CN100466358C - 密封垫,双极型电池组和制造有这种密封垫的双极型电池组的方法 - Google Patents

密封垫,双极型电池组和制造有这种密封垫的双极型电池组的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用在欠缺电解液双极型电池组中的密封垫。密封垫是由框架形状的疏水材料制成，用于防止在电池组中安装的相邻电池之间形成电解液路径。框架设计成至少部分地包围在双极型电池组中安装的双片，并包含允许气体传输通过密封垫的装置。密封垫是由有可变形性质的材料制成，用于提供在双极型电池组中安装的双片和/或侧板的密封，从而实现电池组的外部耐压密封件。本发明还涉及欠缺电解液的双极型电池组和制造欠缺电解液双极型电池组的方法。

Description

密封垫，双极型电池组和制造有这种密封垫的双极型电池组的方法
技术领域
本发明涉及在欠缺电解液电池组中密封垫的用途，和至少包含一个密封垫的欠缺电解液双极型电池组。本发明还涉及用于制造欠缺电解液双极型电池组的方法。
背景技术
双极型电池组结构包含所谓双片的导电双极层，它作为电池组中相邻电池之间的电互连，以及电池之间的隔板。为了能够成功地利用双极结构，双片必须充分地导电，可以在电池之间传输电流，在电池环境下是化学稳定的，能够形成和保持与电极的良好接触，并能够与电池边界形成电绝缘和密封，为的是在电池中包含电解液。
由于充电电势在电池组内能够产生气体以及电解液在碱性电池组中的蠕变性质，这些要求在可再充电的电池组中是很难实现的。实现这些特性的适当组合确实是非常困难的。为了保持无需维护的运行，理想的是在密封的结构中运行可再充电的电池组。然而，密封双极型设计通常利用平面电极和叠层电池结构，这种结构很难保存现有的气体以及和在电池运行时产生的气体。在密封的结构中，充电时产生的气体需要在电池内部进行化学复合以实现稳定的运行。维持压力要求在稳定的双极型结构设计中增加新的难度。
在运输，通信，医学和电动工具领域中新的要求不断产生现有电池组不能满足的技术规格。这些技术规格包括较高的循环次数寿命以及快速和有效再充电的需要。
NiMH系统可以看成满足循环次数寿命的方案，但是，现有常规加工的成本太高。
在Bronoet et al.的US 5,344,723中，公开一种有共同气体室的双极型电池组，它是由通过双片(导电支承和/或隔板)的开孔建立共同气体室。开孔还配置疏水性阻挡层以防止电解液流动通过。虽然他们解决了电池之间的压力差问题，但是仍然存在上述电池组的缺点。每个双片边缘周围的外部密封必须是液体密封，这是很难实现的。若外部密封不是液体密封，则电极之间隔板中包含的电解液和电极中的电解液可以从一个电池迁移到另一个电池。
在转让给本申请人的已公开的国际专利申请WO 03/026042 A1中，它提出与US 5,344,723中所述方案不同的方案，其中疏水性阻挡层设置在电极的周围，而不是在双片中开孔的周围。还设置减压阀以防止在电池组外壳内产生过高的压力。然而，制造这种设计双极型电池组的成本是相当昂贵的，因此，我们需要构造一种新颖的双极型电池组，它有较少数目的元件并利用不太复杂的处理步骤以制成双极型电池组(bipolar battery)。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可以简化双极型电池组制造过程的密封垫。
这个目的通过以下方案来实现:一种在欠缺电解液双极型电池组中密封垫的用途，该电池组至少有两个电化学电池、一个排列在每一电池之间的双片、和紧邻双片排列的密封垫，其中每一密封垫由疏水材料制成，以防止在电池组中相邻电池之间形成电解液路径。每一密封垫呈框架形并设计成至少部分地包围着双极型电池组中的每一双片，并设有允许气体通过每一密封垫传输的装置。每一密封垫由有可变形性质的疏水材料制成，向每一双片提供密封，从而实现电池组的外部耐压密封件。
本发明的另一个目的是提供一种容易制造的双极型电池组。
这个目的通过以下方案来实现:一种至少有两个电化学电池的欠缺电解液双极型电池组，包括:外壳，与负电极接触的负侧板，与正电极接触的正侧板；至少一组负电极、双片、和正电极，它们被安排成所述负侧板与所述正侧板之间的夹层结构；和至少一个隔板，它被安排在形成电池组的电池的每个负电极与正电极之间，所述隔板包含电解液。框架形状的密封垫由疏水材料制成并安排在各双片和/或双片与侧板之间，因此，所述密封垫可以防止形成从一个电池到另一个电池的电解液路径。密封垫由有可变形性质的材料制成，用于密封每个双片和每个侧板，由此在外壳内形成电池组的外部耐压密封件。密封垫还设有装置，允许相邻电池之间的气体通过密封垫传输，从而在电池组中建立所有电池的共同气体空间。
