient; wobei

i f) die Abdichtungseinrichtung den Leiter von dem jodhaltigen Material abschirmt und den Leiter vom Ge- ! häuse elektrisch isoliert; wodurch

g) eine elektrische Potentialdifferenz zwischen dem I . Leiter und dem Gehäuse während des Arbeitens der Zelle besteht.

! 2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

_: Isolierteil einen ersten Teil aufweist, im allgemeinen

^: im Umfang eines Teils des Isolators und eines Teils des

Leiters, und einen zweiten Teil aufweist mit einem größeren

^! Querschnitt und im Abstand von dem Leiter, wobei der End-

i ring einen Teil besitzt, welcher in diesem zweiten Teil

! des Isolierteiles aufgenommen ist. *

ι 3. Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der inneren Oberfläche des zweiten Teils des Isolierteiles ein Gewinde vorhanden ist, welches im Eingriff steht mit

! einem Gewinde auf der äußeren Oberfläche des Endringteiles.

4· Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endring einen Teil innerhalb des Isolierteiles besitzt und einen Teil des Isolators umgibt.

j 5. Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich

! zwischen Isolator und Isolierteil eine Dichtung befindet.

j 6. Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der I Isolator einen Teil innerhalb des zweiten Teils des ; Isolierteils besitzt, wobei dieser Endringteil einen ; Abschnitt besitzt, welcher diesen Teil des Isolators ! umgibt und ferner mit einem Dichtelement zwischen diesem j Isolatorteil und diesem Endringabsohnitt.

909828/0693

ι 3 —

j 7. Zelle nach Anspruch 2, ferner gekennzeichnet durch

j eine Halteeinrichtung, welche den zweiten Teil des

■ Isolierteils umfaßt zum Halten dieses Isolierteiles

'·. in fester Stellung in Bezug auf den Endring.

: 8. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

' der Isolator im allgemeinen Zylindrisch ist mit einem

j im wesentlichen konstanten inneren Durchmesser, und

; mit einem ersten und einem zweiten äußeren Durchmesser-

i teil, wobei der Leiter sich längs des Isolators und

I durch ihn hindurch erstreckt und der zweite Teil des

I Isolators einen größeren Durchmesser besitzt als der

erste Teil, und wobei der Isolierteil einen ersten im

j allgemeinen zylindrischen Teil besitzt mit einem inneren

j Durchmesser, welcher im wesentlichen gleich dem äußeren

! Durchmesser des ersten Teils des Isolators ist, zum Auf-

I nehmen dieses Isolatorteiles in relativ enger, abdichten-

I der Beziehung, und der Isolierteil einen zweiten im all-

i gemeinen zylindrischen Teil mit einem inneren Durchmesser

besitzt, welcher größer ist, als derjenige dee ersten

j Teiles zur Aufnahme des zweiten Teiles des Isolators

I und einem Endte-il des Endringes.

9. Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Endteil des Endringes einen ringförmigen Randteil aufweist, welcher sich rings um den Umfang des zweiten Teils j des Isolators erstreckt, und eine ringförmige Oberfläche J aufweist, welche an die Endseite des zweiten Teiles des f Isolators anstößt, und ferner mit einer Abdichtung zwischen dem zweiten Teil des Isolators und dem Randteil des Endringes.

1o. 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 vorhanden ist.

909828/0693

11. Zelle nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus Glas besteht.

12. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen Deckel (17) aufweist und das3 der Endring (52) sich durch eine Öffnung in diesem Deckel hindurch erstreckt, und daß ferner ein zweiter Endring (68) vorhanden ist, welcher sich von diesem Deckel aus erstreckt und den ersten Endring (52) konzentrisch umgibt.

13. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen angeschweißten Deckel aufweist, und daß der Isolierteil einen Teil in Kachbarschaft dieses Deckels besitzt, und ferner gekennzeichnet durch einen Hitzeschirm, welcher durch diesen Teil des Isolierteiles in diesem Gehäuse zwischen Anode und dem Deckel getragen wird.

14. Zelle nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch einen Überzug eines organischen Elektronendonatormaterials auf der "freiliegenden Oberfläche der Lithiumanode.

15. Zelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Elektronendonatormaterial Polyvinylpyridinpolymeres ist.

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

17. Zelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Donatormaterial Polyvinylpyridinpolymeres ist.

18. Zelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Elektronendonatormaterial der Kathode das gleiche ist wie das organische Elektronendonatormaterial des Überzuges.

909828/0693

19. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenanordnung die folgenden Merkmale aufweist:

a) einen Anodenstromsammler;

b) ein Paar an lithiumelementen, welche miteinander und mit dem Stromsammler zwischen diesen Elementen verbunden sind;

c) eine Dichtung, welche fortlaufend die Umfangskanten der Lithiumelemente in einer diese Kanten abdichtenden Weise umgibt;

d) einen elektrischen Leiter, welcher mit dem Stromsammler verbunden ist und sich durch diese Dichtung hindurch erstreckt; und

e) mindestens eine öffnung in dieser Dichtung zur Aufnahme von Lithium, welches darin eingepresst wird während des Bildens dieser Anordnung zum Steigern der Haftung · zwischen der Dichtung und dem Umfang der Lithiumelemente■ bzw* -platten. j

20. Zelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenanordnung eine Anzahl Öffnungen längs im Abstand dieser Dichtung aufweist. ■

21. Zelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die

Anodenanordnung ein Dichtungsetoent aufweist, welches aus einem Material besteht, welches keine elektronische Lei- -, tung zeigt, wenn es dem Jod ausgesetzt ist. ι

22. Zelle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß diese Dichtung aus Fluorpolymermaterial besteht. \

25. Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Jod-Zelle nach Anspruch 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß man: j

a) ein Gehäuse mit einer öffnung schafft, welches durch ί einen fortlaufenden Wandungsteil definiert wird, der i in einer Kante endet, wobei das Gehäuse dazu ausge- j

909828/0693

bildet ist, eine lithiumanode zu enthalten; "b) ein Füllelement in dieser Öffnung in einer Weise anbringt, daß die Kante und ein Teil dieses fortlaufenden Wandungsteiles bedeckt ist, wobei das Füllelement einen Durchgang aufweist; und

c) fließfähiges Kathodenmaterial, bestehend aus einem Ladungsübertragungskomplex eines organischen Donatormaterials und Jod durch diesen Durchgang des Füllelementes in das Gehäuse einführt; wodurch

d) das Füllelement das Kathodenmaterial daran hindert,mit der Kante und dem Wandteil in Berührung zu kommen.

909828/0693