CN101533913B - 塑壳电池的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑壳电池的制造方法，包括如下步骤：用注塑模将锌筒、负极底、塑壳注塑形成塑壳锌筒；其中锌筒贴在塑壳内壁上，负极底位于塑壳底面和锌筒底面之间；将浆层纸置入所述塑壳锌筒中；将底碗纸置入所述塑壳锌筒中；将正极粉成型为电芯；用插碳棒机在塑壳锌筒中插入碳棒；用复压机安装复压圈；钢帽和塑料注塑形成密封盖；采用超声波塑焊机将密封盖封装到塑壳锌筒上。由于增加的塑料壳体只作容器而不参加化学反应，塑料壳体不会腐蚀，从而使得电池穿孔、漏液的可能性降低为零。锌筒的筒身也缩短、筒壁薄，大大节约了锌材料，降低了生产成本。所生产的电池密封性能有很大的改善。

Description

塑壳电池的制造方法

技术领域

本发明涉及一种塑壳电池的制造方法，具体地说，涉及工艺简单、密封性能好、成本低的塑壳电池的制造方法。

背景技术

现有的锌锰纸版电池，结构如图1所示，主要由铜帽1’、密封圈2’、锌筒3’、密封胶4’、纸垫5’、复压圈6’、正极粉7’、浆层纸8’、碳棒9’、底碗纸10’、负极底11’、空气室12’等组成。其中铜帽1’为正极头，为使电池正极便于与用电器焊接或更好地接触，一般用铜制作，因为铜帽的电阻很小而有优良的导电性能。密封圈2’和密封胶′4’是作为电池封口用，主要是保恃电池的密封性能、这种封口方法及封口胶(沥青)既不环保、密封性能又差、因此经常会产生电池漏液、漏气、严重影响电池质量。锌筒3’是由金属锌冲制而成、作为电池的负极并作电池容器，为此锌筒3’不但是满足锌锰电池化学反应的需要还要防止在反应中由于金相结构问题发生锌筒穿孔，所以一般生产单位都是用增加锌筒的壁厚来防止穿孔。另外锌筒3’的上部是作电池容器及密封用，不参加电化学反应、因此它的锌用量很大。另外锌筒3’超出正极粉7’高度的上半部分主要是作为容器及密封用，不参加化学反应。上述两种情况都增加了锌的使用量，造成电池成本比较高。纸垫5’、复压圈6’、底碗纸10’主要是电池生产工艺需要、它们是隔离电池正、负极、防止电池正、负极导通而产生短路。空气室12’是电池在化学反应放电的过程中会产生气体，而空气室是缓冲室，能储存气体。空气室在满足电池性能的条件下越大越好，浆层纸8’是电池的电解质和电池正负极的隔离层，碳棒9’是电池正极的引进极。正极粉7’主要由电解二氧化锰、天然锰粉、乙炔黑及内电液配制而成作为电池的正极。负极底11’是负极的引出极，采用马口铁冲制、另一方面也是为了美化产品、使电池负极便于与用电器焊接或更好地接触。

根据上述对锌锰纸版电池各结构的介绍，可以发现锌的耗用量很大、并且困扰纸版电池的漏液、密封问题始终解决不好、既不环保、密封性能又差、在生产过程中严重影响环境和工人的身体健康。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种塑壳电池的制造方法，以克服目前的电池制造工艺复杂，材料浪费严重以及生产的电池密封性能差的技术问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种塑壳电池的制造方法，包括如下步骤：步骤一，用注塑模将锌筒、负极底、塑壳注塑形成塑壳锌筒；其中锌筒贴在塑壳内壁上，负极底位于塑壳底面和锌筒底面之间；步骤二，将浆层纸置入所述塑壳锌筒中；步骤三，将底碗纸置入所述塑壳锌筒中；步骤四，将正极粉成型为电芯；步骤五，用插碳棒机在塑壳锌筒中插入碳棒；步骤六，用复压机安装复压圈；步骤七，钢帽和塑料注塑形成密封盖；步骤八，采用超声波塑焊机将密封盖封装到塑壳锌筒上。

