專利名稱：堿性電池的高壓密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于封閉電化電池殼開(kāi)口端的密封裝置，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于能產(chǎn)生高內(nèi)壓的圓柱形堿性電池，例如具有含有少量汞或不含汞的鋅陽(yáng)極的電池的密封裝置。
一些圓柱形堿性電池的密封是通過(guò)將一個(gè)密封裝置(例如美國(guó)專利4，670，362所圖示和描述的)置于恰恰低于電池殼上開(kāi)口端所形成的沿口上，使殼體上開(kāi)口端向內(nèi)卷邊，位于密封裝置外周邊上面，將其壓靠在沿口上。
將一個(gè)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(chǎn)生一個(gè)更緊的密封，在這個(gè)卷邊方法中，在開(kāi)口端的電池殼壁的一部分被擴(kuò)張了。一個(gè)密封件緊密地裝在擴(kuò)張的開(kāi)口中，密封件包括一個(gè)金屬圓盤(pán)，它裝在一個(gè)塑料密封圈的環(huán)形外壁內(nèi)。使擴(kuò)張的殼體部分恢復(fù)至其原始的尺寸，借此，一個(gè)徑向力使金屬圓盤(pán)咬入密封圈壁，美國(guó)專利3，069，489公開(kāi)了一種類(lèi)似于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制成，以致在規(guī)定時(shí)間之外塑料材料由于壓力而流出密封區(qū)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(guò)幾個(gè)月。然而，今天堿性電池必須保持其嚴(yán)密的密封多達(dá)五年。于是，徑向卷邊密封裝置帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是即使用了具有好的低流動(dòng)性的材料，經(jīng)過(guò)一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間之后，仍有一些流動(dòng)發(fā)生，使密封的有效性降低了。
大多數(shù)堿性電池也具有一個(gè)用于在予定壓力下打開(kāi)的排氣口。如果排氣口不能打開(kāi)，也有一些高于排氣口壓力的壓力，能使密封裝置從電池殼體中移位出來(lái)，這被稱之為“反卷邊壓力”，大多數(shù)電池被設(shè)計(jì)成使反卷邊壓力足夠地大于排氣口壓力，以確保排氣口最先打開(kāi)。在有低的汞含量的電池中，能遇到比在當(dāng)前的商業(yè)電池中高的多的內(nèi)壓。于是，對(duì)于低汞含量電池的設(shè)計(jì)不僅要有一個(gè)能用于高內(nèi)壓的排氣口，而且要有能維持一個(gè)甚至更高壓力的卷邊設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于徑向卷邊電池的可靠的密封裝置，它甚至能在溫度升降之后而維持一個(gè)高的內(nèi)壓。
在一個(gè)推薦實(shí)施例中，將密封裝置予組裝，提供一個(gè)在組裝電池時(shí)能作為一個(gè)單個(gè)元件裝卸的整體部件。一個(gè)整體密封裝置具有許多尚未提及的優(yōu)點(diǎn)。例如，在該元件卷邊定位后，不需加附加的加工步驟，于是，一旦形成了密封，就不會(huì)使其受到破壞。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能在集電器和凸臺(tái)之間得到一個(gè)更好的密封。根據(jù)本發(fā)明，能在集電器和凸臺(tái)之間形成密封而不會(huì)使任何電解液被封閉在其之間，而這一問(wèn)題當(dāng)一個(gè)釘子型集電器插入一個(gè)密封定位的塑料密封圈時(shí)是可能發(fā)生的。任何以上述方式被封閉的電解液加強(qiáng)了來(lái)自電池內(nèi)的電解液的毛細(xì)作用而導(dǎo)致泄漏。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的其他目的和特征作更充分的描述，其中

圖1是電池殼體的側(cè)視圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的整體密封裝置的剖視圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)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(guò)具有相鄰于凸臺(tái)的排氣膜片的塑料密封圈的一個(gè)實(shí)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(guò)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(gè)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(fā)明制造的電化電池的剖視圖;
