專利名稱：具有可再密封的排氣密封件的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密封干電池，特別是涉及一種用于釋放干電池內(nèi)的過量氣壓的低壓可再密封的排氣口。本發(fā)明也涉及一種制造具有可再密封的排氣密封件的干電池的方法。
電池在使用期間在一定條件下可產(chǎn)生大量氣體。因?yàn)闉榱朔乐剐孤┮痣娊赓|(zhì)損失，要求這些電池總是緊密封，可能產(chǎn)生高的內(nèi)部氣壓。如果不適當(dāng)排氣，此內(nèi)壓可導(dǎo)致泄漏、膨脹或電池可能爆炸。如果采用排氣閥，它必須是可再密封的，以避免在電池的壽命期間弄干電解質(zhì)和防止大氣中的氧氣侵入，它能導(dǎo)致陽極的消耗腐蝕。
過去，多種不同類型的可再密封降壓排氣閥用于釋放密封電池內(nèi)的高內(nèi)部氣壓。通常使用的一種類型的閥門主要由象扁平橡膠墊圈這樣的閥元件組成，通過如螺旋彈簧的彈性元件加偏壓使扁平橡膠墊圈進(jìn)入排氣口上的密封位置。彈性元件或彈簧設(shè)計(jì)成在某一預(yù)定內(nèi)部氣壓下發(fā)生彎曲，以便立刻破壞密封并允許氣體通過排氣口逸出。
已試驗(yàn)的另一種可再密封降壓排氣閥已在美國(guó)專利No.3,293,081中公開。此可再密封排氣閥主要包括象O形環(huán)這樣的環(huán)形密封墊圈，它通過弧形彈性元件或彈簧保持在圍繞排氣閥的圓周的密封位置。彈性元件或彈簧設(shè)計(jì)成有彈力并允許密封墊圈徑向移動(dòng)，這樣當(dāng)電池內(nèi)達(dá)到預(yù)定高的內(nèi)部氣壓時(shí)即立即破壞密封并允許氣體通過排氣口。
另一類型的干電池可再密封排氣口由金屬球組成，金屬球覆蓋在排氣孔上面并通過盤簧加偏壓使金屬球密封的嵌入排氣孔周圍。當(dāng)內(nèi)部氣壓達(dá)到盤簧設(shè)定的預(yù)定極限時(shí)，排氣口打開以釋放電池內(nèi)的氣體。一旦內(nèi)部氣壓降低，盤簧使球復(fù)位并再密封排氣孔。
另一種可再密封排氣口在美國(guó)專利No.3,415,690中公開。在此排氣口中，彈性體的密封墊圈覆蓋在排氣孔上面并通過電池頂上的彈性端帽使其保持就位。此排氣口以與前述排氣口相同方式工作。
在美國(guó)專利No.3,664,878中，公開了一種可再密封排氣口，它由合成橡膠材料的彈性變形球組成，彈性變形球設(shè)置成覆蓋在電池殼內(nèi)的排氣口上。固定裝置設(shè)置在彈性球上，用于保持球就位在排氣口上并與環(huán)繞排氣口的周緣部分設(shè)置的閥座接觸，以及用于壓縮和變形彈性球成扁平結(jié)構(gòu)，形成扁平球和閥座之間的正常不漏液密封。當(dāng)殼內(nèi)預(yù)定高的內(nèi)部氣壓積累時(shí)彈性球能夠進(jìn)行進(jìn)一步的彈性變形，以便立即破壞密封并允許氣體通過排氣口逸出。
美國(guó)專利No.4,052,533公開了一種具有可再密封封底的干電池，可再密封封底包括一個(gè)在其中心有孔的用于接收和接觸電池的電流集電棒的杯形擋板排氣閥以及一個(gè)接觸并與電池殼的內(nèi)壁相一致的適合向上彎曲的周緣部分，從而在閥—?dú)そ缑嫣峁┮粋€(gè)可再密封排氣通道。
美國(guó)專利No.4,063,902公開了一種電池和制造方法，它具有由彈性合成橡膠海綿墊圈構(gòu)成的可再密封的排氣口隔板，墊圈設(shè)置并壓縮在電池蓋和電池殼的上壁之間，并設(shè)計(jì)成電池內(nèi)的氣體積累在約5至75psi時(shí)將沿蓋一墊圈界面和/或殼—墊圈界面泄放。
剛描述的此類可再密封減壓排氣閥遇到的主要問題是閥體積大和/或難于安裝到電池組件中。而且，這些降壓排氣閥成本高。另外，由前述專利作為示例的一些現(xiàn)有技術(shù)可再密封排氣不適合低壓泄放。
