塑殼電池的製造方法

2023-08-22 10:04:51

專利名稱：：塑殼電池的製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種塑殼電池的製造方法，具體地說，涉及工藝簡單、密封性能好、成本低的塑殼電池的製造方法。
背景技術：
：現有的鋅錳紙版電池，結構如圖i所示，主要由銅帽r、密封圈2'、鋅筒3'、密封膠4，、紙墊5'、復壓圈6'、正極粉7'、漿層紙8'、碳棒9'、底碗紙io'、負極底ir、空氣室i2'等組成。其中銅帽r為正極頭，為使電池正極便於與用電器焊接或更好地接觸，一般用銅製作，因為銅帽的電阻很小而有優良的導電性能。密封圈2'和密封膠'4'是作為電池封口用，主要是保恃電池的密封性能、這種封口方法及封口膠(瀝青)既不環保、密封性能又差、因此經常會產生電池漏液、漏氣、嚴重影響電池質量。鋅筒3'是由金屬鋅衝制而成、作為電池的負極並作電池容器，為此鋅筒3'不但是滿足鋅錳電池化學反應的需要還要防止在反應中由於金相結構問題發生鋅筒穿孔，所以一般生產單位都是用增加鋅筒的壁厚來防止穿孔。另外鋅筒3'的上部是作電池容器及密封用，不參加電化學反應、因此它的鋅用量很大。另外鋅筒3'超出正極粉7'高度的上半部分主要是作為容器及密封用，不參加化學反應。上述兩種情況都增加了鋅的使用量，造成電池成本比較高。紙墊5'、復壓圈6'、底碗紙10'主要是電池生產工藝需要、它們是隔離電池正、負極、防止電池正、負極導通而產生短路。空氣室12'是電池在化學反應放電的過程中會產生氣體，而空氣室是緩衝室，能儲存氣體。空氣室在滿足電池性能的條件下越大越好，漿層紙8'是電池的電解質和電池正負極的隔離層，碳棒9'是電池正極的引進極。正極粉7'主要由電解二氧化錳、天然錳粉、乙炔黑及內電液配製而成作為電池的正極。負極底ll，是負極的引出極，採用馬口鐵衝制、另一方面也是為了美化產品、使電池負極便於與用電器焊接或更好地接觸。根據上述對鋅錳紙版電池各結構的介紹，可以發現鋅的耗用量很大、並且困擾紙版電池的漏液、密封問題始終解決不好、既不環保、密封性能又差、在生產過程中嚴重影響環境和工人的身體健康。
發明內容本發明的目的在於，提供一種塑殼電池的製造方法，以克服目前的電池製造工藝複雜，材料浪費嚴重以及生產的電池密封性能差的技術問題。為了達到上述目的，本發明的技術方案如下一種塑殼電池的製造方法，包括如下步驟步驟一，用注塑模將鋅筒、負極底、塑殼注塑形成塑殼鋅筒；其中鋅筒貼在塑殼內壁上，負極底位於塑殼底面和鋅筒底面之間；步驟二，將槳層紙置入所述塑殼鋅筒中；步驟三，將底碗紙置入所述塑殼鋅筒中；步驟四，將正極粉成型為電芯；步驟五，用插碳棒機在塑殼鋅筒中插入碳棒；步驟六，甩復壓機安裝復壓圈；步驟七，鋼帽和塑料注塑形成密封蓋；步驟八，採用超聲波塑焊機將密封蓋封裝到塑殼鋅筒上。採用上述製造方法，由於增加的塑料殼體只作容器而不參加化學反應，塑料殼體不會腐蝕，從而使得電池穿孔、漏液的可能性降低為零。鋅筒的筒身也縮短、筒壁薄，大大節約了鋅材料，降低了生產成本。所生產的電池密封性能有很大的改善。圖1是現有的鋅錳紙版電池結構圖2A是本發明的塑殼電池結構圖2B是本發明的塑殼電池的製造工藝流程圖3A是本發明的鋅筒和負極底一起注塑後的結構圖3B是圖3A中I部分的局部放大圖3C是圖3A中II部分的局部放大圖4是本發明的注塑模芯棒結構圖5是本發明的注塑模的結構示意圖6是本發明的有邊扣式負極底的結構圖7是本發明的鋼帽嵌式密封圈結構圖8是本發明的復壓機結構示意圖；圖9是本發明的立式插碳棒機結構示意圖IO是本發明的插碳棒的結構圖11是本發明的超聲波塑焊機結構圖。具體實施例方式下面根據圖2至圖11，給出本發明的較佳實施例，並予以詳細描述，使能更好地理解本發明的功能、特點。