鹼性電池的高壓密封裝置的製作方法

2023-12-12 23:02:27

專利名稱：鹼性電池的高壓密封裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適於封閉電化電池殼開口端的密封裝置，更具體地說，本發明涉及用於能產生高內壓的圓柱形鹼性電池，例如具有含有少量汞或不含汞的鋅陽極的電池的密封裝置。
一些圓柱形鹼性電池的密封是通過將一個密封裝置(例如美國專利4，670，362所圖示和描述的)置於恰恰低於電池殼上開口端所形成的沿口上，使殼體上開口端向內卷邊，位於密封裝置外周邊上面，將其壓靠在沿口上。
將一個密封裝置徑向卷邊定位是與上述的沿口卷邊方法不同的另一方案，它通常產生一個更緊的密封，在這個卷邊方法中，在開口端的電池殼壁的一部分被擴張了。一個密封件緊密地裝在擴張的開口中，密封件包括一個金屬圓盤，它裝在一個塑料密封圈的環形外壁內。使擴張的殼體部分恢復至其原始的尺寸，藉此，一個徑向力使金屬圓盤咬入密封圈壁，美國專利3，069，489公開了一種類似於上述裝置的徑向卷邊密封裝置。該專利描述了其塑料密封圈必須由一種具有好的冷流特性的材料製成，以致在規定時間之外塑料材料由於壓力而流出密封區的量能減至最少，該專利描述了其密封裝置能保持其完整性超過幾個月。然而，今天鹼性電池必須保持其嚴密的密封多達五年。於是，徑向卷邊密封裝置帶來的一個問題是即使用了具有好的低流動性的材料，經過一個長時間之後，仍有一些流動發生，使密封的有效性降低了。
大多數鹼性電池也具有一個用於在予定壓力下打開的排氣口。如果排氣口不能打開，也有一些高於排氣口壓力的壓力，能使密封裝置從電池殼體中移位出來，這被稱之為「反卷邊壓力」，大多數電池被設計成使反卷邊壓力足夠地大於排氣口壓力，以確保排氣口最先打開。在有低的汞含量的電池中，能遇到比在當前的商業電池中高的多的內壓。於是，對於低汞含量電池的設計不僅要有一個能用於高內壓的排氣口，而且要有能維持一個甚至更高壓力的卷邊設計。
本發明的一個目的是提供一種用於徑向卷邊電池的可靠的密封裝置，它甚至能在溫度升降之後而維持一個高的內壓。
在一個推薦實施例中，將密封裝置予組裝，提供一個在組裝電池時能作為一個單個元件裝卸的整體部件。一個整體密封裝置具有許多尚未提及的優點。例如，在該元件卷邊定位後，不需加附加的加工步驟，於是，一旦形成了密封，就不會使其受到破壞。另一個優點是能在集電器和凸臺之間得到一個更好的密封。根據本發明，能在集電器和凸臺之間形成密封而不會使任何電解液被封閉在其之間，而這一問題當一個釘子型集電器插入一個密封定位的塑料密封圈時是可能發生的。任何以上述方式被封閉的電解液加強了來自電池內的電解液的毛細作用而導致洩漏。
下面參照附圖對本發明的其他目的和特徵作更充分的描述，其中

圖1是電池殼體的側視圖;
圖2是根據本發明的整體密封裝置的剖視圖;
圖3是根據本發明的金屬支承件的頂視圖;
圖3A是圖2中所示金屬支承件沿A-A線的剖視圖;
圖3B是圖3A的剖面圖的放大部分;
圖4是塑料密封圈的頂視圖;
圖4A是圖4所示塑料密封圈沿A-A線的剖視圖;
圖4B是圖4A包含在圓圈部分的剖面部分的放大視圖;
圖4C是穿過具有相鄰於凸臺的排氣膜片的塑料密封圈的一個實施例的中間部分的剖視圖;
圖5是鉚釘型集電器的剖視圖;
圖6是通過具有釘子型集電器的整體密封裝置中間部分的剖視圖;
圖7是一個輸出端件的頂視圖;
圖7A是圖7中輸出端件沿A-A線的剖視圖;
圖8是按本發明製造的電化電池的剖視圖;
圖9是顯示了另一實施例的密封裝置組件的剖視圖。
