CN101867067B - 一种防爆镍电池及其所使用的防爆球和它们的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防爆镍电池及其使用的防爆球和它们的制备方法。这种防爆镍电池，包括电池本体及盖帽，电池本体包括设置于其中的密封圈，盖帽包括设置于其中的防爆球，所述密封圈由聚丙烯及助剂经注塑而成；所述防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成。根据本发明的防爆镍电池，当电池出现故障如短路使其内部温度升高到约80℃后，防爆球压力开始下降甚至失效，有利于短路产生的气体逸出，从而阻止因内压过大而造成的电池爆炸；若电池内温度继续升高到约160℃后，采用PP为主要材料的密封圈及时融化，有利于产生的气体逸出，有利于产生的大量热量及时散发出去，从而阻止电池发生压力爆炸和热爆炸。

Description

一种防爆镍电池及其所使用的防爆球和它们的制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍电池及其制备方法，尤其涉及一种防爆镍电池及其所使用的防爆球和它们的制备方法。
背景技术
上世纪90年代一来，大量新型、便携式电子产品的出现，不仅推动着镍电池产业的发展，也对镍电池的安全性能尤其是防爆性能提出了更高的要求。为提高电池的安全性能，通常在电池外壳上设置盖帽(也叫安全阀组件)。盖帽包括设有排气孔的上盖、底盖及设置在两者之间的防爆球。当电池出现意外如短路时，电池温度急剧升高，盖帽启动，产生的气体由上盖的气孔排出，防止电池因气体聚集而爆炸。
现有的镍电池采用尼龙66材料作为密封圈，采用三元乙丙橡胶、炭黑为主要材料作为防爆球。这两者的组合，对于电池的密封性能和防爆性能得到了保证。但这样的组合也存在很多弊端，如下：防爆球主要成分是三元乙丙橡胶、炭黑、促进剂、硫化剂，由三元乙丙橡胶在110～140℃温度下塑炼，再经混炼，压延，压出，硫化，成型等工序完成制作。这样制作出的防爆球有很宽的使用范围，使用温度-40～150℃，在这个温度范围内防爆球防爆压力变化很小。当电池外部短路时候，电池温度急剧升高，最高温度可达到150℃，电池内压急剧上升。可能存在因防爆球不能及时泄气，造成电池压力过大发生爆炸；传统的密封圈成分是尼龙66，而尼龙66材质的密封圈软化或熔化温度为250～260℃。当电池内部短路时候，正负极直接接触，有可能负极燃烧。电池温度急剧升高，最高温度可达到220度，电池内压急剧上升，防爆球来不及泄气，可能造成电池压力过大造成电池爆炸或因热量无法及时散发而发生电池热爆炸。
发明内容
本发明目的就是克服现有技术的不足，提供一种可有效防止镍电池爆炸的电池及其所使用的防爆球和它们的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种防爆镍电池，包括电池本体及盖帽，电池本体包括设置于其中的密封圈，盖帽包括设置于其中的防爆球，所述密封圈由聚丙烯及助剂经注塑而成；所述防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成。
另一方面，本发明还提供一种防爆镍电池的制备方法，包括密封圈及防爆球的制备，所述密封圈由聚丙烯及助剂经注塑而成；所述防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成。
另一方面，本发明还提供一种防爆镍电池用防爆球，所述防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成。
另一方面，本发明还提供一种防爆镍电池用防爆球的制备方法，所述防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成。
本发明中，镍电池主要指镍氢电池、镍镉电池和镍锌电池。