如圖2A所示，本發明的塑殼電池是新型的全封閉電池。它由鋼帽ll、密封蓋12、復壓圈13、正極粉23、鋅筒15、漿層紙24、負極底16、塑料殼體14、空氣室21等組成。鋅筒15由金屬鋅製成，在塑殼電池中，鋅筒15的筒身高度只要與正極粉23的高度相匹配即可，也就是說，鋅筒15的筒身高度只要能完整包覆住正極粉23。在本較佳實施例中，鋅筒15的筒身高度等於正極粉23的高度。在實際生產中，將鋅筒15的筒身高度做的略高於正極粉23的高度也是可行的。鋅筒15同負極底16經注塑在一起，只作電池負極而不作容器，只要滿足鋅錳電池化學就可以了。因此鋅筒15的筒身短、筒壁薄，大大節約了鋅材料，降低了生產成本。用塑料這類可再生的資源來替換稀缺鋅金屬，對我國金屬資源也起到了一定的保護作用。鋅筒15外、電池的整個側麵包覆塑料殼體14。也就是說，用塑料把鋅筒15、負極底16注塑在一起。塑料殼體14隻作容器而不參加化學反應。塑料殼體14不會腐蝕，因此本發明的電池100%不會穿孔，不會漏液。在用電器具上使用安全、可靠，更不會腐蝕用電器具。圖2B是本發明的塑殼電池的製造工藝流程圖。如圖所示，製造工藝包括如下步驟步驟一，用注塑模將鋅筒、負極底、塑殼注塑形成塑殼鋅筒；其中鋅筒貼在塑殼內壁上，負極底位於塑殼底面和鋅筒底面之間；步驟二，將漿層紙置入所述塑殼鋅簡中；步驟三，將底碗紙置入所述塑殼鋅筒中；步驟四，將正極粉成型為電芯；步驟五，用插碳棒機在塑殼鋅筒中插入碳棒；步驟六，用復壓機安裝復壓圈；步驟七，鋼帽和塑料注塑形成密封蓋；步驟八，採用超聲波塑焊機將密封蓋封裝到塑殼鋅筒上。塑殼電池研製過程中最難的是鋅筒和塑殼是如何連接。如果採用膠粘的方法，不但工效低、成本高、不環保、又不能徹底排除漏液的可能，為此我們經過反覆試驗、最後採用鋅筒、負極底、一起注塑的辦法、終於解決了聯接方法，如圖3A-5所示。圖3A顯示了本發明的鋅筒和負極底一起注塑後的結構圖。注塑的關鍵部分在圖中的I、II部分，分別表示在圖3B和圖3C中。為了使塑殼電池能符合大生產的需要，鋅筒15內壁的直徑與其上部塑殼14的內徑改成同樣尺寸，使整個筒體的內經上下一致，無臺價，這在圖3B中可以明顯看出。這樣在內壁放入漿層紙、高度超過鋅筒口5-6mm、就可保證在生產過程中正極粉不會與鋅筒口接觸，避免了電池的短路、自放電及慢性短路等現象，大大提高了電池的正品率、降低了成本。另外，塑殼14底部具有的圍邊141放厚，使其高度高於負極底16的高度，見圖3C。這樣在電池生產線輸送時，負極底始終與輸送帶、工作檯底板不發生磨擦，從而保證負極底光亮無損、避免了負極底在生產過程中磨毛而發生生誘的現象。而塑殼底部的圍邊在包商標時經熱縮後圍邊皮商標全部包徑。這樣保證電池外觀整潔光亮。在注塑過程中、我們對注塑模進行多次修整改造。如圖4所示，注塑模鋅棒包括退料板41、模架42和芯棒43。我們把控制鋅筒尺寸由原來控制外經改為控制內徑，即控制鋅筒直徑在30-0.02mm範圍內，然後我們把注塑模的芯鋒43外徑也控制在直徑30-0.02的範圍內，這樣在注塑過程中克服了鋅筒內壁跑料現象。而鋅筒的外徑大小不會影響跑料，只會產生塑殼的壁厚。也就是說，鋅筒如果厚一點、塑殼壁就薄一點；反之鋅筒薄一點，塑殼壁就厚一點。這都不影響整體塑殼的質量(總壁厚始終一樣)。其次我們還把芯棒加長到54.4mm，芯棒的外徑在長度方向上大小一致，且加長的芯棒43直接與鋅筒底部接觸，這樣在注塑過程中鋅筒不會在壓力影響下產生浮動、從而解決了由於鋅筒浮動而產生底部跑料使負極底被封的現象。在解決了上述問題後，又產生了新的問題。因為芯棒長，在注塑時的高壓影響下，容易產生單邊的現象。