CN1237635C - 适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用导电聚合物板例如用乙炔黑分散的热塑橡胶板遮蔽正极片状电极的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池。此改进的密封性减轻了从电池组单电池中水份的严重损失，提高了具有带这种改进的密封装置或方法的电池的电池组的保存或存储寿命。
Description
技术领域
本发明涉及干电池组和电池组电池，尤其涉及具有改进的密封性的电池组电池。本发明还涉及包括多个层叠在一起的电池单元的电池组。本发明尤其涉及具有含二氧化锰组分的片状正极和含锌负极的电池组或电池组电池。
背景技术
电池组电池或单电池是电池的基本单元。为了提供充足的电池组电压，干电池电池组可以包括多个干电池单元，这些单元层叠在一起并以串联的方式连接。每个单独的电池单元通常包括正电极、负电极、隔板以及支持电解质，它们全都放置在容器或子壳体中。电池组电池或多个层叠在一起的电池组电池通常装在外壳中，以便电池组电池与外部环境隔离并避免电解质的泄漏。由多个层叠在一起的电池单元形成的电池通常包括具有多层片状结构的电池单元。此多层结构通常包括正极组分的第一层、隔板或电解质组分的第二层，负极组分的第三层。
正极组分可以包含正极活性材料、导电材料和粘合剂。正极活性材料例如可以是氧化剂，例如二氧化锰、氧化镍、二氧化铅等。导电材料可以是例如乙炔黑、石墨、碳黑、镍粉末等。通常将粘合剂添加到正极组分中以改善正极活性材料的粘结完整性和强度。常用的粘合剂包括例如羧甲基纤维素、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素的盐、聚氯乙烯、聚乙烯、琼脂、甲基纤维素等。
隔板可以由电解质支持材料构成，它可以是具有电绝缘性能的任何种类的材料。电解质可以是水的酸溶液、碱性溶液、或支持离子导电的固体电解质。负极可以是负极活性材料，例如锌和其它负极活性组成。然后将具有多层片状结构的电池单元装在外壳中以将单电池与外部环境隔离，从而防止了水份损失特别是从电解质中的水份损失、或者防止氧气进入到电池中。
通常，干电池电池组的保存期主要受干电池组单电池的密封质量的影响。要想使电池的密封性令人满意必须达到以下要求：在整个电池组中必须保持充分的、低欧姆的电接触。与此同时，在常用的电解质通常是腐蚀性的情况下，密封必须是充分防腐蚀的。已经提出由塑料密封和金属顶的组合构成的各种结构。但是，这些结构没有提供令人满意的水份密封并且在结构中过于复杂。
因此，如果可以提供能够克服上述问题的具有改进的密封性的电池组或电池组单电池、以提供更长的保存期，将是有益的。结合这一点，应理解，许多标准干电池是标准尺寸的干电池，这种改进必须在受限于电池的标准尺寸的条件下提供。优选地，具有改进密封性的电池组的制备不应当过于复杂或需要繁琐的制造工序或适应性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供具有改进的密封装置和/或密封性能的电池组或电池组的单电池，以便提供具有提高的保存期的电池。本发明的再一个目的是提供改进的电池组或电池组单电池，这些电池组或电池组单电池利用增强密封的方法或相对易于制备的装置，因此在没有不适当的和额外的复杂性的条件下，可以制造出符合标准电池组尺寸的电池组。最后，本发明的目的是为公众提供具有密封装置或方法的电池的选择权。
广义上讲，本发明提供一种改进的电池组电池，包括：具有顶表面和底表面的正电极、具有顶表面和底表面的负电极、隔开所述正电极和所述负电极的绝缘隔板、在所述正负电极之间支持导电的电解质，所述正电极和所述负电极层叠在一起，使所述正电极的底表面层叠于所述负电极的顶表面上；所述正电极、所述负电极、所述隔板和电解质通过容器保持在一起，所述正电极的顶表面充分由导电的非多孔层覆盖，上述导电非多孔层由能抵抗电解质腐蚀的材料制成，所述容器将所述导电非多孔层相邻叠置在所述正电极之上并形成一导电密封壳，以减少电解质从单元电池的流失。
优选地，所述导电非多孔层是由导电挠性聚合物制成的并分散有能抵抗电解质腐蚀的导电颗粒的膜片。
优选地，所述正电极是以片状的形式，覆盖所述正电极顶表面的所述导电和非多孔聚合物板是分散有导电颗粒的热塑橡胶板。
在另一方面，本发明提供包括多个上述单电池的电池组。
具体而言，本发明提供一种包括多个单电池的电池组，在单电池中，导电聚合物膜或构件，例如分散有碳或乙炔黑颗粒的热塑橡胶板，用于提供导电密封，以减少电解质水分的损失。
附图说明
借助实施例并参考附图来解释本发明的优选实施方式，其中：
图1表示形成具有多层结构并随后形成标准尺寸9伏电池组的电池组单电池的一系列步骤，此9伏电池组包括多个层叠在一起的由此形成的电池组单电池。
具体实施方式
