CN100382357C - 带有改良减压孔的电池组电池 - Google Patents

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Abstract

一种电化学电池，其减压孔形成于金属板上，该金属板设于容器的封闭端和开口端中的至少一端上。减压孔具有环圈，其包括厚度变薄的凹槽，该凹槽至少在两个位置处被板的未变薄部分中断开。当孔打开以释放电池中的压力时，板中的环内区域通过至少一个未变薄部分而与板的其余部分保持相连。在底部形成有这种减压孔的筒体可用作电化学电池的容器。

Description

带有改良减压孔的电池组电池
技术领域
本发明大体上涉及电化学电池组电池。更具体地说，本发明涉及带有改良减压孔的电池组电池。
背景技术
增加电化学电池的放电容量一直是电化学电池和电池组制造商的努力目标。一定的最大外部尺寸常常会限制给定类型的电池或电池组的容积。这些最大尺寸可通过行业标准或通过电池或电池组可放入其中的可用空间大小来强制性设定。这些尺寸限制了最大的电池和电池组容积。只有一部分容积可用于电化学放电反应所必需的材料(电化学活性材料和电解质)，这是因为其它必须的惰性部件(例如容器、密封件、端子、集电器和隔板)也会占据一定容积。在电池内还必须有一定量的空隙容积，以便容纳反应产物以及因其它因素如高温而导致的材料体积增加。为了使有限容积的电池或电池组中的放电容量最大，需要使惰性部件的体积尽可能小。
在储存期间、正常操作期间以及尤其是在常见的滥用状态如强制性深度放电和对原电池充电的情况下，电化学电池会产生气体。电池设计成可以受控方式来释放内部压力。一种常见的方法是提供减压机构或减压孔，其在内部压力超过预定水平时可从电池中释放出气体。减压孔常常会占据额外的内容积，这是因为在减压孔和其它电池或电池组部件之间一般需要有间隙，以保证该机构的正确机械操作。
商用圆柱形碱性电池组的尺寸在国际标准(国际电工委员会(IEC)出版物60086-2，2000年7月)中有规定。这种电池具有含二氧化锰的正电极、含锌的负电极，以及通常含氢氧化钾的碱性含水电解质。它们通常具有用作电池容器的圆柱形钢制筒体，其中正电极(阴极)形成为靠在筒体内表面上的中空圆柱形。凝胶状的负电极(阳极)居中地设在阴极中的圆柱形空腔内。离子可渗透的电绝缘隔板设在阳极与阴极同筒体底部的相邻表面之间。电解质溶液包含在阳极和阴极内。与阴极直接接触的筒体用作阴极集电器。筒体的开口顶部被封闭件封闭，该封闭件通常包括环形的聚合物密封件。在密封件上通常设有外盖，以用作电池的负极端子。除了封闭了筒体之外，该密封件还使负极端子与筒体电绝缘。通常为铜钉或铜线形式的阳极集电器延伸穿过密封件中心处的孔而进入电池内的阳极中。阳极集电器的处于电池外侧的端部与负极端子形成电接触。筒体的底部可以是平的，或者可成形为具有用作电池正极端子的中心凸台。如果筒体底部是平的，则通常将单独的金属盖固定在作为正极端子的筒体底部上。在筒体的侧壁上一般设有通常为电绝缘的粘膜标签的封套。电池可包括附加的特征。例如，可在密封件和负极端子之间设置内盖或衬圈以提供刚性件，用于保持密封件与筒体和/或阳极集电器的表面之间的压紧式密封。在这种电池中，密封件通常还包括减压孔。该特征通常包括减薄区，其设计成在内部压力超出预定水平时会破裂。带有这类密封设计的电池的示例可见于美国专利5227261和6312850中。然而，这类密封要求有相对大量的容积，以便使减压孔能如预期的那样起作用。
为了提高圆柱形碱性电池中的活性材料量，已经研制了容积效率更高的电池设计。在一些这种设计中，已经从密封件中去除了减压孔，并将金属盖置于密封件之外或筒体的底部。对于电化学电池而言，在许多不同的设计中可在盖或筒体底部的金属板中形成减压孔。一些设计包括从含孔板的表面中向外伸出的凸棱或向内凹陷的沟槽。在美国专利3831822、3918610、4484691、4601959、4789608、5042675和5197622中都可以找到带有这种减压孔设计的电池例子。这些引用物都具有一项或多项缺点。例如，它们可能都依赖于板在凸棱/沟槽处的变形来使应力集中于板的薄弱部分以便使孔打开。这需要板表面产生较大的偏转，这在设计目标是增大电池中的用于活性材料的内容积时会起负面作用。这种设计也相对较复杂且难于制造，这可能使对孔开启时的压力的精确可靠的控制变得困难。
其它减压设计没有凸棱或沟槽。一些这种设计在含孔板的表面上具有厚度变薄的凹槽或刻痕。这些凹槽产生了板中的削弱点，其设计成可在板两侧的压力差变得太大时裂开或破裂。可以使用各种这样的凹槽。例如，凹槽可以采用下述形式：圆，部分圆，一条或多条曲线，一条或多条直线，或者两条或多条相交的直线和/或曲线。可通过多种可能的方式如冲压、压制、划线和蚀刻中的任一种来在板中形成这些凹槽。可以将形成电化学电池的减压孔的步骤和制造其中形成有减压孔的部件的工艺结合起来。例如，当通过利用冲头和冲模如多级顺序模组或多工位压力机进行冲压和/或拉伸来形成盖或筒体时可以形成这些凹槽。可对这种工艺的一个或多个步骤进行修改和/或增添，以便包括减压孔凹槽的成形。
在美国专利3074602、4010044、4256812、4698282、4803136、4842965、6265101、6303246、6346342和6348281中可以找到与前面试图利用在金属电池盖或筒体底部设有带槽减压孔的设计来解决上述问题的相关信息。在日本来审查的专利公开01-309253A、09-139197A、10-092397A、11-213978A和11-250886A中可以找到另外的例子。然而，这些引用物都存在下述的一项或多项缺点。
某些带槽孔的设计成本较高，因为它们比较复杂，而且需要成本很高的加工工具。某些设计需要有很难维护的加工工具。另一些则不必要地增加了制造难度和成本，因为这些设计是不对称的，在设备和工具上施加了更多的应力，增加了维护和更换的频率和成本。另一些带槽孔的设计可能不适合于在电化学电池中使用，这是因为当孔起作用时，含孔板的一部分可能会从电池中弹出来。而其它带槽孔的设计为了使孔起作用需要太多的间隙，使得活性材料可用的内容积减少，或者不会打开足够大的区域以便足够快速地释放内部电池压力以避免破坏或损坏。
由于上述原因，需要一种具有可靠、小体积且成本效率高的减压孔的大容量的电化学电池组电池。
发明内容
本发明的一方面是一种具有可靠、小体积且成本效率高的减压孔的电化学电池组电池。这种电池包括：正电极、负电极和电解质；容器，其包括侧壁、开口端和封闭端，其中封闭端包括第一金属板；封闭件，其包括选自第二金属板和密封件中的至少一个部件，并设置于容器的开口端中且封闭了该开口端；以及减压孔，其包括至少一个有中断的厚度变薄的环形凹槽，并形成于含孔的金属板上。厚度变薄的凹槽至少在两个位置处中断，每个位置均由含孔金属板的未变薄部分形成，这样便形成了至少两个厚度变薄的弧段。当电池的内部压力超过外部压力达预定差值时，减压孔能在凹槽处打开，使得含孔板的处于凹槽径向内侧的区域通过使凹槽中断的一个或多个未变薄部分而与含孔板的处于凹槽径向外侧的区域保持相连。含孔金属板是选自第一金属板和第二金属板中的至少一个部件。厚度变薄的凹槽形成于含孔金属板上的更靠近板中心而非板边缘的位置。