為此我們又在注塑模上設計了兩個對稱的注塑口51、52，如圖5所示。這樣使芯棒在高壓的情況下受壓對稱、均勻，避免了由於單邊而產生部分露鋅筒的現象。在克服了上述種種情況下我公司馬上製作成電池再進行反覆測試，包括65度高溫測試、-40度低溫測試，急性短路測試，連續放電和間歇放電測試等，全部合格、既節約了鋅耗量、又解決了不漏液的目標。圖6是本發明的有邊扣式負極底的結構圖。我公司在研製塑殼電池的同時、改進設計了有邊扣式負極底。我們利用負極的扣邊，直接用上負極底機自動並緊扣在鋅筒底部，然後再注塑在一起，這樣在大生產中不可能產生沒有負極底的電池，使電池包裝的正品率從92-93%提高到100%，大大節約了熱收縮商標的損耗，既保證了成品質量、有效提高產品的正品率和勞動生產率，同時在電池生產中又節省了刷底工序，生產線上又改少了二個勞動力。這有邊扣式負極底也可用於原普通鋅錳紙版電池中。但生產工藝都發生變化，特別是上道生產工藝要求比較高。所以目前國內各電池廠都沒有使用這種扣式負極底。但普通的紙版電池負極底能用於有底鋅筒的塑殼電池中，但生產過程中跳底、接觸不良等常有發生，正品率底。而無底鋅筒的塑殼電池只能採用有邊扣式負極底，因為採用普通負極底方能與塑殼組成一個密封的筒體，要產生漏液、漏氣等現象。圖7是本發明的鋼帽嵌式密封圈結構圖。關於密封蓋我公司做了大量試驗，並走訪了好多膠粘劑生產單位和有關研究所。他們提供了不少粘膠劑樣品，我們分別做了不少試驗。有的能作為電池的密封填料，但不能夠受高溫及電反應時產生的壓力，密封蓋會被頂出，發生電池漏氣、漏液現象。有的粘膠劑能粘牢，但不可用於大生產中，因為他的塗膠工藝要求非常苛刻、要現配現用、否則幾分鐘後就結成硬塊，這樣我們在塗膠生產設備上無法採用，因為塗膠的頭子、塗膠時壓膠的泵體、塗膠的膠缸、隨時會被膠堵死或結成硬塊。要投入規模生產，必須要用大量的人工、按生產線班產(8小時)96000支電池計算就需要64名工人去塗膠，而且粘膠劑又必須現配現用，因此這樣方法跟本行不通。既使現場管理等能跟上去，那麼塗膠的質量也無法控制、無法測試，因為塗膠必須把密封蓋的整個部位全部均勻的塗到。一旦有細小地方沒有塗到或漏塗，就會產生電池漏氣、漏液，嚴重影響電池質量。如果塗得太多電池上口會粘滿粘膠劑，在電池輸送到下一個工序時，電池同電池都粘在一起，嚴重影響下道工序生產，更無法套熱收縮商標。總的來說採用塗膠工藝，價格昂貴、浪費大、要多用68名人工，正品率又低，並且粘膠劑有毒有害氣體，嚴重影響車間環境和員工的身體健康、並且對安生生產帶來嚴重的火警隱患。在上述前提下我公司採用與筒體同種材料，既PS塑料112與鋼帽11一起注塑成聯體密封蓋，並採用超聲波塑焊機焊接。超聲波焊接是把高頻通過換能系統把信號轉換為高頻機械振動、加於塑料製品工件上、通過工件表面及內在分子間的摩擦、而使接口的溫度升高，當溫度達到工件本身的熔點時、使工件接口迅速融化、既而填充於接口間的空隙達到完美的焊接。經過我們反覆測試及破壞性試驗，硬性敲擊焊接處、最後塑殼破碎但焊接處仍完好無損。我們又對電池進行了高溫、低溫、短路、連續放電和間隙放電等多種測試電池均不漏液也不漏氣、徹底解決了電池行業最難解決的封口問題。密封蓋在注塑時先把小鋼帽或大蓋帽(鋼帶衝制然後表面鍍鎳)放入注塑模中(注塑模中間裝有磁鐵)這樣鋼帽就被磁鋼吸牢、然後制塑機合隴進行注塑把鋼帽和密封蓋牢牢結合在一起、這樣鋼帽和塑蓋之間聯成一個整體不會產生漏液和漏氣的現象、原來電池都採用銅帽、但銅價上漲飛快、為此各電池廠目前都採用鍍鎳鋼帽、我公司也都採用鍍鎳鋼帽、其性能與銅帽相仿、一方面是節約成本、另一方面我們注塑時採用磁鐵可吸注鋼帽。密封蓋都用超聲波焊接機與塑殼筒體一起焊接(因為筒體和密封蓋都採用同一種CPS)塑料，焊接效果非常好，達到了全密封的效果。