TW402823B - Miniature galvanic cell having optimum low surface area conductive collector - Google Patents

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-4Θ2&83- 五、發明說明（1) 發明領域 - 本發明之發明領域係有關於一種使用一帽蓋，絕緣組 件，電流集電極組件，最好是塑膠的絕緣組件及低表面積 的電流集電極以防止在電流集電極組件上形成如氫氣之氣 體。本發明也說明用於產生或最小化此電池的方法，該方 法係用於產生具有低表面積導電電流集電極的小型電池。 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，如氫氧化舒及氫氧化納溶液之 類鹼性電解液對於溼的金屬表面具親水性且通過電化電池 的表面。此方式的洩漏將使得電解液人電池中耗乏，且導 致在電池表面上的腐#沉積，而使得電池外觀不佳，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，鎳铯電 池，空氣去極化電池，及二氧化鎂電池。 在習知技術中，傳統上係在電池帽蓋及罐子之間併入一 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，其中帽ii的延伸壁插入，使得當徑

-442823- 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 具有良好的密封。產生在墊>!加上密封件，然後在徑向擠 壓時，墊片可壓縮而抵住延伸帽蓋壁的邊緣。 美國專利案號4，3 0 2，5 1 7中說明一在電池之罐子及帽蓋 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錶及帽蓋端緣之間，及第二罐 子支撐件，在帽蓋内延伸，大致上與帽蓋壁面平行，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 應產物。 電池中的鋅（最好是無水銀 此對於電池的正確操作將 一小型的電池結構，其使用 如具高表面積電流集電極組 池中，在 ，如氫氣 的係提供 極組件， 在傳統的鹼性鋅電 電池）形成反應氣體 產生不利的效應。 因此，本發明的目 絕緣組件及電流集電 件的剛性塑膠組件。 ^ 本發明的另一目的係提供一具有最小表，面積的電流集電 極組件 > 以防止且最小化在電流集電極組件上的氣體 > 如 氫氣。 € 本發明的另一目的係提供一用於一小型電池的絕緣體， 其中絕緣體具凹槽以適應電池外殼之帽蓋的周圍凸緣，因 此可提供密封的小型電池。 本發明的另一目的係提供一 £」去，用於產生具有嶄新絕

402823__ 五、發明說明（3) 緣體及電流集電極組件的小型電'/也。 從下文中的說明及附圖可更進一步期間本發明上述及其 他的目的。 發明說明 本發明係相關於原電池，其包含（a)具反向極性的雙電 極，在電極及電解液之間的一分隔件，所有上列元件均包 含在一雙原件導電外殼内，其中一原件為一可電連接該第 一電極的罐子，而另一元件為一電連接第二電極的凸緣帽 蓋；（b) —絕緣組件，具有一底部，一内壁，一周圍壁， 其形成一内部表面區域，此區域與第二電極相接觸，在此 絕緣組件的周圍壁與罐子及帽蓋之壁相鄰，且罐子的端緣 密封住該絕緣組件，將罐子固定在絕緣組件上以密封該電 池；以及（c ) 一電流集電極組件，延伸過絕緣組件之底部 中的開口，且電接觸在一端上的第二電極，且另一端電接 觸該帽蓋，使得在第二電極内之電流集電極之表面區域的 部位小於絕緣組件之内部表面區域的2 5 %。 本發明係栢·於一原電池，其包含(兩 > 具反向極性的雙 電極，在電；^ k電解液之間的一分隔件，所有上列元件均 包含在一雙^件導電外殼内，其中一 0牛為一可電連接該 第一電極的壤夺，而另一元件為一電編;4第二電極的凸緣 帽蓋；（b) —具有底部，内壁及周圍壁的絕緣組件，在此 絕緣組件的凸緣固定在絕緣組件之周圍壁的凹槽中，該周 圍壁相鄰該罐子的壁面，且罐子的端緣密封住該絕緣組 件，因此將罐子固定端絕緣組彳f 一上，且密封該電池；以及

