專利名稱：用于堿性電池的端部密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種端部密封裝置，該裝置用于密封小直徑的堿性電化學(xué)電池。本發(fā)明還涉及絕緣密封盤，該絕緣密封盤用于密封堿性電池外殼的開口端部。
傳統(tǒng)的堿性電化學(xué)電池由具有開口端部的一個(gè)圓筒狀外殼(外罩)形成。起初，該外殼具有擴(kuò)張的開口端部。在將電池內(nèi)容納的物質(zhì)放入該外殼內(nèi)后，將外殼的邊緣卷曲在一種端蓋裝置的邊緣上，同時(shí)環(huán)繞該端蓋裝置徑向地壓縮外殼以獲得緊封，由此來封閉電池。端蓋裝置包括一外露的末端蓋板以及形式通常為塑料密封盤的一塑料絕緣件，該塑料絕緣件在外殼的開口端部處形成一塞子，同時(shí)絕緣末端蓋板與電池外殼。這種堿性電池設(shè)計(jì)的一個(gè)問題是當(dāng)超過某定點(diǎn)后，電池繼續(xù)放電時(shí)，電池易于產(chǎn)生氣體，該定點(diǎn)通常接近于電池有效容量被全部耗盡的那一點(diǎn)。堿性電池的端蓋裝置內(nèi)一般具有可破裂的隔膜或薄膜，例如美國(guó)專利3617386中所描述的。通常將這種薄膜整體地嵌入密封盤內(nèi)作為一較薄區(qū)域，且將該薄膜設(shè)計(jì)為當(dāng)電池內(nèi)的氣壓超過預(yù)定程度時(shí)其就破裂。該可破裂的閥膜也可整體形成為包括在端蓋裝置內(nèi)的塑料絕緣件的一部分。這種閥膜通常為環(huán)形，如美國(guó)專利4537841中所表示的。如后一篇參考文獻(xiàn)所示，可破裂薄膜整體形成為塑料絕緣件的一較薄部分。該可破裂薄膜還可為有槽構(gòu)造或圓環(huán)構(gòu)造，如美國(guó)專利5080985中所公開的。該端蓋裝置還可具有排氣孔，用于當(dāng)隔膜或薄膜破裂時(shí)釋放氣體。
通常在緊鄰可破裂薄膜的密封盤上切割出一環(huán)形凹穴或空隙空間。這種凹穴或空隙空間為積聚在電池內(nèi)的氣體提供一條用于釋放電池內(nèi)氣體的通道。這種環(huán)形凹穴的寬度通常要占據(jù)密封盤半徑的相當(dāng)大一部分，例如至少為密封盤半徑的大約50％。
在用于小直徑堿性電池的一種傳統(tǒng)(疊層)端蓋裝置中，這樣密封圓筒狀外殼的開口端部，將密封盤插入開口端部?jī)?nèi)，并將外殼的周邊卷曲在密封盤的邊緣上。接著，可將一種紙或塑料墊圈插入外殼卷曲邊緣的上方，構(gòu)成一種疊層構(gòu)造，并將端蓋插入紙墊圈的上方。在這種疊層構(gòu)造中，利用墊圈來絕緣端蓋(負(fù)極)與外殼(正極)?？蓪⒍松w焊接在一細(xì)長(zhǎng)的集流電極上，該集流電極穿透密封盤并進(jìn)入電池的陽(yáng)極材料內(nèi)。US6025090表示了一種代表性的用于小直徑電池的疊層端蓋裝置，在該端蓋裝置的端蓋與外殼邊緣之間具有紙墊圈。我們可注意到在US6025090中，在緊鄰密封盤150內(nèi)的可破裂薄膜(152)的上方具有一較大的環(huán)形凹穴(79)。該參考文獻(xiàn)中所示的環(huán)形凹穴(79)的寬度至少為密封盤半徑的大約50％。
為獲得緊封，該堿性電池的端蓋裝置包括一金屬支撐盤，該金屬支撐盤被插入塑料絕緣件中的凹穴內(nèi)。該金屬支撐盤可具有褶皺表面，如美國(guó)專利5532081或5080985中所示，這確保了在環(huán)繞端蓋裝置卷曲電池外殼的過程中，該端蓋裝置可承受較大的徑向壓縮力。這種支撐盤使得卷曲過程中可施加較大的徑向力，結(jié)果，就總能獲得環(huán)繞該端蓋裝置的機(jī)械緊封。如美國(guó)專利5080985所示，為在卷曲過程中提供額外的支撐，末端蓋的邊緣也可位于塑料絕緣件的凹穴內(nèi)。但是，這種設(shè)計(jì)會(huì)額外地占據(jù)電池內(nèi)的空間，極大地增大了制造復(fù)雜度，特別是應(yīng)用于相當(dāng)小的電池而言。
如美國(guó)專利6025090所披露的，可將用于小直徑堿性電池例如AAAA(四A)或AAA尺寸電池的端蓋裝置設(shè)計(jì)成其內(nèi)不具備金屬支撐盤。但是，該US6025090中所示的端蓋裝置包括一紙墊圈(130)，該紙墊圈(130)位于電池開口端部處的外殼邊緣與端蓋(200)之間。理想的是提供這樣一種堿性電池，該堿性電池的末端裝置不具備紙墊圈。但是，如果移除紙墊圈，就產(chǎn)生了如何絕緣端蓋(200)與外殼的問題。如果再移除該US6025090所示疊層設(shè)計(jì)中的端蓋(200)，在小尺寸電池的批量生產(chǎn)中就會(huì)遇到麻煩。具體的，當(dāng)電池在儲(chǔ)存過程中被摻雜在一起時(shí)，或者當(dāng)電池排列在傳送帶上時(shí)，一個(gè)電池的頭部就有可能嵌塞在另一個(gè)電池密封盤的擴(kuò)張環(huán)形凹穴(79)內(nèi)。
