CN100524915C - 具有平外壳的碱性电池 - Google Patents

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Abstract

具有平外壳，优选具有立方体形状的碱性电池。电池可具有包括锌的阳极和包括MnO2的阴极。外壳可具有相对小的总厚度，典型地约5-10mm。可以通过外壳中的开放端和插入其中的端帽组件提供电池内容物以密封电池。在隔离膜和阴极之间也可以存在间隙用于插入另外的电解质。端帽组件包括排气机构，优选有凹槽的排气口，当电池中的气体压力达到典型地约250-800psig(1724×103-5515×103帕斯卡表压)的阈值水平时该排气口可启动。电池可具有补充排气机构如在外壳表面上的激光焊接的区域，它可以在更高压力水平下启动。

Description

具有平外壳的碱性电池
本发明涉及具有基本平的外部外壳(housing)的碱性电池。本发明涉及碱性电池，该电池具有包括锌的阳极，包括二氧化锰的阴极，和包括含水氢氧化钾的电解质。
常规碱性电化学电池具有包括锌的阳极和包括二氧化锰的阴极。电池典型地由圆筒形外部外壳形成。在中等漏电服务(100-300毫安)中新电池的开路电压(EMF)为约1.5伏和典型的平均运行电压为约1.0-1.2伏。圆筒形外壳初始由扩大的开放端和相对密闭端形成。在提供电池内容物之后，将具有绝缘索环和负端端帽的端帽组件插入外壳开放端。开放端由如下方式密闭：在绝缘插头边缘上卷曲外壳边缘和在绝缘插头周围径向压缩外壳以提供紧密密封。绝缘索环电绝缘负端帽和电池外壳。在相对密闭端的一部分电池外壳形成正端。
由于电池在某些点以上，正常地靠近电池有用容量完全耗尽的点持续放电，与各种电化学电池，特别地碱性电池的设计相关的问题是电池产生气体的倾向。电化学电池，特别地碱性电池通常在端帽组件中具有可破裂隔膜或可破裂膜。可破裂隔膜或可破裂膜可以在塑料绝缘构件中形成，例如在U.S.专利3,617,386中所述。
现有技术公开了可破裂排气膜，它在绝缘盘中整体形成为变薄区域，该绝缘盘包括在端帽组件中。可以取向这样的排气膜使得它们位于垂直于电池纵轴的平面中，例如在U.S.专利5,589,293中所示，或可以取向它们使得它们相对于电池纵轴倾斜，如在U.S.专利4,227,701中所示。U.S.专利6,127,062公开了绝缘密封盘和整体形成的可破裂膜，它垂直取向，即平行于电池的中心纵轴。当电池中的气体压力上升到预定水平时，膜破裂，从而通过端帽中的小孔释放气体压力到外部环境。
在本领域中公开其它类型的排气口用于释放电化学电池中的气体压力。一种这样的排气口是可复位橡胶栓，它已经有效地用于小的平矩形镍金属氢化物可充电电池。具有可复位橡胶栓的一种这样的可充电电池是7/5-F6尺寸镍金属氢化物可充电电池，以由Gold PeakBatteries，香港制造的电池型号GP14M145购得。物理压缩橡胶栓以牢固地位于空腔中的斜小孔中或位于电池的端帽组件中。当电池的内部气体压力达到预定的水平时，栓脱离它的座因此让气体通过下面的小孔逸出。当电池中的气体压力返回到正常时栓自身复位。
碱性电化学原电池典型地包括锌阳极活性材料，碱性电解质，二氧化锰阴极活性材料，和电解质可渗透的隔离膜(separator)，典型地纤维素或纤维素类和聚乙烯醇纤维。阳极活性材料可包括例如，与常规胶凝剂，如羧甲基纤维素钠或丙烯酸聚合物的钠盐混合的锌粒子，和电解质。胶凝剂用于悬浮锌粒子和保持它们彼此接触。典型地，插入阳极活性材料的导电金属钉用作阳极集电器，它电连接到负端端帽。电解质可以是碱金属氢氧化物例如，氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂的水溶液。阴极典型地包括与导电添加剂，典型地石墨材料混合以增强电导率的作为电化学活性材料的粒状二氧化锰。任选地，少量聚合物粘结剂，例如聚乙烯粘结剂和其它添加剂，如含钛化合物可以加入阴极。
用于阴极的二氧化锰优选是电解二氧化锰(EMD)，它由硫酸锰和硫酸的浴的直接电解制备。由于它具有高密度和高纯度，EMD是所需的。EMD的电导率(电阻率)相当低。将导电材料加阴极混合物以改进在单个二氧化锰粒子之间的电导率。这样的导电添加剂也改进在二氧化锰粒子和电池外壳之间的电导率，它也在常规圆筒形碱性电池中用作阴极集电器。合适的导电添加剂可包括，例如石墨、石墨类材料、导电碳粉末，如炭黑，包括乙炔黑。优选导电材料包括薄片状结晶天然石墨，或薄片状结晶合成石墨，包括膨胀或片状剥落的石墨或石墨类碳纳米纤维及其混合物。
现在可利用小尺寸矩形可充电电池，它用于向小电子设备如MP3音频播放器和小型磁盘(MD)播放器提供电源。这些电池的形状典型地为小立方体(矩形平行六面体)，一定程度上为口香糖包装物的尺寸。在此使用的术语“立方体”应当表示它的正常几何定义，即，“矩形平行六面体”。根据由国际电工委员会(IEC)说明的这样电池的标准尺寸，这样的电池，例如形式可以为可替换可充电镍金属氢化物(NiMH)尺寸F6或7/5F6尺寸立方体。F6尺寸的厚度为6.0mm，宽度为17.0mm和长度为35.7mm(没有标签)。存在F6尺寸的变型，其中长度可以大至约48.0mm。7/5-F6尺寸的厚度为6.0mm，宽度为17.0mm，和长度为67.3mm。根据IEC标准，对于7/5-F6尺寸的允许偏差在厚度中是+0mm，-0.7mm，在宽度中是+0mm，-1mm，和在长度中是+0，-1.5mm。F6或7/5F6 NiMH可充电电池的平均运行电压当用于向微型数字音频播放器如MP3音频播放器或小型磁盘(MD)播放器提供动力时为约1.1-1.4伏，典型地约1.12伏。
当用于向小型磁盘(MD)播放器提供动力时，电池在约200-250毫安的速率下消耗。当用于向数字音频MP3播放器提供动力时，电池典型地在约100毫安的速率下消耗。
需要具有与小尺寸立方体形状(矩形平行六面体)镍金属氢化物电池相同尺寸和形状的小的平碱性电池，从而小尺寸碱性电池可以与镍金属氢化物电池互换使用以向小电子设备如小型磁盘或MP3播放器提供动力。
需要使用原(不可充电)碱性电池，优选锌/MnO2碱性电池作为小矩形可充电电池，特别地小尺寸镍金属氢化物可充电电池的替代物。
然而，与矩形(立方体)原Zn/MnO2碱性电池的设计相关的特定问题在于电极在电池放电期间溶胀的倾向。阳极和阴极两者在放电期间溶胀。
对于给定的外壳壁厚度，认识到与可比尺寸和体积的圆筒形外壳相比，矩形电池外壳较少能够承受电池内部压力中的给定增加(由于放气和阴极膨胀)。这是由于对于给定压力和外壳壁厚度与在相似尺寸圆筒形外壳上相比，在矩形(立方体)外壳上施加的显著高的周围应力(环向应力)。可以通过显著增加外壳的壁厚度克服与矩形电池相关的膨胀或溶胀问题。然而，对于总厚度小，如在约10mm以下的矩形电池，外壳壁厚度的显著增加可导致可利用阳极和阴极材料的体积的显著降低。增加的壁厚度增加电池的制造成本。在此方面需要保持外壳壁厚度小于约0.50mm，优选小于约0.47mm。
因此需要设计小的平(不可充电)碱性电池，如具有矩形(立方体)外壳，但仍然具有小外壳壁厚度的F6或7/5-F6尺寸电池，其中外壳在正常电池使用期间不显著膨胀或溶胀。
需要这样的矩形电池用作小尺寸平镍金属氢化物可充电电池的替代物。
本发明的主要方面涉及原(不可充电)碱性电池，该电池在放电时产生氢气，其中该电池具有外部壳体(外壳)，包括排气机构的端帽组件，当气体压力达到预定水平时该排气机构允许氢气从电池逸出。壳体(casing)具有沿电池长度走向(run)的至少一对相对平壁。
将端帽组件插入壳体开放端和通过卷曲或焊接而密封以密闭壳体。在开放端的壳体边缘可以在绝缘密封构件上卷曲，该构件典型地为尼龙或聚丙烯，插入开放端，但优选激光焊接金属罩到壳体以密闭其开放端。碱性电池的形状可以为平行六面体，但所需地形状为立方体(矩形平行六面体)。壳体，因此优选具有立方体形状，它不具有任何整体圆筒形区段。碱性电池所需地具有包括锌的阳极，和含水碱性电解质，优选氢氧化钾的水溶液。
端帽组件包括排气机构和优选矩形金属罩。在将电池内容物插入壳体之后，罩用于密闭壳体的开放端。如果在该罩边缘和壳体边缘之间插入绝缘层或绝缘密封构件和壳体边缘在绝缘层上卷曲，金属罩可形成电池的负端。或者，可以将罩直接焊接到壳体边缘。如果将罩焊接到壳体边缘，与罩分隔的单独端帽可以与阳极电连通用于起电池负端的作用。壳体是正性的和形成电池的正端。
在一方面将金属罩直接焊接到壳体边缘以密闭壳体开放端，和将塑料填料密封剂在金属罩的顶部上堆叠和将负端板依次堆叠到塑料填料上。在另一方面使用纸垫圈代替塑料填料。
将包括MnO2的阴极，优选以多个致密化块或盘的形式插入。阴极块或盘优选是矩形的，每个具有沿块厚度走向的中心中空核(core)。插入块所以它们在彼此的顶部上堆叠。将块沿电池的长度排列，由此它们的外表面与壳体的内表面接触。堆叠的阴极块形成沿电池纵轴走向的中心中空核。堆叠的阴极块中的中心中空核形成阳极腔。每个阴极块的内表面，它限定块中的中心中空核(阳极腔)，优选为弯曲表面。这样的弯曲内表面改进在转移和处理期间块的机械强度和也提供在电解质可渗透的隔离膜和阴极之间更均匀的接触。将隔离膜插入电池的中心中空核(阳极腔)，从而隔离膜的外表面邻接和紧密接触阴极的内表面。将包括锌粒子的阳极淤浆插入阳极腔及隔离膜提供在阳极和阴极之间的界面。端帽组件具有伸长的阳极集电器，其插入阳极淤浆中并与电池的负端电连通。端帽组件具有绝缘密封构件，其使这样的阳极集电器与电池的外部壳体绝缘。
当沿垂直于电池纵轴的平面取阴极块的横截面在平面图中观察阳极腔时，阳极腔优选具有伸长的或长方形构型。外部壳体(外壳)所需地是钢的，优选是镀镍钢的。壳体壁厚度所需地为约0.30-0.50mm，典型地约0.30-0.45mm，优选约0.30-0.40mm，更所需地约0.35-0.40。
在一方面可再使用或可再启动排气口，优选可复位栓排气机构可以用作主排气机构。优选设计可复位栓以当电池的内部气体压力达到约100-300psig(689.5×103-2069×103帕斯卡表压)，所需地约100-200psig(689.5×103-1379×103帕斯卡表压)的阈值水平压力P1时启动。
在另一方面，另一个间隔开的凹槽排气口，优选在壳体表面上具有至少一个压印(stamp)或刻痕区域的单一连续凹槽排气口(压花排气口)可以用作主排气机构。可以将凹槽排气口压印，切割或刻痕入壳体表面所以下面的变薄区域在约250-800psig(1724×103-5515×103帕斯卡表压)的压力P1下破裂。在这样的设计中可以消除可复位栓。优选，凹槽排气口靠近壳体的密闭端靠近正端布置。凹槽边界可以是密闭或开放的。凹槽可以是直或基本直的，优选平行于壳体边缘。凹槽宽度典型地小，例如在约1mm以下。然而，在此使用的术语“凹槽”或“凹槽排气口”不希望限于任何特定的宽度或形状，但更合适地包括电池壳体上的任何凹陷，导致当电池中的气体压力达到目标阈值水平时变薄的下面的材料区域预期断裂或破裂。通过非限制性例子，在7/5-F6尺寸矩形电池中，凹槽排气口可位于壳体宽面上和平行于宽边缘，优选靠近壳体密闭端。可以存在多个这样的凹槽排气口，但所需地仅单一凹槽排气口在壳体的宽侧上和长度为约8mm和距壳体的密闭端约5-10mm。
在本发明的这样一个方面，设计在凹槽排气口下面的变薄的材料以当电池中的气体压力达到约250-800psig(1724×103-5515×103帕斯卡表压)的设计爆裂压力P1时破裂。为达到约250-800psig(1724×103-5515×103帕斯卡表压)的爆裂压力这样范围，在凹槽下面的变薄的材料的厚度可以为约0.04-0.15mm。或者，可以设计凹槽排气口下面的变薄的材料以当电池中的气体压力达到约400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)，所需地约400-600psig(2758×103-4136×103帕斯卡表压)的设计爆裂压力时破裂。为达到400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)的破裂压力，在凹槽下面的变薄的材料的厚度可以为约0.07-0.15mm。
凹槽排气口可以通过采用模头，优选具有切刀边缘的模头压印壳体表面制备。当压印模头冲压入壳体外表面时保持轴柄对着壳体的内表面。凹槽可以方便地采用具有相等长度侧的V形状或具有不等长度侧的V形状切割。在前者的情况下形成V形凹槽的侧面所需地形成约40度的锐角和在后者的情况下它们形成优选约10-30度的角度。
与凹槽排气口结合可以存在包括一个或多个固定金属罩到壳体的激光焊接处的补充排气系统。这样的焊接处可以包括一个或两个弱激光焊接处和强激光焊接处，可以设计该强激光焊接处以在高于凹槽排气口下面的变薄区域的破裂压力P1的压力下破裂。这样的激光焊接处优选使用Nd:Yag激光器制备。
在本发明的方面可以仅存在一个激光焊接处，即固定整个金属罩的周围边缘到壳体的强焊接处。强焊接处可用作设计以在灾难条件下破裂的补充排气系统，例如如果电池非故意地经历在特别高电流下或在特别滥用条件下再充电，引起电池中的气体产生突然上升到约800psig-2500psig(5515×103-17235×103帕斯卡表压)的水平。