圖9是顯示了另一實(shí)施例的密封裝置組件的剖視圖。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，圓柱電池殼10具有一圓柱形壁12，它有一封閉端14和一位于其上部開(kāi)口端16的擴(kuò)張(或臺(tái)階)部分18。對(duì)于“AA”型電池來(lái)說(shuō)，擴(kuò)張部分18的直徑比主殼體直徑大約大0.02英寸。對(duì)于比“AA”更大的電池型號(hào)，例如“C”或“D”型電池，其擴(kuò)張部分比主殼體直徑大約大0.03英吋，對(duì)于更大的電池型號(hào)，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(duì)于更小的電池型號(hào)，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(dāng)?shù)牟牧现圃?，例如冷軋鋼，不銹鋼，和鍍鎳?yán)滠堜?。擴(kuò)張部分18的高度應(yīng)足夠，以致上端22能被彎折處于密封件周邊之上。
示于圖2～8中的本發(fā)明的實(shí)施例是用于更大的電池型號(hào)，例如“C”或“D”型電池的較小電池型號(hào)，例如“AA”和更小的型號(hào)，只要求稍作變化，如下面參照?qǐng)D9所描述的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，整體密封裝置組件24包括一個(gè)塑料密封圈30和一個(gè)金屬支承件40，它們通過(guò)一個(gè)鉚釘型集電器50被緊緊地固定在一起;和一個(gè)或者直接的，或者如圖所示通過(guò)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(fù)極端蓋60，通過(guò)使密封圈30的上外壁39向內(nèi)彎折處于端蓋60周邊之上而將端蓋60固定在組件中。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3和圖3A，金屬支承件40包括一個(gè)中間圓盤(pán)部分41，它具有一在其中央形成的圓形凹下部分42和一個(gè)在中間定位的孔43，凹下部分42直徑不大于圓盤(pán)部分直徑的一半，凹下部分42用于加強(qiáng)金屬支承件40，特別是在徑向卷邊時(shí)防止中間圓盤(pán)部分41向外偏斜。
在一個(gè)推薦實(shí)施例中，一個(gè)向外延伸的環(huán)狀U形槽45與中央圓盤(pán)部分41的外緣相連。槽45起一個(gè)彈簧的作用，當(dāng)形成一個(gè)徑向的卷邊時(shí)，能使其部分地壓縮。于是，當(dāng)組裝好的電池經(jīng)受熱變化時(shí)，槽45能進(jìn)一步擴(kuò)張或壓縮，借此，在所有時(shí)間里保持一個(gè)朝外的密封壓力。“U”形槽45由一內(nèi)壁46和一外壁47構(gòu)成。
一個(gè)徑向突緣48從外壁47上部向外延伸。在一個(gè)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(chǎn)生一個(gè)密封。最好突緣48的直徑小于卷邊電池的內(nèi)徑，以致于支承件不會(huì)切入密封圈30的插入部分。
如圖3B所示，“U”形槽45有一個(gè)實(shí)際半徑“b”，如果“U”形槽比圖示的更窄和更深，它將更容易產(chǎn)生永久變形，形成于腿部46和中央圓盤(pán)部分41之間的角度“a”最好在大約100°至115°之間，當(dāng)施加一個(gè)朝內(nèi)的徑向壓力時(shí)，這樣的角度允許裙部44和槽內(nèi)壁46向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并有助于防止卷邊時(shí)中央圓盤(pán)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于裙部44的向內(nèi)運(yùn)動(dòng)。然而，槽的其他形狀，和裙部與圓盤(pán)部分之間的其他角度也在本發(fā)明的范圍之中，它們能提供類(lèi)似的密封特性。
在一個(gè)推薦實(shí)施例中，金屬支承件40由厚度大約為0.02英吋的鍍鎳?yán)滠堜撝圃欤渌线m的材料包括冷軋鋼，熱軋鋼，不銹鋼，鋼合金和銅鈹合金，金屬支承件40最好具有一個(gè)裝置，例如孔49，用于當(dāng)電池排氣時(shí)釋放逸出的氣體(下面要進(jìn)一步討論)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4和4A，說(shuō)明密封圈30的細(xì)節(jié)。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(gè)中央圓盤(pán)形部分31和在圓盤(pán)部分31中央的一個(gè)軸向延伸凸臺(tái)32，凸臺(tái)32有一穿過(guò)該處的軸向孔25。具有一個(gè)倒角26便于一個(gè)集電器穿過(guò)孔25插入，一個(gè)“U”形環(huán)槽33與圓盤(pán)部分31相連，槽33包括一內(nèi)壁34，一外壁35和一底壁35，由此使內(nèi)壁34上邊緣與中央圓盤(pán)部分31的周邊相連。槽33的特定形狀要依據(jù)金屬支承件40的槽45的形狀而定，因?yàn)樵诮M裝的密封裝置(看圖2)中，槽45要裝配在槽33中。
