圓柱形電池及其製造方法
2023-06-12 07:04:46
專利名稱：圓柱形電池及其製造方法
技術領域：
本發明涉及諸如鹼性電池或鋰電池之類的圓柱形電池，其中圓柱形電池外殼內容納發電元件並且電池外殼的開口用密封部件密封，本發明還涉及製造這種圓柱形電池的方法。
背景技術：
在以鋅作為陽極激活材料的鹼性電池中，會擔心由於錯誤的充電或者鋅的腐蝕而在電池內部產生氣體，從而使電池內壓增大甚至導致電池爆炸。鹼性電池通常由此具有防爆機構，它在電池內壓增大時起作用以避免可能的爆炸。
防爆機構的原理是有意使機械強度降低的特定部分(它是密封電池開口的密封部件的一部分)在電池內壓增大時斷裂，從而強迫氣體漏出電池外部，由此防止電池爆炸。
以下藉助圖5描述具有現有技術防爆機構的典型鹼性電池。
電池外殼21包含作為供電元件的陰極混合物22、分隔件23和陽極24。電池外殼21的上開口具有臺階部分25，其受外部開槽處理而向內彎曲。合成樹脂(例如尼龍)的密封件29被用來密封電池外殼21的開口，並且包含支持陽極收集器28的內部管狀件30、被電池外殼21的開口端夾持的外部管狀件32以及將內部管狀件30與外部管狀件32連接起來的連接件31。連接件31具有薄壁部分34。具有中心通孔的金屬墊圈26(內部管狀件30固定其中)和陽極端板33的外周邊部分固定在密封件29的外部管狀件32中。電池外殼21的開口端是防漏的，因此金屬墊圈26和陽極端板33的外周邊部分由外管狀件32緊固。緊固部分固定在電池外殼21的臺階部分25。
當電池內壓過度增大時，密封件29的薄壁部分34破裂，並且流經該破裂部分的氣體經分別形成於金屬墊圈26和陽極端板33的通孔26a和33a流向外部。
由圖5可見，現有技術防爆機構具有相當複雜的結構並且定位在電池內部。防爆機構所需的空間犧牲了發電元件的容量。
一旦防爆機構起作用使密封件29的薄壁部分34斷裂，電解質就會經斷裂部分的開口洩漏出去。開口不封閉而洩漏繼續下去。在氣體釋放之後，甚至連可充電電池也不再能用。
在超過60℃的高溫環境內，密封件的薄壁部分就拉伸而不破裂。因此防爆機構不再起作用並且可能導致電池爆炸。
本發明的主要目標是提供一種具有不犧牲發電元件空間而能增加發電元件總容量的防爆機構的圓柱形電池。
本發明的另一個目標是提供一種可以連續使用的圓柱形電池，它在防爆機構起作用釋放完電池內部氣體之後使電池內部與外部屏蔽。
發明內容
本發明的主要目標由圓柱形電池實現，該電池包括容納發電元件的電池外殼；密封電池外殼開口的密封件；以及設置在電池外殼開口附近並且底面向電池外殼彎曲的圓形槽，其中槽的底面具有至少一個由密封件密封的氣體流出孔。
本發明的主要目標和另一目標由圓柱形電池實現，該電池包括容納發電元件的電池外殼；密封電池外殼開口的密封件；以及設置在電池外殼開口附近並且底面向電池外殼彎曲的圓形槽，其中槽的底面具有至少一個由槽內彈性環密封的氣體流出孔。
雖然在所附權利要求中限定了本發明的新特徵，但是通過以下結合附圖對本發明的描述將進一步理解本發明。
附圖簡述
圖1為本發明一實例中鹼性電池的省略前視圖。
圖2示出了製造圖1所示鹼性電池的前半部分過程。
圖3示出了製造圖1所示鹼性電池的後半部分過程。
圖4為本發明另一實例中另一鹼性電池的省略前視圖。
圖5為現有技術鹼性電池主要部件的剖面圖。