因此，在优选的方面至少存在压印或切割到电池壳体上的单一凹槽排气口。单一凹槽排气口可用作电池的主排气机构，其中设计在凹槽下面的变薄的材料以在如下条件下破裂：如果电池中的气体上升到约250-800psig(1724×103-5515×103帕斯卡表压)，更典型地为400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)。和结合存在包括强激光焊接处的补充排气系统，该强激光焊接处固定金属罩的边缘到壳体。设计这样的强激光焊接处以在灾难状况下断裂或破裂，其中电池中的气体突然上升到约800psig-2500psig(5515×103-17235×103帕斯卡表压)的水平。在这样的情况下电池中的气体快速地通过破裂逸出和电池的内部压力立即返回到标称水平。
在本发明的一个方面，平衡电池以便阴极过量。所需地平衡电池以便MnO2的理论容量(基于理论比值370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于理论比值820mAmp-hr/g锌)的比率为约1.15-2.0，所需地约1.2-2.0，优选约1.4-1.8。已经确定此处平碱性电池的设计在MnO2理论容量对锌理论容量的更高比率下降低总体溶胀的数量。MnO2理论容量对锌理论容量的以上比率可以可行地高至约2.5或甚至直到约3.0以降低总体溶胀，但在大于约2.0的这样更高比率下的电池设计更显著地降低电池容量和因此从那个观点较不是所需的。不确定地知道这为什么发生。它可部分是由于如下事实：排出几乎全部所有的锌。在这样的情况下在阳极中留下如果有的话较少的氢氧化锌中间体，它可引起溶胀。
阳极厚度对壳体外部厚度的比率所需地为约0.30-0.40。(这样的厚度沿垂直于电池纵轴的平面，经过电池的外部厚度测量。)因此控制在放电时电池的溶胀，允许平或矩形碱性电池用作电子设备如便携式数字音频播放器等的主要电源。
在具体的一个方面，碱性电池的总体形状为小立方体(矩形平行六面体)，典型地外部厚度为约5-10mm，特别地厚度为约5-7mm。外部厚度由外壳相对侧的外表面之间的距离测量，其限定电池的短尺寸。在这样的实施方案中本发明的原(不可充电)碱性电池可以用作，例如小尺寸平可充电电池的替代物。特别地这样的碱性原电池可以用作相同可充电镍金属氢化物电池，例如7/5-F6尺寸矩形可充电镍金属氢化物电池的替代物。
在本发明的一个方面，隔离膜可以制造成具有开放端和相对密闭端的袋形状。这样的隔离膜可以容易地由如下方式形成：缠绕单片隔离膜材料和采用粘合剂或由热密封密闭一端。在将阴极盘插入电池壳体之后，然后将缠绕的隔离膜插入以便隔离膜表面面对暴露的阴极表面。优选，隔离膜宽度在一定程度上小于总阳极腔的宽度。这在隔离膜一个短侧面和阴极盘之间导致间隙。间隙是约2-4mm，优选约2-3mm。然后可以将阳极材料通过隔离膜开放端填充入阳极腔。这导致由阳极材料，阴极材料，和在其间的隔离膜填充的壳体，其中在隔离膜的一个短侧面和阴极之间存在间隙(空隙空间)。
现在可以通过将其倾入间隙而将另外的碱性电解质溶液加入电池内部。可需要在阳极和阴极在电池中就位之后将少量另外的碱性电解质溶液加入电池。可以将另外的电解质采用小增量加入在隔离膜和阴极之间的该间隙，所需地采用在增量电解质分配之间的短时间间隔。在供选择的实施方案中可以在阴极就位之后但在将阳极材料插入阳极腔之前，将一部分另外的电解质加入间隙。然后将阳极材料插入电池的阳极腔和其后可以将另外的电解质加入间隙。在将最终数量的碱性电解质加入隔离膜和阴极之间的该间隙之后，阳极溶胀以推动隔离膜表面对阴极平齐，因此引起间隙消失。
另外的碱性电解质溶液可有助于改进阳极利用和总体电池性能。它也可以是倾向于阻碍电池溶胀的因素。如果将另外的电解质加入该间隙，将它优选采用分配增量加入及在分配之间具有足够的时间延迟，例如约1-4分钟以考虑到电解质的吸收。这样的过程允许加入的电解质到阳极和阴极的吸收而不引起电解质进入端帽组件腔，即在阳极以上空间的溢流。这样的溢流可起金属罩表面和边缘的润湿足以干扰金属罩对壳体的均匀激光焊接。
图1是显示电池负端的本发明的平碱性电池的透视图。
图1A是显示电池正端的图1的平碱性电池的透视图。
图2是沿观察线2-2取的图1A中所示电池的横截面视图。
图2A是沿观察线2-2取的和显示改进插头设计的图1中所示电池的横截面视图。
图3是沿观察线3-3取的图1A中所示电池的横截面视图。
图3A是沿观察线3-3取的和显示改进插头设计的图1A中所示电池的横截面视图。
图4是构成平碱性电池用端帽组件的部件的分解视图。
图4A是在它压缩入它的外壳腔之前图2A和3A中所示改进插头的透视图。
图4B是在垂直于电池纵轴的平面中沿图1A观看线4B-4B取的以显示伸长阳极腔的电池横截面的平面图。
图4C是显示伸长阳极腔另一个实施方案的电池横截面的平面图。
图4D是显示伸长阳极腔第三实施方案的横截面的平面图。
图5是显示电池内容物和端帽组件进入电池壳体(外壳)中的安装的分解视图。
图6是沿它的边缘激光焊接具有到电池壳体内表面的强焊接处和弱焊接处显示的金属罩板的平面图。
图6A是沿它的边缘激光焊接具有到电池壳体卷曲边缘的强焊接处和弱焊接处显示的金属罩板的平面图。
图7是显示其中强和弱焊接处的实施方案的电池壳体的视图。
图7A是显示其中弯曲强和弱焊接处的实施方案的电池壳体的视图。
图8是显示变薄的材料的下面区域的壳体中凹槽的电池侧视图。
图8A是显示壳体中多个凹槽的电池侧视图，其中每个凹槽形成变薄的材料的下面区域。
图9是图8和8A中所示的代表性凹槽的横截面视图。
图10是激光焊接到图10A所示的电池壳体的金属罩的顶部平面图。
图10A是显示在壳体的宽侧上单一有凹槽的排气口的平碱性电池的实施方案的侧视图。
图11是沿图10A中所示的电池宽侧的横截面视图。
图12是沿图10A中所示的电池短侧的横截面视图。
图13是构成图10A中所示平电池用端帽组件的部件的分解视图。
图14显示从单片隔离膜材料制造用于图10A的电池隔离膜。
图14A显示形成缠绕隔离膜板的方法。
图14B显示具有开放端和相对密闭端的完成的缠绕隔离膜。
图15显示对于有凹槽的排气口切割的V形凹槽的另外类型。
图16显示实施方案，其中在隔离膜的短侧和阴极之间存在间隙。
图17显示相似于图11的电池的供选择的实施方案，区别在于将纸垫圈在焊接的金属罩上堆叠代替塑料填料。
本发明的平碱性电池10的具体实施方案在图1-5中显示。电池10具有至少两个平的相对侧面，它们平行于电池的纵轴。电池10优选为矩形，即立方体，如图1和1A所示。在此使用的术语“立方体”应当表示几何定义，它是矩形平行六面体。然而，电池10也可以是平行六面体。图中所示的外部壳体100优选为立方体形状，因此不具有任何整体圆筒形截面。电池10的厚度典型地小于它的宽度和宽度小于它的长度。当电池厚度，宽度和长度为不同尺寸时，厚度正常考虑为这三个尺寸中最小的。
电池10优选包括立方体形状壳体(外壳)100，优选是镀镍钢的。壳体100的内表面优选由溶剂基碳涂料，例如以商品名TIMREX E-LB购得的碳涂料的层涂覆。在图中所示的实施方案中，壳体(外壳)100由一对相对的大平壁106a和106b；一对相对的小平壁107a和107b；密闭端104；和相对开放端102限界。电池的厚度由壁106a和106b的外表面之间的距离限定。电池的宽度由壁107a和107b的外表面之间的距离限定。壳体100所需地在它的内表面上由碳或铟的层涂覆以改进电导率。将包括阳极150，阴极110和其间的隔离膜140的电池内容物通过开放端102提供。在优选的实施方案中阳极150包括粒状锌，阴极110包括MnO2。氢氧化钾的水溶液形成阳极和阴极的一部分。
阴极110的形式可以为具有通过它厚度的中空中心核110b的多个块110a，最好地如图5所示。阴极块110a优选具有总体矩形。将阴极块(slab)110a插入壳体100和一个在另一个的顶部上沿电池长度垂直堆叠，如图2，3和5所示。每个阴极块110a可以在它插入壳体100之后再压紧。这样的再压紧保证每个阴极块110a的外表面与壳体100的内表面紧密接触。优选，排列阴极块110a中的中空中心核110b以沿电池的纵轴190形成一个连续中心核，用于接收阳极淤浆150。任选地，最接近壳体100的密闭端104的阴极块110a可具有底表面，它邻接和覆盖密闭端104的内表面。
阴极块110a可以是模浇铸或压缩模塑的。或者，阴极110可以由阴极材料形成，将该阴极材料通过喷嘴挤出以形成具有中空核的单一连续阴极110。阴极110也可以由多个块110a与中空核110b形成，其中将每个块挤出成壳体100。
在插入阴极110之后，然后在每个块110a的中心核110b中布置电解质可渗透的隔离膜140，从而隔离膜140的外表面邻接阴极的内表面，如图2，3和5所示。每个阴极块110a的内表面，它限定该中空中心核110b，优选是弯曲表面。这样的弯曲内表面改进在转移和处理期间块的机械强度和也提供在隔离膜140和阴极110之间的更均匀接触。
如上所述排列块110a的中心核110b以形成一个连续核。在插入隔离膜240之后，连续的核形成容纳阳极材料150的阳极腔155。阳极腔在阴极块110a的中心核中，它没有阴极材料。当在平面图(图4B)中在沿垂直于电池纵轴190的平面取阴极块110a的横截面观察时，阳极腔155具有伸长或长方形形状。由边界周边156限定的阳极腔155的横截面可以是椭圆形或基本椭圆形的。腔155的长尺寸D1大于它的短尺寸D2。腔155因此可具有直径(或宽度)D1，它在沿平行于电池宽侧(106a或106b)的平面路径比在平行于电池窄侧(107a或107b)的平面方向中它的直径(或宽度)D2大。因此，通过非限制性例子，当在沿垂直于中心纵轴190的平面在横截面中观察时，阳极腔155可取椭圆的形状或显现为基本椭圆形。阳极腔的相对长边界边缘158a和158b当在横截面(图4B)中观察时可以为平或基本平的，所以总体构型不是完善椭圆，但然而具有如所示的伸长或长方形形状。
当在由垂直于电池中心纵轴190的平面通过切割阴极块110a获得的横截面(图4B，4C和4D)中观察时，腔155具有伸长或长方形形状。这样的伸长形状可以是伸长多边形或矩形，如图4C所示。限定由边界周边156限定的腔155的长尺寸D1和短尺寸D2的轴可以是倾斜的，如图4D所示。优选，腔155当在由垂直于电池中心纵轴190(图1A)的平面通过切割阴极块110a获得的横截面(图4B)中观察时，具有至少一部分是弯曲的它的边界周边156。腔155所需地具有长方形构型。在优选的实施方案中限定腔155的基本所有边界周边156是弯曲的。特别地需要至少最接近电池相对窄侧107a和107b的腔155的相对表面157a和157b是弯曲的，如最好地在图4B中所示。优选，腔155的基本所有周边156当在上述横截面中观察时是弯曲的。当从外部壳体100观察时相对长边缘158a和158b优选是向外弯曲的(凸的)，如图4B所示。然而，长边缘158a和158b可以是平或基本平的。或者，长边缘158a和158b可以是轻微向内弯曲的(凹的)或轻微向外弯曲的(凸的)或可以具有卷曲的曲率，例如具有交替凸和凹表面。相似地短边缘157a和157b可以是轻微向内弯曲的(凹的)或轻微向外弯曲的(凸的)或可以具有卷曲的曲率，例如具有交替凸和凹表面。在沿垂直于电池纵轴的平面取的阴极块110a的任何横截面中，存在表示平面中它的最大长度的腔155的长尺寸D1和表示该平面中它的最大宽度的短尺寸D2。长直径(D1)正常地在沿平行于电池宽侧(106a或106b)的平面的方向和小直径(D2)在沿平行于电池窄侧(107a或107b)的平面的方向，如图4B所示。腔155当在上述横截面上观察时具有至少一些曲率和特征在于D1/D2的比率大于1.0，反映它是伸长或长方形构型。腔155的形状当在沿垂直于纵轴190的平面取的横截面中观察时所需地具有D1/D2比率大于1.0的对称长方形构型。在这样的情况下尺寸D1和D2彼此垂直，如图4B所示。通过具体的非限制性例子，腔155的形状当在这样的横截面中观察时为长方形形状和可以是椭圆形或基本椭圆形的。
阳极150的形式优选为包括锌粒子和含水碱性电解质的胶凝化锌淤浆。将阳极淤浆150沿电池的纵轴190倾入电池的中心核155。阳极150因此由在其间的隔离膜140从与阴极110的直接接触分隔。
在提供电池内容物之后，然后将电池组件12(图4)插入开放端102以密封电池和提供负端290。壳体的密闭端104可用作电池的正端。可以将密闭端104拉伸或压印以提供突出正支托(pip)或可以将具有突出支托180的端板184焊接到壳体的密闭端104，如图1A所示。
构成端帽组件12的具体实施方案的部件最好地在图4中显示。端帽组件12包括伸长的阳极集电器160；绝缘密封构件220；位于密封构件220以上的金属罩230；部分穿过绝缘密封构件220的金属铆钉240；塑料垫片250，它分隔铆钉240和金属罩230；位于铆钉240的腔248中的橡胶排气栓260；在橡胶栓260上的排气支托帽270；塑料填料密封280；和在塑料填料280上的负端板290。
