專利名稱：具有邊緣密封的電池箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電池，更具體地，本發(fā)明涉及用于含有可溶脹隔膜的電池箱的邊緣密封。
與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)電池的適當(dāng)操作要求電池正負(fù)極之間的電絕緣。如果有輕微的破裂，電池會(huì)放電或者逐漸發(fā)生短路，造成電容量的過(guò)早損失。隔膜是用來(lái)隔離電極。電池裝配件包括隔膜的邊沿，必需與箱體部件適當(dāng)配合，以構(gòu)成密封，其阻隔不同電極室之間的質(zhì)流。典型地，該箱體部件傾向于以下二者之一，采用不銹鋼容器，或越來(lái)越多地，這些部件可以由非金屬材料制成，如耐用塑料。隔膜材料傾向于采用再生纖維素或者半滲透聚烯烴膜，其經(jīng)改性從而可以成為離子性導(dǎo)通。因此，對(duì)于金屬殼體或者塑料殼體的密封聚合物隔膜的需求增加。
參考文獻(xiàn)清單美國(guó)專利第5,057,385號(hào)，Hope等美國(guó)專利第4,209,574號(hào)，Ruetschi美國(guó)專利第4,172,183號(hào)，Ruetschi美國(guó)專利第4,121,021號(hào)，Ogawa等美國(guó)專利第3,884,723號(hào)，Wuttke美國(guó)專利第3,708,343號(hào)，Walsh美國(guó)專利第3,489,616號(hào)，F(xiàn)angradt等現(xiàn)有技術(shù)介紹美國(guó)專利第5,272,020號(hào)在隔膜系統(tǒng)的底部邊緣區(qū)使用熱熔熱塑性密封劑，其在邊緣區(qū)灌入隔膜系統(tǒng)。美國(guó)專利第5,462,819號(hào)披露了一種熱熔材料，其計(jì)量供給電池單元，這樣，熱熔材料流入隔膜的底部邊緣之下，然后將隔膜向下推，冷卻后隔膜就固定在該熱熔材料中。最終結(jié)果是形成阻擋層，該阻擋層形成于電池單元的底部和隔膜的兩側(cè)。美國(guó)專利第6,099,987號(hào)披露一種杯密封(cupseal)，由微孔或無(wú)孔膜制成，用少量的熱密封劑與底部連接，以最大程度減少在密封中所使用的熱密封劑的量。
在美國(guó)專利第4,209,574號(hào)和第4,172,183號(hào)中，Ruetschi設(shè)計(jì)了一種金屬箱，其按壓隔膜，然后隔膜被推入由尼龍、氯丁二烯橡膠、或特氟龍制成的密封圈中。Ogawa等在美國(guó)專利第4,121,021中說(shuō)明了一種金屬箱，其推動(dòng)環(huán)形墊，而環(huán)形墊轉(zhuǎn)而壓于隔膜。Walsh在美國(guó)專利第3,708,343號(hào)中，使電池頂部壓于密封墊，以及在此狀態(tài)該電池用環(huán)氧樹脂密封。Gordy在美國(guó)專利第5,198,314號(hào)中使用聚苯硫醚(polyphenelyne)作為密封材料。
如美國(guó)專利第6,099,987中所指出的，熱熔密封劑減少電池容量并且降低體積密度。在本發(fā)明中，我們完全避免使用熱熔密封劑，而是依賴電池自身密封的機(jī)制。在本發(fā)明中，我們也不采用在隔膜上施加直接壓力來(lái)進(jìn)行密封的方法。相反地，我們是利用纖維素在堿性氫氧化物存在時(shí)的溶脹性能以提供兩電池室之間的緊密密封。
玻璃紙形式的纖維素已經(jīng)廣泛用作隔膜，用于各種堿性電池。原因包括其在堿性環(huán)境中的低電阻抗，以及優(yōu)越的離子傳輸能力。已知纖維素-堿性氫氧化物在水溶液中的相互作用是強(qiáng)烈和不平衡的(asymmetricals)。在堿性氫氧化物存在的情況下，纖維素材料的溶脹在數(shù)秒至數(shù)分內(nèi)發(fā)生。溶脹力取決于堿性氫氧化物的濃度，并在一定的堿液濃度以上，X射線晶格尺寸會(huì)有顯著的改變。這也取決于纖維素原材料。對(duì)于玻璃紙而言，當(dāng)暴露于氫氧化鉀水溶液(重量的50％)中幾秒鐘后，1密耳(mil，千分之一英寸或0.0254毫米)厚的膜可以溶脹到原始厚度的至少2倍。
發(fā)明簡(jiǎn)述披露了一種電池密封，借此纖維素基隔膜或多個(gè)隔膜，置于對(duì)接箱體半件的波浪形匹配邊緣之間，其適當(dāng)?shù)赜脽崴苄詷渲瞥桑⑶移涓稍镄问秸紦?jù)至少80％的可獲得邊緣空隙，在比重1.25至1.45的堿性氫氧化物存在時(shí)，從其干厚至少溶脹20％，由此產(chǎn)生隔絕電池的電極室的緊密密封。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的邊緣密封系統(tǒng)是利用兩件成對(duì)箱體組件的邊緣輪廓來(lái)緊固和密封可溶脹隔膜。一邊形成包括至少2個(gè)凸起的波浪形外側(cè)。對(duì)置的箱體構(gòu)件包含同樣數(shù)量的匹配凹槽。存在間隔裝置以使凸出的波浪形與槽間隔一定距離，其至少等于在干燥狀態(tài)下可溶脹隔膜疊層邊緣厚度。典型地，該隔膜的干厚占據(jù)在波浪形和槽之間的間隙的至少80％但是不超過(guò)98％，優(yōu)選90-95％。當(dāng)隔膜吸收電解液時(shí)其發(fā)生膨脹，并在兩嚙合面之間鎖住。該波浪形優(yōu)選是圓形的以防止切開或刺破該隔膜。
