專利名稱：堿性電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包含PTC元件的堿性電池。
背景技術：
為了改進電池的安全性，已經進行了關于包含在短路的時候防止電池溫度急劇升高的PTC元件的電池的各種研究。
例如，日本專利特開2003-217596號文獻提出負極集流體的表面涂覆有主要由聚乙烯組成并具有PTC功能的導電體。日本專利公開號9-199106的文獻提出一種鋰二次電池，其中密封板周邊的凸緣被卷曲通過外殼開口端上的墊圈，該電池包括放在密封板凸緣和墊圈之間的PTC元件。
然而，在日本專利特開2003-217596號文獻中，覆蓋在負極集流體的表面的導電體容易被堿性電解液分解，并且PTC功能有時不能充分發(fā)揮。
在堿性電池中，負極集流體和負極端子板需要通過電焊接等達到穩(wěn)定地連接，難以在負極集流體和負極端子板之間集成PTC元件。
在日本專利特開9-199106號文獻中，鋰二次電池具有不同于堿性電池的結構的如集流體或防爆裝置的密封部件的結構，因此需要考慮適于堿性電池的結構的PTC元件的組裝方法。
因此，為了解決上述傳統(tǒng)問題，本發(fā)明目的在于提供一種具有高的安全性和可靠性以及高度防液體泄露的堿性電池。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種堿性電池，包括電池外殼，在其中容納發(fā)電元件；以及組件密封部分，封閉該電池外殼的開口；該組件密封部分包括負極端子部、與該負極端子部電連接的負極集流體和樹脂密封體。該密封體包括具有通過其插入該負極集流體的通孔的中央圓筒部分、設置于該負極端子部的周邊和該電池外殼的開口端之間的外周圓筒部分、連接該中央圓筒部分和該外周圓筒部分的連接部分。該電池外殼的開口端被彎曲，以便卷繞該密封體的外周圓筒部分的上端，并且該彎曲部分被向內卷曲，以扣緊該負極端子部的周邊。本發(fā)明具有一個特征在于其中該負極端子部包括彼此分隔的第一負極端子板和第二負極端子板，以及設置于該第一負極端子板和該第二負極端子板之間的PTC元件。
優(yōu)選的是，該第一負極端子板和該第二負極端子板各具有周邊中的凸緣和中央部分中的平坦部分，和該PTC元件被設置于該第一負極端子板的平坦部分和該第二負極端子板的平坦部分之間，在該第一負極端子板的凸緣和該第二負極端子板的凸緣之間設置有絕緣板，該電池外殼的開口端被彎曲，以便卷繞該密封體的外周圓筒部分的上端，并且該彎曲部分向內卷曲，以扣緊該第一負極端子板的凸緣、該第二負極端子板的凸緣和該絕緣板。
優(yōu)選的是，其中該第一負極端子板和該第二負極端子板各具有在周邊中的凸緣和中央部分中的平坦部分，該PTC元件被設置于該第一負極端子板的凸緣和該第二負極端子板的凸緣之間，該電池外殼的開口端被彎曲，以便卷繞該密封體的外周圓筒部分的上端，并且該彎曲部分是向內卷曲，以扣緊該第一負極端子板的凸緣、該第二負極端子板的凸緣和該PTC元件。
另外，優(yōu)選是，其中在該第一負極端子板的平坦部分和該第二負極端子板的平坦部分之間設置有絕緣板。
根據(jù)本發(fā)明，該負極端子部包含兩個負極端子板和設置于其間的PTC元件，在兩個負極端子板之間的激勵通道僅是PTC元件，從而利用在短路的情況下通過的PTC元件電流阻止短路，并且有效地防止了在短路情況下電池的快速升溫。
負極端子部由通過PTC元件的兩個負極端子板組成，其增大了電解液的上升通道的長度，從而使通道分開，因此防止了電解液的泄漏。
盡管在附加的權利要求書中詳細闡述了本發(fā)明的新穎特征，通過以下結合附圖的詳細描述，將更容易理解和認識本發(fā)明的結構和內容、及其其它目的和特征。


圖1是本發(fā)明的一個實施例中的堿性電池的局部截面前視圖；圖2是圖1中的密封部分(X部分)的放大的垂直剖面圖；圖3是本發(fā)明的另一個實施例中的密封部分的垂直剖面圖；圖4是本發(fā)明的又一個實施例中的密封部分的垂直剖面圖；圖5是常規(guī)堿性電池的密封部分的垂直剖面圖。