采用上述制造方法，由于增加的塑料壳体只作容器而不参加化学反应，塑料壳体不会腐蚀，从而使得电池穿孔、漏液的可能性降低为零。锌筒的筒身也缩短、筒壁薄，大大节约了锌材料，降低了生产成本。所生产的电池密封性能有很大的改善。

附图说明

图1是现有的锌锰纸版电池结构图；

图2A是本发明的塑壳电池结构图；

图2B是本发明的塑壳电池的制造工艺流程图；

图3A是本发明的锌筒和负极底一起注塑后的结构图；

图3B是图3A中I部分的局部放大图；

图3C是图3A中II部分的局部放大图；

图4是本发明的注塑模芯棒结构图；

图5是本发明的注塑模的结构示意图；

图6是本发明的有边扣式负极底的结构图；

图7是本发明的钢帽嵌式密封圈结构图；

图8是本发明的复压机结构示意图；

图9是本发明的立式插碳棒机结构示意图；

图10是本发明的插碳棒的结构图；

图11是本发明的超声波塑焊机结构图。

具体实施方式

下面根据图2至图11，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

如图2A所示，本发明的塑壳电池是新型的全封闭电池。它由钢帽11、密封盖12、复压圈13、正极粉23、锌筒15、浆层纸24、负极底16、塑料壳体14、空气室21等组成。

锌筒15由金属锌制成，在塑壳电池中，锌筒15的筒身高度只要与正极粉23的高度相匹配即可，也就是说，锌筒15的筒身高度只要能完整包覆住正极粉23。在本较佳实施例中，锌筒15的筒身高度等于正极粉23的高度。在实际生产中，将锌筒15的筒身高度做的略高于正极粉23的高度也是可行的。锌筒15同负极底16经注塑在一起，只作电池负极而不作容器，只要满足锌锰电池化学就可以了。因此锌筒15的筒身短、筒壁薄，大大节约了锌材料，降低了生产成本。用塑料这类可再生的资源来替换稀缺锌金属，对我国金属资源也起到了一定的保护作用。

锌筒15外、电池的整个侧面包覆塑料壳体14。也就是说，用塑料把锌筒15、负极底16注塑在一起。塑料壳体14只作容器而不参加化学反应。塑料壳体14不会腐蚀，因此本发明的电池100％不会穿孔，不会漏液。在用电器具上使用安全、可靠，更不会腐蚀用电器具。

图2B是本发明的塑壳电池的制造工艺流程图。如图所示，制造工艺包括如下步骤：步骤一，用注塑模将锌筒、负极底、塑壳注塑形成塑壳锌筒；其中锌筒贴在塑壳内壁上，负极底位于塑壳底面和锌筒底面之间；步骤二，将浆层纸置入所述塑壳锌筒中；步骤三，将底碗纸置入所述塑壳锌筒中；步骤四，将正极粉成型为电芯；步骤五，用插碳棒机在塑壳锌筒中插入碳棒；步骤六，用复压机安装复压圈；步骤七，钢帽和塑料注塑形成密封盖；步骤八，采用超声波塑焊机将密封盖封装到塑壳锌筒上。

塑壳电池研制过程中最难的是锌筒和塑壳是如何连接。如果采用胶粘的方法，不但工效低、成本高、不环保、又不能彻底排除漏液的可能，为此我们经过反复试验、最后采用锌筒、负极底、一起注塑的办法、终于解决了联接方法，如图3A-5所示。

图3A显示了本发明的锌筒和负极底一起注塑后的结构图。注塑的关键部分在图中的I、II部分，分别表示在图3B和图3C中。为了使塑壳电池能符合大生产的需要，锌筒15内壁的直径与其上部塑壳14的内径改成同样尺寸，使整个筒体的内经上下一致，无台价，这在图3B中可以明显看出。这样在内壁放入浆层纸、高度超过锌筒口5-6mm、就可保证在生产过程中正极粉不会与锌筒口接触，避免了电池的短路、自放电及慢性短路等现象，大大提高了电池的正品率、降低了成本。

另外，塑壳14底部具有的围边141放厚，使其高度高于负极底16的高度，见图3C。这样在电池生产线输送时，负极底始终与输送带、工作台底板不发生磨擦，从而保证负极底光亮无损、避免了负极底在生产过程中磨毛而发生生诱的现象。而塑壳底部的围边在包商标时经热缩后围边皮商标全部包径。这样保证电池外观整洁光亮。

