專利名稱：帶閥組件的氣密堿性蓄電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按權利要求1前序部分所述之氣密堿性蓄電池。
在電子學的范疇內對這一類蓄電池提出了越來越高的要求。持續(xù)增加的機動性和不斷提高的對操作便利的要求，迫使人們去發(fā)展容量越來越大、重量越來越輕和體積越來越小的能源。若例如手持式移動電話，如今日之D—網(wǎng)或未來之E—網(wǎng)電話那樣越來越小而輕，要能完全市場，必須保證有最短的工作準備時間，這一時間通常在多個小時的范圍內。
在發(fā)展用于此類移動式電話或其他便攜式設備，例如可攜帶的計算機(Lap—oder Palm—Tops)、攝錄機、助聽器中的集成電路和超高集成芯片組時，使用了極大量的金額用于電子線路插件板的微型化，然而，同樣需要有相應的小型電源。
通過設計棱柱形塑料外殼用于氣密堿性蓄電池，在改善這種蓄電池的性能方面已經(jīng)取得了顯著的效果。采用輕的塑料外殼和使外殼與由有關的設備制造者規(guī)定的幾何形狀相適應，通過設計棱柱形塑料外殼用于氣密堿性蓄電池，在改善這種蓄電池的性能方面已經(jīng)取得了顯著的效果。采用輕的塑料外殼和使外殼與由有關的設備制造者規(guī)定的幾何形狀相適應，或與進一步加寬的矩形外殼結構相適應，可使輕的蓄電池有較高的儲能密度。具有適合的電極形狀幾乎可以使用留下的全部電池體積來儲存電荷；參見德國專利申請P4325464與此有關的內容，其中公開的內容經(jīng)引用完全包含在本文內，并作為本申請的內容。
然而，恰好是對輕而小的蓄電池應致力于高度注意防爆，以便不會不必要地通過材料加厚或采用昂貴的外殼結構而必須失去已獲得的優(yōu)點。在過充電或用過大的電流充電以及極性顛倒或短路的情況下，在外殼內部可能產(chǎn)生高的過壓，它最終會導致這種電池爆裂。
盡管玻璃或碳纖維增強的塑料有最高的強度和沖擊韌性，仍務必在任何時候能可靠地將蓄電池爆裂的可能性排除在外。尤其對于手持式設備，強堿性和腐蝕性的電解質的爆炸狀射出，會導致傷害人員和/或損壞貴重的設備。
為了控制這種過壓和與之有關的對安全的危害，對于大型蓄電池人們采用可用螺紋擰緊的過壓閥(安全閥)，然而，由于螺紋需要附加的位置以及往往是結構復雜的閥組件，所以這種安全閥在小型的氣密堿性蓄電池中未見使用。
在具有金屬外殼的氣密堿性蓄電池領域內大家都知道的預定擊穿點，也鑒于其在持續(xù)射出電解質時損傷高價值的設備因而是一個缺點。此外，預定擊穿點被打開后造成蓄電池外殼不密封，并因而會引起不希望的電解質進一步外泄。
除此之外，試驗證明這類金屬外殼的預定擊穿點，不能直接移用在塑料外殼上。金屬外殼，尤其是圓形電池的金屬外殼，能承受局部壓力為20巴和高于20巴，然而，棱柱形的尤其是矩形塑料外殼，在這么高的過壓下會有鼓突，這種鼓突破壞尺寸精確度，因而同樣應避免發(fā)生。
而鉛酸蓄電池的設計方案，通常不能轉用于具有高功率密度的小型堿性氣密蓄電池。鉛酸蓄電池一般占的場地很大，附加的閥的重量和形狀都不起重要的作用。
因此本發(fā)明的目的是提高在權利要求1前序部分中所述類型蓄電池的工作可靠性，與此同時還要避免或至少減輕上面描述的那些缺點。
此目的通過一種具有權利要求1特征的蓄電池來達到。