因此，就希望提供這樣一種用于小直徑堿性電池的密封裝置，其不需要單獨(dú)的端蓋，同時(shí)在外殼邊緣與負(fù)極端子之間不需要紙(或塑料)墊圈。
還希望提供這樣一種用于小直徑堿性電池的末端裝置，該端蓋裝置不包括金屬支撐件，在外殼邊緣與負(fù)極端子之間也不需要紙墊圈。
以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中
圖1是本發(fā)明末端裝置的一種特定實(shí)施例的剖視圖，該末端裝置用于密封小直徑堿性電池的開口端部；圖2是圖1所示末端裝置的頂視圖；圖3是圖1所示末端裝置的分解示意圖；圖4是內(nèi)插有圖1所示端蓋裝置的小直徑堿性電池；圖5是現(xiàn)有的一種用于直徑堿性電池的端蓋裝置的剖視圖。
本發(fā)明致力于一種用于小直徑堿性電池的端部密封裝置。該電池通常包括由鋅構(gòu)成的陽(yáng)極以及由二氧化錳構(gòu)成的陰極。電池的直徑小于10mm，最好在7至9mm之間。特別的，本發(fā)明密封裝置應(yīng)用于AAAA尺寸以及AAA尺寸的堿性電池。
本發(fā)明密封裝置用于密封小直徑圓筒狀堿性電池的開口端部。該密封裝置包括一絕緣密封盤，當(dāng)已將活性材料注入該電池內(nèi)后，將絕緣密封盤裝入電池外殼(外罩)的開口端部?jī)?nèi)。使該電池外殼的周邊卷曲在密封盤的邊緣上。該密封盤包括一體形成的一中央凸臺(tái)。所述凸臺(tái)的一部分自外殼的開口端部突起。一細(xì)長(zhǎng)的集流電極經(jīng)由中央凸臺(tái)內(nèi)的孔穿入電池的內(nèi)部(陽(yáng)極)。該集流電極的頭部位于凸臺(tái)頂面上的凹穴或凹入空間內(nèi)。因此，該集流電極的頭部暴露于外界，并作為電池的負(fù)極。
本發(fā)明密封裝置不需要單獨(dú)的端蓋，該端蓋通常位于密封盤上且被焊接到集流電極上。本發(fā)明密封裝置還不需要單獨(dú)的絕緣墊圈(紙或塑料墊圈)，該絕緣墊圈通常位于密封盤與端蓋之間以使端蓋與電池外殼絕緣。該中央凸臺(tái)比傳統(tǒng)用于小直徑電池的絕緣密封裝置中所采用的凸臺(tái)要寬。自本發(fā)明絕緣密封盤表面突起且一體形成的中央凸臺(tái)的寬度至少為電池外殼直徑的大約60％。該中央凸臺(tái)的直徑優(yōu)選在電池外殼直徑的大約60％至90％之間，更優(yōu)選在大約70％至90％之間。一環(huán)狀凹槽或凹穴位于密封盤的頂面內(nèi)、凸臺(tái)外表面與密封盤周緣之間。該凹穴暴露于外界。當(dāng)電池內(nèi)的氣壓積聚到預(yù)定程度時(shí)，該凹穴下方的薄膜就破裂，以將氣體釋放到凹穴內(nèi)，經(jīng)由該凹穴，氣體又進(jìn)入外界。較寬的中央凸臺(tái)可減小凹穴的寬度。較小的凹穴寬度可防止當(dāng)電池在儲(chǔ)存過程中被摻雜在一起時(shí)，或當(dāng)組裝過程中在傳送帶上輸送電池時(shí)，終端頭部(負(fù)極)與其它相同電池相互嵌塞。
本發(fā)明端部密封裝置10(圖1-4)適合應(yīng)用于小直徑的圓筒狀堿性電池。本發(fā)明主要應(yīng)用于小直徑的堿性電池。這里使用的術(shù)語(yǔ)“小直徑”堿性電池指直徑小于10mm，優(yōu)選在7mm與10mm之間的堿性電池。這種小直徑堿性電池的長(zhǎng)度通常在大約41mm于45mm之間。
本發(fā)明末端密封裝置主要應(yīng)用于這種圓筒狀堿性電池，該電池具有AAAA(LR61)或AAA尺寸電池的直徑，或者兩者之間的任何直徑。因此，本發(fā)明主要致力于這種小尺寸堿性電池，該電池的外殼直徑等于AAA尺寸電池的直徑或更小，即小于10毫米。理想的是，這種小尺寸堿性電池外殼的外直徑在大約7毫米至10毫米之間，優(yōu)選在大約7毫米至9毫米之間。(這并不意味著本發(fā)明不能應(yīng)用于較大尺寸的電池，這取決于塑料強(qiáng)度和/或預(yù)期內(nèi)壓)。特別的，AAA電池的直徑為大約9mm，其外殼長(zhǎng)度為大約42mm。本發(fā)明端部密封裝置10特別適合應(yīng)用于圓筒狀A(yù)AAA(四A)尺寸的堿性電池。這種電池外殼的外直徑通常在大約7.7毫米至8.3毫米之間，其長(zhǎng)度在大約41.5毫米至42.5毫米之間。(AAAA電池可參照美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)的“25A”電池，以及在歐洲可參照國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)(IEC)標(biāo)識(shí)為“LR61”的電池)。