專利名稱：用于電化學(xué)電池的端蓋密封組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于密封電化學(xué)電池特別是堿性電池的端蓋組件。本發(fā)明涉及端蓋組件內(nèi)的可斷裂裝置，它可使氣體從電池內(nèi)部逸出，并且本發(fā)明涉及端蓋組件，它可給集成到電池標(biāo)簽中的條件檢驗(yàn)器提供良好接觸表面。
傳統(tǒng)電化學(xué)電池例如堿性電池由具有開口端的圓柱形外殼形成。在供給電池成分之后，通過在端蓋組件上卷邊外殼邊緣來封閉電池，給電池提供密封。端蓋組件包括外露的端蓋板和通常是塑料的絕緣元件，端蓋板起電池端子的作用，而塑料絕緣元件將端蓋板與電池外殼絕緣。與各種電化學(xué)電池特別是堿性電池的設(shè)計(jì)有關(guān)的問題是隨著電池連續(xù)在一定點(diǎn)之外放電，該點(diǎn)通常是完全耗盡電池有用容量的點(diǎn)周圍，電池易于產(chǎn)生氣體。電化學(xué)電池特別是堿性電池傳統(tǒng)上在用于電池外殼的端蓋組件內(nèi)提供有可斷裂的隔膜或薄膜?？蓴嗔训母裟せ虮∧た尚纬稍谒芰辖^緣元件內(nèi)，例如U.S.專利3617386所述。該薄膜設(shè)計(jì)成當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力超過預(yù)定水平時(shí)可斷裂。端蓋組件可提供有排氣孔，用于當(dāng)隔膜或薄膜斷裂時(shí)逸出氣體。該參考文獻(xiàn)公開的端蓋組件利用了可斷裂的薄膜之上的極大空間，這降低用于活性材料的電池內(nèi)有用空間量。此外，該參考文獻(xiàn)公開的端蓋組件并未設(shè)計(jì)成可承受徑向壓力，當(dāng)電池處于極熱和極冷氣候下易于泄漏。
為提供緊密密封，現(xiàn)有技術(shù)公開了端蓋組件，包括插在端蓋板與例如塑料墊圈的絕緣元件之間的金屬支撐盤，絕緣元件將金屬支撐盤與電池外殼電絕緣。金屬支撐盤可具有盤旋表面，如U.S.專利5532081或5080985所示，確保端蓋組件在沿端蓋組件卷邊電池外殼邊緣的期間可承受高徑向壓力。該支撐盤使得徑向力得以保持。這導(dǎo)致端蓋組件周圍的一直緊密機(jī)械密封。
此外，現(xiàn)有技術(shù)公開了可斷裂的排氣隔膜，作為絕緣元件的一部分整體形成在端蓋組件內(nèi)。該排氣隔膜一般呈可斷裂盤的形式，位于垂直電池縱向軸的平面上，如U.S.專利4537841所示。如該參考文獻(xiàn)所示，可斷裂盤狀隔膜作為形成絕緣墊圈的一部分的薄部分整體形成。此外，如該參考文獻(xiàn)所示，在可斷裂盤之上有足夠的自由空間，從而可干凈地讓盤斷裂并使氣體從中逸出。絕緣元件內(nèi)的可斷裂薄部分也呈圓形排氣隔膜形式，在絕緣墊圈內(nèi)整體形成，如U.S.專利5080985所公開。圓形隔膜形成絕緣墊圈的薄部分。該隔膜可具有槽狀邊緣，當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力超過預(yù)定值時(shí)，促進(jìn)隔膜斷裂。該可斷裂的排氣隔膜無論盤狀或圓形或槽狀薄部分形式，特征在于由較重、較厚結(jié)構(gòu)的絕緣墊圈所支撐，緊密圍繞可斷裂隔膜部分。
近來對(duì)電化學(xué)電池例如堿性電池的條件檢驗(yàn)器已集成到電池的標(biāo)簽中，形成附著于電池外殼的標(biāo)簽/檢驗(yàn)器組合。條件檢驗(yàn)器一般是熱色檢驗(yàn)器，另一方面可以是附著于標(biāo)簽內(nèi)表面的電色檢驗(yàn)器、電化學(xué)檢驗(yàn)器、庫侖檢驗(yàn)器或同等物。條件檢驗(yàn)器在其中可具有導(dǎo)電層。當(dāng)導(dǎo)電層的末端受壓與電池端子接觸時(shí)，導(dǎo)電層達(dá)到是電池電壓函數(shù)的平衡溫度。如果導(dǎo)電層變得足夠熱時(shí)，導(dǎo)致檢驗(yàn)器的熱色層外觀改變，從而給觀察者產(chǎn)生電池是強(qiáng)或弱的視覺指示。在U.S.專利5612151和5614333中描述采用了附著于電池外殼的熱色型檢驗(yàn)器的標(biāo)簽/檢驗(yàn)器組合。
當(dāng)標(biāo)簽/檢驗(yàn)器組合應(yīng)用于傳統(tǒng)的堿性電池時(shí)，導(dǎo)電層的一端必須持久與端子端蓋電接觸或手工加壓與端蓋電接觸。在U.S.專利5614333中，示出了標(biāo)簽/檢驗(yàn)器的實(shí)施例，其中手工加壓導(dǎo)電層的一端以與端子端蓋接觸。通過具有孔口的電絕緣層將導(dǎo)電端與端子端蓋分離。為激活檢驗(yàn)器，通過將手指壓力加在標(biāo)簽部分上，手工加壓導(dǎo)電端經(jīng)這些孔口與端子端蓋接觸。環(huán)作為分離件插在端子端蓋的圓周邊緣與電池外殼之間，提供接觸平臺(tái)用于從中引出的導(dǎo)電層或引線，如U.S.專利5491038所述。另一方面，利用導(dǎo)電粘合劑可將檢驗(yàn)器的導(dǎo)電層一端持久與電池端子端蓋固定，如U.S.專利5543246所述。1997年7月21日提出的常規(guī)已轉(zhuǎn)讓的U.S.專利申請(qǐng)No.08/897918公開了具有不均勻表面的端子端板，并具有與條件檢驗(yàn)器的導(dǎo)電層連接的平面部分，條件檢驗(yàn)器集成到電池標(biāo)簽中。
