CN101783410A - 用于高应力的原电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及原电池，特别是纽扣电池类型的原电池，即使当存在高机械或热负载时，该原电池也具有长的使用寿命。该原电池具有阴极、阳极、电解质、设置在阳极与阴极之间的隔离体、以及外壳，该外壳包括外壳杯、外壳盖和密封元件，该密封元件使得外壳杯与外壳盖隔离。根据本发明，密封元件被刚性连接到隔离体。

Description

用于高应力的原电池
技术领域
本发明涉及原电池(galvanic element)，特别是纽扣电池类型的原电池，其具有阴极、阳极、电解质、设置在阳极与阴极之间的隔离体、以及外壳。外壳包括外壳杯、外壳盖和密封元件，该密封元件使得外壳杯与外壳盖隔离。
背景技术
原电池，特别是具有纽扣电池形式的类型的原电池，通常具有这种类型的外壳。这种类型的原电池包含种类繁多的电化学系统，例如锌/MnO2、一次锂系统或者二次系统，例如镍/镉、镍/金属氢化物或二次锂系统。
这种电池的不透液封闭通常通过用塑性材料环使杯边缘法兰连接在外壳盖的边缘之上而发生，其中该塑性材料环设置在外壳杯与外壳盖之间且同时用作密封元件和用于外壳杯与外壳盖之间的电绝缘。例如，由DE 31 13309可知这种类型的纽扣电池。
在这种类型的已知原电池中，隔离体通常以三明治状的方式位于阳极与阴极之间，这三个部件相对于彼此同心地排列。在这种情况下，在隔离体与密封元件之间的外侧保留有窄的外围间隙。另外，隔离体可以相对于阴极和阳极滑动，特别是在原电池受到高机械应力的情况下，从而存在的间隙增大。因此，在例如由于高温或严重的温度波动或者原电池经受高加速作用或压力差而使原电池受到强烈应力的情况下，阴极的颗粒会释放且移动到外侧的隔离体周围。这会导致电池中的短路，使得电池快速且不受控地自放电。
发明内容
本发明基于提供开始提到的类型的原电池的目的，其中可靠地避免该现象。
根据本发明实现该目的，在本发明中，密封元件刚性地连接到隔离体。由此，在隔离体与密封元件之间不再存在外围间隙，来自阴极(或者来自阳极)的颗粒通过该外围间隙而移动到隔离体周围。隔离体也不再可能滑动。由此，即使具有高负载，例如，在高加速作用或高温的情况下，也获得具有长耐用寿命的原电池。
根据本发明的优选实施例，所述密封元件基本为环状的且沿着其整个外围被刚性连接到所述隔离体。所述原电池被沿着所述整个外围的连续连接分成彼此分隔的两个腔，所述阳极位于所述腔中的一个中，而所述阴极位于另一个腔中。因此排除了各颗粒在隔离体周围的移动。
所述隔离体可焊接到所述密封元件。可替代地，所述隔离体还可被胶粘到所述密封元件。还可设想其他类型的紧固法，获得永久性连接是决定性的。
优选使用在径向方向上具有基本U形截面的密封元件。这种类型的密封元件通过现有技术已充分公知，且通常用于根据权利要求1的前序部分的原电池。根据本发明的优选实施例，在沿所述密封元件的U形的径向方向上的内侧之上，即，在内密封唇之上，所述隔离体沿径向向外突出。在该情况下，所述隔离体优选刚性连接到所述密封元件的该内密封唇，因此，其与所述密封元件的所述内密封唇一起形成可容纳电极(例如阴极)的杯状单元。
所述隔离体的在所述密封元件的所述内密封唇之上沿径向向外突出的部分优选相对于所述隔离体的中心区域所在的平面基本垂直地弯曲，且接着沿着所述内密封唇在所述密封元件的所述U形中延伸。在该情况下，所述隔离体的在所述内密封唇之上沿径向向外突出的部分优选被夹紧在所述外壳盖与所述密封元件的所述内密封唇之间。隔离体由此不仅通过例如胶粘到焊接连接到密封元件而被保持在适当的位置，而且通过使隔离体夹紧在外壳盖与密封元件之间而防止隔离体滑动且由此防止间隙的产生。由此实现额外的安全性。
根据本发明的优选实施例，所述原电池还包括至少一个导电弹簧元件，所述导电弹簧元件被支撑在所述外壳杯或所述外壳盖上且通过导电居间元件而在所述隔离体的方向上紧压所述阴极或所述阳极。在该情况下，于是，该阴极或阳极通过居间元件和弹簧元件而与外壳杯或外壳盖电接触。如果仅仅使用一个弹簧元件，则其优选位于阴极侧，即，其被支撑在外壳杯上且在隔离体的方向上通过位于弹簧与阴极之间的导电居间元件而紧压阴极。在每种情况下，特别优选其中在阳极侧和阴极侧都使用弹簧元件的解决方案。