采用可變形的構件，當電池中產(chǎn)生過壓時將孔打開，而在過壓降低后立即重新關閉，所以僅僅是短時放氣，并因而只有最少量的氣體或被帶走的電解質成分被排出。因此，蓄電池的容量一般而言只是對周圍環(huán)境很小的范圍內有不利的影響。
若可變形構件通過其自身的彈性緊密地壓靠在蓄電池外殼的孔上，則通過唯一的一個彈性的可變形構件，既可做到在過壓時將孔打開，也可做到在正常工作狀態(tài)下起密封作用。兩種功能只需一個構件，所以閥門組件可在位置需求很小的情況下簡便地制成。由于體積損失很小以及閥門組件有恰當?shù)慕Y構(后面還要詳述)，所以可以避免容量損失。
使可變形構件支承在與孔相對的一側以及由此而受到規(guī)定的壓縮，故在一個可預先規(guī)定的過壓值時可以將閥門打開。通過已知的彈性橫量，再結合在蓄電池外殼內部的孔的已知面積，根據(jù)規(guī)定的過壓值可以容易地算出可變形構件的壓縮量。此外，例如用于各種蓄電池型式中不同的過壓值，可以用簡單的辦法只是通過選擇可變形構件的長度來實現(xiàn)。
對于尺寸范圍在約17毫米×6毫米×48毫米的矩形蓄電池，閥門開始打開的過壓可以通過簡單的方法有重復性地調整在2.5至10巴之間。不過同樣可以達到任何其他的過壓值。業(yè)已證明，過壓3.5巴或4.5巴最有利于克服上面所描述的那些缺點。
若將可變形構件設置為與一個出口通道相鄰，此出口通道在壁的內部可變形構件旁延伸，則盡管出口通道的尺寸很小，已經(jīng)形成了一個排出氣體和帶出的電解質部分的迷宮密封裝置。壓力的降低可以均勻地進行，因為出口通道通過其橫截面造成規(guī)定的排氣量，而排出的氣體部分在出口通道內已經(jīng)受到制動。在可變形構件腔壁內部的出口通道結構是一種既沒有其他組件的成本低的又可易于加工的結構。
若可變形構件在閥室內具有側向間隙地設置，則在密封件與此所具有的室之間的間隙造成了一個有前室效應的空間，因此，過壓在此室內便已經(jīng)降低，以及，排氣相對于蓄電池外部而言以一個低得多的壓力進行。
采用一個可從外側壓入的固定件，可使閥門組件與其余的蓄電池組件無關地獨立制造。在裝配蓄電池時，可變形構件可以事后裝入閥室內，并將固定件從外部壓上。以此方式，對于不同的過壓可以使倉庫管理比較簡單的情況下采用相同的蓄電池，并可根據(jù)使用不同長度的可變形構件進行結構設計。
若在另一種可供選擇的實施形式中，可變形構件通過一個杯狀保護蓋側面搭接，并在其后端固定在比鄰的極端頭上，其中，保護蓋具有一個閥的出口，則可以建成一種機械上穩(wěn)定并能保護其免受外界影響和具有最小尺寸的閥門組件。通過將保護蓋與外殼焊接起來，最好是采用熱焊接或超聲波焊接，可使外殼受到進一步的機械增強。在保護蓋上的這一附加的閥出口，提高了前室效應，并能進一步降低排出氣體時的速度。
若按另一種可供選用的實施方案，可變形構件通過一個杯狀保護蓋在前端固定在比鄰的極端頭上，并在這種情況下將外殼孔設在杯狀保護蓋的底部，則免受外來機械影響的閥組件，只有通過出口才能看到。
其外端區(qū)設計得比較寬的保護蓋側邊，改善了保護蓋與外殼之間的機械接觸，因為通過較大的相互貼合的壁區(qū)加強了焊接。此外，氣體或電解質排出時的泄漏距離加長，以及，改善了密封性能。
將閥設在電池蓋中的結構，可使閥組件與蓋同時加工。若閥設在蓄電池的極端頭之間，則由此形成了一個機械地防外界影響的地區(qū)，并可以在不損失容量的情況下利用蓄電池內電極引線之間的位置。此外，閥體可以用作機械的定心裝置和/或電極組件的固定裝置，并確保它們在蓄電池內部的位置。
