电化学电池及用来制造电化学电池的方法技术

提供了一种电化学电池（４００），包括：一个用来盛装电化学活性材料（１２０）的罐体（４１２），该罐体（４１２）具有一个第一端和一个敞开端；一个横跨罐体（４１２）的敞开端设置的盖板（４４５）；以及一个直接沉积在罐体（４１２）和盖板（４４５）中的至少一个上的绝缘材料涂层，用来使罐体（４１２）与盖板（４４５）电绝缘。一个减压机构最好在罐体（４１２）的封闭端上形成。还提供了一种用来制造电化学电池的方法，包括以下步骤：制作一个具有一个敞开端和一个封闭端的罐体（４１２）；制作一个用于罐体（４１２）的敞开端的盖板（４４５）；在罐体（４１２）中供给电化学活性材料（１２０）；将一个绝缘材料涂层直接沉积在罐体（４１２）和盖板（４４５）中的至少一个上，用来使罐体（４１２）与盖板（４４５）电绝缘；以及利用设置在其间的绝缘材料对该横跨罐体（４１２）的敞开端的盖板（４４５）进行密封。该电池结构提供了一个用来盛装电化学活性材料的更大的内部体积。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种电化学电池结构。更具体说，本专利技术涉及用于电化学电池(如碱性电池)的容器和集电器组件。附图说明图1示出一个传统的C型尺寸碱性电池10的结构。如图所示，电池10包括一个具有一个敞开端和一个封闭端的圆柱形罐体12。罐体12最好用导电材料制造，这样在罐体12的封闭端处焊接在底面14上的一个外盖板11就用作电池的一个电接触终端。典型地，电池10还包括一个第一电极材料15，它可用作正极(也可称为负极)。第一电极材料15可以被预先成形并插入罐体12，或者可以被就地模制以与罐体12的内表面接触。对于碱性电池，第一电极材料15一般包括MnO2。在第一电极设置在罐体12内之后，将一个分离器17插入由第一电极15限定的空间。分离器17最好是一种非织造织物。设置分离器17是为了维持第一电极材料15和电解液与一个第二电极材料20的混合物之间的物理分离，同时允许离子在电极材料之间传送。一旦分离器17在由第一电极15限定的空间内就位，就将电解液连同电解液和第二电极材料的混合物20一起装入由分离器17限定的空间内，混合物20可以是负极(也可称为正极)。电解液/第二电极的混合物20最好包括胶凝介质。对于典型的碱性电池，混合物20由含水KOH电解液和锌的混合物形成，锌用作第二电极材料。在混合物20中也可以包括水和附加的添加剂。一旦在罐体12内已经形成第一电极15，分离器17，电解液和混合物20，就可将一个预先组装的集电器组件25插入罐体12的敞开端。罐体12在其敞开端一般略微成锥形。在将集电器组件固定就位之前，该锥形用来以所需的取向支承该集电器组件。在将集电器组件25插入后，将一个外盖板45放置在集电器组件25上。通过把集电器组件25沿径向挤紧在罐体上而将集电器组件25固定就位。将罐体12的端部边缘13卷在集电器组件25的周边唇缘上，由此将外盖板45和集电器组件25固定在罐体12的端部上。如下面进一步描述的，由集电器组件25所起的一个功能是为电化学电池提供一个第二外部电触点。此外，集电器组件25必须密封罐体12的敞开端，以防止其中的电化学材料从该电池泄漏。此外集电器组件25必须具有足够的强度，以承受电池一般要遭受的机械损伤。而且，由于电化学电池可能产生氢气，集电器组件25可允许内部产生的氢气从其中穿过以逃逸到电化学电池的外部。而且，集电器组件25应当包括某种形式的减压机构，以便当电池内部产生的压力过大时，用以减压。当电化学电池以这样一个速率在内部产生氢气时就可能发生这种情况，即该速率超过了内部产生的氢气穿过集电器组件到电池外部的速率。图1示出的集电器组件25包括一个密封30，一个集电器钉40，一个内盖板44，一个垫圈50，和一组支承片52。所示的密封30包括一个具有一个孔的中毂32，集电器钉40可穿过该孔插入。密封30还包括一个可接触第一电极15的上表面16的V形部分34。密封30还包括一周向的直立壁36，其以环形的方式沿密封30的周边向上延伸。周向的直立壁36不仅用作集电器组件25和罐体12的界面之间的密封，而且也用作一个电绝缘器，用以防止在电池的正极罐体和负极触点之间发生短路。设置由硬金属形成的内盖板44是为了增加刚性并承受集电器组件25的径向压力，由此改善密封效果。如图1所示，内盖板44被构造成接触中毂部分32和周向的直立壁36。通过以这种方式构成集电器组件25，内盖板44用来使集电器钉40能够加压于中毂部分32，同时也可承受罐体12的内表面对周向的直立壁36的压力。