CN1246916C - 密闭型碱性蓄电池 - Google Patents

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Abstract

一种密闭型碱性蓄电池，包括：由用于关闭开设于封口板(40A)上的排气孔(42A)的安全阀装置(60A)，和将安全阀装置(60A)在其呈压缩状态下容纳于封口板(40A)和其自身之间的正极盖(70A)组成的封口部件(80A)等；该安全阀装置(60A)具有用于关闭排气孔(42A)的阀板(62A)，以及将阀板(62A)推向排气孔(42A)方向的弹簧(64A)。该弹簧的压缩荷载与长度变形的比率在50N/mm以下。

Description

密闭型碱性蓄电池
本发明涉及密闭型碱性蓄电池的安全阀装置。
如镍镉蓄电池或镍的氢化物蓄电池等密闭型碱性蓄电池，皆为使用碱性水溶液作电解液的二次电池。
如图1所示，碱性电池10，先将电极组12和电解液一起装在带底的筒状金属制电池外壳30内，再用封口部件80密闭外壳30的敞口。
如图1所示，电极组12，由卷成蜗形的正极板14，负极板16以及介于其间可透气的隔离层18组成。正极板14以及负极板16，皆由将属于活性物质的镍的氧化物和镉的化合物充填于导电的极板而制成。
正极板14的上端配有并电连接正极集电体20，在正极集电体20的上方配有并电连接封口部件80。
封口部件80，由与正极集电体20电连接的中央开设排气孔42的封口板40，和关闭排气孔42的安全阀装置60，以及将安全阀装置60呈压缩状态下容纳于封口板40与自身之间的正极盖70等组成。封口板40通过绝缘密封垫76与电池外壳30之敞口端做敛缝结合，从而将电池外壳30密封住。
密闭型碱性蓄电池10，被设计成这样：一旦由于过充电或过放电等原因造成电池内部产生气体而电池内压超过规定压力时，安全阀装置60将要动作，电池内部的气体和电解液将要被排出到电池外壳30的外部，从而可防止电池外壳30的变形等情况。
一般地来讲，在过充电时电池内部所产生的气体会在电池内部被消耗掉，但若无改变地继续进行充电，则气体产生的速度将要超出气体消耗的速度，而电池的内压将上升并超越平衡的程度。因此，当电池的内压异常上升时，借助于由上述安全装置将气体排出，来防止电池外壳的变形或封口部件的向外凸出。
此安全装置60是由关闭排气孔42的橡胶制阀板62，和顶住该阀板62的弹簧64所组成。当电池的内压超过规定值时，此安全阀装置内的弹簧64将被压缩，阀板62将向打开排气孔42方向移动，而使气体或电解液等从封口板40上的排气孔42，经设于正极盖70上的排气孔78排放到外部。
在安全阀装置内，使阀门开始挪动的动作压力即是使构成此安全阀装置的部件——弹簧开始变形的压力。图2是表示安全阀装置内弹簧的变形量与加给安全阀装置的压力(电池的内压)之间的关系图，正如图2中a所示，将动作压力定得低一些，因电池内部产生的气体，在内压开始升高的最初阶段上，即将气体排出，故可将上述电池外壳的变形或封口部件的凸出等危险于早期阶段上予以避免。然而，电池内所产生的气体是来源于构成电解液的水份的电解而产生的，故当气体被排尽时，电解液数量随之减少，其结果，安全阀回归正常位置后，恐怕会导致电池容量低下。另外一方，如图2b所示，若将动作压力设定得高一些，尽管电池的内压已升高，气体仍不能排出，因而担心会导致电池外壳的变形或封口部件凸出。
故现在皆在不召致容量低下条件下避免危险出现，这样来设定出最适宜的动作压力。
但即使设定出最适宜的动作压力，当电池内出现非常大的充电电流流过等异常情况时，由于气体产生速度过大，虽然安全装置已动作，若弹簧的压缩变形小，安全装置的气体排放速度也将跟不上气体产生速度。这样电池的内压比安全阀的动作压力升得更高，仍然有电池外壳变形而破裂的顾虑。