本发明的另一个目的是提供一种用于制造双极型电池组的方法，它利用相对于现有技术简化的密封垫。
这个目的通过以下方案来实现:一种用于制造欠缺电解液双极型电池组的方法，包括以下步骤:
在正侧板与负侧板之间提供正电极、隔板、负电极、和双片，用于在外壳内构造所需数目的电池组中的电池，
提供正侧板的正接入点，和负侧板的负接入点，
提供由有可变形性质的疏水材料制成的密封垫，该密封垫设计成至少部分地包围每一双片的框架形状，并设有允许气体通过密封垫传输的装置，所述密封垫排列在每个双片和/或双片与每个侧板之间，用于在电池组内建立共同的气体空间，
提供从电池组外部到共同气体空间的通道，
对排列在正侧板与负侧板之间的所有密封垫加压，为电池组提供外部耐压密封件，并防止在相邻电池之间形成电解液路径，和
用电解液填充隔板。
本发明的优点是，与现有技术的电池组比较，在本发明电池组中可以存储更多的能量，因为密封垫是作为疏水阻挡层，耐压密封件和在电池组内形成用于建立共同气体空间的装置。这可以更有效地利用现有的空间，并使用比现有技术电池组更大的电极。
本发明的另一个优点是，与现有技术的装置比较，它具有进一步的成本优越性和装配优越性。
通过以下对公开的双极型电化学电池组和双片组件的详细描述，本领域专业人员还可以知道本发明的其他目的和优点。
附图说明
附图中所展示的不同实施例不是按照比例画出的，而是为了清晰起见夸大地指出不同的重要特征，其中:
图1表示按照本发明第一个实施例的密封垫。
图2a和2b表示图1中密封垫的剖面图。
图3表示按照本发明第二个实施例的密封垫。
图4a和4b表示图3中密封垫的剖面图。
图5表示按照本发明第三个实施例的密封垫。
图6a和6b表示图5中密封垫的剖面图。
图7表示按照本发明双极型电池组的剖面图。
图8表示按照本发明电池组的透视图，它配置可调整的终端连接器。
图9a-9c表示三个不同的装置，用于真空填充有共同气体空间的双极型电池组。
图10表示按照本发明制造双极型电池组的第一个流程图。
图11表示按照本发明制造双极型电池组的第二个流程图。
图12表示用电解液填充双极型电池组的流程图。
图13表示制成双极型电池组的流程图。
图14表示双极型电池组的部分剖面图，它说明第一个实施例的减压阀。
图15a表示第二个实施例减压阀的分解剖面图。
图15b表示按照图15a所示装配减压阀的剖面图。
图16表示第三个实施例减压阀的剖面图。
具体实施方式
双极型电池组设计的主要优点是它的简单和低电阻损耗。电池组中部件数目是相对地少，它仅包含侧板和双片，以及电极，隔板和电解液和密封元件的正确组合。所需电压的电池组是由重叠所需数目双片构成的。因为每个双片是导电的，但不渗透电解液，随着电池组被重叠，进行电池之间的电连接。
利用每端的电路终端，电流的流动是垂直于极板，它确保均匀的电流和电压分布。由于电流路径非常短，可以大大减小它的电压降。
双极型电池组还有大大减小的重量、体积和制造成本，这是由于元件的减少和它制造方法。
双极型电池组的主要问题是在双极型电池组内各个电池之间得到可靠的密封。在以下的国际专利申请:WO 03/009413，WO03/026055，和WO 03/026042，以及在未公开的悬置的US申请:10/434167和10/434168中公开了解决这个问题的不同方案，所有这些专利申请都转让给本申请人，全文合并在此供参考。
电池的密封对于各种类型的电池组是极其重要的，而双极型电池组也不例外。每个电池包含活性材料(对于NiMH电池组，它分别是氢氧化镍正极和金属氢化物氢存储合金负极)，隔板和电解液。隔板中的电解液用于电极之间的离子传输，且隔板可以提供电极之间电子电流导电的绝缘。优化寿命，重量和体积的最佳设计要求各种气体的复合。
电池组在它们充电时总是产生气体。当电池组接近于充足电时放气速率就增大，并在完全充满电时达到最大值。产生的气体主要是氧气和氢气。
对于镍基双极型电池组，例如，NiMH和NiCd，在负电极中有活性材料时，氧气的复合是相对地快。电池组通常设计成这样，在电池是充电过度时，氧气是首先产生的气体。这需要两个效应:
1)增多负活性材料，通常是超额30％，可以确保充电时释放氧气的正电极首先放出气体。
2)在欠缺电解液电池组中，从正极到负极提供氧气复合的气体通道。得到气体通道是借助于控制电极微孔内并通过隔板的电解液数量。电极的全部表面必须覆盖用于离子传输的薄层电解液，但电解液层必须足够地薄，可以允许气体扩散通过电解液层，且必须允许气体通过活性层和隔板。
若电池组充电过度，则负电极释放氢气。因为气态氢不是很快地复合，所以在电池内生成压力。氧气的复合可以使负电极以与充电速率相同的速率有效地放电，从而避免负电极的充电过度。