一個(gè)朝外的臺(tái)肩28與槽33外壁35的上邊緣相連，一個(gè)向上延伸的周壁37與臺(tái)肩28的最外部分相連。周壁37包括一個(gè)上部39和一下部38。臺(tái)肩28的外徑接近等于，或略小于殼體10的臺(tái)階20的內(nèi)徑。于是，在徑向卷邊之前或之后，臺(tái)肩28與殼體10的臺(tái)階20的接合都支承這個(gè)組件，下壁部分38的內(nèi)徑接近等于，或略大于金屬支承件40的外徑。
因?yàn)槊芊馊?0不需要具有象先有技術(shù)的電池頂部那樣提供機(jī)械強(qiáng)度的厚度，所以具有暴露于電池內(nèi)部的表面的密封圈30的不同部分可以制得較薄，以致于可以穿過(guò)密封圈部分產(chǎn)生一個(gè)可觀的氫滲透量。根據(jù)本發(fā)明，密封圈30可用于從電池內(nèi)部進(jìn)行氫滲透的部分是中央圓盤(pán)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(qiáng)氫的滲透。于是，可用于滲透的實(shí)際表面區(qū)域大于密封圈的表觀的表面區(qū)域，在一個(gè)實(shí)施例中，部分34，35和36的厚度是大約0.02英吋，在另一實(shí)施例中，環(huán)形圓盤(pán)是大約0.015英吋厚，而其他部分是0.02英吋厚，后一實(shí)施例比具有0.02英吋厚的圓盤(pán)31的前一實(shí)施例允許甚至更大的氫滲透量通過(guò)環(huán)形圓盤(pán)31。在所有區(qū)域的厚度下限是大約0.01英吋，因?yàn)榈陀诖讼迣㈦y于模塑部件，并難于控制排氣壓力。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(shí)際的上限是大約0.03英吋。
下壁部分38的厚度大于支承件40直徑和殼體10內(nèi)徑之差的一半。于是，當(dāng)密封裝置24被徑向卷邊定位時(shí)，徑向突緣48可咬入壁部38。在卷邊形成時(shí)，在這個(gè)區(qū)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多于其原始厚度的50%，更好地是不多于25%。壁38被壓縮的程度依據(jù)所用塑料的類(lèi)型，壁38的厚厚，和金屬支承件40直徑與殼體10內(nèi)徑之差。然而，一旦塑料材料被選定了，確定其他兩項(xiàng)的最佳值屬于技工的技術(shù)范圍，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(shí)又足夠地硬能使彈簧裝置45處于壓縮下的材料包括尼龍，尼龍混合物，聚砜，加填料聚丙烯，及其混合物。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“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征在于用于制備聚合體的二胺和二酸中的碳鏈的長(zhǎng)度，尼龍6-6是通過(guò)六亞甲基二胺(6個(gè)碳原子)與己二酸(6個(gè)碳原子)的反應(yīng)制備的，尼龍6-12是由與尼龍6-6同樣的二胺，但代之與具有12個(gè)碳原子的十二雙酸反應(yīng)而制備的。尼龍12-12由各具有12個(gè)碳原子的十二亞甲基二胺和十二雙酸制備的。已知尼龍要吸收水份，塑料密封圈在成形后最好充分地增加水份，這通常是通過(guò)煮沸來(lái)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和聚砜。
從強(qiáng)度的觀點(diǎn)來(lái)看上述所有材料都是有用的，同時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，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，最好采用具有至少3倍于此透氣性的材料。具有至少3倍于尼龍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，聚砜及其混合物，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(shuō)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(干) 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(dāng)采用了具有高氫滲透性的塑料來(lái)模塑密封圈30的時(shí)候，它也仍然需要包括一個(gè)排氣裝置，借此，使過(guò)大的壓力能被更快地釋放?