专利名称：碱性电池和用于该碱性电池的封闭组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电化学单电池(cell)，尤其是水碱性电化学单电池或者电池 (battery)，并且涉及用于该电池的具有改进的抗滥用泄漏的封闭组件。
背景技术：
电池，尤其是AA和AAA种类的电池，由于各式各样的便携式电子设备的出现，在过去的十年中已经变得越来越普遍。在各种电池化学性能中，单次使用的(不可充电的)和二次(可充电的)原电池可与不同的便携式电子设备一起使用。对于原电池，碱性电池最为广泛地应用并且主导了市场地位。由于附加的可充电性好处，可充电的碱性电池已经用作单次使用的碱性电池的替代品。
碱性电池(单次使用的和可充电的)具有高浓度和强度的水碱性电解质，其是高腐蚀性的·并且在泄漏事件中会导致人身伤害和财产损失。所以，碱性电池的密封性或者密封完整性是最为重要的。至今，大多数制造商已经获得了卓越的密封性，导致碱性电池化学性能的市场主导地位。然而，在滥用的情况下，诸如可充电单电池中的过度充电，碱性电池中的电解质泄漏是公认的防止完全爆炸的失效方式。由于旧单电池和新单电池的混合、电池化学性能的混合、不正确的电池安装以及其他这样的情况，滥用情况可能由用户无意识地应用。
美国专利3，617，386描述了一种具有单一塑料部件的密封电池单元，该单一塑料部件密封该电池单元，隔离电池单元端子，提供了氢气渗透隔膜、开路调节器以及压力易碎安全装置。使用这样的原理没有生产出商用碱性电池，很可能由于这个设计的整体上拙劣的密封性。
美国专利5，478，669描述了一种改进的用于水碱性电解质柱状单电池的封闭组件，其提供了无汞碱性原单电池或可充电单电池的更好的防泄漏性能。然而，在滥用的情况下这个设计不能防止泄漏。
很多用于电流中断装置的方法已经被描述用于卷绕电池，用于在电池单元的正极端子处断开电流的卷绕电极组件(在干单元电池中很常见，诸如NiCd电池，以及非水电解质的锂电池)。在单电池正极端子的中断电流和负极端子的中断电流之间存在许多机械差异。美国专利7，527，890教导了一种密封的碱性蓄电池，其包括镍电极作为正电极，能够在特定的压力和温度范围内充电。美国专利6，878，481以及7，288, 920以镍金属氢(NiMH)可充电电池和充电器为实例描述了一种快速单电池充电系统，其中所述单电池通过电流中断装置而在预定的内部单电池压力下停止充电。美国专利申请公开2007/0275298教导了一种用于锂二硫化铁(L1-FeS2)原电池单元的电流中断装置。所有这些方法都或多或少地需要手工操作并且不能很好地适应于高速自动化生产。
虽然多种溶液可用于电池(尤其是NiMH、NiCd以及锂电池)的正极端子内的电流中断装置，但将电流中断装置结合于碱性电池的负极端子是必要的，以最小化在用户滥用/ 误用情况下的泄漏。期望的是这样的电池经受得住在自动化高速生产线上生产。发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种包括水碱性电解质的密封的电化学单电池， 该单电池包括柱状罐体；正极端子；包括负极端子封闭组件的负极端子，该负极端子封闭组件包括负极端子端盖、位于单电池内部且与负极端子端盖隔开的负极盖盘、电连接至负极端子端盖的负极盖环，负极盖环的至少一部分与负极盖盘不牢固地电接触；单电池内的集流体钉(current collector nail),其电连接至负极盖盘,该集流体钉实现了单电池的正极端子和负极端子之间的电路；并且其中，负极盖盘响应于内部单电池压力的增加可移动远离负极盖环，从而使负极盖盘与负极端子端盖断电并且中断单电池内的电路。