具體實施例方式
以下將參照圖1和2描述本發(fā)明的實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的AA堿性電池(LR6)的局部截面前視圖。
中空圓筒形正極混合體2內接在封閉端的圓筒形電池外殼1中，該電池外殼用作為正極端子。在正極混合體2的中空部分中，經由封閉端圓筒隔膜4放置凝膠負極3。正極混合體2、隔膜4和凝膠負極3包含堿性電解液。采用主要由例如聚乙烯醇纖維和人造纖維混合制成的無紡布作為隔膜4。
正極混合體2包括例如，包含二氧化錳粉末的正極活性材料、導電劑(如石墨粉末)，或堿性電解液的混合物(如水溶性氫氧化鉀溶液)。
凝膠負極3包括例如，負極活性材料(如鋅粉或鋅合金粉末)、膠凝劑(如聚丙烯酸鈉)、和堿性電解液(如水溶性氫氧化鉀溶液)的混合物。優(yōu)選使用高抗腐蝕性的鋅合金粉末作為負極活性材料，并且以對環(huán)境友好的方式，鋅合金粉末不包含汞、鎘和鉛的任一種或全部。鋅合金包括含有例如銦、鋁和鉍的鋅合金。
圖2是圖1中的X部分(堿性電池的密封部分)的放大剖面圖。
電池外殼1容納發(fā)電元件(如正極混合體2)并且配置有接近開口的臺階1a，電池外殼1的開口通過組件密封部分12密封。組件密封部分12包括負極端子部11、與負極端子部11電連接的負極集流體6和樹脂密封體5。負極集流體6被插在凝膠負極3的中部。
密封體5包括具有通過其插入負極集流體6的通孔13a的中央圓筒部分13，置于負極端子部11的周邊和電池外殼1的開口端之間的外周圓筒部分14，以及連接中央圓筒部分13和外周圓筒部分的連接部分15，該連接部分15具有作為安全閥的薄部分15a。外周圓筒部分14包括容納負極端子部11的周邊的環(huán)形水平部分14b、從水平部分14b的外周邊向上升起的上部圓筒部分14a、以及從水平部分14b的內周邊以傾斜的方向向下延伸的下部圓筒部分1 4c。電池外殼1的開口端被彎曲，以便卷繞密封體5的上部圓筒部分14a的上端，該彎曲部分是向內卷曲的，以扣緊負極端子部11的周邊與臺階1a。電池外殼1的外表面覆蓋有外部標簽10。
本發(fā)明的特征在于在堿性電池的組件密封部分12中的負極端子部11的結構。負極端子部11包含彼此分隔開的第一負極端子板7和第二負極端子板8，以及置于第一負極端子板7和第二負極端子板8之間的PTC元件9a。
具體來說，如圖2所示，第一負極端子板7具有在周邊中的凸緣7a和在中央部分中的平坦部分7b，第二負極端子板8具有在周邊中的凸緣8a和在中央部分中的平坦部分8b。PTC元件9a被置于第一負極端子板7的平坦部分7b和第二負極端子板8的平坦部分8b之間，絕緣板9b被置于第一負極端子板7的凸緣7a和第二負極端子板8的凸緣8a之間。電池外殼1的開口端是彎曲的，以便卷繞密封體5的上部圓筒部分14a的上端，并且該彎曲部分向內卷曲，以扣緊第一負極端子板7的凸緣7a、第二負極端子板8的凸緣8a和絕緣板9b。負極集流體6通過焊接其頂部6a而被物理和電連接到第二負極端子板8的平坦部分8b。PTC元件9a具有當達到預定溫度時快速增大電阻的功能。
盤狀的PTC元件9a具有例如0.2mm到0.4mm的厚度和5mm到7.5mm的直徑。
環(huán)狀的絕緣板9b具有例如0.2mm到0.4mm的厚度、5mm到8mm的內徑和11mm到12mm的外徑。
為了確保防止其中第一負極端子板7和第二負極端子板8彼此直接連接而引起電流通過、但不通過PTC元件9a的現(xiàn)象，PTC元件9a不起作用并不能阻斷電流，第一負極端子板7和第二負極端子板8優(yōu)選被放置而使得第一負極端子板7的凸緣7a和平坦部分7b之間的邊界、第二負極端子板8的凸緣8a和平坦部分8b之間的邊界間隔為0.2至1mm。