，F(xiàn)在參看圖4，4A和4B，其顯示了一個(gè)環(huán)形排氣部分70，圖中顯示了排氣部分70與環(huán)形圓盤(pán)31的相鄰部分相比的減少的厚度，它是通過(guò)在中央圓盤(pán)31的頂面和底面形成有相重疊的環(huán)槽而實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)槽的深度小于中央圓盤(pán)31厚度的一半，由此，在槽之間保留一個(gè)薄的膜片。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以這種方式形成的排氣膜片比相同厚度的但由僅在一側(cè)的槽形成的膜片更為可靠。與開(kāi)在環(huán)形圓盤(pán)31的或底部或頂部的槽相比，其結(jié)構(gòu)能在一個(gè)更低的內(nèi)壓下排氣，所以其設(shè)計(jì)是更好的。
圖4A和4B顯示了中央圓盤(pán)31外緣上的環(huán)形排氣部分70的最優(yōu)位置，當(dāng)排氣部分70被裂時(shí)，環(huán)形圓盤(pán)31與槽33的內(nèi)壁34脫離，圓盤(pán)31能在鉸接于凸臺(tái)32的同時(shí)向上和向內(nèi)彎曲，圖4C顯示了另一個(gè)實(shí)施例，其中，排氣部分71直接鄰接于凸臺(tái)32，在該實(shí)施例中，當(dāng)施加了一個(gè)內(nèi)壓時(shí)，位于排氣膜片一側(cè)的凸臺(tái)32在膜片上產(chǎn)生了一個(gè)剪應(yīng)力，與定位于圓盤(pán)部分31周邊的膜片相比，這能引起膜片在更低的內(nèi)壓時(shí)破裂。按圖示定位的環(huán)形排氣部分71的一個(gè)潛在問(wèn)題是當(dāng)排氣部分破裂時(shí)，存在一個(gè)與內(nèi)槽壁34相連的中央圓盤(pán)31的外部，它能向上和向外彎曲，這能引起圓盤(pán)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(fā)生。
密封圈30在臺(tái)肩28區(qū)域的厚度最好大于密封圈的其他部分的厚度，使在那里提供附加的材料，當(dāng)徑向卷邊時(shí)在剪應(yīng)力施加于臺(tái)肩28的位置使破裂減至最低程度，于是，希望臺(tái)肩28的厚度是大約0.03英吋，然而，臺(tái)肩28與槽33的壁具有同樣的厚度也屬于本發(fā)明的范圍之中，后一個(gè)實(shí)施例保持了如同具有加厚臺(tái)肩部分28的實(shí)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，以致于它能被更容易地?zé)岢尚危騼?nèi)位于負(fù)端蓋60的周邊上，借此使負(fù)端蓋固定在位，直至徑向卷邊被形成(下面進(jìn)一步討論)。
圖4A顯示了一個(gè)與下槽壁36連接的向下懸垂的裙部27，裙部27不用于電池的密封，而是用于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(nèi)周邊之中，裙部也可有其他的設(shè)計(jì)，均包括在這里描述的密封裝置之中。
通過(guò)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顯示了用于本發(fā)明的鉚釘?shù)囊粋€(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，鉚釘50包括一個(gè)上體52，一個(gè)突緣53和一個(gè)在上體52端部的凹槽54，上體52的直徑大致相等于，或略大于凸臺(tái)32的軸向孔25的內(nèi)徑，以致能產(chǎn)生一個(gè)緊配合，將上體52從密封圈30的底面穿過(guò)凸臺(tái)32的軸向孔25插入，直至突緣53接觸凸臺(tái)32的底面，上體52的上端延伸至凸臺(tái)32的頂部之上，金屬支承件40裝配在密封圈30的內(nèi)側(cè)，以致上體52的上端穿過(guò)支承件40的孔43伸出，利用上體52上的凹槽54形成一個(gè)鉚釘頭(圖2中的55)而使組裝完成。圖2顯示了一個(gè)完成的組件，鉚釘頭55最好不突出于金屬支承件40的中央圓盤(pán)41的上表面之上。
因?yàn)殂T釘50在負(fù)極和電池內(nèi)部的正極之間有電氣饋通，一個(gè)集電器也連接于鉚釘50，圖5示出了一個(gè)集電器的實(shí)施例，下鉚釘體51從突緣53向下延伸，下體51的長(zhǎng)度應(yīng)使在一個(gè)組裝的電池中它伸入電池(例如一個(gè)初級(jí)堿性電池)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(tái)32之間就產(chǎn)生了一個(gè)防泄漏的密封，這就防止了電解液通過(guò)密封裝置而泄漏。在這個(gè)壓力密封是完全足夠的同時(shí)，也可以使這個(gè)區(qū)域包含一種密封膠材料，于是，在鉚釘50通過(guò)密封圈30插入之前，將密封膠材料涂在突緣53上，于是，當(dāng)將鉚釘插入和形成鉚釘頭時(shí)，一個(gè)密封膠材料涂層處于突緣53和凸臺(tái)31之間，并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酰胺和瀝青。
