[发明专利]用于电化学电池的端帽密封组件

说明书

发明领域

本发明涉及用于密封电化学电池、尤其是碱性电池的端帽组件。本发明涉及端帽组件内的可破裂装置，它允许气体从电池的内部逸出到环境中。

发明背景

常规电化学电池例如碱性电池由具有开口端的圆柱形外壳和插入其中以密封外壳的端帽组件形成。常规碱性电池通常包括包含锌的阳极、包含二氧化锰的阴极、以及包含含水氢氧化钾的碱性电解质。在阳极和阴极之间存在电解质可渗透的隔离膜板。在提供了电池内容物之后，通过将外壳边缘卷曲到端帽组件上而使电池封闭，以提供电池的紧密密封。端帽组件包括用作电池末端的暴露端帽，并且通常还包括密封电池外壳的开口端的塑料绝缘插头。与各种电化学电池尤其是碱性电池的设计相关的一个问题是：当电池继续放电超过某一点(通常是接近电池的可用容量的完全耗尽点)时，电池趋于产生气体。

电化学电池，尤其是碱性电池，可具有可破裂排气机构，该可破裂排气机构包括端帽组件内的可破裂隔膜或可破裂膜。可破裂隔膜或膜可在塑料绝缘构件内形成，如美国专利3,617,386中所述。此类隔膜被设计成当电池内的气体压力超过预定水平时便会破裂。端帽组件可具有多个排气孔，用于当隔膜或膜破裂时让气体逸出。公开于美国专利3,617,386中的端帽组件公开了一种凹槽状可破裂密封隔膜和位于端帽与密封隔膜之间的单独的金属触点盘。该参考文献中所公开的端帽组件不是设计用以承受径向压缩力的，因此当电池经受冷热气候中的极端因素作用时，它将趋于渗漏。

为了提供紧密的密封，当代现有技术公开了端帽组件，所述端帽组件包括插置在端帽和绝缘构件之间的金属支撑盘。当电池外壳的边缘被卷曲到端帽组件上时，该独立的金属支撑盘可受到径向压缩。绝缘插头通常为塑料绝缘密封盘的形式，其从电池的中心朝电池外壳延伸并使金属支撑盘与电池外壳电绝缘。金属支撑盘可具有如美国专利5,759,713或5,080,985所示的高度旋绕的表面，所述表面确保在围绕端帽组件卷曲电池外壳边缘期间端帽组件可承受高径向压缩力。这导致围绕端帽组件的机械密封始终是紧密的。绝缘密封盘通常具有多个间隔开的腿部，所述腿部靠近绝缘盘的周边边缘定位，并且从盘的底部向下延伸进入电池内部。此类腿部允许绝缘盘咬合到电池外壳中，并且它们也用来容纳阳极和阴极之间的隔离膜板。然而，此类腿部会占据电池内部中的阴极柱内的空间，所述空间本来可用于附加阴极材料。

现有技术公开了可破裂排气膜，其整体成形为绝缘盘内的变薄区域，所述绝缘盘被包括在端帽组件内。此类排气膜通常取向成使它们位于垂直于电池的纵向轴线的平面中，如美国专利5,589,293中所示。在美国专利4,227,701中，可破裂膜由位于绝缘盘臂上的环形“狭缝或凹槽”形成，所述绝缘盘相对于电池纵向轴线是倾斜的。绝缘盘可滑动地安装在穿过它的细长的集电器上。当电池内的气体压力增大时，绝缘盘的中心部分朝着电池端帽向上滑动，从而使变薄的膜“凹槽”伸展，直至破裂。美国专利6,127,062和6,887,614 B2公开了绝缘密封盘和整体成形的可破裂膜，其中可破裂膜邻接上方金属支撑盘中的小孔。邻接上方金属支撑盘中的小孔的可破裂膜也显示于2006年10月31日提交的共同转让的美国专利申请序列11/590561中。当电池内的气体压力上升时，膜便会通过金属支撑盘上的小孔而破裂，从而将气体压力释放到外部环境中。所述后三个参考文献中的绝缘密封盘和上方金属支撑盘具有径向延伸的表面，所述表面从盘的毂延伸至盘的周边边缘的近旁。此类径向延伸的表面为轮廓状的以便向外膨胀，换句话讲，形成凸面形状(当从带有端帽组件的电池的外侧观察电池时)。

在美国专利6,887,614中，可破裂膜邻接上方金属支撑盘内的开口。此外，在美国专利6,887,614中，在膜的下侧上还存在底切凹槽。凹槽围绕电池的纵向轴线。凹槽在其底端产生变薄的膜部分，当电池的内部气体压力达到预定水平时，该部分便会通过上方金属支撑盘内的开口而破裂。在U.S.6,887,614所示的设计中，存在将暴露的端帽与电池外壳隔开的绝缘垫圈。此类设计的缺点是需要附加组件，即，需要插入到端帽组件中的绝缘垫圈。端帽的边缘位于电池外壳肩部的上方并通过垫圈与外壳分开。这样允许端帽容易破损。换句话讲，端帽可易于撬离电池，使得易于接近电池内容物。在这一方面，使用绝缘垫圈并不能够使电池免受损害。