現在參見圖1，圓柱電池殼10具有一圓柱形壁12，它有一封閉端14和一位於其上部開口端16的擴張(或臺階)部分18。對於「AA」型電池來說，擴張部分18的直徑比主殼體直徑大約大0.02英寸。對於比「AA」更大的電池型號，例如「C」或「D」型電池，其擴張部分比主殼體直徑大約大0.03英吋，對於更大的電池型號，例如「C」和「D」型電池，殼體10的壁厚最好是大約0.012英吋，而對於更小的電池型號，例如「AA」和「AAA」型電池，壁厚最好是大約0.01英吋，殼體10能用適當的材料製造，例如冷軋鋼，不鏽鋼，和鍍鎳冷軋鋼。擴張部分18的高度應足夠，以致上端22能被彎折處於密封件周邊之上。
示於圖2～8中的本發明的實施例是用於更大的電池型號，例如「C」或「D」型電池的較小電池型號，例如「AA」和更小的型號，只要求稍作變化，如下面參照圖9所描述的。現在參照圖2，整體密封裝置組件24包括一個塑料密封圈30和一個金屬支承件40，它們通過一個鉚釘型集電器50被緊緊地固定在一起;和一個或者直接的，或者如圖所示通過與金屬支承件40直接接觸而間接與集電器50作電氣接觸的負極端蓋60，通過使密封圈30的上外壁39向內彎折處於端蓋60周邊之上而將端蓋60固定在組件中。
現在參見圖3和圖3A，金屬支承件40包括一個中間圓盤部分41，它具有一在其中央形成的圓形凹下部分42和一個在中間定位的孔43，凹下部分42直徑不大於圓盤部分直徑的一半，凹下部分42用於加強金屬支承件40，特別是在徑向卷邊時防止中間圓盤部分41向外偏斜。
在一個推薦實施例中，一個向外延伸的環狀U形槽45與中央圓盤部分41的外緣相連。槽45起一個彈簧的作用，當形成一個徑向的卷邊時，能使其部分地壓縮。於是，當組裝好的電池經受熱變化時，槽45能進一步擴張或壓縮，藉此，在所有時間裡保持一個朝外的密封壓力。「U」形槽45由一內壁46和一外壁47構成。
一個徑向突緣48從外壁47上部向外延伸。在一個卷了邊的電池中，由密封圈30的擠壓在徑向突緣48和殼體10部分18之間的部分而產生一個密封。最好突緣48的直徑小於卷邊電池的內徑，以致於支承件不會切入密封圈30的插入部分。
如圖3B所示，「U」形槽45有一個實際半徑「b」，如果「U」形槽比圖示的更窄和更深，它將更容易產生永久變形，形成於腿部46和中央圓盤部分41之間的角度「a」最好在大約100°至115°之間，當施加一個朝內的徑向壓力時，這樣的角度允許裙部44和槽內壁46向內運動，並有助於防止卷邊時中央圓盤部分41向上彎曲。使槽45的深度保持在金屬支承件40高度的大約一半有助於裙部44的向內運動。然而，槽的其他形狀，和裙部與圓盤部分之間的其他角度也在本發明的範圍之中，它們能提供類似的密封特性。
在一個推薦實施例中，金屬支承件40由厚度大約為0.02英吋的鍍鎳冷軋鋼製造，其他合適的材料包括冷軋鋼，熱軋鋼，不鏽鋼，鋼合金和銅鈹合金，金屬支承件40最好具有一個裝置，例如孔49，用於當電池排氣時釋放逸出的氣體(下面要進一步討論)。
現在參見圖4和4A，說明密封圈30的細節。圖4A顯示了圖4中圓形塑料密封圈30沿A-A線的剖視圖，密封圈30包括一個中央圓盤形部分31和在圓盤部分31中央的一個軸向延伸凸臺32，凸臺32有一穿過該處的軸向孔25。具有一個倒角26便於一個集電器穿過孔25插入，一個「U」形環槽33與圓盤部分31相連，槽33包括一內壁34，一外壁35和一底壁35，由此使內壁34上邊緣與中央圓盤部分31的周邊相連。槽33的特定形狀要依據金屬支承件40的槽45的形狀而定，因為在組裝的密封裝置(看圖2)中，槽45要裝配在槽33中。
