專利名稱：電化學(xué)電池的集電器和密封件的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及電化學(xué)電池，特別是涉及一種電化學(xué)電池的集電器和密封件的組件。
堿性電化學(xué)電池一般包括具有閉合端、開口端和在其間伸展的側(cè)壁的圓筒形鋼罐。該罐包含電化學(xué)活性材料，它包括通常稱為陰極的正電極，包括作為活性材料的二氧化錳；和通常稱為陽極的負(fù)電極，包括鋅粉。常規(guī)的電池大多采用筒管型結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中陽極是中心定位的并被接觸罐壁的管形陰極包圍。分離器通常位于陽極和陰極之間，并且堿性電解質(zhì)溶液同時(shí)接觸陰極、陽極和該分離器。
常規(guī)的電化學(xué)電池具有導(dǎo)電的集電器和封閉鋼罐開口端的封閉件，集電器一般是細(xì)長(zhǎng)的黃銅釘形狀，并插入到陽極活性材料中。集電器通常延伸通過在該密封中的開口或孔，并提供在陽極和用作負(fù)極端的外部導(dǎo)電蓋之間的電氣連接。
集電器、密封和內(nèi)部金屬蓋通常都是預(yù)先裝配在一起，形成常稱為集電器和密封件的組件。密封具有中心定位的開口，通過它插入集電器，密封劑一般放置在集電器和密封之間。密封的外周和包圍中心定位的開口的中心部分通常通過加厚密封材料來加強(qiáng)。膜在外周和中心部分之間，它常具有變薄的截面以便提供應(yīng)力集中壓力釋放口，當(dāng)電池內(nèi)部壓力超過預(yù)定限制時(shí)允許密封破裂，從而從電池內(nèi)排出高壓氣體。
包圍和限定中心定位開孔的密封的加強(qiáng)中心部分通常稱為“中心套”。通過開孔將集電器插入到中心套中從而使密封中心套和集電器之間存在壓配合。在市場(chǎng)銷售的某些電池中，集電器釘?shù)闹睆绞谴笥陂_孔的初始內(nèi)徑，以便產(chǎn)生壓配合使電解質(zhì)溶液不能沿著集電器的表面從電池內(nèi)漏出。常常壓配合造成切向張力，這種張力如果太大可能會(huì)超過密封中心套的材料強(qiáng)度和造成密封破裂使電解質(zhì)溶液漏出。另一方面，如果壓配合不夠，電解質(zhì)溶液也可能從集電器和密封之間漏出。
已知有許多集電器和密封件的組件用于維持密封和集電器之間的封閉密封。一種方法是使用位于密封內(nèi)表面上的塑料涂復(fù)的金屬套，用于緊靠集電器壓縮塑料，以便防止電解質(zhì)泄漏。
另一種方法是使用內(nèi)金屬蓋，其中通過密封的中心開孔插入集電器從而迫使圍繞集電器的密封中心套的直立壁向外壓向內(nèi)金屬蓋。但是，集電器對(duì)形成中心套的密封直立壁施加切向張力。此外，一種市場(chǎng)上銷售的電池已經(jīng)采用圍繞密封件體的平的金屬環(huán)，從而當(dāng)迫使集電器通過密封的中心開孔時(shí)在集電器和環(huán)之間壓縮密封。
因此，許多上述的裝置在密封中產(chǎn)生切向張力，當(dāng)該密封暴露在氫氧化鉀(KOH)中時(shí)可能造成應(yīng)力腐蝕裂紋，從而會(huì)引起電解質(zhì)溶液泄漏。在企圖使應(yīng)力腐蝕裂紋的情況最小化時(shí)，先有的方法常需用保護(hù)劑如瀝青涂復(fù)密封。
如在美國(guó)專利US-A-5,422,201號(hào)公開的那樣一種更新近的方法是，采用管形金屬部件形式的壓縮裝置，它具有徑向朝外張開的一端。圍繞形成密封中心套的直立壁插入該金屬部件以便壓縮在中心套中形成的中心開孔。在管形金屬部件放入位置時(shí)，從底側(cè)將集電器釘向上推通過壓縮的開孔。這樣做時(shí)，迫使壓縮的開孔在直徑上增加一定的量從而防止在密封中心套中產(chǎn)生切向張力，并允許中心套對(duì)集電器的壓縮。管形金屬部件的張開端形成對(duì)密封放空口的剪切邊。但是，金屬部件對(duì)取向很敏感，因此用現(xiàn)代的電池制造設(shè)備可能很難處理和裝配。
