CN1042275C - 用于电化学电池的卷边方法 - Google Patents

Abstract

一种密封电化学电池的改进方法，它包括对膨胀的电池箱的上部施加径向力，弹性密封元件定位在上部，致使在径向力减小了膨胀箱部分直径的时候，密封元件随之压缩就位。

Description

用于电化学电池的卷边方法

本发明是关于一种用于卷边密封电化学电池的改进方法。特别是，该方法包括，通过将电池壁的上端向内弯曲而使电池预先卷边，接着在绕电池盖的周边上提供经向力以缩小其直径，并且把密封元件固定就位。

碱性和锂两种蓄电池的长搁置寿命要求给这些电池提供致密的密封，以致使产品在长使用期间防止电解质的泄漏。在碱性电池中，汞含量趋于零意味着，这些电池必须被设计为抑制较高的内部氢气压力。本发明的径向卷边方法提供了当今商业电池所要求的不泄漏的密封。

采用径向力的单一步骤卷边方法被公开在美国专利号3,069,489中。单一步骤方法的缺点是，它要用较高的力(如，能量输入)使得在一个步骤中形成卷曲，并且所述力的应用使得箱变形。另外，只是箱的上边缘的翻转度是可能的。高翻转度是需要的，因为它增强了密封的能力，以承受高的内部压力而不会被移动。

径向卷边的特征在于，绕待密封箱的周边直接向内提供均匀的径向力。该力与位于密封开口的弹性密封元件相对，最佳密封元件是公开在1989年12月7日提交的第07/447,309号系列待批申请中。密封元件包括圆形金属支撑和塑料垫圈，垫圈具有向上延伸的壁，以限定支撑的外部边缘。在电池箱的开口端径向卷边的密封元件减小了弹性密封元件的直径，并且压缩了在金属支撑和向内卷边箱壁之间的垫圈壁。压缩壁防止了在金属支撑和箱之间出现的泄漏。这样的径向卷边方法减小了总的卷边力，并且消除了与卷边方法相关的问题，即该卷边方法提供一轴向力，使壁膨胀、底部凹陷，和盖边缘的皱折。

本发明是一种将电池径向卷边同时还使电池箱边缘实现高翻转度的多步骤工艺。完成每一步骤所需力的总和小于如果采用单一步骤方法所需的所需的总力，这样可以减小工具磨损并使箱不变形。

本发明的这些和其它特点及目的将在下面结合附图更为详细地描述，其中：

图1示出了电池箱的侧视图；

图2示出了设置有密封元件的电化学电池在卷边工艺之前的截面图；

图3示出了电化学电池在第一卷边步骤以后的截面图；

图4示出了电化学电池在第二卷边步骤以后的截面图；

图5示出了电化学电池在最后卷边步骤以后的截面图；

图6示出了用于第一卷边步骤中的加工模具的截面图；

图6A示出了在完成第一卷边步骤以后示出图6的加工模具与电池接合的截面图；

图7示出了用于第二和第三卷边步骤中的加工模具的截面图；

图7A示出了在完成第二卷边步骤以后示出图7的加工模具与电池接合的截面图；

图7B示出了在完成第三卷边步骤以后示于图7的加工模具与电池接合的截面图；

根据本发明，一种电化学电池径向卷边方法包括，在最靠近开口端的电池箱壁上形成一直接向外的圆周形步骤。现参照附图1，它示出了圆柱形箱10的测视图。箱10具有圆柱形壁12，底部14，直接向外的台阶16，膨胀的上壁18和上边缘19。箱10最好是采用适当的薄板原材料以深冲压方法形成。另外，箱10可形成具有均匀的圆柱壁，并且在以后的操作中可形成台阶16和膨胀部分18。台阶16的位置和膨胀壁部分18的高度均可通过所采用密封元件的厚度和密封元件边缘部分的形状来确定。如下面所述，壁部分18在密封元件的边缘部分上被向内折合，以致壁18必须具有足够高以完成该结果。

图2示出了具有定位在台阶16上的弹性密封元件30的电化学电池20的截面图。密封元件30包括塑料垫圈32、金属支撑34和金属端帽36。关于这些元件更为详细的部分公开在系列申请号447,309中，并且所公开的内容在这里作为参考。元件具有的直径约相同或略小于箱壁的膨胀部分的直径。在关于所示密封元件继续讨论时，其它密封元件设计将适合于采用本发明，需要采用本发明的密封元件的那些特征将通过下面的描述进行解释。

电池20进行一次预卷边使密封元件30就位。预卷边包括在密封元件的边缘部分上向内弯曲的边缘19和膨胀壁部分18，使其与初始位置(见图3)成不大于90°的角。最好是密封元件30具有圆周形向外伸展的肋部分33，在其上上壁18可以被弯曲，以致在弯曲的容器边缘和容器壁之间压缩所述的肋。在所述肋上向内弯曲上壁18的作用还可用来保持密封元件30向下对着台阶16。

