CN1160940A - 具有可再密封的排气密封件的电池 - Google Patents

Abstract

一种用于电化学电池的可再密封的排气密封件，它包括盘形密封件，该盘形密封件具有定义容纳电池电流集电棒的开孔的第一竖立壁，在第一壁内设有排气槽，并具有带有排气槽的第二竖立圆周壁，所说第二壁卷边在电池盖和含有电池活性成分的电池壳的顶边缘之间，从而产生可再密封的封闭电池。

Description

具有可再密封的排气密封件的电池

本发明涉及一种密封干电池，特别是涉及一种用于释放干电池内的过量气压的低压可再密封的排气口。本发明也涉及一种制造具有可再密封的排气密封件的干电池的方法。

电池在使用期间在一定条件下可产生大量气体。因为为了防止泄漏引起电解质损失，要求这些电池总是紧密封，可能产生高的内部气压。如果不适当排气，此内压可导致泄漏、膨胀或电池可能爆炸。如果采用排气阀，它必须是可再密封的，以避免在电池的寿命期间弄干电解质和防止大气中的氧气侵入，它能导致阳极的消耗腐蚀。

过去，多种不同类型的可再密封降压排气阀用于释放密封电池内的高内部气压。通常使用的一种类型的阀门主要由象扁平橡胶垫圈这样的阀元件组成，通过如螺旋弹簧的弹性元件加偏压使扁平橡胶垫圈进入排气口上的密封位置。弹性元件或弹簧设计成在某一预定内部气压下发生弯曲，以便立刻破坏密封并允许气体通过排气口逸出。

已试验的另一种可再密封降压排气阀已在美国专利No.3,293,081中公开。此可再密封排气阀主要包括象O形环这样的环形密封垫圈，它通过弧形弹性元件或弹簧保持在围绕排气阀的圆周的密封位置。弹性元件或弹簧设计成有弹力并允许密封垫圈径向移动，这样当电池内达到预定高的内部气压时即立即破坏密封并允许气体通过排气口。

另一类型的干电池可再密封排气口由金属球组成，金属球覆盖在排气孔上面并通过盘簧加偏压使金属球密封的嵌入排气孔周围。当内部气压达到盘簧设定的预定极限时，排气口打开以释放电池内的气体。一旦内部气压降低，盘簧使球复位并再密封排气孔。

另一种可再密封排气口在美国专利No.3,415,690中公开。在此排气口中，弹性体的密封垫圈覆盖在排气孔上面并通过电池顶上的弹性端帽使其保持就位。此排气口以与前述排气口相同方式工作。

在美国专利No.3,664,878中，公开了一种可再密封排气口，它由合成橡胶材料的弹性变形球组成，弹性变形球设置成覆盖在电池壳内的排气口上。固定装置设置在弹性球上，用于保持球就位在排气口上并与环绕排气口的周缘部分设置的阀座接触，以及用于压缩和变形弹性球成扁平结构，形成扁平球和阀座之间的正常不漏液密封。当壳内预定高的内部气压积累时弹性球能够进行进一步的弹性变形，以便立即破坏密封并允许气体通过排气口逸出。

美国专利No.4,052,533公开了一种具有可再密封封底的干电池，可再密封封底包括一个在其中心有孔的用于接收和接触电池的电流集电棒的杯形挡板排气阀以及一个接触并与电池壳的内壁相一致的适合向上弯曲的周缘部分，从而在阀—壳界面提供一个可再密封排气通道。

美国专利No.4,063,902公开了一种电池和制造方法，它具有由弹性合成橡胶海绵垫圈构成的可再密封的排气口隔板，垫圈设置并压缩在电池盖和电池壳的上壁之间，并设计成电池内的气体积累在约5至75psi时将沿盖一垫圈界面和/或壳—垫圈界面泄放。

刚描述的此类可再密封减压排气阀遇到的主要问题是阀体积大和/或难于安装到电池组件中。而且，这些降压排气阀成本高。另外，由前述专利作为示例的一些现有技术可再密封排气不适合低压泄放。

