CN101322260B - 具有新型外壳的电流部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流部件、尤其是钮扣电池，具有一个外壳(500)，该外壳包括一个外壳杯(502)、一个外壳盖(501)和一个薄膜密封(503)，该薄膜密封使外壳杯(502)相对于外壳盖(501)绝缘，其中外壳盖具有一个盖底、一个连接在盖底上的圆柱形构成的部段和一个连接在该部段上的边缘段并且外壳盖(501)的边缘在边缘段中向内或向外弯曲。本发明还涉及一种用于加工这种电流部件的方法。

Description

具有新型外壳的电流部件

技术领域

本发明涉及一种电流部件、尤其是钮扣电池，具有外壳，它包括一个外壳杯、一个外壳盖和一个薄膜密封，该薄膜密封使外壳杯相对于外壳盖绝缘，本发明还涉及一种用于加工这种电流部件的方法。

背景技术

尤其是这种钮扣电池形式的电流部件一般具有一个外壳，它由外壳杯(通常也称为外壳皿)和外壳盖组成。该外壳杯例如可以由镀镍的深拉板作为冲压拉伸部件制成。通常使外壳杯作为正极并且使外壳盖作为负极。这种电流部件可以含有不同的电化学系统，例如Zink/MnO₂、初级锂系统或者次级系统如Nickel/Cadium，Nickel/Metallhydrid或次级锂系统。

通常通过在外壳杯边缘上的杯边缘卷边结合塑料环实现这种电池的液体密封封闭，该塑料环设置在外壳杯与外壳盖之间同时作为密封部件以及用于使外壳杯与外壳盖绝缘。例如由DE 31 13 309给出这种钮扣电池。

对于这种钮扣电池所需的密封部件通常以注塑工艺、例如由聚酰胺制成。为此所需的压铸模具是昂贵且费事的。此外实际上不能通过注塑加工壁厚小于0.3mm的密封部件。因此在注塑工艺中加工的密封需要相当大的体积并因此对电池的容量利用产生不利影响，这尤其在钮扣电池中可能产生重要影响。

在DE 196 47 593中描述了使用一个密封部件，它通过深拉薄膜制成。由加热薄膜通过拉伸模和成形冲头在真空下拉出杯形成形件。聚酰胺作为优选的薄膜材料。根据所期望的直径/高度比在一级或多级加工过程中实现变形。在通过深拉加工的杯形成形件的底部部位中接着通过切割冲头和切割套实现冲切。这样加工的密封部件装配在一个外壳盖上，然后可以安装在外壳杯里面。根据所选择的工艺参数能够通过在DE 19647 593中描述的方法加工直到5mm高的具有非常均匀壁厚的密封部件。在此初始材料的厚度优选在0.1mm至0.3mm的范围。如果使用例如0.15mm厚度的薄膜作为初始材料，可以得到0.12mm的壁厚。

使用这种薄的薄膜密封加大了上述形式的电流部件供使用的内部体积并由此明显改善容量。

但是在使用常见的单壁外壳盖(在图1中简示出现有技术)与由薄膜制成的密封部件相结合存在问题。常见的盖正好在边缘部位中是非常不稳定的。它们在边缘上经常具有锐利的切割棱，它们可能在最不利的情况下切断作为密封部件使用的薄膜。这种盖的定位面是非常微小的，因此在微小的压力下可能已经使盖与薄膜密封一起部分地挤进阴极里面。

由现有技术也已知具有通过边缘弯曲形成双壁外壳皮的外壳盖(见DE 196 47 593)。其使用能够解决上述的、与薄膜密封相关产生的问题。这种外壳盖的使用保证提高的稳定性，在边缘部位不产生锐利的棱边，并且这种盖的定位面与常见的外壳盖相比明显增加。

