專利名稱：密閉型堿性蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密閉型堿性蓄電池的安全閥裝置。
如鎳鎘蓄電池或鎳的氫化物蓄電池等密閉型堿性蓄電池，皆為使用堿性水溶液作電解液的二次電池。
如

圖1所示，堿性電池10，先將電極組12和電解液一起裝在帶底的筒狀金屬制電池外殼30內(nèi)，再用封口部件80密閉外殼30的敞口。
如圖1所示，電極組12，由卷成蝸形的正極板14，負(fù)極板16以及介于其間可透氣的隔離層18組成。正極板14以及負(fù)極板16，皆由將屬于活性物質(zhì)的鎳的氧化物和鎘的化合物充填于導(dǎo)電的極板而制成。
正極板14的上端配有并電連接正極集電體20，在正極集電體20的上方配有并電連接封口部件80。
封口部件80，由與正極集電體20電連接的中央開設(shè)排氣孔42的封口板40，和關(guān)閉排氣孔42的安全閥裝置60，以及將安全閥裝置60呈壓縮狀態(tài)下容納于封口板40與自身之間的正極蓋70等組成。封口板40通過絕緣密封墊76與電池外殼30之敞口端做斂縫結(jié)合，從而將電池外殼30密封住。
密閉型堿性蓄電池10，被設(shè)計(jì)成這樣一旦由于過充電或過放電等原因造成電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體而電池內(nèi)壓超過規(guī)定壓力時(shí)，安全閥裝置60將要?jiǎng)幼?，電池?nèi)部的氣體和電解液將要被排出到電池外殼30的外部，從而可防止電池外殼30的變形等情況。
一般地來講，在過充電時(shí)電池內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體會(huì)在電池內(nèi)部被消耗掉，但若無改變地繼續(xù)進(jìn)行充電，則氣體產(chǎn)生的速度將要超出氣體消耗的速度，而電池的內(nèi)壓將上升并超越平衡的程度。因此，當(dāng)電池的內(nèi)壓異常上升時(shí)，借助于由上述安全裝置將氣體排出，來防止電池外殼的變形或封口部件的向外凸出。
此安全裝置60是由關(guān)閉排氣孔42的橡膠制閥板62，和頂住該閥板62的彈簧64所組成。當(dāng)電池的內(nèi)壓超過規(guī)定值時(shí)，此安全閥裝置內(nèi)的彈簧64將被壓縮，閥板62將向打開排氣孔42方向移動(dòng)，而使氣體或電解液等從封口板40上的排氣孔42，經(jīng)設(shè)于正極蓋70上的排氣孔78排放到外部。
在安全閥裝置內(nèi)，使閥門開始挪動(dòng)的動(dòng)作壓力即是使構(gòu)成此安全閥裝置的部件-彈簧開始變形的壓力。圖2是表示安全閥裝置內(nèi)彈簧的變形量與加給安全閥裝置的壓力(電池的內(nèi)壓)之間的關(guān)系圖，正如圖2中a所示，將動(dòng)作壓力定得低一些，因電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體，在內(nèi)壓開始升高的最初階段上，即將氣體排出，故可將上述電池外殼的變形或封口部件的凸出等危險(xiǎn)于早期階段上予以避免。然而，電池內(nèi)所產(chǎn)生的氣體是來源于構(gòu)成電解液的水份的電解而產(chǎn)生的，故當(dāng)氣體被排盡時(shí)，電解液數(shù)量隨之減少，其結(jié)果，安全閥回歸正常位置后，恐怕會(huì)導(dǎo)致電池容量低下。另外一方，如圖2b所示，若將動(dòng)作壓力設(shè)定得高一些，盡管電池的內(nèi)壓已升高，氣體仍不能排出，因而擔(dān)心會(huì)導(dǎo)致電池外殼的變形或封口部件凸出。