已經(jīng)使用已知的集電器裝配體有很多年了，有必要改進(jìn)集電器和密封件的組件，使其容易裝配，在密封件的中心套中產(chǎn)生很小或幾乎沒有切向張力以避免中心套破裂，并在密封件的中心套上提供足夠的徑向的壓應(yīng)力和切向的壓應(yīng)力以便防止在集電器和密封之間的電解質(zhì)溶液泄漏?，F(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，令人驚奇的是，通過提供包括如這里描述的壓縮襯套的集電器和密封件的組件可以做到這一點(diǎn)。
因此在第一方面，本發(fā)明提供一種用于將電化學(xué)活性成分密封在容器內(nèi)的集電器和密封件的組件，該組件包括彈性的并且不導(dǎo)電的密封件體，其具有一中心套，所述中心套帶有一內(nèi)直立壁，該內(nèi)直立壁確定出一從中穿過的開口；集電器，該集電器經(jīng)所述開口插入并適合與在電化學(xué)電池中的電化學(xué)活性成分接觸；和壓縮襯套，該壓縮襯套與該中心套的內(nèi)直立壁的外周接觸并緊靠所述集電器壓縮該中心套的該直立壁。
在第二方面，本發(fā)明提供一種用于將電化學(xué)活性成分密封在容器內(nèi)的集電器和密封件的組件，該組件包括
彈性的并且不導(dǎo)電的密封件體，其具有一中心套，所述中心套帶有一內(nèi)直立壁，該內(nèi)直立壁確定一從中穿過的開口；集電器，該集電器經(jīng)所述開口插入并適合與在電化學(xué)電池中的電化學(xué)活性成分接觸；和壓縮襯套，該壓縮襯套具有沿縱軸線延伸的用于接納該中心套的孔，并且該壓縮襯套與該中心套的內(nèi)直立壁的外周接觸并緊靠所述集電器壓縮該中心套的該直立壁，其中該壓縮襯套對(duì)于一垂直于該縱軸線的軸線基本上是對(duì)稱的。
在第三方面，本發(fā)明提供如上面定義的包括一集電器和密封件的組件的電化學(xué)電池。
在第四方面，本發(fā)明提供一種組裝電化學(xué)電池的方法，其包括如下步驟提供一容器，該容器具有閉合底端、開口頂端、和在所述頂端和所述底端之間延伸的直立壁；將包括正電極和負(fù)電極的電化學(xué)活性材料設(shè)置在所述容器內(nèi)；提供一密封件體，該密封件體具有一限定一開口的內(nèi)直立壁，該開口的直徑為其設(shè)置的第一直徑；圍繞該密封件的內(nèi)直立壁的外周并在壓縮狀態(tài)下裝配壓縮襯套，以便壓縮所述直立壁，將該開口的尺寸減小到第二直徑，其中該壓縮襯套具有經(jīng)該電池縱向軸線延伸的孔，并且該壓縮襯套對(duì)于一垂直于該縱軸線的軸線基本上是對(duì)稱的；經(jīng)在該直立壁中形成的該開口設(shè)置集電器，從而該集電器使該開口的尺寸從所述第二直徑增加到近似于所述第一直徑，由此防止在密封件的該直立壁上存在張力；以及將所述密封件和集電器的組件裝配到該容器的開口端，以封閉和密封該容器。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于改進(jìn)了用于電化學(xué)電池的集電器和密封件的組件的可靠性和裝配過程。集電器和密封件的組件包括彈性的且不導(dǎo)電的密封件體，其具有限定出一穿過其的孔的直立壁的。集電器通過開孔插入并適合與電池中的電化學(xué)活性材料接觸。聚合的壓縮襯套接觸并擠壓密封件的直立壁。因此，在集電器經(jīng)開孔插入之后，集電器和壓縮襯套優(yōu)選地共同在密封件的直立壁上施加徑向壓應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。
