CN1520619A - 具有边缘密封的电池箱 - Google Patents

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Abstract

一种用于电池的电池箱(110)，包含有可溶胀的纤维素隔膜，包括具有相反波浪形啮合表面(130，132)的箱体组件(112，114)，以及边缘和槽，尺寸适合隔开表面一预定的距离以形成固定用夹槽，如此，干燥隔膜叠层的外部占据所述夹槽的至少80％但不多于98％。在箱中注射电解液后，该隔膜溶胀并为波浪形和啮合表面所固定。

Description

具有边缘密封的电池箱
本发明所属技术领域
本发明涉及蓄电池，更具体地，本发明涉及用于含有可溶胀隔膜的电池箱的边缘密封。
与本发明相关的背景技术
电池的适当操作要求电池正负极之间的电绝缘。如果有轻微的破裂，电池会放电或者逐渐发生短路，造成电容量的过早损失。隔膜是用来隔离电极。电池装配件包括隔膜的边沿，必需与箱体部件适当配合，以构成密封，其阻隔不同电极室之间的质流。典型地，该箱体部件倾向于以下二者之一，采用不锈钢容器，或越来越多地，这些部件可以由非金属材料制成，如耐用塑料。隔膜材料倾向于采用再生纤维素或者半渗透聚烯烃膜，其经改性从而可以成为离子性导通。因此，对于金属壳体或者塑料壳体的密封聚合物隔膜的需求增加。
参考文献清单
美国专利第5,057,385号，Hope等
美国专利第4,209,574号，Ruetschi
美国专利第4,172,183号，Ruetschi
美国专利第4,121,021号，Ogawa等
美国专利第3,884,723号，Wuttke
美国专利第3,708,343号，Walsh
美国专利第3,489,616号，Fangradt等
现有技术介绍
美国专利第5,272,020号在隔膜系统的底部边缘区使用热熔热塑性密封剂，其在边缘区灌入隔膜系统。美国专利第5,462,819号披露了一种热熔材料，其计量供给电池单元，这样，热熔材料流入隔膜的底部边缘之下，然后将隔膜向下推，冷却后隔膜就固定在该热熔材料中。最终结果是形成阻挡层，该阻挡层形成于电池单元的底部和隔膜的两侧。美国专利第6,099,987号披露一种杯密封(cupseal)，由微孔或无孔膜制成，用少量的热密封剂与底部连接，以最大程度减少在密封中所使用的热密封剂的量。
在美国专利第4,209,574号和第4,172,183号中，Ruetschi设计了一种金属箱，其按压隔膜，然后隔膜被推入由尼龙、氯丁二烯橡胶、或特氟龙制成的密封圈中。Ogawa等在美国专利第4,121,021中说明了一种金属箱，其推动环形垫，而环形垫转而压于隔膜。Walsh在美国专利第3,708,343号中，使电池顶部压于密封垫，以及在此状态该电池用环氧树脂密封。Gordy在美国专利第5,198,314号中使用聚苯硫醚(polyphenelyne)作为密封材料。
如美国专利第6,099,987中所指出的，热熔密封剂减少电池容量并且降低体积密度。在本发明中，我们完全避免使用热熔密封剂，而是依赖电池自身密封的机制。在本发明中，我们也不采用在隔膜上施加直接压力来进行密封的方法。相反地，我们是利用纤维素在碱性氢氧化物存在时的溶胀性能以提供两电池室之间的紧密密封。
玻璃纸形式的纤维素已经广泛用作隔膜，用于各种碱性电池。原因包括其在碱性环境中的低电阻抗，以及优越的离子传输能力。已知纤维素-碱性氢氧化物在水溶液中的相互作用是强烈和不平衡的(asymmetricals)。在碱性氢氧化物存在的情况下，纤维素材料的溶胀在数秒至数分内发生。溶胀力取决于碱性氢氧化物的浓度，并在一定的碱液浓度以上，X射线晶格尺寸会有显著的改变。这也取决于纤维素原材料。对于玻璃纸而言，当暴露于氢氧化钾水溶液(重量的50％)中几秒钟后，1密耳(mil，千分之一英寸或0.0254毫米)厚的膜可以溶胀到原始厚度的至少2倍。
发明简述
披露了一种电池密封，借此纤维素基隔膜或多个隔膜，置于对接箱体半件的波浪形匹配边缘之间，其适当地用热塑性树脂制成，并且其干燥形式占据至少80％的可获得边缘空隙，在比重1.25至1.45的碱性氢氧化物存在时，从其干厚至少溶胀20％，由此产生隔绝电池的电极室的紧密密封。
发明概述