活性材料的表面区域以及双极型设计的均匀电压分布可以增强快速复合。
为了简单明了，欠缺电解液电池组的定义是，它具有基本微潮但不是潮湿的结构，这是相对于典型铅酸汽车电池组中电解液淹没型电池组而言。
双极型方法可以确保活性材料上电压降均匀分布在整个面积上，因此，整个电极是在相同的时间完全充足电。这可以避免常规电池组结构中的主要问题，其中部分电极是充电过度并释放气体，而电极的其余(远处)区域还没有完全充足电。
常规电池组中的电池是密封成包含电解液，其目的是使电池有合适的性能和避免在相邻电池之间形成电解液路径，即，连续的离子导电路径。电池之间存在电解液路径可以使电解液连接电池以这样的速率放电，其速率是由路径(路径长度和路径截面积)的电阻确定。双极型电池组的密封更加重要，因为电解液路径非常短。应当注意，这个公开内容的重要特征是，利用有集成电解液阻挡层的密封垫，可以减小或消除任何离子导电路径的电导率。另一个问题是电池工作时产生的热量。与产生的热量多少有关，这种设计必须能够排出热量并保持安全的工作温度。
若在电池之间形成电解液路径，则通过电池组的周期性充足电，可以克服小的电池间泄漏。在低速率下可以使电池组过度充电一定量。低速率允许完全充电的电池复合各种气体而不产生压力，并耗散从复合(recombination)/过度充电中产生的热量。具有很小电池间电泄漏路径的电池变成平衡的电池。
不需要使电池组完全充足电以实现它的有用功能。电池组通常是超额定构造的。若运行要求50AH(安倍小时)，则制作的要求通常至少高出10％。由于电池组的容量在它的寿命期间是不断下降的，所以，新的电池组容量增加预期的损失，在这个例子中，要求新的电池组容量为70AH。考虑到制造过程中出现的变化，制造商的平均设计目标可能为75AH。这种超额定结构是为了补偿充电过度造成的电池组寿命退化。
新颖双极型电池组的重要特征是在电池组内部建立共同气体空间。在双极型电池组中，用于建立所有电池共同气体空间的装置包括有预定形状的密封垫。如以下所描述的，密封垫安排在相邻双片之间和/或双片与侧板之间。密封垫最好是由热塑弹性体复合物制成，它在压力下形成与双片的密封。一个或多个气体通道注模到框架中以确保气体的泄漏路径。如以下结合图7所描述的，若几个密封垫重叠在一起，则产生共同气体空间，它可以消除双极型电池组中各个电池之间的压力差。
图1表示按照本发明第一个实施例的密封垫10。密封垫10是利用有变形性质的疏水材料制成，例如，在变形时产生连续密封的弹性体或其他材料，它具有密封的功能。最好是，密封垫有弹性性质，而合适的材料是热塑弹性体。可以从几个制造商购得热塑弹性体，例如，DuPont Dow Elastomers的
Figure C200480033452D00131
8407，GLS Corp.的
Figure C200480033452D00132
G2780-001或KratonTM Polymers的KratonTM G-7705。最好是，密封垫注塑成型为所需的尺寸和形状。
密封垫10在其正面的边缘上有凸缘11和在反面有凹口12。当密封垫在装配电池组中互相重叠时，凸缘11和和凹口12可以使各个密封垫对齐。凸缘11的另一个作用是使双片与密封垫对齐。密封垫还有通孔13和凹槽14，当双片固定在密封垫上时，它能够连接通孔13到密封垫10内部的空间。通孔13和凹槽14可以在装配电池组中的相邻电池之间形成气体通道，而密封垫的疏水性质可以防止电解液在相邻电池之间形成离子导电路径。因此，密封垫在安装之后有以下四个用途:
1)防止电解液在双极型电池组中相邻电池之间形成离子导电路径(泄漏)，
2)在相邻电池之间形成气体通道，可以在双极型电池组内部建立共同气体空间，
3)对于双极型电池组中的电池提供外部耐压密封件，和
4)在双片之间和双片与侧板之间形成电绝缘支承结构。
图2a表示沿图1中A-A的密封垫剖面图，而图2b表示沿图1中B-B的密封垫剖面图。图2a和图2b中所示第二个密封垫10′的存在还说明凸缘11在安装到电池组中之后如何与凹口匹配。
图1，2a和2b中所示双片15的虚线指出双片15在装配双极型电池组中的位置。应当注意，双片不必堵塞通孔13中的开孔以形成共同气体空间，但部分的凹槽14必须被双片15覆盖，可以防止电解液在电池之间的泄漏。可以使双片的孔与密封垫的孔对齐以实现上述目的。
图3表示按照本发明第二个实施例密封垫20的部分视图。如上所述，密封垫20有凸缘11和对应凹口12。密封垫还有两个相当小的通孔21，每个通孔21有凹槽22，可以连接通孔21到密封垫内部的空间，如在以上结合图1所描述的。双片15也是用虚线表示，它指出双片15在装配到双极型电池组中的位置。为了防止双片在电池组装配时没有对齐，在密封垫20中制成引导装置23，例如，凸台。应当注意，按照这样的方法设计凸台是有利的，可以在每个电池双片附近的两个通孔之间形成通道。在这个实施例中，凸台不必是从双片一直伸展到边缘。
