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用于電化學(xué)電池的卷邊方法

文檔序號(hào):6801301閱讀:256來源:國(guó)知局
專利名稱:用于電化學(xué)電池的卷邊方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于一種用于卷邊密封電化學(xué)電池的改進(jìn)方法。特別是,該方法包括,通過將電池壁的上端向內(nèi)彎曲而使電池預(yù)先卷邊,接著在繞電池蓋的周邊上提供經(jīng)向力以縮小其直徑,并且把密封元件固定就位。
堿性和鋰兩種蓄電池的長(zhǎng)擱置壽命要求給這些電池提供致密的密封,以致使產(chǎn)品在長(zhǎng)使用期間防止電解質(zhì)的泄漏。在堿性電池中,汞含量趨于零意味著,這些電池必須被設(shè)計(jì)為抑制較高的內(nèi)部氫氣壓力。本發(fā)明的徑向卷邊方法提供了當(dāng)今商業(yè)電池所要求的不泄漏的密封。
采用徑向力的單一步驟卷邊方法被公開在美國(guó)專利號(hào)3,069,489中。單一步驟方法的缺點(diǎn)是,它要用較高的力(如,能量輸入)使得在一個(gè)步驟中形成卷曲,并且所述力的應(yīng)用使得箱變形。另外,只是箱的上邊緣的翻轉(zhuǎn)度是可能的。高翻轉(zhuǎn)度是需要的,因?yàn)樗鰪?qiáng)了密封的能力,以承受高的內(nèi)部壓力而不會(huì)被移動(dòng)。
徑向卷邊的特征在于,繞待密封箱的周邊直接向內(nèi)提供均勻的徑向力。該力與位于密封開口的彈性密封元件相對(duì),最佳密封元件是公開在1989年12月7日提交的第07/447,309號(hào)系列待批申請(qǐng)中。密封元件包括圓形金屬支撐和塑料墊圈,墊圈具有向上延伸的壁,以限定支撐的外部邊緣。在電池箱的開口端徑向卷邊的密封元件減小了彈性密封元件的直徑,并且壓縮了在金屬支撐和向內(nèi)卷邊箱壁之間的墊圈壁。壓縮壁防止了在金屬支撐和箱之間出現(xiàn)的泄漏。這樣的徑向卷邊方法減小了總的卷邊力,并且消除了與卷邊方法相關(guān)的問題,即該卷邊方法提供一軸向力,使壁膨脹、底部凹陷,和蓋邊緣的皺折。
本發(fā)明是一種將電池徑向卷邊的多步驟工藝,同時(shí)形成電池箱邊緣的高的翻轉(zhuǎn)度,完成每一步驟所需力的總和小于所需的總力,如果采用單一步驟方法也如此,結(jié)果是較少的工具磨損和箱的不變形。
本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)及目的將在下面結(jié)合附圖更為詳細(xì)地描述,其中

圖1示出了電池箱的側(cè)視圖;
圖2示出了設(shè)置有密封元件的電化學(xué)電池在卷邊工藝之前的截面圖;
圖3示出了電化學(xué)電池在第一卷邊步驟以后的截面圖;
圖4示出了電化學(xué)電池在第二卷邊步驟以后的截面圖;
圖5示出了電化學(xué)電池在最后卷邊步驟以后的截面圖;
圖6示出了用于第一卷邊步驟中的加工模具的截面圖;
圖6A示出了在完成第一卷邊步驟以后示出圖6的加工模具與電池接合的截面圖;
圖7示出了用于第二和第三卷邊步驟中的加工模具的截面圖;
圖7A示出了在完成第二卷邊步驟以后示出圖7的加工模具與電池接合的截面圖;
圖7B示出了在完成第三卷邊步驟以后示于圖7的加工模具與電池接合的截面圖;