在堿性電池中，第一負極端子板7和第二負極端子板8之間的激勵通道僅由上述的PTC元件9a組成。因此，當電池被外部短路而引起短路電流通過并引起電池溫度達到預定溫度時，PTC元件的電阻增大以確保減小短路電流。特別是，可以防止在外部短路的情況下電池的快速升溫。PTC元件由可在市場上買到的例如TYCO ElectronicsRaychem公司制造的商標名為PolySwitch的材料制成。
絕緣板9b由例如紙或者樹脂(例如聚丙烯)制成。
第一負極端子板7由例如鍍鎳鋼板制成。
第二負極端子板8優(yōu)選按照低接觸電阻由鍍錫鋼板或鍍鎳鋼板制成。
第一負極端子板7和第二負極端子板8具有用于將氣體從電池中釋放出來的孔(未示出)，例如，在凸緣7a和平坦部分7b之間的邊界以及凸緣8a和平坦部分8b之間的邊界。當電池的內壓異常增大時，密封體5的薄部分15a破裂，以將氣體釋放到孔的外面。
如圖2所示，負極端子部11由兩個負極端子板7和8組成，其增大了電解液的上升通道的長度，從而使得通道容易被分隔開，因此防止了電解液的泄漏。
在圖2的結構中，與以下描述的圖3和4中的結構相比，PTC元件可以確保與兩個負極端子板較大的接觸面積，因此在電池的常態(tài)使用中減少了內部電阻，從而達到了令人滿意的高速率放電性能。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施例在圖3中示出。組件密封部分22中的負極端子板21包括彼此分隔開的第一負極端子板7和第二負極端子板8，設置于第一負極端子板7的凸緣7a和第二負極端子板8的凸緣8a之間的環(huán)形PTC元件19a。電池外殼1的開口端是彎曲的，以卷繞密封體5的上部圓筒部分14的上端，并且彎曲部分被向內卷曲，以扣緊第一負極端子板7的凸緣7a、第二負極端子板8的凸緣8a和PTC元件19a。該扣緊使得PTC元件19a和負極端子板7和8之間低的電接觸電阻能夠被維持。
環(huán)形PTC元件19a具有例如0.2，到0.4mm的厚度、5到8mm的內徑和11到12mm的外徑。
為了確保防止其中第一負極端子板7和第二負極端子板8彼此直接接觸而引起電流通過、但不通過PTC元件19a，以及PTC元件不起作用并不能阻斷電流的現(xiàn)象，第一負極端子板7和第二負極端子板8優(yōu)選被放置而使得平坦部分7b和平坦部分8b被分隔開0.2至1mm。
本發(fā)明進一步優(yōu)選的實施例示出在圖4中。組件密封部分32中的負極端子部31具有一種結構，其中在圖3中的負極端子部21的結構中，在第一負極端子板7的平坦部分7b和第二負極端子板8的平坦部分8b之間放置絕緣板19b。
以下將詳細描述本發(fā)明的示例，但是不發(fā)明不限于這些示例。
示例1(1)正極混合體的制備將二氧化錳粉末(具有35μm的平均粒徑)和石墨粉末(具有15μm的平均粒徑)以90∶10的重量比混合。然后，將該混合物和按重量的36％的水溶性氫氧化鉀溶液(作為堿性電解液)以100∶3的重量比混合，充分攪拌，然后壓縮形成若干個薄片。然后，將薄片正極混合體磨成顆粒，將顆粒通過篩網進行分選，將10至100目的顆粒壓制并形成中空圓筒形，從而獲得顆粒材料的正極混合體。
(2)凝膠負極的制備將聚丙烯酸鈉(作為膠凝劑)、按重量的36％水溶性氫氧化鉀溶液(作為堿性電解液)、和負極活性材料以重量比為1∶33∶66混合，以獲得凝膠負極。作為負極活性材料，使用鋅合金粉末(具有135μm的平均粒徑)，其包含按重量的0.025％的銦、按重量的0.015％的鉍、按重量的0.004％的鋁，并且不含汞和鉛。
(3)圓柱形堿性電池的組件通過以下步驟制備具有圖1中的結構的AA堿性電池(LR6)。圖1是圓柱形堿性電池的局部截面正視圖。圖2是圖1中的部位X(密封部分)的放大截面圖。