在注塑过程中、我们对注塑模进行多次修整改造。如图4所示，注塑模锌棒包括退料板41、模架42和芯棒43。我们把控制锌筒尺寸由原来控制外经改为控制内径，即控制锌筒直径在30-0.02mm范围内，然后我们把注塑模的芯桻43外径也控制在直径30-0.02的范围内，这样在注塑过程中克服了锌筒内壁跑料现象。而锌筒的外径大小不会影响跑料，只会产生塑壳的壁厚。也就是说，锌筒如果厚一点、塑壳壁就薄一点；反之锌筒薄一点，塑壳壁就厚一点。这都不影响整体塑壳的质量(总壁厚始终一样)。其次我们还把芯棒加长到54.4mm，芯棒的外径在长度方向上大小一致，且加长的芯棒43直接与锌筒底部接触，这样在注塑过程中锌筒不会在压力影响下产生浮动、从而解决了由于锌筒浮动而产生底部跑料使负极底被封的现象。

在解决了上述问题后，又产生了新的问题。因为芯棒长，在注塑时的高压影响下，容易产生单边的现象。为此我们又在注塑模上设计了两个对称的注塑口51、52，如图5所示。这样使芯棒在高压的情况下受压对称、均匀，避免了由于单边而产生部分露锌筒的现象。在克服了上述种种情况下我公司马上制作成电池再进行反复测试，包括65度高温测试、-40度低温测试，急性短路测试，连续放电和间歇放电测试等，全部合格、既节约了锌耗量、又解决了不漏液的目标。

图6是本发明的有边扣式负极底的结构图。我公司在研制塑壳电池的同时、改进设计了有边扣式负极底。我们利用负极的扣边，直接用上负极底机自动并紧扣在锌筒底部，然后再注塑在一起，这样在大生产中不可能产生没有负极底的电池，使电池包装的正品率从92-93％提高到100％，大大节约了热收缩商标的损耗，既保证了成品质量、有效提高产品的正品率和劳动生产率，同时在电池生产中又节省了刷底工序，生产线上又改少了二个劳动力。

这有边扣式负极底也可用于原普通锌锰纸版电池中。但生产工艺都发生变化，特别是上道生产工艺要求比较高。所以目前国内各电池厂都没有使用这种扣式负极底。但普通的纸版电池负极底能用于有底锌筒的塑壳电池中，但生产过程中跳底、接触不良等常有发生，正品率底。而无底锌筒的塑壳电池只能采用有边扣式负极底，因为采用普通负极底方能与塑壳组成一个密封的筒体，要产生漏液、漏气等现象。

图7是本发明的钢帽嵌式密封圈结构图。关于密封盖我公司做了大量试验，并走访了好多胶粘剂生产单位和有关研究所。他们提供了不少粘胶剂样品，我们分别做了不少试验。有的能作为电池的密封填料，但不能够受高温及电反应时产生的压力，密封盖会被顶出，发生电池漏气、漏液现象。有的粘胶剂能粘牢，但不可用于大生产中，因为他的涂胶工艺要求非常苛刻、要现配现用、否则几分钟后就结成硬块，这样我们在涂胶生产设备上无法采用，因为涂胶的头子、涂胶时压胶的泵体、涂胶的胶缸、随时会被胶堵死或结成硬块。要投入规模生产，必须要用大量的人工、按生产线班产(8小时)96000支电池计算就需要64名工人去涂胶，而且粘胶剂又必须现配现用，因此这样方法跟本行不通。既使现场管理等能跟上去，那么涂胶的质量也无法控制、无法测试，因为涂胶必须把密封盖的整个部位全部均匀的涂到。一旦有细小地方没有涂到或漏涂，就会产生电池漏气、漏液，严重影响电池质量。如果涂得太多电池上口会粘满粘胶剂，在电池输送到下一个工序时，电池同电池都粘在一起，严重影响下道工序生产，更无法套热收缩商标。总的来说采用涂胶工艺，价格昂贵、浪费大、要多用68名人工，正品率又低，并且粘胶剂有毒有害气体，严重影响车间环境和员工的身体健康、並且对安生生产带来严重的火警隐患。