一種在制造技術方面極為有利的實施形式，包括將塑料外殼的一部分與可變形構件進行熱熱噴射焊接(Heiβ—in—Heiβ—Spritzschweiβen)。在采用熱熱噴射焊接時，在可變形構件上沿著要與蓄電池外殼的塑料接觸的表面噴涂塑料，使焊接面構成了一種牢固的機械依托。無論是至少一部分外殼還是可變形構件，在這種情況下最好由熱塑性塑料—彈性體制成，尤其是一種改良的聚酰胺、苯乙烯—乙烯—丁烯—苯乙烯共聚物、和/或聚丙烯。硬塑料例如通過添加增塑劑和/或通過選擇其交聯(lián)度，可將其硬度調整為使之具有通常的外殼強度?？勺冃螛嫾妮^軟的塑料可通過添加增塑劑和/或通過選擇其交聯(lián)度，將其硬度調整為在已知的密封材料的范圍內。
在特別有利的方式中，可變形構件可同時與蓄電池外殼的密封裝置熱熱噴射焊接，或同時與極端頭密封裝置和/或蓋的密封墊熱熱噴射焊接。
下面借助于不同的實施例和有關的附圖詳細說明本發(fā)明。其中

圖1沿縱向通過按本發(fā)明第一種實施例的蓄電池剖面圖；圖2圖1所示蓄電池閥門組件截面放大，沒有固定件和沒有可變形構件；圖3圖1和2的蓄電池密封裝置噴焊后蓋組件從蓄電池內側看的視圖；圖4圖1至3的蓄電池在密封裝置噴焊后從前面看蓋組件的視圖；圖5沿圖4A—A線通過蓋組件的橫截面；圖6按本發(fā)明第一種實施例的閥門組件的裝配；圖7通過按本發(fā)明第二種實施形式的閥門組件的橫截面；圖8通過按本發(fā)明第二種實施形式的閥門組件的橫截面，但相對于圖7所表示的橫截面方向旋轉了90°圖9在圖7和圖8所示閥門組件上方從外面看的俯視圖；圖10通過按本發(fā)明第三種實施例的第三種按本發(fā)明的閥門組件橫截面，以及圖11在圖10所示閥門組件上方從外面看的俯視圖。
圖1表示的按本發(fā)明第一種實施形式的氣密堿性蓄電池其總體用數(shù)字1表示，它包括一個至少局部用塑料制成的帶蓋3的外殼2。在外殼2的內部設有被電解質包圍并用隔板4彼此分開的正電極5和負電極6。電極5、6分別與正的極端頭7和負的極端頭8連接，極端頭7、8用來輸入和輸出電流。
閥門9在極端頭7、8之間裝在蓋3內，它有一個孔10，孔10穿過蓄電池1的外殼2，具體而言是穿過蓋3。可變形的構件11緊密地貼靠在孔10上，并通過固定體12受壓縮地裝在閥室13內。在外殼2內部產(chǎn)生過壓時，作用在孔10橫截面積上的壓力，從一個可預先規(guī)定的過壓值起使可變形構件11后退，并因而至少局部打開孔10，從而導致氣體排出和降低在外殼2內部的過壓。過壓降低后可變形構件11重新緊密地壓靠在孔10上，于是結束氣體的排出。
通過選擇適合的材料，例如橡膠或后面還要詳細說明的熱塑性塑料，可變形的構件通過其自身的彈性，無需其他彈性構件，使可緊密地壓靠在孔10上。
在裝配閥組件時(如圖6所示)，通過固定件12可造成可變形構件11有規(guī)定的壓縮量，這一壓縮量可用來調整預先規(guī)定的過壓。固定件12用化學上惰性的材料制成，尤其是采用與外殼2相同的材料。在已知可變形構件材料的彈性模量時，由孔10的橫截面積和預先規(guī)定的打開孔10的過壓，可以計算出可變形構件11緊密壓靠所必需的力，并因而可以算出所要求的壓縮量。從該值起打開閥門的過壓在2.5至10巴之間，最好為3.5或4.5巴。