所述弹簧元件用于提高阴极或阳极的电活性材料与外壳之间的电接触的可靠性。阴极或阳极材料与外壳之间的接触电阻可通过温度的作用或高机械应力的作用而增大，因此损害接触。这特别适用于电活性材料的一部分已被损耗的情况。所述弹簧元件一方面与外壳电接触，另一方面将导电居间元件压到阴极或阳极上，因此在阴极或阳极与外壳之间总是产生导电连接。因此确保可靠的电接触。
所述弹簧元件优选刚性连接到所述外壳杯或所述外壳盖，例如，其被焊接。可以在原电池的实际装配之前产生弹簧元件与外壳杯或外壳盖的这种刚性连接。由此，弹簧元件可以相对于外壳杯或外壳盖而已经提前被放在中心，且在随后的装配期间不再滑动。
根据本发明的特别优选的实施例，所述弹簧元件具有相对于其中心对称设置的至少三个弹簧臂。在该情况下，每个弹簧臂具有位于所述导电居间元件上的接触面。由于以星形设置的这些臂，弹簧的压力均匀地分布在导电居间元件上，因此居间元件在阳极或阴极的方向上垂直于隔离体的平面而被紧压。该居间元件又用于使三个臂的压力在较大的接触面上分布，因此弹簧元件的臂不会钻入电极的电活性材料中。
例如，所述导电居间元件可包括具有中心凹部的圆盘，所述圆盘的直径基本对应于所述阴极和所述阳极的直径。由于该凹部，获得用于活性材料的间隔。原则上，窄的环形盘足以用作导电居间元件，弹簧臂支撑在该导电居间元件上。
附图说明
下面将通过优选实施例且参考附图来更详细描述本发明。具体地，在附图中：
图1示出原电池的分解图；
图2示出图1的原电池的部分分解图；以及
图3示出图1和图2的原电池的截面。
具体实施方式
图3示出根据本发明的原电池(这里为纽扣电池)的截面。图1示出在装配之前该纽扣电池的各部件。图2示出在电池的最终装配之前的中间阶段，其中各部件已经彼此装配在一起。为了理解本发明，附图未按比例真实绘制，精确的尺寸并不重要。
该纽扣电池具有外壳，该外壳包括外壳杯14和外壳盖12，这由现有技术可知。
使用具有U形截面的环形密封元件20来密封外壳。该密封元件同时用于使外壳杯14和外壳盖12彼此电绝缘。这种具有U形截面的类型的密封环的使用由现有技术可知，因此在此不提供对密封元件以及当完全装配电池(参考图3)时该密封元件在杯14与盖12之间的位置的更详细描述。
弹簧元件24位于外壳杯14中，其与外壳杯精确相同地由传导性材料(例如薄金属片)制成。例如，其由合适的金属片冲压且然后弯曲成形。由图1和图2可以看出，弹簧元件24具有基本环形的中心部分26，从该中心部分26延伸到相同长度的具有矩形基面的三个臂28以星形引出。在每种情况下在两个相邻的臂28之间成120度的角。这三个臂28从外壳杯14向外倾斜。在装配电池之前，将弹簧元件24焊接到外壳杯14。图2在顶部示出了弹簧元件24已焊接于其上的外壳杯14，并且可以看出，弹簧元件24的环形中心部分26位于外壳杯14中心，并且平靠在外壳杯14的底部上，而三个成角度的臂28从杯14的底部离开且确保希望的弹簧弹力，如将在下面更详细描述的。
通常，阳极16(例如锂片)位于外壳盖12一侧。阴极18位于外壳杯14一侧，该阴极18可以为例如压制的二氧化锰(MnO2)片。
支撑环30位于具有弹簧元件24的杯14与阴极18之间，该支撑环30单独示于图1中且用作弹簧元件24与阴极18之间的导电居间元件。该支撑环30的形状实质上为具有圆形底部的杯形，其具有同心圆形的凹部32且具有垂直于底部的柱状壁。在该情况下，支撑环30刚好大到足以容纳阴极。在装配纽扣电池之前，将阴极18插入支撑环30中，如图2所示。如果在阳极侧使用弹簧元件，则还可使用简单的金属圆盘作为导电居间元件来替代这种类型的支撑环，与至少在这里选定的具有金属锂片作为阳极的实例一样地，不必在边缘处设置支撑。
与常规技术相同地，阳极16和阴极18通过圆盘形隔离体22而彼此分隔。在从现有技术可知的纽扣电池中，隔离体22具有与阳极16和阴极18基本相同的直径，然而，这里，特别地，由图1可以看出，隔离体22具有比阴极18和阳极16大的直径。
在纽扣电池的装配之前，隔离体22和密封元件20已经在紧固区域21中彼此连接。为了将密封元件20连接到隔离体22，例如，可用粘合剂在顶部涂覆密封元件20的内密封唇，即，密封元件20的U形的内侧。然后以中心定位的方式将隔离体22置于密封元件20上且压在其上，因此在紧固区域20中获得环形胶粘的连接。然而，可替代地，该隔离体还可被焊接到密封元件20上或者以不同的方式紧固到密封元件20上。
图2示出连接到密封元件20的隔离体24，并且可以看出，隔离体22仍基本在平面内延伸。在该情况下，其靠在U形密封元件20的内密封唇上且沿径向向外突出到所述密封唇之外，因此其外边缘松垮地靠在U形密封元件的开口之上。