_402823__ 五'發明說明（4) (C ) 一電流集電極組件，延伸過絕緣組件底部中的開P， 且一端電接觸該第二電極，而另一端電接觸該帽蓋。 一般絕緣組件由不與電解液反應的材料製造而成，且具 包含在電池内的組件，因此，這些電池的材料不與絕緣組. 件之表面產生反應。必需在電流集電極與一電極及電池内 部端之一相接觸。為了使得電流集電極的反應表面區域達 到最小，絕緣組件形成如一帽蓋以包含一電極，且使得該 絕緣與連接另一電極之另一端。電流集電極可為一線，一 釘子，一柱狀組件，或任何小體積組件，以對電拯組件提 供最小的表面區域，該組件如鋅，因此可使得可用位址達 到最小，因此可形成反應氣體，如氫。最好，電流集電極 的表面區域小於形"成接觸該電極（如辞電極）之絕緣組.件的 内部區域的表面區域之2 5%，最好是絕緣組件之内表面區 域1 0%，更好為小於7%，最好是小於5%。 在本發明之一實施例中，電流集電極可為固定在電池外 端的一線或任何其他小表面區域的組件，或者是電流集電 極組件之性能如電池的外端。在本發用下列實施例中，電 池的帽蓋可為包含電流集電極的單一組件，或電流集電極 可為功能如此電池之外端的單一組件。在文中帽蓋及電流 集電極可為一組件，或最好是帽蓋及電流集電極為兩組 件。在本發明之一實施例中，最好絕緣組件具有一底部， 一在底部形成開口的内壁，及一周圍壁，此周圍壁具有配 置在其_内以適應帽蓋之凸緣的凹槽。 最好絕緣組件為具有一開口 €_密封端子之管子，且該管

402823 五、發明說明（5) 子由單一的固體材料製造，而其厚度足以保護 表面可與罐子壁電絕緣。 帽蓋壁-之内 在本發明的一實施例中，電絕緣組件與罐子壁之内表面 相鄰，且如黏著劑的一密封件可配置在罐子壁的内表面及 絕緣組件之間，及/或帽蓋凸緣及絕緣組件之凹槽之間。 用於電絕緣組件之材料可由合成橡膠之類的材料製造而 成，如聚丁二烯（氣丁橡膠及vi ton) ’亞氟乙烯樹脂，如

Pennwa 11 化學公司生產的KYNAR ;聚醯胺樹脂，尼龍 烯烴，聚氣乙烯’矽化物，且乙氟聚化物，如E. I DuPont de Nemours生產的TEFLON，聚丙稀，及往竹 類型的剛性材料。 ，聚 全部 在本發明實施例中，絕緣組件可為單一結構 或多個區段，以提供單一的結構。 或包含二 本發明的另一實施例係相關於組裝該電池組件成 件導電外殼的處理’其中一元件為一帽蓋，另〜元為兩 罐子，包含下列步驟： 711件為 元 (a)製備一導電罐子，此罐子的周圍壁以一形成門 端緣終止， 的 (b)製備一具有底部，一周圍壁，形成内開口 在絕緣組件之周圍壁中的凹槽，及内及外表面 件；

I内壁 的絕緣級 N (C)製備一具有周圍凸緣的帽蓋； (d)置電流集電極於絕緣組件内，且通過開 槽内的帽蓋固定在絕緣組件中；__

第8頁 402823 五、發明說明（6) (½ )放置包含至少兩電極及一電解 . η ^ ¥ rio /± % «的電池組件於罐子 及巾目政内使付罐子的壁面與絕緣組件 、, 式對齊；以及 、周圍J以平行方 (f )固疋罐子约壁面於絕緣組件的壁面上 封電池。 以產生一密 最好在步驟（b)中的電絕緣組件，其周 該電連接罐子的電務，經電流集電極電連 \伸以接 罐子絕緣。 取r目盍 觸 的電極與 基本上本發明可使用的電池系統為鹼性二 池，空氣去極化電池，鎳鉋電池及氧化鋅銀带化鎂原電 本發明之電池的帽蓋可由蒙耐合金（monel 也。 套，或其他的導電材料製造。 不銹鋼護 罐子可由與電池材料接觸時不腐蝕或破壞的導 造。用於電池的罐子可由不銹鋼，鎳，鎳板鋼導電材料製 他的導電材料製造。 ’或某些其 電流集電極可由如銅’黃銅，蒙耐合金等製造 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 閱讀時並請參考附圖，這些附圖係用於說明太η 優 Α發明 用於限制本發明。 圖1為罐子中空氣電極的截面圖。 圖2為本發明之帽蓋，絕緣組件及電流集電 面圖。 圖2 A為本發明之電流集電極組身之另一實施 而非 槌缸件的截 例的裁面

