專利名稱：塑料外殼的蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述之蓄電池。
這類蓄電池已知有多種外殼形式。傳統(tǒng)的堿性蓄電池具有金屬制的圓柱形外殼，外殼構(gòu)成罐狀的注滿電解質(zhì)的容器，此容器內(nèi)還有電極和隔板。固定正的極端頭的蓋裝入罐孔內(nèi)。在那里的卷邊構(gòu)成了一既封氣又封液體的固定裝置。但對于非圓形的，尤其是矩形的電池，這種金屬外殼難以加工。
在鉛酸蓄電池中采用塑料外殼是已知的，而且可制成充分利用空間的矩形外殼。但是這種結(jié)構(gòu)不能夠用于所有類型的蓄電池。澆注在塑料外殼中的金屬電極或它們的金屬引出件，具有與塑料不同的熱膨脹系數(shù)，而在以大電流充電或放電過程中受熱時卻又不允許不密封。在蓄電池的全部壽命期間必須保證氣體和電解質(zhì)都沒有不應(yīng)有的泄漏。內(nèi)阻很小的蓄電池，例如堿性的鎳鎘或鎳金屬氫化物的蓄電池，在電流負(fù)荷較高時會形成劇烈升高了的內(nèi)壓，不允許此內(nèi)壓在極端頭所在區(qū)導(dǎo)致不密封。
嵌入外殼與極端頭之間的密封裝置，例如稱為O型密封圈的彈性圓軟環(huán)，要求有將其置入并校正密封裝置定位的附加工序，從而對蓄電池的制造成本產(chǎn)生負(fù)面的影響。重的電解質(zhì)由于有大的毛細(xì)作用而具有從密封裝置泄漏的傾向，例如氫氧化鉀溶液，它附加地還有一種朝負(fù)電位方向的遷移運(yùn)動，所以當(dāng)密封裝置沒有正確嵌入或當(dāng)密封裝置發(fā)生事后的機(jī)械移動時，電解質(zhì)可能從外殼漏出并逐漸地導(dǎo)致?lián)p壞。
因此本發(fā)明的目的是制成一種便于制造的蓄電池，這種蓄電池具有耐久和可靠密封的外殼，對外殼的造形不加限制。
此目的通過權(quán)利要求1特征部分所述來達(dá)到。
在極端頭區(qū)的外殼用互相牢固連接起來的軟塑料和硬塑料制造，這樣便允許應(yīng)用軟塑料作為極端頭和/或極端頭引出件的密封裝置。在這里通過將兩種塑料機(jī)械地連接起來，可以防止密封裝置在外界影響下移動。這種結(jié)構(gòu)還導(dǎo)致基本上只存在一個密封面，亦即在軟塑料與極端頭和/或其引出件之間所存在的密封面。因此，電解質(zhì)或由電解質(zhì)形成的氣體，不可能再沿密封裝置與外殼之間的第二密封面泄漏。除此以外，軟塑料在極端頭或其引出件上緊密地貼靠，可以設(shè)計(jì)為有一個大為增大的密封面積，因而，在泄漏時必須經(jīng)過一個長的路程。
這種結(jié)構(gòu)在加工技術(shù)方面是有優(yōu)點(diǎn)的，因?yàn)樵谲浀暮陀驳乃芰线B接之后，可以例如通過沖壓高精度地加工出用于極端頭的相應(yīng)的孔。另一種方案也可以是以后通過熱熱噴射焊接工藝(Heiβ—in—Heiβ—Spritzschuveiβver fahren)用軟塑料將已經(jīng)固定在硬塑料上的極端頭或它的引出件包圍起來。此時，也能在軟塑料與硬塑料之間形成全面的連接。
因?yàn)檫@兩種塑料基本上用相同的熱塑性塑料—彈性體組成，通過添加不同的增塑劑或采用不同的交聯(lián)度使它們的硬度不同，所以不會產(chǎn)生有害的熱應(yīng)力。選擇熱塑性塑料—彈性體可采用化學(xué)惰性的材料，例如改良的聚酰胺、苯乙烯—乙烯—丁烯—苯乙烯共聚物或聚丙烯，與電解質(zhì)相比它們有極好的穩(wěn)定性。