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于包含水碱性电解质的密封电化学单电池的负极端子封闭组件，该单电池包括柱状罐体、正极端子以及负极端子，该负极端子封闭组件包括负极端子端盖，位于单电池内部且与负极端子端盖邻近但隔开的负极盖盘，负极盖盘与负极盖环或者其部分不牢固地电接触，该负极盖环电连接至负极端子端盖，负极盖盘电连接至单电池内的集流体钉，集流体钉实现了单电池的正极端子和负极端子之间的电路，负极盖盘响应于内部单电池压力的增加可移动远离负极盖环，从而使负极盖盘与负极端子端盖断电并且中断单电池内的电路。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造密封电化学单电池的方法，该密封电化学单电池包括柱状罐体，该柱状罐体包含空心柱状阴极、位于阴极的空心部分内的阳极凝胶以及位于阳极和阴极之间的渗透性分隔件，该罐体含有水碱性电解质并且具有绕着其周边形成的位于阴极上的径向卷边(bead),该方法包括提供包括第一下切(under cut)和第二下切的可变形的顶部密封件；利用第二下切将盖环保持在密封件上；穿过密封件的中央部分插入集流体钉并将集流体钉固定至负极盖盘，该负极盖盘与盖环的上表面接触；将覆盖负极盖盘的负极端子端盖放置在盖环的外边缘部分之上并与盖盘隔开，并且利用第一下切将端盖保持在密封件上；将密封件插入到罐体中与卷边邻接，集流体钉穿过阳极凝胶延伸进阴极的空心中央；以及将罐体的上端部卷边在负极端子端盖的弯曲轮缘上方卷边，从而密封件被压缩在盖环和卷边之间。
已经总结了本发明，现在将参照附图描述其优选实施例，附图中
图1示出了根据本发明制作的LR6单电池的剖面图2示出了根据本发明的LR6封闭组件的上部的放大视图3示出了根据本发明的处于断电状态的LR6单电池的上部的放大视图4a_4c描绘了根据本发明的不同盖盘类型，其中图4a示出了扁平盖盘，图4b示出了具有同心波形肋条的盖盘，以及图4c示出了具有同心肋条以及在内径上卷曲的唇缘的盖盘；
图5示出了根据本发明的LR03封闭组件的放大的上部；以及
图6示出了用于参考的现有技术的LR6封闭组件。
具体实施方式
在附图中，将使用相似的参考标号来描述所有实施例中常见的相似特征。因此，在特定附图中示出的特征可以参照另一附图来描述。
图1示出了 LR6尺寸(AA类型)的碱性二氧化锰-锌单电池10。该单电池包括以下主要部件定义了柱状内部空间的钢制罐体12、应用于罐体12内表面的碳涂层13、由压制在罐体中的多个空心柱状片件(pellet) 16形成的二氧化锰阴极14、由阳极凝胶制成并且布置在阴极14的空心内部的锌阳极18、以及将阳极18与阴极14分隔开的柱状分隔件 20。阳极与阴极之间的离子导电性由以预定量添加到单电池中的水性氢氧化钾(KOH)电解质溶液提供。
罐体12在底部是封闭的并且具有中央圆点22作为正极端子。罐体12的上端包括负极端子并且被负极端子单电池封闭组件60牢牢地密封，该封闭组件包括由薄金属片形成的负极端子端盖24、负极盖环23、刺入阳极凝胶中以提供与阳极18的电接触并在正极端子与负极端子之间实现电路的集流体钉26、电连接至集流体钉26以及负极盖环23的负极盖盘25、以及由可变形的防水电绝缘材料(例如热塑性塑料，其将负极端子端盖24与罐体12电绝缘)制成的顶部密封件28。
负极盖盘25和负极盖环23没有必要是圆形的，只要在盖盘25的至少一部分与盖环23之间进行电接触以实现集流体钉26与负极端子端盖24之间的连接即可。
卷边或凹口 30设置在罐体12的上部，当从外部观察时，该卷边看起来像凹入的环。当顶部密封件28插入到罐体12中时，卷边30的径向向内突出部分用作该顶部密封件的邻接部件。大体上柱状的衬垫区域31限定在卷边或凹口 30与卷曲部32之间并终止于卷曲部。顶部密封件28具有空心柱状上端区域33，当设置罐体的卷曲部32时，该上端区域如附图所示回弯。