图4a是沿图3中A-A的剖面图，而图4b是沿图3中B-B的剖面图。图4a和4b中所示第二个密封垫20′的存在还说明凸缘11在安装到电池组之后如何与凹口12匹配。
图5表示按照本发明第三个实施例密封垫30的部分视图。如上所述，密封垫30有凸缘11和对应凹口12。密封垫还有5个相当小的通孔31，每个通孔31有凹槽32，可以连接通孔31到密封垫内部的空间，如在以上结合图1所描述的。双片15也是用虚线表示，它指出双片15在装配到双极型电池组中的位置。为了防止双片在电池组装配时没有对齐，在密封垫30中形成几个引导装置33，例如，凸台。应当注意，按照这样的方法设计凸台是有利的，可以在每个电池双片附近的5个通孔之间形成通道。在这个实施例中，凸台的高度小于双片的厚度。
图6a是沿图5中A-A的剖面图，而图6b是沿图5中B-B的剖面图。图6a和6b中所示第二个密封垫30′的存在还说明凸缘11在安装到电池组之后如何与凹口12匹配。
改变密封垫的设计可能是有利的，但不是必需的，使密封垫与侧板接触以便更好地与侧板配合和密封。侧板的尺寸可以与双片的尺寸不同，因此，密封垫需要适应不同的尺寸。
图7表示有5个电池的双极型电池组40剖面图。该电池组包括:负侧板41和正侧板42，每个侧板分别有负电极43和正电极44。四个双片组合包括负电极43，双片15和正电极44，它们互相重叠在一起，在两个终端之间形成夹层结构。隔板45安排在构成电池的每个相邻负电极与正电极之间，隔板45包含电解液和预定百分比的气体通道，在欠缺电解液电池组中，约5％是气体通道的典型值。
如结合图1所描述的，密封垫10是在相邻双片和/或双片与侧板之间。如图中箭头46所示，气体可以从一个电池流向另一个电池，使所有的电池分享密封垫中通过气体通道的共同气体空间。若电池中的电极在其他部分之前开始放出气体，则这个压力就分布到整个共同气体空间。气体是从一个电池传输通过凹槽14并经第一个密封垫的通孔13到第二个密封垫的凹槽14，并在此之后进入第二个电池。
若共同气体空间内的压力超过预定值，则减压阀47开启成连接周围环境的共同气体空间。减压阀47安排成通过一个侧板，在这个例子中是负侧板41，且减压阀47包含穿通器(feed-through)48。在另一个实施例中，穿通器48可以整体形成在侧板41上。结合图14，15a-b和16，我们描述一个优选实施例的减压阀和穿通器。
此外，还可以通过一个侧板安装压力传感器(未画出)，用于测量电池组中电池内部的实际压力。外壳49最好是由绝缘材料制成，但当然也可以是由导电材料制成。每个框架最好是由绝缘材料制成，并按照这样的方法进行设计，用于确保每个双片15与可能导电外壳之间的电绝缘。密封垫10配置凹座50，其中在制造时放入双片和正终端42，并在运行期间通过加箭头51所示的压力保持这种状态。凹座50是两个密封垫之间的空间，它是在密封垫的凹口12和凸缘11连接时产生的。
利用某种类型固定装置53，例如，螺钉，通过盖板52固定到外壳49上而保持压力，并确保每个电池有预定的宽度，它大致等于密封垫10的压缩高度。
或者，利用任何几个其他的标准装置，其中包括卷边，干涉配合，环氧树脂，热熔接或熔剂，它取决于电池组外壳结构和电池组使用规范，可以使盖板52固定到所在的位置。
应当注意，在密封垫10的外部与外壳49的内表面之间可能存在空间，因为密封垫本身给电池组提供耐压密封件。有盖板52的外壳49是形成所需压力的实际方案，它可以在密封垫与双片，正侧板和负侧板之间形成耐压密封件。
专业人员熟知减压阀和传感器，此处不再更详细地给以描述。
每个侧板配置终端连接器。终端连接器包括穿通器54，最好是利用压入配合方法使穿通器54固定到外壳49。利用软焊，粘贴，焊接等方法，使每个终端穿通器54分别连接到每个侧板41和42，用于形成良好的电接触。在这个实施例中，终端穿通器设置内螺纹。可以利用螺钉使任何类型终端连接器与电池组连接。
应当注意，虽然图7表示有负侧板41的双极型电池组，侧板41安排在电池组的较低部分，但这个特征对于电池组的结构是不重要的。电池组的负终端位置和正终端位置可以互换，其中只要交换电池组中所有负电极和正电极的位置。电池组的功能仍然是相同的。
图8表示按照本发明电池组40的透视图，其中配置可调整的终端连接器60。利用螺钉55，终端连接器60经终端穿通器54连接到电池组的每个侧板。每个终端连接器可以引导到电池组的短边或电池组的长边。标记为“P”(正终端)的终端连接器被引导到电池组的短边，并按照这样的方式弯曲终端连接器，当终端连接器借助于螺钉55固定到终端穿通器54时，终端连接器60的远端61可以插入到安排在电池组外壳49中的凹槽62。因此，使终端连接器固定到外壳上。