一個朝外的臺肩28與槽33外壁35的上邊緣相連，一個向上延伸的周壁37與臺肩28的最外部分相連。周壁37包括一個上部39和一下部38。臺肩28的外徑接近等於，或略小於殼體10的臺階20的內徑。於是，在徑向卷邊之前或之後，臺肩28與殼體10的臺階20的接合都支承這個組件，下壁部分38的內徑接近等於，或略大於金屬支承件40的外徑。
因為密封圈30不需要具有象先有技術的電池頂部那樣提供機械強度的厚度，所以具有暴露於電池內部的表面的密封圈30的不同部分可以製得較薄，以致於可以穿過密封圈部分產生一個可觀的氫滲透量。根據本發明，密封圈30可用於從電池內部進行氫滲透的部分是中央圓盤部分31和槽33的壁34，35和底36，所以，希望密封圈的這些部分足夠地薄，以致能加強氫的滲透。於是，可用於滲透的實際表面區域大於密封圈的表觀的表面區域，在一個實施例中，部分34，35和36的厚度是大約0.02英吋，在另一實施例中，環形圓盤是大約0.015英吋厚，而其他部分是0.02英吋厚，後一實施例比具有0.02英吋厚的圓盤31的前一實施例允許甚至更大的氫滲透量通過環形圓盤31。在所有區域的厚度下限是大約0.01英吋，因為低於此限將難於模塑部件，並難於控制排氣壓力。上限由理想的氫氣滲透性所確定，但仍具有合理的氫滲透性的實際的上限是大約0.03英吋。
下壁部分38的厚度大於支承件40直徑和殼體10內徑之差的一半。於是，當密封裝置24被徑向卷邊定位時，徑向突緣48可咬入壁部38。在卷邊形成時，在這個區域的塑料變形最好在塑料的彈性極限之中。突緣48最好不壓縮壁部38多於其原始厚度的50%，更好地是不多於25%。壁38被壓縮的程度依據所用塑料的類型，壁38的厚厚，和金屬支承件40直徑與殼體10內徑之差。然而，一旦塑料材料被選定了，確定其他兩項的最佳值屬於技工的技術範圍，以使塑料保持在其彈性極限之中，具有壓縮性能使其保持在彈性極限中，同時又足夠地硬能使彈簧裝置45處於壓縮下的材料包括尼龍，尼龍混合物，聚碸，加填料聚丙烯，及其混合物。
這裡使用的術語「尼龍」包括若干尼龍系列中的各種材料，不同的尼龍通常的特徵在於用於製備聚合體的二胺和二酸中的碳鏈的長度，尼龍6-6是通過六亞甲基二胺(6個碳原子)與己二酸(6個碳原子)的反應製備的，尼龍6-12是由與尼龍6-6同樣的二胺，但代之與具有12個碳原子的十二雙酸反應而製備的。尼龍12-12由各具有12個碳原子的十二亞甲基二胺和十二雙酸製備的。已知尼龍要吸收水份，塑料密封圈在成形後最好充分地增加水份，這通常是通過煮沸來完成。尼龍可以與各種聚合體混合，其非限定的例子是其他的尼龍，聚乙烯，聚丙烯，ABS和聚碸。
從強度的觀點來看上述所有材料都是有用的，同時，已經發現，這些材料中的某些具有更高的氫滲透性，尼龍6-6具有最差的氫滲透性，為大約1cm3H2(
STP)·cm/S·cm2·cm·Hg。在低汞含量的電池中，最好採用具有至少3倍於此透氣性的材料。具有至少3倍於尼龍6-6氫滲透性的塑料包括尼龍6-6/ABS混合物，尼龍6-12，包括尼龍6-12，尼龍12-12的混合物，包括尼龍12-12的混合物，加礦物填料聚丙烯及其混合物，聚碸及其混合物，下面的表中列出了一些推薦的材料及其氫滲透性。除非另有說明，含尼龍材料都充分地吸收水份，滲透性的單位是cm3H2(
STP)·cm/s·cm2·cmHg。