但是使用双壁的外壳盖对于在电池中供使用的内部体积产生负面影响。在实际中没有实现通过使用薄膜密封在理论上可以达到的容量增加。

发明内容

本发明的目的是，提供一个上述结构形式的直流电池，它显示出最佳的内部体积并由此显示出最佳的容量利用，但是同时避免产生上述问题。

这个目的通过一种钮扣电池得以实现。该钮扣电池具有外壳，该外壳包括外壳杯、外壳盖和由深拉薄膜制成的薄膜密封，该薄膜密封使外壳杯相对于外壳盖绝缘，其中外壳盖具有盖底、连接在盖底上的圆柱形构成的部段和连接在该部段上的边缘段并且外壳盖的边缘在边缘段中向外弯曲，具有向外弯曲的边缘的所述边缘段具有一个基本L形的横截面。

本发明还给出了按照本发明的优选实施例。

本发明还提供一种用于加工按照本发明的电流部件的方法，该方法包括装配外壳，所述外壳由一个具有向外弯曲的边缘的外壳盖、一个外壳杯和一个薄膜密封组成，其中外壳杯的边缘卷边并且在卷边时或卷边后使外壳杯在杯底处径向向内缩口。

在此所有权利要求的文字请参照本描述的内容。

按照本发明的电流部件在特别优选的实施例中以钮扣电池呈现。它具有一个外壳，该外壳包括一个外壳杯、一个外壳盖和一个薄膜密封。该薄膜密封使外壳杯相对于外壳盖绝缘。

按照本发明的电流部件的特征尤其是其外壳盖。这个外壳盖具有一个盖底、在盖底上连接一个圆柱形构成的部段和一个连接在该部段上的边缘段并且外壳盖的边缘在边缘段中向内或向外弯曲。

由于外壳盖的弯曲使在外壳盖边缘上可能产生的锐利切割棱不垂直地顶靠薄膜密封上，这明显减少了损坏薄膜密封的危险。

按照本发明的电流部件除了上述的在薄膜密封损坏方面改进的安全特性以外尤其也具有明显改善的容量利用。与由DE 196 47 593已知的具有通过边缘卷边构成的双壁外壳皮的电流部件不同，现在边缘只在边缘段弯曲。在目前的情况下不形成宽的、双壁部位，由现有技术已知的外壳盖具有这种部位。由此仅仅在边缘段限制按照本发明的电流部件的外壳内部体积。

在一个特别优选的实施例中按照本发明的电流部件的边缘段具有一个基本L形的横截面。弯曲的边缘优选基本垂直于未弯曲的边缘段部位设置，即从这个部位开始以约80°至100°、优选约85°至95°、尤其是约90°向外或向内弯曲。在外壳盖的弯曲边缘与圆柱形构成的部段之间的角度优选大于90°、尤其是95°至115°、特别优选105°至110°。

但是也可以与这种垂直的布置不同。因此外壳盖的弯曲边缘也可以以约90°的角度对准圆柱形构成的部段。在弯曲的边缘与未弯曲的边缘段部分之间的角度小于90°、优选65°至75°、尤其是约70°

在另一优选的实施例按照本发明的电流部件的边缘段具有一个基本U形的横截面。在这个实施例中使边缘这样多地向外或向内弯曲，使弯曲的部位基本平行于未弯曲的边缘段部位取向。由这个部位使它也以约180°向外或向内弯曲，由此也可以说是一个卷边的边缘。

必要时在相互平行对准的部位之间具有一个间隙。但是弯曲的边缘部位优选在外面或内部直接顶靠在外壳盖上。

在边缘向外弯曲的实施例中还优选使弯曲的边缘径向向内缩口。这一点不仅适用于按照本发明的具有L形弯曲边缘的电流部件而且适用于U形向外弯曲边缘的电流部件。

在这个实施例中所述外壳盖在边缘段中优选具有一个最大的外径，它基本对应于设置在边缘段上部的圆柱形构成的部段的外径。在这个实施例中边缘段的内径与圆柱形构成的部段内径相比更小。