因此，希望具有端蓋組件，提供電池的緊密密封，即使電池曝露在極熱和極冷氣候下，其中端蓋組件占據(jù)電池內(nèi)的少量空間，從而附加的活性材料可加入電池中以增加容量。
也希望具有可斷裂的排氣機(jī)構(gòu)，排氣機(jī)構(gòu)占據(jù)電池內(nèi)的少量空間，并可容易制備，從而在所希望的預(yù)定壓力下發(fā)生排氣。
希望具有端子端蓋，無論持久或手工接觸，都希望其結(jié)構(gòu)表面部分提供與標(biāo)簽/檢驗(yàn)器組合的導(dǎo)電部分的良好電接觸。
本發(fā)明致力于電化學(xué)電池例如堿性電池，包括插入電池圓柱形外殼的開口端中的端蓋密封組件。一方面，端蓋組件包括端蓋盤和位于端蓋盤之下的絕緣盤元件(絕緣墊圈)。絕緣盤將端子端蓋與電池外殼電絕緣。端蓋盤由具有盤旋表面的單片金屬結(jié)構(gòu)組成。可曝露端蓋盤，端蓋盤起電池端子的作用。端蓋盤具有向下延伸壁，它從端蓋表面上的高點(diǎn)朝更接近電池內(nèi)部的所述表面上的較低點(diǎn)向下延伸。絕緣盤具有盤旋表面。中心附近具有形成突起部的厚區(qū)，也具有向下延伸壁，它從絕緣盤表面上的高點(diǎn)朝更接近電池內(nèi)部的所述表面上的較低點(diǎn)向下延伸。絕緣盤的向下延伸壁位于所述端子端蓋的向下延伸壁的內(nèi)表面部分之下，優(yōu)選與之緊靠和接觸。所述端蓋盤的向下延伸壁具有至少一個(gè)孔口，絕緣盤的向下延伸壁部分形成緊靠端蓋盤的孔口的可斷裂隔膜。優(yōu)選可斷裂隔膜接觸鄰接孔口的端蓋盤的內(nèi)表面部分。可從電池外面觀察到孔口和底層可斷裂隔膜。當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，位于孔口下面的可斷裂隔膜經(jīng)孔口擠出并斷裂，從而經(jīng)所述孔口將氣體直接釋放到周邊環(huán)境中。優(yōu)選可斷裂隔膜位于絕緣盤的向下延伸壁上。然而，可斷裂隔膜也可位于絕緣盤表面的另一部分上，例如，在與電池縱向軸垂直或成任何其它角度的盤表面部分內(nèi)，只要當(dāng)隔膜斷裂時(shí)，氣體可順利地從電池內(nèi)部通到環(huán)境中。
端蓋盤具有凹下中心部分，優(yōu)選具有中心孔口。優(yōu)選端蓋表面具有兩個(gè)相對(duì)的弧形部分，在端蓋盤的所述向下延伸壁的任一端上形成一對(duì)相對(duì)弧形肋。更接近絕緣盤中心的肋向外彎曲，即凸?fàn)?，另一肋向?nèi)彎曲，即中凹。
另一方面，端蓋組件具有類似結(jié)構(gòu)，但包括上述盤旋端蓋盤之上的分離的端子板。端子板可焊接到所述盤旋端蓋的表面部分。希望端子板具有平面環(huán)形部分，用于連接集成到電池標(biāo)簽中的條件檢驗(yàn)器的導(dǎo)電層。在端子板的周邊與電池外殼的周邊之間具有絕緣襯墊。如上所述，盤旋端蓋盤具有向下延伸壁，其具有至少一個(gè)孔口，而絕緣盤具有至少一個(gè)緊靠端蓋盤的向下延伸壁內(nèi)表面部分的向下延伸壁。絕緣盤的向下延伸壁部分形成緊靠端蓋盤的孔口的可斷裂隔膜。優(yōu)選可斷裂隔膜與鄰接孔口的端蓋盤的內(nèi)表面部分接觸。當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，位于孔口下面的可斷裂隔膜經(jīng)孔口擠出并斷裂，從而經(jīng)所述孔口將氣體直接釋放到周邊環(huán)境中。優(yōu)選可斷裂隔膜位于絕緣盤的向下延伸壁上。然而，可斷裂隔膜也可位于絕緣盤表面的另一部分上，例如，在與電池縱向軸垂直或成任何其它角度的盤表面部分內(nèi)，只要當(dāng)隔膜斷裂時(shí)，氣體可順利地從電池內(nèi)部通到環(huán)境中。
參考附圖，將更好地理解本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明的端蓋組件的截面透視圖。
圖2是表示端蓋組件的部件的優(yōu)選實(shí)施例的分解圖。
圖3是含有本發(fā)明的端蓋組件的堿性電池的橫截面圖。
圖4是本發(fā)明的端蓋組件的另一實(shí)施例的橫截面圖。
圖1說明了本發(fā)明的端蓋組件10的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。圖3說明了集成到堿性電池8中的端蓋組件10的特定實(shí)施例。端蓋組件10提供電池外殼70的開口端的密封，也具有包含在其中的本發(fā)明的曝露端蓋40。端蓋40的形式是具有盤旋表面的盤。端蓋40起一個(gè)電池端子(堿性電池的負(fù)極端)的作用，如圖3所示。優(yōu)選端蓋40的結(jié)構(gòu)可起徑向彈簧的作用。當(dāng)電池外殼70沿端蓋組件卷邊時(shí)，這使得端蓋組件10可承受高徑向壓力，即使電池曝露在極冷和極熱環(huán)境溫度下，也能提供緊密密封。本發(fā)明的端蓋組件10在電池內(nèi)占據(jù)的空間比堿性電池的傳統(tǒng)的高壓力端蓋組件要小。這就允許包括附加的陽極和陰極活性材料，增加電池容量。