第二弯曲步骤的完成是进一步将边缘19向内弯曲，如图4所示，使之与初始位置成大于90°的角。这样，密封电池的上边缘可由弯曲17组成，它是通过上述步骤在膨胀的壁部分18上制成的。密封电池的高度是由在膨胀壁部分18上制成的弯曲17确定的。通过两个步骤完成了弯曲，而各步骤的任何一个所提供的力都小于为在单一步骤中形成弯曲所需的力。

卷边密封是通过相对于膨胀部分18提供直接向内的径向力来完成的(如图4中箭头所示)，以致使其减小到与电池箱的下部具有相同的直径(见图5)。为提供所述径向力的方法将在下面更为详细地讨论。塑料垫圈32的外壁31(图5)被压缩在箱壁18和金属支撑34的外边缘35之间，密封元件30必须具有一些弹性，以致使它能够调节它直径的减少。正如系列申请号447,309中所述的，最好是金属支撑34包括一弹簧装置，它是设置在由径向卷边的压缩状态下。这样，金属支撑边缘35可由弹簧装置向外推，以致垫圈壁31既使在极限温度变化期间也保持压缩状态，很明显，适于采用本卷边方法的任何密封元件必须是能够使其直径减小而没有任何有害的变形。即使膨胀部分18的直径也被减小，从而保留有一直接向内的环形台阶15(台阶16的制造物)，它支撑密封元件并将使其就位。

最好是径向力首先提供给箱壁18的上部，然后再向下提供给台阶16所处的部分。这样连续提供的径向力使弯曲17(如图5所示)比其在第二弯曲操作以后(如图4所示)成有更大角度。该角度的弯曲17的外形是需要的，因为它压弯了密封元件30的圆形肋33，从而提供了附加的密封区域，并且它还提供了一较强的向下的力使得密封元件30保持在台阶16上。如此，在金属支撑34的边缘35上产生除最初的密封区域以外的第二密封区域，并且获得了承受裂缝的更好的能力。

将第二弯曲步骤和径向卷边步骤的次序颠倒一下是可能的。这样，图3所示的电池将首先对膨胀壁部分18施加径向力随后实施第二弯曲步骤，使得在膨胀壁部分18上完成大于90°的弯曲。这将在下面的工具设计中进一步讨论。

各种各样完成本发明卷边方法的工具设计都是可能的。下面讨论的不局限于本发明采用的只是所描述的工具，而只是作为实现本发明的一个方法的实例。图6示出了金属模具40的截面图，所述模具被设计成使膨胀壁部分18达到90°弯曲。模具40具有一内空腔，其内形成具有向内的锥形壁42，它端接在直角部分44上。下部的模具座(未示出)用来在预卷边步骤期间保持电池，预卷边是通过以足够的力将模具40向下驱动到电池20上来完成的，以致使上箱壁18首先通过锥形壁42然后通过直角部分44而向内弯曲的，如图6A所示。这样得到图3所示的预卷边电池。在该操作中提供极小的径向压缩力。而将力首先直接提供到箱10的成形边缘19上，并使其置于最后的卷边序列，已经发现在预卷边期间使弯曲成的角度不应使其与初始位置成大于90°的角，因为在单一步骤中如此所需的力成指数增加。在单一步骤中该力的应用增加了操作过程中电池箱损坏的可能性。

图7示出了为完成第二弯曲步骤和径向卷边步骤所设计的单一模具50的截面图。模具50包括中心冲压器52和定径模55，它们均可独立运动。中心冲压器52包括内环形凸缘部分53和外肩部分54，定径模50包括由向内的锥形壁56限定的空腔和圆柱形壁57。预卷边电池(如图4所示)放置在模具下。冲压器52和模具55以两个分别运动并以同步的形式操作以提供所需的径向卷边，随后从模具中弹射出电池。最后采用模具50的卷边次序如下。模具55和冲压器52最初一同向下运动，直到凸缘部分53与预卷边电池20的边缘19接合。在该点上，中心冲压器52使边缘19成型，它是随着肩54的外形向下弯曲，如图7A所示。中心冲压器52运动到固定的止动位置，致使最后卷边电池的高度得到精确的控制。