取消了原來用瀝青封口的落後工藝、又大大增加了電池空氣室、消滅了瀝青對環境的汙染、由於密封性能好、增加了電池的儲存期、做到了真正的環保型電池。圖8是本發明的復壓機結構示意圖。如圖所示，復壓機包括壓力調節螺母81，壓力調節杆82，復壓棒座83，帽子頭84，復壓棒85，彈簧86，活絡頭87，復壓頭88。復壓頭88採用聚四氟乙烯材料製作，緊壓在活絡頭87中。活絡頭87滑動距離5mm，彈簧86鋼標直經1.6mm，壓巾7.6k，不可以隨時調整壓力。要調壓力必須把頭拆下調換彈簧才可以，復壓效果較差。因為原紙版電池電芯高度與漿層紙高度幾乎一樣，經過復壓後才低於漿層紙。所以如果增加壓力的話，表面的正極電芯粉就要朝上串，很容易與鋅筒上口接能而引起電池短路，而塑殼電池鋅筒只有37mm高，上面全部的塑料，而且漿層紙高度在42-43之間，高於鋅筒口5-6mm把鋅筒全部隔離。為此我們加長了復壓頭88、比原來長20mm左右，然後又加大了彈簧86的壓力，而且是把衝頭的壓力改成可調式的，這樣便於壓力的控制，又增加了復壓的時間，使正極粉在筒內的密度增加，同時使正極粉和漿層紙及與碳棒的接觸更緊密，減少了電池的內阻，經過這樣的改造使放分時間在同等質量的情況下，增加10-20分鐘，大大提高了產品的質量。圖9是本發明的立式插碳棒機結構示意圖。圖IO是本發明的插碳棒的結構圖。如圖9和圖10所示，我們把原來臥式插碳鋒機改成立式插碳鋒機。該立式插碳棒機包括衝棒92，自動落碳棒架93，升降軸94，導向件95，自動活絡頂塊96，碳棒97，攔圈98，工作盤99，底盤91。工作盤和底盤是用螺栓緊密連接在一起的。直接用輸送帶和下一道工序連接。因為上一道工序復壓機是立式的，後一道工序上密封圈機也是立式的。如果把插碳鋒機也改成立式的那麼電池在復壓機後不要躺倒，在上密封圈機時也不用從臥式的再把電池立起來，這樣可以減少一臺斜式提升機、減少一名操作工，又減少了電池從立到橫、再從橫到立的過程中軋電的現象，減少了損耗、增加了設備開動率。另外由於插碳鋒時把直經8mm的碳樟從正極粉中硬性插入、產生的壓力把負極底頂的變形、為此我們在插碳鋒機的底盤上增加了頂杆31，在插碳棒時頂杆頂往負極底，從而避免了負極底變行的現象。圖11是本發明的超聲波塑焊機結構圖。首先我們對摸具進行改造、將模具設計成雙頭模具111，雙頭模具111下正對兩個塑殼電池112。並摸索了雙頭模具之間的最佳距離，控制在55mm左右的範圍內。把壓力控制在0.4pa左右，熔焊時間調整到0.4-0.5秒範圍內，然後經檢測己全部達到預期效果。接著我們又把原手工的設備改成全自動並且與整條流水線聯在一起，形成一條完整的塑料電池自動生產線。現己全部測試完畢、既將投入生產、設計理論產量低速線160隻/分，高速線200隻/分，設備開動率90°/。以上成品率99.7%以上。採用上述製造方法生產的塑殼電池，經測試後的數據如下表ltableseeoriginaldocumentpage11表2tableseeoriginaldocumentpage11tableseeoriginaldocumentpage12表5tableseeoriginaldocumentpage13格所製造的塑殼電池具有如下優勢-1、鋅用量減少，塑殼電池鋅筒只要滿足電化學反應所需的用量、取消作為容器的用量、而雁容器部份則用塑料代替。2、封口結構不同，厴鋅錳紙版電池密封工藝是在復壓圈上部加一個紙墊(託封口劑用)、再澆封口劑(瀝青)、然後再上一個密封圈，生產工藝複雜、密封性能差、而塑殼電池不用封口膠，直接用一隻與鋼帽聯體的密封蓋、採用超聲波塑焊機焊接，達到完美的封口效果。又節省上紙墊、封口巻邊三道工序。