在本发明的一个实施例中，电池包括：包含二氧化锰的正电极、包含锌的负电极以及包含碱性水溶液的电解质；容器，其包括侧壁、开口端和封闭端，其中封闭端包括第一金属板；封闭件，其包括选自第二金属板和密封件中的至少一个部件，并设置于容器的开口端中且封闭了该开口端；以及减压孔，其包括形成于第一金属板中的环圈。正电极设在容器侧壁的附近，负电极设在正电极内的空腔中。环圈包括厚度变薄的凹槽，其至少在两个位置处中断，每个位置均由第一金属板的未变薄部分形成，这样便形成了至少两个厚度变薄的弧段。当电池的内部压力超过外部压力达预定差值时，减压孔能在一个或多个弧段处打开，使得第一金属板的处于环圈径向内侧的区域通过使凹槽中断的一个或多个未变薄部分而与第一金属板的处于环圈径向外侧的区域保持相连。厚度变薄的凹槽形成于含孔金属板上的更靠近板中心而非板边缘的位置。
本发明的另一方面是用作电化学电池组电池容器的金属筒体。该筒体包括侧壁、开口端和封闭端，其中封闭端包括整体式金属板。金属板包括第一表面、第二表面，以及形成在第一和第二表面中的至少一个表面上的中断的厚度变薄的环形凹槽。厚度变薄的凹槽至少在两个位置处中断，每个位置均由含孔金属板的未变薄部分形成，这样便形成了至少两个厚度变薄的弧段。当暴露在预定水平之上的第一和第二表面之间的压差中时，该板能够在一个或多个弧段处开启，使得该板的处于凹槽径向内侧的区域通过使凹槽中断的一个或多个未变薄部分而与板的处于凹槽径向外侧的区域保持相连。厚度变薄的凹槽形成于含孔金属板上的更靠近板中心而非板边缘的位置。
附图说明
通过参考以下说明书、权利要求和附图，本领域的技术人员可进一步理解和明白本发明的上述和其它的特征、优点和目的，其中：
图1是显示了本发明电池组电池的一个实施例的截面的完整剖视图；
图2是显示了图1所示电池的容器底部的一个变型的外表面的平面图；
图3是显示了图2所示容器底部沿着线III-III剖开的横截面的局部剖视图；
图4是图3所示容器底部在减压孔打开之后的局部剖视图；
图5是容器底部中的厚度变薄凹槽的局部剖视图；
图6是显示了本发明电池组电池的第二实施例的一部分截面的局部剖视图；
图7是显示了图2所示的容器底部的尺寸的平面图；
图8是显示了图5中的厚度变薄凹槽和容器底部的尺寸的局部剖视图。
具体实施方式
根据本发明的电池组电池包括位于电池底部或顶部中的任一个或这两者附近的金属板中的减压孔机构。包含减压孔的板和使孔正确开启所需的额外空间占用了电池总容积的少量部分，这样便可增大包含有电化学活性物质的电池内容积。减压孔设计成是可靠的，并且在孔起作用时的压力存在微小变化。它还设计成可以方便且经济地制造。
在图1中显示了根据本发明的电池组电池的一个实施例。图1中的电池10是圆柱形的碱性电池，但是本发明可适用于其它的电池形状和电化学系统。电池10具有：正电极(阴极)22，其包含作为活性正极材料的二氧化锰和导电材料如石墨；以及负电极(阳极)26，其包括位于容器12中的胶质含水电解质溶液中的锌颗粒。在电极之间设有可离子导电但电绝缘的隔板24。在容器12的侧壁18的内表面上形成了中空圆柱形形状的阴极22。阴极22的内表面和容器12的底部14形成了空腔，其与隔板24对齐，阳极26放在该空腔内。
图1中的电池容器12是金属筒体，其带有形成了封闭端(底部)14的金属板。如冲压或挤压筒体中的那样，金属板14可以是容器12的一个整体部分，如图1所示。或者，容器可以是金属板固定在其上的管件，例如挤压管或焊接管。
容器12的开口端16由封闭件38封闭。封闭件38包括至少一个密封件32，其可采用聚合物垫圈或垫环或者金属板(未示出)的形式，其可同容器12配合以封装内部的电池元件并将其密封在电池10的内部。在所示实施例中，封闭件38还包括设于密封件32上的负极接触端子30。在某些实施例中，负极接触端子30可包含封闭件38的金属板。封闭件38可包含一个或多个附加元件，例如阳极集电器28、设于负极端子30和密封件32之间的单独金属板，以及压缩衬套(未示出)。压缩衬套用于将密封件32压在阳极集电器28上。阳极集电器28可通过焊缝34与负极端子30相连，或者可将负极端子30偏压在阳极集电器28上，以便保持电接触。封闭件可由容器12的侧壁18的顶部附近的环形压筋(bead)36来支撑。
图1的电池10具有设于容器12的底部14中的减压孔40，如果内部压力增大到预定水平之上，其可以受控的方式从电池10中释放气体。或者，减压孔可形成在封闭件的金属板(例如负极端子或位于负极端子和密封件之间的单独盖)中，或者同时形成在筒体封闭端和封闭件中。本发明也可结合密封件中的传统减压孔来使用，例如用来提供备用孔。
电池10具有设在容器12的底部14上的正极接触端子42，其在孔40上延伸。正极端子42可利用焊缝54或其它手段来固定，使正极端子42与容器12的底部14保持物理接触和电接触。焊缝54位于正极端子42的周边凸缘48上，接近凸台(nubbin)44的竖直壁46，以便在电池10内部积聚了压力时减小正极端子42对容器12的底部14的膨胀造成任何约束。正极端子42具有突出的凸台44。正极端子42不仅提供了电接触表面，而且提供了位于容器12的底部14上的美观且耐蚀的盖，并保护孔40免受破坏。凸台44提供了开放空间，孔40可在不干扰另一电池或外部电接触的情况下打开到该空间内。当通过打开的孔40来释放内部压力时，正极端子42也有助于保持内部的电池元件。在正极端子42中还可提供一个或多个开口56以允许气体逸出。
电池10可用作单个电池组电池，或者用作多电池式电池组中的单元电池。当用作单个电池组电池时，可在容器12的侧壁18周围设置封套20，其有时候采用热收缩的粘性标签的形式，该封套20的远端边缘通常在容器12的边缘上延伸。
在图2中显示了本发明电池的减压孔的一个实施例，该图是图1所示电池10的容器12的底部14的外表面的平面图。减压孔40是中断的环圈58，其采用中断的厚度变薄的凹槽形式，形成于构成了电池10的封闭底端的金属板14中。未变薄的部分62a和62b使凹槽58中断开，从而形成了两个厚度变薄的弧段60a和60b。弧段60a和60b的相邻端由未变薄部分62a和62b相互间隔开。环圈58限定了环内区域64和环外区域66。弧段60a和60b可形成在金属板14的任一表面上，但是在外表面上形成弧段可提供与电池10的内部元件相接触的平滑表面。如图3所示，它是图2所示的容器底部14沿着线III-III的截面图，金属板14在厚度变薄的弧段60a和60b之外具有厚度68。弧段60a和60b均包括具有深度72的凹槽，各凹槽限定了金属板14在凹槽最深部分处的变薄厚度70。