中心冲压器52保持在图7A所示的位置上，并且在下一操作过程中牢固地固定电池。定径模55在中心冲压器52止动情况下持续地向下驱动。锥形壁56的向下运动致使径向力被施加在膨胀壁部分18上，从而使其在模具55向下运动时减小直径。锥形壁56致使径向力首先被施加在电池顶部附近，然后随着模具55的向下移动而使径向力向下应用。如上所述，这种施加径向力的次序导致了如图5所示的具有一定角度形状的弯曲17。定径模具55在点外向下运动，在该点进行径向密封，致使圆柱形壁57平滑过壁部分18。在定径模具55达到运动的最低点时，它收缩，这时中心冲压器52保持静止并且固定住卷边的电池。该动作允许电池阻止定径模具55的向上运动并且在定径模具55内将电池20“拆下”。在定径模具55已离开了电池20的顶部以后，中心冲压器52收缩并且卷边的电池20从工具上卸下。该运动次序消除了为以模具上取下电池而通过对密封元件施加力以便由模具上移动电池20的需要。在卷边以后施加给密封元件的任何力不仅会损坏密封元件，而且还会妨碍元件与箱体之间的密封。

当然有必要在进行第二弯曲步骤和最后卷边步骤以前将电池20在模具50下定中，这可以有许多方法来完成。一种方法(未示出)是在用于使电池卷边并具有一定直径的壁56的点下，提供一与锥形壁56接合的圆柱形壁。该圆柱形壁部分具有与预卷边电池大约相同的直径，致使圆柱形壁部分在中心冲压器52与电池接触以前在50内将电池20定中。圆柱形壁的下端可以是向外的锥形，致使它可以接收电池20的上端并将其校准。

如上所述，由模具50完成各步骤的次序可以颠倒，模具55和冲压器52相互可重新定位，致使冲压器52在模具55内比图7所示的进一步收缩，如此，由于模具55和冲压器52一同向下运动，使模具55首先完成了径向卷边，然后冲压器52与电池边缘19接触并且直到确定了止动。中心冲压器52由于定径模55收缩而保持在该位置上，使卷边电池由模具上卸下。一旦电池20从定径模具55上取下而使中心冲压器52收缩，这样完成了卷边整个工序。

很明显，所有圆柱形电池尺寸部可采用本发明方法来密封。上述最佳实施例的描述不局限于所要求保护的本发明。实施本发明方法的其它方式是可能的，并且是在申请人发明的范围内。

Claims (7)

1．一种密封具有开口端金属容器的圆柱形电化学电池的改进方法，其特征在于该方法包括将圆形弹性密封和绝缘元件放置在容器的开口端，并放置在靠近容器上边缘下密封元件上面直接向外的台阶上；在密封元件的圆形肋上向内弯曲容器的边缘，并同时在容器的弯曲边缘和台阶部分之间压缩肋，并且将密封元件向下保持在台阶上；以及绕容器台阶部分的圆周直接向内均匀地施加径向力以减小其直径，由此密封元件的直径也减小并使所述元件压缩地就位。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述容器边缘在密封元件的圆边上通过第一向内弯曲边缘而向内弯曲，使之与初始位置成约90°的角，接着向下弯曲所述边缘，使之与初始位置成大于90°的角。

3．如权利要求2所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：在所述台阶部分上轴向压紧预卷边模具，使得以单一操作形成所述90°的弯曲，所述模具具有用以接受所述台阶部分的空腔，所述空腔具有一向内的锥形壁端接在直角部分上，致使所述模具压紧到所述台阶部分上时，使所述部分进入空腔，并且容器边缘被逐渐地向内弯曲直到形成90°角，使台阶部分随空腔的外形而变形。

4．如权利要求3所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：向下弯曲所述边缘，使之与初始位置成大于90°的角，通过压紧冲压模，使向内弯曲边缘到固定的止动位置，所述冲压模具的压紧表面具有圆环形边缘，它是由直接向上和向外的肩限定的，致使圆环形边缘与电池边缘接合并向下弯曲所述边缘，所述肩在电池容器的台阶部分上形成弯曲，以构成所述电池的边缘。

5．如权利要求4所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：在所述台阶部分上通过将环形定径模具轴向向下滑动到所述台阶以外的点上而对所述台阶部分直接向内施加径向力，而所述电池由所述冲压模具保持，其中所述定径模具包括接受所述电池并对其施加径向力的内腔，所述腔包括具有一直径的向内锥形壁，在它的最下端足够大以接受所述电池，并且在其上端的直径与电池容器剩余部分的直径的相同，致使当定径模具在所述电池上向下滑动时，锥形壁在靠近所述电池的顶部附近首先施加径向力，并且所述径向力的应用随模具向下移动而向下移动直到减小台阶部分的直径，使之与电池容器的剩余部分的直径大约相同。

6．如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：在所述电池由所述冲压模具保持时，从所述电池上收回所述定径模具。

7．如权利要求6所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：收回所述冲压模具以放出卷边过的电池。

Images