专利名称：一种碱性电池的密封结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种碱性电池，它使用强烈的碱性液体作为电解液，该电池壳体的小孔被主要由树脂构成的密封单元密封。
背景技术：
圆柱形的碱性电池、例如一种碱性干电池的一般结构如图5所示，该图显示了其纵向剖视图。具体地说，在圆柱形的电池壳体(正极)1上有一头部，该头部有一从它上端表面突出的正极接线端8，而在其外周表面上粘结着装饰性标签，还有被模制成圆柱形的正极混合物3的插入颗粒，它由作为导电材料的二氧化锰和石墨构成。在正极混合物3的内侧灌注凝胶状的锌负极7，它被隔板4分隔开，而该负极是通过在碱性电解液里均匀分布凝胶剂和锌合金粉末形成的，而电解液里溶解有氢氧化钾。
电池壳体1的开口1a通过以下方式被密封。在电池壳体1底部的开口1a里，一用黄铜制造的负极集电件10被压入插入孔9a里，一树脂密封件(垫圈)9安装在其中，而树脂密封件上安装一用金属制造的绝缘垫圈11。然后用电接触的方式在负极集电件10上覆盖一负极接线板12，负极接线板12与集电件10的头部10a接触，而形成在树脂密封件9上的弯折部分9b通过向内卷曲电池壳体1的底部开口的边缘而被牢牢地压在负极接线板12上。
如图6所示，在用树脂形成密封件9的过程中，由下金属模13、上金属模14和芯棒金属模17组成的模具组件形成型腔18，而型腔18构成密封件9的模制空间，熔融的树脂通过树脂喷嘴19的横截面为圆环形的树脂通道19a、再通过由上金属模14、树脂喷嘴19和芯棒金属模形成的圆环形的树脂注射孔18a进入型腔18。当已经注射的树脂硬化后，将由下金属模13、上金属模14和芯棒金属模17构成的模具组件拆开，从而获得上述的密封件9。
图7显示了用上述的模制步骤形成的密封件9组装的密封单元21。密封单元21是这样组装的，将负极集电件10从对应于模制时树脂注射孔18a的树脂注射口9c的相反一侧的开口端压入和插入密封件9里的注射孔9a。然后，通过与内座9d和外座9e接触来安装绝缘垫圈11，接着，将负极接线板12安装在绝缘垫圈11上，使其中心部分与负极集电件10的头部10a接触。然后，将密封单元21安装在电池壳体1的开口1a里，当向内弯曲电池壳体1的底部开口1a时，树脂密封件9的弯折部分9b如箭头所示被用力推在负极接线板12上。
由于它们使用较强的碱性液体，因此即使在低温下作为电解液，该液体也是一种高度浓缩和大的离子传导率的碱性水溶液，这种碱性电池能够经受猛烈的负荷，具有大的容量和良好的低温特性，因此可用于需要动力、诸如特定的电动机驱动动力的设备上。另一方面，用作电解液的较强的碱性液体，由于它的高渗入性，可能遇到由于潜流引起的泄漏问题。因此，通过将负极集电件压入插入孔9a里，使它的外径大于树脂密封件9的插入孔9a的孔径，并弯曲电池壳体1的开口边缘，从而形成对电池壳体1的开口1a的密封。
然而，在图7所示的现有技术的密封单元21的情况下，当负极集电件10通过从模制时的树脂注射口9c的相反一侧的端部小孔用力插入密封件9的插入孔9a里时，同时刺穿和破裂封闭另一端小孔的树脂注射口9c的溢料9f，并通过外推而使其扩大，在树脂注射口中产生小裂缝。由于产生这些裂缝的的树脂注射口9c被布置成与电解液接触，电解液渗入这些裂缝。
此外，在高温储存、热循环重复、或正常温度下长期储存情况下，碱性电池在高浓缩碱性水溶液(电解液)气氛中遭受过大应力的位置处将经受环境应力开裂。具体地说，由于模制时在树脂注射时出现的剩余应力使树脂退化变坏，因此树脂注射口9c将构成与上述情况有关的环境应力裂缝的一起始点，裂缝将产生并不断发展。例如，在将6,6一尼龙作为密封件9的原材料时，可以推断，高浓缩的碱性水溶液将有选择地被吸入存在于结晶部分里的非结晶部分里，从而在球形晶体里的非结晶部分之间的间隙里将产生裂缝，这是因为吸收的碱性水溶液的外部应力和作用力的结合作用趋向于潮湿和扩散。