裝配的本發(fā)明的集電器和密封件的組件用于電化學(xué)電池。電化學(xué)電池具有一通常包括閉合底端、開口頂端和在頂端和底端之間的延伸的側(cè)壁的容器。將電化學(xué)活性材料設(shè)置在容器中，該材料通常包括正電極和負(fù)電極。將集電器和密封件的組件設(shè)置在容器的開口端中，以便封閉密封該開口端。集電器和密封件的組件很容易裝配并容易使密封件中的張力減至最小，以便防止密封件的應(yīng)力腐蝕斷裂。
電池優(yōu)選為圓柱形電池，但將能理解可以使用其它的電池形狀如棱柱形電池，其用于將帶有集電器的密封件經(jīng)其插入。
優(yōu)選地，電池是堿性電池。這樣，在優(yōu)選的實(shí)施例中，該電池具有包括鋅的陽極；包括二氧化錳的陰極；和堿性的電解質(zhì)，最好是氫氧化鉀(KOH)電解質(zhì)。在特定的優(yōu)選實(shí)施例中，陰極由二氧化錳、石墨、KOH溶液和添加劑的混合物形成，而陽極是由鋅粉、凝膠劑和添加劑形成。因此，優(yōu)選地將陰極構(gòu)造成電池的正電極，并將陽極構(gòu)造成電池的負(fù)電極。
將分離器設(shè)置在陽極和陰極之間，優(yōu)選地是，以圍繞陰極內(nèi)表面設(shè)置形式為杯形的分離器。分離器優(yōu)選地是由防止在電池內(nèi)任何固體顆粒移動(dòng)的無紡織物形成。陽極設(shè)置在堿性電解質(zhì)內(nèi)，優(yōu)選地設(shè)置在電池中心的分離器內(nèi)。
集電器通常將是細(xì)長(zhǎng)的，以便突入到其中一個(gè)電極中，優(yōu)選為陽極。如本領(lǐng)域中已知的那樣，可以使用任何合適的集電器材料和結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，集電器是由黃銅形成，例如的形式為具有細(xì)長(zhǎng)體并在一端帶有擴(kuò)大頭部的黃銅釘。
優(yōu)選地，陽極、陰極和分離器都構(gòu)造成筒管型結(jié)構(gòu)。但是，陽極、陰極和分離器或者可構(gòu)造成螺旋纏繞結(jié)構(gòu)，如膠輥形(jelly-roll)電池結(jié)構(gòu)，或者按照本發(fā)明可以是另外構(gòu)造成原電池或蓄電池。
壓縮襯套是由剛性的且不可延伸的材料制成，優(yōu)選地是非金屬材料，更優(yōu)選地是聚合材料，和特別優(yōu)選地是由剛性且不可延伸的聚苯乙烯制成。壓縮襯套最好是由注模制成。壓縮襯套通常構(gòu)造成圓筒形，從而使它相對(duì)于穿過開口的電池的中心縱軸線對(duì)稱。
壓縮襯套優(yōu)選地還相對(duì)于一垂直于縱軸線的平面對(duì)稱。因?yàn)橐r套的頂端因此將與底端對(duì)稱，壓縮襯套對(duì)方向確定并不敏感。因此，壓縮襯套從其頂或底端都可以插入到中心套上。這有利地簡(jiǎn)化了電池裝配過程，因?yàn)橹圃煸O(shè)備可以很容易處理和將壓縮襯套定向成一直立位置，以便插入到中心套上，并不必須去區(qū)別它的頂端和底端。
優(yōu)選的是，集電器、環(huán)形密封件(由彈性材料形成，并優(yōu)選地由尼龍制成)、和壓縮襯套預(yù)先組裝并作為一個(gè)組裝好的單元插入到電池罐(優(yōu)選地由鋼制成)的開口端中。這樣，電池優(yōu)選地包括將罐開口端封閉的集電器和密封件的組件。包括在集電器和密封件的組件中的是集電器、環(huán)形密封件和壓縮襯套。在制造時(shí)，迫使壓縮襯套受迫插入到中心套上，接著插入集電器，優(yōu)選的是將其從頂端向下插入到在密封件的中心套中形成的中心開口內(nèi)。
優(yōu)選的是，將最好是由電鍍鋼制成的外部導(dǎo)電蓋設(shè)置在集電器和密封件的組件之上，并優(yōu)選地形成電池的負(fù)接觸端。優(yōu)選地是通過壓力接觸或焊接，以使外部導(dǎo)電蓋與集電器電氣接觸。外部蓋優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)排氣孔，它們用作將電池不密封的體積暴露于周圍外部大氣，以便在電池排氣狀態(tài)下排出氣體。