根据本发明的边缘密封系统是利用两件成对箱体组件的边缘轮廓来紧固和密封可溶胀隔膜。一边形成包括至少2个凸起的波浪形外侧。对置的箱体构件包含同样数量的匹配凹槽。存在间隔装置以使凸出的波浪形与槽间隔一定距离，其至少等于在干燥状态下可溶胀隔膜叠层边缘厚度。典型地，该隔膜的干厚占据在波浪形和槽之间的间隙的至少80％但是不超过98％，优选90-95％。当隔膜吸收电解液时其发生膨胀，并在两啮合面之间锁住。该波浪形优选是圆形的以防止切开或刺破该隔膜。
该空间的外边必须密封以防止电解液从电池箱中泄漏。边缘密封的优选方法是在一半箱盖外边上形成凸缘(rim)，该凸缘伸出间隙的外开口，其夹住隔膜的边沿。相反的箱体部件具有容纳该凸缘的槽。该槽的长度小于该凸缘，一预定的距离形成限位或者限制，其限定隔膜夹紧空隙的厚度。可以在凸缘和槽的接合处形成凹陷，以容纳密封剂或者封装材料如环氧树脂。凹陷处密封后，将电解液注入隔膜。
膨胀后的隔膜可以由略小尺寸的槽可靠地固定。圆形的波浪面紧固地夹住隔膜的边缘而不会划破、刺穿、或刺破隔膜。凸缘和凹槽密封夹槽，并同时间隔边缘一固定距离。该箱体可以适当成本容易地用树脂材料模塑而成。
通过结合附图并参考下文的详细描述，本发明的特点及附带的优点会更为明了。
附图简要描述
图1所示是根据本发明的箱体和电池部件的分解、剖面图；
图2所示为进一步的剖面分解图，图示隔膜叠层的外边进入波形面之间的槽中；
图3所示为组装电池的剖面图；
图4所示剖面图说明注射密封剂进入外围凹处；
图5所示剖面图说明注入电解液进入电池箱；以及
图6是箱体和电池组件的变化具体实施例的分解、剖面图。
发明详述
如图1-5所示，根据本发明的电池10包括第一箱体部件12以及第二箱体部件14，其限定隔室16用来容纳阳极18、阴极20以及隔膜24的叠层22。隔膜24大于隔室16，形成外部26，其容纳在夹槽28中，该夹槽是在箱体组件12、14的啮合边缘34、35的内部形成的波浪形啮合表面30、32之间形成的。夹槽28具有固定的不小于干燥隔膜24的叠层22厚度的间距。通常干燥隔膜占据夹槽28的至少80％，优选90-95％。
夹槽28是由在箱体组件之一上形成的外凸缘36所封闭，其容纳于对置的另外箱体组件12或14的槽38中。槽38的长度小于凸缘36的长度一定量，其量为夹槽28的宽度。
凹处40可在外凸缘36的唇缘44和槽38的止推或限位面43的结合部42形成。如图4所示，该凹处可以用来自施用装置50的端部48的密封剂46，如环氧树脂进行填充。阳极端头54可以连接于阳极屏极电流集流器(anode screen current collector)56。阴极端头58可以连接于阴极屏极电流集流器(cathode screen currentcollector)60。如图5所示，可通过箱体从装置62注射电解液。然后密封箱体的小孔。
在如图6所示的电池110的变化实施例，对箱体组件112和114仅有一个构造要求。各箱体组件彼此成镜相，以致于180度旋转会导致凹面的波浪形面130，总是正对啮合凹形波浪形面132。
箱体材料可以由任何注射成型热塑性树脂材料制成，包括但不限于聚丙烯、ABS、乙基纤维素。这类塑料的边缘是机加工或注射成型，以产生如图所示的形状。顶部和底部边缘是波浪形并设计成相匹配，其中在一侧的突出部分在加压下与另一侧相遇。对于本发明至少必须有两个波浪形。该波浪形应当平滑以避免刺破隔膜。
电池可以如下文方式组装。将阳极糊均匀淀积(deposited)于箱的一侧。类似处理适用于箱另一侧的阴极糊。如图所示，两个对置面放到一起，并具有隔膜或多层隔膜置于其间。隔膜或多层隔膜总的干厚应当有间隙的至少80％，间隙是简单地并列对置面而形成的。电池周边边缘采用任何本领域技术人员熟知的密封塑料技术进行密封。这些技术包括溶剂粘接、用市售填料粘合剂密封、热粘接、热板熔接、或超声波熔接。可以预见，当啮合的表面振动并使界面升温时，用后述的技术会剪切压缩的隔膜。本发明组装处理中，通过在隔膜干燥时密封箱体，从而避免了这样的剪切。该隔膜如此具有了空间误差(spatial leeway)并且不被修剪。一旦暴露于电解液，该隔膜可以溶胀以充满存在的夹槽空隙。将碱性氢氧化物，优选但不限于比重在1.25-1.45范围内的氢氧化钾，通过任何已知方法，引入密封的电池中，包括真空注入或电解液注入。
可以明了只对本发明的优选具体实施例进行了描述，但是，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，而不偏离本发明的精神和范围。本发明的各种更改，变化，和等同物由所附的权利要求书的内容涵盖。