尤其对于具有U形向外弯曲边缘的电流部件也可以优选使边缘段的外径略微超过圆柱形构成部段的外径，这在按照本发明的电流部件的密封性方面是有利的(边缘段在完成装配的外壳中直接可靠地顶压在杯边缘上或者顶压在设置在杯边缘与外壳盖之间的薄膜密封上)。在这个实施例中向外偏离优选小于外壳盖壁厚的50％。

在另一优选的实施例中按照本发明的电流部件具有一个外壳，它具有一个外壳，该外壳包括一个外壳杯，它具有一个杯底和一个基本圆柱形构成的杯壳，以及一个外壳盖，它具有一个盖底、一个环绕的基本圆柱形构成的部段。一个薄膜密封使外壳杯与外壳盖相互绝缘。该外壳盖圆柱形构成的部段在外壳的封闭状态顶靠在外壳杯的内壁上。在内壁上连接一个边缘段。优选使这个边缘段在外壳的封闭状态放置在外壳杯的底部部位。外壳盖圆柱形构成的部段优选在其整个长度上具有基本相同的外径，它调整到外壳杯的相应内径上。与此不同，在这个实施例中外壳盖的外径在边缘段中不是恒定的，因为外壳盖的边缘U形地向外弯曲并且径向向内缩口。外壳盖的外径优选在边缘段中没有超过圆柱形构成的盖段外径的位置。但是如上所述，也存在优选的实施例，在该实施例中边缘段的外径可以略微超过圆柱形部段的外径。

优选使按照本发明的电流部件的外壳盖以小于0.5mm向外或向内弯曲、尤其是卷边。特别优选0.1mm至0.35mm、尤其是只约0.25mm。这些数值进一步表明与现有技术的差别，由现有技术已知仅仅外壳盖具有通过边缘卷边构成的、双壁部位，它通常至少在外壳盖的一半高度(数毫米)上延伸。

按照本发明的电流部件的薄膜密封尤其由深拉薄膜制成。原则上可以考虑所有熟悉的、可深拉的塑料、尤其是合成物和由多种不同塑料组成的层结构。特别优选由聚酰胺制成薄膜密封。

在另一优选的实施例中使所述薄膜密封由耐高温薄膜制成。由耐高温薄膜制成的薄膜密封尤其适用于在电气领域中使用的钮扣电池。在此电路板配有钮扣电池和其它(尤其是电)元件并且在溅射池中或者按照回流焊工艺钎焊。在此钮扣电池瞬时可能加热到250℃。由聚乙烯或聚酰胺制成的密封在这个温度已经软化并且失去其形状。导致不密封性和泄漏的电池。

因此在特别优选的实施例中薄膜密封由聚醚醚酮(PEEK)制成。由这种材料制成的密封可以持久地加热到250℃、瞬时甚至到300℃。由于其流动性不能通过注塑加工由PEEK制成的密封。但是作为薄膜能够轻松地拉制密封。

优选由成形件实现按照本发明的电流部件薄膜密封的加工，如同在DE 196 47 593中所述的那样。优选使这样加工的密封成形件在其加工后装配在外壳盖上，它可以安装在外壳杯里面。在按照本发明的电流部件的外壳封闭状态使薄膜密封优选环绕地设置在外壳盖上，其中在此还优选使薄膜密封在外壳盖的边缘部位中具有指向电池内部的搭接。在盖底方向上薄膜密封优选达到这样远，使得在外壳杯卷边时排除外壳杯与外壳盖之间的直接接触。