在此公认的是橡胶排气栓260位于铆钉240中的腔248中，和在橡胶栓260上的排气支托帽270公开了和与由Gold Peak Batteries，香港制造的商业7/5-F6尺寸矩形可充电镍金属氢化物电池型号No.GP14M145结合使用。然而，本专利申请的申请人在此确定如果施加到原锌/MnO2碱性电池，在该镍金属氢化物可充电电池型号No.GP14M145中作为整体的端帽组件引起腐蚀和促进脱气。由于集电器的最宽部分非常接近(小于约0.5mm)电池外壳内表面，发现这样的腐蚀在伸长集电器和电池外壳的内表面之间发生。认识到集电器160的宽部分，即法兰161与可复位排气栓设计结合使用。由于集电器铆钉连接到绝缘密封构件220的下侧，要求集电器(法兰161)的这样宽部分。因此，法兰161必须足够宽以对其固定铆钉240的基座246。如果电池10是小尺寸平电池，例如总厚度为约5-10mm的立方体形状电池，法兰161的边缘因此，终止对壳体100的内表面的接近。
申请人通过再设计绝缘密封构件220改进包括集电器160和绝缘密封构件220的亚组件-向它提供包围裙226。绝缘密封裙226围绕阳极集电器160的最宽部分，即法兰161。绝缘裙161因此在集电器法兰161的边缘和壳体100的内表面之间提供屏蔽。确定绝缘裙161降低在法兰161和壳体100的内表面之间的空间中在电池放电期间腐蚀性化学品，典型地含金属的配合物或化合物的产生。这样的腐蚀性化学品，如果以一定的数量生产，可干扰电池性能和促进电池放气。同样，在此处所述的改进设计中阳极集电器160的最宽部分，即法兰161从外壳内表面为约0.5-2mm，优选约0.5-1.5mm。确定这与围绕集电器法兰161的绝缘密封裙226的使用结合防止在集电器宽部分(法兰161)和壳体100内表面之间任何显著数量腐蚀性化学品的产生。本发明的这样改进设计依次使可复位橡胶排气栓组件适于作为在此所述平碱性原电池的可用排气机构。
最好地在图4和5中显示的端帽组件12的部件可以采用如下方式组装：阳极集电器160包括在它的底端在尖端163中终止和在它的顶端在向外延伸的整体法兰161中终止的伸长轴或线162，它优选在对轴162的合适角度下。因此当将集电器160插入阳极150时，向外延伸法兰161的边缘可以比轴162更接近壳体100的内表面。绝缘密封构件220具有顶板227和相对的开放底部228。绝缘密封构件220优选是尼龙66或尼龙612，它是耐用的，耐碱，和可渗透氢。或者，绝缘密封构件220可以由聚丙烯、滑石填充聚丙烯、磺化聚乙烯或其它聚酰胺(尼龙)品级组成，它是耐用的和可渗透氢。绝缘构件220优选是矩形的所以它可以在壳体100的开放端102中紧密配合。从绝缘构件220的顶端227延伸的相对侧壁226a和相对端壁226b在顶板227周围形成向下延伸裙226。裙226限定该绝缘密封构件220的开放底部228的界限。存在通过顶板227的小孔224。存在金属罩230，它可以是具有通过其间的小孔234的金属板。存在具有头247和基座245的金属铆钉240。铆钉240可以是镀镍钢或不锈钢的。铆钉240具有头247中的腔248。腔248完全通过铆钉头247和铆钉轴245。将集电器160的法兰161插入绝缘密封构件220的开放底部228所以集电器160的法兰161由该密封构件220的绝缘裙226围绕和保护。如图4所示，集电器160的法兰部分161具有通过其间的小孔164。铆钉240的基座246可以通过该小孔164和铆钉连接到该法兰161以保持集电器160与该铆钉电连接。
在这样的实施方案中绝缘裙226在集电器的法兰161和电池壳体100的内表面之间提供屏蔽。已经确定在阳极集电器160任何表面和电池壳体100内表面之间的窄间隙，例如小于约0.5mm可提供区域，其中腐蚀性副产物可以在碱性电池放电期间产生。这依次可钝化阳极集电器160的相邻区域和促进放气。希望绝缘密封构件220的向下延伸裙226向外围绕集电器160的延伸部分如整体法兰161，因此在集电器160的最宽部分和壳体100之间提供屏蔽。确定这消散腐蚀问题和降低放气。申请人由如下方式再设计集电器优选的最宽部分改进设计：提供围绕最宽部分，即阳极集电器160的法兰161的屏蔽，即绝缘裙226。裙226的放置和效果更详细地描述于此处的以下段落。在此处所述的申请人的改进设计中，阳极集电器160的最宽部分，即法兰161离外壳内表面约0.5-2mm，优选约0.5-1.5mm。同样，包围绝缘裙226在集电器法兰161和壳体100之间提供屏蔽。确定这些设计特征消散腐蚀问题和使可复位橡胶排气栓组件适于作为本发明的平碱性原电池的可用排气机构。
在形成端帽组件12中，布置集电器160的法兰部分161所以将其间的小孔164通过绝缘密封构件220的顶板227与小孔224对准。将金属罩230布置在绝缘密封构件220的顶板227上所以将通过金属罩230的小孔234与小孔224对准。将塑料垫片盘250在金属罩230上插入所以将通过垫片盘250的小孔252与金属罩230的小孔234对准。在优选的实施方案中(图4)中，将铆钉240的基座246通过塑料垫片250的小孔252和也通过金属罩230的小孔234。也将铆钉240的基座246通过绝缘密封构件220的小孔224和集电器法兰161的小孔164。塑料垫片250分隔铆钉240与金属罩230。铆钉轴245的基座246通过绝缘密封构件220的小孔224和阳极集电器160的顶法兰部分161中的下面小孔164延伸。可以使用轨道铆钉器等将铆钉轴的基座246抗集电器法兰161的底表面锤入位置。这在绝缘密封构件220的小孔224中将铆钉轴锁定位置和也固定集电器160-铆钉轴245。这保持集电器160与铆钉240的永久电接触和防止铆钉轴245从绝缘密封构件220的小孔224脱除或离位。将铆钉头247在塑料垫片250上紧密就位。这形成包括铆钉240，塑料垫片250，金属罩230，绝缘密封构件220和阳极集电器160的亚组件。可以贮存亚组件直到准备用于进一步的组装。
通过将橡胶排气栓260插入铆钉头247中的腔248完成组装工艺。栓260优选为截短的锥形和设计以在铆钉头247的腔248中紧密配合。栓260优选是可压缩，回弹性材料的，该材料耐碱性电解质。栓260的优选材料是橡胶，优选氯丁橡胶或EPDM(乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物)橡胶或其它耐碱可压缩橡胶。栓240的表面优选由非润湿剂如特氟隆(聚四氟乙烯)、沥青或聚酰胺涂覆。然后将金属排气支托帽270在栓260上插入。将排气支托帽270采用足够的力量压挤到栓260上以压缩栓约0.55mm。确定这提供密封，该密封可承受约200psig(13.79×105帕斯卡)的内部气体压力积累。可以调节栓260压缩所以密封可承受典型地约100-300psig(6.895×105-20.69×105帕斯卡表压)，所需地约100-200psig(6.895×105-13.79×105帕斯卡表压)的内部压力。如需要，栓260的更高压缩程度也是可以的以使密封承受更高的压力，即高于300psig(20.69×105帕斯卡表压)。如需要，栓260的相反降低的压缩是可能的，所以保持密封直到在低于100psig的任何所需数值下的压力阈值。排气支托帽270的基座273可具有几个向下延伸的区段，当排气帽270压挤到栓260上时，该区段配合入塑料垫片250的顶表面中的压痕或裂缝253。这最好地在图5中所示。在将排气支托帽270在栓260上插入，因此将该栓在铆钉头腔248中压缩之后，将排气帽270焊接到铆钉头247。因此将栓260保持压缩在铆钉头腔248中。将塑料填料构件280放置在排气帽头271上。排气帽头271通过塑料填料280中的小孔282突出。然后将端子端板290(负端)焊接到排气帽头271。因此将排气帽270焊接到端板290和铆钉240两者。端子端板290由具有良好机械强度和耐腐蚀性的导电金属如镀镍冷轧钢或不锈钢，优选镀镍低碳钢构成。因此，形成端子端板290与集电器163永久电接触的完成的端帽组件12。
然后将完成的端帽组件12插入壳体100的开放端102。集电器轴162透入阳极淤浆150。将金属罩230的边缘，优选由激光焊接，焊接到壳体的顶部周边边缘104。这牢固地将端帽组件12保持位置和密封壳体的开放端102，如图1和1A所示。末端板290与集电器160和阳极150电接触，和因此形成在此所述锌/MnO2碱性电池实施方案的电池负端。认识到负端板290与壳体100由塑料填料280电绝缘。铆钉240和阳极集电器160与壳体100由塑料垫片250和绝缘密封构件220电绝缘。如图1A，2和3所示，在壳体100的相对密闭端的支托180形成电池的正端。支托180可以从壳体的密闭端104整体形成或可以由单独板184形成，它单独焊接到密闭端，如图1A所示。完成的电池在图1和1A的透视图中和在图2和3的横截面视图中显示。
在电池放电或贮存期间的操作中，如果电池中的气体压力累积到超过设计阈值水平，栓260在铆钉头腔248中离位。这会允许气体从电池内部中通过铆钉头腔248逸出，然后通过排气帽270的排气小孔272逸出和逸出到外部环境。当降低电池中的压力时，栓260在铆钉头腔248中复位。
作为增加的安全特征，电池可具有第二排气设备，它用作补充可复位栓排气口260。可以设计补充排气口以在灾难状况下启动，例如如果用户非故意地使用平可充电电池用的电池充电器尝试再充电原电池10长的时间。设计本发明的电池10是原(不可充电)电池。不管电池不应当再充电的在电池标签上的大量书写通知，总是可能的是用户采用常规平电池充电器，例如设计用于再充电平镍金属氢化物电池的充电器非故意地尝试再充电电池。如果通过尝试再充电长时间以此方式滥用电池，存在内部压力水平可能突出上升的危险。
如果将电池10非故意地经历再充电(尽管希望它是原(不可充电)电池)，当内部气体压力达到设计阈值，所需地约100-300psig(6.895×105-20.69×105帕斯卡表压)的压力时栓排气口260离位，因此释放压力。如果在持续充电长时间时压力再次累积，栓260再次离位。栓离位和复位的这样工艺可以重复许多次，导致气体压力从电池内部的脉冲释放。在这样的滥用条件下存在如下可能性：KOH电解质逐渐进入和在栓260和容纳栓260的铆钉头腔248内表面之间的自由空间中结晶。(将栓260在铆钉头腔248中由焊接到铆钉头的排气帽270保持压缩)。这样结晶KOH的累积降低在栓260和排气帽270内表面之间自由空间的数量。由于当达到阈值气体压力时可用于栓260膨胀的自由空间较少，当持续再充电工艺时这使得栓260逐渐地更难以离位。结晶KOH在铆钉头248中少量自由空间中的累积也可阻碍气体通过排气帽270中排气小孔272的合适排气。
在此提出设计中的几个改进以降低在栓260和排气帽270内表面之间这样KOH结晶累积的有害效果。
本发明的排气系统可包括主和补充排气机构。当电池中的气体压力累积到设计压力阈值水平P1时启动主排气机构。需要具有补充排气机构在主排气机构不能合适地操作或如果电池经历滥用状况，导致气体压力的快速累积，补充排气机构在更高压力水平P2下启动。一种这样的滥用状况可发生，例如如果将电池非故意地经历充电延长的时间。在本发明的一个具体实施方案中可复位栓240用作主排气机构，它在约100-300psig的设计阈值压力P1下启动。补充排气机构可以是壳体100或端帽组件12切出部分中任何位置的弱激光焊接处。设计弱激光焊接处以当电池中的气体压力达到更高压力P2，所需地约400-800psig时破裂。可以存在强焊接处，优选与弱焊接处相邻。设计强焊接处以在仍然更高压力P3，所需地约800-2500psig下破裂。
一个实施方案补充排气系统可以由如下方式提供：沿在金属罩230和壳体100内表面之间的激光焊接界面部分形成弱激光焊接处。(金属罩230用于密闭壳体100的开放端102。)优选，弱激光焊接处310a可以在一个金属罩长边缘230a的主要部分和壳体边缘108a之间施加，如图6所示。可以施加弱激光焊接处310a所以焊接处厚度使得当电池中的气体累积到约400-800psig(2748×103-5515×103帕斯卡)的压力时，它所需地断裂或破裂。可以调节弱焊接处的渗透深度以达到所需的破裂压力。约400-800psig(2748×103-5515×103帕斯卡表压)的破裂压力可以采用约2-4密耳(0.0508-0.102mm)的激光焊接处渗透深度达到。弱焊接处可以所需地沿金属罩230的至少一个长边缘230a的主要部分走向。优选，弱焊接处在点312a开始，它离壳体100的角相交短边缘108c和长边缘108a至少约1mm。因此，对于平7/5-F6电池弱焊接处的长度可以为至少约10mm，典型地约13mm。
在金属罩230边缘和壳体边缘(壳体边缘107c，107d，和106d)(图6)之间的剩余周边界面可具有强激光焊接处310b，强激光焊接处310b设计以在更高压力水平，例如约800-2500psig(5515×103-17235×103帕斯卡表压)，典型地约800-1600psig(5515×103-11030×103帕斯卡表压)的气体压力下破裂。可以调节强焊接处的渗透深度以达到所需的破裂压力。约800-2500psig(5515×103-17235×103帕斯卡表压)的破裂压力可以采用约5-7密耳(0.127-0.178mm)的激光焊接处渗透深度达到。可以更精细地调节强焊接处的渗透深度，允许焊接处在所需压力水平，例如约1300-1600psig(8962×103-11030×103帕斯卡表压)下破裂。