在这个图中，标记为“N”(负终端)的第二个终端连接器被引导到电池组的长边，且同样地被固定到外壳49上。每个终端连接器可以转动到不同的位置，如箭头63所示。
此外，在外壳中制成一个凹座，如虚线64所示，就可以把终端连接器嵌入到外壳中，使电池组形成紧密叠层，而没有短路终端连接器的危险。终端连接器还可以配置某些类型的绝缘材料，例如，红色用于正终端连接器，而黑色用于负终端连接器。在外壳每个侧面上的凹槽62位置最好是偏移的，它便于使用汇流条连接。
图9a-9c表示用于真空填充双极型电池组的三个不同装置。通常，在装配电池组时填充NiMH电池组，当然也可以利用这种类型电池组完成，但是它可以利用真空填充技术，使电解液注入到制成的电池组中。
图9a表示第一填充装置70，其中双极型电池组40与电解液(例如，6M KOH)的烧杯72一起放入到真空室71内。最好是，柔性管子73连接到减压阀47的穿通器48。真空导管74连接到真空室71，在此之后，它被分成两个分支，其中第一个分支配置与真空泵P串联的第一阀门V1，而第二个分支配置第二阀门V2。
真空填充电池组的过程包括以下的步骤:
1)开启阀门V1，并让真空泵P抽出真空室71内的空气。电池组40内的空气也通过管子73被抽出，这可以从电解液中出现的气泡看出。
2)当真空室71内达到所需的真空压力时，关闭阀门V1。
3)开启阀门V2，使周围空气进入真空室以增大真空室71内的压力。真空室71内的增大压力可以推动电解液进入电池组并缓慢地填充隔板，以及用电解液排空电池组内部。利用毛细管作用力吸入电解液到电池组中。
图9b表示第二填充装置80，其中双极型电池组40与电解液(例如，6M KOH)的烧杯72一起也放入到真空室71内。最好是，柔性管子73连接到减压阀47的穿通器48。在电池组的外壳中，第二个开孔81进入共同气体空间。在电解液填充到电池组之后，开孔81可用于安装压力传感器。真空导管74连接到真空室71，而阀门V1是与真空泵P串联连接。
当阀门V1开启时，通过开孔81从电池组40抽出空气，因此，真空泵P不断减小真空室71内的压力。在从电池组中抽出空气时，电解液是通过管子73从烧杯72中引出并通过减压阀47的穿通器48。当电池组中有足够的电解液时，关闭阀门V1。真空室71被抽空，可以取出现在填充电解液的电池组。
图9c表示不包含真空室的第三填充装置90。几个电池组40的减压阀47穿通器48可以连接到共同的汇流管91。汇流管91连接到第一阀门V1，第一阀门V1是与真空泵P串联连接。导管92(或管子)浸入到充满电解液的容器93中。导管92通过第二阀门V2连接到汇流管91。按照以下方法操作该装置。当阀门V1开启时，真空泵抽出所有电池组40内部的空气。当达到足够低的压力时，关闭阀门V1。此后，开启阀门V2，因此，电解液通过汇流管分布到所有的电池组40。利用毛细管作用力，电解液分布到每个电池组的内部。
结合图10，11，12和13，我们描述制作双极型电池组的制造过程。
图10所示的第一流程图描述制造双极型电池组的过程，如同结合图7所描述的，该过程一直到制作没有电解液的电池组为止，即，干电池组。流程是从步骤101开始，并平行地进行到步骤102和103。在步骤102，减压阀47的穿通器48装配到第一侧板41，和在步骤103，终端穿通器54装配到非导电外壳49上。
在步骤104，装配减压阀穿通器48的第一侧板41安装到有终端穿通器54的外壳49上。此后，在步骤105，利用以上描述的任何方法，终端穿通器54连接到第一侧板41。
此后，在步骤106，选取电池组中所需数目电池，并设置计数器为零，k＝0。在步骤107，计数器计数增加1，k＝k+1，流程进行到步骤108，其中装配电池数目“k”，如以上结合图1至6所描述的密封垫10；20；30安装到侧板41边缘周围的外壳49内，第一电极43放置在第一侧板41顶部的密封垫内，在此之后，一个或多个隔板45安排在第一电极43的顶部，而第二电极44安排在密封垫内隔板的顶部。或者，可以在外壳49内安装了电极和隔板之后再安装密封垫。
流程进行到步骤109，其中做出是否已制造选取数目M电池的判定。若答案是“否”，则流程经步骤110返回到点111，其中在步骤110，双片安装到密封垫的顶部。流程重复步骤108和109，直至已制成选取数目的电池。
若k＝M，则流程进行到步骤112，其中提供有终端穿通器54的外壳49盖板52，和第二侧板42装配到盖板52上。此后，在步骤113，利用以上描述的任何方法，终端穿通器54连接到第二侧板42。