目前可供使用的制造塑料模制件的高度發(fā)展的技術(shù)，例如噴焊，可不受限制地加以使用，因此對外殼形狀的限制不復(fù)存在。
在一種最佳實(shí)施形式中，極端頭的極帽通過點(diǎn)焊與它的引出件連接，并杯狀地扣在一部分軟塑料上。從而在密封下繞軟塑料與極帽貼靠面的泄漏途徑被加長了。極帽在事后裝在引出件上的情況下，可通過軟塑料來正確定位。
另一種實(shí)施形式采用了一種由一個基本上為杯狀的鉚釘組成的極端頭，它的后端在加工時彎邊，以便從后面扣在硬塑的一部分上。在這里通過鉚釘彎邊的部分，使極端頭的前部始終可靠地固定在軟塑料上并與之緊密地貼靠。其中，鉚釘彎邊的部分可以按加工技術(shù)上有利的方式從后面扣壓在一個嵌入鉚釘與外殼之間導(dǎo)電的接片上，此接片與有關(guān)的電極建立電接觸。因此，可以成本低地在唯一的一道工序中，通過鉚釘既安裝好極端頭又使之建立電連通。
另一項(xiàng)在加工技術(shù)方面的改進(jìn)是，蓄電池的外殼在兩個外殼部分之間含有一個環(huán)形的空腔，在軟塑料噴焊的同時可充滿此空腔。在此環(huán)腔內(nèi)的軟塑料以有利的方式用作附加的外殼密封裝置，為此卻并不需要有單獨(dú)的工序。
若兩個外殼部分用一種具有大體相同硬度的塑料制成，則它們可以通過超聲波焊接，在互相搭接區(qū)彼此可靠和耐久密封地連接起來。
在另一種可供選擇的設(shè)計(jì)中，兩個外殼部分用在搭接區(qū)所設(shè)置的扣接件互相連接。因此，外殼部分可以用加工技術(shù)有利的方式通過簡單地壓在一起互相可靠地連接。若在兩個外殼部分卡接后軟塑料再進(jìn)入環(huán)腔，則通過噴焊可在這一地區(qū)使軟塑料與兩個外殼部分的硬塑料形成全面和密封的連接。若在軟塑料噴焊后兩個外殼部分再互相卡接，則可通過扣接件保證一個外殼部分的硬塑料緊密地貼靠在另一個外殼部分的軟塑料上。
在塑料中埋入玻璃纖維，最好具有體積百分率約40％，則可以顯著改善外殼的機(jī)械性能，如它的沖擊強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。
采用矩形的蓄電池外殼，在外殼中電極一層層地分別用隔板分開地疊放著，這就可以避免存在無用的體積部分，并能提供一種高容量的蓄電池。
對于氣密堿性蓄電池，例如鎳鎘或鎳金屬氫化物蓄電池，可以在用硬塑料制的外殼部分內(nèi)設(shè)一個設(shè)計(jì)為減薄段的預(yù)定擊穿點(diǎn)。因此，在內(nèi)壓突然升高時蓄電池的爆炸，可通過有目的地經(jīng)由預(yù)定擊穿點(diǎn)排氣來防止。
蓄電池事后的灌裝電解質(zhì)，可通過一個可封閉的注入口進(jìn)行。將注入口安排成離正的極端頭比負(fù)的極端頭近，可以避免在使用氫氧化鉀溶液作為電解質(zhì)時的泄漏作用。
在另一種實(shí)施形式中，蓄電池的外殼同時又構(gòu)成一個電子設(shè)備的設(shè)備外殼的一部分。因此，例如便攜式無線電話的結(jié)構(gòu)便可以簡化，以及，盡管使用的是高容量蓄電池，仍可減小其尺寸。
下面借助于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。其中