尽管金属板230的边缘显示为焊接到金属壳体100的内表面，如图6所示，可以存在供选择的实施方案，其中金属板230的边缘焊接到金属壳体的边缘而不是壳体100的内表面。一种这样的供选择实施方案显示于图6A。在这样的实施方案中(图6A)卷曲由相对长边缘108a和108b和相对短边缘108c和108d限定的壳体边缘108，所以这样的边缘位于与金属板230相同的平面中。因此，金属板230的边缘230a和230b可以直接激光焊接到卷曲的壳体边缘180。强激光焊接处310b可以在板边缘230b和壳体边缘108b，108c和108d之间施加；弱激光焊接处310a可以在板边缘230a和壳体边缘108a之间施加。
在仍然其它实施方案中在壳体100的主体中可以存在切出的部分。切出的部分可以具有变化的形状。例如，切出的部分可以是多边形(图7)或它的至少一部分边界是弯曲的(图7A)。可以将金属板，如板400(图7)或板500(图7A)插入这样的切出的部分。可以激光焊接金属板400(图7)或金属板500(图7A)的边缘到壳体以密闭切出的部分。焊接处的形式可以所需地为强激光焊接处410b和相邻弱激光焊接处410a，如图7的实施方案所示。焊接处的形式可以为强激光焊接处510b和优选相邻弱激光焊接处510a，如图7A的实施方案所示。
强和弱焊接处可以使用在峰功率输出范围中操作的不同类型激光器达到。以下是使用Nd：Yag激光器产生的弱和强焊接处的非限制性例子。当电池中的气体压力达到约400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)的阈值压力时，上述的弱焊接处如上所述断裂或破裂。当电池中的气体压力达到约800-2500psig(5515×103-17235×103帕斯卡表压)，典型地约800-1600psig(5515×103-11030×103帕斯卡表压)的阈值压力时，强焊接处会破裂。弱焊接处特别地提供补充排气系统，允许如果如上所述滥用电池，气体从电池中逸出。
或者，补充排气机构的形式可以为有凹槽的排气口，即在壳体100表面上的一个或多个凹槽，它导致下面的变薄的材料区域。可以调节下面的变薄的材料区域的凹槽深度和厚度所以当电池中的气体压力上升到大于P1的压力P2时变薄的区域破裂。在另一个实施方案中可以消除可复位栓和激光焊接处可以用作在压力P1下启动的主排气机构。在这样的实施方案中补充排气机构可以是在壳体表面上在凹槽下面的变薄的材料。可以设计变薄的材料以在更高的压力水平P2下破裂。
在仍然另一个实施方案中在壳体表面上可以存在多个凹槽。一个凹槽可具有小厚度的下面变薄区域，允许它当电池中气体累积到设计压力水平P1时破裂。壳体表面上的第二凹槽，它可以与第一凹槽相邻或间隔开，可具有下面变薄的区域，如果电池中的气体压力累积到更高P2设计该区域以破裂。
当壳体100是钢，例如镀镍冷轧钢或不锈钢的时，凹槽如凹槽600a(图8)可以在壳体表面上形成所以当电池中的气体压力达到约400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)的压力时，在凹槽下面的变薄的材料会破裂。壳体的无凹槽部分的平均壁厚度可以典型地为约0.3-0.50mm，所需地约0.3-0.45mm。为达到约400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)的破裂压力，形成凹槽所以下面的变薄的材料的厚度典型地为约0.07-0.08mm。在具体的非限制性例子中，如果形成凹槽所以在下面的变薄的材料的厚度为约0.074mm，当电池中的气体压力达到约435psig(2999×103帕斯卡表压)的水平时这样下面的材料破裂。
凹槽600，例如它的形式可以为壳体表面上的凹槽600a或600b(图8-8A)，通过采用模头，优选具有切刀边缘的模头压印壳体表面制备。当压印模头冲压入壳体外表面时保持轴柄对着壳体的内表面。对于采用这样压印或切割模头形成的凹槽，下面的变薄区域610(图9)的厚度主要确定变薄区域破裂的压力。凹槽切口可以所需地是V-形(图9)，它优选采用具有刀边缘的压印模头获得。V形凹槽所需地具有约40度的锐角，α。凹槽600可以由其它方法，例如由化学蚀刻制备。
在凹槽600下面的变薄的材料优选与壳体材料相同，典型地是镀镍冷轧钢。凹槽600可以具有直或弯曲的边界或可具有直和弯曲部分的组合。凹槽600可具有矩形，多边形或长方形的边界。凹槽它们的至少一部分边界是卷曲的，即部分凸和部分凹的。凹槽边界可以是密闭或开放的。在此处优选的实施方案中凹槽可以是直或基本直的，优选平行于壳体的宽边缘108a(图8-8A)。例如，在7/5-F6尺寸矩形电池中，凹槽600a(图8和8A)可以所需地平行于壳体宽边缘108a布置和离其约10mm和长度可以为约8mm。
可以存在与第一凹槽600a间隔开的第二凹槽600b，如图8A所示。在具体的非限制性实施方案中第二凹槽600b可以平行于凹槽600a和离正端180(密闭端)约10mm。凹槽600b的长度可以为约8mm。在这样的情况下每个凹槽600a和600b在下面的材料厚度可以不同，所以每个中的下面的材料当电池中的气体压力达到不同压力水平时断裂。例如，可以设计在凹槽600a下面的变薄的材料以当电池中的气体压力达到约250-800psig的设计爆裂压力时破裂。为达到约250-800psig(1724×103-5515×103帕斯卡表压)的这样爆裂压力范围，在凹槽600a下面的变薄的材料的厚度为约0.04-0.15mm。或者，可以设计在凹槽600a下面的变薄的材料以当电池中的气体压力达到约400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)的设计爆裂压力时破裂。为达到400-800psig的这样爆裂压力，在凹槽600a下面的变薄的材料的厚度为约0.07-0.15mm。可以设计在第二凹槽600b下面的变薄的材料以当在灾难状况下，在如下情况下电池中的气体压力破裂时而破裂：误使用电池和电池中的气体压力快速上升到约800-1600psig(5515×103-11030×103帕斯卡表压)的水平。为达到在约800-1600psig的压力水平下破裂，在凹槽600b下面的变薄的材料610的厚度，典型地为约0.15-0.35mm。
实施例1(使用Nd:Yag激光器的弱焊接处)
用于沿壳体边缘106c焊接金属罩230-壳体100的弱焊接处(图6或6A)可以采用Nd:Yag激光器生产。激光器在约100赫兹的频率下操作。每个脉冲的峰值功率输出是约35瓦。平均功率输出是0.5千瓦。脉冲宽度(在峰值功率之间的循环时间)是约0.7毫秒。激光器进料速率(激光器沿焊接途径的运动速率)是约3英寸每分钟。沿壳体的长边缘106c产生均匀焊接处，因此对其焊接金属罩230的邻接长边缘230a。焊接处具有约2-4密耳(0.0508-0.102mm)，典型地约3密耳(0.0762mm)的均匀渗透深度。当电池中的压力达到约400-800psig(2757×103-5515×103帕斯卡表压)的水平时焊接处断裂和如果损害主排气口(栓260)的操作因此用作补充排气口。
实施例2(使用Nd:Yag激光器的强焊接处
用于沿壳体边缘106d，107c和107d(图6或6A)焊接金属罩230-壳体100的强焊接处可以通过采用Nd:Yag激光器生产。用于沿壳体边缘106d，107c和107d焊接金属罩230-壳体100的强焊接处可以通过采用Nd:Yag激光器生产。激光器在约12赫兹的频率下操作。每个脉冲的峰值功率输出是约46瓦。平均功率输出是0.65千瓦。脉冲宽度(在峰值功率之间的循环时间)是约5.9毫秒。激光器进料速率(激光器沿焊接途径的运动速率)是约2英寸每分钟。沿壳体的长边缘106d，107c和107d产生均匀焊接处，因此对其焊接金属罩230的邻接边缘，如图6所示。焊接处的均匀渗透深度为约5-7密耳(0.127-0.178mm)，典型地约6密耳(0.152mm)。当电池中的压力达到约800-2500psig(5515×103-17235×103帕斯卡表压)，典型地约800-1600psig(5515×103-11030×103帕斯卡)的水平时焊接处断裂。
在商业生产中上述Nd：Yag激光器可以在约125瓦的更高峰值功率下操作以产生弱焊接处和在约150瓦的峰值功率下操作以产生强焊接处。在更高峰值功率下的这样操作允许激光器沿焊接途径在更高速度下移动(进料速率)。
另外为降低在栓260和排气帽270内表面之间任何KOH结晶累积的有害效果，如果将电池非故意地经历充电它可能发生，可以改进栓260所以它在铆钉头247外壳栓260中的腔中占据更少的空间。这样改进设计的具体实施方案在图2A，3A和4A中显示为栓260。在图4所示的栓260的改进设计中，与图2，3和4中所示栓的截头锥体设计相比，栓在铆钉头腔248中占据较少的空间。在栓260压缩入铆钉头腔248之后，在腔248外壳该栓中自由空间的数量大于约10％，所需地约10-40％。与之相比在图2，3，和4中显示的截头锥体实施方案中所示栓260的铆钉腔中自由空间的数量典型地小于约10％。
已经确定更大数量的自由空间，典型地铆钉头腔248中约10-40％，它由改进栓设计达到(图4A)，保证栓在滥用状况下的更有效操作，例如如果如上所述将电池非故意地经历充电。当电池中的气体压力达到设计阈值水平，如约100-300psig时这样改进的栓260(图4A)所需地离位。铆钉头腔248中更大数量的自由空间在其中容纳任何逐渐的KOH结晶累积，如果电池由非故意的充电而滥用它可能发生。然而在铆钉头腔248中剩余足够的自由空间以允许栓260-在复位自身中有效操作以允许当电池中的压力累积到设计阈值水平时气体压力释放。
栓260的形状可以如图4A所示而改变以在铆钉头腔248中达到更大数量的自由空间。在改进设计中(图4A)，栓260具有圆筒形基座262和从其延伸的更小直到的整体形成圆筒体261。在改进栓260(图4A)在腔中压缩之后，可以如要求调节主体261的直径对基座262的直径的比率以在铆钉头腔248中达到更大数量的自由空间，典型地约10-40％。主体261的圆筒形状较好承受在铆钉头腔248中压缩栓260的压力。由如下方式将改性栓260(图4A)在铆钉头腔248中压缩：施加力量到栓的顶表面263和然后焊接排气帽270-铆钉头247。这保持栓260在铆钉头腔248中紧密地处于压缩状态。在压缩状态中栓260的主体261呈现球状构型，如图1A和2A所示。当电池中的气体压力累积到阈值水平，所需地约100-300psig时，栓自身离位，因此让电池中的气体通过排气帽270中的排气小孔272逸出。优选在排气帽270中存在至少两个排气小孔272-假定存在清楚的途径，当栓270离位时通过该途径气体可以从排气帽270逸出。栓260所需地是弹性体，优选橡胶材料的，在与碱性电解质接触时该橡胶材料是足够可压缩和回弹的，还耐化学品侵蚀或物理降解。栓260的优选橡胶材料是硫化EPDM橡胶，所需地硬度测验器硬度为约80-85。
尽管优选是图4A中所示的栓260的改进构型，认识到栓的其它形状可有助于在铆钉头腔248中达到自由空间的所需增加，该铆钉头腔248容纳栓。例如，栓的主体261可以轻微倾斜而不是如图4A所示的圆筒形。同样铆钉头腔的宽度可以在电池的宽侧方向改变(图2A)。在这样的情况下铆钉头腔248沿一个轴，即在电池的宽侧方向伸长(图2A)。然而，优选是对称(圆形)铆钉头腔248，如目前在图中所示。
不希望限制本发明到任何特定尺寸的矩形电池。然而，通过特定的例子，碱性电池100可以是小尺寸矩形(立方体)，典型地厚度为约5-10mm，特别地厚度为约5-7mm，如在电池厚度的方向中由壳体的外部*表面测量。电池宽度可以典型地为约12-30mm和电池长度可以典型地为约40-80mm。特别地本发明的碱性电池10可以用作相同尺寸可充电镍金属氢化物电池，例如标准7/5-F6尺寸矩形电池替代物。7/5-F6尺寸电池的厚度为6.1mm，宽度为17.3mm，和长度为约67.3mm。
代表性电池的化学组成
关于阳极150，阴极110和隔离膜140的化学组成的电池组成的如下描述适用于在上述实施方案中公开的平电池。
在上述电池10中，阴极110包括二氧化锰，和阳极150包括锌和电解质。含水电解质包括KOH，氧化锌，和胶凝剂的常规混合物。阳极材料150的形式可以为包含无汞(零加入汞)锌合金粉末的胶凝化混合物。即，电池的总汞含量小于按重量约100份每一百万份(ppm)锌，优选小于按重量50份汞每一百万份锌。电池也优选不包含任何加入数量的铅和因此是基本无铅的，即总铅含量小于30ppm，所需地小于15ppm阳极中的总锌。这样的混合物可典型地包含含水KOH碱性电解质溶液，胶凝剂(如，以商品名CARBOPOL C940从B.F.Goodrich购得的丙烯酸共聚物)，和表面活性剂(如，以商品名GAFAC RA600从