在以下的描述中，将参考包括六个各约1.5伏特的单电池的标准尺寸9伏电池组解释本发明的优选实施例。各单电池10具有多层片状结构，该结构包括正电极20、隔板30、容纳负电极60、正电极的子部件和隔板的容器40以及负极。隔板30通常由吸收性材料制成并用电解液浸泡，以便在正电极20和负电极60电极之间提供离子导电性，产生电压差以存储能量输出。正电极20或负电极制成具有顶表面21和底表面22的片状形式。
通过压制或冲压正极组分，形成此正电极20，在本实施例中，正极组分包括二氧化锰粉末正极活性材料、导电材料和粘合剂。导电材料例如可以是包括乙炔黑的组分。适当时还可以采用其它导电材7料，例如石墨(graphite)、碳黑、石墨粉(plumbago)以及镍粉等类似物。将粘合剂加入到正极组分中以增强片状结构和整体性。可以以本领域所知的适当方式，将通常采用的粘合剂，例如琼脂、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚四氟乙烯、甲基纤维素等适当地用于正极组分。
可以将正极组分模制而成并压制成预先规定的片状。然后，将正极片20放入隔板30中，隔板30形成具有底表面31、从底表面向上延伸的环壁32和顶开口的纸杯形状。例如，纸杯壳体可以由浆纸或其它可吸收液体的绝缘织物制成。然后，将二氧化锰正极片20和纸杯隔板30的子部件插入到容器40中。
容器40通常是具有顶开口41、低开口42和环壁43的矩形壳。容器40通常形成为通过顶部开口41以紧密装配的方式容纳片状子部件和负极60。底部开口通常小于顶部开口并且包括向外延伸的边缘以将负极60和片状子部件保持在容器中。在本实施例中的负极60是具有顶表面和底表面的锌板。
放置负极锌电极60，使其顶表面朝上、底表面接近容器40的下开口42。将这种锌电极裁成适当尺寸并成形，这样它可以通过容器40的下开口42向里延伸的边缘而保持。
在锌负极60以上述方式插入之后，将正极片状子部件插入容器中。插入子部件，使得浆纸杯底表面31朝向锌板60的顶表面，由此在容器40中放置正极片状子部件。在正极片状子部件放置在锌板电极60的顶部之后，另外的导电和非多孔层放置在正极子部件的顶表面上，此导电非多孔膜可以是薄膜、隔膜、淀积层或箔构件，由此通常地或充分地覆盖在二氧化锰片的顶表面上。在导电构件70、包括二氧化锰片和纸杯隔板30的正极子部件以及负极锌电极60放在容器中之后，通过对容器进行包装工艺，使整个子部件包装在一起。
此包装工艺包括：将单个的元件压在一起，然后对容器进行适当高温度的塑压以使组成元件包装在一起。在本实施例中，容器由热塑料或聚氯乙烯(“PVC”)制成，通过对PVC容器施加适当高的温度、然后将竖直壁的提升部分压向此片状物的顶表面，可以形成保持包装。由于PVC容器的环壁通常高于组成元件的组合厚度，因此，当所有的组成元件放置在容器中时，一部分环壁仍高于导电箔的顶表面，竖直壁的剩余部分可以围绕导电构件70形成密封边缘。因此，当对容器40进行包装工艺时，竖直壁的剩余部分将压在导电箔的顶表面上并形成密封边缘。结果，形成围绕组成构件的密封壳。
覆盖正电极(在本例中是二氧化锰片)上的导电层、构件或箔优选是聚合物，此聚合物是导电的、耐电解液腐蚀的以及非多孔的，以使其通常不透过空气和水分。通过在二氧化锰片的顶部上包括这种非多孔的、导电的并抗腐蚀的层，以及通过PVC容器40的环壁的进一步边缘密封，将更好的保存和保持电解质，由此为电池提供更长的保存期。
现在转向可以用于本发明中的导电聚合物膜，适当的聚合物膜必须是非多孔的，这样它基本上不会渗透空气和水分，以避免电解质的严重损失。与此同时，由于此聚合物膜覆盖二氧化锰片的顶表面，并且在此单电池和下一个单电池或电池组的接触端子中间放置，因此它必须足够导电以便为电连接提供低欧姆的电路。为了克服此问题，利用导电聚合物。另外，这种聚合物必须防止电池组电池中电解液特性的腐蚀，以保持其没有孔隙率。
人们知道，聚合物，包括结晶聚合物、天然橡胶和其它人造橡胶可以通过分散适当密度的导电填充物而具有导电性。这种导电人造橡胶的一般背景调查可以在R.H.Norman的“导电橡胶和塑料”中找到，此文由EL-servier出版公司1970年出版。
合适的导电填充物包括乙炔黑、石墨和碳黑。在本发明优选实施例中，为了使导电箔在保持非多孔特性和塑料特性的同时使其导电，此导电箔由分散有适当密度的乙炔黑的热塑橡胶制成。当然，人们知道碳黑、乙炔黑和石墨是防腐蚀的。在本发明优选实施例中的热塑橡胶导电箔或膜优选具有0.1mm-0.3mm之间的厚度，因此单电池的整个厚度没有明显增加。另外，优选导电热塑橡胶板应具有低于0.25Ω/cm2的电阻。此优选导电箔具有约400g/m2的每单位面积的重量。可以用于本发明中的合适的导电热塑橡胶板的另一个例子可以从德国公司Nikolas Branz Co.of Germany或香港公司Gold Won Electrical Chemical Co.Ltd.获得。