因而，本发明的一个重要目的是提供一种用于干电池的简单而经济的低压可再密封排气口。

本发明的又一目的是提供一种用于干电池的可再密封排气口，它要求很少量的部件，因而容易组装和成本低。

本发明的再一目的是提供一种适合各种尺寸的挤压成形电池壳的可再密封排气口。

本发明的另一目的是提供具有低压可再密封的排气密封件的电池的制造方法。

上述和其它目的将从下面的描述和附图中变得完全清楚。

本发明涉及一种电化学电池，该电池包括具有开孔和在其内有阴极混合物的金属阳极壳，通过所说阳极壳的所说开孔端伸出的电流集电棒、以及所说开孔端的密封件；所说密封件包括一个盘，该盘具有顶面、定义盘内开孔的第一凸起竖立壁和定义圆周壁的第二竖立壁，圆周壁具有邻接盘顶面的内表面；所说第一壁具有定义盘内开孔的内表面和位于所说内表面上并端接在第一壁的内表面内的至少一个槽；设置在盘的顶面内并在第二壁的内表面延伸的至少一个槽；所说电流集电棒与第一壁压配合；并且所说圆周壁固定在阳极壳的开孔端上，提供一个密封电池，这样当电池内的预定气压增长时，第一壁将弯曲，允许气体通过第一壁的内表面内的槽排出，然后气体将通过盘的顶面内的槽和通过第二壁的内表面上的槽泄放；从而许可气体从电池内部排出。

在本发明的最佳实施例中，盘在其内表面至少有两个间隔开的槽并且最好有四个等间隔开的槽。在本发明的最佳实施例中，盘有至少两个间隔开的槽，最好有六个等间隔开的槽在盘的顶面并延伸到盘的圆周壁。盘或密封件能由如聚丙烯的模压塑料制成。在最佳实施例中，盘是圆形的，具有内圆形毂和外环形垂直直壁。内圆形毂具有尺寸与电流集电棒密配合的中心垂直开孔并在毂的内壁下部设有四个排气槽。在本发明的最佳实施例中，盘的顶面具有环绕毂设置的环形槽，以增加第一壁顶部的弯曲能力，从而减小内部气体积累。而且盘的顶面包含六个等间隔径向水平凹槽，它们沿圆周壁的内表面垂直延伸。此六个凹槽提供了电池封闭帽和圆周壁的内表面之间的排气通道。圆周壁的边缘设有倚在壳边缘上的外凸缘，均压壳的边缘，这样使壳容易向盘的圆周壁和上述电池封闭帽翻转和卷边，提供用于电池的密封。电池内的任何气体积累都能在盘和电流集电棒之间通过定义用于电流集电棒的开孔的壁上的四个槽泄放。然后气体通过如上述的盘内的六个槽排放。

本发明还涉及一种制造具有低压可再密封的排气密封件的干电池的方法，包括步骤：

(a)在金属阳极壳内放置间隔元件，它与阳极接触；阴极去极化剂混合物，它设在所说的间隔元件内；电流集电棒，使它部分浸入阴极去极化剂混合物内，这样棒伸出到去极化剂混合物的顶面上方；以及电解质；

(b)由顶面和第一凸起竖立壁来制作盘，第一壁定义用于容纳电流集电棒的一个开孔并且在第一壁的内表面形成至少一个槽；形成一个在其内表面有至少一个槽的竖立圆周壁，槽延伸到盘的顶面；

(c)在盘的竖立壁内安装一个盖帽在盘上并把盖一盘组件放入壳内，使电流集电棒位于盘的开孔内并且圆周壁紧邻壳的内壁；以及

(d)卷边壳的上边缘部分到位于盖上的盘的圆周壁上，提供一密封电池。

较好地是象硅这样的密封胶能用在电流集电棒的顶部和/或如沥青的密封胶能用在盘和壳的界面处的壳内表面上。

用于上述方法中的盖的外径最好等于壳体的内径减去约1.8至2.2，即最好减去约盘的圆周壁的2倍厚度，这样在完全装配好的电池中，圆周壁将挤压在盖的边缘和壳的上边缘部分之间。

适用于本发明的商品化的传统圆柱形电池，如Leclanche(勒克兰瑟)干电池，有两种主要类型。

在“涂浆式”电池中，阴极去极化剂混合物被压制或模压，形成含有电流集电棒的圆柱形筒管。此筒管和可流动的间隔元件胶或胶质一起插入圆柱形阳极壳，胶质蒸煮或凝胶化以形成金属壳和混合物筒管之间的固定间隔元件。在筒管型电池结构中，通过间隔元件胶加入大体全部电池电解质。