本发明的有益效果：当电池出现故障如短路使其内部温度升高到约80℃后，防爆球压力开始下降甚至失效，有利于短路产生的气体逸出，从而阻止因内压过大而造成的电池爆炸；若电池内温度继续升高到约160℃后，采用PP为主要材料的密封圈及时融化，有利于产生的气体逸出，有利于产生的大量热量及时散发出去，从而阻止电池发生压力爆炸和热爆炸。
附图说明
图1是根据本发明优选实施例的电池盖帽及现有电池盖帽防爆压力随温度变化曲线。
图2是根据本发明优选实施例的电池及现有电池在短路时电池内部温度变化曲线。
具体实施方式
本发明使用高温塑炼的防爆球和以聚丙烯为主要材料制成密封圈相结合来实现防止电池爆炸的目的。
本发明中，防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成。防爆球制备所用的助剂包括炭黑、促进剂及硫化剂，促进剂优选为二硫化二苯并噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺及二甲基二硫代氨基甲酸锌中的任意一种，硫化剂优选为N’-间苯撑双马来酰亚胺、硫磺中的任意一种。各组分的用量不是关键的控制因素，通常其中三元乙丙橡胶含量80～95％，炭黑1～20％，促进剂0.01～1％，硫化剂0.01～1％，以上各成分含量为重量百分比。制造中各工序采用本领域常用的工艺方法，在此不做详细描述。
本发明中，密封圈由聚丙烯及助剂经注塑而成。密封圈制备所用的助剂包括韧性添加剂和强度剂，韧性添加剂优选为钛白粉、滑石粉、季戊四醇硬脂酸酯中的任意一种，强度剂优选为碳酸钙、聚甲醛中的任意一种。各组分的用量不是关键的控制因素，通常其中PP的含量95～100％，韧性添加剂0.1～5％，强度剂0.1～2％。以上各成分含量为重量百分比。制备工序包括高温融化、注模、冷却、脱模、去毛边、检验等，为本领域常规方法，在此不做详细描述。
下面结合实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种圆柱镍氢电池防爆球制作方法，先按比例称取三元乙丙橡胶，经塑炼，温度150℃。经添加炭黑和二甲基二硫代氨基甲酸锌(PZ，下同)压延，压出，硫化，成型等工序完成制作。其中三元乙丙橡胶含量86％，炭黑13.5％，PZ 0.2％，硫磺(硫化剂)0.3％，以上各成分含量为重量百分比。把制作好的AA防爆球，与冷轧碳素钢板搭配制作AA盖帽。使用本发明制作的盖帽与不使用本发明制作的盖帽性能对比测试。
实施例2
一种圆柱镍氢电池防爆球制作方法，先按比例称取三元乙丙橡胶，经塑炼，温度180℃。经添加炭黑和PZ，混炼，压延，压出，硫化，成型等工序完成制作。其中三元乙丙橡胶含量86％，炭黑13.5％，PZ 0.2％，硫磺(硫化剂)0.3％，以上各成分含量为重量百分比。把制作好的AA防爆球，与冷轧碳素钢板搭配制作AA盖帽。使用本发明制作的盖帽与不使用本发明制作的盖帽性能对比测试。
实施例3
一种圆柱镍氢电池防爆球制作方法，先按比例称取三元乙丙橡胶，经塑炼，温度200℃。经添加炭黑和PZ，混炼，压延，压出，硫化，成型等工序完成制作。其中三元乙丙橡胶含量86％，炭黑13.5％，PZ 0.2％，硫磺(硫化剂)0.3％，以上各成分含量为重量百分比。把制作好的AA防爆球，与冷轧碳素钢板搭配制作AA盖帽。
对比例4
使用本发明制作的盖帽与不使用本发明制作的盖帽性能对比测试。并将测试结果绘制成曲线，如图1，图中画斜线部分为盖帽正常使用温度，1-4分别代表实施例1-3及现有普通盖帽的曲线。
测试方法：分别取使用本发明的AA盖帽和不使用本发明的AA盖帽各80只，分别测试在20℃时候，盖帽防爆压力P1，再高温环境搁置60min，从高温环境取出，冷却到20℃，测试盖帽防爆压力P2，盖帽防爆压力下降＝(P1-P2)/P1×100％。测试结果见下表：
Figure G2009101337971D00051
从上表及图1可以看到，使用本发明的防爆球制成的盖帽不影响电池的正常使用，即在不高于80℃温度范围内可正常使用。当电池短路的时候，电池温度急剧升高，电池内压急剧升高。使用本发明的盖帽，随温度升高，压力下降幅度大，有利于电池内部气压更快释放。防止电池爆炸。
实施例5