因而，本發(fā)明的一個(gè)重要目的是提供一種用于干電池的簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的低壓可再密封排氣口。
本發(fā)明的又一目的是提供一種用于干電池的可再密封排氣口，它要求很少量的部件，因而容易組裝和成本低。
本發(fā)明的再一目的是提供一種適合各種尺寸的擠壓成形電池殼的可再密封排氣口。
本發(fā)明的另一目的是提供具有低壓可再密封的排氣密封件的電池的制造方法。
上述和其它目的將從下面的描述和附圖中變得完全清楚。
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)電池，該電池包括具有開孔和在其內(nèi)有陰極混合物的金屬陽極殼，通過所說陽極殼的所說開孔端伸出的電流集電棒、以及所說開孔端的密封件；所說密封件包括一個(gè)盤，該盤具有頂面、定義盤內(nèi)開孔的第一凸起豎立壁和定義圓周壁的第二豎立壁，圓周壁具有鄰接盤頂面的內(nèi)表面；所說第一壁具有定義盤內(nèi)開孔的內(nèi)表面和位于所說內(nèi)表面上并端接在第一壁的內(nèi)表面內(nèi)的至少一個(gè)槽；設(shè)置在盤的頂面內(nèi)并在第二壁的內(nèi)表面延伸的至少一個(gè)槽；所說電流集電棒與第一壁壓配合；并且所說圓周壁固定在陽極殼的開孔端上，提供一個(gè)密封電池，這樣當(dāng)電池內(nèi)的預(yù)定氣壓增長(zhǎng)時(shí)，第一壁將彎曲，允許氣體通過第一壁的內(nèi)表面內(nèi)的槽排出，然后氣體將通過盤的頂面內(nèi)的槽和通過第二壁的內(nèi)表面上的槽泄放；從而許可氣體從電池內(nèi)部排出。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，盤在其內(nèi)表面至少有兩個(gè)間隔開的槽并且最好有四個(gè)等間隔開的槽。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，盤有至少兩個(gè)間隔開的槽，最好有六個(gè)等間隔開的槽在盤的頂面并延伸到盤的圓周壁。盤或密封件能由如聚丙烯的模壓塑料制成。在最佳實(shí)施例中，盤是圓形的，具有內(nèi)圓形轂和外環(huán)形垂直直壁。內(nèi)圓形轂具有尺寸與電流集電棒密配合的中心垂直開孔并在轂的內(nèi)壁下部設(shè)有四個(gè)排氣槽。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，盤的頂面具有環(huán)繞轂設(shè)置的環(huán)形槽，以增加第一壁頂部的彎曲能力，從而減小內(nèi)部氣體積累。而且盤的頂面包含六個(gè)等間隔徑向水平凹槽，它們沿圓周壁的內(nèi)表面垂直延伸。此六個(gè)凹槽提供了電池封閉帽和圓周壁的內(nèi)表面之間的排氣通道。圓周壁的邊緣設(shè)有倚在殼邊緣上的外凸緣，均壓殼的邊緣，這樣使殼容易向盤的圓周壁和上述電池封閉帽翻轉(zhuǎn)和卷邊，提供用于電池的密封。電池內(nèi)的任何氣體積累都能在盤和電流集電棒之間通過定義用于電流集電棒的開孔的壁上的四個(gè)槽泄放。然后氣體通過如上述的盤內(nèi)的六個(gè)槽排放。
本發(fā)明還涉及一種制造具有低壓可再密封的排氣密封件的干電池的方法，包括步驟(a)在金屬陽極殼內(nèi)放置間隔元件，它與陽極接觸；陰極去極化劑混合物，它設(shè)在所說的間隔元件內(nèi)；電流集電棒，使它部分浸入陰極去極化劑混合物內(nèi)，這樣棒伸出到去極化劑混合物的頂面上方；以及電解質(zhì)；(b)由頂面和第一凸起豎立壁來制作盤，第一壁定義用于容納電流集電棒的一個(gè)開孔并且在第一壁的內(nèi)表面形成至少一個(gè)槽；形成一個(gè)在其內(nèi)表面有至少一個(gè)槽的豎立圓周壁，槽延伸到盤的頂面；(c)在盤的豎立壁內(nèi)安裝一個(gè)蓋帽在盤上并把蓋一盤組件放入殼內(nèi)，使電流集電棒位于盤的開孔內(nèi)并且圓周壁緊鄰殼的內(nèi)壁；以及(d)卷邊殼的上邊緣部分到位于蓋上的盤的圓周壁上，提供一密封電池。