在步骤114，盖板52安装到外壳49上；在步骤115，沿以上结合图7描述的方向51施加压力到盖板52。此后，在步骤116，完成干双极型电池组的制作。
当然，按照若干种不同的方法，可以完成电池组中元件互相重叠的过程以形成电池组中正确数目的电池。例如，可以制成双片组件，每个组件包括连接到双片第一侧面的第一电极和连接到双片第二侧面的第二电极，第一侧面是与第二侧面相对，其中在反馈回路中添加隔板材料，它代替图10中所展示的双片。也可以预先制作每个电池的材料，而每个电池是在装配电池组的过程中重叠在一起。
图11是描述从图10的步骤116中得到干电池组开始制作功能电池组的流程图。该流程是在步骤116开始，并进行到步骤117，其中用电解液填充电池组。我们结合图12更详细地描述填充过程。
此后，在步骤118，完成初始化电池组到正常运行的制作过程。我们结合图13更详细地描述这个制作过程。
在完成制作过程之后，在步骤119，盖板52固定到外壳49上，并释放以前施加在盖板上的压力。当然，可以首先释放压力，随后再给盖板施加压力到外壳，使盖板52固定到外壳49上，此后再释放压力。或者，在干电池组装配过程中的步骤115与116之间固定盖板52。
在步骤120，结束减压阀的装配；在步骤121，任选地循环制成的电池组；和在步骤122，准备电池组的运输。
然而，应当注意，在步骤108的每个电池装配期间，可以用电解液填充电池组，但从制造观点考虑，可以更简单地实施图12中所描述的填充过程。
在步骤117中填充电池组的过程包括:连接电解液池72；93到电池组40的入口48，例如，减压阀47的穿通器48，见步骤130。
此后，在步骤131，从电池组中抽出电池组内的空气，或直接地抽气，或间接地把电池组放置在被抽气的真空室71内完成。可以安装空气的单独出口81，但也可以利用电解液的入口48作为抽气过程中的空气出口。
在从电池组中抽出空气之后，或在抽气过程中，它取决于使用的设备配置，见图9a至9c，在步骤132，把电解液注入到电池组40。利用毛细管作用力，使电解液分布到电池组40内的隔板45内部。
在步骤133，得到充满电解液的电池组。步骤118中电池组的制作过程包含两个阶段，其中第一阶段是在“潮湿”条件下完成电池组的充电和放电循环。在步骤140提供潮湿条件，其中液体源连接到电池组的入口48。该液体可以是水或电解液。
此后，在步骤141，至少完成两次充电/放电循环“n”。
第二阶段是在或多或少“干燥”条件下完成的，其中在步骤142，从入口48去掉液体源，和在步骤143，完成预定数目的充电/放电循环，从而取出多余的电解液使电池组干燥。
因此，我们制成欠缺电解液电池组。
然而，可以在填充电池组之前固定盖板52。在制作过程中可以发生制作循环之间任选的第二次填充，而不需要在电循环期间连续地给电池组提供液体。
在用电解液填充电池组时，电解液就转移到隔板，多孔电极并有一定数量进入周围体积到密封垫，因此，每个电池组中电池充满电解液。
图14表示双极型电池组149的部分剖面图，它类似于结合图7描述的电池组。有与图7中所描述部件相同的电池组装配部件有相同的参考数字。我们仅仅展示与侧板41最接近的电池组中部分电池，并按照与以上描述密封垫的类似方法，设计在侧板41与双片15之间安排的端部密封垫150，不同的是，作为部分减压阀156的柔性穿通器151是端部密封垫150的整体部分。
侧板41上有开孔152，最好是，开孔152小于柔性穿通器151的外部尺寸，因此，当柔性穿通器151插入到开孔152时，可以在侧板41与柔性穿通器151基座之间形成密封。外壳49上有开孔153，开孔153大于柔性穿通器151的外部尺寸，因为我们需要穿通器151保留装配减压阀156的合适功能。
连接双极型电池组内共同气体空间到周围环境的通道154是在柔性穿通器的内部，因此，当其横截面大于通道154横截面的销钉155插入到该通道中时，共同气体空间就与周围环境隔绝。最好是，诸如星形垫圈157的止动器用于固定通道154中的销钉155。
销钉155横截面尺寸与通道154横截面尺寸之比率是这样选取的，可以使减压阀在特定的压力下处在开启状态。当共同气体空间内的压力是在选取阈值之上时，迫使柔性穿通器151的壁弯曲进入柔性穿通器与外壳49中开孔153之间的空间，减压阀就开启。因此，在通道154内部与销钉155之间形成一个间隙。通过选取通道和销钉的合适尺寸，可以得到开启减压阀所需的压力，使减压阀在小于5psi至大于100psi的压力范围内工作。
图15a和15b表示第二个实施例减压阀160的部分剖面图，其中图15a是分解图，而图15b是相同减压阀160的装配图。