本发明的目的在于，提供一种密闭型碱性蓄电池：通过设定出弹簧的压缩荷载与长度变形比率的最佳值，在内压超过设定值时即可排放出大量的气体或电解液等。
通过下面的详细介绍并参照附图，本发明的上述及其它目的和特性将变得更加明了。
本发明的综述
为解决上述课题，本发明密闭型碱性蓄电池配备有一封口部件其构成为：在容纳于带底的筒状电池外壳以内，与由正极板，负极板以及介于其间的隔离层组成的电极组作电连接的封口板；和用于将开设于此封口板上的排气孔关闭的安全阀装置；以及将安全阀装置在被压缩状态下容纳于封口板与自身之间的正极盖等。安全阀装置具有：将排气孔关闭用的阀板，和将阀板推向着排气孔方向的弹簧等。该弹簧的压缩荷载与长度变形的比率为50N/mm以下。
由于安全阀装置的弹簧的压缩荷载与长度变形比(压缩荷载/长度变形)为50N/mm以下，故上述密闭型碱性蓄电池，当电池内压超过规定值时，可令移动式阀板的移动距离加大。并由于阀板使排气孔敞开的更大，故可将气体或电解液等更大量地排出到电池的外部。其效果为，可防止由电池内压上升而造成的电池外壳的变形和破裂。
附图的简单说明
图1是表示现有的密闭型碱性蓄电池的部分剖面图。
图2表示现有的安全阀装置的开阀时状态曲线。
图3表示本发明的密闭型碱性蓄电池的部分剖面图。
图4表示圆锥形弹簧的侧面图。
图5表示鼓形弹簧的侧面图。
图6表示封口部件与正极集电板的连接方法的侧面图。
图7示出本发明实施例的安全阀装置处于开阀状态时的曲线。
本发明的详细说明
本发明适用于镍镉蓄电池或镍的氢化物蓄电池等密闭型碱性蓄电池。
图3为本发明的密闭型碱性蓄电池10A的部分剖面图。
如图3所示，密闭型碱性蓄电池10A，由下列部分组成：于金属制带底圆筒形电池外壳30A的内部，容纳着卷成蜗形的电极组12A和电解液L，电池外壳30A的上端开口用封口部件80A密封着。
电极组12A是在冲孔金属等制成的导电极板的芯体上，各充填进正极活性物质、负极活性物质的正极板14A和负极板16A之间夹入透气性隔离层18A，并卷成蜗形而制成的(参照图3)。电极组12A中的正极板14A与正极集电板20A，以及负极板16A与负极集电板(图中未示)之间皆做电连接。将电极组12A装填在电池外壳30内，使得正极集电板20A装在外壳30敞口端，而通过焊接等方式将负极集电板与电池外壳30的底面实施电连接。
将封口部件80A配备在正极集电板20A的上方，并处于实施电连接的状态。封口部件80A由下列部件组成：中央开有排气孔42A的封口板40A；和用于关闭排气孔42A的安全阀装置60A；以及将安全阀装置60A呈压缩状态容纳在封口板40A和自身之间的正极盖70A等。
封口板40A由导电材料制成。如图3所示，该板具有在中央开出排气孔42A的凹进部分44A，在此凹进部分44A的外周边上形成镶嵌正极盖70A的台阶部46A，在此台阶部46A的外周边上形成与电池外壳30A做敛缝式连接的边缘部48A。
安全阀装置60A呈压缩状态下被装配在封口板40A与后述正极盖70A之间，是关闭排气孔42A的阀门装置，如图3所示，它由下列部件组成：用于关闭排气孔42A的橡胶制阀板62，和用于挤压阀板62A的弹簧64A。弹簧64A的压缩荷载与长度变形的比率为50N/mm以下，最好使用35N/mm以下。
弹簧64A由钢琴丝等材料卷绕成螺旋状而制成，其形状可以如图4那样，直径朝阀板62A方向逐渐变小的圆锥形弹簧64A，也可以是如图5所示的鼓形线圈式弹簧64B。
正极盖70A由导电材料制成，其中央向上凸出，该凸出部72A的外周边制成可镶嵌于封口板40A的台阶部46A的边沿74A。又，在凸出部72A的外周上开出用于将电池内部产生的气体或电解液等排到外部的排气孔78A。
封口部件80A是将安全阀装置60A呈压缩状态下容纳于封口板40A与正极盖70A之间以后，将封口板40A与正极盖70A用电阻焊或激光焊做成电连接。
