TW398091B - Indented electrode cup for a miniature galvanic cell - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 發明領域 本發明係有關於一種使用一電池外殼的縮小型電化電 池，該外殼包含一壓痕杯子，及一體積相當小的罐子，使 得電池的最大的内部體積可保留給反應性元件。本發明中 亦有關於用於電池之動作組件而具有内部最適體積的縮小 型電化電池。 發明背景 電子裝置的小型化已產生小而高功率之電化電池的需 求。使用鹼性電解液的電池為熟知者，其可在單位體積内 提供高能密度，因此適於於如助聽器，手錶，計算機之類 的小型電子裝置中。但是，如氫氧化氫氧化納溶液之 類鹼性電解液對於溼的金屬表面具親且通過電化電池 的表面。此方式的洩漏將使得電解液@_他池中耗乏，且導 致在電池表面上的腐蝕沉積.，而使得電:多外觀不佳，因此 市場不佳。這些腐蝕的鹽類也可以破壞電池所在之裝置。 基本上，有此問題的電池系統包含鋅氧化銀電池，鎳鉋電 池，空氣去極化電池，及二氧化鎂電池。 在習知技術中，傳統上係在電池杯子及罐子之間併入一 絕緣的墊片，，此墊片的材料必需不與電池内的電解液及電 池周遭產生反應。另外，必需具韌性且可防止在密封壓力 下的冷流，且維持這些特性，因此可保證在長期儲存時， 可適當地加以密封。已發現如尼龍，聚丙烯，四氟乙基共 聚物，高密度的聚乙烯可適於作為墊片的材料。基本上， 絕緣墊片具有之型式，其中杯子的延伸壁插入，使得當徑 五、發明說明（2)， 向壓縮時，墊片形成電池的密封。墊片一般延伸過電池内 壁的所有長度。一般墊片的體積超過電池内體積的20%， 因此導致電池動作組件中空間的浪費。為了更進一步確定 . 具有良办的密封，產生在墊片加上密封件，然後在徑向擠 壓時，墊片可壓縮而抵住延伸杯子壁的邊緣。 美國專利案號4，3 0 2，5 1 7中說明一在電池之罐子及杯子 之間使用一絕緣墊片的密封原電池，該電池包含一第一密 封件，配置且壓縮於罐子邊緣及杯子端緣之間，及第二罐 子支撐件，在杯子内延伸，大致上與杯子壁面平行，且形 成多個間隔的開口 ，其可適應電池電解液及/或電池的反 φ 應產物。 _ 因此本發明的目的係提供一縮小型電池結構，此電池使 用一壓痕杯子，及罐子外殼，其佔據電池中一最小的内部 空間.。 本發明的另一目的提供一用於縮小型圓柱電池的壓痕杯 子及罐子外殼，其使用低剖面類型的"J"墊片，此墊片配 置在杯子及罐子之間，以電絕緣杯子及罐子，且提供縮小 型電池的密封'，使得電池具有較大的内部體積，用於其動 作組件。 本發明的另一目的係提供用於一可以簡易方法製造之嶄 新壓痕杯子及罐子外殼，其具成本效應，且易於組裝。 本發明的另一目的係提供一種方法，以製造具有嶄新壓 痕杯子及罐子外殼（只佔據電池之一最後體積）的縮小型電 池。

第6頁 五、發明說明（3) 由下文的說明及附圖可更進一步了解本發明上述及其他 的目的。 發明說明 本發明之一設計理念為一電化電池，此電化電池具有一 第一電極及一極性 的分隔 電連接 子。該 此直立 杯子開 有底部 的内壁 槽。杯 置在罐 以使該 面上， 密封罐 在文 凸出， 最好 測之杯 杯子直 則更好 最好 件，上列組 第一電極的 罐子的壁面 壁含一外表 口端附近的 的絕緣墊片 ，及與外壁 子壁面的邊 子的壁面及 墊片外壁的 且固定罐子 子於杯子之 中M壓痕區" 邊緣，或者 壓痕區的垂 子直立壁垂 立壁垂直長 相反的第二電極，在電極及電解液之間 件均配置雙部件導電外殼内，一部件為 罐子，另一部件為電連接第二電極的杯 含形成開口的一邊。該杯子具直立壁， 面，及一邊緣，此邊緣形成一開口及在 向内壓痕區。在罐子及杯子之間為一具 '，其中底表面接觸第一電極，具有上端 間隔開的内壁，因此形成一 ” U"型凹' 緣配置在墊片的凹槽内。墊片的外壁配 杯子的壁面之間，該墊片的外壁高度足 上端可配置在壓痕區之杯子壁面，的外表 壁面邊緣以抵住墊片，因此可經墊片而 壓痕區處。 指產生一分佈區之杯子的任何扭曲，如 是任何幾何上的壓痕。 直定位之中心點界於從壁面之開口端量 直長度的5 %到4 0 %之間，最好是介於 度的8 %及3 0 %之間，在丨0到2 5 %之間 本發明外殼杯子在開口端附近有一凸出之型式。本

