CN104835926A - 一种用于碱性电池的密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于碱性电池的密封结构，包括电池底盖、位于电池底盖内侧并带有防爆阀的密封圈、与底盖为一体且穿过密封圈的中心柱的负极集流体以及电池的外表面钢壳，且钢壳利用其边沿的卷边力将所述底盖和所述密封圈的边沿封合在一起。根据本发明提供的密封圈防爆阀变形空间的距离制造的碱性电池具有较好的综合性能。

Description

一种用于碱性电池的密封结构
技术领域
本发明涉及一种密封结构，特别涉及一种用于碱性电池的密封结构。
背景技术
通常，碱性电池的密封圈主要是PP(polypropylene聚丙烯)和尼龙(包括尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙1010下面都简称尼龙)。由于碱性电池原材料不完全纯净，电池钢壳电镀层不够致密，此外，生产的环境也会引入一些杂质，氢气容易在这些杂质表面析出，从而使电池内的气压增加并有可能发生爆炸。不同的电池厂家生产的碱性电池内部生成的气量不一样，有的厂家的原材料纯度经过严格控制，生产过程严格把关，电池内产生的气量会小很多，但一般不可能杜绝。由于碱性电池内部不可避免地会生成气体，电池内部的压力会大于大气压力，电池的密封圈，时刻承受一个向外的应力，密封圈会加速老化，当密封圈不能承受电池内部压力后，密封圈就会破开，电池内部气体和电池的电解液就会从电池内释放出来，这样电池就出现漏液。然而一次碱性电池的密封不但要有防爆阀，还需要密封圈防爆阀变形空间。密封圈防爆阀变形空间大小非常重要，如果密封圈防爆阀变形空间偏小了，电池的防爆性能不能得到保障；由于电池的总高和外径必须在国家标准范围内，如果密封圈防爆阀变形空间太大，电池内用装电池活性物质的空间就会减少，电池的放电性能也会相应降低。
因此，需要选择一种同时能够满足防爆性能和电池放电性能的密封圈结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于碱性电池的密封结构，包括电池底盖、位于电池底盖内侧并带有防爆阀的密封圈、与所述底盖为一体且穿过密封圈的中心柱的负极集流体以及电池的外表面钢壳，且所述钢壳利用其边沿的卷边力将所述底盖和所述密封圈的边沿封合在一起；
所述密封圈与所述底盖之间的间隙构成所述密封圈防爆阀的变形空间S2值范围为：
0.3S<S2<S
其中S＝[(187489+112.6F)0.5-433]/56.3，单位为毫米，F为所述密封圈的防爆压力，单位为牛；
所述密封圈的防爆压力F值范围为：240(D/14)<F<0.9Y，其中D为所述电池的外径，单位为毫米；Y为所述钢壳的卷边力，单位为牛；
所述钢壳的卷边力Y值为：Y＝-879X+36037X2，其中X为所述密封圈卷边处对应的钢壳的厚度，单位为毫米。
优选地，所述密封圈采用尼龙材料注塑而成。
优选地，所述负极集流体为针状结构，其材质为黄铜。
优选地，所述黄铜的表面镀有锡或铟。
优选地，所述负极集流体通过焊接的方式连接到电池底盖的中心处。
优选地，所述密封圈卷边处对应的钢壳的厚度X的范围为0.18～0.35毫米。
优选地，所述碱性电池的外径D为10毫米、14毫米、25.5毫米和33.2毫米中的任一种。
优选地，所述密封圈的防爆阀为环形结构且靠近所述密封圈的中心柱。
根据本发明提供的密封圈防爆阀变形空间105距离S2值制造的不同类型的一次碱性电池具有在连续放电时间相差不大的情况下明显有效降低了电池的爆炸率漏电率，从而提高了碱性电池的综合性能。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出一次碱性电池的主要结构示意图；
图2示意性示出一次碱性电池密封圈的结构示意图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
如图1和图2所示，本发明所述的一次碱性电池的密封结构包括电池底盖101(即电池的负极端)、位于电池底盖内侧的密封圈102、与底盖101为一体且穿过密封圈102的中心柱102a的负极集流体103、电池外表面的钢壳104(即电池的容器兼电池的正极端)。