實施發明的較佳方式本發明的圓柱形電池包括設置在容納發電元件的電池外殼的開口附近並且具有向電池外殼內彎曲的底面的圓形槽，其中槽的底面具有至少一個由密封件密封的氣體流出孔。當電池外殼內壓增加或者超過一異常高水平時，氣體壓迫密封元件並且經氣體流出孔流向外部。
按照本發明的一個較佳模式，密封件為熱熔粘合劑。比較好的是密封件為延伸入槽內的環形。
按照本發明的另一較佳模式，密封件為設置在槽內密封氣體流出孔的彈性環。
比較好的是彈性環具有基本圓形的橫剖面並且固定在槽內部。彈性環通過下壓並且使電池外殼開口端向電池外殼底面變形以收窄槽的開口周邊固定在槽內部。這種布局增強了彈性環密封氣體流出孔的效果並且由此改進了防洩漏能力。
在彈性環與槽接觸的面上塗覆密封劑層進一步改進了防洩漏能力。在電池外殼內氣體流出孔周邊部分塗覆防水劑進一步改進了防洩漏能力。
用於密封元件的比較好的熱熔粘合劑實例是帶不飽和酸的聚乙烯連結聚合物或者乙烯基醋酸共聚物，例如丙烯酸、聚丙烯酸、順丁烯二酸。
用於密封件的彈性材料的典型實例包括諸如矽酮橡膠、氟橡膠、腈橡膠之類的硫化橡膠和諸如苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酯-多醚共聚物以及聚丙烯的部分交聯混合物之類的熱塑人造橡膠以及乙烯-丙烯橡膠。
密封劑的例子包括瀝青、液體矽橡膠和氯噻聚丙烯。防水劑的例子包括矽酮油脂和液體矽酮橡膠。
本發明還針對製造圓柱形電池的方法，它包括以下步驟使熔融的熱熔粘合劑從電池外殼圓形槽內的噴霧噴嘴噴出和固化以封閉圓形槽的氣體流出孔。為了形成熱熔粘合劑的環形密封件，當電池外殼旋轉時在槽內噴出熱熔粘合劑。當熱塑人造橡膠用於密封件時，將模具放置為包圍電池外殼的槽並且將熱塑人造橡膠注模以形成延伸入電池外殼槽內的環形的密封件。
本發明進一步指向另一製造圓柱形電池的方法，它包括以下步驟在電池外殼開口附近提供氣體流出孔；在電池外殼側面形成通道以提供底面具有氣體流出孔的圓形槽；將密封件附著在電池外殼開口上並且填滿電池外殼開口端部以密封開口；使彈性環在槽內定形以密封氣體流出孔；以及壓迫電池外殼開口端部使其變形而使槽的開口周邊收窄。
根據本發明一較佳模式，該方法進一步包括在將密封件附著在電池外殼開口之前將防水劑塗覆在電池外殼內部氣體流出孔周邊部分的步驟。
比較好的是，在彈性環定形在槽內之前在槽內塗覆密封劑。
以下藉助附圖詳細描述本發明的實例。附圖僅僅示出了電池的示意性結構，並不精確代表各元件的相對尺寸和位置。
實例1本實例描述了具有重定形防爆機構的電池。
圖1示出了本實例鹼性電池的結構。電池外殼1由鍍鎳不鏽鋼組成並且起陰極端的作用。電池外殼1內容納主要包括二氧化錳和石墨的陰極混合物2、分隔件3和包括鋅粉末、鹼性電解液與凝膠劑的膠凝陽極4。
具有向電池外殼1內彎的底面的圓形槽5形成於電池外殼1上開口附近。槽5的底面具有一個或少量氣體流出孔6。彈性環7在槽5內定形以密封氣體流出孔6。如果是AAA尺寸的鹼性乾電池，比較好的是形成2-4個直徑在0.1-0.5mm範圍內的氣體流出孔6。
密封電池外殼1開口的合成樹脂密封件9包括支撐一端插入膠凝陽極4的陽極收集器8的中心管狀部件10、支撐陽極端板13的厚壁圓形部件11以及當電池外殼1的開口端防漏時加固陽極端板13周邊部分的L形外部管狀部件12。
以下藉助圖2和3描述製造該電池的示意性過程。