在上述前提下我公司采用与筒体同种材料，既PS塑料112与钢帽11一起注塑成联体密封盖，並采用超声波塑焊机焊接。超声波焊接是把高频通过换能系统把信号转换为高频机械振动、加于塑料制品工件上、通过工件表面及内在分子间的摩擦、而使接口的温度升高，当温度达到工件本身的熔点时、使工件接口迅速融化、既而填充于接口间的空隙达到完美的焊接。经过我们反复测试及破坏性试验，硬性敲击焊接处、最后塑壳破碎但焊接处仍完好无损。我们又对电池进行了高温、低温、短路、连续放电和间隙放电等多种测试电池均不漏液也不漏气、彻底解决了电池行业最难解决的封口问题。

密封盖在注塑时先把小钢帽或大盖帽(钢带冲制然后表面镀镍)放入注塑模中(注塑模中间装有磁铁)这样钢帽就被磁钢吸牢、然后制塑机合陇进行注塑把钢帽和密封盖牢牢结合在一起、这样钢帽和塑盖之间联成一个整体不会产生漏液和漏气的现象、原来电池都采用铜帽、但铜价上涨飞快、为此各电池厂目前都采用镀镍钢帽、我公司也都采用镀镍钢帽、其性能与铜帽相仿、一方面是节约成本、另一方面我们注塑时采用磁铁可吸注钢帽。

密封盖都用超声波焊接机与塑壳筒体一起焊接(因为筒体和密封盖都采用同一种CPS)塑料，焊接效果非常好，达到了全密封的效果。取消了原来用沥青封口的落后工艺、又大大增加了电池空气室、消灭了沥青对环境的污染、由于密封性能好、增加了电池的储存期、做到了真正的环保型电池。

图8是本发明的复压机结构示意图。如图所示，复压机包括压力调节螺母81，压力调节杆82，复压棒座83，帽子头84，复压棒85，弹簧86，活络头87，复压头88。复压头88采用聚四氟乙烯材料制作，紧压在活络头87中。活络头87滑动距离5mm，弹簧86钢标直经1.6mm，压巾7.6k，不可以随时调整压力。要调压力必须把头拆下调换弹簧才可以，复压效果较差。因为原纸版电池电芯高度与浆层纸高度几乎一样，经过复压后才低于浆层纸。所以如果增加压力的话，表面的正极电芯粉就要朝上串，很容易与锌筒上口接能而引起电池短路，而塑壳电池锌筒只有37mm高，上面全部的塑料，而且浆层纸高度在42-43之间，高于锌筒口5-6mm把锌筒全部隔离。为此我们加长了复压头88、比原来长20mm左右，然后又加大了弹簧86的压力，而且是把冲头的压力改成可调式的，这样便于压力的控制，又增加了复压的时间，使正极粉在筒内的密度增加，同时使正极粉和浆层纸及与碳棒的接触更紧密，减少了电池的内阻，经过这样的改造使放分时间在同等质量的情况下，增加10-20分钟，大大提高了产品的质量。

图9是本发明的立式插碳棒机结构示意图。图10是本发明的插碳棒的结构图。如图9和图10所示，我们把原来卧式插碳桻机改成立式插碳桻机。该立式插碳棒机包括冲棒92，自动落碳棒架93，升降轴94，导向件95，自动活络顶块96，碳棒97，拦圈98，工作盘99，底盘91。工作盘和底盘是用螺栓紧密连接在一起的。直接用输送带和下一道工序连接。因为上一道工序复压机是立式的，后一道工序上密封圈机也是立式的。如果把插碳桻机也改成立式的那么电池在复压机后不要躺倒，在上密封圈机时也不用从卧式的再把电池立起来，这样可以减少一台斜式提升机、减少一名操作工，又减少了电池从立到横、再从横到立的过程中轧电的现象，减少了损耗、增加了设备开动率。另外由于插碳桻时把直经8mm的碳桻从正极粉中硬性插入、产生的压力把负极底顶的变形、为此我们在插碳桻机的底盘上增加了顶杆31，在插碳桻时顶杆顶往负极底，从而避免了负极底变行的现象。