图2更详细地示出了根据本发明的LR6封闭组件的上部的放大视图。顶部密封件 28具有基本上制作成空心柱状体的中央部分34。第一阶梯部35设置在中央部分34的轴向孔41中且接近于集流器钉26的顶部37的上端，并且第二阶梯部36接近于顶部37的下端设置。 在顶部密封件28的上端区域33的内侧壁中设置有第一和第二下切(61和61a)， 它们在装配过程中作为负极端子端盖24和负极盖环23的保持特征。钉26具有位于顶部密封件28的中央部分34的下面43上的头部27。当装配时，钉26的顶部37被按压并变形以形成穿过负极盖盘25与中央孔44的内径过盈配合的铆钉，其提供了钉26与负极盖盘 25之间的稳定电接触。负极盖盘25也被向下按压抵靠负极盖环23的顶部表面23a，并且略微压缩介于盘25与头部27之间的中央部分34以形成预加载压力接触，这在盘25与环 23之间提供了弹簧加载的稳定电连接。具有电绝缘性质的可选的密封剂29，例如热熔胶、 聚酰胺，浙青等，可应用于顶部37的铆接上端以及盖盘25的顶部表面，以防止钉26与负极端子端盖24之间的无意电接触。负极端子端盖24位于盖环23的外边缘部分23b的顶部上并且由第一下切61保持在适当位置。在封闭组件60被安装并且卷曲到合适位置之后， 通过压力配合使负极端子端盖24和盖环23电接触并且彼此附接，如图1所示。在另一实施例(未示出)中，盖环23与负极端子端盖24 —体地形成。
中间部段38从中央部分34向外延伸，以将顶部密封件28的中央部分34与其外部相互连接。中间部段38具有如参考标号50示出的基本上均匀的厚度，除了壁厚度更薄的爆裂口部段39之外。爆裂口部段39的厚度足够抵抗高达大约5MPa的压力极限，但是如果压力超出该压力极限，它会爆裂。
下轮缘40的内表面为分隔件20的延伸超出阳极18上端的上端部42提供支撑和引导。
负极端子端盖24由金属薄片形成为一体构件，并且包括以下主要部分形成基面的中央盘部分51、与单电池轴线同轴的短柱状部分46、以及具有内弯轮缘48的凸缘部分 47。轮缘48具有装配于顶部密封件28的柱状端部区域33的内部的柱状部分52、平行于凸缘47的短环形部分53、以及装配于顶部密封件28的下轮缘40的锥形外表面的向上倾斜外扩部分54。凸缘47与内弯轮缘48 —起限定了几乎封闭的通道62，从而端盖24的这个区域能够在轴向和径向方向上作为弹回弹簧。
参照图1，弹簧力的径向分量将顶部密封件28的端部区域33按压至罐体的衬垫区域31的内部，罐体由适当的密封剂材料覆盖，并且这个压力保持基本上完全密封的效果。 大约在衬垫区域31高度的中点处在罐体上形成有浅的第二圆形凹口或卷边30a。第二卷边30a围绕罐体向内径向突出并且在第一卷边30以及卷曲部32的轮缘形成之后形成。在第二卷边30a形成之前，建立介于罐体12的内壁与顶部密封件28的内壁之间的压力的主要部分。第二卷边的形成在柱状衬垫区域31的壁上提供了压力分布，从两个方向朝着区域 31的中间增加。因为此时该壁已经处于高压之下，这种附加的分布压力导致材料流动并完全填充可能存在于罐体12的内壁中的任何小型下切或凹口。否则，这样的小型下切可能变成电解质的通道并因此成为将来的泄漏源。顶部密封件28的端部区域33的壁的任何长期疲劳都不会明显地减弱密封效果，因为负极端子端盖24的偏压力保持所需的压力。弹簧力的轴向分量保持顶部密封件28和卷边30上的压力。可以看出顶部密封件28的薄端部区域33仅仅受到基本上均匀分布的压力；并且剪切力和瞬间的压力峰值都不会作用于塑料密封材料上。