圖1-3所示的本發(fā)明的端蓋組件10包括端蓋盤40、電絕緣元件20和延長(zhǎng)集電體60。優(yōu)選絕緣元件20的形式是絕緣盤(墊圈)。絕緣盤20和端蓋盤40經(jīng)其各自的中心部分分別具有孔口92和82，用于接受金屬集電體60。優(yōu)選集電體的接頭具有充當(dāng)絕緣盤20的基底座的法蘭65。因此，當(dāng)組裝端蓋組件時(shí)，集電體60可經(jīng)絕緣盤20的孔口92插入，直至集電體的法蘭65靠在形成突起22的盤20的中心較厚部分的基底上。端蓋40插在絕緣盤20上，從而集電體60的接頭67a(圖2)通過端蓋的孔口82突出。形成集電體的接頭67a，與端蓋40的孔口82配合，然后在接頭67a上形成直徑比孔口82要大的塊67。在經(jīng)孔口82插入接頭67a之后，通過緊靠端蓋40的凹下中心部分41錘擊接頭67a形成塊67。在塊67和法蘭65之間保持端蓋盤40的中心部分41和絕緣盤20的突起22一起受壓，如圖1所示。
端蓋盤40的表面呈盤旋狀。希望端蓋40盤旋成圖1和2所示的形狀。其具有其中有中心孔口82的凹下中心部分41。中心部分41形成具有第一向上延伸壁42的凹坑(crater)。壁42終止在具有弧形邊緣的平表面上，弧形邊緣形成第一環(huán)式肋44，如圖3所示。向下延伸壁45從第一環(huán)式肋44的外圓周邊緣延伸。壁45可以是垂直的，即平行于電池的縱向軸190。優(yōu)選壁45以與垂直方向約成0與45度之間的角度向外延伸。壁45(圖1)終止在弧形表面46a，表面46a形成確定第二環(huán)式弧形肋46的環(huán)式槽。壁45具有至少一個(gè)孔口48?？卓?8可以是各種形狀，優(yōu)選圓形、橢圓形、方形或平行六面體?；⌒卫?6終止在形成端蓋盤40的邊緣的端部法蘭49。第一和第二環(huán)式肋44和46分別具有相對(duì)的弧形。當(dāng)從外面觀察時(shí)，電池肋44向外彎曲即中凸，而肋46向內(nèi)彎曲即中凹，如圖1所示。相對(duì)彎曲的肋44和46終止在其間的公共壁45。
絕緣盤20可以由單片結(jié)構(gòu)的塑料絕緣材料組成；優(yōu)選通過注射耐久和耐蝕的模壓尼龍66而模制。如圖1和2所示，絕緣盤20具有中心突起22，經(jīng)其中心具有孔口92。突起22形成盤20的最厚和最重部分。突起22的周邊邊緣終止在向內(nèi)彎曲的第一向上延伸臂23(圖1)，形成第一環(huán)式弧形肋25。肋25終止在向下延伸壁26。優(yōu)選形成壁26與縱向軸190的角度同端蓋板40的向下延伸壁45相同，當(dāng)形成端蓋組件時(shí)，壁26和45相互平行。向下延伸壁26終止在形成第二環(huán)式弧形肋27的彎曲底部27a。肋27終止在形成盤20的圓周邊緣的向上延伸周邊邊緣28。環(huán)式肋25和27具有相對(duì)的曲線。當(dāng)從電池外面觀察時(shí)，環(huán)式肋25向外彎曲即中凸，而環(huán)式肋27向內(nèi)彎曲即中凹，如圖1所示。在組裝期間，當(dāng)端蓋40插在盤20的表面上時(shí)，肋25與肋44的彎曲面配合，而肋46與肋27的彎曲面配合，如圖1所示。優(yōu)選絕緣盤20的向下延伸壁26位于緊靠端蓋40的向下延伸壁45的內(nèi)表面的齊表面(flush)。
壁26的小的可斷裂隔膜部分23位于孔口48之下，并通過孔口48可見?？墒箍蓴嗔巡糠?3的厚度與向下延伸壁26的厚度相同，或者可調(diào)節(jié)隔膜部分23的厚度略微小于或大于壁26的剩余部分的厚度?？烧{(diào)節(jié)孔口48的尺寸和底部可斷裂隔膜23的厚度，從而當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，隔膜23經(jīng)孔口48擠出并斷裂。當(dāng)優(yōu)選絕緣盤20和整體形成的壁26由尼龍66形成時(shí)，已確定隔膜23的最佳厚度在約0.05mm-0.40mm之間，孔口48的直徑在約2.0-8.0mm之間，或者孔口48的橫截面面積在約3mm2-50mm2之間。對(duì)于AAAA、AAA、AA、C和D型電池，優(yōu)選壁26的厚度在約0.30mm-0.80mm之間。優(yōu)選可斷裂部分23的厚度在約0.20mm-0.40mm之間。對(duì)于該厚度，已確定有利于設(shè)定孔口為具有約在3.0mm-5.0mm之間的直徑的圓形結(jié)構(gòu)。當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到約800psig(5.4×106帕)的水平時(shí)，該組合使隔膜部分23經(jīng)孔口48擠出并斷裂。如果電池是AA堿性電池時(shí)，希望尼龍66的隔膜部分的厚度約為0.3mm，而圓形孔口48的直徑約為4mm。對(duì)于該組合，當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到約1000psig(6.75×106帕)時(shí)，隔膜部分23將斷裂。如果電池是D堿性電池時(shí)，希望尼龍66的隔膜部分的厚度約為0.4mm，而圓形孔口48的直徑約為8mm。對(duì)于該組合，當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到約500psig(3.38×106帕)時(shí)，隔膜部分23將斷裂。應(yīng)理解孔口48并不限定為任何特定形狀和其它形狀，例如方形、橢圓形、長(zhǎng)方形、平行六面體或具有對(duì)邊不平行的不規(guī)則形狀例如星形或三角形，也適合于孔口48。