封口板40A与正极集电板20A之间的电连接是这样的：先在正极集电板20A上制成引出舌簧片82A，如图6所示，然后将此引出舌簧片82A焊接在封口板40A上，在将正极集电板20A与封口板40A之间已形成电连接后，将引出舌簧片82A呈弯折状把封口部件80A装在电池外壳30A之内。
然而，封口板40A与正极集电板20A的电连接并不限于上述方式，例如，也可以将制成的封口部件80A放置于正极集电板20A之上，然后使用电阻焊或激光焊直接将该封口板40A与正极集电板20A实施电连接。
另外，也可以不采取预先将封口部件80A组装起来再将它安装于电池外壳30A的方式，而是先将封口板40A本身放置于正极集电板20A之上，用电阻焊或激光焊进行连接后，再将安全阀装置60A装入封口板40A的凹进部44A，一边将安全阀装置60A的弹簧64A压缩着，同时将正极盖70A安装于封口板40A，最后将封口板40A与正极盖70A使用电阻焊或激光焊连接起来。在此情形下可以省略掉引出片。
在封口部件80A安装在正极集电板20A以后，给封口板40A的边沿48A的外周边套装上绝缘垫圈76A，将电池外壳30的敞口端弯折并将封口板40A通过敛缝固定，制成如图3所示的密闭型碱性蓄电池10A。
上述构成的密闭型碱性蓄电池10A，一旦遇到过充电或过放电而在电池内部产生气体，或者由于内部短路等原因发热以致出现隔离层树脂熔化或电解液膨涨等情形，电池内压就会升高。当电池内压达到规定值以上时，阀板62A将被此内压推动，而将弹簧64A压缩，从而，阀板62A将要向打开排气孔42A方向移动。排气孔42A一旦被打开，内部的气体等就会从排气孔42A经由正极盖70A上的排气孔78A而被排放到外部。
在本发明，安全阀装置60A的弹簧64A，由于将其压缩荷载与长度变形的比率制定成50N/mm以下，故由于内压升高使弹簧64A被大量压缩，而使阀板62A也大量移动，从而排气孔42A随着大量开放，而可使大量的气体等排放到外部。
图7示出，准备出几种压缩荷载/弹簧变形量为25N/mm(实施例A)，35N/mm(实施例B)，45N/mm(实施例C)，50N/mm(实施例D)，以及55N/mm(比较例E)的弹簧64A，用来做过充电试验，以查明电池外壳30A的变形状态以及封口部件80A的状态。
弹簧64A使用的是直径0.8mm的钢琴丝，缠绕成圆锥形，如图4所示。弹簧64A的各端部分别具有以1/2圈弹簧座以使弹簧具有良好的稳定性。所有弹簧，虽然其压缩荷载与长度变形的比率各不相同，但安全阀装置的阀门动作压力却设计成一致。压缩荷载与长度变形比率小的弹簧，由于其变形容易，故将在非压缩情况下全长较长的弹簧压缩短了然后使用，相反的，压缩荷载与长度变形比率大的弹簧，要使用非压缩情况下其弹簧全长较短者，以把安全阀装置的阀门动作压力设计得一致。各弹簧的压缩荷载/弹簧的变形之(比)值，如下式所示，则随所用线材种类和线径，以及弹簧的中心直径和圈数的不同而变更。
k＝(G×d4)/(8×n×D3)
此处：k为压缩荷载对弹簧长度变形的比率；G为线材的刚性系数；α为线材的直径；n为弹簧的圈数；D为弹簧的中心直径。
因此，在使用线径为0.8mm的钢琴丝的弹簧上，弹簧的圈数n愈多或弹簧的中心直径D愈大，则压缩荷载/弹簧变形量的数值会愈小。反之，弹簧的圈数n愈小，或弹簧的中心直径D愈小，则压缩荷载/弹簧变形量的数值愈大。
弹簧64A的压缩荷载是通过在压缩试验机上按每分1.0mm来压缩弹簧64A而测量的，此测量值即作为压缩荷载/弹簧变形量的比值。先制作出将各种弹簧64A使用到安全阀装置60A内的密闭型碱性蓄电池10A——2000mAh——SC型，各含300槽——然后按充电率20A，充电量300％条件进行了过充电试验。