图3示出了根据本发明的处于断电状态的LR6单电池的上部的放大视图。当单电池内部的压力增加(例如，由于单电池因为过度充电的情况被滥用)时，这个压力作用于顶部密封件28的下侧上。钉头部27以及中央部分34传递这个压力，向上推动组件的中间部分。在 预定的压力下，盖盘25将与盖环23断开，从而通过断开电路而将单电池从滥用情况中断开。该滥用情况由于断电而终止并且没有出现进一步的压力累积。盘/环的预定断开压力被设置为爆裂安全口 39的压力极限的大约一半，这基本上防止了通过安全口 39发生的任何泄漏。这个断开压力的调节可通过改变顶部密封件28的中间部段38的材料厚度来实现。因此，预定断开压力可以为大约2. 5MPa，大约3MPa，大约3. 5MPa，大约4MPa，从大约 2MPa到大约4MPa或者从大约3MPa到大约4MPa。
图4a到图4c描述了根据本发明的不同盖盘类型。在图4a中，示出了扁平盖盘。 图4b示出了具有同心波形肋条的盖盘，其提供了更坚固的盖盘并且有利地可用于调节断开压力。在图4c中，示出了具有同心肋条以及位于中心孔44的内径上的卷曲唇缘25a的盖盘，其提供了与钉26更多的干涉(interference，过盈)并且允许更好地控制高速生产设备中的零件供给。优选的盖盘形状取决于单电池尺寸以及所需的断开压力。
在图5中，示出了根据本发明的LR03 (AAA类型)的封闭组件。用于较小直径的 LR03尺寸单电池的方法基本上与如上所述的相同。然而，在这个实施例中，在负极盖24的下侧应用有绝缘材料29。图5中示出的参考标号描述了与参照图2所示出以及描述的相同的特征。
图6示出了现有技术的LR6封闭组件，在负极盖与集流体钉之间具有传统的焊接连接。在该现有技术的配置中，负极端子端盖24直接连接至集流体钉26，并且因此在滥用情况中不会终止增加内部单电池压力的电连接。
单电池封闭组件60的安装可按如下方式执行。在制成卷边30之前，将单电池的主要元件(即阴极、分隔件以及阳极)插入到罐体中。当单电池元件基本上处于它们的最终位置时，通过使用适当的工具设置卷边30。下一步是顶部密封件28与负极盖环23的组装。 穿过中央部分34的底部以及负极盖盘25插入集流体钉26，负极盖盘被铆接至钉26，以便形成过盈配合。钉头部27上方的部分被适当的密封剂(例如，聚酰胺或者浙青)覆盖，并且顶部密封件28的凹入部分36允许多余的密封剂聚积。具有电绝缘性质的可选的密封剂29 (例如热熔胶、聚酰胺、浙青等)可用于将顶部37与负极端子端盖24隔开，负极端子端盖设置在负极盖环23的顶部上并且通过顶部密封件28的下切61保持在适当位置。位于衬垫区域31的罐体内部被密封剂覆盖，然后将顶部密封件28与钉26 —起插入到单电池中至图中所示的位置，直到顶部密封件28邻接卷边30的内表面。下一步是罐体12的上端部32 在负极盖24的弯曲轮缘48上方的卷边，从而顶部密封件28的端部区域33的壁在两种金属之间被按压。然后可形成卷边30a以在密封件28中建立压力分布。
上述单电池封闭设计理想地提供了一个或多个以下主要优点。通过均匀作用在顶部密封件的薄端壁上的偏压力提供正常使用下的高度防泄漏，并且如果塑料材料松弛(例如，在升高的温度下)并且失去弹性，保持该压力。通过具有断电特征提供异常使用以及误用情况下的良好防泄漏，该断电特征中断单电池的正极端子和负极端子之间的电接触，从而终止单电池内的电化学反应并且避免进一步的压力累积(buiId up)。这保持内部单电池压力低于爆裂安全口压力极限。有利地，当内部单电池压力减少了中断压力的预定比例(例如大约10到15%)时，单电池自动重新连接，例如通过设置 在阴极混合物中的氢复合催化剂的行为。
例I