因?yàn)殂T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(xué)相容的材料制造，當(dāng)正極是鋅，和電解液是KOH電解液時(shí)，黃銅是最佳的材料，其他的合適材料包括鎳-銀，硅-青銅，和銅。
不同于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(guò)一個(gè)密封裝置中部的截面，其中，使用了一個(gè)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(shí)施例中，凸臺(tái)32和金屬支承件40上的孔(集電器55從中穿過(guò))的尺寸應(yīng)與釘子體能產(chǎn)生一個(gè)緊的壓配合，借此形成一個(gè)密封，另外，在釘子插入之前，可將適量的密封膠涂在凸臺(tái)32的上端。于是，當(dāng)釘子插入時(shí)，能將密封膠向下引導(dǎo)至釘子和凸臺(tái)之間，借此，能有效地堵塞任何泄漏通道。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖7和7A，圖中顯示了一個(gè)金屬圓形電極端件60，它是電池的外部負(fù)電觸點(diǎn)，端件60的外徑小于金屬支承件40的外徑，于是，當(dāng)密封裝置24被卷邊到位，并且金屬支承件40的直徑縮小時(shí)，基本上沒(méi)有徑向力施加在端件60上。
端件60包括一個(gè)中央平臺(tái)部分61，和一個(gè)與其相連的環(huán)狀“U”形槽63，平臺(tái)部分61可以有一環(huán)槽62，環(huán)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(nèi)側(cè)，這種布置用于組裝時(shí)在將塑料密封圈上壁39向內(nèi)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(huán)槽63包括一內(nèi)壁67，一外壁64和底壁65。內(nèi)壁67與平臺(tái)部分61周邊相連，底壁65有一組孔66，用于連通排出氣體的通路，孔66也可位于內(nèi)壁67上。
槽內(nèi)壁63的高度應(yīng)使當(dāng)平臺(tái)部分61置于金屬支承件40中央圓盤(pán)部分41之上時(shí)，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(dāng)密封裝置徑向卷邊時(shí)，能防止徑向突緣48有任何向上的力施加在端件60上，當(dāng)進(jìn)行徑向卷邊時(shí)，徑向突緣48的外緣被稍微地向內(nèi)和向上彎曲，對(duì)于圖2所示的密封來(lái)說(shuō)，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(dāng)形成徑向卷邊時(shí)，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(jī)械的和電氣的接觸，平臺(tái)61的外部與金屬支承件40中央圓盤(pán)部分41的外部接觸，能夠通過(guò)或?qū)⒉考附釉谝黄穑蛟诒砻嬷g放入導(dǎo)電滑脂，導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂或類(lèi)似材料而進(jìn)一步保證所述區(qū)域的接觸，一個(gè)具有稍微不同的導(dǎo)電通路的實(shí)施例是在金屬支承件40的中央下凹部42放入適量的導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂或類(lèi)似材料，而使其復(fù)蓋集電器50的頭部，環(huán)氧樹(shù)脂形成了與端件60中央部的接觸。于是，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(fā)明的范圍之中。
為了美觀的目的，端件60最好由有光亮表面的金屬制造，例如鍍鎳?yán)滠堜?，其中，成形的元件可以在成形前或成形后鍍鎳?br> 一旦端件60定位于金屬支承件40上，就可以使密封圈30的上邊緣39向內(nèi)熱成形并位于外壁64之上，而完成一個(gè)整體的密封裝置，如圖2所示，可以使用普通的用于塑料熱成形的工具進(jìn)行熱成形的步驟。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，該圖顯示了根據(jù)本發(fā)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(gè)圓柱形殼體10，和裝在其中的一個(gè)正極82，一個(gè)負(fù)極84和在所述正、負(fù)極之間的一個(gè)隔板85，通過(guò)徑向地卷邊而進(jìn)入電池上端的是一個(gè)例如圖2中所示的整體的密封裝置。