該孔口48的其它結(jié)構(gòu)可具有與上述圓形結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)膶挾然驒M截面面積。也應(yīng)理解盡管優(yōu)選尼龍66用于絕緣盤20和整體可斷裂隔膜部分23的材料，其它材料優(yōu)選滲氫、耐蝕、耐久的塑料材料也可適用于本申請(qǐng)。例如，絕緣盤20和可斷裂隔膜部分23可以由聚丙烯、填充滑石的聚丙烯、磺化聚乙烯或其它聚酰胺(尼龍)級(jí)組成。根據(jù)采用的材料和需要發(fā)生斷裂的氣體壓力的水平，可調(diào)節(jié)隔膜23厚度和孔口48尺寸的組合。已確定可采用僅一個(gè)孔口48和相應(yīng)的一個(gè)可斷裂隔膜23。然而，可提供具有多個(gè)相當(dāng)尺寸孔口的向下延伸壁45，多個(gè)底部可斷裂隔膜部分23與上述尺寸和厚度的壁26形成整體。這對(duì)所希望的氣體壓力下發(fā)生隔膜斷裂和排氣提供額外的保證。優(yōu)選可斷裂隔膜23將向下延伸壁45的底表面與齊表面緊壓，從而直接位于孔口48之下。即使電池與另一電池或供電裝置連接，由于該位置使氣體不受阻礙地從電池通到環(huán)境中，優(yōu)選可斷裂隔膜23位于絕緣盤20的向下延伸壁26上。然而，可斷裂隔膜23也可位于絕緣盤表面的另一部分上，例如在盤表面的平坦部分內(nèi)，即垂直于縱向軸190取向。類似地，端蓋表面內(nèi)的緊靠孔口48也可位于端蓋40的另一部分上，例如在垂直于縱向軸190取向的端蓋40表面部分上，隔膜經(jīng)緊靠孔口48斷裂。該另一位置是可行的，即使電池與另一電池或供電裝置連接，氣體可從該位置自由進(jìn)入周邊環(huán)境。
本發(fā)明的端蓋組件10的優(yōu)點(diǎn)在于孔口48提供氣體從電池內(nèi)部逸出的排氣通道，并且同時(shí)提供氣體經(jīng)此可直接逸出到環(huán)境中的排氣孔。這避免了一旦隔膜23斷裂，用于氣體從端蓋組件逸出的分開的排氣孔的需要。如圖1-3所述，本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于端蓋盤40起電池端子和金屬支撐盤的作用，金屬支撐盤可承受高徑向壓力，實(shí)際上起徑向彈簧的作用，從而無論電池曝露在極熱和極冷氣候下，也確保緊密密封。
優(yōu)選本發(fā)明的端蓋組件10插入堿性電池的開口端。圖3表示代表性的堿性電池外殼。該堿性電池具有圓柱形外殼(殼體)70，初始一端170封閉形成而相對(duì)端張開。堿性電池具有包括鋅的陽極、包括二氧化錳的陰極、氫氧化鉀的電解質(zhì)和一般包括人造絲或纖維素的隔板材料。在用陽極和陰極活性材料填充電池之后，端蓋組件10可以插入開口端，密封電池。
優(yōu)選用于外殼70的結(jié)構(gòu)材料是鍍鎳鋼。端蓋40由良好機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性的導(dǎo)電材料例如鍍鎳?yán)滠堜?、不銹鋼構(gòu)成，優(yōu)選為鍍鎳低碳鋼。絕緣盤20和整體可斷裂隔膜23可以由耐久、耐蝕塑料組成，塑料滲氫并在合適厚度下形成可斷裂隔膜。絕緣盤20和整體可斷裂隔膜23可由聚酰胺(尼龍)優(yōu)選為尼龍66組成。另一方面，絕緣盤20和隔膜23可以由聚丙烯、填充滑石的聚丙烯、磺化聚乙烯或其它聚酰胺(尼龍)級(jí)組成。集電體60可以從各種公知的導(dǎo)電金屬例如黃銅、鍍錫黃銅、青銅、銅或鍍銦黃銅中選擇，用作集電體材料。
制備中，一旦端蓋40通過集電體60與絕緣盤20固定，如上所述形成組件10，然后組件10可與填滿的電池外殼70的開口端配合(圖3)。端蓋組件10插入電池8，從而周邊邊緣28的底部分28a位于圓周墊環(huán)75上。通過在電池的開口端附近的電池外殼70的表面上圓周凹入形成墊環(huán)75。圓周墊環(huán)(bead)75提供一個(gè)格架，絕緣盤20的周邊邊緣28可放置在隔架上。在絕緣盤20的周邊邊緣28上卷邊外殼70的周邊邊緣72，垂直固定端蓋組件在適當(dāng)位置上，即，使其不在縱向軸190的方向上移動(dòng)。卷邊周邊邊緣72沿卷邊線形成電池肩部72a。然后對(duì)端蓋組件10進(jìn)行徑向卷邊，其中施加機(jī)械力給墊環(huán)75上的電池外殼部分71(圖3)。通過從邊緣72到墊環(huán)75在表面71上推壓模，可施加該徑向力。起初，墊環(huán)75上的表面71的外殼直徑大于墊環(huán)75下的外殼77的主體直徑。當(dāng)施加徑向力時(shí)，表面71朝內(nèi)壓縮，導(dǎo)致端蓋盤40的周邊邊緣49咬入絕緣盤20的周邊邊緣28。當(dāng)施加徑向力時(shí)，端蓋40的盤旋表面使端蓋40的向下延伸壁45變成向內(nèi)彎曲，從而端蓋40變成徑向受壓。端蓋40起徑向彈簧的作用，即保持其徑向壓力，導(dǎo)致緊密密封，即使電池處于極冷或極熱的氣候下。