與可變形構件11相鄰地設有一個出口通道14，此出口通道在閥室13內壁15里面可變形構件11旁邊，從孔10起向蓄電池1外部延伸，或一直延伸到彈性臂16、17。
圖2中只是示意表示的固定件12位于外殼2的兩個彈性臂16、17之間，這兩個彈性臂16、17沿縱向連接在閥室13上，它們通過彈性的閉合形狀可靠地固定住固定件12。
在固定件12與孔10之間緊壓著可變形的構件11，并且即使在可變形構件11壓縮后，仍在閥室12內留有側向間隙。
圖3和4中，在蓋組件上方從前側和從后側的俯視圖中表示了裝在蓋3中的閥9。由圖中還可看出極端頭7、8的密封裝置18、19以及用來密封蓋3的密封墊20。密封裝置18、19和20分別通過熱噴焊與蓋連接。
蓋3的密封墊20按照圖5中的表示設計為這樣，即，讓蓋3伸出的側段21可與外殼2的其余部分可靠地焊接。
圖7、8和9表示了按本發(fā)明的閥9第二種實施形式。
應當指出，在所有的實施形式中，同樣的或作用相同的構件采用同樣的符號表示。
在這一實施形式中，可變形的構件11裝在閥室13中，閥室13由外殼2具體而言為蓋3的一部分與一個保護蓋22構成。保護蓋22與可變形構件11側面搭接，并壓靠在可變形構件11的后端，所以獲得了上面所說的規(guī)定的壓縮量。設在壁15內的出口通道14有一個通向蓄電池1外側的閥門出口23。保護蓋沿徑向有側邊24，比側邊24在外端區(qū)設計得較寬，并剛性地插在外殼2內，更具體地說是插在蓋3內。在側邊24區(qū)內，保護蓋22與外殼2具體而言為蓋3熱或超聲波焊接。
如圖1所示，此第二種以及下面要介紹的第三種實施形式的閥9，裝在蓋3內位于極端頭7和8之間。
但在另一種可供選擇的結構中，第二和第三種實施形式的閥9，可以裝在其他任意位置，例如在蓄電池1的底部25中。
第三種按本發(fā)明的實施形式有一個保護蓋22，保護蓋22上有上述實施例中設計的孔10。出口23設計在外殼2上，尤其是蓋3上。保護蓋22壓靠在可變形構件11的前端面上。
可變形構件11通過熱噴焊與外殼2尤其是蓋3制在一起。為此，通道26將極端頭7、8的密封裝置18、19與孔27連接起來，孔27可以使熱噴注的塑料流過，以構成可變形的構件11。
在制造可變形構件11時，根據(jù)閥9的結構，最好與極端頭7、8的密封裝置18、19和/或蓋3的密封墊20一起構成。
盡管可變形構件11可用任意一種化學性能穩(wěn)定的彈性材料制造，但在用熱噴焊的情況下，最好采用熱塑性塑料—彈性體，尤其是改良的聚酰胺、苯乙烯—乙烯—丁烯—苯乙烯共聚物和/或聚丙烯?？勺冃螛嫾?1的塑料通過添加增塑劑和/或通過選擇交聯(lián)度，可將其硬度調整為在已知的密封材料的范圍內。外殼2尤其是蓋3的塑料，其硬度調整為使之具有一般的外殼的強度。
為了改進強度性能，在另一種設計中，在外殼2尤其是蓋3的塑料中添加埋置的玻璃、碳、Keflar或硼纖維材料。
權利要求
1.氣密堿性蓄電池，它有一個至少局部用塑料制的外殼，外殼內裝有被電解質包圍并用隔板彼此分開的電極，其中，電極與用于輸入和輸出電流的極端頭連接，閥(9)有一個穿過蓄電池(1)外殼(2、3)的孔(10)和有一個可變形的構件(11)，在外殼(2、3)內部產(chǎn)生過壓時，促進此構件(11)打開孔(10)，而在過壓降低后，促使其關閉孔(10)。