環(huán)形密封件優(yōu)選地具有在其外周形成的外周直立壁；在密封件中心形成加厚的中心套的內(nèi)直立壁；和在外周直立壁和中心套之間形成的膜部分。中心套最好是從密封件的外表面突出，離開電池的內(nèi)含物。
優(yōu)選地，當(dāng)從電池的外側(cè)看時(shí)該膜是凹狀的。因此，從剖面看，膜顯示出向內(nèi)的曲線，肘形或者其他構(gòu)形，優(yōu)選地是曲線或肘形。通過提供凹的膜，它是曲線的或朝罐的密封的內(nèi)部體積向內(nèi)彎曲，當(dāng)在電池密封體積內(nèi)的壓力大于沒有密封的體積內(nèi)的大氣壓時(shí)產(chǎn)生壓縮力施加到密封件上。當(dāng)密封件設(shè)置在罐內(nèi)時(shí)，密封的體積變成稍微帶壓，并且當(dāng)電池放電時(shí)壓力通常增加。因?yàn)殡姵孛芊獾捏w積通?？偸蔷哂写笥诖髿鈮旱膲毫?，該密封件通?？偸窃趬嚎s狀態(tài)。維持該密封件在壓縮狀態(tài)是有利的，當(dāng)暴露于KOH這樣的電解質(zhì)時(shí)該密封比較不易受到損害。因?yàn)橥ㄟ^維持密封件在壓縮狀態(tài)減小了由KOH或其他電解質(zhì)造成的不利影響，可能很少或不需要保護(hù)性的瀝青涂復(fù)。
在剖面中，該密封件在膜與外周直立壁接合處最好還有倒置的V形部分。這樣，倒置的V形部分在膜和外直立壁之間提供接納分離器開口頂端的凸起溝道，從而使分離器可以裝配到倒置的V形部分中并與其相符合。
密封件的中心套具有一圓筒形開口，該開口確定成垂直通過該中心套，其用于接納集電器并在集電器與中心套之間提供壓配合密封閉合。中心套具有限定其外周的外圓筒形直立壁。迫使壓縮襯套圍繞中心套的外直立壁裝配，以便徑向向內(nèi)壓縮中心套。壓縮襯套最好完全包圍中心套的外直立壁。在優(yōu)選的實(shí)施例中襯套還延伸到中心套上面和與外蓋的底表面接觸，從而提供支承結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)化排氣口的剪切邊和支持集電器和密封的定向，如下面進(jìn)一步解釋的那樣。
優(yōu)選的是，密封件還具有在膜中鄰近壓縮襯套底部外周邊處形成的變薄的部分。該部分用于提供應(yīng)力集中排氣口，當(dāng)電池密封件體積內(nèi)部的壓力達(dá)到預(yù)定的壓力極限時(shí)通過它釋放壓力。通過將變薄部分放置在鄰近壓縮襯套底部外緣的位置處，將壓縮襯套的底部外緣用作剪切邊，以便獲得更加一致的排氣作用。此外，優(yōu)選地壓縮襯套具有至少一條垂直凹槽，優(yōu)選的是，具有多個(gè)垂直凹槽形成在它的外直立周壁中，以便防止在電池排氣狀態(tài)下彎曲的密封膜緊靠壓縮襯套的直立壁形成密封。凹槽或溝道優(yōu)選地是圍繞壓縮襯套的外周表面成間隔分布，并且具有優(yōu)選的深度約為130-180μm(5-7密耳)。
中心套的外直立壁確定初始的未壓縮直徑DH。當(dāng)在它的初始未壓縮狀態(tài)時(shí)，中心套的外壁直徑大于在壓縮襯套中形成的中心開口的內(nèi)直徑。此外，中心套的直立壁可以略有錐度，在頂端具有較小的直徑以便讓壓縮襯套更加容易與中心套接合。
當(dāng)迫使壓縮襯套插入到中心套的外直立壁上時(shí)，中心套的直立壁被徑向向內(nèi)壓縮。當(dāng)迫使壓縮襯套插入到中心套的直立壁上時(shí)，由于受到中心套上壓縮襯套的徑向壓縮，使中心套的中心開口的直徑減小。中心套的外壁直徑也減小。