將由以上過程獲得的兩個正極混合體2插入電池外殼1中，通過壓制夾具壓制正極混合體2并使其與電池外殼1的內壁緊密接觸。閉端式圓筒隔膜4被置于與電池外殼1內壁緊密接觸的正極混合體2的中部。將作為堿性電解液的按重量含有36％的氫氧化鉀的預定量的水溶液注入隔膜4。經過預定時間后，由上述過程獲得的凝膠負極3在隔膜4的內部被充電。用作隔膜4的無紡布主要由例如聚乙烯醇纖維和人造纖維混合組成。
使用組件密封部分12來密封容納發(fā)電元件(例如正極混合體2)的電池外殼1，如以下所述。
電焊接負極集流體6的頂部6a與由0.2mm厚的鍍錫鋼板制成的第二負極端子板8的平坦部分8b，并且將負極集流體6通過通孔13a插入尼龍密封體5的中央圓筒部分13，以獲得組件密封部分的中間體。
電池外殼1被成形為在其開口附近具有凹槽以形成臺階1a，將中間體置于電池外殼1的開口中，使得在臺階1a上容納中間體的水平部分14b。此時，將負極集流體6的部分插入凝膠負極3中。然后，將由聚丙烯制成的環(huán)形絕緣板9b(具有0.3mm的厚度、8mm的內徑和11mm的外徑)置于中間體的第二負極端子板8的凸緣8a上。將具有0.3mm厚度和7.2mm直徑的盤狀PTC元件9a(Tyco ElectronicsRaychem制造的Polyswitch牌)被置于中間體的第二負極端子板8的平坦部分8b上。而且，將0.4mm厚度的鍍鎳鋼板制成的第一負極端子板7置于PTC元件9a和絕緣板9b上，使得平坦部分7b與PTC元件9a對應，凸緣7a與絕緣板9b相對應。PTC元件9a的電阻在20℃時是0.03Ω，但是在120℃的高溫時電阻急劇上升到104Ω。
因此，負極端子部11這樣構成，其中在第一負極端子板7的平坦部分7b和第二負極端子板8的平坦部分8b之間設置PTC元件9a，在第一負極端子板的凸緣7a和第二負極端子板8的凸緣8a之間設置絕緣板9b。然后，電池外殼1的開口端是彎曲的，以便卷繞密封體5的上部圓筒部分14a的上端，并且彎曲部分是向內卷曲的，以由電池外殼1的開口端經由外周圓筒部分14扣緊負極端子部11的周邊，以密封電池外殼1的開口。電池外殼1的外表面覆蓋有外部標簽10。
示例2除了在第一負極端子板7的凸緣7a和第二負極端子板8的凸緣8a之間設置與示例1中的相同材料的環(huán)形PTC元件19a(具有0.3mm的厚度、11mm的外徑和8mm的內徑)外，堿性電池是以與實施例1中的相同的方法制備。
對比例1除了負極端子部僅由圖5所示的第一負極端子板37構成，堿性電池是以與實施例1中的相同方式制備。
對比例2將按重量90份的導電材料粉末(具有PTC功能，并且主要由在室溫時具有5S/cm的導電率和在120℃(運行溫度)時具有5μS/cm的導電率的聚乙烯制成)、和按重量10份的聚偏二氟乙烯作為粘接劑被分散到N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidinone)中以獲得糊狀物。焊接負極集流體6的頂部6a和第一負極端子板17的平坦部分17b，然后將糊狀物涂覆在負極集流體6的整個表面上，并在60℃下干燥12個小時。除使用負極集流體外，以與實施例1中相同的方式制備堿性電池。
(1)對抗電池液體泄露的評價對于每個由上述過程獲得的電池，制備一百個電池并在60℃的溫度和90％濕度的濕熱環(huán)境下保持三個月，檢查保持后的電池液體泄露的發(fā)生的百分率。
(2)電池的短路測試對于每個由上述過程獲得的電池，通過0.1mm厚度的鎳導線連接電池外殼和第一負極端子板，以使電池外短路。通過熱電偶測量電池筒體的表面溫度，以檢查電池表面上的最大溫度。
(3)電池內部電阻的測量對于每個由上述過程獲得的電池，當1KHz的AC電流流過電池時的端子上的電壓是通過松下通信工業(yè)有限公司制造的產品DIGITAL MILLIOHM METER VP-2811A來測量，以檢查電池的內阻。
評價結果示于表1中。
表1

對于不含PTC元件的對比例1的電池，在外短路的情況下電池溫度顯著升高，并且在電池被保持在濕熱環(huán)境中后，發(fā)現(xiàn)有液體泄露的電池。