Figure C200480035016D0028084325QIETU
 Poulenc购得的有机磷酸酯类表面活性剂)。这样的混合物仅作为说明性例子给出和不希望限制本发明。锌阳极的其它代表性胶凝剂公开于U.S.专利No.4,563,404。
阴极110所需地具有如下组成：87-93wt％电解二氧化锰(如，来自Kerr-McGee的Trona D)，2-6wt％(总量)石墨，5-7wt％KOH浓度为约30-40wt％的7-10当量的(Normal)KOH水溶液；和0.1-0.5wt％任选的聚乙烯粘结剂。电解二氧化锰的平均粒度典型地为约1-100微米，所需地约20-60微米。石墨的形式典型地为天然，或膨胀石墨或其混合物。石墨也可包括单独的石墨碳纳米纤维或在与天然或膨胀石墨的混合物中的石墨碳纳米纤维。这样的阴极混合物希望是说明性的和不希望限制本发明。
阳极材料150包括：锌合金粉末62-69wt％(99.9wt％包含铟包含200-500ppm铟作为合金和镀敷材料的锌)，包括38wt％KOH和约2wt％ZnO的KOH水溶液；以商品名“CARBOPOL C940”从B.F.Goodrich购得的交联的丙烯酸聚合物胶凝剂(如，0.5-2wt％)和以商品名“Waterlock A-221”从Grain Processing Co.购得的接枝到淀粉主链上的水解的聚丙烯腈(0.01-0.5wt％)；有机磷酸酯表面活性剂RA-600或以商品名RM-510从
Figure C200480035016D0029084354QIETU
购得的二壬基苯酚磷酸酯表面活性剂(100-1000ppm)。在此使用的术语锌应当理解为包括锌合金粉末，该粉末包括非常高浓度的锌，例如至少99.9wt％锌。这样的锌合金材料基本与纯锌那样电化学起作用。
关于本发明的平碱性电池10的阳极150，锌粉末平均粒度所需地是约1-350微米，所需地约1-250微米，优选约20-250微米。典型地，锌粉末的平均粒度可以为约150微米。阳极150中的锌粒子可以为针形或球形形状。由于它们从分配喷嘴更好地分配优选是球形锌粒子，该喷嘴用于采用锌淤浆填充电池的相对小阳极腔。阳极中锌的堆密度为约1.75-2.2克锌每立方厘米阳极。碱性电解质水溶液在阳极中的体积百分比优选是约69.2-75.5体积％的阳极。
可以采用常规方式平衡电池10以便MnO2的mAmp-hr容量(基于370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于820mAmp-hr/g锌)是约1。然而，优选平衡电池所以阴极显著过量。优选平衡电池10使得MnO2的总理论容量除以锌的总理论容量为约1.15-2.0，所需地约1.2-2.0，优选约1.4-1.8，更优选约1.5-1.7。由于基于总电池重量在放电时MnO2到MnOOH的更小转化百分比，确定采用这样阴极过量的电池平衡降低阴极膨胀的数量。这依次降低电池壳体的溶胀数量。MnO2的理论容量对锌的理论容量的以上比率可以可行地高至约2.5或甚至直到约3.0以降低总体溶胀，但在大于约2.0的这样更高比率下的电池设计更显著地降低电池容量和因此从那个观点来看较不是所需的。
确定需要壳体100壁厚度为约0.30-0.50mm，典型地约0.30-0.45mm，优选约0.30-0.40mm，更所需地约0.35-0.40。电池10优选为总厚度所需地为约5-10mm的立方体形状(图1和2)。与其结合平衡电池以便阴极过量。所需地平衡电池使得MnO2的理论容量(基于370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于820mAmp-hr/g锌)的比率为约1.15-2.0，所需地约1.2-2.0，优选约1.4-1.8。阳极厚度对壳体外部厚度的比率所需地为约0.30-0.40。(这样的厚度沿垂直于纵轴190的平面，经过电池的厚度(小尺寸)测量。)
隔离膜140可以是由如下部分组成的常规离子多孔隔离膜：纤维素和聚乙烯醇纤维的非织造材料的内层和玻璃纸的外层。这样的材料仅是说明性的和不希望限制本发明。
壳体100优选是镀镍钢的。壳体100所需地在它的内表面上由碳涂料，优选石墨碳涂料涂覆。这样的石墨涂料的形式可以为，例如含水基石墨分散体，可以将它施加到壳体内表面和随后在环境条件下干燥。通过降低在壳体内表面上发生的表面腐蚀可能性，石墨碳改进电导率和可间接降低电池放气。金属罩230，负端板290和正端板180也优选是镀镍钢的。集电器160可以选自发现用作集电器材料的各种已知导电材料，例如黄铜、镀锡黄铜、青铜、铜或镀铟黄酮。绝缘密封构件220优选是尼龙66或尼龙612的。
以下是显示使用相同尺寸矩形电池与不同电池平衡的对比性能的具体实施例。新电池在每种情况下厚度为5.6mm，宽度为17mm，和长度为67mm。(除非另外规定，所有的尺寸是外部尺寸而没有在壳体周围的标签。)壳体100壁厚度对于每个测试的电池是相同的0.38mm。每个电池的壳体100是在它的内表面上由石墨碳涂覆的镀镍钢。电池构型在每种情况下相同，如附图所示(图1-5)。阳极集电器160的宽部分(法兰161)边缘离壳体100的内表面约0.5mm。绝缘密封构件220的包围裙226围绕集电器160的该宽部分(法兰161)，因此在它和壳体100的内部壁表面之间提供屏蔽。
所有电池部件与上述相同和每个测试的电池具有附图所示的排气端帽组件12。唯一的区别是在电池平衡和阳极组成。平衡对比电池(对比例)使得平衡比，即MnO2的理论容量(基于370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于820mAmp-hr/g锌)是1.1。平衡测试实施例1的测试电池使得平衡比，即MnO2的理论容量除以锌的理论容量是1.25。平衡测试实施例2和3的测试电池使得MnO2的理论容量除以锌的理论容量分别是1.6和2.0。
将如下实施例中的对比和测试电池在90毫瓦功率开随后三小时功率关的循环下间歇放电，直到达到0.9伏的截止电压。(这样的间歇放电模拟便携式固态数字音频播放器的典型使用，它典型地能够使用MP3音频格式。)然后记录总实际服务小时数和评价和记录电池壳体的溶胀数量。
对比例(对比电池)
制备附图所示的矩形(立方体)构型的对比测试电池10和端帽组件。由壳体100外部尺寸限定的电池的长度为约67mm和宽度为约17和厚度(在放电之前)为约5.6mm。阳极150和阴极110具有如下组成：
阳极组成：
                   wt％
锌1                70.0
表面活性剂2        0.088
(RA600)
电解质3
(9当量的KOH)       29.91
                   100.00
备注：
1.锌粒子的平均粒度为约150微米和由铟合金化和镀敷以得到约200ppm的总铟含量。
2.来自
Figure C200480035016D0032084508QIETU
 Poulenc的有机磷酸酯类表面活性剂溶液RA600。
3.碱性电解质溶液包含总计构成约1.5wt％碱性电解质溶液的胶凝剂Waterlock A221和Carbopol C940。
阴极组成：
                          wt％
MnO2(EMD)
(来自Kerr McGee的Trona D)  87.5
石墨1
(NdG15天然石墨)            7.4
电解质
(9当量的KOH)                5.1
                           100.0
备注：
1.石墨NdG15是来自Nacional De Grafite的天然石墨。
电池的壳体100壁厚度是0.38mm。新电池10的长度为67mm，厚度为5.6mm和宽度为17mm。平衡电池的阳极150和阴极110使得MnO2的理论容量(基于370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于820mAmp-hr/g锌)是1.1。阳极具有2.8克锌。(阴极具有6.89克MnO2。)阳极150，阴极110和隔离膜140构成图1和1A中所示构型的壳体100的约66％外部体积。阳极厚度对壳体外部厚度的比率是约0.35。厚度沿垂直于纵轴190的平面，经过电池的外部厚度(小尺寸)测量。
电池在90毫瓦“功率开”随后三小时“功率关”的循环下间歇放电，直到达到0.9伏的截止电压。实际服务寿命是24.5小时。壳体从5.6mm的厚度溶胀到6.13mm的厚度。(厚度在图1A所示的侧壁106a和106b的外表面之间测量。)
测试电池实施例1
制备矩形构型和与对比例中相同尺寸的测试电池10。阳极150和阴极110具有如下组成。
阳极组成：
                    wt％
锌1                 66.0
表面活性剂2         0.083
(RA 600)
电解质3
(9当量的KOH)       34.0
                  100.08
备注：
1.锌粒子的平均粒度为约150微米和由铟合金化和镀敷以得到约200ppm的总铟含量。
2.来自
Figure C200480035016D0032084508QIETU
 Poulenc的有机磷酸酯类表面活性剂溶液RA600。
3.碱性电解质溶液包含总计构成约1.5wt％碱性电解质溶液的胶凝剂Waterlock A221和Carbopol C940。
阴极组成：
                            wt％
MnO2(EMD)
(来自Kerr McGee的Trona D)    87.5
石墨1
(NdG15天然石墨)             7.4
电解质
(9当量的KOH)                5.1
                           100.0
备注：
1.石墨NdG15是来自Nacional De Grafite的天然石墨。
测试电池的壳体100壁厚度是0.38mm。新电池10的长度为67mm，厚度为5.6mm和宽度为17mm。平衡电池的阳极150和阴极110使得MnO2的理论容量(基于370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于820mAmp-hr/g锌)是1.25。阳极具有2.56克锌。(阴极具有7.11克MnO2。)阳极，阴极，电解质和隔离膜构成壳体100的约66％外部体积，即在它的密闭端104和开放端102之间测量。阳极厚度对壳体外部厚度的比率是约0.35。厚度沿垂直于纵轴190的平面，经过电池的外部厚度(小尺寸)测量。
电池在90毫瓦“功率开”随后三小时“功率关”的循环下间歇放电，直到达到0.9伏的截止电压。实际服务寿命是24.3小时。壳体从5.6mm的厚度溶胀到6.03mm的厚度。(厚度在图1A所示的侧壁106a和106b的外表面之间测量。)服务小时大约与对比例中相同，然而，壳体溶胀较少。
测试电池实施例2
制备矩形构型和与对比例中相同尺寸的测试电池10。阳极150和阴极110具有如下组成。
阳极组成：
                      wt％
锌1                   60.0
表面活性剂2           0.083
(RA600)
电解质3
(9当量的KOH)          39.92
                      100.00
备注：
1.锌粒子的平均粒度为约150微米和由铟合金化和镀敷以得到约200ppm的总铟含量。
2.来自
Figure C200480035016D0032084508QIETU
 Poulenc的有机磷酸酯类表面活性剂溶液RA600。
3.碱性电解质溶液包含总计构成约1.5wt％碱性电解质溶液的胶凝剂Waterlock A221和Carbopol C940。
阴极组成：
                        wt％
MnO2(EMD)
(来自Kerr McGee的Trona D)         87.5
石墨1
(NdG15天然石墨)                     7.4
电解质
(9当量的KOH)                        5.1
                                   100.0
备注：
1.石墨NdG15是来自Nacional De Grafite的天然石墨。
测试电池的壳体100壁厚度是0.38mm。新电池10的长度为67mm，厚度为5.6mm和宽度为17mm。平衡电池的阳极150和阴极110使得MnO2的理论容量(基于370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于820mAmp-hr/g锌)是1.6。阳极具有2.01克锌。(阴极具有7.13克MnO2。)阳极，阴极和隔离膜构成壳体100的约66％外部体积。阳极厚度对壳体外部厚度的比率是约0.35。
厚度沿垂直于纵轴190的平面，经过电池的外部厚度(小尺寸)测量。
