圓柱型鹼性Zn電池封口結構的製作方法

2023-06-28 16:46:21 2

專利名稱：圓柱型鹼性Zn電池封口結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及圓柱型一次、二次化學電源中封口結構改進。
背景技術：
圓柱型鹼性電池由於KOH溶液與鋼筒浸溼性很好，再加上內部氣體壓力較大，使該電池很易爬鹼漏液。目前生產的圓筒型鹼性鋅錳一次電池以如下方式封口以鋅膏作為負極，插一根銅釘於鋅膏中作為集電體。銅釘先與負極蓋焊接，再插入密封圈中孔中組裝成密封體。再把它放入已裝有正負極的鋼筒中。密封圈外徑與鋼筒口部內徑相匹配。負極蓋外徑或另一金屬墊圈與密封圈密封處內徑相匹配。
對鋼筒滾槽(62)見圖9。再對鋼筒外徑收縮和口部向下彎曲(63)。在鋼筒軸線方向筒口向下彎曲時密封圈密封面下部頂住鋼筒滾槽處(64)不能再向下移動，而軸向受到壓縮。鋼筒口外徑受到壓縮時，密封圈密封面內部被負極蓋或墊圈頂住(55)見圖8，密封圈徑向也受到壓縮。這樣密封圈在軸、徑向都受到壓縮而使電池被封住達到不會漏液的目的。
電池內部常有氣體產生，一次電池由於鋅的腐蝕而產生大量的氣體，或由於裝配時混入空氣或K2CO3。電池放置時間長或遇熱空氣膨脹，K2CO3分解釋放出CO2等原因使電池內部氣體壓力增加。電池有爆炸的可能。解決的途徑是在製造密封圈時，有一處厚度很薄，當電池內部氣壓超過一定壓力時，密封圈薄弱處破裂，氣體從此處再經負極蓋小孔排出電池外。電池內部氣壓降低不會爆炸。我們稱密封圈薄弱處為安全門。安全門厚度大小可控制電池內部壓力大小。但密封圈安全門打開後不會復原致使電液從安全門漏出。電池再也不能使用。圓柱型正極為環型、負極為鋅膏的二次鹼性鋅錳電池也是採用此種結構。當過充電產生O2內壓增加，安全門打開，電池失效。
圓筒型鎘鎳、氫鎳二次電池內部為卷繞式，負極引線焊於鋼筒底部，正極引線焊於下正極蓋。下正極蓋與上正極蓋連接中間有一防爆球。下正極蓋中間有一氣孔，當電池內部由於過充電或自放電氣壓增大時，氣體通過下正極蓋氣孔使防爆球受到壓縮，氣體有孔道，通過上正極蓋氣孔排出電池外。氣體排走，電池內部氣壓減小，防爆球恢復原來形狀使電池仍然密封，不會漏液。電池恢復原狀可繼續使用。但以膏狀為負極的電池，此種結構無法從負極引出電流。

發明內容
本發明的目的是改進以鋅膏為負極圓柱型一次或二次鋅電池的封口結構，電池在擱置或充電過程中產生的氣體超過一定壓力排出後能恢復原狀繼續使用而不至於報廢，提高了電池的使用率和防爆能力。
本發明所涉及的技術方案是是把圓柱型Cd-Ni電池的封口結構經改進後用於負極為鋅膏的圓筒型電池中。電池以鋅膏為負極，需靠負極集電體銅釘引出電流，而且銅釘需居於鋅膏正中，使鋅膏反應均勻，利用率高。這樣必需把銅釘(7)焊於下負極蓋(2)正中(對卷繞式Cd-Ni電池是下正極蓋，以Zn膏為負極的電池極性為負極，稱下負極蓋。)。下負極蓋(2)的通氣孔必須向旁移動，為保證均勻地壓縮防爆塞(3)，下負極蓋通(2)通氣孔由一個孔改為對稱的兩個孔，見圖2(21)。上負極蓋(4)平放於下負極蓋(2)的邊緣，見圖2(22)，中間放防爆球(3)。下負極蓋(2)的邊緣(23)向上負極蓋(4)的邊緣(41)處向上彎壓，使上下負極蓋緊密聯接(81)，組成負極集電體見圖8。
裝好的負極集電體插入密封圈(5)中孔(51)中，銅釘(7)的銅杆上部(72)與密封圈(5)的密封圈中孔(51)過盈配合。下負極蓋(2)放置於密封圈(5)的(55)處緊密配合，組成密封體，見圖9。把密封體插入已裝入銅筒的負極鋅膏中，銅釘居鋅膏正中，在電池放電時電流從銅釘均勻地流向鋅膏，使鋅膏中的活性物質鋅能充分地被利用。密封圈(5)的(56)處座於鋼筒(6)上的滾槽(64)處，密封圈外徑與鋼筒內徑緊密配合。在鋼筒口部(63)處用封口設備對鋼筒(6)徑、軸向收縮，使密封圈(5)的密封面(52)在徑、軸向受到壓縮，使電池密封。