当电池10的内部压力超过预定限值时，减压孔40开始工作以释放电池10内部的气体和/或液体。该限值选择成可使孔40将在筒体12于其它地方破裂之前或者负极端子30或封闭件38的一部分从电池10中弹出来之前打开。当超过该压力限值时，金属板14在一个或多个厚度变薄弧段60a和60b处裂开或破裂。当气体或液体从金属板14内的该孔中逸出时，电池10内的压力便下降。在图4中显示了孔40打开之后的图3所示金属板14。环圈内部区域64的部分74a和74b一般离开电池10而向外偏转。环内区域64在一个或两个未变薄部分62a和62b处仍与环外区域66保持相连，在向外偏转的部分74a和74b打开之处形成了铰接。为了防止干扰孔40的打开，部分74a和74b距金属板14的外侧具有足够的间隙，以便它们能够不受阻碍地向外偏转。当环内区域64在未变薄部分62a和62b处仍与环外区域66保持相连时，不受阻碍地打开孔所需的间隙量便减小，同时在金属板14中提供了较大的打开区域以快速地减小电池内部压力。如果环圈58在超过两处断开，那么只需较少的间隙，但是所打开的区域也减少。图4显示了在两处厚度变薄弧段处打开的孔。通常孔只会在一个弧段即较弱的弧段处打开。因此，本发明可以提供备用的孔。如果一个弧段不能如预期地那样打开，孔可在另一弧段处打开，以释放电池中的压力。
电池10可具有在孔40上延伸的正极端盖。这可提供对孔的保护，保证至孔40的外部有足够的间隙，并在孔40打开时提供用于容纳从电池10内释放出来的材料的一些容积。金属板14和正极端子42的凸台44的内部之间的空间允许孔40向外打开，而端子42不会干扰向外偏转的部分74a和74b。
正极端盖42不是必需的，只要在孔40的外部具有足够的间隙以用于孔的正确操作即可。在这种电池中，环内区域64由未变薄部分62a和62b中的至少一个来保持。
图3所示的弧段60a和60b具有固定格式的形状，其具有笔直的垂直壁、平坦的水平底部，以及位于壁和底部之间的尖锐角部。实际上，制造这种形状的凹槽是很难的，甚至在利用具有直边和尖锐角部的工具时也是如此。侧壁和底部不会是笔直或平坦的，而且凹槽边缘处的角部趋向于略微圆化。变薄凹槽可具有除图3所示以外的其它截面形状。例如，它们可具有U形或V形的形状，或者梯形的形状，如图5所示的凹槽160。
虽然图2所示实施例具有位于电池封闭端中的减压孔，但是减压孔可以类似的方式形成在容器开口端的封闭件中的金属板中。在封闭件的含孔金属板上提供盖、例如图1所示的负极端盖，就可以提供与上述在孔处于容器封闭端中时的正极端盖相同的优点。然而，孔必须能够在不会干扰负极端子的前提下充分打开，以便在所需的时间内释放电池的内部压力。和图1所示电池相比，封闭件中的减压孔可能需要额外的电池元件，但是在某些情况下，在单独的金属板中形成减压孔可能比在属于筒体的一个整体部分的金属板中(例如如果筒体的直径非常小时)形成孔更容易一些。
图1所示电池中的含孔金属板是大致平坦的。当厚度变薄的中断的环形凹槽结合在隆起或下凹的环圈(如凸棱或沟槽)中时，金属板和孔所占用的容积较大。另外，当在电池内积聚起压力时，金属板可能会在孔打开之前向外膨胀到较大的程度，在孔的外部需要有更多的间隙。因此，当包含中断的变薄凹槽的环圈没有从金属板的表面上凸起时，通常需要有更多的用于活性材料的空间。
在图1-4所示的实施例中，减压孔具有两个设置在单个环圈上的厚度变薄弧段。可以构思出其它的实施例。例如，孔可包括额外的厚度变薄凹槽。额外的厚度变薄凹槽可以设置在其中布置了厚度变薄弧段的环圈的径向内侧或外侧。它们可以是相交或不相交的笔直或弯曲的凹槽，然而，制造具有不相交凹槽的减压孔所需的加工工具更简单，更易于制造且更易于维护。在另一例子中，含孔板可具有超过一个环圈，各环圈都包括中断的具有不同曲率半径的厚度变薄凹槽。这种孔可设计成能在不同的压力下打开。例如，内环上的凹槽设计成可在相对较低的压力下打开，并具有相对较小的开启面积，而那些外环上的凹槽可在较高的内部压力下打开，以产生较大的开启面积。
在图2中，各个厚度变薄弧段都具有单一的曲率半径；换句话说，弧段的径向中点的曲率半径在该弧上的所有点处保持恒定，并且弧段的曲率半径具有共同的轨迹(即弧段的径向中点全位于相同的环上)。在另一实施例中，弧段可以是不具有单一曲率半径的弯曲弧线的形状。在另一弧段中，半径可以与该弧段所处的环圈的半径不同；在这种实施例中，弧段位于比图2所示的更宽的环面上。这种孔设计对于另一种电池形状、例如卵形而非圆形、圆柱形的形状特别有用，因此，弧段的形状可以与电池容器侧壁的截面形状相匹配。
通常来说，希望孔的设计尽量少地占用电池的总容积，并且在孔打开时不产生弹出物。简单设计通常好于那些无额外优点的复杂设计。
可利用任何适于在金属板中生产出厚度变薄凹槽的方法或方法组合来制造本发明的减压孔。合适的方法包括但不限于冲压、铸造、锻造、轧制、切割、研磨、激光划线以及化学蚀刻。冲压方法如压制尤其适用。当孔布置在筒体底部中时，可以通过深冲压或冲击挤压来制造筒体，并且可利用连续冲模或顺序冲模技术作为单独的工艺或作为筒体制造工艺的一部分而在筒体底部中形成孔。在组合工艺的一个例子中，在压力机上利用顺序冲模对筒体进行深冲压。将金属带输送到冲模中，并通过一系列冲头和冲模进行分度。每个冲头和冲模都对筒体进行更深的冲压，和/或将筒体形成为更接近其最终形状。一个或多个冲头和冲模组将厚度变薄的凹槽压制在筒体的底部中。这通常在接近工艺的终结时进行。在最后的步骤中，从金属带中冲压出在其底部形成有减压孔的成形筒体。通过选择金属带的特征和厚度以及在冲压期间的金属伸长(和变薄)的量和位置(冲模设计的结果)，就可以控制筒体的侧壁和底部的厚度。由于压制凹槽会使筒体底部的形状扭曲，因此在形成了厚度变薄的凹槽之后，还可利用一个或多个单独的步骤来整平或以其它方式修整筒体的底部。虽然这种整形可能会使筒体底部变薄，但是任何这种变薄都是很微小的，而且筒体底部的位于变薄凹槽之外的区域在这里称为“未变薄的”。将压制孔的工艺和筒体冲压工艺结合起来会使加工工具的设计更加复杂，但是其消除了对单独工序的需求，并且可以减少制造中的总成本和差异性。
如上所述，通过筒体/金属板制造工艺期间的压制或者作为单独工序的压制，就可以形成减压孔的厚度变薄的凹槽。在压制中对位于冲头和冲模之间的金属板施力。冲头或冲模或这两者都可包括凸部，其导致金属流动成所需的形状。
在设计减压孔时，需要考虑一些制造因素，例如冲模设计和制造的成本和简易性、设备的工作速度、成型设备上的应力、加工工具(例如冲头和冲模)的磨损和维护、制品的差异性，以及规定尺寸的公差。在某些制造因素与其它因素发生冲突时需要作出折衷。当采用压制工艺时，径向对称的孔设计有助于减小工具上的应力。这会降低所需的工具维护频率、工具更换频率，以及孔尺寸的差异性，从而对生产成本、质量和可靠性作出有利的贡献。就实用意义来说，希望以加工工具对其而言易于制造、耐磨且易于维护的方式来结合孔的设计形状。因此，通常需要有简单的孔设计。