在图3中示出的纽扣电池的装配期间，工序如下：
首先，如上所述，将弹簧元件24焊接到杯14。将阴极18插入支撑环30中。此外，同样如上所述，将隔离体22连接到密封元件20。将形成阳极的锂片16压入外壳盖12(比较图2)中。在执行这些中间步骤之后，获得图2中所示的设置。
然后将其中设置有阳极16的盖12推进已连接到隔离体22的密封元件22中。在该处理中外壳盖12的边缘使得隔离体22的在密封元件20的内密封唇之上向外突出的径向上外部区域折叠，并且使其压到图3中所示的位置中。隔离体22现在被夹紧在其位于外壳盖12与密封元件20之间的外围处，并因此而双重确保不会滑动。由此实现通过隔离体22将电池的内部划分成彼此分隔的两个腔。即使颗粒从阴极(或阳极)脱离，这些颗粒也不能在隔离体22的周围移动而引起短路。
在下一步骤中，将预先用电解质浸透且插入在支撑环30中的阴极18置于密封元件20中和隔离体22上。
最后，用焊接到其上的弹簧元件24将外壳杯14推进到外壳盖12上，并且用压力封闭纽扣电池。
如图3中所示，使用支撑环30的圆盘形底部作为弹簧元件24的臂28的接触面。在支撑环30和阴极18的方向上成角度的弹簧元件的臂28使支撑环30远离外壳杯14而压到阴极18上。因此，通过弹簧元件24和支撑环30在杯14与阴极18之间产生电接触。即使消耗了阴极材料，即使电池经受高机械应力、高温或高压，由于该结构具有弹簧元件24和支撑环30，也可以确保可靠的接触。
参考标号列表：
12外壳盖
14外壳杯
16阳极
18阴极
20密封元件
21紧固区域
22隔离体
24弹簧元件
26弹簧元件的中心区域
28弹簧元件的臂
30支撑环
32支撑环中的凹部。

Claims (11)

1.一种原电池，特别是纽扣电池类型的原电池，其具有阴极(18)、阳极(16)、电解质、设置在所述阳极(16)与阴极(18)之间的隔离体(22)、以及外壳，所述外壳包括外壳杯(14)、外壳盖(12)以及密封元件(20)，所述密封元件(20)使所述外壳杯(14)与所述外壳盖(12)隔离，其特征在于，所述密封元件(20)被刚性连接到所述隔离体(22)。
2.根据权利要求1的原电池，其特征在于，所述密封元件(20)基本为环状的，且沿着其整个外围被刚性连接到所述隔离体(22)。
3.根据权利要求1或2的原电池，其特征在于，所述密封元件(20)被焊接到所述隔离体(22)。
4.根据权利要求1或2的原电池，其特征在于，所述密封元件(20)被胶粘到所述隔离体(22)。
5.根据权利要求1或2的原电池，其特征在于，所述密封元件(20)具有在径向方向上有两个密封唇的基本U形截面，并且在所述径向方向上至少在所述内密封唇之上，所述隔离体(22)沿径向向外突出。
6.根据权利要求5的原电池，其特征在于，所述隔离体(22)被刚性连接到所述密封元件(20)的所述内密封唇，并且所述隔离体(22)的在该内密封唇之上沿径向向外突出的部分从所述密封元件(20)相对于其沿径向靠内部的区域基本垂直地弯曲。
7.根据权利要求6的原电池，其特征在于，所述隔离体(20)的在所述密封元件(20)的所述内密封唇之上沿径向向外突出的部分被夹紧在所述外壳盖(12)与所述密封元件(20)的该内密封唇之间。
8.根据权利要求1的原电池，其特征在于，其包括至少一个导电弹簧元件(24)，所述导电弹簧元件(24)被支撑在所述外壳杯(14)或所述外壳盖(12)上且通过导电居间元件(30)而在所述隔离体(22)的方向上紧压所述阴极(18)或所述阳极(16)，所述阴极(18)或所述阳极(16)通过所述居间元件(30)和所述弹簧元件(24)而与所述外壳杯(14)或所述外壳盖(12)电接触。
9.根据权利要求8的原电池，其特征在于，所述弹簧元件(24)被刚性连接到所述外壳杯(14)或所述外壳盖(12)，特别地，被焊接到所述外壳杯(14)或所述外壳盖(12)。
10.根据权利要求8或9的原电池，其特征在于，所述弹簧元件(24)具有相对于其中心对称设置的至少三个弹簧臂(28)，且在每种情况下所述弹簧臂(28)具有靠在所述导电居间元件(30)上的接触面。
11.根据权利要求8或9的原电池，其特征在于，所述导电居间元件(30)包括具有中心凹部(32)的圆盘，所述圆盘的直径基本对应于所述阴极(18)和所述阳极(16)的直径。
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