最好是，侧板41上有柔性穿通器151可以插入的圆形开孔，柔性穿通器151可以是密封垫167的整体部分。诸如O型垫圈的密封161安排在柔性穿通器的周围，可以在外壳49与侧板41之间，以及在侧板41与双极型电池组内部之间形成改进的密封，在减压阀开启的状态下，可以防止多余的电解液渗入到外壳与侧板之间的区域。凹口162是在外壳49中开孔63周围的外壳49上以固定密封161，如上所述，开孔163的尺寸大于柔性穿通器151的外部尺寸。至少配置两个柔性延伸物165的销钉164设计成可以插入到柔性穿通器151的通道154，而柔性延伸物165设计成可以保持销钉164到所在位置，如图15b所示，它在安装之间紧靠凸缘166形状的止动器。
箭头168说明在双极型电池组内的压力太大和减压阀160开启时柔性穿通器是如何偏移的。
图16表示第三个实施例的装配减压阀170。外壳49上有图15a和15b所示的类似形状开孔，其中密封161安排在凹口162上。在这个例子中，侧板41上有拉伸边缘171的开孔。该开孔是这样制成的，首先冲出一个通过侧板的开孔，此后拉伸其边缘以形成有所需三维形状的开孔。柔性穿通器172的形状适合于侧板41上被拉伸开孔的形状，这就可以在电池组内部与外壳49之间形成良好的密封。柔性穿通器172内的通道154适合于夹持销钉164，而延伸物165适合于在运行时夹持销钉紧靠凸缘166。
减压阀可以是双极型电池组内端部密封垫的整体部分，但它也可以是任何类型电池组中独立的减压阀。
用于制作减压阀柔性穿通器所选取的材料类型以及通道内部横截面尺寸与销钉横截面尺寸之比率可以影响装配减压阀的压力阈值。
虽然这个说明书仅仅公开NiMH双极型电池组，但是应当注意，相同的技术可适用于制作任何类型的镍基双极型电池组，例如，镍镉(NiCd)双极型电池组，或镍锌(NiZn)双极型电池组。
所述权利要求书限定的密封垫不应当局限于用在NiMH双极型电池组中，而是应当包括有欠缺电解液结构的任何类型双极型电池组。

Claims (41)

1.一种在欠缺电解液双极型电池组(40；149)中密封垫(10；20；30；150)的用途，该电池组至少有两个电化学电池、一个排列在每一电池之间的双片(15)、和紧邻双片(15)排列的密封垫，每一密封垫由疏水材料制成，以防止在电池组中相邻电池之间形成电解液路径，密封垫呈框架形并设计成至少部分地包围着双极型电池组中的每一双片(15)，并设有允许气体通过每一密封垫传输的装置(13，14；21，22；31，32)，
其特征是，每一密封垫由有可变形性质的疏水材料制成，向每一双片(15)提供密封，从而实现电池组的外部耐压密封件。
2.按照权利要求1的密封垫的用途，其中允许气体通过每一密封垫传输的装置，至少包含一个通道，它使相邻的电池互连。
3.按照权利要求2的密封垫的用途，其中每个通道包含密封垫中的开孔(13；21；31)，所述开孔连通到每个电池的外部耐压密封件的内侧。
4.按照权利要求1的密封垫的用途，其中在每一密封垫中配置引导装置(11；23；33)，用于在双极型电池组装配时控制每一双片(15)的位置。
5.按照权利要求4的密封垫的用途，其中的引导装置至少包括一个凸台。
6.按照权利要求4的密封垫的用途，其中的引导装置包括每一密封垫的凸缘(11)。
7.按照权利要求1的密封垫的用途，其中允许气体通过的装置，安排在每一框架的一个远端。
8.按照权利要求1的密封垫的用途，其中至少一个密封垫(150)设有柔性穿通器(151；172)，作为电池组中减压阀(156；160；170)的一部分。
9.按照权利要求8的密封垫的用途，其中的柔性穿通器(151；172)有一个通道，它把电池组内的气体空间与周围环境连接。
10.按照权利要求1的密封垫的用途，其中有可变形性质的材料是弹性体。
11.按照权利要求1的密封垫的用途，其中该材料是热塑弹性体。
12.按照权利要求11的密封垫的用途，其中的密封垫是利用注模方法制作的。
13.一种至少有两个电化学电池的欠缺电解液双极型电池组(40；149)，包括：
外壳(49)，
与负电极(43)接触的负侧板(41)，
与正电极(44)接触的正侧板(42)，
至少一组负电极(43)、双片(15)、和正电极(44)，它们被安排成所述负侧板(41)与所述正侧板(42)之间的夹层结构，和
至少一个隔板(45)，它被安排在形成电池组的电池的每个负电极(43)与正电极(44)之间，所述隔板(45)包含电解液，
其特征是，
框架形状的密封垫(10；20；30；150)，由疏水材料制成并安排在各双片(15)和/或双片(15)与侧板(41，42)之间，因此，所述密封垫可以防止形成从一个电池到另一个电池的电解液路径，和