结果，由于渗入树脂注射口9c中的小裂缝的电解液被在负极集电件10和密封件9的插入孔9a的孔周围表面之间的潜动现象而潜流，裂缝不断地在树脂注射口9c处产生并发展，这裂缝起源于在树脂模制过程中获得的剩余应力引起的。这样，随裂缝的发展电解液渗入，最终泄漏到外面。
本发明的提出是由于上述问题的存在，因此，它的目的是提供一种碱性电池，其中，通过简单的结构能可靠地防止环境应力裂缝的产生，从而获得良好的防泄漏性能。
本发明的简要说明按照本发明，为了实现上述目的，在一种碱性电池里，在负极集电件插入其中的插入孔里后，将一树脂密封件和负极接线板连续插入电池壳体的开口里，然后，使上述电池壳体的开口边缘向内卷曲，密封所述电池壳体的开口。所述密封件以面对所述负极接线板的布置方式安装在所述电池壳体里，而对应于树脂模制过程中的所述金属模的树脂注射孔的树脂注射口位于所述电池壳体的开口端。
对于这种碱性电池来说，由于对应于密封件的树脂模制过程中的所述金属模的树脂注射孔的树脂注射口是一布置在电池壳体的开口端处的结构，因此，即使在模制过程中在树脂注射口里有剩余应力产生的裂缝，电解液也不会渗入这些裂缝，因此，这些裂缝不会发展到足以产生电解液泄漏的程度。从而可获得良好的防泄漏性能。
较佳的是，在本发明里，负极集电件是通过密封件的中心位置用力插入一插入孔里、延伸进入电池壳体的内部、并以悬臂方式受到支承。所述的插入孔具有小于负极集电件直径的孔径，而密封件具有在所述电池壳体的开口端的开口边缘处的树脂注射口。
在这里，由于树脂模制密封件的金属模是这样一种结构，即其中一树脂注射孔在型腔中间的插入孔的孔边缘处，因此密封件的树脂模制较容易。负极集电件从在密封件插入孔处的树脂注射口附近的小孔里用力插入，虽然在具有模制时的剩余应力的树脂注射口中产生细小的裂缝，但这些裂缝产生在面向密封件里的电解液的相反侧的位置上，从而与传统的碱性电池相反，它们不会构成由于电解液的渗入而使环境应力裂缝发展的起始点。此外，由于在密封件和负极集电件之间的潜动造成的电解液渗入引起的泄漏可有效防止，这是因为，负极集电件必须用力插入孔径比其直径小的密封件的插入孔。
此外，按照本发明，可在密封件上的偏离中心位置的一旁边部分内、在电池壳体开口边缘侧面的地方设置树脂注射口。
结果，由于树脂注射口位于远离插入孔的的密封件的侧面部分上，因此在负极集电件用力插入插入孔时不可能产生裂缝；因此，负极集电件可平稳地插入插入孔。
此外，在本发明中，一种理想的结构是，在密封件的插入孔中靠近电解液的一侧小孔具有以圆弧方式倒角的圆弧孔边缘。因此，当用力插入负极集电件并进入密封件的插入孔时，不可能有过度的应力作用在插入孔靠近电解液的小孔边缘处，这样，在密封件靠近电解液的位置处的环境应力裂缝的产生可得到有效防止；在防泄漏方面得到进一步的改进。
附图的简要说明
图1是显示按照本发明一实施例的碱性电池的树脂密封件的模制步骤的剖视图；图2是显示上述碱性电池的密封单元的剖视图；图3是显示按照本发明另一实施例的碱性电池的树脂密封件的模制步骤的剖视图；图4是显示上述碱性电池的密封单元的剖视图；图5是显示按照本发明的碱性电池的整体结构的纵向剖视图；图6是显示现有技术中的碱性电池密封件的模制步骤的剖视图；以及图7是显示上述碱性电池的密封单元的剖视图。
实施本发明的较佳方式下面参考附图详细描述本发明的较佳实施例。图1是显示用于按照本发明一实施例的碱性电池的树脂密封件的模制步骤的剖视图。在该图里，一下金属模22、一上金属模23和芯棒金属模24组装在一起，型腔27构成一模制密封件的空间，密封件在其中形成。熔融的树脂20通过在剖视图里呈圆环的树脂注射喷嘴19的树脂通道19a被注射通过树脂注射孔27a，树脂注射孔27a由于上金属模23、树脂喷嘴19和芯棒金属模24而形成圆环形。在注射树脂20硬化后，将由下金属模22、上金属模23和芯棒金属模24构成的模具组件拆开，从而获得如图2所示的密封件28。在模制该密封件28时，与显示现有技术中的模制步骤的图6相比较可清楚地看到，在密封件28的中间区域里提供由树脂喷嘴19注射进入型腔27的树脂20的树脂注射孔27a，它模制在不与电解液接触的电池外侧。