                                   表1
  荷载   A   B   C   D   E
  压缩荷载(N) 25 35 45 50 55
  弹簧变形量(mm)
  电池外壳底变形数(％)   50   70   85   95   100
  封口部件脱落数(个)   0   0   0   0   1
参看表1可知，与比较例E相比，实施例A～D的电池外壳底的变形数较小，并且实施例A～D的封口部件80A从未发生过脱落。这是因为，由于过充电导致电池内压升高时，弹簧64A要大量变形，阀板62开始移动，从而经排气孔42A将大量的气体或电解液等排放出去的缘故，也说明了由于电池内压升高，电池外壳底虽显出变形，但封口部件80A尚不致脱落。将各实施例作一下比较，可判明压缩荷载/弹簧变形量(比)愈小，电池外壳底的变形数也愈小。
另外一方，在比较例E，所有的电池的电池外壳俱已变形，并且其中的一个，其封口部件80A已脱落。这是因为其压缩荷载/弹簧变形量(比)过大所致，造成阀板62A的移动量不足，使气体等不能充分地排放出去。
如上所述，通过将安全阀装置60A的压缩荷载/弹簧变形量(比率)定为50N/mm以下，因在过充电所生成的气体或电解液的膨涨，而使电池的内压升高，但由于可从安全阀装置60A向外部大量排放气体等，故可抑制电池外壳的变形，也不会发生封口部件80A脱落现象。
上述实施例的介绍，仅是为了说明本发明，不应理解为对权利要求的范围的限定，或起到缩减范围的作用。另外，本发明的各组成部分并不限于上述实施例，在专利申请所叙述的技术范围内，可以作出种种变形。

Claims (8)

1.一种密闭型碱性蓄电池，包括：
(1)带底的圆筒状电池外壳；
(2)容纳于电池外壳之内，且其正极板与负极板之间用隔离层隔开的电极组；
(3)与该电极组电连接的封口板，在其中央区域设有向内凸出的凹进部分，并且在封口板的周围区域设有绝缘垫圈；
(4)安全阀装置，包括：用于关闭开设于封口板上的排气孔的阀板，和用于将该阀板推向排气孔方向的弹簧；以及
(5)用于将安全阀装置在压缩状态下容纳于自身与封口板之间的正极盖，正极盖在其中央区域设有向外凸出的凸出部，并且在向外凸出的凸出部的外周上设有一个排气孔，所述排气孔从正极盖的向外凸出的凸出部的垂直侧壁延伸到正极盖的水平板；
其特征在于：
封口板的向内凸出的凹进部分的垂直侧壁位于正极盖的向外凸出的凸出部的垂直侧壁的外侧，使得排气孔的开口开到向内凹进的凹进部分的内部空间中；弹簧设置在正极盖的向外凸出的凸出部和封口板的向内凸出的凹进部分之间；该弹簧的压缩荷载与长度变形的比率为50N/mm以下。
2.如权利要求1所述的密闭型碱性蓄电池，其中，弹簧(64A)的压缩荷载与长度变形的比率为35N/mm以下。
3.如权利要求1所述的密闭型碱性蓄电池，其中，阀板(62A)是橡胶制的板。
4.如权利要求1所述的密闭型碱性蓄电池，其中，弹簧(64A)是用钢琴丝卷绕成的螺旋状部件。
5.如权利要求1所述的密闭型碱性蓄电池，其中，弹簧(64A)为其直径向阀板(62A)方向收缩的圆锥形。
6.如权利要求1所述的密闭型碱性蓄电池，其中，弹簧(64A)为鼓形线圈弹簧。
7.如权利要求1所述的密闭性碱性蓄电池，其中，在压缩状态下将安全阀装置(60A)容纳于封口板(40A)和正极盖(70A)之间，并且使用电阻焊将封口板(40A)，与正极盖(70A)电连接在一起。
8.如权利要求1所述的密闭型碱性蓄电池，其中，在压缩状态下将安全阀装置(60A)容纳子封口板(40A)和正极盖(70A)之间，并且用激光焊将封口板(40A)与正极盖(70A)电连接在一起。
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