一种圆柱镍氢电池，密封圈由聚丙烯(PP，下同)、季戊四醇硬脂酸酯(韧性添加剂)、聚甲醛(强度剂)经过高温融化、注模、冷却、脱模、去毛边，检验入库得到。其中PP的含量98.8％，季戊四醇硬脂酸酯1％，聚甲醛0.2％。以上各成分比为重量百分比。
对比例6
使用普通密封圈圆柱镍氢AA2300型号电池和使用本发明PP密封圈圆柱镍氢AA2300型号电池进行短路对比测试。
测试方法：电池用0.2C充满电，搁置60min；使用直径为1mm的铜针，从电池中部穿过，造成电池内部短路；使用温度感应器记录电池温度的变化。
将电池内部在电池短路过程中温度随时间变化绘制成曲线如图2所示。从图2可以看出，使用本发明PP密封圈当电池内部短路的时候，PP密封圈及时熔化，电池内部与外界连通。防止电池发生压力过大造成的爆炸和热量来不及散发产生电池热爆炸。
因为普通密封圈使用尼龙66材料，尼龙66的熔化温度250～260℃，电池短路的时候，密封圈不能熔化。而本发明PP密封圈，熔化温度160～170℃，电池短路的时候可以熔化，有利于降低电池内压和电池内部产生的热量散发。防止电池因短路造成的爆炸。可以提高电池的安全性能。
以上实施例以镍氢电池为例，只需稍作变化即可适用于镍镉电池和镍锌电池，此处不再详细举例阐述。

Claims (4)

1.一种防爆镍电池，包括电池本体及盖帽，电池本体包括设置于其中的密封圈，盖帽包括设置于其中的防爆球，其特征在于：所述密封圈由聚丙烯及助剂经注塑而成，其中助剂包括韧性添加剂和强度剂，韧性添加剂为选自钛白粉、滑石粉、季戊四醇硬脂酸酯中的任意一种，强度剂为选自碳酸钙、聚甲醛中的任意一种；所述防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成，其中助剂包括炭黑、促进剂及硫化剂，促进剂为选自二硫化二苯并噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺及二甲基二硫代氨基甲酸锌中的任意一种，硫化剂为N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、硫磺中的任意一种。
2.一种防爆镍电池的制备方法，包括密封圈及防爆球的制备，其特征在于：所述密封圈由聚丙烯及助剂经注塑而成，其中助剂包括韧性添加剂和强度剂，韧性添加剂为选自钛白粉、滑石粉、季戊四醇硬脂酸酯中的任意一种，强度剂为选自碳酸钙、聚甲醛中的任意一种；所述防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成，其中助剂包括炭黑、促进剂及硫化剂，促进剂为选自二硫化二苯并噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺及二甲基二硫代氨基甲酸锌中的任意一种，硫化剂为N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、硫磺中的任意一种。
3.一种防爆镍电池用防爆球，其特征在于：所述防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成，其中助剂包括炭黑、促进剂及硫化剂，促进剂为选自二硫化二苯并噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺及二甲基二硫代氨基甲酸锌中的任意一种，硫化剂为N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、硫磺中的任意一种。
4.一种防爆镍电池用防爆球的制备方法，其特征在于：所述防爆球由三元乙丙橡胶经150～200℃塑炼再与助剂混炼、压延、压出、硫化及成型而成，其中助剂包括炭黑、促进剂及硫化剂，促进剂为选自二硫化二苯并噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺及二甲基二硫代氨基甲酸锌中的任意一种，硫化剂为N，N’-间苯撑双马来酰亚胺、硫磺中的任意一种。
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