电池在90毫瓦“功率开”随后三小时“功率关”的循环下间歇放电，直到达到0.9伏的截止电压。实际服务寿命是20.9小时。壳体从5.6mm的厚度溶胀到5.95mm的厚度。(厚度在图1A所示的侧壁106a和106b的外表面之间测量。)
测试电池实施例3
制备矩形构型和与对比例中相同尺寸的测试电池10。阳极150和阴极110具有如下组成。
阳极组成：
                           wt％
锌1                        52.0
表面活性剂2                0.083
(RA 600)
电解质3
(9当量的KOH)       47.92
                   100.00
备注：
1.锌粒子的平均粒度为约150微米和由铟合金化和镀敷以得到约200ppm的总铟含量。
2.来自
Figure C200480035016D0032084508QIETU
 Poulenc的有机磷酸酯类表面活性剂溶液RA600。
3.碱性电解质溶液包含总计构成约1.5wt％碱性电解质溶液的胶凝剂Waterlock A221和Carbopol C940。
阴极组成：
                              wt％
MnO2(EMD)
(来自Kerr McGee的Trona D)    87.5
石墨1
(NdG15天然石墨)               7.4
电解质
(9当量的KOH)                  5.1
                             100.0
备注：
1.石墨NdG15是来自Nacional De Grafite的天然石墨。
测试电池的壳体100壁厚度是0.38mm。新电池10的长度为68mm，厚度为5.6mm和宽度为17mm。平衡电池的阳极150和阴极110使得MnO2的理论容量(基于370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于820mAmp-hr/g锌)是2.0。阳极具有1.61克锌。(阴极具有7.13克MnO2。)阳极，阴极和隔离膜构成壳体100的约66％外部体积。阳极厚度对壳体外部厚度的比率是约0.35。厚度沿垂直于纵轴190的平面，经过电池的外部厚度(小尺寸)测量。
电池在90毫瓦“功率开”随后三小时“功率关”的循环下间歇放电，直到达到0.9伏的截止电压。实际服务寿命是18.5小时。壳体从5.6mm的厚度溶胀到5.87mm的厚度。(厚度在图1A所示的侧壁106a和106b的外表面之间测量。)
测试结果的讨论
在以上测试中，相同尺寸平电池在逐渐更高平衡比下平衡。阳极集电器160的宽部分(法兰161)的边缘离壳体100的内表面约0.5mm和由绝缘屏蔽物226围绕。平衡比定义为MnO2的理论容量(基于370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于820mAmp-hr/g锌)。在以上对比测试中当电池平衡比(MnO2的理论容量对锌的理论容量)是约1.1时，平测试电池的溶胀显著地从总厚度5.6mm增加到6.13mm。在测试实施例1(平衡比1.25)中电池溶胀较少，即从5.6mm到6.03mm。在测试实施例2(平衡比1.6)中电池从5.6mm溶胀到5.95mm。在测试实施例3(平衡比2.0)中电池甚至溶胀更小从5.6mm到5.87mm。电池服务寿命当平衡比在1.1和1.6之间增加时适当地较小(从24.5小时到20.9小时)和在最高平衡比2.0下更显著更小(18.5小时)。
本发明的另一个优选实施方案显示于图10-17。尽管需要可再使用或可再启动排气机构如可复位栓260，可以消除它如在图10-17所示的实施方案中。以上已经指示可以消除可复位栓260和弱激光焊接处可以用作主排气机构，它在可复位栓的启动压力，即优选约100-300psig(689×103-2068×103帕斯卡)的压力P1下断裂或破裂。在这样的情况下(消除了可复位栓)以上说明补充排气机构可以是在凹槽(凹槽600a或600b)以下，在壳体表面上的变薄的材料区域。可以设计变薄的材料以在更高的压力水平P2下破裂。
如现在图10-17的实施方案所示已经确定一个或多个凹槽排气口，优选单一凹槽排气口600a或600b可以用作主排气机构。在这样的情况下单一凹槽排气口如600a或600b可以切割或刻痕入壳体表面所以下面的变薄区域在压力P1下破裂。优选，单一凹槽排气口600b靠近壳体的密闭端靠近正端180布置，如图10A所示。凹槽边界可以是密闭或开放的。在此处优选的实施方案中凹槽可以是直或基本直的，优选平行于壳体的宽边缘108a(图8-8A)。例如，在7/5-F6尺寸矩形电池中，凹槽排气口600b可位于壳体宽面106a上(图10a)。在优选的实施方案中凹槽排气口600b包括在壳体表面上的唯一凹槽排气口。通过非限制性例子，凹槽600b可以是平行于电池密闭端的直凹槽(图10A)。优选直凹槽600b的端部可以从壳体的窄侧等距。在这样优选的实施方案中凹槽600b的长度可以为约8mm和离壳体的密闭端104约5-10mm，如图10A所示。尽管需要直凹槽600b，不希望限制这样凹槽于这样的构型。认识到凹槽排气口600b可具有其它构型，如曲线形状或部分直和部分曲线的和可形成开放或密闭边界图案。
可以设计在凹槽600b下面的变薄的材料(图10A)以当电池中的气体压力达到约250-800psig(1724×103-5515×103帕斯卡表压)的设计爆裂压力时破裂。为达到约250-800psig(1724×103-5515×103帕斯卡表压)的这样爆裂压力范围，在凹槽600b下面的变薄的材料的厚度为约0.04-0.15mm。或者，可以设计在凹槽600b下面的变薄的材料以当电池中的气体压力达到约400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)的设计爆裂压力时破裂。为达到约400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)的这样爆裂压力范围，在凹槽600b下面的变薄的材料的厚度为约0.07-0.15mm。凹槽600b(图10A)在它的基座的宽度(邻近变薄区域610)可以典型地为约0.1-1mm，更典型地约0.1-0.5mm。在这样的范围内破裂压力主要由下面的变薄区域的厚度控制。然而，认识到在壳体100上具有下面变薄区域的更宽的有凹槽或切割区域也是可能的。
凹槽600b可以通过采用模头，优选具有切刀边缘的模头压印壳体100的表面制备。当压印模头冲压入壳体外表面时保持轴柄对着壳体的内表面。凹槽600b可以采用图9所示具有相等长度侧的V形状切割或图15所示具有不等长度侧的V形状切割。在前者的情况下(图9)形成V形凹槽的侧面所需地形成约40度的锐角，α和在后者的情况下(图15)它具有优选约10-30度的角度。与凹槽600b结合可以存在固定金属罩230-壳体100的一个或多个激光焊接处。这样的焊接处可以包括一个或两个弱激光焊接处和强激光焊接处，可以设计它们以在高于凹槽600b下面的变薄区域的破裂压力的压力下破裂。如先前所述这样的激光焊接处可以使用Nd:Yag激光器制备。用于固定金属罩230到壳体100的相邻弱和强激光焊接处，例如焊接处310a和310b的布置已经参考图6和6A显示和描述。在优选的实施方案中可以存在仅一个激光焊接处，即固定金属罩230整个圆击边缘到壳体100的强焊接处310b，如图10所示。可以强焊接处310以在灾难性状况下破裂例如，如果将电池在特别高电流下或在特别滥用状况下非故意地经历再充电，引起电池中的气体产生突然上升到约800psig-2500psig(5515×103-17235×103帕斯卡表压)的水平。
因此，在图10和13所示的修正的优选电池实施方案中，单一凹槽600b用作电池的主排气机构，其中设计在凹槽600b下面的变薄的材料610(图9和15)以如果电池中的气体上升到约250-800psig(1724×103-5515×103帕斯卡表压)，更典型地约400-800psig(2758×103-5515×103帕斯卡表压)的水平而破裂。和设计固定金属罩230的边缘到壳体100的强激光焊接处310b(图10)以用作电池的补充排气系统。设计这样的强激光焊接处310b以在灾难状况下当电池中的气体压力突然上升到约800psig-2500psig的水平时断裂或破裂。激光焊接处310b在这样灾难状况下的破裂允许气体快速通过其间逸出，降低电池中的气体压力到标称水平。
图10和10A显示的电池在通过平行于大侧106a的平面取的图11的横截面视图中和在通过平行于窄侧107a的平面取的图12的横截面视图中显示。如在图11和12中所示消除了引入先前具体实施方案的可复位栓260(图2和图4)。也可以消除形成电池的端帽组件12的相关构件，即消除早先实施方案(图2和4)中显示的排气支托帽270和塑料垫片盘250。形成端帽组件12的许多构件的数目降低也在图13中反映，它是电池内部构件的分解视图。因此，在修正的实施方案(图10-13)中铆钉240可以直接焊接到负端板290，如最好地在图11和12所示。
铆钉240到负端板290的焊接可以有效地由电阻焊接进行。铆钉240优选是黄铜，所需地典型地约1-3微米厚由锡层镀敷的黄铜的。负端板290优选是镀镍冷轧钢的。已经确定焊接可以最有效地进行和当端板290的厚度在焊接部分是约4密耳(0.102mm)时容易达到均匀焊接处。需要剩余部分的端板290更厚，优选对于总体强度约8密耳(0.204mm)。由于8密耳厚冷轧钢板是市售的，确定端板290的中心部分290a(图13)，即焊接处区域可以容易地采用轴柄压印以降低在焊接部分它的板厚度到约4密耳(0.102mm)。压印优选从端板290的顶部侧进行(图13)以形成压印的区域290a。这样的过程会留下端板290的剩余部分290b(图13)的厚度在它的初始8密耳(0.204mm)厚度。
端板290的中心部分290a(图13)可以采用各种构型，例如矩形，圆形或椭圆形压印。在矩形或椭圆形压印区域290a的情况下，压印区域290a的长尺寸(在壳体的宽侧方向)应当一定程度上大于铆钉头247直径以考虑到焊接电极(未显示)的布置。例如，采用3mm直径铆钉头247，压印区域209a的长尺寸可以为约4mm和压印区域290a的短尺寸可以为约3-4mm。如果压印区域是圆形的，它的直径可以为约3-4mm，如果铆钉头247直径是约3mm。
在组装修正实施方案的平碱性电池10(图10-13)，将包括锌的阳极材料150和包括MnO2的阴极材料与其间的隔离膜140通过开放端102插入电池壳体100。端帽组件12(图13)通过在绝缘密封构件220以是插入金属罩230而形成所以将密封构件的突出头221插入金属罩230的小孔234。然后将铆钉轴240通过金属罩板230中的小孔234插入(图13)。铆钉轴240与金属罩230由绝缘密封构件220的突出头221分隔。将优选黄铜的阳极集电器160的顶部法兰部分161对密封构件220的底表面向上推和由常规铆钉连接技术固定到优选黄铜或镀锡黄铜的铆钉240的下部，因此电连接集电器160到铆钉240。在集电器法兰161中存在小孔164和也在铆钉240的下部中存在开口249a以使它更容易固定阳极集电器160到铆钉240。(铆钉240的上部249b所需地是固体，如图11和12中所示。)在固定集电器160到铆钉240时，密封构件220在集电器法兰161和金属罩230的底表面之间楔入。
如图10和11中所示，金属罩230由强激光焊接处(破裂压力优选800-2500psig)焊接到壳体100的内表面。刻痕或凹陷金属罩230的中心部分，形成井区域235(图11)。将密封材料236，优选以商品名KORITE沥青密封剂购得的沥青密封剂(Customer Products)施加到金属罩230表面上的凹陷井区域235(图11和13)。KORITE沥青密封剂是包括约55-70wt％沥青和30-45％沥青的混合物的非硬化沥青。可以通过调节沥青/溶剂比率和施加密封剂时的温度调节密封剂的粘度。优选，在将沥青密封剂倾入井区域235之前加热罩板230和铆钉头247中的井区域235。所需地，当将它倾入井区域235时沥青密封剂的粘度为约1000厘泊。沥青填充凹陷区域235和在铆钉240和密封构件220之间提供另外的密封保护。然后将包括金属罩230铆钉240和绝缘密封构件220的亚组件插入壳体的开放端102所以集电器轴162透入阳极材料150(图11和12)。在将金属罩230的圆周边缘激光焊接到壳体100之后，可以将塑料填料密封280(图13)在铆钉240之上插入。这由如下方式进行：通过塑料填料280的小孔282插入铆钉头247。然后将平负金属板290放置到塑料填料280的顶表面上所以它接触突出铆钉头247。然后将负板290焊接到铆钉头247以完成端帽组件12的构造。电池10中完成的端帽组件12在图11和12中显示。