密封垫(10；20；30；150)由有可变形性质的材料制成，用于密封每个双片(15)和每个侧板(41，42)，由此在外壳(49)内形成电池组的外部耐压密封件，和
密封垫(10；20；30；150)还设有装置(13，14；21，22；31，32)，允许相邻电池之间的气体通过密封垫传输，从而在电池组中建立所有电池的共同气体空间。
14.按照权利要求13的电池组，其中允许气体通过密封垫传输的装置，至少包括一个互连相邻电池的通道。
15.按照权利要求14的电池组，其中每个通道包含密封垫中的开孔(13；21；31)，所述开孔连通到每个电池中的外部耐压密封件的内侧。
16.按照权利要求13的电池组，其中在密封垫中设置引导装置(11；23；33)，用于在双极型电池组装配时控制双片(15)的位置。
17.按照权利要求16的电池组，其中的引导装置，至少包括一个凸台。
18.按照权利要求16的电池组，其中的引导装置，包括密封垫的凸缘(11)。
19.按照权利要求13的电池组，其中允许气体通过的装置，被安排在框架的一个远端。
20.按照权利要求13的电池组，其中设有通过至少一个侧板(41)的减压阀(156；160；170)，且外壳(49)包含柔性穿通器(151；172)和销钉(155；164)，穿通器的尺寸小于通过外壳(49)的开孔(153；163)的尺寸，而销钉的尺寸大于穿通器中通道的尺寸。
21.按照权利要求20的电池组，其中的柔性穿通器(151；172)，与相邻侧板(41)放置的密封垫(150)形成整体。
22.按照权利要求20的电池组，其中利用止动器(157；166)使销钉(155；164)在运行时保持固定。
23.按照权利要求22的电池组，其中的止动器，是星形垫圈(157)。
24.按照权利要求22的电池组，其中的销钉(164)上，至少有一个延伸物(165)，而止动器作成凸缘(166)形状。
25.按照权利要求20的电池组，其中的密封件(161)形成在外壳(49)中的开孔(163)周围。
26.按照权利要求13的电池组，其中有可变形性质的材料是弹性体。
27.按照权利要求13的电池组，其中该材料是热塑弹性体。
28.按照权利要求27的电池组，其中的密封垫是利用注模方法制作的。
29.按照权利要求13的电池组，其中的电池组是以下的任何一组：NiMH，NiCd或NiZn。
30.一种用于制造欠缺电解液双极型电池组的方法，包括以下步骤：
在正侧板与负侧板之间提供正电极、隔板、负电极、和双片，用于在外壳内构造所需数目的电池组中的电池，
提供正侧板的正接入点，和负侧板的负接入点，
提供由有可变形性质的疏水材料制成的密封垫，该密封垫设计成至少部分地包围每一双片的框架形状，并设有允许气体通过密封垫传输的装置，所述密封垫排列在每个双片和/或双片与每个侧板之间，用于在电池组内建立共同的气体空间，
提供从电池组外部到共同气体空间的通道，
对排列在正侧板与负侧板之间的所有密封垫加压，为电池组提供外部耐压密封件，并防止在相邻电池之间形成电解液路径，和
用电解液填充隔板。
31.按照权利要求30的方法，其中该方法还包括在填充隔板之后的制作步骤：至少两次充电和放电的循环。
32.按照权利要求31的方法，其中的制作步骤包括以下步骤：
对具有与通道连接的液体源的电池组进行充电和放电，和
对具有不与通道连接的液体源的电池组进行充电和放电，以便从电池组中去掉多余的液体。
33.按照权利要求32的方法，其中该液体选自水和/或电解液。
34.按照权利要求30的方法，其中用电解液填充隔板的步骤包括：
把电解液池连接到与共同气体空间连通的通道，
从共同气体空间中抽出空气，
把电解液填充进共同气体空间，和
把电解液从共同气体空间转移到每个电池。
35.按照权利要求34的方法，其中，在电解液填充进共同气体空间之前，通过通道从共同气体空间中抽出空气。
36.按照权利要求34的方法，其中，利用与通道分开的开孔，从共同气体空间抽出空气，使电解液在抽出空气时注入共同气体空间。
37.按照权利要求13的电池组，其中的电池组设有正终端连接器和负终端连接器，它们分别与正侧板和负侧板接触。
38.按照权利要求37的电池组，其中所述终端连接器，是可调整地安排在外壳上。
39.按照权利要求38的电池组，其中每个终端连接器的第一端被连接到每个侧板，而与第一端远离的第二端被固定于电池组的外壳。
40.按照权利要求39的电池组，其中每个终端连接器，经过固定在外壳上的穿通器，连接到各自的侧板。
41.按照权利要求39的电池组，其中每个终端连接器的第二端是弯曲的，并通过把弯曲部分插入排列在外壳上的一个或多个槽中之一，使该第二端固定到外壳上。
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