圖1通過按本發(fā)明第一種實(shí)施形式具有一個杯狀極帽的的蓄電池的局部剖面圖；圖2通過按本發(fā)明第二種實(shí)施形式具有一個鉚釘狀極端頭的蓄電池的局部剖面圖；圖3通過按本發(fā)明的具有矩形外殼和在外殼一端設(shè)有極端頭的蓄電池剖面圖；圖4沿圖3A—A線通過蓄電池的剖面圖；圖5在中間的加工工序期間安裝在外殼部分上的蓄電池組件；圖6通過具有矩形外殼和在外殼相對兩端設(shè)有極端頭的蓄電池剖面圖；以及圖7沿圖6的B—B線通過蓄電池的剖面圖。
在這些圖中不同實(shí)施形式的類似或相同的構(gòu)件總是用相同的符號表示。
由于通過本發(fā)明對各種可能的構(gòu)造形式?jīng)]有限制，所以下面介紹一種矩形的氣密和液體密封的堿性蓄電池。在這里，作為氣密和液體密封的蓄電池指的是，在正常的工作條件下氣體和液體都不會泄漏，但當(dāng)達(dá)到規(guī)定的條件時，例如預(yù)先規(guī)定的過壓，則可有目的地形成開口。
蓄電池1有一個由兩部分2、3組成的外殼，外殼包圍了由隔板4彼此分開的正電極5和負(fù)電極6。在準(zhǔn)備妥當(dāng)可以使用的狀態(tài)，以眾所周知的方法在蓄電池1中注入圖中沒有表示的電解液。
在極端頭7、8所在部位，外殼設(shè)計(jì)為雙層的，它由一層硬塑料24和一層軟塑料14組成。圖中用十字影線表示的軟塑料14與用斜的斷面線表示的硬塑料24全面焊接。
在采用熱熱噴射焊接時，在軟塑料14上沿著要與硬塑料24接觸的表面噴涂，以形成焊接面。軟塑料14通過添加增塑劑或通過選擇其交聯(lián)度，可將其硬度調(diào)整為處于已知的密封裝置材料的范圍內(nèi)。硬塑料的硬度調(diào)整為使之具有一般的外殼強(qiáng)度。
作為材料，可使用改良的聚酰胺、苯乙烯—乙烯—丁烯—苯乙烯共聚物和/或聚丙烯。外殼2、3用塑料制成的部分各有一個沿圓周延伸的搭接區(qū)9、10，在這一區(qū)域內(nèi)形成面貼合。借助于一條環(huán)形的超聲波焊縫11將搭接部分9和10互相固定在一起。
在按本發(fā)明的另一種設(shè)計(jì)中，在搭接區(qū)9上面并被搭接部分10包圍地構(gòu)成了一個沿圓周延伸的空腔12，此空腔12經(jīng)通道13與在極端頭7、8所在部位的軟塑料14的容積連接。在軟塑料14噴焊的同時也充滿此空腔12。在空腔12內(nèi)的軟塑料14因而在極端頭7、8所在部位的軟塑料14構(gòu)成一體，并同樣與硬塑料24全面焊接。
在另一種可供選用的設(shè)計(jì)中，兩個外殼部分2、3的機(jī)械連接通過設(shè)在搭接區(qū)9、10中的扣接件30、31來實(shí)現(xiàn)。在卡接狀態(tài)，其中一個外殼部分3上環(huán)形凸緣31，從后面卡入在另一個外殼部分2上所制的一個環(huán)形槽30中。通過凸緣31的斜切面32使這兩個部分2、3易于插接。在空腔12內(nèi)的軟塑料14，或通過噴焊與兩個搭接區(qū)9、10全面連接；或通過噴焊只與搭接區(qū)10連接，而扣接件30、31將搭接區(qū)9沿端面緊貼在軟塑料14上。
在硬塑料24中有選擇地埋入玻璃纖維或其它已知的惰性纖維。為此，玻璃纖維的體積百分率最好約40％。
在用硬塑料24制的外殼部分2、3中，設(shè)有一個設(shè)計(jì)為減薄段的預(yù)定擊穿點(diǎn)15。預(yù)定擊穿點(diǎn)15具有規(guī)定的面積和厚度，它們被調(diào)整為能從蓄電池外殼內(nèi)部的一個規(guī)定的過壓起形成一個開口，此開口導(dǎo)致壓力降低。