除了上述制造因素以外，减压孔的设计必须能够以可控且安全的方式有效地工作，以释放电池中的过大压力。良好的孔设计将在电池内外之间的所需压差下打开，并且能足够快地打开足够大的区域。所需的特征可以包括大大超出电池正常工作压力的最小孔促动压力，大大低于将发生不受控释放时的压力的最大孔促动压力，以及较低的孔促动压力差异。孔在非常短的时间内完全打开以产生最大的开启面积也是有利的。还希望使孔在打开之前、打开期间和打开之后能以减小电池变形(例如筒体膨胀)的方式工作。
许多因素会影响孔的促动压力和孔的打开方式。这些因素包括但不限于金属的类型和特征(例如硬度、张应力和延伸率)、含孔板的未变薄的厚度、含孔板在变薄凹槽处的厚度、凹槽的截面形状、含孔板的直径、凹槽的平面形状和尺寸、凹槽在含孔板上的位置，以及使凹槽弧段中断开的未变薄部分的宽度。
采用有限元分析的计算机模拟软件如ABAQUS(美国罗德岛Pawtucket市的Hibbit，Karlsson & Sorensen，Inc.生产)和MARC K7.3(美国加利福尼亚州洛杉矶市的MSC.Software公司生产)是设计减压孔的有用工具；它考虑了这些要素。例如，可以基于其它要求如电池的电化学性能、尺寸以及封闭和密封的方法来选择筒体的材料和厚度。那些相同的因素在确定减压孔在多大所需压力下应当打开时也是很重要的。这样，对于给定的孔设计来说，可采用有限元分析来预测孔促动压力，并改善设计以满足特定电池的要求。
图1所示的本发明电化学电池组电池的一个实施例是圆柱形Zn/MnO2碱性电池，其容器包括带有封闭底端和开口顶端的金属筒体。在筒体的开口端中设有封闭件，其将活性材料和电解质密封在电池中。以下将详细介绍这个实施例。
筒体可由任何合适的材料制成。合适的材料是一种可形成所需的形状并适于将内容物密封在电池内的材料。它应当在与电池的内部元件和预期的外部环境相接触时足够稳定，以便提供可接受的性能，甚至在存储了很长时期之后也是如此。由于也用作阴极集电器，因此筒体将具有良好的导电性。
Zn/MnO2碱性电池通常使用钢。钢容器的外表面可经电镀以提供耐蚀性、高导电率以及有吸引力的外观。和阴极相接触的至少那一部分侧壁的内表面可以涂覆诸如石墨的材料，以提供筒体和阴极之间的良好电接触。用于Zn/MnO2碱性电池筒体的合适材料的一个例子是用铝来脱氧的低碳、SAE1006或等价的钢基底，其包括最大为0.08重量百分比的碳、0.45重量百分比的锰、0.025重量百分比的磷和0.02重量百分比的硫。钢的粒度是ASTM 8到12。如果基底镀有镍或镍和钴，那么材料应该在电镀之后进行退火，以便使铁从基底扩散到表面上。钢带可具有以下的机械特性：45000磅的最大屈服强度；60000磅的极限强度；在2英寸(50.8毫米)中为25％的最小延伸率；以及82的最大洛氏15T硬度。
为了在电池中提供用于活性材料的最大容积，筒体应尽可能地薄，只要其强度足以承受电池制造、存储和使用中的力即可。筒体的侧壁和底部通常为约0.005英寸(0.13毫米)至约0.014英寸(0.36毫米)厚，通常不超过约0.010英寸(0.25毫米)。在小于0.005英寸(0.13毫米)时，在可接受的电池内部压力下，筒体的侧面和/或底部可能会隆起得过多。这可能导致电池进入和离开电池室的问题。如果筒体的厚度超过0.014英寸(0.36毫米)，那么可能会不必要地减少可用于活性材料的电池容积。筒体壁和底部可以是相同的厚度或不同的厚度。筒体侧壁可在不同的区域中具有不同的厚度，从而在需要之处获得所需的强度，但减小别处的材料量和体积。
阴极以中空圆形柱体的形状形成为贴靠在筒体侧壁的内表面上。普通Zn/MnO2碱性电池的阴极包括MnO2活性材料和石墨颗粒的混合物，其中石墨颗粒用于提高电极的导电率。MnO2通常是二氧化锰电解质(EMD)。合适的碱性电池级EMD可从Kerr-McGeeChemical Corp.(美国俄克拉荷马州俄克拉荷马市)以及ErachemComilog，Inc.(美国马里兰州巴尔的摩市)中得到。EMD优选是钾含量小于200ppm的高电势EMD(至少0.86伏的pH-电压)，如2001年2月15日公布的国际专利文献WO01/11703A1中所公开的EDM。石墨可以是碱性级的石墨粉末、多孔石墨或其混合物。根据1999年1月6日公布的国际专利文献WO99/00270，合适的多孔石墨可从Superior Graphite Co.(美国伊利诺斯州芝加哥市)中得到。混合物通常也含有水(带有或不带电解质盐)，而且通常为了以某种方式改善性能，它还可包括少量(通常少于2％重量比)的其它材料。这种增强性能的材料的例子包括如国际专利申请No.WO00/79622 A1中所公开的渗铌TiO2以及硫酸钡。
在某些电池中，可将粘合剂添加到阴极混合物中以增强阴极。粘合剂也可具有某些其它的所需特性。例如，粘合剂可在形成阴极时用作润滑剂，或在电池中保持电解质，便于离子在放电期间移动。通常为了增大活性材料和导电材料的量，可使用最少量的粘合剂(或者不使用)。当使用粘合剂时，其通常包括正电极混合物的固体成分重量比的约0.1到6％，更典型地为0.2到2％。用于Zn/MnO2碱性阴极的合适粘合剂包括单体或聚合体材料，例如丙烯酸、丙烯酸盐、四氟乙烯、硬脂酸钙、丙烯酸/磺酸钠共聚物，以及苯乙烯与丁二烯、异戊二烯、乙丁烯和乙丙烯中的一种或多种的共聚物。粘合剂材料可单独地使用或组合起来使用。已经发现，CARBOPOLO940(B.F.Goodrich生产的100％酸式的丙烯酸)、Coathylene HA 1681(Hoechst Celanese生产的聚乙烯)、KRATONG1702(KratonPolymers Business生产的苯乙烯、乙烯和丙烯的二嵌段共聚物)、丙烯酸4苯乙烯磺酸钠共聚物可提供良好的电极强度。混合的粘合剂如CARBOPOL940和TEFLON T30B或TEFLON6C(E.I.du Pont deNemours & Co.生产的四氟乙烯)的混合物是有利的。当使用这两种材料的混合物时，CARBOPOL对TEFLON的1∶4到4∶1的重量比是有利的。通常在这个范围内，比率越高，阴极强度越大。例如，在CARBOPOL对TEFLON的3∶1重量比下的阴极强度大于1∶1或1∶3比率下的阴极强度。在使用CARBOPOL/TEFLON混合物时，阴极中的粘合剂基于阴极混合物中的固体不溶成分的重量比水平大约为0.2到2％，优选为0.2到1％。
在模制之前，混合物中的水量基于阴极中的固体不溶成分的重量比为约1.5到8.0％。用于制造冲击模制阴极的典型范围是6到8％。用于环型模制(ring molding)的典型范围是1.5到6％。
形成碱性电池阴极的两种常用方法是环型模制和冲击模制。在环型模制中形成一个或多个(通常为3到5个)环，而后将其以堆叠的形式(一环位于另一环之上)插入到筒体内。筒体和阴极之间需要形成良好的物理接触和电接触。为了达到这个目的，可将环的外径制成为略大于筒体的内径，以便产生干涉配合，或者将环制成为比筒体略小以便于插入，环在插入后通过对内部和/或顶面施力而略微变形，从而将阴极混合物紧紧地压在筒体上。在冲击模制中，将所需量的阴极混合物置于筒体底部，并利用插入到筒体中心的柱塞而模制成所需的尺寸。