在优选的实施例中使薄膜密封热压在外壳盖上。在DE 196 47 593中也描述了热压过程。

优选使用这种薄膜密封，它们具有0.01mm至0.3mm的厚度。特别优选使薄膜密封具有0.01mm至0.15mm的厚度、尤其是0.08至0.12mm的厚度。

在按照本发明的电流部件的优选实施例中尤其为了相对于蠕变效应密封在外壳盖的边缘段中在薄膜密封与外壳盖之间加入密封物质。密封物质优选是沥青或者聚酰胺胶。

按照本发明的电流部件的外壳杯和外壳盖优选由金属制成。例如镀镍深拉板适合于作为金属材料。优选也使用三层金属，其层序为镍、钢(或特种钢)和铜(从外向内)。

按照本发明的电流部件的外壳盖由于其结构在边缘段中具有特别高的稳定性。而没有卷边边缘的常见外壳盖在边缘部位是非常不稳定的并因此出于稳定性的原因经常只能构造具有相对较大壁厚的外壳盖，按照本发明的电流部件的外壳盖也能够以非常薄的壁厚制成。

优选使按照本发明的电流部件的外壳盖具有0.08mm至0.2mm、尤其是0.1mm至0.15mm的壁厚。

优选使外壳盖具有2mm至15mm的高度，特别优选2mm至100mm、尤其是3mm至6mm的高度。

按照本发明的电流部件外壳盖相对于径向压力在边缘段中具有特别高的稳定性。这种稳定性特别有利地能够进一步优化按照本发明的电流部件外壳的密封性。

特别优选使按照本发明的电流部件具有一个外壳杯，它在杯底处中径向向内缩口。

通过杯底缩口可以使在外壳杯内壁上的外壳盖边缘段产生径向压力。由此使设置在外壳杯与外壳盖之间的薄膜密封在这个部位挤压在一起，这明显改善按照本发明的电流部件的泄漏特性。尤其可以接着装配电流部件卷边外壳杯时或以后实现缩口。

按照本发明的电流部件在缩口处具有以0.01mm至0.15mm、优选以0.05mm至0.1mm减小的外径。

一种用于加工按照本发明的电流部件的方法也是本发明的内容。按照本发明的方法包括装配外壳，它由一个外壳杯、一个具有向内或向外弯曲的边缘的外壳盖和一个薄膜密封组成。如上所述，边缘优选向内缩口。按照本发明的方法的特征还在于，在卷边外壳杯时或以后在杯底处径向向内缩口。在此优选借助于定径套实现缩口。在装配外壳前可以使外壳部件以参与电化学过程的部分(电极材料、隔片和电解液)充满。

已经描述了外壳杯缩口过程。在上面已经解释了以按照本发明的方法安装的外壳部件(外壳杯、外壳盖和薄膜密封)。因此请参阅描述的相关内容。

附图说明

由下面的示例和附图结合从属权利要求给出本发明的上述和其它优点。在此可以单独或者相互组合地实现本发明的各个特征。所述的实施例只用于解释和更好地理解本发明并且不局限这些实施例。附图中：