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五、發明說明（4) 發明外殼的罐子具有一直立的周圍壁，其甚小於習知技術 中電池之罐子的傳統直立周圍壁面的高度。在傳統的縮小 型電化電池型式中，墊片的直立周圍壁的高度通常延伸過 -罐子直立周圍壁的所有高度。用於縮小型電化電池之此類 型的傳統外殼必需外殼的厚度包含三個壁組件（1 )罐子 壁，（2 )墊片壁及（3 )杯子壁。用於傳統類型之固定大小電 池的外殼之内體積，因此減少三壁組件的厚度。此導致用 於動作電池組件之電池的空間浪費。此種傳統縮小型電化 電池相反之設計為本發明中用於縮小型電池的嶄新設計， 最好使用一具凸出之杯子，及罐子外殼，其對於外殼的垂 ^ 直組件只提供單一的壁厚度（杯子的直立壁），且因此外殼 _ 的内體積可達到最大.，以適應更多的電池之反應性材料。 尤其是.杯子的凸出區配置在杯子開口端附近，使得杯子直 立壁大部份的高度在凸出區上方，因此外殼的截面厚度大 致上只包含杯子壁厚度。 在本發明較佳實施例中，形成杯子使得杯子直立壁的邊 緣變形，其程度足以適應墊片外壁厚度及罐子直立壁厚度 的至少一部份，因此在壓痕區上方杯子的平均外徑介於罐 子平均外徑的約9 5 %到1 0 5 %之間。最好，杯子的平均外 ^ 徑為罐子直立壁之平均外徑的9 7 %到1 0 3 %之間，更好是 γ 在約1 0 0 %。最好杯子的直立壁向内變形，使得杯子的平 均外徑約等於罐子的平均外徑。 本發明的另一設計理念為一用於將電池組件組裝入雙部 件導電外殼，其中一部件為一杯子，另一部件為一罐子，

五、發明說明（5) 此方法包含下列步驟： a) 製備一導電杯子，此杯子的周圍壁面以一形成 的邊緣終止，且在該開口端附近製備一壓痕區； b) 製備一電絕緣墊片，含具有一内t立壁及以一 止之外直立壁的底部，該壁間隔開以形成"U"型凹才 c )製備一導電罐子，此罐子的周圍壁面邊緣形成 罐子的開口； d)將電池組件放置在杯子及罐子内，然後將罐子 子上方，使得罐子的壁面與杯子的壁面平行對齊， 片使在杯子壁面及罐子壁面之間形成實際上接觸， 子的壓痕區配置墊片外壁邊緣；以及 e )將罐子壁面邊緣固定到墊片的外壁，且固定到 壁面，因此可有效地經墊片密封罐子於杯子上，所 緣該罐子與杯子。 在本發明方法之步驟a)中，可由將杯子之直立壁 附近區域向内變形而形成杯子的壓痕區。最好該區 的程序為罐子之墊片外壁及直立壁厚度總合的90% %之間。最好，在壓痕區量測之深度介於罐子墊片 直立壁厚度加總的9 5 %到1 0 5 %之間，且最好約罐二 外壁及直立壁厚度加總1 0 0 %。 本發明之嶄新外殼形狀完成兩項重要的缺點。第 整在壓痕區上方之墊片的外壁及罐子的直立壁允許 可擴充，而不會增加電池的外徑。第二，經由定位 片及正電極之密封件，該密封件可具有更佳的密封 的開口 邊緣終 會； 一用於 放置杯 配置墊 .且在杯 杯子的 以電絕 開口端 域變形 及1 1 0 外壁及

一，調 負杯室 靠近墊 特徵。 五、發明說明（6) 在某些應用中，有必要在導電標纖上提供一在電池側邊 的接觸點。此特徵可由使用具有電絕緣附著層的薄膜完 成，該層適於固定在負杯子壁面上。外層為導電表面，其 可與電池的罐子電電連接，且因此電池的電化電池邊作為 罐子的端點或正端。 本發明的墊片包含的材料具有對電解液穩定之特徵，且 具有回彈性，可防止冷流。適當的聚合材料包含四聚氟乙 烯，氟化乙基丙烯，氟氯乙基，全氟乙基烷氧基聚合物， 聚乙烯，聚乙基，聚丙二醇脂，聚苯乙烯。在某些應用 中，額外的應用可與本發明的墊片一起使用，以提供更有 效的密封，如含密封劑之塾片的覆層選擇區，使得肥聚酸 胺樹脂或遞青。 圖式之簡單說明 由下文中的說明可更進一步了解本發明之特徵及優點， 閱讀時並請參考附圖，這些附圖係用於說明本發明，而非 用於限制本發明。 圖1為空氣去極化中使用之負杯子的截面圖。 圖2為本發明使用之低分佈墊片的截面圖。 圖3為包含本發明正電極之低分佈載面圖。 圖4為含圖2之塾片之一陽極之圖1杯子的截面圖。 圖5為含圖1之杯子，墊片及負電極之電池的截面圖，在 罐子壁面已摺起而提供密封電池時，該電池在罐子上反 轉。 圖形之詳細說明