材料 滲透性尼龍6-6/ABS(50/50) 6.1尼龍6-12 4.4尼龍6-12(幹) 5.5尼龍12-12 3.220%talc充填聚丙烯 14.5尼龍6-12/12-12(50/50) 4.4即使當採用了具有高氫滲透性的塑料來模塑密封圈30的時候，它也仍然需要包括一個排氣裝置，藉此，使過大的壓力能被更快地釋放。現在參看圖4，4A和4B，其顯示了一個環形排氣部分70，圖中顯示了排氣部分70與環形圓盤31的相鄰部分相比的減少的厚度，它是通過在中央圓盤31的頂面和底面形成有相重疊的環槽而實現的。每個槽的深度小於中央圓盤31厚度的一半，由此，在槽之間保留一個薄的膜片。已經發現，以這種方式形成的排氣膜片比相同厚度的但由僅在一側的槽形成的膜片更為可靠。與開在環形圓盤31的或底部或頂部的槽相比，其結構能在一個更低的內壓下排氣，所以其設計是更好的。
圖4A和4B顯示了中央圓盤31外緣上的環形排氣部分70的最優位置，當排氣部分70被裂時，環形圓盤31與槽33的內壁34脫離，圓盤31能在鉸接於凸臺32的同時向上和向內彎曲，圖4C顯示了另一個實施例，其中，排氣部分71直接鄰接於凸臺32，在該實施例中，當施加了一個內壓時，位於排氣膜片一側的凸臺32在膜片上產生了一個剪應力，與定位於圓盤部分31周邊的膜片相比，這能引起膜片在更低的內壓時破裂。按圖示定位的環形排氣部分71的一個潛在問題是當排氣部分破裂時，存在一個與內槽壁34相連的中央圓盤31的外部，它能向上和向外彎曲，這能引起圓盤31的彎曲部分堵住金屬支承件40上作為排氣通路的孔49。所以，孔49可能必須重新定位以防止這種情況發生。
密封圈30在臺肩28區域的厚度最好大於密封圈的其他部分的厚度，使在那裡提供附加的材料，當徑向卷邊時在剪應力施加於臺肩28的位置使破裂減至最低程度，於是，希望臺肩28的厚度是大約0.03英吋，然而，臺肩28與槽33的壁具有同樣的厚度也屬於本發明的範圍之中，後一個實施例保持了如同具有加厚臺肩部分28的實施例的所有密封和排氣性能。上外壁39厚度最好為下外壁38厚度的大約一半，以致於它能被更容易地熱成形，向內位於負端蓋60的周邊上，藉此使負端蓋固定在位，直至徑向卷邊被形成(下面進一步討論)。
圖4A顯示了一個與下槽壁36連接的向下懸垂的裙部27，裙部27不用於電池的密封，而是用於容納電池隔板的上邊緣(看圖8)，隔板通常為一圓柱體，而圓柱體的上端裝配在裙部27內周邊之中，裙部也可有其他的設計，均包括在這裡描述的密封裝置之中。
通過鉚釘50(圖2)將金屬支承件40和密封圈30牢固地固定在一起。圖5顯示了用於本發明的鉚釘的一個實施例的側視圖，鉚釘50包括一個上體52，一個突緣53和一個在上體52端部的凹槽54，上體52的直徑大致相等於，或略大於凸臺32的軸向孔25的內徑，以致能產生一個緊配合，將上體52從密封圈30的底面穿過凸臺32的軸向孔25插入，直至突緣53接觸凸臺32的底面，上體52的上端延伸至凸臺32的頂部之上，金屬支承件40裝配在密封圈30的內側，以致上體52的上端穿過支承件40的孔43伸出，利用上體52上的凹槽54形成一個鉚釘頭(圖2中的55)而使組裝完成。圖2顯示了一個完成的組件，鉚釘頭55最好不突出於金屬支承件40的中央圓盤41的上表面之上。
因為鉚釘50在負極和電池內部的正極之間有電氣饋通，一個集電器也連接於鉚釘50，圖5示出了一個集電器的實施例，下鉚釘體51從突緣53向下延伸，下體51的長度應使在一個組裝的電池中它伸入電池(例如一個初級鹼性電池)的中央定位的正極。