圖4表示本發(fā)明的端蓋組件12的另一實(shí)施例。端蓋組件12包括分開的端子板120、盤旋的端蓋盤40、絕緣盤20、集電體60和絕緣墊圈130。端蓋盤40、絕緣盤20和集電體60的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)關(guān)系基本上與參考圖1所示的實(shí)施例所示和所述的相同。端子板120起一個(gè)電池端子(堿性電池的負(fù)極端)的作用，其結(jié)構(gòu)使條件檢驗(yàn)器155容易電連接。條件檢驗(yàn)器155集成到電池的標(biāo)簽180中，形成檢驗(yàn)器/標(biāo)簽組合185(圖4)。如上所述，絕緣盤20的向下延伸壁26緊靠端蓋40的向下延伸壁45的內(nèi)表面上。如上所述，有壁26的可斷裂隔膜部分23，當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力超過預(yù)定水平時(shí)，可斷裂隔膜部分23經(jīng)壁45的孔口48擠出并斷裂。然而，在圖4所示的另一實(shí)施例中，分開的端子板120焊接到端蓋盤40的提高的平表面部分43上。在該實(shí)施例中，集電體60可只通過絕緣盤20的突起22上的孔口92和端蓋盤40的孔口82，優(yōu)選不通過端子板120的任何部分。端子板120由具有平表面122的單板或盤組成，平表面122從盤120的中心延伸到對(duì)應(yīng)平表面43的邊緣43a的點(diǎn)，如圖4所示。在該點(diǎn)上，表面122通過向下延伸壁124做成向下的斜邊，向下延伸壁124終止在優(yōu)選平行于表面122的較低平表面125。平表面122和125可垂直于電池的縱向軸。平表面125形成端子板120的周邊邊緣。由塑料或厚紙或卡紙板形成的絕緣墊圈130位于端子板120的周邊邊緣125和外殼70的周邊邊緣72之間，將端子板120與外殼70電絕緣。優(yōu)選墊圈130由涂塑紙例如整個(gè)厚度在約0.2-0.5mm之間的涂覆聚乙烯紙組成。相對(duì)圖1所示的實(shí)施例的可斷裂隔膜23的上述厚度以及孔口48的尺寸和形狀，也可應(yīng)用于圖4所示的實(shí)施例。通常，圖4的類似標(biāo)號(hào)元件的結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)和尺寸描述與相對(duì)圖1的所述相同。端蓋120的金屬成分可與端蓋40相同，優(yōu)選鍍鎳?yán)滠堜摶虿讳P鋼。
圖1和4所示的實(shí)施例可為電池提供膜疊層條件檢驗(yàn)器。然而，由于它提供鄰接外殼70的周邊邊緣72的平導(dǎo)電表面125，圖4所示的實(shí)施例特別適合于該應(yīng)用。對(duì)于從條件檢驗(yàn)器發(fā)出的膜狀導(dǎo)電層或其它導(dǎo)電元件，該表面提供非常適合的接觸點(diǎn)。該導(dǎo)電元件必須持久與端板120連接或緊緊貼近端板120，從而可手工加壓接觸。
電池的條件檢驗(yàn)器可集成到電池標(biāo)簽180中，從而其楔形位于標(biāo)簽與外殼70之間。優(yōu)選條件檢驗(yàn)器可以是電池的熱色型檢驗(yàn)器，如U.S.專利5612151或5614333所述，在此引入作為參考。圖示該檢驗(yàn)器是集成到繞電池纏繞的標(biāo)簽180中的檢驗(yàn)器155(圖4)。檢驗(yàn)器155具有圖示為導(dǎo)電層158(圖4)的導(dǎo)電層。在導(dǎo)電層158和外殼70之間有電絕緣層(未示出)。在上述兩個(gè)參考專利中描述了檢驗(yàn)器155的詳細(xì)設(shè)計(jì)。當(dāng)導(dǎo)電層158的末端或從那里發(fā)出的引線受壓與電池端子接觸時(shí)，經(jīng)導(dǎo)電層產(chǎn)生熱。(下文和權(quán)利要求所使用的術(shù)語“導(dǎo)電層”包括導(dǎo)電涂層或?qū)щ娔ひ约熬哂袕闹邪l(fā)出的導(dǎo)電引線的導(dǎo)電涂層或?qū)щ娔ぁ?沿導(dǎo)電層的任何點(diǎn)處的平衡表面溫度是功率密度(每單位導(dǎo)電層表面面積的消耗功率)的函數(shù)。在檢驗(yàn)時(shí)又是電池電壓的函數(shù)。如果電池電壓足夠高，導(dǎo)電層將達(dá)到足夠高的平衡溫度，導(dǎo)致顏色或底部熱色層的外觀改變。這給觀察者產(chǎn)生視覺效果，使其確定電池是弱或強(qiáng)。在該檢驗(yàn)器中，導(dǎo)電涂層的一端可持久與堿性電池8的負(fù)極端120電接觸(圖4)。另一方面，導(dǎo)電涂層的一端可接近端子120，但實(shí)際上不與端子接觸，直至手指壓力加在位于導(dǎo)電層的末端下面的標(biāo)簽180部分上。在任一種情況下，如果檢驗(yàn)器155集成到應(yīng)用于傳統(tǒng)堿性電池8上的標(biāo)簽中，優(yōu)選在電池負(fù)極端處的導(dǎo)電層158的接觸表面125(圖4)是平的。集成到電池標(biāo)簽中的其它條件檢驗(yàn)器也可利用本發(fā)明，只要它們具有與端子120電連接的導(dǎo)電層。例如，檢驗(yàn)器可以是如U.S.專利5339024公開的電化學(xué)檢驗(yàn)器或U.S.專利5627472公開的庫侖檢驗(yàn)器。