图11是本发明的超声波塑焊机结构图。首先我们对摸具进行改造、将模具设计成双头模具111，双头模具111下正对两个塑壳电池112。并摸索了双头模具之间的最佳距离，控制在55mm左右的范围内。把压力控制在0.4pa左右，熔焊时间调整到0.4-0.5秒范围内，然后经检测己全部达到预期效果。接着我们又把原手工的设备改成全自动并且与整条流水线联在一起，形成一条完整的塑料电池自动生产线。现己全部测试完毕、既将投入生产、设计理论产量低速线160只/分，高速线200只/分，设备开动率90％以上成品率99.7％以上。

采用上述制造方法生产的塑壳电池，经测试后的数据如下：

表1

表2

表3

表4

表5

表6

所制造的塑壳电池具有如下优势：

1、锌用量减少，塑壳电池锌筒只要满足电化学反应所需的用量、取消作为容器的用量、而雁容器部份则用塑料代替。

2、封口结构不同，厣锌锰纸版电池密封工艺是在复压圈上部加一个纸垫(托封口剂用)、再浇封口剂(沥青)、然后再上一个密封圈，生产工艺复杂、密封性能差、而塑壳电池不用封口胶，直接用一只与钢帽联体的密封盖、采用超声波塑焊机焊接，达到完美的封口效果。又节省上纸垫、封口卷边三道工序。

3、空气室增大，雁纸版电池由于有纸垫、封口胶、密封盖、电池上部的空气室很小，容易造成电池的气胀及帚液，而塑壳电池无纸垫、封口胶，所以上部的空气室是原电池的一倍多，使电池的气胀有很大的墟冲作用.从而提高了电池的防漏性能、防止/电池的气雕、漏液、嚣气等现象。

4、负极底不同，厩纸版池池的负极底是先把电池底部锌雇用高速钢丝轮打光、然后在套商标时把负极底放在电池底部、靠商标的热收缩把负极底固定在电池底部、经常会垃成不道电无负极底等现象(生产输送中踺底)。而现在采用扣式负极底、先紧扣在锌筒底部、然后一起注塑、取消了刷雇工序、提高了正品率、节省了生产成本。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对该较佳实施例，本领域内的技术人员在不脱离本发明原理的基础上，可以作出各种修改或者变换。应当理解，这些修改或者变换都不脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种塑壳电池的制造方法，包括如下步骤：

步骤一，用注塑模将锌筒、负极底、塑壳注塑形成塑壳锌筒；其中锌筒贴在塑壳内壁上，负极底位于塑壳底面和锌筒底面之间；

步骤二，将浆层纸置入所述塑壳锌筒中；

步骤三，将底碗纸置入所述塑壳锌筒中；

步骤四，将正极粉成型为电芯；

步骤五，用插碳棒机在塑壳锌筒中插入碳棒；

步骤六，用复压机安装复压圈；

步骤七，钢帽和塑料注塑形成密封盖；

步骤八，采用超声波塑焊机将密封盖封装到塑壳锌筒上。

2.如权利要求1所述的塑壳电池的制造方法，其特征在于，所述步骤一还包括控制注塑模的芯棒的外径与锌筒的内径相匹配和用注塑模的芯棒直接与锌筒底部接触的步骤；其中的注塑模具有两个对称的注塑口。

3.如权利要求1所述的塑壳电池的制造方法，其特征在于，所述锌筒高度小于塑壳的高度，锌筒内壁的直径与其上部塑壳的内径一致。

4.如权利要求1所述的塑壳电池的制造方法，其特征在于，所述塑壳底面具有围边部分，该围边部分的高度高于负极底的高度。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的塑壳电池的制造方法，其特征在于，所述负极底为紧扣在锌筒底部的有边扣式负极底。

6.如权利要求1所述的塑壳电池的制造方法，其特征在于，所述步骤七还包括将钢帽放入注塑模中，用制塑机合拢进行注塑的步骤。

7.如权利要求6所述的塑壳电池的制造方法，其特征在于，所述注塑模中装有磁铁。

8.如权利要求1所述的塑壳电池的制造方法，其特征在于，所述复压机包括复压棒和设置在复压棒内的压力调节杆，在压力调节杆伸出复压棒的部分上设有压力调节螺母。

9.如权利要求1所述的塑壳电池的制造方法，其特征在于，所述插碳棒机为立式插碳棒机，且包括一设置在底盘上的顶杆。

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