通常將六個(gè)這種AAAA尺寸(LR61)電池并行排列且串聯(lián)起來，以形成標(biāo)準(zhǔn)9伏電池組，該標(biāo)準(zhǔn)9伏電池組通常用在便攜式收音機(jī)、便攜式音頻唱機(jī)、電視和激光唱機(jī)的遙控器，玩具以及其它小型電子設(shè)備中。這種標(biāo)準(zhǔn)9伏電池組具有長(zhǎng)方體外殼，該外殼的直徑為4cm，寬度為2cm，厚度為1cm，這符合美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)或者在歐洲的國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)(IEC)所設(shè)定的9伏堿性電池的標(biāo)準(zhǔn)。
圖1-4表示了用于小直徑堿性電池100的本發(fā)明末端密封裝置10的優(yōu)選實(shí)施例。堿性電池100(圖1-4)最好為一種AAAA尺寸(LR61)的圓筒狀電池，該堿性電池100包括一長(zhǎng)度在大約41.5至42.5毫米之間、外直徑在大約7.7至8.3毫米之間的圓筒狀外殼70。該外殼70的壁厚在大約0.1mm至0.25mm之間。該電池100可采用通常在較大電池例如AA或C以及D電池中使用的堿性電池陽(yáng)極、陰極、化學(xué)電解液以及分離器。因此，電池100(圖4)可包括由鋅構(gòu)成的陽(yáng)極20，由壓實(shí)的二氧化錳構(gòu)成的陰極30，陽(yáng)極內(nèi)由氫氧化鉀水溶液構(gòu)成的電解液。還可按慣例采用一些添加劑，以改變電池的化學(xué)組成。該堿性電池可采用由人造纖維或纖維素構(gòu)成的多孔離子分離器40。本發(fā)明末端裝置10并不限于任何特定的堿性電池化學(xué)組成。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明末端裝置10應(yīng)用于采用傳統(tǒng)堿性電池化學(xué)組成及其變體的堿性電池。這種代表性的化學(xué)組成公開在例如美國(guó)專利5401590中，在此引入以供參考。
圖1-4所示的末端裝置包括一絕緣密封盤150，和一細(xì)長(zhǎng)的集流電極80。絕緣盤150具有一較厚的中央部分，該中央部分形成了一凸臺(tái)151，該凸臺(tái)151具有一中心通孔90。中心孔90供以插入金屬集流電極80。中央凸臺(tái)151為圓柱形。利用外表面1 50b來界定該凸臺(tái)151。凸臺(tái)151的頂表面中央具有一外露的凹穴161。凹穴161通常為圓形。凹穴161的直徑通常小于凸臺(tái)151的外直徑，這樣該凹穴就位于凸臺(tái)151的外邊緣內(nèi)。凹穴161的深度在大約0.2mm至0.3mm之間，此深度足夠容納集流電極80的頭部85。但是，該凹穴161的深度最好小于集流電極頭部85的厚度。將集流陽(yáng)極80插入密封盤150的中心孔90內(nèi)，直至該集流電極的頭部85位于凹穴161內(nèi)。該凹穴161的深度最好小于頭部85的厚度，這樣如圖1所示，該頭部85的一部分就位于凸臺(tái)151的最高表面150c的上方。該中央凸臺(tái)151的最高表面150c自外殼的周緣72起延伸大約0.6mm的距離。該中央凸臺(tái)151的特征在于，其寬度至少為外殼70直徑的大約60％?？扇〉氖?，該凸臺(tái)151的直徑在外殼70內(nèi)直徑的大約60％至90％之間，優(yōu)選在大約70％至90％之間。更優(yōu)選的，該凸臺(tái)151的直徑在外殼70內(nèi)直徑的大約75％至90％之間。凸臺(tái)151的外表面150b向下延伸以形成凸?fàn)畹膹澢酌?54a，接著該彎曲底面154a又向上彎曲以形成表面155a，該表面155a與凸臺(tái)的頂面相隔一定距離。由此如圖1所示，表面150b、154a和155a限定了凹槽或凹穴79a的邊界。因此，凹穴79a由外表面155a、內(nèi)表面150b以及凸?fàn)畹膹澢酌?54a所界定。表面155a還形成了密封盤150的周緣155的內(nèi)表面。如圖1所最清晰表示的，周緣155限定了密封盤150的外邊緣。優(yōu)選的，一可破裂的薄膜152緊鄰凹穴79a且位于該凹穴79a的下方，該薄膜152可為密封盤的較薄外部。因此，當(dāng)電池內(nèi)的氣體積聚到預(yù)定程度，該薄膜152就破裂以將氣體釋放到凹穴79a內(nèi)。所釋放的氣體自凹穴79a直接進(jìn)入周圍環(huán)境。