本發明的特徵是此種封口結構當過充或自放電電池內部氣壓增高時，氣體從密封圈的通氣孔(53)跑出經過下負極蓋(2)的兩個孔(21)使防爆塞(3)受到壓力，防爆塞(3)受壓縮後氣體經上負極蓋(4)的孔(42)溢出電池外。電池內部氣體壓力減少後，防爆塞(3)又恢復原來的形狀，壓住下負極蓋(2)的兩個孔(21)使氣體不能溢出。這樣電池又密封住不會洩漏，仍可繼續使用。
無汞鋅膏，銅釘插入後，表面不可能汞齊化，Cu溶解使Zn很易自腐蝕，電池內氣壓增高。銅釘(7)表面(75)鍍In或Sn，在In或Sn上氫過電位較高，氫氣不易產生，使Zn不易自腐蝕。若銅釘(7)表面鍍層受損害，使銅屑落於鋅膏，或銅溶於電液，又會加速Zn的腐蝕。在整個密封體裝配過程中必需使銅釘(7)表面鍍層不受損害，而現市場銷售的銅釘的銅杆上下直徑一致，尺寸與密封圈中孔過盈配合，銅釘插入密封圈中孔時表面很易受損，而真正需要過盈配合之處僅在銅釘與密封圈接觸之處約5mm。把銅釘上部5mm處直徑與密封圈中孔過盈配合，而其它部位直徑小於密封圈中孔，裝配時就不易損害銅釘表面，又不影響與密封圈的過盈配合。
銅釘(7)比原來加長5mm。AA型電池從30mm增加至35mm，電池放電後期Zn大部轉變成ZnO，ZnO不導電，充電時負極內阻增大。增加銅釘長度即增加了銅釘與負極接觸的表面積，增加了導電性。
銅釘焊接處(71)為圓弧狀，與下負極蓋(2)焊接融化的銅流於凹處減少了焊接後的銅屑。這些銅屑落入電池會極大地加速Zn的腐蝕。
改變防爆塞(3)的厚度可以改變防爆塞(3)的承受壓力的大小，按電池情況不同而要求不同，可以從2MPa到8MPa。
此種結構不單用於二次鋅電池上，也可用於一次鹼性鋅電池。一次鹼性Zn-MnO2電池原封口結構中使用的密封圈因安全閥門的厚度較難控制，塑料成型模具的價格較高，而且在裝配過程中密封圈安全閥門處很易受損而失效，很難檢查。產品銷售過程中因安全閥門破裂漏液影響品牌聲譽。本發明的封口結構在組裝時防爆塞(3)較厚不會破裂和損壞。萬一電池內部氣體增加防爆塞(3)可起到防爆作用。電池內氣體溢出後，防爆塞復原，電池仍可使用，不會報廢。
Zn-Ni，Zn-MnO2二次電池在充電過程中很難控制不會過充。當過充電時電池內部產生大量O2，負極來不及複合消耗O2，電池內部氣壓會很高，採用本發明封口結構氣體溢出後電池仍不漏可繼續使用，使二次電池的損耗降低很多。


圖1是用本發明封口結構製作的Zn-Ni一次電池縱剖面結構圖。
圖中2下負極蓋、3防爆塞、4上負極蓋、5密封圈、6鋼筒、7銅釘、9負極鋅膏、10隔膜管、11正極環。
圖2-7是上述圓柱壓環式電池中使用的零部件形狀圖，圖7銅釘、圖2下負極蓋、圖3防爆塞、圖4上負極蓋、圖5密封圈、圖6鋼筒。其中尺寸為AA尺寸圓柱式電池零部件尺寸。
圖8是負極集電體剖面圖，其中2下負極蓋、3防爆塞、4上負極蓋、7、銅釘。
圖9是密封體的剖面圖，其中2下負極蓋、3防爆塞、4上負極蓋、5密封圈、7銅釘。
具體實施例方式
實施例按此封口結構，製造了AA大小的圓柱型Zn-Ni一次電池和Zn-MnO2各五個。按圖2-7的形狀和尺寸製造零部件、下負極蓋、防爆塞、上負極蓋、密封圈、鋼筒、銅釘。銅釘(7)焊於下負極蓋(2)正中，垂直，不得把下負極蓋(2)氣孔(21)堵住。上負極蓋(4)平放於下負極蓋(2)上，中間放防爆塞(3)組裝成負極集電體(圖7)。按(81)、(82)把上負極蓋(4)固定並與下負極蓋(2)接觸好。把它插入密封圈(5)中孔(51)，外徑與密封圈(5)密封面內徑緊配合(55)，裝成密封體(圖8)。把密封體垂直插入已裝好正、負極的鋼筒(6)中。密封圈頂部比鋼筒口低0.5mm。鋼筒(6)已滾槽(62)。用模具使鋼筒口外徑收縮至Φ13.8±0.05，筒口壓曲使滾槽中心位卷邊處高度為2.5mm使電池密封(見圖1)。密封電池放置24h，用外電源1.5A充電至電池內產生氣體使防爆塞壓縮，有氣體流出。除去外電源，防爆塞復原，無氣體流出擦淨電池，放置72h後測量開路電壓為1.723V，放電容量無損失。