外盖板45一般用镀镍的钢材制造，并被构造成从由密封30的环形周向直立壁36所限定的区域延伸且与集电器钉40的头部42电接触。外盖板45可被焊接在集电器钉40的头部42上，以防止任何接触损耗。如图1所示，当将集电器组件25插入罐体12的敞开端时，集电器钉40深深地插入电解液/第二电极混合物20内，以便与之建立充分的电接触。在图1所示的例子中，外盖板45包括一个沿外盖板45的圆周向上延伸的周边唇缘47。通过形成长度大于周边唇缘47的密封30的周向直立壁36，在卷边工艺期间可以将周向直立壁36的一部分在周边唇缘47上翻卷，从而防止罐体12的上边缘13的任何部分与外盖板45接触。密封30最好由尼龙形成。在图1所示的构造中，设置有一减压机构，用以在压力过大时能够使内部压力减压。而且，内盖板44和外盖板45一般设有孔43，以允许氢气逃逸到电池10的外面。所示的机构包括一个环形金属垫圈50和一组设置在密封30和内盖板44之间的支承片52。各支承片52包括一个压靠在密封30的一个薄的中间部分38上的尖端53。支承片52被偏压在内盖板44的下面的内表面上，这样当电池10的内部压力增加并且结果使密封30由于向上压向内盖板44而变形时，支承片52的尖端53就穿透密封30的薄的中间部分38，由此刺破密封30并允许内部产生的气体通过孔43逃逸。尽管上述集电器组件25可以令人满意地完成所有上述功能，但从其断面轮廓可以看出，这种特定的集电器组件占据了电池10内相当大的空间。应当注意图1所示的结构只是电池结构的一个例子。现有其他的集电器组件，可能有较低的轮廓并因此占据电池内的较小空间。但是，一般这种集电器组件在占据的体积上得以减小是以牺牲集电器组件的密封特性或者减压机构的性能和可靠性为代价的。在本申请的优先权日在市场上可得到的几种电池的所测得的外部和内部体积列于图2A和图2B所示的表中。该表列出了D,C,AA，和AAA型尺寸电池的体积(cc)。在图2B中为图2A所列出的市场上可得到的这些电池提供了集电器组件体积和集电器组件占总的电池体积的百分比。图2A中还提供了用以容纳电化学活性材料的内部体积占总的电池体积的百分比。“总的电池体积”包括电池的所有的体积，包括任何内部空间体积。对于图1所示的电池而言，总体积理论上应当包括图3A所示的所有画有阴影线的区域。电池的“内部体积”由图3B中所示的画有阴影线的区域表示。如这里所用的，“内部体积”是指电池内部容纳限制在电池密封体积内的电化学活性材料以及任何空隙和化学惰性材料(不包括集电器钉)的体积。这种化学惰性材料可包括分离器，导体和电极中的任何其他惰性添加剂。如这里所用的，术语“电化学活性材料”包括正极和负极和电解液。“集电器组件体积”包括集电器钉，密封，内盖板，垫圈，支承片和负极盖板的下表面与密封之间的任何空隙体积(在图3C中用阴影线区域表示)。“容器体积”包括罐体，标签，负极盖板(外盖板45)的体积，标签和负极盖板，正极盖板之间的空隙体积，以及正极盖板和罐体之间的空隙体积(在图3D中用阴影线区域表示)。如果标签延伸到且接触负极盖板，标签和负极盖板之间存在的空隙体积就被包括在容器体积中，并因此也被认为是总体积的一部分。否则，该空隙体积就既不包括在容器体积中也不包括在总体积中。应当理解，“内部体积”，“集电器组件体积”和“容器体积”的总和等于“总体积”。因此，可以通过测量集电器组件体积和容器体积并从所测得的电池总体积中减去集电器组件体积和容器体积而确定用于容纳电化学活性材料的内部体积。由于电化学电池的外部尺寸通常由美国国家标准局(ANSI)或其他标准组织决定，由集电器组件所占据的空间越大，电池内用于电化学材料的空间就越小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池，包括： 一用来容纳包括正极，负极和电解液的电化学活性材料的罐体，该罐体具有一第一端，一敞开的第二端，在第一端与第二端之间延伸的侧壁，以及一横跨第一端延伸的端壁； 一横跨罐体的敞开的第二端设置的盖板；以及 一直接沉积在罐体和盖板中的一个上的绝缘材料涂层，用来使罐体与盖板电绝缘。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GR图乔尔斯基，GR森德克，
申请(专利权)人：永备电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]