本發(fā)明密封盤150的特征在于，其具有與傳統(tǒng)相比更寬的凸臺(tái)151，即該凸臺(tái)的直徑優(yōu)選在外殼70直徑的大約60％至90％之間，更優(yōu)選在大約70％至90％之間。這使得形成在凸臺(tái)外表面150b與周緣155內(nèi)表面155a之間的凹穴79a更窄。因此，該凹穴79a的寬度在外殼70半徑的大約10％至40％之間，優(yōu)選在大約10％至30％之間。凹穴79a具有較窄的寬度可確保當(dāng)電池在儲(chǔ)存過程中被摻雜在一起時(shí)，或者當(dāng)電池排列在傳送帶上時(shí)，電池內(nèi)突出的頭部例如突出的集流電極頭部85不會(huì)嵌塞在另一個(gè)電池的凹穴79a內(nèi)。本發(fā)明末端裝置10的另一個(gè)特征在于，在整個(gè)電池100中，集流電極80的頭部85外露，且形成了電池的負(fù)極(圖1和4)。因此，具有較寬凸臺(tái)151的本發(fā)明末端裝置10不需要單獨(dú)的末端蓋，同時(shí)在負(fù)極端子與電池開口端部處的外殼邊緣之間也不需要紙墊圈。作為比較，圖5表示了現(xiàn)有技術(shù)中用于小直徑堿性電池的端蓋裝置，該端蓋裝置內(nèi)通常包括傳統(tǒng)墊圈(墊圈130)以及單獨(dú)的末端蓋(端蓋200)。圖5在此表示了現(xiàn)有技術(shù)中用于小直徑堿性電池的端蓋裝置10。這種現(xiàn)有的用于小直徑電池的端蓋裝置描述在美國(guó)專利6025090中。現(xiàn)有技術(shù)圖5中所示的絕緣墊圈130為端蓋200與電池外殼70的周緣72之間提供電絕緣。因此，本發(fā)明用于小直徑堿性電池的末端裝置10(圖1-4)取消了兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)組件，a)單獨(dú)的末端蓋，以及b)通常插入末端蓋與電池外殼之間的紙墊圈(或塑料墊圈)。
在堿性電池100中，外殼70的任何部分都可形成正極。優(yōu)選的，正極為位于外殼70封閉端74上的尖頭(表面凸起)76(圖4)。絕緣盤150的中部區(qū)域154位于凸臺(tái)151和周緣155之間，且緊靠凹穴79a的下方。該凹穴79a和中部區(qū)域154都遠(yuǎn)遠(yuǎn)窄于在設(shè)計(jì)用于小直徑堿性電池的密封盤時(shí)所采取的傳統(tǒng)寬度。如圖1所示，一環(huán)狀腳部157自周緣155起向下延伸，并形成了一環(huán)狀邊緣157a，該環(huán)狀邊緣157a位于環(huán)狀凹槽75的下方且環(huán)繞絕緣盤150的底部。該腳部157朝向電池的內(nèi)部延伸至位于凸臺(tái)151底面159下方的一個(gè)平面。該腳部157不接觸電池的外殼70，且最好不與該環(huán)狀凹槽75形成搭扣配合，從而允許在電池組裝過程中能輕易地將絕緣盤150的周緣155插入到環(huán)狀凹槽75上。也就是說，由于該腳部157最好不與環(huán)狀凹槽75形成搭扣配合，因此僅需要較小的力就能將絕緣盤150的周緣155插入到環(huán)狀凹槽75上(如果位于環(huán)狀凹槽75下方的環(huán)狀邊緣157a的最大外直徑大于所述環(huán)狀凹槽75平面上的電池內(nèi)直徑，就發(fā)生搭扣配合。本發(fā)明也可應(yīng)用于這種絕緣盤150，該絕緣盤的邊緣157a發(fā)生所述的搭扣配合。相反，如果位于所述環(huán)狀凹槽75下方的環(huán)狀邊緣157a的最大外直徑小于所述凹槽75平面上的電池內(nèi)直徑，就不會(huì)發(fā)生搭扣配合，如圖1和4所示)。該腳部157為絕緣盤150提供額外的結(jié)構(gòu)支撐，并允許在環(huán)繞所述密封盤卷曲電池的外殼頂部71的過程中，可施加更大的徑向力。中部區(qū)域154具有至少一個(gè)一體形成的較薄部分152，該較薄部分152形成了可破裂薄膜，優(yōu)選的，將該可破裂薄膜定向成與電池的縱軸190相垂直。優(yōu)選的，使該可破裂薄膜152與凹穴79a在垂直方向上對(duì)齊，且緊靠該凹穴79a的下方。理想的，可破裂薄膜152為環(huán)形島狀構(gòu)造，如圖2所最清晰表示的。可破裂薄膜152也可為其它形狀，例如，橢圓形、矩形或多邊形。選擇性的，可破裂薄膜152可為在一部分絕緣盤150內(nèi)形成的直槽或弧形槽，該直槽或弧形槽構(gòu)成了可破裂較薄區(qū)域。有利的是，在優(yōu)選利用注射模塑法來模塑絕緣盤1 50的過程中形成該可破裂薄膜152。