一旦將密封圈30和金屬支承件40鉚接在一起，在突緣53和凸臺32之間就產生了一個防洩漏的密封，這就防止了電解液通過密封裝置而洩漏。在這個壓力密封是完全足夠的同時，也可以使這個區域包含一種密封膠材料，於是，在鉚釘50通過密封圈30插入之前，將密封膠材料塗在突緣53上，於是，當將鉚釘插入和形成鉚釘頭時，一個密封膠材料塗層處於突緣53和凸臺31之間，並且密封膠充滿塑料密封圈30的倒角26，合適的密封膠的非限定的例子包括聚醯胺和瀝青。
因為鉚釘50與正極和電解液直接接觸，所以，它必須由與電解液和正極可化學相容的材料製造，當正極是鋅，和電解液是KOH電解液時，黃銅是最佳的材料，其他的合適材料包括鎳-銀，矽-青銅，和銅。
不同於剛剛描述的鉚釘型集電器的是另一種普通釘子型集電器，圖6顯示了通過一個密封裝置中部的截面，其中，使用了一個釘子型集電器55將金屬支承件40和塑料密封圈30固定在一起，在該實施例中，凸臺32和金屬支承件40上的孔(集電器55從中穿過)的尺寸應與釘子體能產生一個緊的壓配合，藉此形成一個密封，另外，在釘子插入之前，可將適量的密封膠塗在凸臺32的上端。於是，當釘子插入時，能將密封膠向下引導至釘子和凸臺之間，藉此，能有效地堵塞任何洩漏通道。
現在參見圖7和7A，圖中顯示了一個金屬圓形電極端件60，它是電池的外部負電觸點，端件60的外徑小於金屬支承件40的外徑，於是，當密封裝置24被卷邊到位，並且金屬支承件40的直徑縮小時，基本上沒有徑向力施加在端件60上。
端件60包括一個中央平臺部分61，和一個與其相連的環狀「U」形槽63，平臺部分61可以有一環槽62，環槽62有一直徑，使其能如圖2所示嵌套在金屬支承件40的中央凹部42的內側，這種布置用於組裝時在將塑料密封圈上壁39向內熱成形使端件60固定在位之前，使端件60定位在金屬支承件40上，環槽63包括一內壁67，一外壁64和底壁65。內壁67與平臺部分61周邊相連，底壁65有一組孔66，用於連通排出氣體的通路，孔66也可位於內壁67上。
槽內壁63的高度應使當平臺部分61置於金屬支承件40中央圓盤部分41之上時，底壁65的下表面不與金屬支承件40的突緣48接觸，這種布置可從圖2看出，其間隔的目的是當密封裝置徑向卷邊時，能防止徑向突緣48有任何向上的力施加在端件60上，當進行徑向卷邊時，徑向突緣48的外緣被稍微地向內和向上彎曲，對於圖2所示的密封來說，其間隔的距離是大約0.01英吋，最好使間隔的距離保持最小，以使當形成徑向卷邊時，徑向突緣48剛剛能接觸槽底壁65，如圖8所示。
如圖2所示，端件60與金屬支承件40有機械的和電氣的接觸，平臺61的外部與金屬支承件40中央圓盤部分41的外部接觸，能夠通過或將部件焊接在一起，或在表面之間放入導電滑脂，導電環氧樹脂或類似材料而進一步保證所述區域的接觸，一個具有稍微不同的導電通路的實施例是在金屬支承件40的中央下凹部42放入適量的導電環氧樹脂或類似材料，而使其復蓋集電器50的頭部，環氧樹脂形成了與端件60中央部的接觸。於是，可以有各種的布置使端件60與金屬支承件40形成電的連接，這都在本發明的範圍之中。
為了美觀的目的，端件60最好由有光亮表面的金屬製造，例如鍍鎳冷軋鋼，其中，成形的元件可以在成形前或成形後鍍鎳。
一旦端件60定位於金屬支承件40上，就可以使密封圈30的上邊緣39向內熱成形並位於外壁64之上，而完成一個整體的密封裝置，如圖2所示，可以使用普通的用於塑料熱成形的工具進行熱成形的步驟。
現在參照圖8，該圖顯示了根據本發明的具有徑向卷邊定位的密封裝置的電化電池的剖面圖，電化電池80具有一個圓柱形殼體10，和裝在其中的一個正極82，一個負極84和在所述正、負極之間的一個隔板85，通過徑向地卷邊而進入電池上端的是一個例如圖2中所示的整體的密封裝置。