第10頁 五、發明說明（7) 子2圖。丨：：^:4及形成開口8之直立周圍壁面6的圓形杯 附近。直立係配置在直立壁6之開口端8的 如果兩要，嘷绘邊緣終止，其實際上與直立壁6同線。 ，而要邊緣部件6可更進一步變形，其度 緣部件1 4的外辟r丄、^ 狂/又」1定传邊 及圖3之直立壁u厂 度等於圖2之塾片20厚度 顯示） 4厚度加總。在此類型的實施例（圖，沒有 解由Λ 均外徑等於罐子3G的平均外徑。須了 定應用^ 凸出1〇的變形可依據所需要外殼形狀的特 w ^r^67V^24V20 5 ^r&^22' 為内壁24與外壁26定義出一凹槽28。 罐=〇底—部配形置罐/j〇，其具有—底部32及直立侧。在 乙场。_1 、豎正電極36，空氣分佈組件38及一層聚四患 聲，及導ΐ:: Ϊ氣電極的正電極了包含二氧“：活性 提供可作用在金屬另外力θ〇 ^四聚氟乙烯（pTFE)分散劑， :3°的所有底部32，二：:1:空:烯層4°覆蓋罐 ;:1; = /提供用於跨二表2:勻：:兮 的相杜u極36铋配置在罐子30内。包1勺的工氧 内：及聚四敗乙稀層‘0可由傳統裝置：:39及電極36 I固定在罐子30 圖 4 ，5 顯 + a & & 粉’置於才3 、毛極5 0的杯子2 ,該負略 板子，電％:且與杯子2電接觸：ί係包含鋅

液，如纟且成電池負電 、電極b U包含鋅 杯子 ^_ 極5〇之有機化合物 五、發明說in 2可由包含銅的三層材料製造而成，其已對鎳鑊套金屬條 的裸露侧薄板化。鎳層可用於保護金屬條的外表面。可擎 造杯子的其他薄板材料包含：在不鏽鋼基體上的雙層鋼衣 或由超過三層製造而成薄板。從薄板金屬條中坪壓的圓妒 碟。鋼層形成杯子的内表面’且直接接觸負電極混合物。"" 如圖5所示，含插入電極組件44的罐子3〇配置在杯°子2 ^ =，該杯子係依據本發明預先組裝，且包含負電極 之壁面6”，2如圖所示係固定在塾片2。的凹槽以杯 住杯子2及罐位子30\^6中+°然後罐子30的邊緣54壓縮而抵 杯子2之間的密封；絕緣塾片2。，因此在罐子及 -i Γ進：：：圖5爽所持_器5 6沖壓入罐子3 〇的底部以動作如 罐子30，且具有與命不的電池具有一與電極36電接觸的 端在反向端。 “極5〇黾接觸的杯子2，因此電池的終 雖然文中已應較隹奋、 需了解可對上.述實扩Λ也巧說明本發明，但嫺熟本技術者 的精神及觀點。& ?加以更改及變更，而不偏離本發明

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1. 一種電化C池包含： a) 具有一種極性的第一電極； b) 具有相反極性的第二電極； - c) 在該第一電極及該第二電極之間的分隔件； d) —電解液； e) —雙部件導電外殼，包含該第一電極，該第二電 極，該分隔件及該電解液，該外殼的第一部件為一電連接 該第一電極的罐子，且具有一壁面及形成一開口的邊緣， 該外殼的第二部件為一電連接第二電極的杯子，具有一有 外表面的直立壁，及形成一開口的邊緣端，且在杯子開口 辛 端的附近有一向内的壓痕區；以及 ' f ) 一絕緣墊片，該墊片包含一底部，此底部含與該 第一電極接觸的底部表面，該具頂端的外壁，及與外壁間 隔的内壁，因此形成一 "U"形凹槽，其中杯子邊緣配置在 該墊片凹槽内，該墊片的外壁則配置該罐子壁面及杯子壁 面之間，該墊片外壁高度足以使得墊片外壁的上方邊緣可 配置在壓痕區之杯子壁的外表面，且罐子壁的邊緣被固定 住，而頂住該墊片，因此經由該墊片而該罐子密封於杯子 壓痕區。 、 2. 如申請專利範圍第1項之電化電池，其中該杯子的壓 — 痕區具有一凸出形外廓。 3. 如申請專利範圍第1項之電化電池，其中該杯子的壓 痕區具有在壓痕區之中心點’係從電池的垂直轴上直'起’ 且該中心點定位在杯子之直立壁長度約5 %至約4 0 %之