图1示出按照现有技术的常见的具有薄膜密封的外壳盖(局部)截面图，

图2示出按照本发明的电流部件的优选实施例的局部视图(横截面图)，具有L形向外弯曲的外壳盖，

图2a示出向外弯曲的外壳盖的边缘部位横截面图，

图2b示出L形弯曲的外壳盖的边缘部位横截面图，

图3示出按照本发明的电流部件的优选实施例的局部横截面图，具有向内弯曲的外壳盖，

图4示出按照本发明的电流部件的优选实施例的另一局部横截面图，具有向内弯曲的外壳盖，

图5示出按照本发明的电流部件的优选实施例的局部横截面图，具有U形向外弯曲的外壳盖，

图6示出在图5中所示的外壳的外壳盖的横截面图，

图7示出按照本发明的电流部件的优选实施例的外壳局部横截面图，具有U形向外弯曲的外壳盖，

图8示出按照本发明的电流部件的优选实施例的外壳局部横截面图，具有U形向外弯曲的外壳盖，

图9简示出完成装配的结构部件，由外壳盖和薄膜密封组成，具有在外壳盖边缘段中附加加入的密封物质。所有结构部件以局部截面图表示。

具体实施方式

图1示出常见的外壳盖101，它可能在边缘部位102具有锐利的切割棱，它在最不利的情况下可能切断作为密封部件103使用的薄膜。

图2示出按照本发明的电流部件的优选实施例的外壳局部截面图，具有L形向外弯曲的外壳盖。示出外壳杯201、外壳盖202的边缘段、薄膜密封203和加入到薄膜密封203与外壳盖202之间的密封物质204。外壳盖202的弯曲边缘以一个约90°角对准圆柱形构成的部段(未示出)。在弯曲的边缘与边缘段未弯曲部分之间的角度小于90°。弯曲的边缘向内缩口，由此使外壳盖的最大外径在边缘段202中基本对应于未示出圆柱形构成的部段的外径。

图2a示出向外弯曲的外壳盖边缘部位的横截面图，其中弯曲的边缘向内缩口。外壳盖的弯曲边缘以约90°的角度W1对准圆柱形构成的部段205(只局部地示出)。在弯曲的边缘与边缘段未弯曲部分之间的角度W2约为90°。

图2b示出外壳盖202的L形构成的边缘段，其中弯曲的边缘向内缩口。在这里外壳盖的弯曲边缘以明显大于90°的角度W1相对于圆柱形构成的部段205对准。在弯曲的边缘与边缘段未弯曲部分之间的角度W2约为90°。

图3示出按照本发明的电流部件的优选实施例外壳的局部截面图，具有向内弯曲边缘的外壳盖(局部示出)。示出外壳杯301、外壳盖302、薄膜密封303和加入在薄膜密封303和外壳盖302之间的密封物质304。

图4示出按照本发明的电流部件的另一优选实施例的局部截面图，具有向内弯曲边缘的外壳盖(局部示出)。示出外壳杯401、外壳盖402、薄膜密封403和加入在薄膜密封403和外壳盖402之间的密封物质404。

图5示出按照本发明的电流部件的优选实施例外壳500的局部截面图。该外壳具有外壳盖501和外壳杯502。在外壳盖与外壳杯之间设置薄膜密封503，它在外壳下部围绕外壳盖倒圆的边缘导引并且略微搭接在电池内室里面。外壳杯具有杯底504和基本圆柱形构成的杯壳505，它在上部卷边。在底部外壳杯具有略微的缩口506。

图6示出图5的外壳盖501的横截面图。该外壳盖能够粗略地分成三个部位，即盖底601、基本圆柱形构成的部段602和连接在该部段上的边缘段603。盖底具有平面的中心段604和折弯的边缘605。边缘段作为最感兴趣的方面附加放大地示出。清楚地看出卷边的切割棱606以及倒圆的盖边缘607。

图7示出按照本发明的电流部件的优选实施例外壳的局部截面图，具有L形向外弯曲的外壳盖。示出外壳杯701，外壳盖702的边缘段、薄膜密封703和加入到薄膜密封703与外壳盖702之间的密封物质704。弯曲的边缘向内缩口并且平行于杯内壁取向。

图8示出按照本发明的电流部件的优选实施例外壳的局部截面图，具有U形向外弯曲的外壳盖。示出外壳杯801，外壳盖802的边缘段、薄膜密封803和加入到薄膜密封803与外壳盖802之间的密封物质804。弯曲的边缘向内缩口，但是不平行于杯内壁。

在图9中简示出配有薄膜密封的外壳盖的加工。在(1)中制备薄膜密封901，它作为深拉成形件在下端部具有向内构成的折曲。在(2)中以密封物质902充满折曲。在(3)中示出将薄膜密封901放置在外壳盖903里面。(4)示出完成装配的由外壳盖903和薄膜密封901组成的零部件，具有通过密封物质901密封的边缘段。