電池殼10有一形成于其上端的凹槽86，凹槽86是由臺(tái)階20(圖1)在徑向向內(nèi)卷邊后所形成的，可作為一個(gè)支承，借此防止密封裝置向下運(yùn)動(dòng)。電池殼10還包括一個(gè)與凹槽86相連的向上延伸的壁部88，這個(gè)部分是電池80的密封區(qū)域，相鄰于壁部88內(nèi)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(jù)本發(fā)明，彈簧裝置45(圖3A)是處于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(gè)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(yùn)動(dòng)，突緣48的內(nèi)部向下彎曲，使槽45的最低部分被向下推，同時(shí)，裙部44和內(nèi)槽壁46被向內(nèi)推，并且壁46和47被相互相對(duì)地壓縮，槽45的向下運(yùn)動(dòng)和裙部44以及壁46的向內(nèi)運(yùn)動(dòng)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(fā)生，使這些運(yùn)動(dòng)放松的傾向通過(guò)突緣48在密封圈壁38上施加。一個(gè)朝向外的壓力。
將電池殼10的最上部90向內(nèi)翻轉(zhuǎn)，處于密封圈30向內(nèi)成形的上壁39之上，重要的是形成于壁部88和上部90之間的角度要少于90°，并且最好少于60°，在使密封裝置固定在位時(shí)，這樣的角度能給予一個(gè)很高的強(qiáng)度，由此，要使電池卷邊脫開(kāi)則需要很高的內(nèi)壓。另外，上殼體部分90的折疊將端件60向下壓靠在金屬支承件40上，以在其之間確保一個(gè)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(jìn)，因?yàn)槎思?0是電池80的負(fù)電觸點(diǎn)，所以這種布置能防止使用者將電池在一個(gè)向后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(fā)生，因?yàn)槠渌碾姵鼗螂姵亟M能迫使電流通過(guò)這個(gè)朝后的電池而使這個(gè)顛倒的電池泄放，通常，使端件的上表面從沿口92凹進(jìn)0.002～0.004英吋就足以達(dá)到所希望的效果。
根據(jù)本發(fā)明制造的電池具有在1600psi范圍內(nèi)的脫開(kāi)卷邊的壓力，排氣壓力是在600psi范圍內(nèi)，而用于類(lèi)似尺寸電池排氣的普通的圓排氣口壓力是大約400psi。于是，本發(fā)明更適用于涉及在其正極有少量或沒(méi)有汞的堿性電池的更高的內(nèi)壓。
對(duì)具有本發(fā)明的密封裝置的在正極有0%汞的徑向卷邊堿性電池進(jìn)行的大范圍的泄漏試驗(yàn)已經(jīng)顯示密封沒(méi)有泄漏，試驗(yàn)電池經(jīng)受了各種環(huán)境試驗(yàn)，對(duì)于未排放的電池已進(jìn)行了熱沖擊試驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泄漏。相反，63%的具有普通的沿口卷邊和在正極有1.5%汞的電池有泄漏的跡象。所以，如果用正極不含汞的沿口電池，予計(jì)甚至?xí)懈蟮男孤?br> 根據(jù)本發(fā)明制造的有0%汞的未排放電池也經(jīng)受了有溫度循環(huán)的溫度和濕度試驗(yàn)。在4個(gè)延長(zhǎng)的蓄電期結(jié)束時(shí)，對(duì)電池進(jìn)行定期的泄漏檢查，沒(méi)有一個(gè)電池有任何泄漏的跡象，相反，37%的有沿口卷邊和正極含1.5%汞的普通電池顯示了泄漏的跡象。
用排放過(guò)的電池作了同樣的試驗(yàn)，已知這種電池在蓄電時(shí)能比未排放的電池產(chǎn)生更高的內(nèi)壓，使根據(jù)本發(fā)明的并且不含汞的電池排放，直至其原始容量減少了25%。使電池經(jīng)受熱循環(huán)試驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泄漏跡象，與之相比，有1.5%汞含量的排放了的普通電池試驗(yàn)后有90%有泄漏。