故現(xiàn)在皆在不召致容量低下條件下避免危險(xiǎn)出現(xiàn)，這樣來設(shè)定出最適宜的動(dòng)作壓力。
但即使設(shè)定出最適宜的動(dòng)作壓力，當(dāng)電池內(nèi)出現(xiàn)非常大的充電電流流過等異常情況時(shí)，由于氣體產(chǎn)生速度過大，雖然安全裝置已動(dòng)作，若彈簧的壓縮變形小，安全裝置的氣體排放速度也將跟不上氣體產(chǎn)生速度。這樣電池的內(nèi)壓比安全閥的動(dòng)作壓力升得更高，仍然有電池外殼變形而破裂的顧慮。
本發(fā)明的目的在于，提供一種密閉型堿性蓄電池通過設(shè)定出彈簧的壓縮荷載與長度變形比率的最佳值，在內(nèi)壓超過設(shè)定值時(shí)即可排放出大量的氣體或電解液等。
通過下面的詳細(xì)介紹并參照附圖，本發(fā)明的上述及其它目的和特性將變得更加明了。本發(fā)明的綜述為解決上述課題，本發(fā)明密閉型堿性蓄電池配備有一封口部件其構(gòu)成為在容納于帶底的筒狀電池外殼以內(nèi)，與由正極板，負(fù)極板以及介于其間的隔離層組成的電極組作電連接的封口板；和用于將開設(shè)于此封口板上的排氣孔關(guān)閉的安全閥裝置；以及將安全閥裝置在被壓縮狀態(tài)下容納于封口板與自身之間的正極蓋等。安全閥裝置具有將排氣孔關(guān)閉用的閥板，和將閥板推向著排氣孔方向的彈簧等。該彈簧的壓縮荷載與長度變形的比率為50N/mm以下。
由于安全閥裝置的彈簧的壓縮荷載與長度變形比(壓縮荷載/長度變形)為50N/mm以下，故上述密閉型堿性蓄電池，當(dāng)電池內(nèi)壓超過規(guī)定值時(shí)，可令移動(dòng)式閥板的移動(dòng)距離加大。并由于閥板使排氣孔敞開的更大，故可將氣體或電解液等更大量地排出到電池的外部。其效果為，可防止由電池內(nèi)壓上升而造成的電池外殼的變形和破裂。
圖2表示現(xiàn)有的安全閥裝置的開閥時(shí)狀態(tài)曲線。
圖3表示本發(fā)明的密閉型堿性蓄電池的部分剖面圖。
圖4表示圓錐形彈簧的側(cè)面圖。
圖5表示鼓形彈簧的側(cè)面圖。
圖6表示封口部件與正極集電板的連接方法的側(cè)面圖。
圖7示出本發(fā)明實(shí)施例的安全閥裝置處于開閥狀態(tài)時(shí)的曲線。本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明適用于鎳鎘蓄電池或鎳的氫化物蓄電池等密閉型堿性蓄電池。
圖3為本發(fā)明的密閉型堿性蓄電池10A的部分剖面圖。
如圖3所示，密閉型堿性蓄電池10A，由下列部分組成于金屬制帶底圓筒形電池外殼30A的內(nèi)部，容納著卷成蝸形的電極組12A和電解液L，電池外殼30A的上端開口用封口部件80A密封著。
電極組12A是在沖孔金屬等制成的導(dǎo)電極板的芯體上，各充填進(jìn)正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)的正極板14A和負(fù)極板16A之間夾入透氣性隔離層18A，并卷成蝸形而制成的(參照圖3)。電極組12A中的正極板14A與正極集電板20A，以及負(fù)極板16A與負(fù)極集電板(圖中未示)之間皆做電連接。將電極組12A裝填在電池外殼30內(nèi)，使得正極集電板20A裝在外殼30敞口端，而通過焊接等方式將負(fù)極集電板與電池外殼30的底面實(shí)施電連接。
將封口部件80A配備在正極集電板20A的上方，并處于實(shí)施電連接的狀態(tài)。封口部件80A由下列部件組成中央開有排氣孔42A的封口板40A；和用于關(guān)閉排氣孔42A的安全閥裝置60A；以及將安全閥裝置60A呈壓縮狀態(tài)容納在封口板40A和自身之間的正極蓋70A等。