一旦已經(jīng)迫使壓縮襯套裝配到盤上使得中心套的中心開口的尺寸減小，接著將集電器插入到中心套的開孔中。隨著集電器全部插入，迫使開口基本擴(kuò)張到它原先的未壓縮的尺寸。在這樣做時(shí)壓縮襯套提供對(duì)中心套的壓力，以便使中心套保持在壓縮狀態(tài)，而不是讓中心套在受拉狀態(tài)。
因此，在壓縮襯套和集電器之間密封件中心套被壓縮，以便對(duì)密封中心套加上徑向壓應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過維持中心套在壓縮而不是在受拉狀態(tài)，中心套較少傾向于產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂，當(dāng)密封暴露與如KOH這樣的電解質(zhì)中時(shí)這是特別重要的。因此可以減小或者甚至取消應(yīng)用在集電器和密封之間的密封劑量和應(yīng)用在密封底部上的瀝青量。還應(yīng)該理解，集電器和密封件的組件不采用內(nèi)金屬蓋。
按照一個(gè)實(shí)施例，提供的電化學(xué)電池，其包括一容器，該容器具有閉合底端、開口頂端、和在所述頂端和所述底端之間延伸的直立壁；設(shè)置在所述容器內(nèi)的包括正電極和負(fù)電極的電化學(xué)活性材料；一彈性的并且不導(dǎo)電的密封件體，該密封件體具有一帶有內(nèi)直立壁的中心套，該內(nèi)直立壁一從表面突出并限定穿過密封件體的開口；經(jīng)密封件體中開口延伸的導(dǎo)電的集電器，以提供在電池內(nèi)電化學(xué)活性材料和電池外部之間的電氣連接；以及聚合物的壓縮襯套，該壓縮襯套接觸內(nèi)直立壁的外周并緊靠集電器壓縮中心套的直立壁。
按照另一個(gè)實(shí)施例，提供的電化學(xué)電池，其包括一容器，該容器具有閉合底端、開口頂端、和在所述頂端和所述底端之間延伸的直立壁；設(shè)置在所述容器內(nèi)的包括正電極和負(fù)電極的電化學(xué)活性材料；一彈性的并且不導(dǎo)電的密封件體，該密封件體具有一帶有內(nèi)直立壁的中心套，該內(nèi)直立壁一從表面突出并限定穿過密封件體的開口；經(jīng)密封件體中開口延伸的導(dǎo)電的集電器，以提供在電池內(nèi)電化學(xué)活性材料和電池外部之間的電氣連接；以及壓縮襯套，該壓縮襯套具有在其中形成的孔，并且該壓縮襯套沿電池縱向軸線延伸；并接觸內(nèi)直立壁的外周；并緊靠集電器壓縮中心套的直立壁，其中壓縮襯套相對(duì)于一垂直于縱向軸線的軸線基本對(duì)稱。
通過參考附圖中表示的實(shí)施例將能進(jìn)一步理解本發(fā)明，其中

圖1是電化學(xué)電池的縱向剖面圖，該電池具有包含按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的壓縮襯套的集電器和密封件的組件；圖2是圖1的集電器和密封件的組件的正視分解圖；圖3是裝配之前密封的俯視剖面圖；圖4是密封與壓縮襯套部分裝配的俯視剖面圖；圖5是密封的俯視剖面圖，進(jìn)一步圖解說明通過密封中心套中的中心開孔插入的集電器的組裝。
參考圖1，其中示出了一圓筒形的電化學(xué)電池10，如按照一個(gè)實(shí)例的堿性電池。電化學(xué)電池10包括一具有閉合底端14和開口頂端16的圓筒形鋼罐12。罐12的閉合底端14包括通過焊接或其他方法連接于其上的正極蓋18，它是由電鍍鋼制成，在其中心部分有突出的節(jié)塊，該節(jié)塊形成電池10的正極接觸端。金屬化的塑料薄膜標(biāo)簽20形成在鋼罐12的外表面周圍，除了鋼罐12的端部。薄膜標(biāo)記20可以在正極蓋的外周邊緣上形成并可部分地伸展到負(fù)極蓋之上，如圖所示。