由單個(gè)部件(圖3)組裝該末端裝置10(圖1)時(shí)，首先將塑料絕緣盤150插入到圓筒狀外殼70的開口端部79內(nèi)。外殼70的表面上具有環(huán)狀凹槽，該環(huán)狀凹槽用以形成靠近開口端部79的環(huán)狀凸緣(circumferential bead)75。環(huán)繞絕緣盤150的周緣155的外表面具有環(huán)狀槽156(圖3)。將絕緣盤150插入，槽156就位于環(huán)狀凸緣75上，該環(huán)狀凸緣75形成了絕緣盤150的支承座。起初，外殼70的開口端部79處具有一擴(kuò)張部分71。即，起初，開口端部79處的外殼70直徑大于外殼其它部分的直徑。環(huán)繞絕緣盤150的周緣155徑向壓縮該外殼70的擴(kuò)張部分71，直至外殼該部分71的內(nèi)表面相當(dāng)堅(jiān)實(shí)地壓在周緣155的外表面158上。接著，將電池外殼70的周緣72卷曲在絕緣盤150的周緣155上。然后，向下插入集流電極80，使該集流電極80穿過凸臺(tái)151內(nèi)的孔90。起初，凸臺(tái)151內(nèi)該孔90的底部可具有一薄壁，這樣孔90起初就不穿透該凸臺(tái)151。在這種情況下，當(dāng)用力使集流電極穿過孔90時(shí)，該薄壁就被刺穿，因而在集流電極80與限定孔90的壁之間形成一種摩擦配合。起初，該孔90的直徑可略小于集流電極80的直徑。這有助于集流電極80與限定孔90的壁之間的摩擦配合。使集流電極80穿過孔90，直至該集流電極的頭部85靠在凸臺(tái)151的頂表面153上，這樣該頭部85就位于環(huán)形凹穴161內(nèi)。
絕緣盤150以及一體形成的可破裂薄膜152可由耐磨、抗腐蝕的塑料制成。理想的，絕緣盤150以及一體形成的可破裂薄膜152由聚酰胺(尼龍)，優(yōu)選為尼龍66或尼龍612，更優(yōu)選為尼龍612制成。選擇性的，絕緣盤150以及一體形成的可破裂薄膜152也可由聚丙烯、填充滑石粉的聚丙烯、磺化聚苯乙烯或其它類型的聚酰胺(尼龍)制成。但是，我們已經(jīng)認(rèn)定對(duì)于AAAA堿性電池100的絕緣盤150以及薄膜152而言，尼龍66或尼龍612是較為理想的材料。這些材料較理想是因?yàn)樗鼈兡湍?，但比填充聚合物例如填充滑石粉的聚丙烯要軟。尼?6或尼龍612還表現(xiàn)出這樣一種特性在正常操作過程中電池可能經(jīng)受的任何溫度下，其蠕變程度都低于非填充或填充聚丙烯。與采用填充聚合材料例如填充滑石粉的聚丙烯來形成絕緣盤150相比，由較軟的材料即尼龍66或尼龍612來形成絕緣盤150使得通常所需要的力更小。已認(rèn)定，這能更輕易且更可靠地密封相當(dāng)小直徑的AAAA電池100。尼龍612是更優(yōu)選地制造絕緣盤150的材料，因?yàn)槠湮暂^強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)，且抵抗破裂的能力較強(qiáng)。絕緣盤150的直徑等于電池外殼70的內(nèi)直徑。對(duì)于小于AAA尺寸的電池而言，絕緣盤150的直徑小于10mm，通常在7mm與9mm之間。特別的，對(duì)于AAA尺寸的電池，絕緣盤150的直徑在大約7.6mm與8.2mm之間，其總厚度在大約3mm與5mm之間，優(yōu)選為大約4mm。
外殼70優(yōu)選為鍍鎳鋼。集流電極80可從已知的各種用作集流電極材料的導(dǎo)電金屬中選出，例如，黃銅、鍍錫黃銅、未精選的鉛礦石(bonze)、銅或鍍銦黃銅。為增強(qiáng)絕緣盤150與外殼70之間的密封性，采用傳統(tǒng)的防水密封劑比如瀝青基密封劑，例如，該瀝青基密封劑可包括瀝青以及一種合適的芳香族溶劑比如甲苯。可在將絕緣盤150插入外殼70的開口端部?jī)?nèi)之前，將密封劑涂覆在絕緣盤150的周緣155的外壁上或者外殼70的內(nèi)表面上。還可在將集流電極80插入孔90內(nèi)之前，將相同的密封劑涂覆到形成孔90的壁上或集流電極80的外表面上。
在以上所述的實(shí)施例中，已經(jīng)確定如果絕緣盤150由尼龍66或尼龍612形成，則理想的是，環(huán)形可破裂薄膜152的直徑在大約1毫米與2毫米之間，其厚度在大約0.03毫米與0.2毫米之間。上述范圍允許薄膜152在電池內(nèi)部氣壓到達(dá)大約500至2000磅/平方英寸之間(3.45×10+6至13.8×10+6帕斯卡之間)時(shí)破裂(隨著薄膜厚度的增大，薄膜發(fā)生破裂時(shí)的壓力增大；隨著薄膜厚度的減小，薄膜發(fā)生破裂時(shí)的壓力降低)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，環(huán)狀構(gòu)造的薄膜152(圖2)具有大約0.08mm的厚度以及大約1.5mm的直徑。在這種設(shè)計(jì)中，當(dāng)小直徑電池的內(nèi)壓到達(dá)大約1100磅/平方英寸(7.6×10+6帕斯卡)時(shí)，該薄膜152就破裂。我們認(rèn)為絕緣盤150內(nèi)具有單獨(dú)一個(gè)可破裂薄膜152就足以在內(nèi)壓到達(dá)預(yù)定程度時(shí)進(jìn)行有效的破裂。但應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，作為一種附加安全措施，該絕緣盤150可具有許多獨(dú)立的可破裂薄膜，以確保薄膜在電池內(nèi)壓強(qiáng)到達(dá)預(yù)定程度時(shí)發(fā)生破裂。