較好地是象硅這樣的密封膠能用在電流集電棒的頂部和/或如瀝青的密封膠能用在盤和殼的界面處的殼內(nèi)表面上。
用于上述方法中的蓋的外徑最好等于殼體的內(nèi)徑減去約1.8至2.2，即最好減去約盤的圓周壁的2倍厚度，這樣在完全裝配好的電池中，圓周壁將擠壓在蓋的邊緣和殼的上邊緣部分之間。
適用于本發(fā)明的商品化的傳統(tǒng)圓柱形電池，如Leclanche(勒克蘭瑟)干電池，有兩種主要類型。
在“涂漿式”電池中，陰極去極化劑混合物被壓制或模壓，形成含有電流集電棒的圓柱形筒管。此筒管和可流動(dòng)的間隔元件膠或膠質(zhì)一起插入圓柱形陽極殼，膠質(zhì)蒸煮或凝膠化以形成金屬殼和混合物筒管之間的固定間隔元件。在筒管型電池結(jié)構(gòu)中，通過間隔元件膠加入大體全部電池電解質(zhì)。
在“管形”電池中，間隔元件或作為粘附膜或涂層，或作為涂料紙的插入層，涂敷到金屬殼的內(nèi)壁。濕陰極混合物擠壓或壓入以充滿大部分管式電池殼，然后電流集電棒直接插入擠壓的混合物或穿孔棒制成的孔中。在此結(jié)構(gòu)中，實(shí)際上全部電池電解質(zhì)通過濕混合物加入。
當(dāng)考慮作為本發(fā)明實(shí)施例的例子而提出的附圖時(shí)，本發(fā)明將從如下描述中變得更清楚，并且無論如何它是非限制性的，其中

圖1是用于本發(fā)明盤形密封件的頂視圖。
圖2是圖1中沿線1-1的盤的切面圖。
圖3是在殼的邊緣卷邊到電池蓋上之前，本發(fā)明電池實(shí)施例的切面圖。
圖4是本發(fā)明完全組裝好的電池實(shí)施例的切面圖。
詳細(xì)參見圖1和2，表示電化學(xué)電池的盤形密封件2。盤形密封件2包括具有中心直立壁6的頂面4，直立壁6具有由壁6的內(nèi)表面10定義的開孔8。四個(gè)槽16等間隔分開在壁的內(nèi)表面10。這四個(gè)槽設(shè)計(jì)成適合電池內(nèi)的氣體排放。盤形密封件2具有直立圓周壁12，它與徑向凸緣14端接。六個(gè)徑向槽20等間隔分開在盤形密封件2的頂面4內(nèi)并延伸到圓周壁12的內(nèi)表面。槽16和槽20的操作將結(jié)合圖3和4在下面討論。環(huán)形槽18設(shè)在盤形密封件2的頂面的內(nèi)區(qū)域上，環(huán)形槽18緊鄰直立壁6。此環(huán)形槽18設(shè)計(jì)成使直立壁6容易彎曲，以減少電池內(nèi)的氣體積累。圓周壁12端接凸緣14，凸緣14設(shè)計(jì)成靠在電池殼的開口端的邊緣上，這使殼的邊緣容易卷邊到盤形密封件2的圓周壁12上。凸珠22設(shè)在壁12的內(nèi)表面24上，用作一個(gè)彈簧裝置，以保持電池蓋成一直線，下面將討論。
圖3表示不完全裝配的電池30，包括由如鋅的電化學(xué)消耗金屬制成的圓柱殼32，鋅用作電池陽極。電池殼32內(nèi)包括含例如二氧化錳的陰極去極化劑混合物塊34、象碳黑這樣的導(dǎo)電材料和電解質(zhì)。陰極去極化劑混合物塊34能環(huán)繞電流集電棒36模塑或者陰極去極化劑混合物34作為實(shí)際上含有全部電池電解質(zhì)的濕混合物注入殼32內(nèi)，然后把電流集電棒36壓入去極化劑混合物34的中心。電流集電棒36是浸蠟或有機(jī)樹脂的碳棒，液體和氣體不能透過。不管在電池組裝之前，去極化劑混合物在單獨(dú)工序中模塑成筒管型結(jié)構(gòu)，還是直接注入殼32內(nèi)并組裝，電流集電棒36設(shè)置成其上端通過殼32的開孔端凸出。間隔元件38包圍陽極去極化劑混合物34并把它與殼32的內(nèi)側(cè)壁隔開，同時(shí)底杯形間隔元件40把去極化劑混合物34與殼32的底內(nèi)表面隔開。間隔元件可是薄膜隔膜，例如涂敷膠的薄吸水紙。上述去極化極混合物呈現(xiàn)常見空間42，以接納電池放電時(shí)形成的任何液體滲出物。