對于用氫氧化鉀溶液作為電解質(zhì)注滿的蓄電池，注入口16最好設(shè)在正的極端頭7的附近，并具有基本上的T形的剖面。在電解質(zhì)注滿后，注入口16用一個T形堵頭17封閉。
第一種實(shí)施形式中有帶截錐形引出件18的極端頭7、8，此引出件18被一個杯狀極帽19扣罩住。截錐形引出件18以其擴(kuò)張的側(cè)邊平面狀地貼靠在硬塑料24上，并自動定心地固定在一個同樣的截錐形的通孔20中。杯狀極帽19用點(diǎn)焊與引出件18連接并緊密地扣壓在軟塑料14上。一個或多個焊點(diǎn)21既可以在噴注軟塑料14之前也可以在這之后作成。在后一種情況下按已知的方式這樣來選擇焊接時帶來的熱能，即，應(yīng)使軟塑料14和制有通孔20的硬塑料24均不可能產(chǎn)生塑性變形。
在另一種可供選擇的實(shí)施形式中，極端頭7、8有基本上為T形的剖面，它沿徑向擴(kuò)展的部分形成了極帽19，并過渡至引出件18中與之成為一體。引出件18有一個空心圓柱形內(nèi)腔22，此空腔構(gòu)成一個杯形鉚釘和允許端部23彎邊。彎邊端23從后面扣在極端頭7、8所在部位的部分硬塑料24上。因此，極帽19持久和緊密貼合地壓在軟塑料14上。
在另一種設(shè)計(jì)中，在彎邊端23與硬塑料24之間嵌入一個用金屬制成的導(dǎo)電接片25，它分別與電極5、6連接。通過一個焊點(diǎn)26，將接片25與從電極側(cè)面突出的接線片27、28連接起來。在蓄電器1的外殼2、3中，如圖2和3所示，電極5、6一層層地疊放著。另一種分案是如圖6所示，電極5、6螺旋形地在加有隔板4作為中間襯墊的情況下折疊起來。
在這種實(shí)施形式中，最好在外殼的相對端各有一個極端頭7、8，此時，正電極5的電極支架與引出件18直接連接；而負(fù)的極端頭8的引出件18與負(fù)電極6直接連接，或與一個與負(fù)電極6觸點(diǎn)接通的條帶29連接。
由于外殼是分為兩件的結(jié)構(gòu)，所以電極5、6可以在制造過程中首先通過其連接片27、28固定在極端頭7、8和一個外殼部分3上。圖5表示了這樣的一個蓄電池組件，其中，極端頭7、8已經(jīng)在軟塑料14和硬塑料24內(nèi)部緊密地固定住。
這樣的組件既可與附圖所表示的外殼部分2連接，也可以用于一種電子設(shè)備的相應(yīng)的外殼中。于是，此蓄電池以其外殼構(gòu)成了此電子設(shè)置的設(shè)備外殼的一個組成部分。
權(quán)利要求
1.具有加滿電解質(zhì)的氣體與液體密封外殼的蓄電池，外殼中裝有通過隔板彼此分開的電極，電極分別與從外殼的外端可接觸的極端頭電連接，其特征為外殼(2、3)在極端頭(7、8)所在部位用一種軟塑料(14)和一種硬塑料(24)組成，它們互相固定連接，其中，軟塑料(14)構(gòu)成了極端頭(7、8)和/或極端頭(7、8)的引出件(18)的密封裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述這蓄電池，其特征為外殼(2、3)的軟塑料(14)和硬塑料(24)通過噴焊互相全面地連接在一起。
3.按照權(quán)利要求1或2所述之蓄電池，其特征為軟塑料(14)和硬塑料(24)用一種熱塑性塑料—彈性體組成，尤其是一種改良的聚酰胺、一種苯乙烯—乙烯—丁烯—苯乙烯共聚物、和/或聚丙烯。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述這蓄電池，其特征為極端頭(7、8)的極帽(19)通過點(diǎn)焊與引出件(18)連接，并杯狀地扣壓在一部分軟塑料(14)是。