模制的阴极混合物的固体填充百分比由固体成分的总和(重量/真实密度)除以所形成阴极的实际体积来确定，其通常为约70-90％，在冲击模制的阴极中，72％是最典型的，而在环型模制的阴极中，75-79％是最典型的。
隔板插入到形成于阴极中的空腔内，从而将阳极与阴极及筒体底部隔开。隔板通常是一层或多层非织造合成纤维的湿法成网的多孔材料，例如日本Kochi-ken的Nippon Kodoshi Corp.生产的0.004英寸(0.10毫米)厚的VLZ105级隔板，或者德国Neuenburg的FreudenbergVliesstoffe KG生产的0.003英寸(0.08毫米)厚的FS2100/063级隔板。隔板的每层都从隔板材料的长带中折出，并预制成伸长的篮框形状。隔板覆盖了模制阴极的整个内表面，以及筒体底部的任何外露内表面，并向上延伸到模制阴极的顶部之外，通常高得足以在电池完成时与封闭件的内表面接触。
阳极混合物通常是分布在阴极和隔板的空腔中的可流动凝胶。凝胶包括胶状锌颗粒的混合物。锌可以是粉末或薄片的形式，或者这两者的组合形式。可以使用含有铋、铟和铝的未汞化的锌合金。优选具有约110μm的d50的锌粉末可从Umicore(比利时布鲁塞尔)中得到，而锌薄片(如5454.3级)可从Transmet Corp.(美国俄亥俄州哥伦比亚市)中得到。阳极还含有水、氢氧化钾电解质以及胶凝剂。一种普通的胶凝剂是100％酸式的丙烯酸，例如B.F.GoodrichSpecialty Chemicals(美国俄亥俄州克里夫兰市)生产的CARBOPOLO940。也可在阳极混合物和/或电解质中添加少量的其它材料，以减少电池中产生的气体和/或增强放电性能。这种材料的例子包括In(OH)3、ZnO和硅酸钠。
在包括阳极、阴极和任何添加到电池中的其它额外电解质或水在内的成品电池的电解质中，总KOH浓度将通常为约36到40％重量比。
电池中的阴极和阳极的相对量是平衡的，这样，如果电池完全放电，阳极和阴极的其中一个电极仍有少量电荷保留。通常希望阳极略微超过一些。例如，基于各电极的理论输入电容(假定二氧化锰的电子放电为1.33)，阳极对阴极的标称比值可以在0.90∶1到0.99∶1之间。
在将阳极置于电池中之后，就将封闭件插入到筒体的开口端内。封闭件可包括阳极集电器。集电器穿过密封件中的孔，从而与负极端盖相接触。阳极集电器可以是钉或销的形式。集电器可由黄铜制成，并涂覆高氢过电压材料如铟或锡。如美国专利No.5188869中所公开的那样，可通过抛光将铟施加到集电器上。或者，可通过电镀来施加锡。
图1中的电池具有形成于筒体底部中的减压孔，从而允许使用不包括减压孔的小体积封闭件。或者，由于本发明的减压孔是小体积的孔，因此可以在作为小体积封闭件的一部分的金属板上形成该孔。图1中的封闭件具有也用作电池负极接触端子的金属盖，以及位于盖和筒体之间的环形垫圈。盖是导电的，而且可由金属如钢制成。通常在盖的外表面上镀镍以使其耐腐蚀。也可在盖的内表面上进行涂覆，以防止在电解质和/或电极材料与其接触时发生会产生气体的反应。垫圈可以是能够在筒体和盖之间形成压缩密封的弹性材料。合适的垫圈材料包括尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯，聚合物(例如聚丙烯和冲击改性的聚苯醚，例如美国马萨诸塞州Pittsfield市的GE Plastics Co.提供的NORYLEXTENDTM PPX7110和PPX7125)的共混物，以及其它在压缩时具有较低冷变形速率的聚合物材料。也可在垫圈和筒体之间或者在垫圈和盖之间的界面处使用密封剂。当电池封闭时，筒体开口端的直径减小，而且筒体的顶边被卷起，从而将封闭件向下推至压筋上。因此，筒体侧壁具有刚好位于垫圈之下以支撑封闭件的环形压筋。
在本发明的电池中可使用其它的封闭件设计和电池封闭工艺。图6显示了电池110的例子，其中盖在筒体开口顶部的外部上卷起。在这种设计中，筒体112的顶边向外卷曲以增加强度。位于卷曲边缘之下的筒体开口端向内颈缩，使得盖130不会径向向外地延伸而超过筒体主体部分的外径。阳极集电器128与盖的中央电连接。盖的周边向内卷在垫圈上，从而将盖锁定在筒体的卷曲边缘之下。垫圈132不仅形成了盖和筒体之间的压缩密封，而且其在盖的内表面上延伸，形成了集电器周围的压缩密封，保护盖不与电池的内容物接触。这种设计的体积小，并且具有在电池的封闭期间很少或没有轴向负荷作用在筒体上的额外优点。这可以消除筒体中的对用来支撑封闭件的压筋的需求，并且能够使用具有更薄侧壁的筒体。在本发明的电池中可使用其它小体积的设计。其例子包括在美国专利6410186、6368745、6312850、6300006、6300004、6294283、6287350、6265096和6251536以及共同未决的美国专利申请No.10/034687中所公开的设计，这些文献通过引用结合在本文中。
在下述示例中将详细地介绍本发明的实施例
示例1
如下所述地来制造其中减压孔位于其底端中的适用于LR6型电池的筒体。
对用铝脱氧的低碳钢带(约0.04％的碳含量)进行深冲压来制造筒体，该钢带具有0.010英寸(0.254毫米)的标称厚度，约120的维氏显微硬度，以及ASTM 8到12的粒度。钢带在其外表面上镀有镍，在其内表面上镀有镍和钴，并且经过了扩散退火处理。筒体在美国Baird多工位压力机上制出。
采用包括有可换硬合金镶衬的冲模来制造减压孔。采用一次压制步骤来在筒体底部的外表面上形成减压孔的厚度变薄凹槽。利用金刚石膏状抛光剂来将物理地冲击筒体底部以形成凹槽的硬合金镶衬的突起部分抛光到2微英寸(0.051μm)的表面光洁度或更低。其后进行筒体底部的整平步骤，以保证得到平整的底部。在成型期间采用水基润滑剂来冷却和润滑钢件及冲模。用碱性清洁液来清洗已完工的筒体，以去除润滑剂和其它残留物。
所需LR6筒体的标称尺寸如表1所示。
表1
  描述   尺寸
  筒体高度   1.926英寸(48.92毫米)
  至筒体台阶顶部的高度(从底部外侧)   1.807英寸(45.90毫米)
  筒体的外径(筒体台阶之上)   0.568英寸(14.43毫米)
  筒体本体的内径(筒体台阶之下)   0.526英寸(13.36毫米)
  筒体底角部的曲率半径(外表面)   0.025英寸(0.64毫米)
  台阶之上的筒体侧壁厚度   0.0103英寸(0.26毫米)
  台阶之下的筒体侧壁厚度   0.0098英寸(0.25毫米)
  筒体底部的厚度(未变薄的)   0.010英寸(0.25毫米)