为了确保根据本发明的包括单电池封闭结构的单电池的操作特性，LR6尺寸的测试单电池被制成有创新的封闭组件。通过位于罐体12的侧壁中的微小钻孔开口，罐体12设置有与高压气体源(即，高压氮气罐)的密封连接，并且内部气体压力增加直到爆裂安全口打开，并且记录压力值。测量安全口 39的爆裂压力在5MPa到9MPa的范围内，并且经历了安全的泄爆效果。除了使用不具有安全口 39的顶部密封件28(S卩，其被制成为均匀的厚度并且没有薄的部段)外，类似地测量这个单电池结构的去卷曲(decrimp)强度。当加压时， 测试电池能够承受13MPa的压力并且在压力高于13MPa时单电池将去卷曲。术语去卷曲是指罐体12的卷曲部32不再足够坚固以将封闭组件包含在封闭的单电池内并且整个封闭组件60与单电池分隔开。具有仍远低于去卷曲压力的高爆裂出口压力提供了非常安全的单电池封闭结构。
例2
为了建立封闭组件60的断电压力，建立特殊的测试装置，其中安装有封闭件，从而可通过集流体钉26、负极盖盘25、负极盖环23以及负极盖24的电流传导路径应用电流。 来自直流电源的I安培的电流被应用到这个电路中，并且利用与该电路串联连接的安培表监控该电流。该装置被密封，并且来自压缩空气罐的压力被应用至顶部密封件28的下侧并通过压力表监控。随着压力的逐渐增大，顶部密封件28的中央部分34被向上推动并且被集流体钉26的钉头部27协助。当封闭组件达到其切换压力时，安培表电流读数降至零，确保该封闭组件断开了电流路径并且阻止了进一步的电流。根据所使用的顶部密封件28、负极盖环23以及负极盖盘25的类型，所测量的切换压力在2MPa到4MPa的范围内。
在切换到零电流之后，装置中的压力逐渐释放，并且监控压力表和安培表的读数。 当压力下降了大约300kPa到400kPa时，重新建立负极盖环23与负极盖盘25之间的电接触，允许I安培的电流再次流经电路。这些关/开切换循环在相同的封闭组件中被重复高达10次，以保证机械装置可重复地运作。当本发明的封闭组件在可充电的碱性单电池中使用时，这些测试的实际效果是，在单电池被滥用之后，一旦内部压力消散并且恢复电接触， 单电池仍然可用。
优选地，封闭组件的切换压力在3MPa到3. 5MPa的范围内，这在单电池的正常操作过程中提供了良好的电接触，但仍然远低于爆裂安全口压力，以避免过早的泄爆以及破坏性单电池泄漏。
例3
用制作有根据本发明的封闭组件的LR6尺寸单电池来进行对比滥用测试，使用模拟不正确的单电池安装的测试。需要8个单电池串联操作的12V/20W卤素灯用于这个测试。 七(7)个单电池遵照正确的极性安装，而一(I)个单电池以相反的极性安装。安培电流表与这些单电池串联连接，以测量流经电路的电流，并且显示出存在1. 5安培的初始电流。由于一个单电池被错误地安装(没有遵循正确的极性)，这个单电池经受1. 5A的电流作为强制过充电流。进而，由于通过水碱性电解质的电解产生的氧气或氢气(取决于错误安装的单电池的状态和化学组成)，这导致单电池形成内部气体压力。根据本发明制作的单电池显示出电流流经单电池，直到内部压力达到封闭组件60的切换点并且负极盖盘25与盖环24分离开，导致开路状态并且强制过充 状态终止。结果，没有进一步的压力产生并且该单电池保持无泄漏。
用来自金霸王(Duracell )和劲量(Energizer )的商用单次使用碱性LR6单电池来进行对比滥用测试，使用相同的12V/20W卤素灯测试。由于滥用过度充电情况产生的气体，在这些单电池的爆裂安全口打开之后，两种主要品牌的单次使用碱性LR6电池都显示出严重的泄漏。
例4