優(yōu)選具有底部檢驗(yàn)器155的標(biāo)簽180，即標(biāo)簽/檢驗(yàn)器組合185，通過沿電池外殼70使用標(biāo)簽和在電池肩部72a上熱皺縮標(biāo)簽180，應(yīng)用在電池上。已確定當(dāng)端子板120的接觸表面125是平的，端子的更有用表面適用于接觸導(dǎo)電層158，接觸更容易并且牢固。這導(dǎo)致如果設(shè)計(jì)檢驗(yàn)器通過手指加壓給導(dǎo)電層端上的標(biāo)簽部分160所激活，或如果所述導(dǎo)電層端在接觸表面125處持久焊接到端蓋端子120上，導(dǎo)電層158與端蓋端子120之間的接觸更有效和可靠。
相對(duì)圖1-3所示的端蓋組件10，包括圖4所示的端蓋組件12的部件可在如上所述的電池開口端內(nèi)組裝和卷邊，除在端蓋40和絕緣盤20上以及沿端蓋40和絕緣盤20卷邊外殼70的頂截面71之后，分開的端子板120焊接到端蓋40上，絕緣墊圈130包含在端子板120和外殼70的周邊邊緣72之間。也可將端子板120焊接到端蓋40上并在卷邊工藝之后插入墊圈130。
盡管已相對(duì)特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)理解在本發(fā)明概念內(nèi)可進(jìn)行改變。因此，本發(fā)明并不限定于這里所述的特定實(shí)施例，而由權(quán)利要求以及其等同物所確定。
權(quán)利要求
1．電化學(xué)電池，具有開口端的圓柱體外殼和用于封閉所述外殼的插在其中的端蓋組件，所述電池具有正和負(fù)極端，所述端蓋組件包括端蓋和電絕緣密封元件，所述密封元件具有通過其中的延長(zhǎng)的導(dǎo)電集電體，集電體與端蓋電接觸，所述絕緣密封元件將端蓋與所述外殼電絕緣，而在所述端蓋的周邊邊緣上卷邊所述外殼的邊緣，沿卷邊線形成電池肩部，改進(jìn)包括端蓋組件，包括端蓋和絕緣密封元件，當(dāng)垂直位置觀察絕緣元件時(shí)，絕緣密封元件位于所述端蓋下面，端蓋組件在頂面，其中絕緣元件將端蓋與電池外殼電絕緣；所述端蓋由單片金屬結(jié)構(gòu)的盤組成，單片金屬結(jié)構(gòu)具有盤旋狀表面和經(jīng)其表面的至少一個(gè)孔口；所述絕緣元件包括具有盤旋狀表面的絕緣盤，其中當(dāng)垂直位置觀察絕緣元件時(shí)，表面部分位于所述端蓋盤的所述孔口下面，端蓋組件在頂面，位于所述孔口下面的所述絕緣盤的所述部分形成可斷裂隔膜，從而當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，所述可斷裂隔膜穿過所述孔口并斷裂，從而經(jīng)所述孔口將氣體直接釋放到周圍環(huán)境中。
2．按照權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其中所述端蓋曝露給環(huán)境并且所述端蓋起電池端子作用。
3．按照權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其中可斷裂隔膜緊靠所述端蓋盤中的所述孔口。
4．按照權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其中所述可斷裂隔膜部分接觸緊緊鄰接所述孔口的所述端蓋盤表面區(qū)域上的所述端蓋盤。
5．按照權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其中所述絕緣盤包括具有向下延伸壁的塑料材料，當(dāng)垂直位置觀察電池時(shí)，向下延伸壁從絕緣盤表面的高點(diǎn)朝接近電池內(nèi)部的表面上的較低點(diǎn)向下延伸，而端蓋組件在頂面。當(dāng)垂直位置觀察電池時(shí)，所述端蓋盤具有從其表面高點(diǎn)向下延伸的向下延伸壁，而端蓋組件在頂面，其中絕緣盤的向下延伸壁位于所述端蓋盤的向下延伸壁的至少一個(gè)基本部分之下，其中所述至少一個(gè)孔口穿過所述端蓋盤的所述向下延伸壁，其中所述絕緣盤的所述向下延伸壁部分形成位于所述孔口下面的可斷裂隔膜，從而當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，位于所述孔口下面的可斷裂隔膜穿過所述孔口并斷裂，從而經(jīng)所述孔口將氣體直接釋放到周圍環(huán)境中。
6．按照權(quán)利要求5的電化學(xué)電池，其中可斷裂隔膜緊靠所述絕緣盤的所述孔口。
7．按照權(quán)利要求5的電化學(xué)電池，其中所述可斷裂隔膜部分接觸緊緊鄰接所述孔口的所述端蓋盤表面區(qū)域上的所述端蓋盤。
8．按照權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其中所述端蓋的所述孔口橫截面面積約為3-50mm2，而所述可斷裂隔膜的厚度約為0.05-0.40mm。
9．按照權(quán)利要求1的電化學(xué)電池，其中從端蓋組件的外面可觀察到端蓋盤的所述孔口。
10．按照權(quán)利要求5的電化學(xué)電池，其中所述端蓋盤的表面具有凹下的中心區(qū)。
11．按照權(quán)利要求10的電化學(xué)電池，其中所述端蓋具有經(jīng)過所述凹下中心區(qū)的孔口以及經(jīng)過所述孔口的所述集電體部分，當(dāng)垂直位置上觀察電池時(shí)，所述集電體具有位于所述凹下中心區(qū)的頂表面上的接頭部分，端蓋組件位于頂面，其中所述接頭部分的直徑大于經(jīng)過凹下中心區(qū)的所述孔口直徑。