電池殼10有一形成於其上端的凹槽86，凹槽86是由臺階20(圖1)在徑向向內卷邊後所形成的，可作為一個支承，藉此防止密封裝置向下運動。電池殼10還包括一個與凹槽86相連的向上延伸的壁部88，這個部分是電池80的密封區域，相鄰於壁部88內表面的是被壓在壁部88與金屬支承件40的徑向突緣48之間的密封圈30的下外壁38的部分。根據本發明，彈簧裝置45(圖3A)是處於其彈性極限之中的部分壓縮下。
從圖2和圖8所示的金屬支承件的比較中可以看出，在一個已卷邊的電池中，支承件40的直徑已減小了，徑向突緣48的外緣朝著端件60稍微向上運動，突緣48的內部向下彎曲，使槽45的最低部分被向下推，同時，裙部44和內槽壁46被向內推，並且壁46和47被相互相對地壓縮，槽45的向下運動和裙部44以及壁46的向內運動的相互作用能防止支承件40的中間部分呈球形隆起，否則這種情況將發生，使這些運動放鬆的傾向通過突緣48在密封圈壁38上施加。一個朝向外的壓力。
將電池殼10的最上部90向內翻轉，處於密封圈30向內成形的上壁39之上，重要的是形成於壁部88和上部90之間的角度要少於90°，並且最好少於60°，在使密封裝置固定在位時，這樣的角度能給予一個很高的強度，由此，要使電池卷邊脫開則需要很高的內壓。另外，上殼體部分90的摺疊將端件60向下壓靠在金屬支承件40上，以在其之間確保一個良好的電接觸。
如圖8所示，端件60的上表面從殼體10的沿口92凹進，因為端件60是電池80的負電觸點，所以這種布置能防止使用者將電池在一個向後的位置與另一電池形成電的連接，希望能防止這樣的情況發生，因為其他的電池或電池組能迫使電流通過這個朝後的電池而使這個顛倒的電池洩放，通常，使端件的上表面從沿口92凹進0.002～0.004英吋就足以達到所希望的效果。
根據本發明製造的電池具有在1600psi範圍內的脫開卷邊的壓力，排氣壓力是在600psi範圍內，而用於類似尺寸電池排氣的普通的圓排氣口壓力是大約400psi。於是，本發明更適用於涉及在其正極有少量或沒有汞的鹼性電池的更高的內壓。
對具有本發明的密封裝置的在正極有0%汞的徑向卷邊鹼性電池進行的大範圍的洩漏試驗已經顯示密封沒有洩漏，試驗電池經受了各種環境試驗，對於未排放的電池已進行了熱衝擊試驗，沒有發現洩漏。相反，63%的具有普通的沿口卷邊和在正極有1.5%汞的電池有洩漏的跡象。所以，如果用正極不含汞的沿口電池，予計甚至會有更大的洩漏。
根據本發明製造的有0%汞的未排放電池也經受了有溫度循環的溫度和溼度試驗。在4個延長的蓄電期結束時，對電池進行定期的洩漏檢查，沒有一個電池有任何洩漏的跡象，相反，37%的有沿口卷邊和正極含1.5%汞的普通電池顯示了洩漏的跡象。
用排放過的電池作了同樣的試驗，已知這種電池在蓄電時能比未排放的電池產生更高的內壓，使根據本發明的並且不含汞的電池排放，直至其原始容量減少了25%。使電池經受熱循環試驗，沒有發現洩漏跡象，與之相比，有1.5%汞含量的排放了的普通電池試驗後有90%有洩漏。
這裡描述的密封裝置很容易與所有圓柱電池型號相配合。然而，對於「AA」型或更小型號的電池的細小的直徑，為了保持其同樣的密封性能，最好有一些小的變化。
現在參見圖9，圖中顯示了適用於「AA」型電池的密封組件100的剖面。組件100包括一個塑料密封圈110，金屬支承件120，和將密封圈110與金屬支承件120固定在一起的集電器130，組件100在金屬支承件120和密封圈110的形狀上不同於圖2所示的整體組件，雖然圖9沒有圖示一個端件，但和圖2所示相同的用於「AA」型電池的直徑減小了尺寸的端件60是適用的。