該空間的外邊必須密封以防止電解液從電池箱中泄漏。邊緣密封的優(yōu)選方法是在一半箱蓋外邊上形成凸緣(rim)，該凸緣伸出間隙的外開口，其夾住隔膜的邊沿。相反的箱體部件具有容納該凸緣的槽。該槽的長(zhǎng)度小于該凸緣，一預(yù)定的距離形成限位或者限制，其限定隔膜夾緊空隙的厚度?？梢栽谕咕壓筒鄣慕雍咸幮纬砂枷?，以容納密封劑或者封裝材料如環(huán)氧樹脂。凹陷處密封后，將電解液注入隔膜。
膨脹后的隔膜可以由略小尺寸的槽可靠地固定。圓形的波浪面緊固地夾住隔膜的邊緣而不會(huì)劃破、刺穿、或刺破隔膜。凸緣和凹槽密封夾槽，并同時(shí)間隔邊緣一固定距離。該箱體可以適當(dāng)成本容易地用樹脂材料模塑而成。
通過(guò)結(jié)合附圖并參考下文的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特點(diǎn)及附帶的優(yōu)點(diǎn)會(huì)更為明了。
附圖簡(jiǎn)要描述

圖1所示是根據(jù)本發(fā)明的箱體和電池部件的分解、剖面圖；圖2所示為進(jìn)一步的剖面分解圖，圖示隔膜疊層的外邊進(jìn)入波形面之間的槽中；圖3所示為組裝電池的剖面圖；圖4所示剖面圖說(shuō)明注射密封劑進(jìn)入外圍凹處；圖5所示剖面圖說(shuō)明注入電解液進(jìn)入電池箱；以及圖6是箱體和電池組件的變化具體實(shí)施例的分解、剖面圖。
發(fā)明詳述如圖1-5所示，根據(jù)本發(fā)明的電池10包括第一箱體部件12以及第二箱體部件14，其限定隔室16用來(lái)容納陽(yáng)極18、陰極20以及隔膜24的疊層22。隔膜24大于隔室16，形成外部26，其容納在夾槽28中，該夾槽是在箱體組件12、14的嚙合邊緣34、35的內(nèi)部形成的波浪形嚙合表面30、32之間形成的。夾槽28具有固定的不小于干燥隔膜24的疊層22厚度的間距。通常干燥隔膜占據(jù)夾槽28的至少80％，優(yōu)選90-95％。
夾槽28是由在箱體組件之一上形成的外凸緣36所封閉，其容納于對(duì)置的另外箱體組件12或14的槽38中。槽38的長(zhǎng)度小于凸緣36的長(zhǎng)度一定量，其量為夾槽28的寬度。
凹處40可在外凸緣36的唇緣44和槽38的止推或限位面43的結(jié)合部42形成。如圖4所示，該凹處可以用來(lái)自施用裝置50的端部48的密封劑46，如環(huán)氧樹脂進(jìn)行填充。陽(yáng)極端頭54可以連接于陽(yáng)極屏極電流集流器(anode screen current collector)56。陰極端頭58可以連接于陰極屏極電流集流器(cathode screen currentcollector)60。如圖5所示，可通過(guò)箱體從裝置62注射電解液。然后密封箱體的小孔。
在如圖6所示的電池110的變化實(shí)施例，對(duì)箱體組件112和114僅有一個(gè)構(gòu)造要求。各箱體組件彼此成鏡相，以致于180度旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致凹面的波浪形面130，總是正對(duì)嚙合凹形波浪形面132。
箱體材料可以由任何注射成型熱塑性樹脂材料制成，包括但不限于聚丙烯、ABS、乙基纖維素。這類塑料的邊緣是機(jī)加工或注射成型，以產(chǎn)生如圖所示的形狀。頂部和底部邊緣是波浪形并設(shè)計(jì)成相匹配，其中在一側(cè)的突出部分在加壓下與另一側(cè)相遇。對(duì)于本發(fā)明至少必須有兩個(gè)波浪形。該波浪形應(yīng)當(dāng)平滑以避免刺破隔膜。
電池可以如下文方式組裝。將陽(yáng)極糊均勻淀積(deposited)于箱的一側(cè)。類似處理適用于箱另一側(cè)的陰極糊。如圖所示，兩個(gè)對(duì)置面放到一起，并具有隔膜或多層隔膜置于其間。隔膜或多層隔膜總的干厚應(yīng)當(dāng)有間隙的至少80％，間隙是簡(jiǎn)單地并列對(duì)置面而形成的。電池周邊邊緣采用任何本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的密封塑料技術(shù)進(jìn)行密封。這些技術(shù)包括溶劑粘接、用市售填料粘合劑密封、熱粘接、熱板熔接、或超聲波熔接?？梢灶A(yù)見，當(dāng)嚙合的表面振動(dòng)并使界面升溫時(shí)，用后述的技術(shù)會(huì)剪切壓縮的隔膜。本發(fā)明組裝處理中，通過(guò)在隔膜干燥時(shí)密封箱體，從而避免了這樣的剪切。該隔膜如此具有了空間誤差(spatial leeway)并且不被修剪。一旦暴露于電解液，該隔膜可以溶脹以充滿存在的夾槽空隙。將堿性氫氧化物，優(yōu)選但不限于比重在1.25-1.45范圍內(nèi)的氫氧化鉀，通過(guò)任何已知方法，引入密封的電池中，包括真空注入或電解液注入。