在“管形”电池中，间隔元件或作为粘附膜或涂层，或作为涂料纸的插入层，涂敷到金属壳的内壁。湿阴极混合物挤压或压入以充满大部分管式电池壳，然后电流集电棒直接插入挤压的混合物或穿孔棒制成的孔中。在此结构中，实际上全部电池电解质通过湿混合物加入。

当考虑作为本发明实施例的例子而提出的附图时，本发明将从如下描述中变得更清楚，并且无论如何它是非限制性的，其中：

图1是用于本发明盘形密封件的顶视图。

图2是图1中沿线1-1的盘的切面图。

图3是在壳的边缘卷边到电池盖上之前，本发明电池实施例的切面图。

图4是本发明完全组装好的电池实施例的切面图。

详细参见图1和2，表示电化学电池的盘形密封件2。盘形密封件2包括具有中心直立壁6的顶面4，直立壁6具有由壁6的内表面10定义的开孔8。四个槽16等间隔分开在壁的内表面10。这四个槽设计成适合电池内的气体排放。盘形密封件2具有直立圆周壁12，它与径向凸缘14端接。六个径向槽20等间隔分开在盘形密封件2的顶面4内并延伸到圆周壁12的内表面。槽16和槽20的操作将结合图3和4在下面讨论。环形槽18设在盘形密封件2的顶面的内区域上，环形槽18紧邻直立壁6。此环形槽18设计成使直立壁6容易弯曲，以减少电池内的气体积累。圆周壁12端接凸缘14，凸缘14设计成靠在电池壳的开口端的边缘上，这使壳的边缘容易卷边到盘形密封件2的圆周壁12上。凸珠22设在壁12的内表面24上，用作一个弹簧装置，以保持电池盖成一直线，下面将讨论。

图3表示不完全装配的电池30，包括由如锌的电化学消耗金属制成的圆柱壳32，锌用作电池阳极。电池壳32内包括含例如二氧化锰的阴极去极化剂混合物块34、象碳黑这样的导电材料和电解质。阴极去极化剂混合物块34能环绕电流集电棒36模塑或者阴极去极化剂混合物34作为实际上含有全部电池电解质的湿混合物注入壳32内，然后把电流集电棒36压入去极化剂混合物34的中心。电流集电棒36是浸蜡或有机树脂的碳棒，液体和气体不能透过。不管在电池组装之前，去极化剂混合物在单独工序中模塑成筒管型结构，还是直接注入壳32内并组装，电流集电棒36设置成其上端通过壳32的开孔端凸出。间隔元件38包围阳极去极化剂混合物34并把它与壳32的内侧壁隔开，同时底杯形间隔元件40把去极化剂混合物34与壳32的底内表面隔开。间隔元件可是薄膜隔膜，例如涂敷胶的薄吸水纸。上述去极化极混合物呈现常见空间42，以接纳电池放电时形成的任何液体渗出物。

在图3中表示图1和2的盘形密封件2在壳32中的装配，其中电流集电棒36插入盘2的开孔10并且凸缘14位于壳32的边缘45。电流集电棒36与盘2中的开孔10密配合。封闭帽或盖46放置在电流集电棒36上并与盘2的顶面4接触。弹簧件42保持和均压盘2内的盖46。除壳32的边缘44卷边到圆周壁12和盖46上外，图4表示具有相同标号的如图3中的同样电池。卷边壳32的边缘44提供了一种电池的有效可再密封的密封件。在电池的存贮和/或使用中，气体将累积，并且当达到预定气体含量时，气体增长将对盘2和绕壁6设置的槽16施加压力，气体的压力达到一定程度，气体将对槽16施加力并使壁6偏离棒36，以在盘2和棒36之间提供一个排气通道。环形槽18将使壁6容易弯曲，远离棒36。壁6和棒36间排放的气体将直接流入槽16，在此气体离开槽20进入大气。一但电池内的气压降低，盘2的壁6将对棒36重新封闭。