利用热塑橡胶板覆盖不然会暴露的二氧化锰片顶表面，形成了具有改进的密封特性的单电池，可以充分地减轻从单电池、尤其从电解质中水分的泄漏，由此延长电池的保存期和工作寿命。在单电池组装好以后，将单电池叠放在一起并形成多电池子部件80。此多电池子部件放在外壳中，外壳以通常的方式连接到外部电池端子。
在参考上述优选实施例解释本发明的同时，应理解实施例仅是用来描述本发明的例子，不意味着对本发明范围和实质的限制。本发明应由上述本发明的一般原理和实质而确定。尤其是，对于本领域普通技术人员而言，应当认为各种明显的或者小的变化以及基于本发明的改进落入在本发明的范围和界线中。另外，在参考二氧化锰片电极和锌电极解释本发明的同时，应理解无论修改与否，本发明还可以非一般性的用于其它电极组分或结构的电池。另外，已经采用分散有乙炔黑的热塑橡胶板的例子来解释本发明的某些特点，应当理解，通常地、分散有适当量的适用的导电填充物的其它适当聚合物，例如碳黑、乙炔黑、石墨等也可以在没有一般性损失的情况下以适当的组成采用。
Claims (11)
1.一种适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，包括：具有顶表面和底表面的正电极、具有顶表面和底表面的负电极、隔开所述正电极和所述负电极的绝缘隔板、在所述正负电极之间支持导电的电解质，所述正电极和所述负电极层叠在一起，使所述正电极的底表面层叠置于所述负电极的顶表面上；其特征是，所述正电极、所述负电极、所述隔板和电解质通过容器保持在一起，所述正电极的顶表面由导电的非多孔层充分覆盖，所述导电非多孔层由能抵抗电解质腐蚀的材料制成，所述容器将所述导电非多孔层相邻叠置在所述正电极之上并形成一导电密封壳，以减少电解质从单元电池的流失。
2.根据权利要求1的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，所述导电非多孔层是由导电挠性聚合物制成的并分散有能抵抗电解质腐蚀的导电颗粒的板或膜片。
3.根据权利要求2的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，所述正电极是以片状的形式，覆盖所述正电极顶表面的所述导电和非多孔聚合物板或膜片是分散有导电颗粒的热塑橡胶板。
4.根据权利要求2或3的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，所述导电颗粒包括碳或乙炔黑。
5.根据权利要求2或3的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，所述容器由具有高于所述正电极、隔膜和负电极的组合厚度的竖直壁的聚氯乙烯制成，对所述容器进行热处理以形成保持所述正电极、所述隔板和所述负电极的包装。
6.根据权利要求1、2或3的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，所述导电和非多孔层具有在0.1mm至0.3mm之间的厚度。
7.根据权利要求2或3的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，所述导电和非多孔层具有低于0.25Ω/cm2的电阻率，厚度在0.1mm至0.3mm之间。
8.根据权利要求1、2或3的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，所述正电极是包含二氧化锰组分的片状，所述负电极包括锌板。
9.根据权利要求1、2或3的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，所述隔板包括由浆纸形成的杯形构件。
10.根据权利要求1、2或3的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，所述容器是由聚氯乙烯制成的杯形构件。
11.包括多个层叠在一起的权利要求1至3任一项的适用于组成层叠型电池组的密封式单元电池，其特征是，这些电池以串联的方式层叠连接并用外壳包住。
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2003
- 2003-09-05 CN CN 03156607 patent/CN1237635C/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN1495948A (zh) | 2004-05-12 |
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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