根據(jù)本發(fā)明,一種電化學(xué)電池徑向卷邊方法包括,在最靠近開口端的電池箱壁上形成一直接向外的圓周形步驟?,F(xiàn)參照附圖1,它示出了圓柱形箱10的側(cè)視圖。箱10具有圓柱形壁12,底部14,直接向外的臺(tái)階16,膨脹的上壁18和上邊緣19。箱10最好是采用適當(dāng)?shù)谋“逶牧弦陨顩_壓方法形成。另外,箱10可形成具有均勻的圓柱壁,并且在以后的操作中可形成臺(tái)階16和膨脹部分18。臺(tái)階16的位置和膨脹壁部分18的高度均可通過所采用密封元件的厚度和密封元件邊緣部分的形狀來確定。如下面所述,壁部分18在密封元件的邊緣部分上被向內(nèi)折合,以致壁18必須具有足夠高以完成該結(jié)果。
圖2示出了具有定位在臺(tái)階16上的彈性密封元件30的電化學(xué)電池20的截面圖。密封元件30包括塑料墊圈32、金屬支撐34和金屬端帽36。關(guān)于這些元件更為詳細(xì)的部分公開在系列申請(qǐng)?zhí)?47,309中,并且所公開的內(nèi)容在這里作為參考。元件具有的直徑約相同或略小于箱壁的膨脹部分的直徑。在關(guān)于所示密封元件繼續(xù)討論時(shí),其它密封元件設(shè)計(jì)將適合于采用本發(fā)明,需要采用本發(fā)明的密封元件的那些特征將通過下面的描述進(jìn)行解釋。
電池20進(jìn)行一次預(yù)卷邊使密封元件30就位。預(yù)卷邊包括在密封元件的邊緣部分上向內(nèi)彎曲的邊緣19和膨脹壁部分18,使其與初始位置(見圖3)成不大于90°的角。最好是密封元件30具有圓周形向外伸展的肋部分33,在其上上壁18可以被彎曲,以致在彎曲的容器邊緣和容器之間壓縮所述的肋。在所述肋上向內(nèi)彎曲上壁18的作用還可用來保持密封元件30向下對(duì)著臺(tái)階16。
第二彎曲步驟的完成是進(jìn)一步將邊緣19向內(nèi)彎曲,如圖4所示,使之與初始位置成大于90°的角。這樣,密封電池的上邊緣可由彎曲17組成,它是通過上述步驟在膨脹的壁部分18上制成的。密封電池的高度是由在膨脹壁部分18上制成的彎曲17確定的。通過兩個(gè)步驟完成了彎曲,而各步驟的任何一個(gè)所提供的力都小于為在單一步驟中形成彎曲所需的力。
卷邊密封是通過相對(duì)于膨脹部分18提供直接向內(nèi)的徑向力來完成的(如圖4中箭頭所示),以致使其減小到與電池箱的下部具有相同的直徑(見圖5)。為提供所述徑向力的方法將在下面更為詳細(xì)地討論。塑料墊圈32的外壁31(圖5)被壓縮在箱壁18和金屬支撐34的外邊緣35之間,密封元件30必須具有一些彈性,以致使它能夠調(diào)節(jié)它直徑的減少。正如系列申請(qǐng)?zhí)?47,309中所述的,最好是金屬支撐34包括一彈簧裝置,它是設(shè)置在由徑向卷邊的壓縮狀態(tài)下。這樣,金屬支撐邊緣35可由彈簧裝置向外推,以致墊圈壁31即使在極限溫度變化期間也保持壓縮狀態(tài),很明顯,適于采用本卷邊方法的任何密封元件必須是能夠使其直徑減小而沒有任何有害的變形。即使膨脹部分18的直徑也被減小,從而保留有一直接向內(nèi)的環(huán)形臺(tái)階15(臺(tái)階16的制造物),它支撐密封元件并將使其就位。
最好是徑向力首先提供給箱壁18的上部,然后再向下提供給臺(tái)階16所處的部分。這樣連續(xù)提供的徑向力使彎曲17(如圖5所示)比其在第二彎曲操作以后(如圖4所示)成有更大角度。該角度的彎曲17的外形是需要的,因?yàn)樗鼔簭澚嗣芊庠?0的圓形肋33,從而提供了附加的密封區(qū)域,并且它還提供了一較強(qiáng)的向下的力使得密封元件30保持在臺(tái)階16上。如此,在金屬支撐34的邊緣35上產(chǎn)生除最初的密封區(qū)域以外的第二密封區(qū)域,并且獲得了承受裂縫的更好的能力。