對比例市售AA尺寸的鹼性鋅錳一次電池用外電源1.5A充電至密封圈安全閥門開啟，同樣擦淨電池，放置72h後電池仍漏液，只能報廢。
權利要求
1.一種用膏狀Zn或ZnO作為負極的圓柱型電池的封口結構，其特徵在於該結構由下負極蓋(2)、防爆球(3)、上負極蓋(4)、密封圈(5)、鋼筒(6)和銅釘(7)組成，其中下負極蓋(2)與銅釘(7)焊接，下負極蓋(2)與上負極蓋(4)連接，中間放置防爆球(3)，銅釘(7)插入密封圈(5)中孔，下負極蓋(2)同時隨帶固定於密封圈(5)上部，銅釘(7)插入電池負極鋅膏(9)中，與此同時密封圈(5)與鋼筒(6)口部緊密配合，通過在鋼筒(6)上部的滾槽和卷邊使密封圈(5)徑、軸向受到壓縮，而使電池密封。
2.根據權利要求1所述封口結構中的下負極蓋(2)其特徵在於中間有兩個對稱的氣孔(21)，電池內產生的氣體能均勻地流進防爆塞(3)。
3.根據權利要求1所述封口結構中的防爆塞(3)其特徵在於形狀為梯形，有彈性，遇到壓力變薄，改變防爆塞厚度可調整防爆塞耐壓能力，按電池要求調整防爆塞厚度使其耐壓能力控制在2-8MPa。
4.根據權利要求1所述封口結構中的上負極蓋(4)其特徵在於其厚度隨防爆球(3)厚度的改變而改變，其邊平放於下負極蓋(2)邊緣上，中間放防爆球(3)，讓下負極蓋(2)邊緣向上彎曲並壓住上負極蓋(4)邊緣，使上、下負極蓋接觸良好，組裝好的部件稱負極集電體，其外徑與密封圈(5)密封面內徑緊密結合。
5.根據權利要求1所述封口結構中的銅釘(7)其特徵在於銅釘材質為黃銅H62-68，表面鍍In或Sn，形狀為鐵釘，釘杆直徑上粗下細，上粗部分直徑與密封圈(5)中孔過盈配合，銅釘平臺為凹型，焊接頭為圓弧形。
6.根據權利要求1所述封口結構中的密封圈(5)，其特徵在於其材質為聚丙稀或尼龍66，密封圈(5)的密封面外徑與鋼筒(6)口部內徑緊密配合，密封面內徑與負極集電體外徑緊密配合，有2～3個透氣孔，密封圈(5)中孔與銅釘(7)過盈配合。
7.根據權利要求1所述封口結構中的鋼筒(6)，其特徵在於鋼筒(6)的材料為08F碳鋼鍍Ni，鍍Ni層厚度鋼筒(6)外為2～4μm，內為1～3μm，鋼筒壁厚0.2～0.35mm，鋼筒口部內徑與密封圈(5)密封面外徑緊密結合。
8.根據權利要求1所述封口結構中在鋼筒上滾槽和卷邊使密封圈(5)密封面手壓縮，其特徵在於通過在鋼筒上滾槽和卷邊使密封圈(5)密封面徑向壓縮15～40％，軸向壓縮20～50％。
9.根據權利要求1所述封口結構，其特徵在於此封口結構適用於以鋅膏為負極的圓柱型Zn-Ni電池、Zn-MnO2電池或Zn-Ag2O電池。
全文摘要
本發明公開了一種圓柱型鹼性以Zn膏為負極的電池封口結構插入負極鋅膏(9)的銅釘(7)與下負極蓋(2)焊接。上負極蓋(4)與下負極蓋(2)連接，其間有一防爆球(3)，形成負極集電體，一起裝於密封圈(5)中，形成密封體。把密封體裝入鋼筒(6)，用滾槽(62)、卷邊(63)的工序使密封圈(5)徑、軸方向都受到壓縮，達到電池密封目的。此封口結構適合於各種形狀的圓柱型一次或二次以Zn膏為負極的電池，例如Zn－MnO
文檔編號H01M10/02GK1521871SQ0310390
公開日2004年8月18日 申請日期2003年1月30日 優先權日2003年1月30日
發明者高效嶽, 鬱祥興, 邱德瑜, 唐琛明 申請人:江蘇海四達集團有限公司