盘2的设计将提供一种有效静态(长时间、低压力)密封件，它容易制造和组装在传统的电化学电池中。本发明的盘密封件启动降低电池内的气压，然后重新封闭以密封电池。

可以理解虽然本发明参照具体细节进行说明，但这些细节不构成限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种电化学电池，该电池包括具有开孔和在其内有阴极混合物的金属阳极壳、通过所说阳极壳的所说开孔端伸出的电流集电棒、以及所说开孔端的密封件；所说密封件包括一个盘，该盘具有顶面、定义盘内开孔的第一凸起竖立壁和定义圆周壁的第二竖立壁，圆周壁具有邻接盘顶面的内表面；所说第一壁具有定义盘内开孔的内表面和位于所说内表面上并端接在第一壁的内表面内的至少一个槽；设置在盘的顶面内并在第二壁的内表面延伸的至少一个槽；所说电流集电棒与第一壁压配合；并且所说圆周壁固定在阳极壳的开孔端上，提供一个密封电池，这样当电池内的预定气压增长时，第一壁将弯曲，允许气体通过第一壁的内表面内的槽排出，然后气体将通过盘的顶面内的槽和通过第二壁的内表面上的槽泄放；从而许可气体从电池内部排出。

2.如权利要求1的电化学电池，其特征在于所说第一壁的内表面有四个间隔开的槽。

3.如权利要求1的电化学电池，其特征在于所说盘的顶面有六个间隔开的槽。

4.如权利要求3的电化学电池，其特征在于所说第一壁的内表面有四个间隔开的槽。

5.如权利要求1的电化学电池，其特征在于一个环形槽设置在盘的顶面，紧邻第一壁的外表面。

6.如权利要求5的电化学电池，其特征在于所说第一壁的内表面有四个间隔开的槽。

7.如权利要求6的电化学电池，其特征在于所说盘的顶面有六个间隔开的槽。

8.如权利要求1的电化学电池，其特征在于圆周壁端接外凸缘，外凸缘设置在电池壳开口端处壁的边缘上。

9.如权利要求8的电化学电池，其特征在于所说第一壁的内表面有四个间隔开的槽。

10.如权利要求8的电化学电池，其特征在于所说盘的顶面有六个间隔开的槽。

11.如权利要求10的电化学电池，其特征在于所说第一壁的内表面有四个间隔开的槽。

12.如权利要求11的电化学电池，其特征在于一个环形槽设置在盘的顶面内，紧邻第一壁的外表面。

13.如权利要求8的电化学电池，其特征在于一个环形槽设置在盘的顶面内，紧邻第一壁的外表面。

14.如权利要求1的电化学电池，其特征在于帽用于固定阳极壳的开口端，并且所说帽有一个容纳电流集电棒的凹口和设置在盘的顶面与盘的圆周壁之间的径向延伸凸缘，在容纳帽的凸缘厚度的高度处一凸珠设置在圆周壁的内表面上。

15.如权利要求14的电化学电池，其特征在于一个环形槽设置在盘的顶面内，紧邻第一壁的外表面。

16.一种制造具有低压可再密封的排气密封件的干电池的方法，该方法包括步骤：

(a)在金属阳极壳内放置与阳极接触的间隔元件；设在所说间隔元件内的阴极去极化剂混合物；部分浸入阴极去极化剂混合物内的电流集电棒，使棒伸出到去极化剂混合物的顶面上方，以及电解质；

(b)由顶面和第一凸起竖立壁来制作盘，第一壁定义用于容纳电流集电棒的一个开孔并且在第一壁的内表面形成至少一个槽；形成一个在其内表面有至少一个槽的竖立圆周壁，它延伸到盘的顶面；

(c)在盘的竖立壁内安装一个盖帽在盘上并把盖一盘组件放入壳内，使电流集电棒位于盘的开孔内并且圆周壁紧邻壳的内壁；以及

(d)卷边壳的上边缘部分到位于盖上的盘的圆周壁上，提供一密封电池。

17.如权利要求16的方法，其特征在于在步骤(b)中，第一凸起竖立壁有四个间隔开的槽形成在第一壁的内表面内。

18.如权利要求16的方法，其特征在于在步骤(b)中，竖立圆周壁有六个间隔开的槽形或在圆周壁的内表面内，它延伸到盘的顶面。

19.如权利要求18的方法，其特征在于在步骤(b)中，第一凸起竖立壁有四个间隔开的槽形或在第一壁的内表面内。

20.如权利要求19的方法，其特征在于一个环形槽形成在盘的顶面上，紧邻第一壁的外表面。