將第二彎曲步驟和徑向卷邊步驟的次序顛倒一下是可能的。這樣,圖3所示的電池將首先對(duì)膨脹壁部分18施加徑向力隨后實(shí)施第二彎曲步驟,使得在膨脹壁部分18上完成大于90°的彎曲。這將在下面的工具設(shè)計(jì)中進(jìn)一步討論。
各種各樣完成本發(fā)明卷邊方法的工具設(shè)計(jì)都是可能的。下面討論的不局限于本發(fā)明采用的只是所描述的工具,而只是作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)方法的實(shí)例。圖6示出了金屬模具40的截面圖,所述模具被設(shè)計(jì)成使膨脹壁部分18達(dá)到90°彎曲。模具40具有一內(nèi)空腔,其內(nèi)形成具有向內(nèi)的錐形壁42,它端接在直角部分44上。下部的模具座(未示出)用來在預(yù)卷邊步驟期間保持電池,預(yù)卷邊是通過以足夠的力將模具40向下驅(qū)動(dòng)到電池20上來完成的,以致使上箱壁18首先通過錐形壁42然后通過直角部分44而向內(nèi)彎曲的,如圖6A所示。這樣得到圖3所示的預(yù)卷邊電池。在該操作中提供極小的徑向壓縮力。而將力首先直接提供到箱10的成形邊緣19上,并使其置于最后的卷邊序列,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在預(yù)卷邊期間使彎曲成的角度不應(yīng)使其與初始位置成大于90°的角,因?yàn)樵趩我徊襟E中如此所需的力成指數(shù)增加。在單一步驟中該力的應(yīng)用增加了操作過程中電池箱損壞的可能性。
圖7示出了為完成第二彎曲步驟和徑向卷邊步驟所設(shè)計(jì)的單一模具50的截面圖。模具50包括中心沖壓器52和定徑模55,它們均可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。中心沖壓器52包括內(nèi)環(huán)形凸緣部分53和外肩部分54,定徑模50包括由向內(nèi)的錐形壁56限定的空腔和圓柱形壁57。預(yù)卷邊電池(如圖4所示)放置在模具下。沖壓器52和模具55以兩個(gè)分別運(yùn)動(dòng)并以同步的形式操作以提供所需的徑向卷邊,隨后從模具中彈射出電池。最后采用模具50的卷邊次序如下。模具55和沖壓器52最初一同向下運(yùn)動(dòng),直到凸緣部分53與預(yù)卷邊電池20的邊緣19接合。在該點(diǎn)上,中心沖壓器52使邊緣19成型,它是隨著肩54的外形向下彎曲,如圖7A所示。中心沖壓器52運(yùn)動(dòng)到固定的止動(dòng)位置,致使最后卷邊電池的高度得到精確的控制。
中心沖壓器52保持在圖7A所示的位置上,并且在下一操作過程中牢固地固定電池。定徑模55在中心沖壓器52止動(dòng)情況下持續(xù)地向下驅(qū)動(dòng)。錐形壁56的向下運(yùn)動(dòng)致使徑向力被施加在膨脹壁部分18上,從而使其在模具55向下運(yùn)動(dòng)時(shí)減小直徑。錐形壁56致使徑向力首先被施加在電池頂部附近,然后隨著模具55的向下移動(dòng)而使徑向力向下應(yīng)用。如上所述,這種施加徑向力的次序?qū)е铝巳鐖D5所示的具有一定角度形狀的彎曲17。定徑模具55在點(diǎn)外向下運(yùn)動(dòng),在該點(diǎn)進(jìn)行徑向密封,致使圓柱形壁57平滑過壁部分18。在定徑模具55達(dá)到運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)時(shí),它收縮,這時(shí)中心沖壓器52保持靜止并且固定住卷邊的電池。