用LR6以及L03尺寸的可充电碱性电池来进行进一步的对比滥用测试，使用用于镍镉电池(NiCd)或者镍金属氢化物(NiMH)电池的标准充电器。由于不正确的充电电压， 这种类型的充电器不被批准用于为可充电碱性单电池充电。用标准的NiCd或者NiMH充电器为可充电碱性单电池充电从而导致了过度充电的情况，这促使可充电碱性单电池形成内部气体压力。在实验室准备了两组可充电碱性单电池一组具有传统的封闭件(仅具有爆裂安全口)，而另一组具有根据本发明的压力响应断电封闭件。将每一组的完全充电的可充电碱性LR03以及LR6尺寸电池插入到标准的NiCd充电器(Kolvin工业有限公司，型号 KB18DF5，UL File#E303954)中，并且通过将充电器插入到主电源中而开始充电。在充电器中大约30分钟之后，具有传统的现有封闭件的那组泄爆并且由于过大的压力而泄漏，然而具有本发明封闭件的那组没有泄爆或泄漏。该测试持续了 24小时，并且根据本发明制作的单电池仍然没有泄漏。
例5
用LR6 (AA)尺寸的单次使用(原)碱性单电池来检验正常使用情况下的功能性。 在实验室准备了两组原碱性单电池一组具有传统的封闭件(仅具有爆裂安全口)，而另一组具有根据本发明的压力响应断电封闭件。如用于原电池的国际标准IEC60086所指定的， 在三个应用测试(广播、音频和玩具测试)中测量服务时间。在这些应用测试中，应用固定的电阻负载(广播=43欧姆，音频=10欧姆，玩具=3. 9欧姆)，并且对这些单电池放电，直到它们达到指定的终点电压(广播=0. 9伏,音频=0. 9伏,玩具=0. 8伏)。记录到达终点的服务时间。来自于三个应用测试的结果显示出，两个测试组在测试设备的正常变化内执行，并且服务时间测量在彼此的3%之内。
例6
用LR6 (AA)尺寸的可充电碱性单电池来检验可充电单电池中的正常使用情况下的功能性。在实验室准备了两组可充电的碱性单电池一组具有传统的封闭件(仅有爆裂安全口)，而另一组具有根据本发明的压力响应断电封闭件。在前述的音频测试(10欧姆至 O. 9V终点) 上测量总计50次放电-充电循环的服务时间。一次循环包括至放电至O. 9V终点，接着是1. 75V恒定电压充电持续12小时。在每一个这些50次放电-充电循环中的服务时间的总数被制成表格并报告。这些放电-充电循环测试的结果显示出，两个测试组在测试设备的正常变化内执行，并且服务时间测量在彼此的4%之内。
权利要求
1.一种密封电化学单电池，包括水碱性电解质，所述单电池包括 a.柱状罐体； b.正极端子； c.包括负极端子封闭组件的负极端子，所述负极端子封闭组件包括 1.负极端子端盖， .负极盖盘，位于所述单电池内部且与所述负极端子端盖隔开，ii1.负极盖环，其电连接至所述负极端子端盖，所述负极盖环的至少一部分与所述负极盖盘不牢固地电接触； d.位于所述单电池内的集流体钉，其电连接至所述负极盖盘，所述集流体钉实现所述单电池的正极端子和负极端子之间的电路；并且 e.其中，响应于内部单电池压力的增加，所述负极盖盘能够移动远离所述负极盖环，从而使所述负极盖盘与所述负极端子端盖断电并且中断所述单电池内的所述电路。
2.根据权利要求1所述的单电池，其中，所述负极端子端盖被按压抵靠在所述负极盖环上。
3.根据权利要求1或2所述的单电池，包括接近于所述负极端子的衬垫区域，所述衬垫区域形成在所述罐体的第一径向卷边与卷曲部之间，所述衬垫区域在其大约中点处具有第二径向卷边。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的单电池，其中，所述集流体钉的顶部被铆接至所述负极盖盘。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的单电池，其中，所述负极盖盘与所述负极盖环预加载压力接触。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的单电池，其中，所述单电池进一步包括顶部密封件。
7.根据权利要求6所述的单电池，其中，内部单电池压力的增加使所述顶部密封件变形，以使所述负极盖盘移动远离所述负极盖环。
8.根据权利要求6或7所述的单电池，其中，所述单电池在预定压力下断电。