該方法首先在圓柱形電池外殼1的上開口附近形成氣體流出孔6，它由預定材料構成(圖2(a))。隨後該方法將陰極混合物的模塑圓柱形空心片插入電池外殼1，將圓柱形空心片壓入電池外殼1，並且在電池外殼1的外側面上特定部分形成通道，它包括氣體流出孔(圖2(b))。該方法隨後將分隔件3固定在形成槽5的電池外殼1內以使氣體流出孔6在底面上，並且將膠凝鋅陽極4注入形成於分隔件3內部的凹口內。此時，防水劑塗覆在電池外殼1內部氣體流出孔開口周邊上。為了方便開槽，比較好的是如圖1和4所示形成的氣體流出孔略微偏離槽5的中心。
該方法隨後將帶有陽極收集器8和陽極端板13的密封件—收集器組件14放入電池外殼(圖2(c))。當槽5由嵌入電池外殼1的槽5的卡盤固定時，電池外殼1在預先防漏的裝置中定形。該方法使電池外殼1的開口端防漏，從而使覆蓋在陽極端板13周邊部分的密封件9的外部管狀部件12的特定部分形成在通過槽5形成在電池外殼1內部的臺階和電池外殼1的防漏開口端之間(圖2(d))。此時，密封劑塗覆在槽5內。密封劑無需塗覆在整個槽內。塗覆可以僅僅限定在氣體流出孔附近。
該方法隨後將彈性環放置在夾具15上，它任意地調整直徑(圖3(e))，並且使彈性環在電池外殼1的槽5內定形(圖3(f))。該方法隨後將組裝電池放置在密封裝置內(圖3(g))。密封裝置包括安裝電池的工作檯16、電池上半部分插入其中的衝模17以及在衝模17內向下運動以壓迫電池外殼1開口端的壓迫件18。當電池外殼1的外表面由衝模17固定時，電池外殼1的開口端由壓迫件18下壓。電池外殼1的槽5的開口周邊隨後如圖1所示變形，從而使彈性環7被壓縮和固定在槽5內。該方法隨後調整如彈性環構造的閥門的開閥壓力以密封氣體流出孔，並且將電池的總高度調整至預定尺寸。
該實例的圓柱形電池具有通過彈性環在槽內的定形構造的可逆安全閥門，它形成於電池外殼開口附近的電池外殼外面並且具有氣體流出孔。在安全閥門隨電池內部壓力增大而起作用從而釋放氣體時，氣體流出孔再次由彈性環密封。即在安全閥門起作用之後沒有液體經氣體流出孔洩漏。安全閥門形成於電池外面上，從而減少電池密封開口內所需的空間並且使電池能夠具有與現有技術的防爆機構相比較高的容量。例如將本發明的布局應用於AAA尺寸的鹼性乾電池將容量提高了5％。
實例2本實例描述了帶非重定形防爆機構的電池。
圖4示出了該實例鹼性電池的結構。在圖中，與圖1相同的單元用相同的標號表示。在本實例的結構中，在槽5底面形成一個氣體流出孔6並且由密封單元7』(由熱熔粘合劑組成)密封。外殼標籤19由熱收縮樹脂組成並且具有商標印記、電池等級等。
在該實例中，密封件7』為環形。環形密封件7』通過在電池外殼1在圖3(e)步驟中旋轉的同時將熔融的熱熔粘合劑從注入器注入槽5內。
密封件7』也可以不是環形而是簡單地卡在氣體流出孔6的周邊部分，從而密封氣體流出孔。在這種情況下，由於擔心密封件剝離，所以比較好的是確保粘合劑與電池外殼1有足夠的面積。當密封件7』卡在槽5上以僅僅覆蓋氣體流出孔6附近時，在槽5底部與無密封件7』的特定部分內的外殼標籤19之間有一間隔。當例如由作為以電池電力驅動的裝置端構造的彈簧端部將外力施加在外殼標籤特定部分上時，外殼標籤可能撕裂或弄皺。環形密封元件不會引起這種問題。