在图7和8中详细地显示了所选择的减压孔设计。每个厚度变薄弧段具有相当于环圈曲率半径的单一曲率半径。在包括端盖和封套的已完成电池中的减压孔打开时的最大内部压力设为1650磅每平方英寸(psi)(116.0kg/cm2)。最小的电池排气压力设为1050psi(73.8kg/cm2)。用于各LR6电池的这些限值对应于800到1400psi(56.2-98.4kg/cm2)的筒体排气压力。利用有限元分析，可将所需的减压孔标称尺寸选择为表2中的尺寸，以产生出平均排气压力处于1000到1150psi(70.3-80.8kg/cm2)之间的筒体。凹槽的形状可选择成便于制造。通过所示的侧壁角度和凹槽底部的宽度，可以容易地维护加工工具。最初将工具设置用于约0.003英寸(0.076毫米)的凹槽厚度，而后进行调整，直至获得所需的平均排气压力时为止。调整凹槽的厚度也可以是在制造工艺期间保持所需排气压力的一种简便方法。需要设置最小的凹槽厚度限值；在该例子中选择0.002英寸(0.051毫米)作为最小厚度。厚度变薄弧段两端的未变薄部分的宽度选择为0.060英寸(1.52毫米)，以保证在孔打开时，筒体底部的环内区域仍将与环圈的径向外侧区域保持相连。
表2
  图7和8  描述   尺寸
  R  环圈的曲率半径(从筒体的纵轴到   0.100英寸(2.54毫米)
  环的径向中点)
W   厚度变薄弧段之间的未变薄部分的宽度(弧段的径向中点之间) 0.060英寸(1.52毫米)
  D   凹槽的深度   0.007英寸(0.18毫米)
  T   凹槽的厚度   0.003英寸(0.076毫米)
  G   底部处的凹槽宽度   0.004英寸(0.10毫米)
  A   凹槽壁的角度(离垂直方向)   30度
  L   厚度变薄弧段的弧长(各弧段)   145度
图7和8是固定格式的图，其显示了带有规则平坦表面和尖锐角部的凹槽。实际形成的减压孔具有带略微不规则表面的凹槽。在测量实际形成的孔的尺寸中，可利用平均值来补偿不规则性。可采用灌封和横切来制备筒体，以进行减压孔尺寸的测量。也可采用其它方法来产生相当的结果。可利用例如Smart Scope Model ZIP 250(美国纽约州Rochester的Optical Gaging Products，Inc.生产)的仪器来对凹槽深度进行非破坏性测量。通过从用千分尺测出的未变薄底部的厚度中减去该凹槽深度的测量结果，便可计算出凹槽底部处的筒体厚度(凹槽厚度)。
示例2
对示例1中的筒体进行测试以评估在减压孔打开时的压力。由于在筒体是空的时候比其已用于电池中之后更容易进行测试，因此首先在电池和筒体排气压力的结果之间建立相关性。为了方便地和最接近地模拟电池中压力积聚的方式，采用液压的方式来测试使用中的电池。出于方便的原因，可以利用气流仪来测试空的筒体。
利用可从美国明尼苏达州St.Paul的Fastest Corporation得到的Fastest Pneumatic Can Vent Tester(型号为FES0-04)来进行空筒体的气压测试。通过将筒体放入测试夹具中，将筒体的开口端密封在夹具上，并以大约50lbs./sec.(3.5kg/sec.)的选定速率来对筒体内部加压直至减压孔打开，从而测试每个筒体。通过调节压力入口处的针阀来控制加压速率，使得压力读数为300和800psi(21.1和56.2kg/cm2)之间的时间间隔是10秒。利用具有峰值保持特征的电子测量仪来监测筒体内的压力。筒体排气压力是孔已打开后从该仪表中读出的峰值压力读数。也可观察筒体以确定孔内区域是否仍与孔外区域相连，如果是，则确定是否发生在孔的厚度变薄弧段之间的一处或两处未变薄部分上。测试夹具专为此测试设计。测试夹具的设计会影响测试结果，因此电池和筒体排气压力之间的相关性将依赖于所使用的测试夹具。
示例1中的筒体排气压力平均为1090psi(76.6kg/cm2)，标准偏差为72psi(5.1kg/cm2)。当筒体减压时，筒体底部的任何部分均不会弹出；在任何情况下，筒体底部的环内部分仍与筒体相连。相比而言，当对弧段两端之间只有0.050英寸(1.27毫米)的未变薄部分的相似筒体进行测试时，两段未变薄的部分有时会断裂，而且筒体底部的环内部分会从筒体中弹出约20％。
在示例1所示的2000000个LR6筒体的制造期间，频繁地检查凹槽的厚度并周期性地测试筒体的排气压力。在整个制造周期内没有观察到在凹槽厚度或筒体排气压力方面因工具磨损而引起的显著差异。相对于用来形成无减压孔凹槽的筒体所使用的普通工具而言，用于压制减压孔凹槽的工具的维护不必更频繁。
示例3
将适用于LR03型电池的筒体制成为具有表3所示的尺寸。筒体制造工艺如示例1所述，并使用了0.010英寸(0.25毫米)厚的钢带。
表3
  描述   尺寸
  筒体高度   1.689英寸(42.90毫米)
  至筒体台阶顶部的高度(从底部外面)   1.569英寸(39.86毫米)
  筒体的外径(筒体台阶之上)   0.4115英寸(10.45毫米)
  筒体本体的内径(筒体台阶之下)   0.380英寸(9.66毫米)
  筒体底角部的曲率半径(外表面)   0.020英寸(0.51毫米)
  台阶之上的筒体侧壁的厚度   0.010英寸(0.25毫米)
  台阶之下的筒体侧壁的厚度   0.008英寸(0.21毫米)
筒体底部的厚度(未变薄的)   0.0090-0.0105英寸(0.23-0.27毫米)
在图7和8中显示了所选的减压孔设计，表4显示了标称尺寸。凹槽的形状(深度、侧壁角度和底部宽度)以及弧段两端之间的未变薄部分的宽度保持与示例1中的相同。减小环圈的曲率半径，以产生1800psi(126.5kg/cm2)的所需标称筒体排气压力。
表4
  图7和8   描述   尺寸
R   环圈的曲率半径(从筒体的纵轴到环的径向中点) 0.070英寸(1.78毫米)
W   厚度变薄弧段之间的未变薄部分的宽度(弧段的径向中点之间) 0.060英寸(1.52毫米)
  D   凹槽的深度   0.007英寸(0.18毫米)
  T   凹槽的厚度   0.003英寸(0.076毫米)
  G   凹槽底部的宽度   0.004英寸(0.10毫米)
  A   凹槽壁的角度(离垂直方向)   30度
  L   厚度变薄弧段的弧长(各弧段)   160度
示例4
以与示例2中相同的方式确定示例3所示筒体的排气压力。实际的筒体排气压力平均为1848psi(129.9kg/cm2)，标准偏差为79psi(5.6kg/cm2)。
示例5
根据图7所示的LR6电池筒体来设计减压孔，该筒体由0.008英寸(0.20毫米)厚的钢带制成。筒体的标称排气压力选择为800到900psi(56.2-63.3kg/cm2)。表5中显示了筒体的标称尺寸，表6显示了孔的标称尺寸。由于筒体制造成用于带有与示例1所示筒体中的不同封闭件设计的电池中，因此筒体顶部的外径是不同的。从示例1中的0.010英寸(0.25毫米)来减小筒体底部厚度也降低了筒体的排气压力，这是因为所需的筒体排气压力也将降低，因此，如示例1中所用的相同孔尺寸也可用于示例5中。
表5
  描述   尺寸