9.根据权利要求8所述的单电池，其中，所述顶部密封件包括在所述顶部密封件的薄部段形成的爆裂口。
10.根据权利要求9所述的单电池，其中，所述预定压力大约是使所述爆裂口裂开所需压力的一半。
11.根据权利要求8所述的单电池，其中，所述预定压力从大约3MPa到大约4MPa。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的单电池，其中，一旦压力减少所述预定压力的10%至15%，所述负极盖盘与所述负极盖环重新连接。
13.根据权利要求6至12中任一项所述的单电池，其中，所述集流体钉包括钉头部，所述钉头部推动抵靠所述顶部密封件的下面。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的单电池，其中，在所述顶部密封件的中心开孔与所述集流体钉之间设置有密封剂。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的单电池，其中，所述负极盖盘具有同心波形肋条。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的单电池，其中，所述负极盖盘具有位于中心孔的内径上的卷曲唇缘。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的单电池，其中，在所述集流体钉的顶部与所述负极端子端盖的下侧之间设置有电绝缘材料。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的单电池，其中，所述单电池是碱性二氧化锰-锌单电池。
19.根据权利要求18所述的单电池，其中，所述单电池是原电池。
20.根据权利要求18所述的单电池，其中，所述单电池是可充电单电池。
21.一种用于包含水碱性电解质的密封电化学单电池的负极端子封闭组件，所述单电池包括柱状罐体、正极端子以及负极端子，所述负极端子封闭组件包括 a.负极端子端盖； b.负极盖盘，位于所述单电池内部且与所述负极端子端盖邻近但隔开； c.负极盖环，与所述负极盖盘或者所述负极盖盘的一部分不牢固地电接触，所述负极盖环电连接至所述负极端子端盖，所述负极盖盘电连接至所述单电池内的集流体钉，所述集流体钉实现所述单电池的正极端子与负极端子之间的电路； d.响应于内部单电池压力的增加，所述负极盖盘能够移动远离所述负极盖环，从而使所述负极盖盘与所述负极端子端盖断电并且中断所述单电池内的所述电路。
22.根据权利要求21所述的封闭组件，其中，所述负极端子端盖被按压抵靠在所述负极盖环上。
23.根据权利要求21所述的封闭组件，其中，所述负极端子端盖与所述负极盖环一体地形成。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的封闭组件，其中，所述集流体钉的顶部被铆接至所述负极盖盘。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的封闭组件，其中，所述负极盖盘与所述负极盖环预加载压力接触。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的封闭组件，其中，所述单电池进一步包括顶部密封件。
27.根据权利要求26所述的封闭组件，其中，内部单电池压力的增加使所述顶部密封件变形，以使所述负极盖盘移动远离所述负极盖环。
28.根据权利要求26或27所述的封闭组件，其中，所述单电池在预定压力下断电。
29.根据权利要求28所述的封闭组件，其中，所述顶部密封件包括在所述顶部密封件的薄部段形成的爆裂口。
30.根据权利要求29所述的封闭组件，其中，所述预定压力大约是使所述爆裂口裂开所需压力的一半。