图2显示了使用由上述模制步骤形成的密封件28构成的密封单元29的剖视图。在该图里，密封件28上设有一树脂注射口28c，它在插入孔28a里，并在电池壳体1的一端部开口边缘处开口1a的一侧，负极集电件10如箭头所示被用力从靠近该插入孔28a里的树脂注射口28c的一端部小孔插入。在密封件28上安装好带有内座28d和外座28e的绝缘垫圈11后，安装负极接线板12，使其中间部分接触负极集电件10的头部10a，并覆盖绝缘垫圈11，从而构成密封单元29。
当用这种方式组装的密封单元29被装入电池壳体1的小孔1a里时，如图5所示，使电池壳体1的底部开口的边缘向内弯曲和卷边，树脂密封件28被弯折的部分28b如箭头所示被牢牢地压在负极接线板12上，由此以流体密封方式密封电池壳体1的开口1a。
当组装密封单元29时，从对应于模制过程中的树脂注射口28c的一端部小孔将负极集电件10压入密封件28的插入孔28a，负极集电件10插入插入孔28a的结果是刺穿模制过程中形成的溢料28f，从而关闭端部开口，在树脂注射口28c里形成细小的裂缝，这是在模制时保留的剩余应力产生的。然而，这些裂缝发生在组装在电池壳体1里的密封件28中的与电解液的相对侧部位上。由于碱性电池的电池壳体1的开口1a在使用图2所示的密封单元29的密封条件下被封闭，因此它不同于传统的碱性电池，上述的裂缝不会提供因电解液渗入引起的环境应力裂缝的起始点。此外，由于在模制过程中的剩余应力而容易产生裂缝的树脂注射口28c是这样一种结构，它位于密封件28里与电解液相反一侧上，因此它不会与电解液接触。即使产生裂缝，这种裂缝也不会发展到允许象在传统的电池里发生的因电解液渗入产生的电解液泄漏；因此，这种电池具有良好的防泄漏性能。
此外，由于在密封件28插入孔28a里的、与电解液接触的一侧上的另一端部小孔由弧形孔边缘28g构成，而该弧形孔边缘以圆弧方式倒角的，因此，当用力将负极集电件10插入密封件28的插入孔28a里时，不可能有过度的应力施加在与电解液接触的插入孔28a的另一端部小孔上。由于能可靠地防止在密封件28与电解液接触的部位的环境应力裂缝的产生，因此可进一步提高防泄漏性能。
图3是显示模制一树脂密封件的工艺的剖视图，该树脂密封件用于按照本发明另一实施例的一碱性电池。在该图中，下金属模22和芯棒金属模24与图1所示的相同。上金属模30与下金属模22和芯棒金属模24一起形成与图1所示相同的型腔27。然而，与图1中在中间位置的圆环部分里形成型腔不同，图3中的型腔27的树脂注射孔27b位于一侧面位置上。由此，由普通结构形成的树脂喷嘴31安装在上金属模30里，并被安装成使树脂能够从该树脂喷嘴31通过树脂注射孔27b注射入型腔27里。应该看到，型腔27的树脂注射孔27b可以形成在许多侧面位置上。
图4显示了一密封单元33的剖视图，该密封单元是利用上述模制步骤获得的密封件32构成的。该密封件32包括一与图2中的密封件28中的插入孔相同形状的插入孔32a、一弯折部分32b、一内座32d、一外座32e和一弧形边缘32f。与图2中的密封件28唯一不同处在于，树脂注射口32c在侧面部分的内表面上。通过以与图2所示相同的方式，在该密封件32上安装负极集电件10、绝缘垫圈11和负极接线板12而形成密封单元33。
在一种碱性电池里，其中电池壳体1的小孔在使用这种密封单元33的密封情况下被密封，当负极集电件10被用力插入密封件32的插入孔32a时，树脂注射口32c远离插入孔32a，因此负极集电件的用力插入可以很平稳的方式实现，而不会产生裂缝。此外，由于模制过程中的剩余应力的存在而最可能产生裂缝的树脂注射口32c在上述实施例中位于密封件32面向电解液的另一侧，因此它不会与电解液接触，正是在上述实施例的碱性电池中，可获得良好的防泄漏性能。