該動(dòng)作允許電池阻止定徑模具55的向上運(yùn)動(dòng)并且在定徑模具55內(nèi)將電池20“拆下”。在定徑模具55已去除了電池20的頂部以后,中心沖壓器52收縮并且卷邊的電池20以工具上卸下。該運(yùn)動(dòng)次序消除了為以模具上取下電池而通過對(duì)密封元件施加以便由模具上移動(dòng)電池20的需要。在卷邊以后施加給密封元件的任何力不僅會(huì)損壞密封元件,而且還會(huì)妨礙元件與箱體之間的密封。
當(dāng)然有必要在進(jìn)行第二彎曲步驟和最后卷邊步驟以前將電池20在模具50下定中,這可以有許多方法來完成。一種方法(未示出)是在用于使電池卷邊并具有一定直徑的壁56的點(diǎn)下,提供一與錐形壁56接合的圓柱形壁。該圓柱形壁部分具有與預(yù)卷邊電池大約相同的直徑,致使圓柱形壁部分在中心沖壓器52與電池接觸以前在50內(nèi)將電池20定中。圓柱形壁的下端可以是向外的錐形,致使它可以接收電池20的上端并將其校準(zhǔn)。
如上所述,由模具50完成各步驟的次序可以顛倒,模具55和沖壓器52相互可重新定位,致使沖壓器52在模具55內(nèi)比圖7所示的進(jìn)一步收縮,如此,由于模具55和沖壓器52一同向下運(yùn)動(dòng),使模具55首先完成了徑向卷邊,然后沖壓器52與電池邊緣19接觸并且直到確定了止動(dòng)。中心沖壓器52由于定徑模55收縮而保持在該位置上,使卷邊電池由模具上卸下。一旦電池20從定徑模具55上取下而使中心沖壓器52收縮,這樣完成了卷邊整個(gè)工序。
很明顯,所有圓柱形電池尺寸都可采用本發(fā)明方法來密封。上述最佳實(shí)施例的描述不局限于所要求保護(hù)的本發(fā)明。實(shí)施本發(fā)明方法的其它方式是可能的,并且是在申請(qǐng)人發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種密封容器的改進(jìn)方法,它包括將圓形彈性密封元件放置在圓柱形金屬容器的開口端,并且放置在靠近容器上邊緣下密封元件頂部開口端的直接向外的臺(tái)階上;在密封元件的圓形肋上向內(nèi)彎曲容器的邊緣,并且同時(shí)在彎曲容器邊緣和容器壁之間壓縮所述的肋,并且將所述元件向下保持在臺(tái)階上;以及縮小容器臺(tái)階部分的直徑,使它與容器的剩余部分相同,由此減小了密封元件的直徑,并且使所述元件壓縮地就位。
2.權(quán)利要求1的方法,其中容器邊緣通過第一向內(nèi)彎曲所述邊緣來向內(nèi)彎曲,使它與初始位置成約90°的角,并且通過第二彎曲步驟,進(jìn)一步向內(nèi)彎曲所述邊緣,并向下使其與所述初始位置成大于90°的角。
3.權(quán)利要求1的方法,其中容器臺(tái)階部分的直徑通過繞所述臺(tái)階部分施加直接向內(nèi)的均勻徑向力來減小。
4.權(quán)利要求3的方法,它包括在靠近容器的上端首先施加徑向力,然后向下移動(dòng)應(yīng)用的力,直到臺(tái)階部分的直徑減小到與容器的剩余部分的直徑大約相同。
5.一種密封容器的改進(jìn)方法,它包括將圓形彈性密封元件放置在圓柱形金屬容器的開口端,并且放置在靠近容器上邊緣下密封元件頂部開口端的直接向外的臺(tái)階上;在密封元件的圓形肋上向內(nèi)彎曲容器的邊緣,并使其與初始位置成約90°的角,并且將所述密封元件向下保持在臺(tái)階上;減小容器臺(tái)階部分的直徑,使它與所述容器剩余部分的直徑相同,由此減小密封元件的直徑,并使所述元件壓縮地就位;以及進(jìn)一步向內(nèi)向下彎曲容器的邊緣,使之在容器的邊緣和減小的臺(tái)階部分之間包含密封元件的圓邊。