   第13頁 六、申請專利範圍 間，係從杯子直立壁之開口端量起。 4. 如申請專利範圍第3項之電化電池，其中該杯子的壓 痕區具有在壓痕區之中心點，係從電池的垂直軸上量起’ _ · 且該中心點定位在杯子之直立壁垂直長度約8 %至約3 0 % I之間，係從杯子直立壁之開口端量起。 5. 如申請專利範圍第4項之電化電池，其中該杯子的壓 痕區具有在壓痕區之中心點，係從電池的垂直軸上量起， 且該中心點定位在杯子之直立壁垂直長度約1 0 %至約2 5 % 之間，係從杯子直立壁之開口端量起。 6. 如申請專利範圍第2’項之電化電池，其中該杯子的壓 ψ 痕區具有在壓痕區之中心點，係從電池的垂直轴上量起， 且該令心點定位在杯子之直立壁垂直長度約5 %至約4 0 % 之間，係從杯子直立壁之開口端量起。 7. 如申請專利範圍第1項之電化電池，其中在壓痕區上 方杯子的平均外徑介於罐子之平均外徑約9 5 %到約1 0 5 % 之間。 8. 如申請專利範圍第7項之電化電池’其中在壓痕區上 方杯子的平均外徑介於罐子之平均外徑約9 7 %到約1 0 3 % 之間。 9. 如申請專利範圍第8項之電化電池’其中在壓痕區上 方杯子的平均外徑約為罐子之平均外徑的1 0 0 %。 10. 如申請專利範圍第1項之電化電池，其中.該電池為 一空氣去極化電池。

   如申請專利範圍第1 0項之電化電池，其中該第二電 六、申請專利範圍 極為一負電極 12. 如 包含辞。 13. 如 立壁之端 壁厚度加 14. 如 立壁之端 壁厚度加 15. 如 立壁之端 壁厚度加 16. 如 下列材料 基，全氟 申請專利範圍第11項之電化電池，其中該負電極 申請專 緣上壓 總的9 0 申請專 緣上壓 總的9 5 申請專 緣上壓 總的9 5 申請專 中選擇 乙基炫i 脂，聚苯乙烯。 17. —種將一 其中一部件為一 下列步驟： a) 製備一 口的邊緣終止， 痕區， b) 製備一 緣終止之外直立 利範圍第1項之電化電池，其中該杯子直 痕，其深度為該墊片外壁厚度及罐子直立 %到1 1 0 %之間。 利範圍第1 3項之電化電池，其中該杯子直 痕，其深度為該墊片外壁厚度及罐子直立 %到1 0 5 %之間。 利範圍第2項之電化電池，其中該杯子直 痕，其深度為該墊片外壁厚度及罐子直立 %到1 0 5 %之間。 利範圍第1項之電化電池，其中該墊片由 :四聚氟乙烯，氟化乙基丙烯，氟氯乙 氧基聚合物，聚乙烯，聚乙基，聚丙二醇 電池組件組裝入雙部件導電外殼的方法， 杯子，且另一部件為一罐子，該方法包含 導電杯子，此杯子的周圍壁面以一形成開 且在該開口端附近杯子的壁面上製備一壓 電絕緣墊片，含具有一内直立壁及以一邊 壁的底部，該壁間隔開以形成"U"型凹 I

   第15頁 398091 六、申請專利範圍 槽； C )製備 用於罐子的開 d) ,將電 置杯子上方， 置墊片使在杯 在杯子的壓痕 e) 將罐 子的壁面，因 電絕緣該罐子 18. 如申請 出區。 19. 如申請 定位.壓痕區" 壓痕區上’該 直立壁的垂直 20. 如申請 之杯子的平均 間。 導電罐子，此罐子的周圍壁面邊緣形成 口 池組件放置在杯子及罐子内，然後將罐子放 使得罐子的壁面與杯子的壁面平行對齊，配 子壁面及罐子壁面之間形成實際上接觸，且 區配置墊片外壁邊緣；以及 子壁面邊緣固定到墊片的外壁，且固定到杯 此可有效地經墊片密封罐子於杯子上，所以 與杯子。 專利範圍第1 7項之方法，其中該壓痕區為凸 專利範圍第1 7項之方法，其中在步驟d )中， 使得其中心點位在從電池之垂直轴上量起之 中心點位在從杯子直立壁開口端量起之杯子 長度之約5 %到約4 0 %之間。 專利範圍第1 7項之方法，其中該壓痕區上方 外徑介於罐子平均外徑約9 7 %到約1 0 3 %之 9

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