为了确定按照上述实施例的碱性电池的防泄漏性能，可进行下面的试验。利用6,6-尼龙作为热塑性树脂、通过图1和3所示的模制步骤分别模制按照本发明实施例的树脂密封件28和32，再利用这些密封件28和32分别安装组成如图2和4所示的密封单元29和33。利用这些密封单元29和33制造出按照本发明的、两种类型的碱性电池。作为一个比较的例子，同样利用6,6-尼龙、通过图6所示的模制步骤模制一传统的树脂密封件9，再利用该密封件9组装如图7所示的密封单元21。然后，利用该密封单元21构成作比较例子用的碱性电池。
将这些碱性电池放在一热循环气氛里，其中，在12个小时里温度从0度到80度的循环变化，由此评价出它们各自的防泄漏性能。结果是，在作为比较例子的电池里，轴向裂缝发展到产生电解液泄漏而损坏的程度，这是由于电解液进入细小裂缝造成的，而细小裂缝是在负极集电件10被用力插入树脂注射口9c时发生的。与此相反，在按照本发明实施例的碱性电池里，由于电解液渗入产生裂缝的起始点被消除，因此泄漏而造成的损坏不会发生。在上述试验里可以发现，如果负极集电件的直径与密封件28插入孔28a的孔径之比被设定在101％至115％的范围内，由于轴向裂缝产生的泄漏可以有效地防止。还可以发现，如果这个比例设定在100％，由于在密封件28和负极集电件10之间的电解液的潜流而可能发生泄漏。
应该看到，上述同样优点除了使用6,6-尼龙可以获得，也可通过使用氯乙烯、聚丙烯、软聚乙烯、或聚对苯二甲酸乙二醇酯等作为密封件28和32的材料而获得。此外，上述同样优点可通过使用冷浇口、半热浇口和热浇口等任何一种方法模制密封件28和32获得。
工业应用如上所述，在按照本发明的碱性电池里，采用一种结构，其中，在树脂模制密封件的过程中，对应于金属模的树脂注射孔的树脂注射口位于电池壳体的小孔端，因此它不会接触电解液。即使由于模制时的剩余应力而在树脂注射口里产生裂缝，这种裂缝也不会与电解液接触，因此，它们不可能发展到发生电解液泄漏的程度；从而可获得良好的防泄漏性能。
权利要求
1．一种碱性电池，在一负极集电件(10)插入其内的一插入孔(28a)之后，一树脂密封件(28)和一负极接线板(12)相继插入电池壳体(1)的开口(1a)里，然后，所述电池壳体(1)的开口边缘被向内卷曲，密封所述电池壳体(1)的开口(1a)，其特征在于，所述密封件(28)以面向所述负极接线板(12)的方式安装在所述电池壳体(1)里，而对应树脂模制过程中的一金属模的树脂注射孔的树脂注射口位于所述电池壳体(1)的开口端。
2．如权利要求1所述的碱性电池，其特征在于，负极集电件(10)通过密封件(28)的中心位置被用力插入插入孔(28a)里，并延伸进入电池壳体(1)内部和以悬臂方式被支承，所述插入孔(28a)具有比负极集电件(10)的直径小的孔径，而密封件(28)具有在所述电池壳体(1)里的插入孔(28a)里的小孔边缘处的树脂注射口(28c)。
3．如权利要求1所述的碱性电池，其特征在于，所述密封件(32)具有面向电池壳体(1)的开口端的、在偏离中心的侧面部分上的树脂注射口(32c)。
4．如权利要求1所述的碱性电池，其特征在于，在密封件(28)的插入孔(28a)里的、与电解液接触的一侧上的小孔边缘是以圆弧方式倒角的圆弧孔边缘(28g)。
全文摘要
在一负极集电件(10)插入一插入孔(28a)之后,一树脂密封件(28)和一负极接线板(12)相继插入电池壳体(1)的开口(1a)里,然后,所述电池壳体(1)的开口边缘被向内卷曲,密封所述电池壳体(1)的开口(1a)。密封件(28)以面向所述负极接线板(12)的方式安装在电池壳体(1)里,而对应树脂模制过程中的金属模(22-24)的树脂注射孔的树脂注射口位于所述电池壳体(1)的开口端。
文档编号H01M2/04GK1305642SQ99807252
公开日2001年7月25日 申请日期1999年6月10日 优先权日1998年6月12日
发明者山本贤尔, 金子登子和, 大漥威, 佐伯俊奈 申请人:松下电器产业株式会社