在激光焊接金属罩230的边缘到壳体100中优选施加导热介质，所需地液体或金属到金属罩230。导热介质优选是液体，它可以方便地放置在金属罩230表面上的井或沟槽区域235中。这样的导热介质可吸收激光焊接期间产生的基本部分的热量。当采用Nd:Yag(或同等)激光器时可以采用此方式吸收足够的热量以防止金属罩230在焊接期间达到大于约100℃的温度。或者，可以预冷却金属罩到小于环境室温(21℃)的温度，优选到接近水凝固点和甚至更低的温度。这样的预冷却也有助于防止金属罩230在焊接操作期间超过100℃。另外，可以预冷却金属罩230和也将导热介质施加到金属罩230。
将塑料填料密封280压挤配合入金属罩230以上的壳体100中。如果金属罩230不在激光焊接期间保持足够冷却，密封280可能过热到不利地影响它的物理性能的点。这可导致径向压缩的损失，即在密封280和壳体100之间紧密配合的疏松，依次提供途径到电解质的壳体外部，该电解质可泄漏入在金属罩230和金属罩280之间的区域。因此，推荐保持金属罩230足够冷却，或施加导热介质到金属罩以保证在激光焊接操作期间吸收足够的热量。完成此的方便方式是简单地加入，如在约5-10℃的少量冷却去离子水到金属罩230的沟槽区域235。这保持金属罩230的温度低于约100℃，依次允许密封280(图11和12)停留在有利的工作温度中。(在激光焊接操作之后可以将密封剂，如沥青密封剂以先前所述的方式加入井区域235。)或者，金属板(任选地预冷却)可以与金属罩230接触而施加。金属板，典型地钢的，可以在焊接操作期间吸收足够的热量以保证金属罩230不达到大于约100℃的温度。
尽管可以将水加入井区域235以保持金属罩230在激光操作期间冷却，认识到可以使用其它合适的冷却剂。例如，代替纯水，可以使用聚乙烯醇和氢氧化钾的冷却水溶液。聚乙烯醇在金属罩230的顶表面上涂覆，因此在金属罩230和密封280之间提供另外的密封保护。也可以将这样的溶液直接施加到塑料密封280的下侧(图11和12)，因此对密封280的下表面提供另外的密封保护。
或者，可以将胶凝剂加入施加到井235的含水冷却溶液。术语胶凝剂希望包括常规胶凝剂以及超吸收剂。这样的胶凝剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、丙烯酸共聚物的钠盐、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉接枝共聚物等。胶凝剂涂覆金属罩230的表面以在金属罩230和密封280之间提供另外的密封保护。可以使用压缩辊等将胶凝剂作为粉末施加到塑料密封280的下侧(图11和12)，以因此采用胶凝剂涂覆密封280和提供另外的密封保护。
在采用纸垫圈295代替塑料密封280的图17所示的实施方案中，可以将纸垫圈采用包括胶凝剂的水溶液或采用聚乙烯醇和氢氧化钾的水溶液预饱和。如果电解质泄漏入金属罩230和端板290之间的区域，纸垫圈295的这样再润湿提供另外的密封保护(图17)。另外，可以使用压缩辊等将包括胶凝剂粉末的单独层压挤到垫圈295的外侧上或在包括垫圈295的纤维性网络中分散，如在U.S.专利4,999,264中所述。
可以将单独的突出金属构件180焊接到电池的相对密闭端104。在完成的电池10中(图10-13)金属构件180与电池壳体电接触和因此形成电池的正端。端板290与铆钉240电接触，它依次与阳极集电器160电接触和因此形成电池的负端。
尽管按照具体的实施方案详细描述本发明，认识到具体构件设计中的变化是可能的和希望在本发明的概念中。例如，集电器160(图4和13)显示为伸长的构件，形状为在它的顶部终止的钉子，在具有通过其间的小孔164的水平延伸法兰161中终止。由于它使得容易固定集电器160的顶法兰161到铆钉240的底表面249(图11)，此设计是有吸引力的。这可以由常规铆钉连接技术完成，其中将铆钉的底表面249插入法兰小孔164和然后卷曲以固定集电器法兰161以铆钉240。在这样的设计中集电器轴偏移，它不沿电池的中心纵轴布置。这样的偏移不显现得显著干扰阳极的有效放电或干扰电池的总体性能。集电器轴162在图4的实施方案中显示为直钉子和在图13中显示的实施方案中显示为具有弯曲表面的直钉子。在任一情况下钉子从电池的中心纵轴190偏移，如例如，在图11中所示。
认识到其它集电器设计是可能的。例如，铆钉240可以是具有头部分247(图11)与整体形成的伸长轴部分(未显示)的实心构件，形状为从头247向下延伸和至少部分透入阳极150的钉子。在这样的情况下可以取向集电器轴所以它沿电池的中心纵轴190中心布置。这样铆钉的头部分247仍然可以采用上述方式焊接到端子端板290。
本发明的平电池的另一个具体实施方案显示于图17。在此实施方案中，例如牛皮纸的纸垫圈295可以在金属罩290和负端板290之间采用代替塑料填料280。牛皮纸垫圈是耐用的和提供在金属罩230和端板290之间的必须电绝缘。这样的设计降低铆钉头247的高度，因此压缩端帽组件12的总高度。它也具有的优点是消除模塑塑料填料280的需要。这依次导致电池内部中阳极/阴极活性材料的更多可利用体积。(图17中所示电池的其它构件基本与关于图10-12中所示电池显示和描述的那些相同)。认识到图17中所示具有固定到其上的集电器160的铆钉240可以由具有整体伸长集电器的单一铆钉代替，该铆钉的形状如为从其延伸和透入至少一部分阳极150的钉子。这样的整体集电器可以沿电池的中心纵轴190中心布置。
认识到每个电池实施方案希望具有在电池壳体周围缠绕的常规膜标签。用于这样标签的合适塑料膜是本领域已知的和典型地包括聚氯乙烯。标签可以采用所需的设计或标记印记。这样的标签可以是粘合剂涂覆的，典型地在边缘和通过在壳体表面周围缠绕而施加。或者，标签可以采用套管的形式施加和热收缩到壳体表面上。典型的标签12在图17中显示。
隔离膜制造
在图10-13所示的电池实施方案中，隔离膜140可以方便地从通常用于碱性电池的隔离膜材料形成。例如，典型地纤维素或纤维素类和聚乙烯醇纤维。电池10(图10-13)可以地为便地为总厚度为约6mm，宽度为约17mm和长度为约35-67mm的立方体构型。所需的隔离膜可以由双层组成，外层(面对阴极110)包括纤维素类和聚乙烯醇纤维和面对阳极150包括纤维素类材料，如人造丝的内层。在将阴极盘110通过开放端102(图11)插入壳体之后插入隔离膜140所以隔离膜面对暴露的阴极表面。
用于上述平电池的隔离膜140(图10-13)方便地通过辊压图14-14B中所示的平隔离膜板而制备。首先将近边缘140a在方向F1中沿弯曲线140b向内折迭，弯曲线140b离边缘140a约3-5mm。轴柄(未显示)可以对着隔离膜表面140d放置。然后可以将隔离膜远边缘140c在轴柄周围缠绕所以边缘140c在边缘140a周围通过，导致图14A中所示的部分缠绕构型。将远边缘140c在隔离膜表面上在方向F2中连续缠绕(图14A)。边缘140c可以由粘合剂固定到隔离膜表面。然后可以将底部隔离膜边缘142在隔离膜的后表面上向内折迭约3mm，如图14B所示和由粘合剂固定到其上。为固定边缘140c和/或底部隔离膜边缘142的粘合剂的使用可以由如下方式消除：简单地在方向F3中折迭底部隔离膜边缘140c和然后压挤它以形成图14B中所示的袋构型。当将折迭隔离膜插入壳体时，阴极形状也有助于保持隔离膜处于图14B所示的袋构型。除去轴柄(未显示)。获得的缠绕隔离膜140(图14B)的形状为具有密闭边界表面148与开放端144和相对密闭端143的袋子。隔离膜边界表面148限定在其中插入阳极材料150的腔155。
在将阴极盘110a插入电池壳体100之后，将构型如图14B所示的缠绕隔离膜140插入所以隔离膜表面面对暴露的阴极表面。隔离膜边界表面148形成阳极腔155。阳极腔155优选具有图14B所示的长方形构型。腔155的长方形构型的短尺寸对于立方体构型的电池10可以典型地为约2-3mm和总厚度为约6mm。优选，长方形构型的长尺寸在一定程度上小于总阳极腔155的电池中可利用空间的宽度。这导致在隔离膜一个短侧和阴极盘110a之间的间隙145，如图16所示。间隙145为约2-4mm，优选约2-3mm。然后可以将阳极材料150通过隔离膜开放端143填充入阳极腔155，导致由阳极材料150，阴极材料110，和其间的隔离膜140填充的壳体100，其中在隔离膜的一个短侧和阴极之间存在间隙145(空隙空间)，如图16所示。
已经确定如需要，现在可以通过将它直接分配入间隙145，将另外的碱性电解质溶液加入电池内部。可以通过将分配喷嘴直接插入该间隙，将另外的电解质分配入间隙145。在优选的实施方案中可以在阳极150和阴极110在电池中就位之后，将少量另外的碱性电解质溶液加入间隙145。在供选择的实施方案中可以在阴极就位之后但在将阳极材料插入阳极腔之前，将一部分另外的电解质加入间隙145。然后可以将阳极材料插入电池的阳极腔和其后可以将最终数量的电解质加入间隙145。在任一种情况下另外的电解质有助于改进阳极利用(排出的阳极活性物百分比)和总体电池性能。它也可以是倾向于阻碍电池溶胀的因素。
碱性电解质溶液向上述在隔离膜140和阴极110之间的间隙145中的加入避免溢流问题，如果将电解质直接加入阳极可发生溢流问题。例如，如果初始在隔离膜140和阴极110之间没有间隙和将另外的电解质加入电池内部，可以存在电解质进入阳极150以上的空隙空间146(图11)中的溢流。由于在覆盖电池开放端102的位置放置金属罩230之后它可引起沿金属罩230下侧或边缘的润湿，这样的溢流不是所需的。这样的润湿依次不利地影响金属罩230对壳体100的合适激光焊接。
如果将另外的电解质加入间隙145，推荐它在增量步骤中进行。例如，如果在将阳极150，阴极110和隔离膜140插入壳体之后将另外的电解质加入间隙145，推荐这样另外的电解质增量地在多个分配步骤中加入，该步骤考虑到时间流逝，典型地在分配之间的约1-4分钟。这允许每个增量数量的电解质要吸收到阳极中，隔离膜和阴极的时间，降低任何溢流发生的可能性，它可干扰金属罩230的合适激光焊接。如果电池是矩形7/5-F6尺寸电池，典型地要加入间隙145的另外的碱性电解质溶液的数量小于约1克。优选，在这样的情况下可以将在大约四个增量相等分配中加入电解质，及在分配之间的时间间隔为约1-4分钟以允许增量数量的电解质合适地吸收到阳极中，阴极和隔离膜的足够时间。令人惊奇地，已经发现当将该另外的电解质的总量分配入间隙145时，阳极150足够溶胀以膨胀由隔离膜表面148限制的阳极腔155。当阳极150溶胀时将隔离膜表面148对阳极和阴极两者推平齐，因此完全密闭间隙145。
进行根据参考图10-16显示和描述的实施方案制备的电池10的性能测试和在如下测试电池实施例4中报导。
测试电池实施例4
制备图10-13中所示实施方案中和与对比例中相同尺寸的矩形构型的测试电池10。阳极中锌的数量是2.01g和MnO2的数量是6.69。阳极150和阴极110具有如下组成。
阳极组成：
                    wt％
锌1                 60.0
表面活性剂2         0.075
(RM510)
电解质3
(9当量的KOH)       39.9
                  100.00
备注：
1.锌粒子的平均粒度为约150微米和由铟合金化和镀敷以得到约200ppm的总铟含量。
2.来自
Figure C200480035016D0032084508QIETU
 Pou l enc的有机磷酸酯类表面活性剂溶液RM510。
3.碱性电解质溶液包含总计构成约1.5wt％碱性电解质溶液的胶凝剂Waterlock A221和Carbopol C940。
阴极组成：
                             wt％
MnO2(EMD)
(来自Kerr McGee的Trona D)  84.0
石墨1
(NdG15天然石墨)             10.0
电解质
(9当量的KOH)                6.0
                           100.0
备注：
1.石墨NdG15是来自Nacional De Grafite的天然石墨。
在将阳极和阴极放入电池壳体之后将另外的总计0.82g的9NKOH电解质在四个分配增量中(0.205g每个增量)加入在隔离膜140和阴极之间的间隙145中(图16)。在分配增量之间的时间间隔是约1-4分钟。总计0.82g电解质的加入不显著改变以上阳极和阴极组成。一部分总计的加入电解质吸收到阳极中，另一部分吸收入阴极和一部分吸收入隔离膜。加入间隙145的电解质引起阳极溶胀和因此密闭间隙145。此技术允许将另外的电解质加入阳极而不引起电解质进入阳极以上的空隙空间146中的溢流。由于它可引起金属罩230的边缘的润湿，该润湿依次可干扰罩230到电池壳体的合适焊接，电解质的这样溢流是不所需的。
测试电池的壳体100壁厚度是0.38mm。新电池10的长度为67mm，厚度为5.6mm和宽度为17mm。平衡电池的阳极150和阴极110使得MnO2的理论容量(基于370mAmp-hr/g MnO2)除以锌的mAmp-hr容量(基于820mAmp-hr/g锌)是1.5。阳极具有2.01克锌。(阴极具有6.69克MnO2。)阳极，阴极和隔离膜构成壳体100的约66％外部体积。阳极厚度对壳体外部厚度的比率是约0.35。