陰極22圍繞鋼罐12的內(nèi)表面形成，它通常是管形的。按照一個(gè)實(shí)例，陰極22是由二氧化錳、石墨、氫氧化鉀(KOH)溶液和添加劑的混合物形成。最好是由無紡織物形成的分離器24設(shè)置在陰極22的內(nèi)表面周圍。陽極26設(shè)置在分離器24內(nèi)的堿性電解質(zhì)中，通常在電池10的中心。按照一個(gè)實(shí)例，陽極26是由鋅粉、凝膠劑和添加劑形成。集電器28設(shè)置成與陽極26接觸，集電器例如是黃銅釘，它具有細(xì)長(zhǎng)的體部和在一端具有擴(kuò)大的頭部。因此，陰極22構(gòu)造成電池的正電極，而陽極26構(gòu)造成電池的負(fù)電極。
電化學(xué)電池10包括封閉鋼罐12的開口端16的集電器和密封件的組件。在集電器和密封件的組件中包括集電器28、環(huán)形的尼龍密封件30和聚合物壓縮襯套42。集電器28，尼龍密封件30和聚合物壓縮襯套42最好預(yù)先裝配好并作為一個(gè)裝配單元插入到鋼罐12的開口端16中。此外，形成電池10負(fù)極接觸端的外導(dǎo)電蓋46設(shè)置在集電器和密封件的組件之上。優(yōu)選地是，由電鍍鋼制成的外負(fù)極蓋板46優(yōu)選地通過壓力接觸或焊接與集電器28接觸。外負(fù)極蓋46包括一個(gè)或幾個(gè)排氣口48。
環(huán)形尼龍密封件30具有在其外周上形成的外周直立壁32，和在密封件30中心處形成加厚的中心套38的內(nèi)直立壁。在中心套38和外直立壁32之間形成向內(nèi)彎曲的，即凹形的膜34和倒置的V形部分36。倒置的V形部分在膜34和外直立壁32之間形成凸起的溝道，起用于接納分離器24的頂部開口端。因此，分離器24裝配到倒置的V形部分中并與其相符合。
密封件的中心套38具有限定垂直通過的圓筒形開孔，其用于接納集電器和在集電器在釘28和中心套38之間提供壓配合的密封封閉。圍繞中心套38的外周形成外圓筒形直立壁。迫使聚合物的壓縮襯墊42裝配到中心套38的外直立壁周圍，以便徑向向內(nèi)壓擠中心套38。壓縮襯墊42完全包圍中心套38的外直立壁，并進(jìn)一步延伸到中心套38上面并與外蓋46的底表面接觸，以便提供一種支持結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)化排氣口剪切邊并支持集電器和密封件的定向。
密封件30還具有變薄部分40，該部分在膜38中鄰近壓縮襯套42的底部外周邊處形成。變薄部分40用于提供應(yīng)力集中排氣口，當(dāng)電池密封體積內(nèi)部的壓力達(dá)到預(yù)定的壓力極限時(shí)通過它釋放壓力。通過將變薄部分40放置在鄰近聚合物壓縮襯套42底部外緣的位置，壓縮襯套42的底部外緣用作剪切邊，以便獲得更加一致的排氣作用。此外，聚合物壓縮襯套42具有在其中形成的垂直凹槽44，用于防止在電池排氣狀態(tài)下彎曲的密封膜34緊靠壓縮襯套42的直立壁形成的密封。
集電器28、密封件30和壓縮襯套42的裝配體形成在圖2-5中所示的集電器和密封件的組件。特別參見圖2，聚合物壓縮襯套42具有直徑為DB的在其中心穿過的圓筒形開孔52。聚合物壓縮襯套42由剛性和不可伸長(zhǎng)的材料，如聚苯乙烯制成。壓縮襯套42通常形成圓筒形，從而它相對(duì)于穿過開孔52的電池的中心縱向軸線和取向成垂直于該縱軸線的平面都是對(duì)稱的。
壓縮襯套42具有外周壁50，在其外直立壁中形成多個(gè)垂直溝道44。溝道44圍繞壓縮襯套42的外周表面周向地間隔分布。壓縮襯套42對(duì)取向不敏感，因?yàn)轫敹伺c底端對(duì)稱，因此可從其頂端或底端的任一端將它插入到中心套38上。制造時(shí)，聚合物壓縮襯套42受迫插入到中心套38上，接著將集電器28從頂端向下插入到形成在密封件30的中心套38中的中心開孔54中。