一次碱性电池的密封圈102的材料一般采用尼龙材料注塑而成，该密封圈102中心柱102a的周边为密封圈防爆阀102b。一次碱性电池的负极集流体103为针状结构，其材质为黄铜或者表面镀有锡或铟的黄铜，负极集流体103的铜针通过焊接的方式连接到电池底盖的中心处。进一步将负极集流体103插入到密封圈102的中心柱102a中，中心柱102a与底盖101和负极集流体103之间完全密封，从而组装成一次碱性电池100的负极集电体。
一次碱性电池100通常有LR03、LR6、LR14和LR20等几中型号电池，分别对应的外径D为10毫米、14毫米、25.5毫米和33.2毫米中的任一种，不同型号碱性电池100选用钢壳104的厚度一般是不一样的，一般LR03型号碱性电池100的钢壳104厚度会比LR6薄，LR6碱性电池100的钢壳104厚度会比LR14薄，LR14碱性电池100的钢壳104厚度会比LR20薄。然而不同厂家用的钢壳的厚度也是有区别的，例如LR6碱性电池100有的厂家用的钢壳厚度可能是0.20或0.25毫米、有的厂家用的钢壳104厚度只有0.18毫米，常见钢壳的厚度X的范围为0.18～0.35毫米。较厚钢壳104的封口力大，相应密封圈102的防爆压力F也较高，电池的耐漏液性能也会提高。但是电池的外径和电池的总高不能超过国家标准，所以较厚钢壳104碱性电池100内填装的活性物就会减少，碱性电池100的放电性能也会相应降低。
所述密封圈防爆阀102a作为密封圈102最薄弱的地方，其形状多样，一般为环形结构且靠近所述密封圈的中心柱，其主要用于释放电池内部压力，防止电池发生爆炸。防爆阀102a的防爆压力F不能过高，防爆压力F过高会导致电池发生爆炸；防爆压力F也不能过低，否则电池的耐漏液性能不好，容易导致电池漏液。
由于底盖101和密封圈102的边沿利用钢壳104的卷边力封合在一起，且钢壳104的卷边力与钢壳的厚度存在一定的关系。此外一次碱性电池100的密封不但要有防爆阀102b，还需要有一定的密封圈防爆阀变形空间105。密封圈防爆阀变形空间105大小非常重要，如果密封圈防爆阀变形空间105偏小了，则电池的防爆性能不能得到保障；如果密封圈防爆阀变形空间105太大，电池内用装电池活性物质的空间就会减少，电池的放电性能也会相应降低。所述防爆阀变形空间105中密封圈102与底盖101之间的垂直距离S应大小合适，并能够同时满足电池防爆性能和放电性能。
本发明一种用于一次碱性电池的密封结构中钢壳104的卷边力与电池钢壳104厚度的关系符合下面公式：
Y＝-879X+36037X2              (1)
其中Y是钢壳104的卷边力，单位是牛顿；X为所述密封圈卷边处对应的钢壳的厚度，单位是毫米。
根据公式(1)可以进一步得出一次碱性电池100密封圈的防爆压力F的优选数值范围为：
240(D/14)<F<0.9Y              (2)
其中D为一次碱性电池100的外径、单位是毫米，Y为钢壳104的卷边力、单位是牛顿。
根据一次碱性电池100密封圈的防爆压力F的优选数值范围还可以得出密封圈102防爆阀变形空间105的距离S值：
S＝[(187489+112.6F)0.5-433]/56.3          (3)
根据公式(3)所确定的S值，本发明进一步得出最佳的优选值S2，该优选值S2数值范围为：
0.3S<S2<S                 (4)
根据上述公式(1)至(4)可以得出常见型号和不同钢壳104厚度的一次碱性电池100的优选F和S2值，具体值如表1所示。
表1 常见型号一次碱性电池的优选F和S2值
本发明结合上式(2)和(4)得出的优选F和S2值给出了两种常见型号的一次碱性电池100的实施例，实施例的内容主要包括碱性电池的防爆性能测试、耐漏液性能测试和放电性能测试，并记录下每组性能测试中由于电池不正确安装爆炸率K、高温高湿20天漏液率P和100毫安连续放电时间T，从而可以得出不同测试组之间的效果对比，具体如下所述：