本發(fā)明裝置(圖1-4)與現(xiàn)有裝置(圖5)的比較圖5表示了一種現(xiàn)有的用于小直徑堿性電池的端蓋裝置，美國(guó)專利6025290對(duì)該裝置作了較為詳細(xì)的說明。在此給出這種現(xiàn)有的端蓋裝置是為了更好地說明對(duì)這種現(xiàn)有裝置作出改進(jìn)的本發(fā)明末端裝置10(圖1-4)的特征。在圖5所示的現(xiàn)有裝置10中，具有單獨(dú)的端蓋200以及位于該端蓋200下方的絕緣墊圈130，該絕緣墊圈130位于電池的外殼周緣72與端蓋200之間?？蓪F(xiàn)有技術(shù)圖5中所示的集流電極80的頭部85焊接到端蓋200平坦中央部分205的底表面上。當(dāng)電池內(nèi)氣壓到達(dá)預(yù)定程度時(shí)，密封蓋150內(nèi)的整個(gè)薄膜將破裂，從而允許氣體釋放到外界。絕緣墊圈130通常為塑料涂覆紙例如聚乙烯涂覆紙或紙板。端蓋200(圖5)由具有良好機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性的導(dǎo)電金屬構(gòu)成，例如鍍鎳?yán)滠堜摶虿讳P鋼。現(xiàn)有技術(shù)中的末端蓋200通常為具有平坦中央部分205的“帽狀”導(dǎo)電金屬，一平坦的環(huán)狀邊緣230位于平坦中央部分205的下方，與該平坦中央部分205成階梯狀，且自該平坦中央部分205起延伸，如現(xiàn)有技術(shù)圖5所示。如上所述，圖1-4所示的本發(fā)明末端裝置10不需要單獨(dú)的端蓋200，也不需要單獨(dú)的絕緣墊圈130。本發(fā)明末端裝置10(圖1-4)的再一改進(jìn)之處在于，本發(fā)明的凸臺(tái)151較寬，從而使得中部凹穴79a比現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例(圖5)所示的凹穴要窄。這可防止電池在儲(chǔ)存過程中被摻雜在一起時(shí)，或者當(dāng)電池排列在傳送帶上時(shí)，一個(gè)電池的頭部85嵌塞在另一個(gè)電池的凹穴內(nèi)。
盡管已參照特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，在本發(fā)明原理范圍內(nèi)，可對(duì)本發(fā)明作出各種變型。因此，本發(fā)明并不限定在此所述的特定實(shí)施例，而是由權(quán)利要求書及其等效裝置所限定。
權(quán)利要求
1.一種堿性電化學(xué)電池，所述電池具有一端部開口的圓筒狀電池外殼，以及一插入在所述開口端部?jī)?nèi)的封閉住所述外殼的端部密封裝置，所述電池具有一正極和一負(fù)極，所述端部密封裝置包括一電絕緣的密封盤，所述密封盤內(nèi)具有一可破裂的薄膜，并且所述密封盤具有一穿過其的細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)電集流電極，所述絕緣密封盤封閉所述外殼的開口端部并提供所述集流電極與所述外殼之間的電絕緣；所述外殼的邊緣卷曲在所述絕緣密封盤的周緣上，從而沿著卷曲線形成一電池肩部，改進(jìn)包括所述端部密封裝置包括一絕緣密封盤，所述絕緣密封盤具有一體形成的中央凸臺(tái)，其特征在于，所述凸臺(tái)的一部分伸出所述外殼的開口端部，一細(xì)長(zhǎng)的集流電極穿過所述凸臺(tái)，所述集流電極的一部分自所述凸臺(tái)突起并形成所述負(fù)極，至少所述絕緣密封盤的一部分位于所述電池的外殼內(nèi)，所述突起的中央凸臺(tái)的寬度至少為電池外殼直徑的大約60％。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述凸臺(tái)的直徑為所述電池外殼直徑的大約60％至90％。
3.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述凸臺(tái)的直徑為所述電池外殼的內(nèi)直徑的大約70％至90％。
4.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述凸臺(tái)為圓柱形，且具有一朝向電池的外部的頂面。