特別參見圖3，示出在裝配到集電器和密封件的組件之前的尼龍密封件30。在密封件的中心套38中形成的中心開孔54具有初始未壓縮內(nèi)徑D0。中心套38的外直立壁確定初始的未壓縮直徑DH。中心套38的外壁直徑DH大于在壓縮襯套42中形成的中心開孔52的內(nèi)徑DB。此外，中心套38的直立壁可以略有錐度，在頂端有較小的直徑以便讓壓縮襯套42更容易與中心套38接合。
當(dāng)迫使壓縮襯套42插入到中心套38的外直立壁上時(shí)，中心套38的直立壁被徑向向內(nèi)壓縮，如圖4所示。當(dāng)壓縮襯套42強(qiáng)制地插入到中心套38的直立壁上時(shí)，由于通過在中心套38上的壓縮襯套42造成的徑向壓縮，中心開孔54’的直徑減小到D0’。還有，中心套38的外壁直徑也減小到直徑DH’。
一旦已經(jīng)迫使壓縮襯套42裝配到中心套38上，以使開孔54’的尺寸減小時(shí)，接著將集電器釘28插入到開孔54中，如圖5中所示。隨著集電器釘28全部插入，迫使開孔54’的尺寸基本擴(kuò)張到它原先的尺寸54。在這樣做時(shí)，壓縮襯套42在中心套38上提供壓縮力，以便保持中心套38在壓縮狀態(tài)，而不是讓中心套38在受拉狀態(tài)。因此，密封件中心套38在聚合物壓縮襯套42和集電器28之間被壓縮，從而在密封件的中心套38上施加徑向壓應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。
權(quán)利要求
1.一種用于將電化學(xué)活性成分密封在容器內(nèi)的集電器和密封件的組件，該組件包括彈性的并且不導(dǎo)電的密封件體，其具有一中心套，所述中心套帶有一內(nèi)直立壁，該內(nèi)直立壁確定一從中穿過的開口；集電器，其經(jīng)所述開口插入并適合與在電化學(xué)電池中的電化學(xué)活性成分接觸；和壓縮襯套，該壓縮襯套與該中心套的內(nèi)直立壁的外周接觸并緊靠所述集電器壓縮該中心套的該直立壁。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，該壓縮襯套具有沿縱軸線延伸的用于接納該中心套的孔，其中該壓縮襯套對(duì)于一垂直于該縱軸線的軸線基本上是對(duì)稱的。
3.一種用于將電化學(xué)活性成分密封在容器內(nèi)的集電器和密封件的組件，該組件包括彈性的并且不導(dǎo)電的密封件體，其具有一中心套，所述中心套帶有一內(nèi)直立壁，該內(nèi)直立壁確定一從中穿過的開口；集電器，其經(jīng)所述開口插入并適合與在電化學(xué)電池中電化學(xué)活性成分接觸；和壓縮襯套，該壓縮襯套具有經(jīng)中心的縱軸線形成的孔，并且該壓縮襯套與該中心套的內(nèi)直立壁的外周接觸并緊靠所述集電器壓縮該中心套的該直立壁，其中該壓縮襯套相對(duì)于一垂直于該縱軸線的軸線基本上是對(duì)稱的。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該壓縮襯套包括聚合材料。
5.如權(quán)利要求4所述的組件，其特征在于，該壓縮襯套包括聚苯乙烯。
6.如權(quán)利要求4或5所述的組件，其特征在于，該壓縮襯套是模制成形的。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該壓縮襯套是環(huán)形的。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，在將該集電器經(jīng)該開口插入后，該集電器和該壓縮襯套共同在該密封件的中心套的內(nèi)直立壁上施加徑向壓應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該密封件還包括在該密封的外周邊上形成的外直立壁和在所述內(nèi)直立壁和所述外直立壁之間互相連接的膜。
10.如權(quán)利要求9所述的組件，其特征在于，其還包括在膜中鄰近該襯套的外周邊的區(qū)域內(nèi)形成的應(yīng)力集中部分。