在圖3中表示圖1和2的盤形密封件2在殼32中的裝配，其中電流集電棒36插入盤2的開孔10并且凸緣14位于殼32的邊緣45。電流集電棒36與盤2中的開孔10密配合。封閉帽或蓋46放置在電流集電棒36上并與盤2的頂面4接觸。彈簧件42保持和均壓盤2內(nèi)的蓋46。除殼32的邊緣44卷邊到圓周壁12和蓋46上外，圖4表示具有相同標(biāo)號(hào)的如圖3中的同樣電池。卷邊殼32的邊緣44提供了一種電池的有效可再密封的密封件。在電池的存貯和/或使用中，氣體將累積，并且當(dāng)達(dá)到預(yù)定氣體含量時(shí)，氣體增長(zhǎng)將對(duì)盤2和繞壁6設(shè)置的槽16施加壓力，氣體的壓力達(dá)到一定程度，氣體將對(duì)槽16施加力并使壁6偏離棒36，以在盤2和棒36之間提供一個(gè)排氣通道。環(huán)形槽18將使壁6容易彎曲，遠(yuǎn)離棒36。壁6和棒36間排放的氣體將直接流入槽16，在此氣體離開槽20進(jìn)入大氣。一但電池內(nèi)的氣壓降低，盤2的壁6將對(duì)棒36重新封閉。
盤2的設(shè)計(jì)將提供一種有效靜態(tài)(長(zhǎng)時(shí)間、低壓力)密封件，它容易制造和組裝在傳統(tǒng)的電化學(xué)電池中。本發(fā)明的盤密封件啟動(dòng)降低電池內(nèi)的氣壓，然后重新封閉以密封電池。
可以理解雖然本發(fā)明參照具體細(xì)節(jié)進(jìn)行說明，但這些細(xì)節(jié)不構(gòu)成限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)電池，該電池包括具有開孔和在其內(nèi)有陰極混合物的金屬陽極殼、通過所說陽極殼的所說開孔端伸出的電流集電棒、以及所說開孔端的密封件；所說密封件包括一個(gè)盤，該盤具有頂面、定義盤內(nèi)開孔的第一凸起豎立壁和定義圓周壁的第二豎立壁，圓周壁具有鄰接盤頂面的內(nèi)表面；所說第一壁具有定義盤內(nèi)開孔的內(nèi)表面和位于所說內(nèi)表面上并端接在第一壁的內(nèi)表面內(nèi)的至少一個(gè)槽；設(shè)置在盤的頂面內(nèi)并在第二壁的內(nèi)表面延伸的至少一個(gè)槽；所說電流集電棒與第一壁壓配合；并且所說圓周壁固定在陽極殼的開孔端上，提供一個(gè)密封電池，這樣當(dāng)電池內(nèi)的預(yù)定氣壓增長(zhǎng)時(shí)，第一壁將彎曲，允許氣體通過第一壁的內(nèi)表面內(nèi)的槽排出，然后氣體將通過盤的頂面內(nèi)的槽和通過第二壁的內(nèi)表面上的槽泄放；從而許可氣體從電池內(nèi)部排出。
2.如權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其特征在于所說第一壁的內(nèi)表面有四個(gè)間隔開的槽。
3.如權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其特征在于所說盤的頂面有六個(gè)間隔開的槽。
4.如權(quán)利要求3的電化學(xué)電池，其特征在于所說第一壁的內(nèi)表面有四個(gè)間隔開的槽。
5.如權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其特征在于一個(gè)環(huán)形槽設(shè)置在盤的頂面，緊鄰第一壁的外表面。
6.如權(quán)利要求5的電化學(xué)電池，其特征在于所說第一壁的內(nèi)表面有四個(gè)間隔開的槽。
7.如權(quán)利要求6的電化學(xué)電池，其特征在于所說盤的頂面有六個(gè)間隔開的槽。