厚度沿垂直于纵轴190的平面，经过电池的外部厚度(小尺寸)测量。
电池在90毫瓦“功率开”随后三小时“功率关”的循环下间歇放电，直到达到0.9伏的截止电压。实际服务寿命是20.1小时。壳体从5.6mm的厚度溶胀到5.99mm的厚度。(厚度在图1A或图12所示的侧壁106a和106b的外表面之间测量)。
在对比测试中当电池的平衡比(MnO2的理论容量对锌的理论容量)是约1.1时，平测试电池的溶胀显著地从5.6mm的总厚度增加到6.13mm。在以上测试实施例4中(平衡比1.5)电池溶胀较少，即从5.6mm到6.03mm。在此测试实施例4中(平衡比1.5)电池从5.6mm溶胀到5.99mm。
尽管参考具有立方体(矩形平行六面体)总体形状的平碱性电池描述了本发明的优选实施方案，认识到这样总体形状的变化是可能的和希望属于本发明的的概念中。在平电池的情况下，例如在立方体(矩形平行六面体)的形状中，外壳的末端可以轻微向外或向内成锥形，仍然保持它们的矩形构型。这样变化形状的总体外观仍然基本是立方体的总体外观和希望属于立方体或其法律同等物的意义。总体形状的其它变化如轻微改变角度使得电池的末端产生外壳的任何一个侧面，所以平行六面体从严格矩形轻微偏离，也希望属于在此和权利要求中使用的立方体(矩形平行六面体)的意义。
本发明希望所需地扩展到总体电池形状，该形状是平的在于沿壳体长度的外部壳体侧面基本是平的。因此，也应当理解术语“平”希望扩展到和包括表面，该表面基本是平的在于这样表面的弯曲程度可以是轻微的。特别地本发明的概念希望扩展到平电池，其中沿壳体长度的电池壳体表面侧面具有平的多边形表面。电池可因此具有多面体的总体形状，及外部壳体的所有侧面是多边形的。本发明也希望扩展到电池，其中沿它的长度的电池壳体侧面具有表面，它是平行四边形和其中电池的总体形状是棱柱的。

Claims (10)

1.一种向包括壳体的碱性电池中加入补充的碱性电解质溶液的方法，该壳体具有开放端和相对密闭端，该方法包括：
(a)将阴极材料插入壳体使得阴极表面面对壳体和相对的暴露阴极表面面对电池内部；
(b)将隔离膜插入壳体使得隔离膜的表面面对该阴极的该暴露表面，在该隔离膜的至少一部分和阴极之间存在间隙；
(c)将包含碱性电解质溶液的阳极材料插入该壳体使得隔离膜在该阳极和阴极之间；
(d)向该间隙中加入补充的碱性电解质溶液，其中至少一部分该加入的补充的碱性电解质溶液吸收到阳极材料中，从而引起阳极材料膨胀和密闭在隔离膜和阴极之间的该间隙，其中将该补充的碱性电解质溶液在多个增量中加入该间隙，并且在增量之间的时间间隔足以允许该补充的碱性电解质溶液吸收到阳极中。
2.权利要求1的方法，其中该壳体沿它的长度具有至少一个平表面。
3.权利要求2的方法，其中该壳体的形状为立方体。
4.权利要求1的方法，其中该阳极包括锌，该阴极包括二氧化锰，和该碱性电解质溶液包括含水氢氧化钾。
5.权利要求1的方法，其中该间隙的宽度为2-4mm。
6.权利要求1的方法，其中该隔离膜具有袋形状和包括主体表面，该主体表面具有开放端和相对密闭端，其中该主体表面限定在其中插入阳极材料的腔。
7.权利要求6的方法，其中当在横截面中沿垂直于电池中心纵轴的平面观察时，限定该腔的该隔离膜主体表面具有长方形构型。
8.权利要求2的方法，其中该电池的厚度为6mm，宽度为17mm和长度为35-67mm。
9.权利要求7的方法，其中该长方形构型包括一对相对宽侧边和一对相对短侧边，其中该间隙在一个该隔离膜短侧边和该阴极之间。
10.权利要求1的方法，其中在加入该补充的碱性电解质溶液增量之间的该时间间隔为1-4分钟。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7435395B2 (en) * 2003-01-03 2008-10-14 The Gillette Company Alkaline cell with flat housing and nickel oxyhydroxide cathode
KR100571272B1 (ko) * 2004-11-18 2006-04-13 삼성에스디아이 주식회사 캔형 이차 전지 및 그 형성 방법
JP5220588B2 (ja) * 2005-05-02 2013-06-26 エルジー・ケム・リミテッド 安全性が向上した中型又は大型の改良バッテリーパック
US7462753B2 (en) * 2006-06-19 2008-12-09 Chung Shan Institute Of Science And Technology, Armaments Bureau, M.N.D. Nano-silver wound dressing
KR101192090B1 (ko) * 2008-06-09 2013-11-27 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지
JP5668729B2 (ja) * 2012-06-25 2015-02-12 トヨタ自動車株式会社 電池
KR102423894B1 (ko) * 2015-05-19 2022-07-20 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
CN109585940A (zh) * 2018-12-19 2019-04-05 苏州柔能纳米科技有限公司 一种碱性柔性固态电解质薄膜及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB851202A (en) * 1957-10-09 1960-10-12 Union Carbide Corp Improvements in and relating to electric dry cells
US2993947A (en) * 1957-10-09 1961-07-25 Union Carbide Corp Galvanic cell anode and method of making the same
US4209577A (en) * 1978-03-31 1980-06-24 Union Carbide Corporation Alkaline-MnO2 cell having a zinc powder-gel anode containing methyl cellulose
US4260669A (en) * 1980-03-14 1981-04-07 Union Carbide Corporation Alkaline-MnO2 cell having a zinc powder-gel anode containing starch graft copolymer
US6333127B1 (en) * 1999-09-30 2001-12-25 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell and cell assembly process

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3617386A (en) * 1970-04-30 1971-11-02 Esb Inc Sealed cell construction
DE2422577C3 (de) * 1974-05-09 1979-10-11 Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, 3000 Hannover Wiederaufladbare galvanische Zelle und Verfahren zum Betrieb dieser Zelle
US4315062A (en) * 1978-01-16 1982-02-09 Duracell International Inc. Method for the manufacture of a polystyrene separator and cell
DE2804750C2 (de) * 1978-02-04 1982-03-25 Varta Batterie Ag, 3000 Hannover Bleiakkumulator
US4175166A (en) * 1978-05-02 1979-11-20 Power Conversion, Inc. Sealed container construction capable of safely venting internal pressure
US4220693A (en) * 1978-08-23 1980-09-02 P. R. Mallory & Co. Inc. Composite separator/absorbent
JPS5817332Y2 (ja) * 1979-05-31 1983-04-08 株式会社ユアサコーポレーション 密閉形電池
US4669183A (en) * 1986-04-10 1987-06-02 Duracell Inc. Method and apparatus for sizing galvanic cell separators
US4789608A (en) * 1987-03-26 1988-12-06 Saft America, Inc. Pressure venting device
JPH09259842A (ja) 1996-03-27 1997-10-03 Sanyo Electric Co Ltd 密閉型角形電池
US6168883B1 (en) * 1997-10-15 2001-01-02 Eveready Battery Company, Inc. Prismatic electrochemical cell and battery
US6081992A (en) 1998-07-02 2000-07-04 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell formed with big mouth open end can
US6159631A (en) * 1998-08-27 2000-12-12 Polystor Corporation Overcharge safety vents on prismatic cells
US6248472B1 (en) * 1998-12-11 2001-06-19 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell formed with can having walls extending radially inward
US7147678B2 (en) 2003-07-03 2006-12-12 The Gillette Company Alkaline cell with improved anode

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB851202A (en) * 1957-10-09 1960-10-12 Union Carbide Corp Improvements in and relating to electric dry cells
US2993947A (en) * 1957-10-09 1961-07-25 Union Carbide Corp Galvanic cell anode and method of making the same
US4209577A (en) * 1978-03-31 1980-06-24 Union Carbide Corporation Alkaline-MnO2 cell having a zinc powder-gel anode containing methyl cellulose
US4260669A (en) * 1980-03-14 1981-04-07 Union Carbide Corporation Alkaline-MnO2 cell having a zinc powder-gel anode containing starch graft copolymer
US6333127B1 (en) * 1999-09-30 2001-12-25 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell and cell assembly process

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Publication number Publication date
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US7351495B2 (en) 2008-04-01
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