11.如權(quán)利要求9或10所述的組件，其特征在于，該膜具有凹形的底表面，當(dāng)該容器內(nèi)存在的壓力上升時(shí)所述底表面使膜受到壓縮。
12.如權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，該膜的凹形底表面為肘形。
13.如權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該密封件具有倒置的V形部分，該部分位于膜和外直立壁之間用于接納分離器的端部。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該壓縮襯套包括具有至少一個(gè)垂直通道的直立壁，以便防止在排氣狀態(tài)下該密封件緊靠該壓縮襯套的壁形成密封。
15.如權(quán)利要求14所述的組件，其特征在于，至少一個(gè)垂直通道包括在該壓縮襯套的直立壁上存在的多個(gè)凹槽。
16.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，該密封不由徑向支持部件徑向支持。
17.一種電化學(xué)電池，其包括如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的集電器和密封件的組件。
18.如權(quán)利要求17所述的電池，其特征在于，其還包括與該集電器接觸的終端蓋。
19.如權(quán)利要求18所述的電池，其特征在于，其包括堿性電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)溶液包括氫氧化鉀。
20.一種組裝電化學(xué)電池的方法，其包括如下步驟提供一容器，該容器具有閉合底端、開口頂端、和在所述頂端和所述底端之間的直立壁；將包括正電極和負(fù)電極的電化學(xué)活性材料設(shè)置在所述容器內(nèi)；提供一密封件體，該密封件體具有一限定一開口的內(nèi)直立壁，該開口具有在其內(nèi)提供的第一直徑；圍繞該密封件的內(nèi)直立壁的外周并在壓縮狀態(tài)下裝配壓縮襯套，以便壓縮所述直立壁，以將該開口的尺寸減小到第二直徑，其中該壓縮襯套具有經(jīng)該電池的縱向軸線延伸的孔，并且該壓縮襯套相對(duì)于一垂直于該縱軸線的軸線基本上是對(duì)稱的；經(jīng)在該直立壁中形成的該開口設(shè)置集電器，從而該集電器使該開口的尺寸從所述第二直徑增加到近似于所述第一直徑，由此防止在密封件的該直立壁上存在張力；以及將所述密封件和集電器的組件裝配到該容器的開口端，以封閉和密封該容器。
全文摘要
提供一種用于電化學(xué)電池的集電器和密封件的組件。電化學(xué)電池包括通常具有封閉底端、開口頂端和在頂端和底端之間延伸的側(cè)壁的容器。將電化學(xué)活性材料設(shè)置在容器內(nèi),該材料通常包括正電極和負(fù)電極。設(shè)置集電器和密封件的組件以封閉該容器的開口端,該組件包括彈性的并且不導(dǎo)電的密封件體,其具有限定一穿過其的孔的直立壁。將集電器通過開孔插入到一種電化學(xué)活性成分中。聚合物壓縮襯套擠壓直立壁,從而在集電器通過開孔插入之后集電器和壓縮襯套配合在直立壁上施加徑向壓應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。
文檔編號(hào)H01M2/08GK1390364SQ00815670
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2000年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月14日
發(fā)明者R·M·詹梅 申請(qǐng)人:永備電池有限公司