第9頁 4028S3 五、發明說明（7) 圖。 … 圖2B為'本發明之合併電流集電極組件另一實施例的截面 圖。' 圖3為包含本發明之電流集電極組件，帽蓋及負電極之. 絕緣組件的截面圖。 圖4為圖3之絕緣組件開口端上反轉並放置之圖1罐子和 電極的載面圖。 圖5為罐子壁面成形以提供密封電池後圖4之電池的截面 圖。 圖6為反轉之圖5電池的截面圖。 附圖之詳細說明 圖1顯示具有分佈薄膜4之圓形罐2，該薄膜係固定在罐 子2的内表面。一層聚四乙氟3覆蓋包含空氣分佈薄膜4之 罐子的2底部。罐子2内含浮刻圖樣區6以對於跨電極8之表 面（在罐子2内）的均勻空氣分佈提供一定義的間隙。如圖1 所示，罐子包含底部10，此底部10由周圍的直立壁12所支 撐，且底部1 0上配置在一開口 1 4。電極組件包含薄膜4， 四聚乙氟層3，及配置在罐子2之底部10中的電極8。 圖2，3示絕緣組件18，其包含一周圍直立壁20，一底部 2 4，及形成開口 2 8的内部直立壁2 6。電流集電極3 0固定在 開口 2 8内。凹槽3 2配置在'絕緣組件1 8之壁面2 0中。具周圍 &緣36的帽蓋34配置在凹槽32中，且實際上與電流集電極 3 0接觸使得帽蓋3 4之功能如電池的一端。絕緣組件1 8含鋅 電力的負電極3 8置於絕緣組件中~_，且經電流集電極3 0而與

第10頁 40^25 五、發明說明（8) 帽蓋3 4電接觸。負電極混合物3 8可包含鉾 如組成電池負電極38之結合劑的有機化合=子，電解·液， 錄，錄鍍鋼，鍍鎳不銹鋼，鎳護套不錢鋼制帽蓋34可由 鋼條的内表面上使用鎳層，以增加導電户 製造而成。在 裝置的接觸。其他的可製造帽蓋的薄板材及使用電池之 鋼基體上的雙層薄板或由多於三層合成的1包含：在不銹 此薄板金屬條中壓圓形盤而成為—帽蓋。鈿薄板。然後由 表面’且直接與電流集電極30接觸。 、5形成帽蓋的内 電流集電極30可為配置在負電極混合物 34A的線或釘子30A (圖2A)或任何小體積且接觸+帽蓋 釘子30A可使用其他傳統的技術以 。導電線或 上。在圖⑼中，顯示帽蓋34B如—摺疊在帽蓋3乂。 層以產生功能如電产隼雨朽的由 ’电材料之簡單 刀月匕戈电机集电極的中心突出導 如圖4所示，罐子2含在絕緣組件18 。 件，該絕緣組件18係依據本發 ;轉的插入電極組 38。在絕緣組件18之凹傾内配包含負電極 於電.流集電極30上。 底34的凸緣36，且置 如圖5所示，當雄’ 疊。然後罐子2的邊@ ^ ，罐子2的邊緣40内向摺 -卞ζ的邊緣壓縮而頂住戈 件1 8 ,且罐子2因 放在巾目益34之間的絕緣組 的電障壁。 ^成岔封彳’及在罐子2及帽蓋34之間 圖6示圖5中的電池反轉的狀態。 如圖1及6所示，才枝怒】」、上广、 如一空氣進入口。 ' ' °π冲坚〜入罐子2的底部，以動作

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Claims (1)

1. 4.11282¾ 六、申請專利範圍 1. 一種原電池包含： a) 具有一極性的第一電極； 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) —包含第一電極，第二電極，分隔件及電解液的雙元 件外殼，該外殼的第一部位為一罐子，此罐子具有一端形 成一開口的壁面，且電連接該第一電極，該外殼的第二部 位為具有周圍凸緣的帽蓋，且電連接該第二電極；' f) 一絕緣組件，一底部，一在底部上形成開口的内壁， 及一周圍壁，其中該周圍壁，内壁，及底部形成與該第二 電極接觸的内表面區域，該絕緣組件的周圍壁配置在與罐 子及帽蓋之壁面相鄰，且該罐子的邊緣密封住而頂住該絕 緣組件，因此可將罐子固定於該絕緣組件上以提供電池的 密封；以及 g) —電流集電極組件，延伸過該絕緣組件之底部的開 口 ，且一端電接觸該第二電極，而另一端電接觸該帽蓋， 該電流集電極具有一位在該第二電極内的表面積，小於該 絕緣組件之内表面積的2 5%。 2. 如申請專利範圍第1項之原電池，其中該絕緣組件為 一塑膠組件。 3. 如申請專利範圍第1項之原電池，其中該帽蓋及該周 圍由單一材料製造而成。 4. 如申請專利範圍第1項之原電池，其中該帽蓋及該電