6.一種密封具有開口端金屬容器的圓柱形電化學(xué)電池的改進(jìn)方法,它包括將圓形彈性密封和絕緣元件放置在容器的開口端,并放置在靠近容器上邊緣下密封元件上面直接向外的臺(tái)階上;在密封元件的圓形肋上向內(nèi)彎曲容器的邊緣,并同時(shí)在容器的彎曲邊緣和臺(tái)階部分之間壓縮肋,并且將密封元件向下保持在臺(tái)階上;以及繞容器臺(tái)階部分的圓周直接向內(nèi)均勻地施加徑向力以減小其直徑,由此密封元件的直徑也減小并使所述元件壓縮地就位。
7.權(quán)利要求6的方法,其中所述容器邊緣在密封元件的圓邊上通過第一向內(nèi)彎曲邊緣而向內(nèi)彎曲,使之與初始位置成約90°的角,接著向下彎曲所述邊緣,使之與初始位置成大于90°的角。
8.權(quán)利要求7的方法,它包括在所述臺(tái)階部分上軸向壓緊預(yù)卷邊模具,使得以單一操作形成所述90°的彎曲,所述模具具有用以接受所述臺(tái)階部分的空腔,所述空腔具有一向內(nèi)的錐形壁端接在直角部分上,致使所述模具壓緊到所述臺(tái)階部分上時(shí),使所述部分進(jìn)入空腔,并且容器邊緣被逐漸地向內(nèi)彎曲直到形成90°角,使臺(tái)階部分隨空腔的外形。
9.權(quán)利要求8的方法,它包括向下彎曲所述邊緣,使之與初始位置成大于90°的角,通過壓緊沖壓模,使向內(nèi)彎曲邊緣到固定的止動(dòng)位置,所述沖壓模具的壓緊表面具有圓環(huán)形邊緣,它是由直接向上和向外的肩限定的,致使圓環(huán)形邊緣與電池邊緣接合并向下彎曲所述邊緣,所述肩在電池容器的臺(tái)階部分上形成彎曲,以構(gòu)成所述電池的邊緣。
10.權(quán)利要求9的方法,它包括在所述臺(tái)階部分上通過將環(huán)形定徑模具軸向向下滑動(dòng)到所述臺(tái)階以外的點(diǎn)上而對(duì)所述臺(tái)階部分直接向內(nèi)施加徑向力,而所述電池由所述沖壓模具保持,其中所述定徑模具包括接受所述電池并對(duì)其施加徑向力的內(nèi)腔,所述腔包括具有一直徑的向內(nèi)錐形壁,在它的最下端足夠大以接受所述電池,并且在其上端的直徑與電池容器剩余部分的直徑的相同,致使當(dāng)定徑模具在所述電池上向下滑動(dòng)時(shí),錐形壁在靠近所述電池的頂部附近首先施加徑向力,并且所述徑向力的應(yīng)用隨模具向下移動(dòng)而向下移動(dòng)直到減小臺(tái)階部分的直徑,使之與電池容器的剩余部分的直徑大約相同。
11.權(quán)利要求10的方法,它包括在所述電池由所述沖壓模具保持時(shí),從所述電池上收回所述定徑模具。
12.權(quán)利要求11的方法,它包括收回所述沖壓模具以放出卷邊過的電池。
全文摘要
一種密封電化學(xué)電池的改進(jìn)方法,它包括對(duì)膨脹的電池箱的上部施加徑向力,彈性密封元件定位在上部,致使在徑向力減小了膨脹箱部分直徑的時(shí)候,密封元件隨之壓縮就位。
文檔編號(hào)H01M2/02GK1061303SQ9110957
公開日1992年5月20日 申請(qǐng)日期1991年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月10日
發(fā)明者羅伯特·J·培恩, 羅伯特·A·約波羅 申請(qǐng)人:杜拉塞爾公司
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