31.根据权利要求28所述的封闭组件，其中，所述预定压力从大约3MPa到大约4MPa。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的封闭组件，其中，一旦压力减少所述预定压力的10%至15%，所述负极盖盘与所述负极盖环重新连接。
33.根据权利要求26至32中任一项所述的封闭组件，其中，所述集流体钉包括钉头部，所述钉头部推动抵靠所述顶部密封件的下面。
34.根据权利要求26至33中任一项所述的封闭组件，其中，在所述顶部密封件的中心开孔与所述集流体钉之间设置有密封剂。
35.根据权利要求21至34中任一项所述的封闭组件，其中，所述负极盖盘具有同心波形肋条。
36.根据权利要求21至35中任一项所述的封闭组件，其中，所述负极盖盘具有位于中心孔的内径上的卷曲唇缘。
37.根据权利要求21至36中任一项所述的封闭组件，其中，在所述集流体钉的顶部与所述负极端子端盖的下侧之间设置有电绝缘材料。
38.一种制造密封电化学单电池的方法，该单电池包括柱状罐体，所述柱状罐体包含空心柱状阴极、位于所述阴极的空心部分内的阳极凝胶以及位于所述阳极与阴极之间的渗透性分隔件，所述罐体含有水碱性电解质并且具有围绕其周边形成的位于所述阴极上方的第一径向卷边，所述方法包括 a.提供包括第一下切以及第二下切的可变形的顶部密封件； b.利用所述第二下切将盖环保持在所述密封件上； c.穿过所述密封件的中央部分中的孔插入集流体钉并将所述钉固定至负极盖盘，所述负极盖盘与所述盖环的上表面接触； d.将覆盖所述负极盖盘的负极端子端盖放置在所述盖环的外边缘部分之上并与所述盖盘隔开，并且利用所述第一下切将所述端盖保持在所述密封件上； e.将所述密封件插入到所述罐体中与所述卷边邻接，所述钉穿过所述阳极凝胶延伸入所述阴极的空心中央；以及 f.将所述罐体的上端部在所述负极端子端盖的弯曲轮缘上方卷曲，从而所述密封件被压缩在所述盖环和所述卷边之间。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述方法进一步包括将所述钉铆接至所述负极盖盘。
40.根据权利要求38或39所述的方法，其中，所述方法进一步包括在所述集流体钉的顶部与所述负极端子端盖的下侧之间设置电绝缘材料。
41.根据权利要求38至40中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括在所述钉与所述孔之间设置密封材料。
42.根据权利要求38至42中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括邻近所述负极端子端盖在所述罐体的所述第一径向卷边与卷曲的上端部之间形成衬垫区域，所述衬垫区域在其大约中点处具有第二径向卷边。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述方法进一步包括在插入所述密封件之前，在所述顶部密封件与所述罐体之间的所述衬垫区域中设置密封剂。
全文摘要
本发明涉及电化学单电池以及用于常规柱状类型的水碱性电解质单电池的封闭组件。该封闭组件用于负极端子并且包括与内部盖环不稳定地电接触的内部盖盘。当单电池中的压力增加时，例如由于滥用或者过度充电由电解质的电解产生气体，盖盘移动远离盖环，打断电接触并且中断单电池中的电化学电路。这防止进一步的气体产生与压力累积，从而防止内部爆裂安全口失效以及腐蚀性电解质的泄漏。及时地，压力消散，则盖盘再次与盖环接触，允许再次使用单电池。
文档编号H01M2/02GK103003996SQ201180032874
公开日2013年3月27日 申请日期2011年5月18日 优先权日2010年5月21日
发明者约瑟夫·丹尼尔-伊瓦德 申请人:纯净能源视野公司