這里描述的密封裝置很容易與所有圓柱電池型號(hào)相配合。然而，對(duì)于“AA”型或更小型號(hào)的電池的細(xì)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(xiàn)在參見(jiàn)圖9，圖中顯示了適用于“AA”型電池的密封組件100的剖面。組件100包括一個(gè)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的形狀上不同于圖2所示的整體組件，雖然圖9沒(méi)有圖示一個(gè)端件，但和圖2所示相同的用于“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(tái)階122，它連接在向下懸垂的裙部124和“U”形環(huán)槽125的內(nèi)壁126之間，臺(tái)階122在裙部124和槽125之間提供了一個(gè)連接而不必改變?nèi)共?24和中央圓盤(pán)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(méi)有臺(tái)階122，要連接內(nèi)槽壁26，其角度就要增加至大于120°，這樣，金屬支承件的彈簧性能就改變了。臺(tái)階122還有第二個(gè)作用，就是當(dāng)電池內(nèi)壓增加時(shí)，用于支承密封圈140的外圓盤(pán)部分128。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)給定壓力下，它與外圓盤(pán)部分128不被支承的情況相比，排氣的發(fā)生更為可靠。為此目的，圖3A所示的用于更大電池的金屬支承件也可以包括有一臺(tái)階，然而，包含臺(tái)階122也有一個(gè)缺點(diǎn)，就是使金屬支承件120的成形更困難。
圖9也顯示了一個(gè)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(qū)域，所以允許更多的氫氣擴(kuò)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(shù)人員選擇的問(wèn)題，如果氫擴(kuò)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。
上面的描述僅用于說(shuō)明和解釋的目的，不能理解為對(duì)本發(fā)明有任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以制出許多變型，均在本發(fā)明范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種用于電化電池殼開(kāi)口端的絕緣密封裝置，包括一個(gè)圓形塑料密封圈，具有一個(gè)上表面，一個(gè)下表面，一個(gè)在其邊緣的向上延伸的周壁，和一個(gè)軸向孔，其中所述密封圈的直徑應(yīng)使其能緊密地配合在電池殼的開(kāi)口端里一個(gè)金屬支承件，具有一個(gè)中央圓盤(pán)部分，位于元件周邊的彈簧裝置，一個(gè)軸向孔，和位于所述圓盤(pán)部分的加強(qiáng)裝置，當(dāng)所述彈簧處于朝內(nèi)的徑向施加的壓力下時(shí)，所述加強(qiáng)裝置適于阻止支承件中部向上運(yùn)動(dòng)；其中，所述金屬支承件裝在所述密封圈周壁之中，并與之同軸。
2.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其特征在于還包括延伸穿過(guò)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(jī)械的和電氣的接觸，與密封圈的孔處于密封關(guān)系。
3.如權(quán)利要求2所述的密封裝置，其特征在于所述集電器包括一個(gè)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(gè)軸，一個(gè)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(tái)下表面接合，鉚釘頭成形于靠著金屬支承件的上表面，借此，將支承件和凸臺(tái)在軸向壓在一起，以致在突緣和凸臺(tái)之間形成一個(gè)防泄漏的密封。
4.如權(quán)利要求2所述的密封裝置，其特征在于還包括一個(gè)圓形導(dǎo)電端件，它位于所述支承件與所述密封圈相反的一側(cè)，所述端件直徑小于金屬支承件的直徑。并且所述端件與集電器或支承件中央圓盤(pán)部分的至少一個(gè)相接觸;通過(guò)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(gè)整體的密封組件，該組件適于作為一個(gè)單一元件插入電化電池的開(kāi)口端。
5.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其特征在于所述支承件還包括一個(gè)與中央圓盤(pán)部分外邊緣相連的向外并向下懸垂的裙部，所述彈簧裝置并與裙部的下端相連，由此，在施加在支承件外緣的朝內(nèi)的徑向壓力下，所述裙部向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并且所述彈簧裝置向下運(yùn)動(dòng)，其中，當(dāng)所述壓力釋放時(shí)，所述彈簧裝置有一個(gè)向上運(yùn)動(dòng)的傾向，和所述裙部有一個(gè)向外運(yùn)動(dòng)的傾向。