上述實施例涉及鹼性電池，但是本發明的原理也可應用於其他圓柱形電池，例如鋰電池。特殊的優點是本發明應用於具有由槽限定的臺階部分的結構，它形成於電池外殼開口附近以支撐密封件。本發明的原理比較好的是應用於鋰電池，其中內壓可能由於異常電流負載或異常加熱下異常放電或化學反應而異常增大。
工業實用性如上所述，本發明提供了具有不犧牲發電元件空間而能增加其總容量的防爆機構的圓柱形電池。
對密封件應用彈性環給出的圓柱形電池有效防止了防爆機構作用之後電解質的洩漏。
權利要求
1.一種圓柱形電池，其特徵在於包括容納發電元件的電池外殼；密封電池外殼開口的密封件；以及設置在電池外殼開口附近並且底面向電池外殼彎曲的圓形槽，其中槽的底面具有至少一個由密封件密封的氣體流出孔。
2.如權利要求1所述的圓柱形電池，其特徵在於所述密封件為熱熔粘合劑。
3.如權利要求1所述的圓柱形電池，其特徵在於所述密封件為環形延伸入所述槽內的環形。
4.如權利要求3所述的圓柱形電池，其特徵在於所述密封件為密封氣體流出孔的彈性環。
5.如權利要求4所述的圓柱形電池，其特徵在於所述彈性環具有基本上圓形的橫截面並且固定在所述槽內部。
6.如權利要求4所述的圓柱形電池，其特徵在於密封劑層塗覆在與所述槽接觸的所述彈性環的面上。
7.如權利要求4所述的圓柱形電池，其特徵在於在所述電池外殼內部的氣體流出孔周邊部分塗覆防水劑。
8.一種製造圓柱形電池的方法，其特徵在於包括以下步驟在電池外殼開口附近形成圓形槽，所述圓形槽的底面向所述電池外殼彎曲並且具有至少一個氣體流出孔；將熔化的熱熔粘合劑塗覆在所述槽內部以提供密封所述氣體流出孔的密封件。
9.一種製造圓柱形電池的方法，其特徵在於包括以下步驟在電池外殼開口附近形成圓形槽，所述圓形槽的底面向所述電池外殼彎曲並且具有至少一個氣體流出孔；將模具放置為包圍電池外殼的槽；以及將熱塑人造橡膠注模以形成延伸入電池外殼槽內並密封所述氣體流出孔的環形密封件。
10.一種製造圓柱形電池的方法，其特徵在於包括以下步驟在電池外殼開口附近形成圓形槽，所述圓形槽的底面向所述電池外殼彎曲並且具有至少一個氣體流出孔；使彈性環在槽內定形以密封所述氣體流出孔；以及向所述電池外殼底面下壓電池外殼埠開部從而使所述彈性環固定在所述槽內。
11.一種製造圓柱形電池的方法，其特徵在於包括以下步驟在電池外殼開口附近提供至少一個氣體流出孔；在所述電池外殼側面形成通道以提供底面有氣體流出孔的圓形槽；將密封件附接在所述電池外殼開口並且使所述電池外殼開口端防漏以密封開口；使彈性環在槽內定形以密封所述氣體流出孔；以及壓迫電池外殼開口部從而使其變形而使槽的開口周邊收窄。
全文摘要
一種高容量圓柱形電池,其中當電池內壓異常增加時起洩漏氣體作用的防爆機構不犧牲發電元件的空間而增加了發電元件的總容量。圓柱形電池具有形成於電池外殼(1)開口附近的容納發電元件的圓形槽(5),圓形槽的底面向電池外殼彎曲並且有至少一個由密封件(7)密封的氣體流出孔(6)。密封件為在槽內定形的彈性環並且密封氣體流出孔。這種布局使得氣體流出孔即使在防爆機構起作用後也能被密封,從而確保電池的連續使用。
文檔編號H01M10/04GK1349667SQ00806936
公開日2002年5月15日 申請日期2000年3月29日 優先權日1999年4月30日
發明者小路安彥, 久保勳, 山本賢爾, 元谷祐司 申請人:松下電器產業株式會社