封口板40A由導(dǎo)電材料制成。如圖3所示，該板具有在中央開出排氣孔42A的凹進(jìn)部分44A，在此凹進(jìn)部分44A的外周邊上形成鑲嵌正極蓋70A的臺(tái)階部46A，在此臺(tái)階部46A的外周邊上形成與電池外殼30A做斂縫式連接的邊緣部48A。
安全閥裝置60A呈壓縮狀態(tài)下被裝配在封口板40A與后述正極蓋70A之間，是關(guān)閉排氣孔42A的閥門裝置，如圖3所示，它由下列部件組成用于關(guān)閉排氣孔42A的橡膠制閥板62，和用于擠壓閥板62A的彈簧64A。彈簧64A的壓縮荷載與長度變形的比率為50N/mm以下，最好使用35N/mm以下。
彈簧64A由鋼琴絲等材料卷繞成螺旋狀而制成，其形狀可以如圖4那樣，直徑朝閥板62A方向逐漸變小的圓錐形彈簧64A，也可以是如圖5所示的鼓形線圈式彈簧64B。
正極蓋70A由導(dǎo)電材料制成，其中央向上凸出，該凸出部72A的外周邊制成可鑲嵌于封口板40A的臺(tái)階部46A的邊沿74A。又，在凸出部72A的外周上開出用于將電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體或電解液等排到外部的排氣孔78A。
封口部件80A是將安全閥裝置60A呈壓縮狀態(tài)下容納于封口板40A與正極蓋70A之間以后，將封口板40A與正極蓋70A用電阻焊或激光焊做成電連接。
封口板40A與正極集電板20A之間的電連接是這樣的先在正極集電板20A上制成引出舌簧片82A，如圖6所示，然后將此引出舌簧片82A焊接在封口板40A上，在將正極集電板20A與封口板40A之間已形成電連接后，將引出舌簧片82A呈彎折狀把封口部件80A裝在電池外殼30A之內(nèi)。
然而，封口板40A與正極集電板20A的電連接并不限于上述方式，例如，也可以將制成的封口部件80A放置于正極集電板20A之上，然后使用電阻焊或激光焊直接將該封口板40A與正極集電板20A實(shí)施電連接。
另外，也可以不采取預(yù)先將封口部件80A組裝起來再將它安裝于電池外殼30A的方式，而是先將封口板40A本身放置于正極集電板20A之上，用電阻焊或激光焊進(jìn)行連接后，再將安全閥裝置60A裝入封口板40A的凹進(jìn)部44A，一邊將安全閥裝置60A的彈簧64A壓縮著，同時(shí)將正極蓋70A安裝于封口板40A，最后將封口板40A與正極蓋70A使用電阻焊或激光焊連接起來。在此情形下可以省略掉引出片。
在封口部件80A安裝在正極集電板20A以后，給封口板40A的邊沿48A的外周邊套裝上絕緣墊圈76A，將電池外殼30的敞口端彎折并將封口板40A通過斂縫固定，制成如圖3所示的密閉型堿性蓄電池10A。
上述構(gòu)成的密閉型堿性蓄電池10A，一旦遇到過充電或過放電而在電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體，或者由于內(nèi)部短路等原因發(fā)熱以致出現(xiàn)隔離層樹脂熔化或電解液膨漲等情形，電池內(nèi)壓就會(huì)升高。當(dāng)電池內(nèi)壓達(dá)到規(guī)定值以上時(shí)，閥板62A將被此內(nèi)壓推動(dòng)，而將彈簧64A壓縮，從而，閥板62A將要向打開排氣孔42A方向移動(dòng)。排氣孔42A一旦被打開，內(nèi)部的氣體等就會(huì)從排氣孔42A經(jīng)由正極蓋70A上的排氣孔78A而被排放到外部。
在本發(fā)明，安全閥裝置60A的彈簧64A，由于將其壓縮荷載與長度變形的比率制定成50N/mm以下，故由于內(nèi)壓升高使彈簧64A被大量壓縮，而使閥板62A也大量移動(dòng)，從而排氣孔42A隨著大量開放，而可使大量的氣體等排放到外部。