2.按照權利要求1所述這蓄電池，其特征為可變形構件(11)通過其自身的彈性緊密地壓靠在孔(10)上。
3.按照權利要求1或2所述這蓄電池，其特征為可變形構件(11)支承在與孔(10)處于相對位置的一端，并通過可變形構件(11)規(guī)定的壓縮量，造成一個可預定的用以打開閥(9)的過壓。
4.按照權利要求1、2或3所述之蓄電池，其特征為從這一值起開始打開閥(9)的過壓在2.5與10巴之間，尤其是3.5巴。
5.按照前述諸權利要求之一所述之蓄電池，其特征為與可變形構件相鄰地設出口通道(14)，通道(14)在壁(15)內部可變形構件(11)旁延伸。
6.按照前述諸權利要求之一所述之蓄電池，其特征為可變形構件(11)具有側向間隙地裝在閥室(13)內，并在后端用固定件(12)固定。
7.按照權利要求1至5之一所述之蓄電池，其特征為可變形構件(11)通過一個杯狀保護蓋(22)側面搭接，其后端固定在比鄰的極端頭上，其中，保護蓋(22)具有一個閥出口(23)。
8.按照權利要求1至5之一所述之蓄電池，其特征為可變形構件(11)通過一個杯狀保護蓋(22)側面搭接，其前端固定在比鄰的極端頭上，其中，孔(10)設在杯狀保護蓋(22)底部，以及，外殼(2、3)具有出口(23)。
9.按照權利要求7或8所述之蓄電池，其特征為保護蓋(22)有一個側邊(24)，此側邊在外端區(qū)設計得比較寬。
10.按照前述諸權利要求之一所述之蓄電池，其特征為閥(9)裝在蓄電池(1)的蓋(3)中。
11.按照前述諸權利要求之一所述之蓄電池，其特征為閥(9)裝在蓄電池(1)的極端頭(7、8)之間。
12.按照前述諸權利要求之一所述之蓄電池，其特征為蓄電池(1)是一種棱柱形的蓄電池，尤其是一種矩形的蓄電池。
13.按照權利要求8至12之一所述之蓄電池，其特征為可變形構件(11)至少與外殼(2、3)的一部分熱熱噴射焊接。
14.按照權利要求13所述之蓄電池，其特征為可變形構件(11)同時與蓄電池外殼(18、19、20)的密封裝置熱熱噴射焊接。
15.按照權利要求13或14所述之蓄電池，其特征為可變形構件(11)同時與蓋的密封墊(20)和/或極端頭密封裝置(18、19)熱熱噴射焊接。
16.按照前述諸權利要求之一所述之蓄電池，其特征為至少蓄電池(1)外殼(2)的一部分和可變形構件(11)由一種熱塑塑料—彈性體制成，尤其是一種改良的聚酰胺、苯乙烯—乙烯—丁烯—苯乙烯共聚物、和/或聚丙烯，其中，外殼(2)和可變形構件(11)具有不同的硬度。
17.按照前述諸權利要求之一所述之蓄電池，其特征為在外殼(2、3)的塑料中埋入玻璃、碳、Keflar硼纖維。
全文摘要
對于一種氣密堿性蓄電池，這種蓄電池有一個至少局部由塑料制成的外殼，在外殼內設有電解質包圍并用隔板彼此分開的電極，其中，與用來輸入和輸出電流的極端頭連接，為了提高這種蓄電池的工作可靠性和克服其他的缺點。在這種蓄電池中設一個閥，此閥有一個穿過蓄電池外殼的孔和一個可變形的構件，在外殼內部產(chǎn)生過壓時，此可變形構件將孔打開，并在過壓降低后使之關閉此孔。
文檔編號H01M2/08GK1128084SQ94192900
公開日1996年7月31日 申請日期1994年7月16日 優(yōu)先權日1993年7月29日
發(fā)明者曼弗雷德·基爾比 申請人:克利斯道夫·埃莫利希有限公司和兩合公司