12．按照權(quán)利要求11的電化學(xué)電池，其中絕緣盤在其形成突起的中心具有相對(duì)厚的區(qū)域，其中所述端蓋的中心凹下區(qū)通過所述集電體的接頭保持與所述突起受壓。
13．按照權(quán)利要求12的電化學(xué)電池，其中集電體具有圍繞延長(zhǎng)集電體的主體部分的法蘭部分，其中所述法蘭緊靠所述突起的底表面，其中所述端蓋盤的中心凹下區(qū)保持與所述集電體的接頭和所述法蘭之間的所述突起受壓。
14．按照權(quán)利要求10的電化學(xué)電池，其中端蓋盤具有兩個(gè)相對(duì)彎曲的表面部分，它們形成一對(duì)相對(duì)彎曲的環(huán)式肋，當(dāng)垂直位置上觀察電池時(shí)，所述環(huán)式肋的一個(gè)向外彎曲(中凸)而另一個(gè)向內(nèi)彎曲(中凹)，端蓋組件位于頂面，所述向外彎曲(中凸)肋靠近凹下中心區(qū)，而向內(nèi)彎曲(中凹)肋靠近所述端蓋盤的周邊邊緣，其中端蓋盤的所述向下延伸壁形成在所述對(duì)的環(huán)式肋之間的公共壁。
15．電化學(xué)電池，具有開口端的圓柱體外殼和用于封閉所述外殼的插在其中的端蓋組件，所述電池具有正和負(fù)極端以及圍繞電池外殼的標(biāo)簽，所述端蓋組件包括端子元件和電絕緣密封元件，所述絕緣元件具有通過其中的延長(zhǎng)的導(dǎo)電集電體，集電體與端子元件電接觸，所述絕緣密封元件將端蓋與所述外殼電絕緣，而在所述端蓋的周邊邊緣上卷邊所述外殼的邊緣，沿卷邊線形成電池肩部，改進(jìn)包括端蓋組件，包括起電池端子作用的端子板、具有盤旋面的單片金屬結(jié)構(gòu)的端蓋盤和至少一個(gè)通過其中的孔口，當(dāng)垂直位置觀察電池時(shí)，所述端蓋盤位于所述端子板下面，而絕緣密封元件位于所述端蓋盤下面，端蓋組件在頂面，其中絕緣元件將所述端蓋盤與電池外殼電絕緣；所述絕緣元件包括具有盤旋狀表面的絕緣盤，其中當(dāng)垂直位置觀察電池時(shí)，表面部分位于所述端蓋盤的所述孔口下面，端蓋組件在頂面，位于所述孔口下面的所述絕緣盤的所述部分形成可斷裂隔膜，從而當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，所述可斷裂隔膜穿過所述孔口并斷裂，從而經(jīng)所述孔口將氣體直接釋放到周圍環(huán)境中。
16．按照權(quán)利要求15的電化學(xué)電池，其中可斷裂隔膜緊靠所述端蓋盤的所述孔口。
17．按照權(quán)利要求15的電化學(xué)電池，其中所述可斷裂隔膜部分接觸緊緊鄰接所述孔口的所述端蓋盤表面區(qū)域上的所述端蓋盤。
18．按照權(quán)利要求15的電化學(xué)電池，其中所述絕緣盤包括具有向下延伸壁的塑料材料，當(dāng)垂直位置觀察電池時(shí)，向下延伸壁從絕緣盤表面的高點(diǎn)朝接近電池內(nèi)部的表面上的較低點(diǎn)向下延伸，而端蓋組件在頂面，當(dāng)垂直位置觀察電池時(shí)，所述端蓋盤具有從表面高點(diǎn)向下延伸的向下延伸壁，而端蓋組件在頂面，其中絕緣盤的向下延伸壁位于所述端蓋盤的向下延伸壁的至少一個(gè)基本部分之下，其中所述至少一個(gè)孔口穿過所述端蓋盤的所述向下延伸壁，其中所述絕緣盤的所述向下延伸壁部分形成位于所述孔口下面的可斷裂隔膜，從而當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，位于所述孔口下面的可斷裂隔膜穿過所述孔口并斷裂，從而經(jīng)所述孔口將氣體直接釋放到周圍環(huán)境中。
19．按照權(quán)利要求18的電化學(xué)電池，其中可斷裂隔膜緊靠所述端蓋盤的所述孔口。
20．按照權(quán)利要求18的電化學(xué)電池，其中所述可斷裂隔膜部分接觸緊緊鄰接所述孔口的所述端蓋盤表面區(qū)域上的所述端蓋盤。
21．按照權(quán)利要求18的電化學(xué)電池，其中所述端子板具有平表面部分，與電池縱向軸成約直角，并靠近所述電池肩部，所述平表面提供電接觸區(qū)，用于電池的條件檢驗(yàn)器的導(dǎo)電層。
22．按照權(quán)利要求21的電化學(xué)電池，其中所述檢驗(yàn)器至少部分附著于所述標(biāo)簽的內(nèi)表面。
23．按照權(quán)利要求21的電化學(xué)電池，其中所述端子板的所述平部分形成圓周環(huán)形臺(tái)階。
24．按照權(quán)利要求15的電化學(xué)電池，其中所述端子板部分焊接到所述端蓋盤上。
25．按照權(quán)利要求15電化學(xué)電池，其中所述端蓋盤表面具有凹下中心區(qū)。
26．按照權(quán)利要求25的電化學(xué)電池，其中所述端蓋具有經(jīng)過所述凹下中心區(qū)的孔口以及經(jīng)過所述孔口的所述集電體部分，當(dāng)垂直位置上觀察電池時(shí)，所述集電體具有位于所述凹下中心區(qū)的頂表面上的接頭部分，端蓋組件位于頂面，其中所述接頭部分的直徑大于經(jīng)過凹下中心區(qū)的所述孔口直徑。
27．按照權(quán)利要求26的電化學(xué)電池，其中絕緣盤在其中心具有相對(duì)厚的區(qū)域，其中所述端蓋盤的中心凹下區(qū)通過所述集電體的接頭保持與所述突起受壓。
28．按照權(quán)利要求27的電化學(xué)電池，其中集電體具有圍繞延長(zhǎng)集電體的主體部分的法蘭部分，其中所述法蘭緊靠所述突起的底表面，其中所述端蓋盤的中心凹下區(qū)保持與所述集電體的接頭和所述法蘭之間的所述突起受壓。