Claims (13)

1.一种电池箱，共同包括：
具有终止于第一外部边缘的后壁和侧壁的第一中空的箱体组件，具有第一侧面；
具有终止于第二外部边缘的后壁和侧壁的第二中空的箱体组件，具有与所述第一侧面啮合的第二侧面；
所述第一侧面的内部，包括至少两个凸出的波浪形；
所述第二侧面的对置内部，包括至少两个匹配的凹槽；
以及
在所述组件上用于固定地间隔所述对置部分一预定量以形成适于容纳可溶胀隔膜边缘的隔膜夹槽的装置。
2.根据权利要求1所述的电池箱，其中所述波浪形和相对的槽是圆形的。
3.根据权利要求2所述的电池箱，其中所述槽有外开口，并且进一步包括密封所述开口的装置。
4.根据权利要求3所述的电池箱，其中所述间隔装置包括：凸缘，在所述组件之一的外部上，具有延伸超过所述开口的长度；以及匹配的槽，在另一个所述组件的对置的外部，具有短于所述凸缘的长度，通过所述预定量形成所述间隔装置。
5.根据权利要求4所述的电池箱，进一步包括用于密封所述凸缘和所述槽的外接合部的装置。
6.根据权利要求5所述的电池箱，其中所述密封方式包括溶剂粘接、粘合剂粘接、热板熔接、以及超声波熔接。
7.根据权利要求6所述的电池箱，其中所述其他箱体组件包括凹处，用于在所述凸缘和槽的外接合处容纳密封剂。
8.根据权利要求3所述的电池箱，其中选定所述间隔以便当干燥时所述隔膜占据空间的至少80％，但是不超过98％。
9.根据权利要求8所述的电池箱，其中所述间隔是干燥隔膜厚度的90-95％。
10.一种组装电池的方法，包括以下步骤：
在第一刚性电池箱组件腔中放置一阳极；
在第二刚性电池箱组件腔中放置一阴极；
放置可溶胀隔膜叠层，具有大于所述阳极和阴极之间的所述腔体的长度和宽度；
闭合所述箱体以致于在所述箱体组件边缘的啮合边上的波浪形和对置槽构成间隔，其至少与干燥隔膜的叠层的厚度一样大，并夹紧所述隔膜的外部；
密封箱体；以及
向所述隔膜添加电解液以致于所述隔膜的外部在所述空间内溶胀。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述隔膜由纤维素构成。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述阳极包括锌，所述阴极包括银，以及所述电解液是碱性水溶液。
13.一种电池，共同包括：
如在权利要求1所限定的密封电池箱，包括锌阳极、银阴极、和含水碱性电解液、以及2-10层纤维素隔膜的叠层。
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