  筒体高度   1.924英寸(48.86毫米)
  至筒体台阶顶部的高度(从底部外面)   1.766英寸(44.86毫米)
  筒体的外径(筒体台阶之上)   0.582英寸(14.78毫米)
  筒体本体的内径(筒体台阶之下)   0.530英寸(13.46毫米)
  筒体底角部的曲率半径(外表面)   0.025英寸(0.64毫米)
  台阶之上的筒体侧壁的厚度   0.008英寸(0.20毫米)
  台阶之下的筒体侧壁的厚度   0.008英寸(0.20毫米)
筒体底部的厚度(未变薄的)   0.007-0.009英寸(0.18-0.23毫米)
表6
  图7和8   描述   尺寸
R   环圈的曲率半径(从筒体的纵轴到环的径向中点) 0.100英寸(2.54毫米)
W   厚度变薄弧段之间的未变薄部分的宽度(弧段的径向中点之间) 0.060英寸(1.52毫米)
  D   凹槽的深度   0.007英寸(0.18毫米)
  T   凹槽的厚度   0.003英寸(0.076毫米)
  G   凹槽底部的宽度   0.004英寸(0.10毫米)
  A   凹槽壁的角度(离垂直方向)   30度
  L   厚度变薄弧段的弧长(各弧段)   145度
示例6
如示例2所示地对示例5中的筒体进行排气测试。排气压力平均为865psi(60.8kg/cm2)，标准偏差为31.3psi(2.2kg/cm2)。当筒体减压时，筒体底部的任何部分均不会弹出；在任何情况下，筒体底部的环内部分仍与筒体相连。
示例7
针对LR20型电池中所用的筒体来设计一种减压孔。在表7中显示了筒体的标称尺寸，在表8中显示了减压孔的标称尺寸。凹槽的形状(深度、侧壁角度和底部宽度)以及弧段两端之间的未变薄部分的宽度保持为与示例1中的相同。增大环圈的曲率半径，以产生475psi(33.4kg/cm2)的所需标称筒体排气压力。
表7
  描述   尺寸
  筒体高度   2.346英寸(59.59毫米)
  至筒体台阶的顶部的高度(从底部外面)   2.088英寸(53.04毫米)
  筒体的外径(筒体台阶之上)   1.319英寸(33.50毫米)
  筒体本体的内径(筒体台阶之下)   1.277英寸(32.44毫米)
  筒体底角部的曲率半径(外表面)   0.038英寸(0.97毫米)
台阶之上的筒体侧壁的厚度   0.0110-0.0125英寸(0.28-0.32毫米)
台阶之下的筒体侧壁的厚度   0.0090-0.0110英寸(0.23-0.28毫米)
筒体底部的厚度(未变薄的)   0.0095-0.0105英寸(0.24-0.27毫米)
在图7中显示了所选的减压孔设计，在表8中显示了标称尺寸。
表8
  图7和8   描述   尺寸
R   环圈的曲率半径(从筒体的纵轴到环的径向中点) 0.1745英寸(4.43毫米)
W   厚度变薄的弧段之间的未变薄部分的宽度(弧段的径向中点之间) 0.060英寸(1.52毫米)
  D   凹槽的深度   0.007英寸(0.18毫米)
  T   凹槽的厚度   0.003英寸(0.076毫米)
  G   凹槽底部的宽度   0.004英寸(0.10毫米)
  A   凹槽壁的角度(离垂直方向)   30度
  L   厚度变薄的弧段的弧长(各弧段)   160度
虽然实际的筒体排气压力不是精确地处于示例2、4和6中所预选的标称值，但是它们都处于约10％的范围内，这显示有限元分析是用于减压孔设计的有用工具。如果需要的话，通过改变厚度变薄凹槽的曲率半径便可调节实际的平均排气压力。或者，通过改变一个或多个其它的孔设计参数，例如位于厚度变薄弧段的两端之间的未变薄部分的宽度、凹槽底部的宽度以及凹槽的厚度，就可以调整孔的压力。
从示例1、3和7中的减压孔尺寸以及示例2和4中的测试结果中可以清楚，当筒体底部的厚度没有变化时，相同的孔设计可以容易地适用于不同尺寸的电池。这可以通过改变厚度变薄弧段所处的环圈的曲率半径，并从作为筒体直径的函数的环圈曲率半径的曲线上进行内插或外推来实现。然后可以经验性地进行微小变化，以将筒体的平均排气压力调整到所需的标称值。
如上所述，本发明可用于各种尺寸的电池，例如容器外径为约0.4英寸(10毫米)到约1.4英寸(36毫米)、以及减压孔具有约0.06英寸(1.5毫米)到约0.18英寸(4.6毫米)的中断的环圈(凹槽)曲率半径的电池。对于LR6型电池而言，已经阐述了0.100英寸(2.54毫米)的环圈曲率半径，但是通过调整其它的孔设计尺寸，其它的曲率半径、例如从约0.085英寸(2.16毫米)到约0.115英寸(2.92毫米)以及超出这一范围的曲率半径都可认为是合适的。
虽然已经参照某些优选形式非常详细地介绍了本发明，但是也可以采用其它形式。因此，所附权利要求的精神和范围不应受限于本文所包含的优选形式的描述。

Claims (36)

1.一种电化学电池组电池，包括：
正电极、负电极和电解质；
容器，其包括侧壁、开口端和封闭端，所述封闭端包括第一金属板；
封闭件，其包括选自第二金属板和密封件中的至少一个部件，并设置于所述容器的开口端中且封闭了该开口端；和
减压孔，其包括至少一个有中断的厚度变薄的环形凹槽，并形成于含孔的金属板上；
其中：
所述厚度变薄的凹槽至少在两个位置处中断，各所述位置均由所述含孔金属板的未变薄部分形成，从而形成了至少两个厚度变薄的弧段；
当电池的内部压力超过外部压力达预定差值时，所述减压孔能在所述凹槽处打开，使得所述含孔板的处于凹槽径向内侧的区域通过使所述凹槽中断的一个或多个未变薄部分而与所述含孔板的处于凹槽径向外侧的区域保持相连；
所述含孔金属板是选自第一金属板和第二金属板中的至少一个部件；和
所述厚度变薄的凹槽形成于含孔金属板上的更靠近板中心而非板边缘的位置。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述含孔板是所述第一金属板。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第一金属板是所述容器的一个整体部分。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述含孔板是所述第二金属板。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述含孔板的处于凹槽径向内侧的区域通过所有所述未变薄部分与凹槽外侧的区域保持相连。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述含孔板的处于所述环形凹槽内的表面没有凸出到所述含孔板的相邻表面之外。
7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所有弧段都是不相交的。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述至少一个环形凹槽没有相交的厚度变薄凹槽。