示例1

具有常见结构的钮扣电池具有一个外壳，它具有壁厚为0.1-0.2mm的外壳杯、厚度为0.03-0.05mm的薄膜密封和厚度为0.1-0.2mm的外壳盖。由此得到0.23-0.45mm的总结构厚度。但是已经证实外壳盖在边缘上是不稳定的。通过在0.25mm长度的边缘部位中折返外壳盖在边缘部位中实现双层的盖厚。接着使外壳盖在边缘部位中定径到外尺寸。由此加强的盖更好地满足机械要求。在接着装配按照本发明的钮扣电池时已经可靠地避免切割薄膜密封以及损坏阴极。

示例2

按照本发明的按照示例1的电池已经在边缘部位卷边厚在0.4mm的长度上以0.05-0.1mm在直径上缩口。由此在外壳杯内侧通过薄膜密封顶压在盖的稳定边缘上。这样制成的样品具有明显更好的泄漏特性(Auslaufverhalten)。

Claims (14)

1.钮扣电池，具有外壳(500)，该外壳包括外壳杯(201；301；401；502；701；801)、外壳盖(501；903)和由深拉薄膜制成的薄膜密封(203；303；403；503；703；803；901)，该薄膜密封使外壳杯相对于外壳盖绝缘，其中外壳盖具有盖底(601)、连接在盖底上的圆柱形构成的部段(205；602)和连接在该部段上的边缘段(202；302；402；603；702；802)并且外壳盖的边缘在边缘段中向外弯曲，具有向外弯曲的边缘的所述边缘段(202)具有一个基本L形的横截面，其中所述外壳杯(502)在杯底(504)处径向向内缩口，以使在外壳杯内壁上的外壳盖边缘段产生径向压力，并且由此使设置在外壳杯与外壳盖之间的薄膜密封在这个部位挤压在一起。

2.如权利要求1所述的钮扣电池，其特征在于，所述边缘向外弯曲并且径向向内缩口。

3.如权利要求2所述的钮扣电池，其特征在于，所述外壳盖在边缘段(202；603；702；802)中具有一个最大的外径，它基本对应于圆柱形构成的部段(205；602)的外径。

4.如权利要求1至3中任一项所述的钮扣电池，其特征在于，所述薄膜密封(203；303；403；503；703；803；901)由聚酰胺制成。

5.如权利要求1所述的钮扣电池，其特征在于，所述薄膜密封(203；303；403；503；703；803；901)由耐高温薄膜制成。

6.如权利要求5所述的钮扣电池，其特征在于，所述薄膜密封(203；303；403；503；703；803；901)由聚醚醚酮制成。

7.如权利要求1所述的钮扣电池，其特征在于，所述薄膜密封(203；303；403；503；703；803；901)具有0.01mm至0.3mm的厚度。

8.如权利要求7所述的钮扣电池，其特征在于，所述薄膜密封(203；303；403；503；703；803；901)具有0.01mm至0.15mm的厚度。

9.如权利要求1所述的钮扣电池，其特征在于，在外壳盖的边缘段(202；302；402；603；702；802)中在薄膜密封与外壳盖之间加入密封物质(204；304；404；704；804；902)。

10.如权利要求1所述的钮扣电池，其特征在于，所述外壳杯(201；301；401；502；701；801)和/或外壳盖(501)由金属制成。

11.如权利要求1所述的钮扣电池，其特征在于，所述外壳盖(501)具有0.08mm至0.2mm的壁厚。

12.如权利要求1所述的钮扣电池，其特征在于，所述外壳杯(502)在缩口(506)处具有以0.01mm至0.15mm减小的外径。

13.如权利要求12所述的钮扣电池，其特征在于，所述外壳杯(502)在缩口(506)处具有以0.05mm至0.1mm减小的外径。

14.用于加工如上述权利要求中任一项所述钮扣电池的方法，包括装配外壳，

-所述外壳杯具有杯底和基本圆柱形构成的杯壳，

其中，所述薄膜密封设置在所述外壳杯和所述外壳盖之间，并且其中所述外壳杯在卷边外壳杯时或卷边外壳杯后在杯底处径向向内缩口，以使设置在所述外壳杯和所述外壳盖之间的所述薄膜密封被挤压。

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