实施例一，选取多个钢壳104厚度X值分别为0.25毫米和0.18毫米的一次碱性电池LR6作为实施对象，其外径D为14毫米，根据本发明提出的公式(1)可以得出钢壳卷边力Y值分别为2032.56牛和1009.38牛。根据Y值选取不同的具有代表性的密封圈防爆压力F值，并根据选取的密封圈防爆压力F值计算出防爆阀的变形空间Y2值，同时根据Y2值选取不同的具有代表性的密封圈防爆阀变形空间S值和优选的S2值。根据本发明提出的公式(2)和(4)可以得出一次该碱性电池LR6的优选F和S2值，其中240<F<908.44、0.16<S2<1.87，表2记录了不同钢壳厚度的一次碱性电池(LR6)的性能测试结果。
表2 一次碱性电池(LR6)性能测试结果
实施例二，本实施例与上述实施例一不同点在于：选取多个钢壳104厚度X为0.35毫米的一次碱性电池LR20(外径D为33.2毫米)作为实施对象，根据本发明提出的公式(1)、(2)和(4)可以得出该碱性电池的钢壳卷边力Y值为4106.88牛以及优选F和S2值，其中569.14<F<3696.14、0.37<S2<6.11，表3记录了一次碱性电池(LR20)的性能测试结果。
表3 一次碱性电池(LR20)性能测试结果
通过上述两个实施例可以得出，当密封圈102防爆压力F不变时，碱性电池优选采用密封圈防爆阀变形空间S2值相比较选用其他S值具有更好的综合性能，主要表现为：S值过大，虽然电池防爆性能较好，但电池最为重要的放电性能就会下降；S值过小，虽然电池的放电性能有所提升，但是降低了电池的防爆性能。所以选择合适的密封圈防爆阀变形空间S2值，能够有效提升碱性电池的综合性能。
此外，当密封圈102防爆压力F大于钢壳104的卷边力Y时，电池防爆性能较差；当密封圈102的防爆压力F小于0.2倍的钢壳卷边力Y时，电池的耐漏液性能差；当密封圈102防爆阀变形空间距离S2大于0.3倍的S电池防爆性能较好；采用较厚钢壳可以提高密封圈防爆压力，提高电池的耐漏液性能，但是会降低电池的放电性能，适当地降低钢壳104厚度和密封圈102防爆压力可以增加电池放电性能。
综上可以得出根据本发明提供的密封圈102优选的防爆阀变形空间105距离S2值制造的不同类型的一次碱性电池具有在连续放电时间相差不大的情况下明显有效降低了电池的爆炸率漏电率。
所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种用于碱性电池的密封结构，包括电池底盖、位于电池底盖内侧并带有防爆阀的密封圈、与所述底盖为一体且穿过密封圈的中心柱的负极集流体以及电池的外表面钢壳，且所述钢壳利用其边沿的卷边力将所述底盖和所述密封圈的边沿封合在一起；
所述密封圈与所述底盖之间的间隙构成所述密封圈防爆阀的变形空间S2值范围为：
0.3S<S2<S
其中S＝[(187489+112.6F)0.5-433]/56.3，单位为毫米，F为所述密封圈的防爆压力，单位为牛；
所述密封圈的防爆压力F值范围为：240(D/14)<F<0.9Y，其中D为所述电池的外径，单位为毫米；Y为所述钢壳的卷边力，单位为牛；
所述钢壳的卷边力Y值为：Y＝-879X+36037X2，其中X为所述密封圈卷边处对应的钢壳的厚度，单位为毫米。
2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：所述密封圈采用尼龙材料注塑而成。
3.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：所述负极集流体为针状结构，其材质为黄铜。
4.根据权利要求3所述的密封结构，其特征在于：所述黄铜的表面镀有锡或铟。
5.根据权利要求1或3所述的密封结构，其特征在于：所述负极集流体通过焊接的方式连接到电池底盖的中心处。
6.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：所述密封圈卷边处对应的钢壳的厚度X的范围为0.18～0.35毫米。
7.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：所述碱性电池的外径D为10毫米、14毫米、25.5毫米和33.2毫米中的任一种。
8.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：所述密封圈的防爆阀为环形结构且靠近所述密封圈的中心柱。
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