可以明了只對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。本發(fā)明的各種更改，變化，和等同物由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種電池箱，共同包括具有終止于第一外部邊緣的后壁和側(cè)壁的第一中空的箱體組件，具有第一側(cè)面；具有終止于第二外部邊緣的后壁和側(cè)壁的第二中空的箱體組件，具有與所述第一側(cè)面嚙合的第二側(cè)面；所述第一側(cè)面的內(nèi)部，包括至少兩個(gè)凸出的波浪形；所述第二側(cè)面的對(duì)置內(nèi)部，包括至少兩個(gè)匹配的凹槽；以及在所述組件上用于固定地間隔所述對(duì)置部分一預(yù)定量以形成適于容納可溶脹隔膜邊緣的隔膜夾槽的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池箱，其中所述波浪形和相對(duì)的槽是圓形的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池箱，其中所述槽有外開口，并且進(jìn)一步包括密封所述開口的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池箱，其中所述間隔裝置包括凸緣，在所述組件之一的外部上，具有延伸超過(guò)所述開口的長(zhǎng)度；以及匹配的槽，在另一個(gè)所述組件的對(duì)置的外部，具有短于所述凸緣的長(zhǎng)度，通過(guò)所述預(yù)定量形成所述間隔裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池箱，進(jìn)一步包括用于密封所述凸緣和所述槽的外接合部的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池箱，其中所述密封方式包括溶劑粘接、粘合劑粘接、熱板熔接、以及超聲波熔接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池箱，其中所述其他箱體組件包括凹處，用于在所述凸緣和槽的外接合處容納密封劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池箱，其中選定所述間隔以便當(dāng)干燥時(shí)所述隔膜占據(jù)空間的至少80％，但是不超過(guò)98％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池箱，其中所述間隔是干燥隔膜厚度的90-95％。
10.一種組裝電池的方法，包括以下步驟在第一剛性電池箱組件腔中放置一陽(yáng)極；在第二剛性電池箱組件腔中放置一陰極；放置可溶脹隔膜疊層，具有大于所述陽(yáng)極和陰極之間的所述腔體的長(zhǎng)度和寬度；閉合所述箱體以致于在所述箱體組件邊緣的嚙合邊上的波浪形和對(duì)置槽構(gòu)成間隔，其至少與干燥隔膜的疊層的厚度一樣大，并夾緊所述隔膜的外部；密封箱體；以及向所述隔膜添加電解液以致于所述隔膜的外部在所述空間內(nèi)溶脹。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述隔膜由纖維素構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述陽(yáng)極包括鋅，所述陰極包括銀，以及所述電解液是堿性水溶液。
13.一種電池，共同包括如在權(quán)利要求1所限定的密封電池箱，包括鋅陽(yáng)極、銀陰極、和含水堿性電解液、以及2-10層纖維素隔膜的疊層。
全文摘要
一種用于電池的電池箱(110)，包含有可溶脹的纖維素隔膜，包括具有相反波浪形嚙合表面(130，132)的箱體組件(112，114)，以及邊緣和槽，尺寸適合隔開表面一預(yù)定的距離以形成固定用夾槽，如此，干燥隔膜疊層的外部占據(jù)所述夾槽的至少80％但不多于98％。在箱中注射電解液后，該隔膜溶脹并為波浪形和嚙合表面所固定。
文檔編號(hào)H01M4/54GK1520619SQ02806628
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2002年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者邁克爾·謝凱, 格倫·羅布萊斯, 羅布萊斯, 邁克爾 謝凱 申請(qǐng)人:鋅矩陣動(dòng)力公司