   第13頁 _402823_ 六、申請專利範圍 流集電極為分開的組件。 5. 如申請專利範圍第1項之原電池，其中該絕緣組件包 含一底部，一在壁面形成開口的内壁，一周圍壁，及在該 絕緣組件之周圍壁内的凹槽，其中該帽蓋的凸緣固定到該 凹槽中。 6. 如申請專利範圍第5項之原電池，其中該帽蓋之凸緣 '在帽蓋的壁面上形成一彎曲段，且在該絕緣組件之周圍壁 中形成之凹槽的深度至少為固定到該絕緣組件凹槽中之帽 蓋壁面彎曲段的長度。 7. 如申請專利範圍第1項之原電池，其中該絕緣組件由 單一的固體材料製造而成。 8. 如申請專利範圍第1項之原電池，其中該絕緣組件由 至少兩分的段落製造而成。 9. 如申請專利範圍第1項之原電池，其中該絕緣組件由 下列各種合成樹脂中選擇出一項，包含亞乙烯氟樹脂，聚 醯胺樹脂，聚烯烴，矽化物，丙烯及四乙氟聚合物。 1 0.如申請專利範圍第1項之原電池，其中該配置在該第 二電極内之電流集電極的表面區域小於該絕緣組件内表面 區域的1 0 %。 1 1.如申請專利範圍第1 0項之原電池，其中該配置在該 第二電極内之電流集電極的表面區域小於該絕緣組件内表 面區域的7 %。 1 2.如申請專利範圍第1項之原電池，其中該電流集電極 為一柱形組件。 一

   第14頁 402823 六、申請專利範圍 .1 3.如申請專利範圍第1項之原電池，其中該電流集-電極 為一線。 1 4. 一種原電池包含： a) 具有一極性的第一電極； 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) —包含第一電極，苐二電極1分隔件及電解液的雙元 件外殼，該外殼的第一部位為一罐子1此罐子具有一端形 成一開口的壁面，且電連接該第一電極，該外殼的第二部 位為具有周圍凸緣的帽蓋，且電連接該第二電極； f ) 一絕緣組件，包含一底部，一在底部中形成中心開口 的内壁，及一周圍壁；其中該絕緣組件的周圍壁與該罐子 壁面相鄰，該絕緣組件的周圍壁具有一配置在其内的環形 槽，該帽蓋的凸緣係固定在周圍壁的凹槽中，配置該絕緣 組件的周圍壁使與罐子壁面相鄰，該罐子的邊緣密封住該 絕緣組件，因此可將罐子固定到該絕緣組件中，以提供電 池的密封；以及 g) —延伸過絕緣組件之底部之中心開口的電流集電極組 件，且其一端電接觸一電極，而另一端則電接觸該帽蓋。 1 5.如申請專利範圍第1 4項之原電池，其中該電流集電 極為一線，釘子及柱狀組件中選擇出來的一分開組件。 1 6.如申請專利範圍第1 4項之原電池，其中該絕緣組件 由單一固體材料製造而成。 _

   _-- 六、申請專利範圍 1 7.如申請專利範圍第1 4項之原電池，其中該絕緣組件 由下列各種合成樹脂中選擇出一項，包含亞乙烯氟樹脂， 聚醯胺樹脂，聚烯烴，矽化物，丙烯及四乙氟聚合物。 1 8. —種組裝電池組件以雙部位導電外殼的方法，其中 一部份為一帽蓋，另一部位為一罐子，該方法包含下列步 驟： (a) 製備一導電罐子，此罐子的周圍壁以一形成開口的 端緣終止； (b) 製備一絕緣組件，此絕緣組件具有一底部，周圍 壁，一形成一開口的内壁，及配置在該絕緣組件之周圍壁 中的凹槽，該絕緣組件具有一内表面及一外分隔件； (c) 製備含周圍凸緣的導電帽蓋； (d )置於一電流集電極於該絕緣組件之開口中，且通過 其内1且固定帽蓋於絕緣組件中使得凸緣固定在絕緣組件 的凹槽内； (e) 置放電池組件，該電池包含在罐子及帽蓋内的至少 兩電極，使得罐子壁面與絕緣組件之周圍壁形成平行方式 之對齊；以及 (f) 固定罐子壁面，使抵住絕緣組件之壁面，因此可產 生一密封的電池。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之方法，其中該絕緣組件由 下列各種合成樹脂中選擇出一項，包含亞乙烯氟樹脂，聚 醯胺樹脂，聚稀烴，石夕化物，丙稀及四乙氟聚合物。 2 0.如申請專利範圍第1 8項之方法，其中該電流集電極

   第16頁 4Q2823- ^、申請專利範圍 的表面少於絕緣組件之内表面積的2 5 % 圖1_11