6.如權(quán)利要求5所述的密封裝置，其特征在于所述彈簧裝置包括一個(gè)具有一內(nèi)壁和一外壁的U形環(huán)槽，其中，所述槽內(nèi)壁與裙部下端相連，借此，在朝內(nèi)的徑向壓力下，所述內(nèi)、外槽壁相靠近地運(yùn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的密封裝置，其特征在于所述槽的高度大約為支承件高度的一半。
8.如權(quán)利要求5所述的密封裝置，其特征在于所述支承件還包括一個(gè)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(quán)利要求5所述的密封裝置，其特征在于所述中央圓盤(pán)部分上的加強(qiáng)裝置包括一圓形下凹部，其直徑不大于圓盤(pán)部分直徑的一半。
10.如權(quán)利要求1所述的密封裝置，其特征在于所述密封圈包括一個(gè)中間定位的在所述圓盤(pán)部分上、下延伸的凸臺(tái)，其中，所述軸向孔穿過(guò)凸臺(tái)，還包括在所述圓盤(pán)部分上、下表面上的圍繞凸臺(tái)的重疊的環(huán)狀排氣槽，由此，一個(gè)排氣膜片定位于槽之間。
11.如權(quán)利要求10所述的密封裝置，其特征在于所述環(huán)形排氣部分定位于圓盤(pán)部分的外緣。
12.如權(quán)利要求10所述的密封裝置，其特征在于所述密封圈由包括尼龍6-6，尼龍6-12，尼龍12-12，聚砜，加礦物填料的聚丙烯，以及其混合物在內(nèi)的一組中選出的塑料制成。
13.如權(quán)利要求10所述的密封裝置，其特征在于所述密封圈由具有至少3cm3H2(
STP)·cm/s·cm2·cmHg的氫滲透性的塑料制成。
14.如權(quán)利要求10所述的密封裝置，其特征在于所述塑料密封圈還包括具有一內(nèi)壁和一外壁的U形槽，其中，所述內(nèi)壁與中央圓盤(pán)部分相連，中央圓盤(pán)部分和槽壁具有大致相同的截面厚度，由此，可用于氫擴(kuò)散的表面區(qū)域大于密封圈的表觀的表面。
15.一種用于電化電池殼開(kāi)口端的密封裝置，包括一個(gè)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(nèi)的一組中選出的塑料制成。
16.一種電化電池，包括具有一開(kāi)口端的圓柱形殼體，一個(gè)正極，一個(gè)負(fù)極，位于所述正，負(fù)極之間的隔板，和一個(gè)裝在殼體開(kāi)口端的處于徑向壓力下的密封元件所述密封件包括一個(gè)具有一周壁的圓形塑料密封圈，和一個(gè)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(gè)中央圓盤(pán)部分，一個(gè)向外徑向延伸的連續(xù)的環(huán)形突緣，和在所述突緣和圓盤(pán)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，所述彈簧處于其彈性極限之中的部分壓縮之下，借此，所述彈簧可根據(jù)溫度的升降而擴(kuò)張或壓縮，以致能保持對(duì)密封圈壁下部的壓力。
17.如權(quán)利要求16所述的電池，其特征在于還包括一個(gè)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(kāi)口端的上邊緣向內(nèi)彎曲，處于端件的壁之上，而使密封圈壁的上部處于它們之間，由此，通過(guò)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(nèi)彎曲的上邊緣之間的角度小于60°。
18.如權(quán)利要求16所述的電池，其特征在于在密封圈中央圓盤(pán)部分的中心有一軸向延伸的凸臺(tái)，一個(gè)軸向孔從其中穿過(guò)金屬支承件有一中間定位的孔還包括一個(gè)集電器，它具有一個(gè)穿過(guò)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(jī)械的和電氣的接觸，體的下部與正極作機(jī)械的和電氣的接觸。
19.如權(quán)利要求17所述的電池，其特征在于所述端件下凹低于由殼體的彎曲而形成的邊沿。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于圓柱形堿性電池的密封裝置，包括一金屬支承件，它有一位于其外緣的環(huán)形彈簧，彈簧處于徑向卷邊產(chǎn)生的壓縮下，彈簧適于擴(kuò)張或收縮，由此在熱交替的期間保持一個(gè)密封。還包括一個(gè)塑料密封圈，具有一個(gè)在很高的壓力下打開(kāi)的環(huán)形排氣部分，由此，所述密封件對(duì)于含少量或不含汞而能產(chǎn)生一個(gè)高內(nèi)壓的堿性電池是特別有用的。
文檔編號(hào)H01M2/06GK1053864SQ9010972
公開(kāi)日1991年8月14日 申請(qǐng)日期1990年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月7日
發(fā)明者馬里安·維塞克, 羅伯特·A·約波羅, 羅伯特·J·貝恩, 伯里斯·法爾蘇克, 彼特·J·波普, 萬(wàn)斯·R·施帕德 申請(qǐng)人:杜拉塞爾公司