9.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述至少一个环形凹槽的所有弧段具有相等的曲率半径。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述至少一个环形凹槽的各弧段具有单一曲率半径，而且所述弧段设于所述金属板上，使其所有曲率半径具有共同的轨迹。
11.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述减压孔径向对称地设置在所述含孔板上。
12.一种电化学电池组电池，包括：
含有二氧化锰的正电极，含有锌的负电极，以及含有碱性水溶液的电解质；
容器，其包括侧壁、开口端和封闭端，所述封闭端包括第一金属板；
封闭件，其包括选自第二金属板和密封件中的至少一个部件，并设置于所述容器的开口端中且封闭了该开口端；和
减压孔，其包括至少一个环圈，所述环圈包括有中断的厚度变薄的凹槽，并形成于所述第一金属板上；
其中：
所述正电极设在所述容器的侧壁的附近，所述负电极设在所述正电极内的空腔中；
所述厚度变薄的凹槽至少在两个位置处中断，各所述位置均由所述第一金属板的未变薄部分形成，从而形成了至少两个厚度变薄的弧段；
当电池的内部压力超过外部压力达预定差值时，所述减压孔能在一个或多个所述弧段处打开，使得所述第一金属板的处于凹槽径向内侧的区域通过使所述凹槽中断的一个或多个未变薄部分而与所述第一金属板板的处于凹槽径向外侧的区域保持相连；和
所述厚度变薄的凹槽形成于含孔金属板上的更靠近板中心而非板边缘的位置。
13.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，所述电池包括围绕着所述容器侧壁的封套。
14.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，在所述第一金属板上设有接触端子，其在所述减压孔上延伸。
15.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，所述容器是圆柱形的。
16.根据权利要求15所述的电池，其特征在于，
所述容器由用铝脱氧、SAE 1006、经扩散退火且镀有镍的钢制成，所述钢包括不超过0.08重量百分比的碳、0.45重量百分比的锰、0.025重量百分比的磷以及0.02重量百分比的硫；
所述容器具有0.4到1.4英寸之间的外径；所述第一金属板的未变薄厚度为0.005到0.014英寸之间，包括0.005和0.014英寸。
17.根据权利要求16所述的电池，其特征在于，各所述未变薄部分形成了所述厚度变薄凹槽中的中断部分，其在相邻弧段之间至少为0.060英寸宽。
18.根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所有弧段都由0.06到0.18英寸且包括0.06和0.18英寸的单一曲率半径限定，所有弧段都设在所述第一金属板上，使其所有的曲率半径具有共同的轨迹。
19.根据权利要求17所述的电池，其特征在于，所述电池是LR6型电池，所述曲率半径为0.085到0.115英寸且包括0.085和0.115英寸，所述第一金属板的未变薄厚度为0.005到0.010英寸且包括0.005和0.010英寸，而且各所述厚度变薄凹槽具有不小于0.002英寸的厚度。
20.根据权利要求16所述的电池，其特征在于，各所述厚度变薄凹槽具有不小于0.002英寸的厚度。
21.根据权利要求16所述的电池，其特征在于，各所述厚度变薄凹槽具有梯形的截面形状。
22.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，所述第一金属板是所述容器的一个整体部分。
23.根据权利要求12所述的电池，其特征在于：
所述封闭件还包括带有外周边缘的金属盖；
所述金属盖的外周边缘弯折在所述容器的开口端上，从而对所述金属板的内表面和所述容器侧壁的外表面之间的密封件进行压缩；和
与所述容器侧壁的同所述密封件接触的一部分外表面相比，所述金属盖的外周边缘设置成更接近所述电池的纵轴。
24.一种用作电化学电池组电池的容器的金属筒体，所述筒体包括侧壁、开口端和封闭端，所述封闭端包括整体式金属板，其中：
所述金属板包括第一表面、第二表面，以及形成在所述第一和第二表面中的至少一个表面上的中断的厚度变薄的环形凹槽；
所述厚度变薄的凹槽至少在两个位置处中断，各所述位置均由含孔金属板的未变薄部分形成，从而形成了至少两个厚度变薄的弧段；
当暴露在预定水平之上的所述第一和第二表面之间的压差中时，所述板能够在一个或多个弧段处开启，使得所述板的处于凹槽径向内侧的区域通过使所述凹槽中断的一个或多个未变薄部分而与所述板的处于凹槽径向外侧的区域保持相连；和
所述厚度变薄的凹槽形成于含孔金属板上的更靠近板中心而非板边缘的位置。
25.根据权利要求24所述的筒体，其特征在于，所述处于凹槽径向内侧的区域通过所有使所述凹槽中断开的未变薄部分而与处于凹槽径向外侧的区域保持相连。
26.根据权利要求24所述的筒体，其特征在于，所述第一金属板的处于所述环形凹槽内的表面没有凸出到所述第一金属板的处于环形凹槽外的相邻表面之外。
27.根据权利要求24所述的筒体，其特征在于，所述筒体具有圆柱形的形状。
28.根据权利要求24所述的筒体，其特征在于，所述金属端板上的任何厚度变薄的凹槽径向对称地设置。
29.根据权利要求24所述的筒体，其特征在于，所有弧段具有相同的曲率半径。
30.根据权利要求29所述的筒体，其特征在于，所有弧段都具有单一曲率半径并设置在所述金属端板上，使得所有弧段的曲率半径具有共同的轨迹。
31.根据权利要求24所述的筒体，其特征在于，所有弧段都是互不相交的。
32.根据权利要求31所述的筒体，其特征在于，所述环形凹槽无相交的凹槽。
33.根据权利要求24所述的筒体，其特征在于，所述筒体由用铝脱氧、SAE 1006、经扩散退火且镀有镍的钢制成，所述钢包括不超过0.08重量百分比的碳、0.45重量百分比的锰、0.025重量百分比的磷以及0.02重量百分比的硫；所述金属板的未变薄厚度为0.005到0.014英寸厚。
34.根据权利要求33所述的筒体，其特征在于，所述筒体具有0.4到1.4英寸的外径；所述环形凹槽具有0.06到0.18英寸且包括0.06和0.18英寸的曲率半径。
35.根据权利要求34所述的筒体，其特征在于，所述容器具有0 4到0.6英寸的外径；所述环形凹槽具有0.085到0.115英寸的曲率半径。
36.根据权利要求35所述的筒体，其特征在于，各所述未变薄部分形成了所述厚度变薄凹槽中的中断部分，其在相邻弧段之间为至少0.060英寸宽。
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