金屬支承件120包括一臺階122，它連接在向下懸垂的裙部124和「U」形環槽125的內壁126之間，臺階122在裙部124和槽125之間提供了一個連接而不必改變裙部124和中央圓盤部分127之間的角度。如上所述，該角度最好在100°～115°之間，如果沒有臺階122，要連接內槽壁26，其角度就要增加至大於120°，這樣，金屬支承件的彈簧性能就改變了。臺階122還有第二個作用，就是當電池內壓增加時，用於支承密封圈140的外圓盤部分128。已經發現，在一個給定壓力下，它與外圓盤部分128不被支承的情況相比，排氣的發生更為可靠。為此目的，圖3A所示的用於更大電池的金屬支承件也可以包括有一臺階，然而，包含臺階122也有一個缺點，就是使金屬支承件120的成形更困難。
圖9也顯示了一個塑料密封圈中的與方「U」形槽33(圖4A中所示的)不同的V形槽142。V形槽142比「U」形槽具有更大的表面區域，所以允許更多的氫氣擴散，塑料密封圈中槽的這種或其他形狀之間的選擇只是技術人員選擇的問題，如果氫擴散是重要的，最好用V形槽，但在其他情況下，「U」形槽可能是更好的。
上面的描述僅用於說明和解釋的目的，不能理解為對本發明有任何限制。本領域技術人員可以制出許多變型，均在本發明範圍之中。
權利要求
1.一種用於電化電池殼開口端的絕緣密封裝置，包括一個圓形塑料密封圈，具有一個上表面，一個下表面，一個在其邊緣的向上延伸的周壁，和一個軸向孔，其中所述密封圈的直徑應使其能緊密地配合在電池殼的開口端裡一個金屬支承件，具有一個中央圓盤部分，位於元件周邊的彈簧裝置，一個軸向孔，和位於所述圓盤部分的加強裝置，當所述彈簧處於朝內的徑向施加的壓力下時，所述加強裝置適於阻止支承件中部向上運動；其中，所述金屬支承件裝在所述密封圈周壁之中，並與之同軸。
2.如權利要求1所述的密封裝置，其特徵在於還包括延伸穿過金屬支承件和密封圈的孔的集電器，所述集電器與所述支承件作機械的和電氣的接觸，與密封圈的孔處於密封關係。
3.如權利要求2所述的密封裝置，其特徵在於所述集電器包括一個鉚釘部分，所述鉚釘部分將所述密封圈和金屬支承件固定在一起，所述鉚釘包括一個軸，一個靠近軸一端定位的突緣，和在軸另一端的鉚釘頭，其中，所述突緣與凸臺下表面接合，鉚釘頭成形於靠著金屬支承件的上表面，藉此，將支承件和凸臺在軸向壓在一起，以致在突緣和凸臺之間形成一個防洩漏的密封。
4.如權利要求2所述的密封裝置，其特徵在於還包括一個圓形導電端件，它位於所述支承件與所述密封圈相反的一側，所述端件直徑小於金屬支承件的直徑。並且所述端件與集電器或支承件中央圓盤部分的至少一個相接觸;通過所述密封圈向上延伸周壁的向下折的邊緣而將所述端件壓靠在支承件上，由此提提供一個整體的密封組件，該組件適於作為一個單一元件插入電化電池的開口端。
5.如權利要求1所述的密封裝置，其特徵在於所述支承件還包括一個與中央圓盤部分外邊緣相連的向外並向下懸垂的裙部，所述彈簧裝置並與裙部的下端相連，由此，在施加在支承件外緣的朝內的徑向壓力下，所述裙部向內運動，並且所述彈簧裝置向下運動，其中，當所述壓力釋放時，所述彈簧裝置有一個向上運動的傾向，和所述裙部有一個向外運動的傾向。
6.如權利要求5所述的密封裝置，其特徵在於所述彈簧裝置包括一個具有一內壁和一外壁的U形環槽，其中，所述槽內壁與裙部下端相連，藉此，在朝內的徑向壓力下，所述內、外槽壁相靠近地運動。
7.如權利要求6所述的密封裝置，其特徵在於所述槽的高度大約為支承件高度的一半。
8.如權利要求5所述的密封裝置，其特徵在於所述支承件還包括一個與彈簧裝置相連的徑向突緣，其中，突緣的外緣是支承件的密封部分。