對于對比例2的電池，組裝電池后即可顯著地阻止在外部短路的情況下電池溫度的升高。然而，當電池在室溫下保持三個月后進行相同的短路測試，結果是，在短路時電池的最大溫度是125℃并且電池溫度顯著升高。這是因為PTC元件被放置與發(fā)電元件中的電解液接觸，在阻止PTC功能發(fā)揮作用期間，設置在負極集流體表面上的具有PTC功能的導電體通過接觸堿性電解液而被分解。而且，電池在濕熱的環(huán)境下保持后發(fā)現(xiàn)電池有液體泄露的現(xiàn)象。
對于示例1和2的電池，顯著地阻止了在外部短路情況下電池溫度的升高。與示例1和2的電池相比，PTC元件可以確保與示例1中的負極端子板有較大的接觸面積，因此降低了電池的內阻值。
根據(jù)本發(fā)明的堿性電池具有高可靠性，并且適于電子設備或便攜式設備或類似設備的電源。
盡管已經根據(jù)目前優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，應理解的是，這樣的公開不能解釋為限定。在讀過上述說明后，對屬于本發(fā)明的本領域技術人員而言，各種變型和修改將無疑變得清楚。因此，附加的權利要求應該被解釋覆蓋所有變型和修改，如落在本發(fā)明真正的精神和范圍內。
權利要求
1.一種堿性電池，包括電池外殼，在其中容納發(fā)電元件；以及組件密封部分，封閉所述電池外殼的開口，所述組件密封部分包括負極端子部，與所述負極端子部電連接的負極集流體，和樹脂密封體，所述密封體包括具有通過其插入所述負極集流體的通孔的中央圓筒部分，設置于所述負極端子部的周邊和所述電池外殼的開口端之間的外周圓筒部分，連接所述中央圓筒部分和所述外周圓筒部分的連接部分，以及所述電池外殼的開口端被彎曲，以便卷繞所述密封體的外周圓筒部分的上端，并且該彎曲部分被向內卷曲，以扣緊所述負極端子部的周邊；其中所述負極端子部包括彼此分隔的第一負極端子板和第二負極端子板，以及設置于所述第一負極端子板和所述第二負極端子板之間的PTC元件。
2.根據(jù)權利要求1的堿性電池，其中所述第一負極端子板和所述第二負極端子板各具有周邊中的凸緣和中央部分中的平坦部分，和所述PTC元件被設置于所述第一負極端子板的平坦部分和所述第二負極端子板的平坦部分之間，在所述第一負極端子板的凸緣和所述第二負極端子板的凸緣之間設置有絕緣板，所述電池外殼的開口端被彎曲，以便卷繞所述密封體的外周圓筒部分的上端，并且該彎曲部分向內卷曲，以扣緊所述第一負極端子板的凸緣、所述第二負極端子板的凸緣和所述絕緣板。
3.根據(jù)權利要求1的堿性電池，其中所述第一負極端子板和所述第二負極端子板各具有在周邊中的凸緣和中央部分中的平坦部分，所述PTC元件被設置于所述第一負極端子板的凸緣和所述第二負極端子板的凸緣之間，所述電池外殼的開口端被彎曲，以便卷繞所述密封體的外周圓筒部分的上端，并且該彎曲部分是向內卷曲，以扣緊所述第一負極端子板的凸緣、所述第二負極端子板的凸緣和所述PTC元件。
4.根據(jù)權利要求3的堿性電池，其中在所述第一負極端子板的平坦部分和所述第二負極端子板的平坦部分之間設置有絕緣板。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的堿性電池包括在其中包含發(fā)電元件的電池外殼；關閉所述電池外殼的開口的組件密封部分。組件密封部分包括負極端子部、與負極端子部電連接的負極集流體、樹脂密封體。負極端子部包括彼此分開的第一負極端子板和第二負極端子板、置于第一負極端子板和第二負極端子板之間的PTC元件。
文檔編號H01M10/24GK1971973SQ20061016461
公開日2007年5月30日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權日2005年10月21日
發(fā)明者小路安彥, 松久一朗, 住廣泰史 申請人:松下電器產業(yè)株式會社