29．按照權(quán)利要求18的端蓋組件，其中端蓋盤具有凹下中心區(qū)和兩個(gè)相對(duì)彎曲的表面部分，它們形成一對(duì)相對(duì)彎曲的環(huán)式肋，當(dāng)垂直位置上觀察電池時(shí)，所述環(huán)式肋的一個(gè)向外彎曲(中凸)而另一個(gè)向內(nèi)彎曲(中凹)，端蓋組件位于頂面，所述向外彎曲(中凸)肋靠近凹下中心區(qū)，而向內(nèi)彎曲(中凹)肋靠近所述端蓋盤的周邊邊緣，其中端蓋盤的所述向下延伸壁形成在所述對(duì)的環(huán)式肋之間的公共壁。
30．端蓋組件，用于插入堿性電池的圓柱體外殼的開口端，端蓋組件包括端蓋盤和絕緣密封元件，當(dāng)垂直位置觀察電池時(shí)，絕緣密封元件位于所述端蓋下面，端蓋組件在頂面，其中絕緣元件將端蓋與電池外殼電絕緣；所述單片金屬結(jié)構(gòu)的端蓋盤具有盤旋狀表面和經(jīng)其表面的至少一個(gè)孔口；所述絕緣元件包括具有盤旋狀表面的絕緣盤，其中當(dāng)垂直位置觀察絕緣元件時(shí)，表面部分位于所述端蓋盤的所述孔口下面，端蓋組件在頂面，位于所述孔口下面的所述絕緣盤的所述部分形成可斷裂隔膜，從而當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，所述可斷裂隔膜穿過所述孔口并斷裂，從而經(jīng)所述孔口將氣體直接釋放到周圍環(huán)境中。
31．按照權(quán)利要求30的端蓋組件，其中所述端蓋盤曝露在環(huán)境中，而所述端蓋盤起電池端子的作用。
32．按照權(quán)利要求30的端蓋組件，其中可斷裂隔膜緊靠所述端蓋盤的所述孔口。
33．按照權(quán)利要求30的端蓋組件，其中所述可斷裂隔膜部分接觸緊緊鄰接所述孔口的所述端蓋盤表面區(qū)域上的所述端蓋盤。
34．按照權(quán)利要求30的端蓋組件，其中所述絕緣盤包括具有至少一個(gè)向下延伸壁的塑料材料，當(dāng)垂直位置觀察電池時(shí)，向下延伸壁從絕緣盤表面的高點(diǎn)朝接近電池內(nèi)部的表面上的較低點(diǎn)向下延伸，而端蓋組件在頂面，當(dāng)垂直位置觀察電池時(shí)，所述端蓋盤具有至少一個(gè)從表面高點(diǎn)向下延伸的向下延伸壁，而端蓋組件在頂面，其中絕緣盤的向下延伸壁位于所述端蓋盤的向下延伸壁的至少一個(gè)基本部分之下，其中所述至少一個(gè)孔口穿過所述端蓋盤的所述向下延伸壁，其中所述絕緣盤的所述向下延伸壁部分形成位于所述孔口下面的可斷裂隔膜，從而當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，位于所述孔口下面的可斷裂隔膜穿過所述孔口并斷裂，從而經(jīng)所述孔口將氣體直接釋放到周圍環(huán)境中。
35．按照權(quán)利要求34的端蓋組件，其中可斷裂隔膜部分緊靠所述端蓋盤的所述孔口。
36．按照權(quán)利要求34的端蓋組件，其中所述可斷裂隔膜部分接觸緊緊鄰接所述孔口的所述端蓋盤表面區(qū)域上的所述端蓋盤。
37．按照權(quán)利要求34的端蓋組件，其中所述可斷裂隔膜的厚度約為0.05-0.40mm，而斷裂期間經(jīng)此穿過的所述孔口的橫截面面積約為3-50mm2。
38．按照權(quán)利要求34的端蓋組件，其中端蓋盤具有凹下中心區(qū)和兩個(gè)相對(duì)彎曲的表面部分，它們形成一對(duì)相對(duì)彎曲的環(huán)式肋，當(dāng)垂直位置上觀察電池時(shí)，所述環(huán)式肋的一個(gè)向外彎曲(中凸)而另一個(gè)向內(nèi)彎曲(中凹)，端蓋組件位于頂面，所述向外彎曲(中凸)肋靠近凹下中心區(qū)，而向內(nèi)彎曲(中凹)肋靠近所述端蓋盤的周邊邊緣，其中端蓋盤的所述向下延伸壁形成在所述對(duì)的環(huán)式肋之間的公共壁。
全文摘要
用于電化學(xué)電池例如堿性電池(8)的端蓋密封組件(10)包括也可起電池端子作用的端蓋盤(40)和也具有盤旋面的底部絕緣盤(20)。盤旋狀端蓋盤(40)具有存在至少一個(gè)孔口(48)的向下延伸壁(45),優(yōu)選孔口(48)面對(duì)周圍環(huán)境。絕緣盤(20)具有形成可斷裂隔膜(23)的向下延伸壁(26),可斷裂隔膜(23)位于端蓋的向下延伸壁的內(nèi)表面之下并緊靠端蓋的向下延伸壁的內(nèi)表面?？蓴嗔迅裟の挥诙松w的向下延伸壁(45)的孔口(48)之下并緊靠孔口(48)。當(dāng)電池內(nèi)的氣體壓力超過預(yù)定水平時(shí),可斷裂隔膜(23)經(jīng)所述孔口(48)擠出并斷裂,氣體直接逸出到環(huán)境中。分開的端子板(120)可焊接到盤旋面端蓋(40)的頂面部分上。膜疊層條件檢驗(yàn)器(155)的導(dǎo)電層可與端子板(120)連接。
文檔編號(hào)H01M2/04GK1298555SQ99805398
公開日2001年6月6日 申請(qǐng)日期1999年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月24日
發(fā)明者肖恩·A·薩基恩特, 威廉·H·加德納, 約翰·希森 申請(qǐng)人:杜拉塞爾公司