9.如權利要求5所述的密封裝置，其特徵在於所述中央圓盤部分上的加強裝置包括一圓形下凹部，其直徑不大於圓盤部分直徑的一半。
10.如權利要求1所述的密封裝置，其特徵在於所述密封圈包括一個中間定位的在所述圓盤部分上、下延伸的凸臺，其中，所述軸向孔穿過凸臺，還包括在所述圓盤部分上、下表面上的圍繞凸臺的重疊的環狀排氣槽，由此，一個排氣膜片定位於槽之間。
11.如權利要求10所述的密封裝置，其特徵在於所述環形排氣部分定位於圓盤部分的外緣。
12.如權利要求10所述的密封裝置，其特徵在於所述密封圈由包括尼龍6-6，尼龍6-12，尼龍12-12，聚碸，加礦物填料的聚丙烯，以及其混合物在內的一組中選出的塑料製成。
13.如權利要求10所述的密封裝置，其特徵在於所述密封圈由具有至少3cm3H2(
STP)·cm/s·cm2·cmHg的氫滲透性的塑料製成。
14.如權利要求10所述的密封裝置，其特徵在於所述塑料密封圈還包括具有一內壁和一外壁的U形槽，其中，所述內壁與中央圓盤部分相連，中央圓盤部分和槽壁具有大致相同的截面厚度，由此，可用於氫擴散的表面區域大於密封圈的表觀的表面。
15.一種用於電化電池殼開口端的密封裝置，包括一個圓形塑料密封圈，其中，所述密封圈由包括尼龍12-12，具有尼龍12-12的塑料混合物，尼龍6-6和ABS的混合物，以及它們的混合物在內的一組中選出的塑料製成。
16.一種電化電池，包括具有一開口端的圓柱形殼體，一個正極，一個負極，位於所述正，負極之間的隔板，和一個裝在殼體開口端的處於徑向壓力下的密封元件所述密封件包括一個具有一周壁的圓形塑料密封圈，和一個座落在密封圈周壁之中的圓形金屬支承件所述支承件包括一個中央圓盤部分，一個向外徑向延伸的連續的環形突緣，和在所述突緣和圓盤部分周邊之間的彈簧裝置其中，密封圈周壁的下部被壓在所述突緣和殼體之間，所述彈簧處於其彈性極限之中的部分壓縮之下，藉此，所述彈簧可根據溫度的升降而擴張或壓縮，以致能保持對密封圈壁下部的壓力。
17.如權利要求16所述的電池，其特徵在於還包括一個靠著支承件上表面安置的圓形金屬端件所述端件在其周邊有一向上延伸的壁，其中，使殼體開口端的上邊緣向內彎曲，處於端件的壁之上，而使密封圈壁的上部處於它們之間，由此，通過殼體的彎曲而將端件向下壓靠在支承件上，其中，電池殼和殼體向內彎曲的上邊緣之間的角度小於60°。
18.如權利要求16所述的電池，其特徵在於在密封圈中央圓盤部分的中心有一軸向延伸的凸臺，一個軸向孔從其中穿過金屬支承件有一中間定位的孔還包括一個集電器，它具有一個穿過密封圈和支承件的孔的體部，其中，體部的上端與金屬支承件作機械的和電氣的接觸，體的下部與正極作機械的和電氣的接觸。
19.如權利要求17所述的電池，其特徵在於所述端件下凹低於由殼體的彎曲而形成的邊沿。
全文摘要
本發明涉及用於圓柱形鹼性電池的密封裝置，包括一金屬支承件，它有一位於其外緣的環形彈簧，彈簧處於徑向卷邊產生的壓縮下，彈簧適於擴張或收縮，由此在熱交替的期間保持一個密封。還包括一個塑料密封圈，具有一個在很高的壓力下打開的環形排氣部分，由此，所述密封件對於含少量或不含汞而能產生一個高內壓的鹼性電池是特別有用的。
文檔編號H01M2/06GK1053864SQ9010972
公開日1991年8月14日 申請日期1990年12月6日 優先權日1989年12月7日
發明者馬裡安·維塞克, 羅伯特·A·約波羅, 羅伯特·J·貝恩, 伯裡斯·法爾蘇克, 彼特·J·波普, 萬斯·R·施帕德 申請人:杜拉塞爾公司