8.如權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其特征在于圓周壁端接外凸緣，外凸緣設(shè)置在電池殼開口端處壁的邊緣上。
9.如權(quán)利要求8的電化學(xué)電池，其特征在于所說第一壁的內(nèi)表面有四個(gè)間隔開的槽。
10.如權(quán)利要求8的電化學(xué)電池，其特征在于所說盤的頂面有六個(gè)間隔開的槽。
11.如權(quán)利要求10的電化學(xué)電池，其特征在于所說第一壁的內(nèi)表面有四個(gè)間隔開的槽。
12.如權(quán)利要求11的電化學(xué)電池，其特征在于一個(gè)環(huán)形槽設(shè)置在盤的頂面內(nèi)，緊鄰第一壁的外表面。
13.如權(quán)利要求8的電化學(xué)電池，其特征在于一個(gè)環(huán)形槽設(shè)置在盤的頂面內(nèi)，緊鄰第一壁的外表面。
14.如權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其特征在于帽用于固定陽極殼的開口端，并且所說帽有一個(gè)容納電流集電棒的凹口和設(shè)置在盤的頂面與盤的圓周壁之間的徑向延伸凸緣，在容納帽的凸緣厚度的高度處一凸珠設(shè)置在圓周壁的內(nèi)表面上。
15.如權(quán)利要求14的電化學(xué)電池，其特征在于一個(gè)環(huán)形槽設(shè)置在盤的頂面內(nèi)，緊鄰第一壁的外表面。
16.一種制造具有低壓可再密封的排氣密封件的干電池的方法，該方法包括步驟(a)在金屬陽極殼內(nèi)放置與陽極接觸的間隔元件；設(shè)在所說間隔元件內(nèi)的陰極去極化劑混合物；部分浸入陰極去極化劑混合物內(nèi)的電流集電棒，使棒伸出到去極化劑混合物的頂面上方，以及電解質(zhì)；(b)由頂面和第一凸起豎立壁來制作盤，第一壁定義用于容納電流集電棒的一個(gè)開孔并且在第一壁的內(nèi)表面形成至少一個(gè)槽；形成一個(gè)在其內(nèi)表面有至少一個(gè)槽的豎立圓周壁，它延伸到盤的頂面；(c)在盤的豎立壁內(nèi)安裝一個(gè)蓋帽在盤上并把蓋一盤組件放入殼內(nèi)，使電流集電棒位于盤的開孔內(nèi)并且圓周壁緊鄰殼的內(nèi)壁；以及(d)卷邊殼的上邊緣部分到位于蓋上的盤的圓周壁上，提供一密封電池。
17.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于在步驟(b)中，第一凸起豎立壁有四個(gè)間隔開的槽形成在第一壁的內(nèi)表面內(nèi)。
18.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于在步驟(b)中，豎立圓周壁有六個(gè)間隔開的槽形或在圓周壁的內(nèi)表面內(nèi)，它延伸到盤的頂面。
19.如權(quán)利要求18的方法，其特征在于在步驟(b)中，第一凸起豎立壁有四個(gè)間隔開的槽形或在第一壁的內(nèi)表面內(nèi)。
20.如權(quán)利要求19的方法，其特征在于一個(gè)環(huán)形槽形成在盤的頂面上，緊鄰第一壁的外表面。
全文摘要
一種用于電化學(xué)電池的可再密封的排氣密封件，它包括盤形密封件，該盤形密封件具有定義容納電池電流集電棒的開孔的第一豎立壁，在第一壁內(nèi)設(shè)有排氣槽，并具有帶有排氣槽的第二豎立圓周壁，所說第二壁卷邊在電池蓋和含有電池活性成分的電池殼的頂邊緣之間，從而產(chǎn)生可再密封的封閉電池。
文檔編號(hào)H01M4/04GK1160940SQ9612245
公開日1997年10月1日 申請(qǐng)日期1996年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月11日
發(fā)明者M·R·馬萊 申請(qǐng)人:永備電池有限公司