圖7示出，準(zhǔn)備出幾種壓縮荷載/彈簧變形量為25N/mm(實(shí)施例A)，35N/mm(實(shí)施例B)，45N/mm(實(shí)施例C)，50N/mm(實(shí)施例D)，以及55N/mm(比較例E)的彈簧64A，用來做過充電試驗(yàn)，以查明電池外殼30A的變形狀態(tài)以及封口部件80A的狀態(tài)。
彈簧64A使用的是直徑0.8mm的鋼琴絲，纏繞成圓錐形，如圖4所示。彈簧64A的各端部分別具有以1/2圈彈簧座以使彈簧具有良好的穩(wěn)定性。所有彈簧，雖然其壓縮荷載與長度變形的比率各不相同，但安全閥裝置的閥門動(dòng)作壓力卻設(shè)計(jì)成一致。壓縮荷載與長度變形比率小的彈簧，由于其變形容易，故將在非壓縮情況下全長較長的彈簧壓縮短了然后使用，相反的，壓縮荷載與長度變形比率大的彈簧，要使用非壓縮情況下其彈簧全長較短者，以把安全閥裝置的閥門動(dòng)作壓力設(shè)計(jì)得一致。各彈簧的壓縮荷載/彈簧的變形之(比)值，如下式所示，則隨所用線材種類和線徑，以及彈簧的中心直徑和圈數(shù)的不同而變更。
k=(G×d4)/(8×n×D3)此處k為壓縮荷載對彈簧長度變形的比率；G為線材的剛性系數(shù)；α為線材的直徑；n為彈簧的圈數(shù)；D為彈簧的中心直徑。
因此，在使用線徑為0.8mm的鋼琴絲的彈簧上，彈簧的圈數(shù)n愈多或彈簧的中心直徑D愈大，則壓縮荷載/彈簧變形量的數(shù)值會(huì)愈小。反之，彈簧的圈數(shù)n愈小，或彈簧的中心直徑D愈小，則壓縮荷載/彈簧變形量的數(shù)值愈大。
彈簧64A的壓縮荷載是通過在壓縮試驗(yàn)機(jī)上按每分1.0mm來壓縮彈簧64A而測量的，此測量值即作為壓縮荷載/彈簧變形量的比值。先制作出將各種彈簧64A使用到安全閥裝置60A內(nèi)的密閉型堿性蓄電池10A-2000mAh-SC型，各含300槽-然后按充電率20A，充電量300％條件進(jìn)行了過充電試驗(yàn)。
表1
參看表1可知，與比較例E相比，實(shí)施例A～D的電池外殼底的變形數(shù)較小，并且實(shí)施例A～D的封口部件80A從未發(fā)生過脫落。這是因?yàn)椋捎谶^充電導(dǎo)致電池內(nèi)壓升高時(shí)，彈簧64A要大量變形，閥板62開始移動(dòng)，從而經(jīng)排氣孔42A將大量的氣體或電解液等排放出去的緣故，也說明了由于電池內(nèi)壓升高，電池外殼底雖顯出變形，但封口部件80A尚不致脫落。將各實(shí)施例作一下比較，可判明壓縮荷載/彈簧變形量(比)愈小，電池外殼底的變形數(shù)也愈小。
另外一方，在比較例E，所有的電池的電池外殼俱已變形，并且其中的一個(gè)，其封口部件80A已脫落。這是因?yàn)槠鋲嚎s荷載/彈簧變形量(比)過大所致，造成閥板62A的移動(dòng)量不足，使氣體等不能充分地排放出去。
如上所述，通過將安全閥裝置60A的壓縮荷載/彈簧變形量(比率)定為50N/mm以下，因在過充電所生成的氣體或電解液的膨漲，而使電池的內(nèi)壓升高，但由于可從安全閥裝置60A向外部大量排放氣體等，故可抑制電池外殼的變形，也不會(huì)發(fā)生封口部件80A脫落現(xiàn)象。
上述實(shí)施例的介紹，僅是為了說明本發(fā)明，不應(yīng)理解為對權(quán)利要求的范圍的限定，或起到縮減范圍的作用。另外，本發(fā)明的各組成部分并不限于上述實(shí)施例，在專利申請所敘述的技術(shù)范圍內(nèi)，可以作出種種變形。
權(quán)利要求
1．一種密閉型堿性蓄電池，包括(1)帶底的圓筒狀電池外殼；(2)容納于電池外殼之內(nèi)，且其正極板與負(fù)極板之間用隔離層隔開的電極組；(3)與該電極組電連接的封口板；(4)安全閥裝置，具有關(guān)閉開設(shè)于封口板上的排氣孔的閥板，和將該閥板推向排氣孔方向的彈簧；(5)將安全閥裝置在壓縮狀態(tài)下容納于自身與封口板之間的正極蓋；其特征在于(6)該彈簧的壓縮荷載與長度變形的比率為50N/mm以下。
