[发明专利]具有增加的用于活性成分的内部体积的电池结构

说明书

本发明一般涉及一种电化学电池结构。更具体说，本发明涉及用于电化学电池如碱性电池的容器和集电器组件。

图1示出一传统C型尺寸碱性电池10的结构。如图所示，电池10包括一具有一敞开端和一封闭端的圆钉形罐体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上的一外盖板11就用作电池的一电接触终端。

典型地，电池10进一步包括一第一电极材料15，其可用作正极。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。在第一电极已经设置在罐体12内之后，将一分离器17插入由第一电极15限定的空间。分离器17最好是一无纺织物。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，混合物20可以是负极。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，将一外盖板45放置在集电器组件25上。通过顶着集电器组件25径向挤压罐体将集电器组件25固定在位。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露。此外集电器组件25必须具有足够的强度，以承受电池一般要经历的物理意义上的不合理使用。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通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，如果电池内部产生的压力过大，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包括一密封30，一集电器钉40，一内盖板44，一垫圈50，和一组支承片52。所示的密封30包括一具有一孔的中毂32，集电器钉40穿过该孔。密封30还包括一可接触第一电极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。

设置由刚性材料形成的内盖板44是为了增加刚性并支承集电器组件25的径向压缩，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用作使集电器钉40能够压缩中毂部分32，同时也支持用罐体12的内表面压缩周向的直立壁36。

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，当集电器组件25被插入一罐体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。