5.按照權(quán)利要求1、2或3所述這蓄電池，其特征為極端頭的引出件(18)構(gòu)成一個基本上為杯形的鉚釘，它的彎邊端(23)從后面扣住硬塑料(24)的一部分，從而使極端頭(7、8)和/或其引出件(18)緊密貼合地固定在軟塑料(14)上。
6.按照權(quán)利要求5所述之蓄電池，其特征為鉚釘?shù)膹澾叾?23)從后面扣壓住一個嵌入鉚釘與外殼之間的導(dǎo)電接片(25)。
7.按照前述諸權(quán)利要求之一所述之蓄電池，其特征為外殼(2、3)包含了一個在兩個外殼部分(2、3)之間的環(huán)形空腔(12)，此空腔內(nèi)填滿塑料作為密封裝置。
8.按照權(quán)利要求7所述之蓄電池，其特征為在空腔(12)內(nèi)的軟塑料(14)與在極端頭(7、8)所在部位的軟塑料(14)互相連接起來。
9.按照前述諸權(quán)利要求之一所述之蓄電池，其特征為外殼(2、3)完全用塑料(14、24)制成，這兩個外殼部分(2、3)通過超聲波焊接，在搭接區(qū)(9、10)互相連接在一起。
10.按照權(quán)利要求1至8之一所述之蓄電池，其特征為外殼(2、3)完全用塑料(14、24)制成這，這兩個外殼部分(2、3)通過在搭接區(qū)(9、10)所制的扣接件(30、31)互相連接起來。
11.按照前述諸權(quán)利要求之一所述之蓄電池，其特征為在硬塑料(24)內(nèi)埋入玻璃纖維。
12.按照前述諸權(quán)利要求之一所述之蓄電池，其特征為外殼(2、3)是棱柱形的，尤其是矩形，電極(5、6)一層層地分別通過隔板(4)分開地疊放著，其中，設(shè)在極端頭(7、8)后面從電極(5、6)側(cè)向突起的連接片(27、28)，最好通過點(diǎn)焊互相之間和與有關(guān)的極端頭(7、8)電連接。
13.按照前述諸權(quán)利要求之一所述之蓄電池，其特征為外殼(2、3)用硬塑料(24)制成的部分中，設(shè)置一個設(shè)計(jì)為減薄段的預(yù)定擊穿點(diǎn)(15)。
14.按照前述諸權(quán)利要求之一所述之蓄電池，其特征為外殼(2、3)有一個注入口(16)，它被設(shè)置為離正的極端頭(7)的距離，小于離負(fù)的極端頭(8)的距離，以及，此注入口(16)用一個剖面為T形的堵頭(17)封閉。
15.按照前述諸權(quán)利要求之一所述之蓄電池，其特征為蓄電池(1)的外殼(2、3)構(gòu)成一種電子設(shè)備的設(shè)備外殼的一部分。
全文摘要
對于一種蓄電池，它有一個氣體和液體密封的加滿電解質(zhì)的外殼，外殼中裝有通過隔板彼此分開的電極，電極分別與從外殼的外端可接觸的極端頭電連接。為了使這個蓄電池在加工技術(shù)方面能有利地制造，其中，蓄電池應(yīng)具有一個耐久和可靠密封的外殼，外殼的造型要不受限制，為此規(guī)定，在極端頭所在部位的外殼由軟塑料和硬塑料組成，它們互相固定連接，此時，軟塑料構(gòu)成了極端頭和/極端頭引出件的密封裝置。
文檔編號H01M2/08GK1128083SQ9419290
公開日1996年7月31日 申請日期1994年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月29日
發(fā)明者曼夫雷德·基爾比 申請人:克利斯道夫·埃莫利希有限公司和兩合公司