5.如權(quán)利要求4所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述凸臺(tái)的頂面內(nèi)具有一凹穴，所述集流電極具有一細(xì)長(zhǎng)主體和位于其一端且?guī)咕壍念^部，所述頭部位于所述凹穴內(nèi)，所述細(xì)長(zhǎng)主體伸入所述電池的內(nèi)部。
6.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述圓筒狀電池的外殼為AAAA(LR61)尺寸，位于所述開口端部處的所述端部密封裝置不具有位于所述電池外殼的任一部分內(nèi)的金屬盤。
7.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述密封盤具有一自所述凸臺(tái)起徑向延伸的中部區(qū)域，以及一具有外表面的周緣，所述外表面與所述開口端部處的所述外殼的內(nèi)表面鄰接。
8.如權(quán)利要求7所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述中部區(qū)域的頂面朝向所述電池的外部，其底面朝向所述電池的內(nèi)部。
9.如權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述中部區(qū)域的頂面內(nèi)具有一凹槽，所述凹槽位于所述凸臺(tái)的外表面與所述周緣之間。
10.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述凹槽形成一環(huán)狀空間。
11.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述凹槽的寬度為所述電池外殼直徑的大約10％至40％。
12.如權(quán)利要求7所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述絕緣密封盤具有一體形成的可破裂薄膜部分，所述可破裂薄膜部分位于所述中部區(qū)域內(nèi)，當(dāng)所述電池內(nèi)的氣壓超過預(yù)定程度時(shí)，所述薄膜就破裂。
13.如權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述可破裂薄膜部分在所述中部區(qū)域的一部分內(nèi)形成一島狀物。
14.如權(quán)利要求13所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述可破裂薄膜為圓形或橢圓形。
15.如權(quán)利要求13所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述可破裂薄膜為多邊形。
16.如權(quán)利要求7所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述端部密封裝置還包括在所述絕緣密封盤周緣與所述外殼之間的密封劑，所述密封劑含有瀝青材料。
17.如權(quán)利要求7所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述外殼的表面上具有一環(huán)狀凹槽，所述絕緣盤的一部分周緣位于所述凹槽上。
18.如權(quán)利要求7所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述外殼的位于其開口端部處的一部分徑向壓靠在所述絕緣密封盤的周緣上。
19.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其特征在于，自所述凸臺(tái)突起的所述集流電極的頭部形成所述電池的負(fù)極。
20.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述電池不包括與所述集流電極電連通的端蓋。
21.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述電池不包括位于所述電池外殼的卷曲邊緣上方的絕緣墊圈。
22.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述絕緣密封盤包括尼龍66。
23.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述絕緣密封盤包括尼龍612。
24.如權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述AAAA(LR61)電池外殼的外直徑在大約7.7毫米至8.3毫米之間。
25.如權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述絕緣密封盤的總厚度在大約3mm至5mm之間，其直徑在大約7.6mm至8.2mm之間。