2．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，彈簧(64A)的壓縮荷載與長度變形的比率為35N/mm以下。
3．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，封口板(40A)為導(dǎo)電材料，具有一個(gè)在中央開有排氣孔(42A)的凹進(jìn)部(44A)，此凹進(jìn)部(44A)的外周邊被設(shè)成用于鑲嵌正極蓋(70A)的臺(tái)階部分(46A)。
4．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，閥板(62A)是橡膠制的板。
5．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，彈簧(64A)是用鋼琴絲卷繞成的螺旋狀部件。
6．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，彈簧(64A)為其直徑向閥板(62A)方向收縮的圓錐形。
7．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，彈簧(64A)為鼓形線圈彈簧。
8．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，正極蓋(70A)為導(dǎo)電材料，其中央部設(shè)有向上方突出的凸出部(72A)，在此凸出部(72A)內(nèi)安裝著彈簧(64A)。
9．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，正極蓋(70A)具有一個(gè)中央部向上突出的凸出部(72A)，該凸出部(72A)的外周邊具有嵌入封口板(40A)的臺(tái)階部(46A)的邊沿部(74A)，并且，在此凸出部(72A)的外周上，開有將從電池內(nèi)部排放的氣體或電解液等排出到外部的排氣孔(78A)。
10．如權(quán)利要求1所述的密閉性堿性蓄電池，其中，在壓縮狀態(tài)下將安全閥裝置(60A)容納于封口板(40A)和正極蓋(70A)之間，并且使用電阻焊將封口板(40A)，與正極蓋(70A)電連接在一起。
11．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，在壓縮狀態(tài)下將安全閥裝置(60A)容納于封口板(40A)和正極蓋(70A)之間，并且用激光焊將封口板(40A)與正極蓋(70A)電地連接在一起。
12．如權(quán)利要求1所述的密閉型堿性蓄電池，其中，將封口板(40A)的周邊(48A)的外周邊裝上絕緣墊圈(76A)，然后將電池外殼(30A)的敞口端彎折起來，與封口板(40A)做斂縫接合。
全文摘要
一種密閉型堿性蓄電池,包括:由用于關(guān)閉開設(shè)于封口板(40A)上的排氣孔(42A)的安全閥裝置(60A),和將安全閥裝置(60A)在其呈壓縮狀態(tài)下容納于封口板(40A)和其自身之間的正極蓋(70A)組成的封口部件(80A)等;該安全閥裝置(60A)具有用于關(guān)閉排氣孔(42A)的閥板(62A),以及將閥板(62A)推向排氣孔(42A)方向的彈簧(64A)。該彈簧的壓縮荷載與長度變形的比率在50N/mm以下。
文檔編號H01M2/12GK1319902SQ0110915
公開日2001年10月31日 申請日期2001年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月10日
發(fā)明者井上博之, 垣內(nèi)尚 申請人:三洋電機(jī)株式會(huì)社