3、空氣室增大，雁紙版電池由於有紙墊、封口膠、密封蓋、電池上部的空氣室很小，容易造成電池的氣脹及帚液，而塑殼電池無紙墊、封口膠，所以上部的空氣室是原電池的一倍多，使電池的氣脹有很大的墟衝作用.從而提高了電池的防漏性能、防止/電池的氣雕、漏液、囂氣等現象。4、負極底不同，廄紙版池池的負極底是先把電池底部鋅僱用高速鋼絲輪打光、然後在套商標時把負極底放在電池底部、靠商標的熱收縮把負極底固定在電池底部、經常會垃成不道電無負極底等現象(生產輸送中踺底)。而現在採用扣式負極底、先緊扣在鋅筒底部、然後一起注塑、取消了刷僱工序、提高了正品率、節省了生產成本。前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領域內的任何技術人員可使用或利用本發明。對該較佳實施例，本領域內的技術人員在不脫離本發明原理的基礎上，可以作出各種修改或者變換。應當理解，這些修改或者變換都不脫離本發明的保護範圍。權利要求1、一種塑殼電池的製造方法，包括如下步驟步驟一，用注塑模將鋅筒、負極底、塑殼注塑形成塑殼鋅筒；其中鋅筒貼在塑殼內壁上，負極底位於塑殼底面和鋅筒底面之間；步驟二，將漿層紙置入所述塑殼鋅筒中；步驟三，將底碗紙置入所述塑殼鋅筒中；步驟四，將正極粉成型為電芯；步驟五，用插碳棒機在塑殼鋅筒中插入碳棒；步驟六，用復壓機安裝復壓圈；步驟七，鋼帽和塑料注塑形成密封蓋；步驟八，採用超聲波塑焊機將密封蓋封裝到塑殼鋅筒上。2、如權利要求1所述的塑殼電池的製造方法，其特徵在於，所述步驟一還包括控制注塑模的芯棒的外徑與鋅筒的內徑相匹配和用注塑模的芯棒直接與鋅筒底部接觸的步驟；其中的注塑模具有兩個對稱的注塑口。3、如權利要求1所述的塑殼電池的製造方法，其特徵在於，所述鋅筒高度小於塑殼的高度，鋅筒內壁的直徑與其上部塑殼的內徑一致。4、如權利要求1所述的塑殼電池的製造方法，其特徵在於，.所述塑殼底部具有圍邊部分，該圍邊部分的高度高於負極底的高度。5、如權利要求1至4中任一權利要求所述的塑殼電池的製造方法，其特徵在於，所述負極底為緊扣在鋅筒底部的有邊扣式負極底。6、如權利要求1所述的塑殼電池的製造方法，其特徵在於，所述步驟七還包括將鋼帽放入注塑模中，用制塑機合攏進行注塑的步驟。7、如權利要求6所述的塑殼電池的製造方法，其特徵在於，所述注塑模中裝有磁鐵。8、如權利要求1所述的塑殼電池的製造方法，其特徵在於，所述復壓機包括復壓棒和設置在復壓棒內的壓力調節杆，壓力調節杆伸出設有復壓棒的部分上設有壓力調節螺母。9、如權利要求1所述的塑殼電池的製造方法，其特徵在於，所述插碳棒機為立式插碳棒機，且包括一設置在底盤上的頂杆。10、如權利要求1所述的塑殼電池的製造方法，其特徵在於，所述超聲波塑焊機包括一雙頭模具，雙頭模具之間的距離為55mm，塑焊壓力為0.4帕，熔焊時間為0.4-0.5秒。全文摘要本發明公開了一種塑殼電池的製造方法，包括如下步驟用注塑模將鋅筒、負極底、塑殼注塑形成塑殼鋅筒；其中鋅筒貼在塑殼內壁上，負極底位於塑殼底面和鋅筒底面之間；將漿層紙置入所述塑殼鋅筒中；將底碗紙置入所述塑殼鋅筒中；將正極粉成型為電芯；用插碳棒機在塑殼鋅筒中插入碳棒；用復壓機安裝復壓圈；鋼帽和塑料注塑形成密封蓋；採用超聲波塑焊機將密封蓋封裝到塑殼鋅筒上。由於增加的塑料殼體只作容器而不參加化學反應，塑料殼體不會腐蝕，從而使得電池穿孔、漏液的可能性降低為零。鋅筒的筒身也縮短、筒壁薄，大大節約了鋅材料，降低了生產成本。所生產的電池密封性能有很大的改善。文檔編號H01M6/00GK101533913SQ200810034619公開日2009年9月16日申請日期2008年3月14日優先權日2008年3月14日發明者王阿三申請人:上海飛鯨電池有限公司