26.如權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述絕緣密封盤內(nèi)的所述可破裂薄膜的厚度在大約0.03mm至0.2mm之間。
27.一種小直徑堿性電化學(xué)電池，其直徑在7mm至10mm之間，所述電池具有一端部開口的圓筒狀電池外殼，以及一插入在所述開口端部?jī)?nèi)的封閉住所述外殼的端部密封裝置，所述電池具有一正極和一負(fù)極以及一電絕緣的密封盤，所述密封盤內(nèi)具有一可破裂的薄膜，并且所述密封盤具有一穿過其的細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)電集流電極，所述絕緣密封盤封閉所述外殼的開口端部并提供所述集流電極與所述外殼之間的電絕緣；以及所述外殼的邊緣卷曲在所述絕緣密封盤的周緣上，從而沿著卷曲線形成一電池肩部，改進(jìn)包括所述端部密封裝置包括一絕緣密封盤，所述絕緣密封盤具有一體形成的中央凸臺(tái)，其特征在于，所述凸臺(tái)的一部分伸出所述外殼的開口端部，一細(xì)長(zhǎng)的集流電極穿過所述凸臺(tái)，所述集流電極的一部分自所述凸臺(tái)突起并形成所述負(fù)極，至少所述絕緣密封盤的一部分位于所述電池的外殼內(nèi)，所述突起的中央凸臺(tái)的寬度至少為電池外殼直徑的大約60％。
28.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述凸臺(tái)的直徑為所述電池外殼的內(nèi)直徑的大約70％至90％。
29.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述堿性電池的外殼直徑在大約7毫米至9毫米之間。
30.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述電池外殼為AAAA(LR61)尺寸，外直徑在大約7.7毫米至8.3毫米之間。
31.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述圓筒狀電池的外殼為AAAA(LR61)尺寸，位于所述開口端部處的所述端部密封裝置不具有位于所述電池外殼的任一部分內(nèi)的金屬盤。
32.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述電池不包括與所述集流電極電連通的端蓋。
33.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述電池不包括位于所述電池外殼的卷曲邊緣上方的絕緣墊圈。
34.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述絕緣密封盤包括尼龍66。
35.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述絕緣密封盤包括尼龍612。
36.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述絕緣密封盤的總厚度在大約3mm至5mm之間。
37.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述絕緣密封盤具有一體形成的可破裂薄膜，所述可破裂薄膜的厚度在大約0.03mm至0.2mm之間。
38.如權(quán)利要求27所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述外殼的表面上具有一環(huán)狀凹槽，所述絕緣盤的一部分周緣位于所述凹槽上。
全文摘要
一種用于小尺寸圓筒狀堿性電池的端部密封裝置。該密封裝置不需要單獨(dú)的端蓋，也不需要絕緣墊圈，該絕緣墊圈通常位于端蓋與電池開口端部處的外殼之間，以使端蓋與外殼絕緣；該密封裝置包括一絕緣密封盤，該絕緣密封盤被裝入電池外殼的開口端部?jī)?nèi)；電池外殼的周緣卷曲在密封盤的邊緣上，以封閉該電池；該密封盤具有一體形成的中央凸臺(tái)，該凸臺(tái)自外殼的開口端部突起；一細(xì)長(zhǎng)的集流電極經(jīng)由中央凸臺(tái)內(nèi)的孔穿入電池的內(nèi)部；因此，集流電極的頭部暴露于外界，并形成電池的一終(負(fù)極)端。該凸臺(tái)寬于普通的凸臺(tái)，以防止頭部與其它相同電池相互嵌塞。
文檔編號(hào)H01M2/04GK1491444SQ02804845
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月12日
發(fā)明者肖恩·A·薩金特, 理查德·瓦倫丁, 瓦倫丁, 肖恩 A 薩金特 申請(qǐng)人:吉萊特公司