CN105789499B - 一种碱性电池密封圈 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碱性电池密封圈，所述密封圈位于电池底盖、中心柱和电池壳体之间，用于封闭碱性电池，所述中心柱位于密封圈的中心位置，所述密封圈上布置有防爆阀；所述防爆阀为密封圈上沿中心柱方向的薄弱沟槽，所述薄弱沟槽开口于密封圈靠近电池底盖的一侧；所述防爆阀均匀或非均匀地布置在密封圈上；所述薄弱沟槽的形状是“一”字形或“V”字形或“U”字形或“Y”字形。

Description

一种碱性电池密封圈

技术领域

本发明涉及一种碱性电池，具体涉及一种碱性电池密封圈。

背景技术

随着我们国家的发展，人民的生活水平不断提高，人们的环境保护意识不断增强，人们越来越多的使用绿色无污染的碱性电池。碱性电池相对于传统的碳性电池有下面几大优势：(1)高功率放电性能好，碱性电池使用时间是碳性电池的5倍以上；(2)低温放电性能好，在零下20度碱性电池还能工作，而碳性电池在零度左右就几乎放不出电；(3)碱性电池中活性物质的利用率大于碳性电池，有利于资源的合理利用；(4)碱性电池不含有任何重金属，是绿色无污染电池，而碳性电池则有加入少量的氯化汞作为缓蚀剂，因而对环境有一定的污染；(5)电池自放电小，20度的条件下贮存一年容量损失小于5％，三年容量损失小于10％。

虽然碱性电池销量增加了，但暴露出一些问题，如：电池漏液问题，电池的爆炸问题等。另外，消费者对碱性电池的要求也越来越高，例如：要求电池放电性能不断提高，要求电池价格降低等等。

对于碱性电池的漏液问题，各电池厂家情况都不同，好的厂家在电池保质期内是不会出现漏液的。虽然漏液不会对消费者造成大的伤害，但会影响消费者的再次购买。在一些特殊场合下电池漏液是充许的，如电池不正确安装、电池充电、新旧电池混合使用，但是在任何条件下电池是不应该发生爆炸的。正常情况下碱性电池的密封圈上都有防爆阀，对于防爆阀的形状和位置各厂家也不一定相同，但是防爆阀是密封圈最薄弱的地方。之所以碱性电池要有防爆阀是为了防止有些消费者不正确的使用电池，会使电池内部压力增大，这时电池密封圈上的防爆阀就会 首先被冲破，电池内部气体得到释放，从而避免电池发生爆炸。

由于电池漏液发生的概率远大于爆炸，因而有些厂家更多关注电池的漏液问题，电池密封圈设计时没有加上防爆阀，或者防爆阀设计不合理，在防爆阀需要打开时，而没有正常打开。这样的电池耐漏液性能好了，但是防爆性能没有保障。有些厂家有关注电池的防爆性，但是可能电池的耐漏液性能又很差。

因此针对碱性电池的上述问题和消费者的需求，需要一种能够提高的防漏液性能和防爆性能的碱性电池。

发明内容

本发明提供了一种碱性电池密封圈，所述密封圈位于电池底盖、中心柱和电池壳体之间，用于封闭碱性电池，所述中心柱位于密封圈的中心位置，所述密封圈上布置有防爆阀；所述防爆阀为密封圈上沿中心柱方向的薄弱沟槽，所述薄弱沟槽开口于密封圈靠近电池底盖的一侧；所述防爆阀均匀或非均匀地布置在密封圈上；所述薄弱沟槽的形状是“一”字形或“V”字形或“U”字形或“Y”字形。

优选地，所述薄弱沟槽横为切面形状为“V”形或“U”形的盲孔。

优选地，所述防爆阀的数目为1-5。

更优选地，所述防爆阀的数目为2-5。

优选地，所述密封圈在无薄弱沟槽位置的厚度范围为0.3mm-1.0mm，在有薄弱沟槽位置的厚度为0.05-0.25mm。

更优选地，所述密封圈在无薄弱沟槽位置的厚度范围为0.4mm-0.8mm，在有薄弱沟槽位置的厚度为0.05-0.15mm。

优选地，所述密封圈的注塑材料选自：尼龙66、尼龙610、尼龙612或PP。

优选地，所述密封圈的注塑温度为200-320℃

优选地，所述密封圈位于电池底盖和电池壳体之间，用于封闭碱性电池，所述负极封口体还包括电池壳体的开口部、电池负极端、负极集流体。

优选地，所述密封圈位于电池底盖和电池壳体之间，用于封闭碱性 电池，所述碱性电池还包括：电池底盖、电池钢壳、电池隔离层、电池负极集流体、电池正极、电池负极、电解液。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1为现有技术中的碱性电池的结构示意图；

图2(a)为现有技术中电池负极封口体的剖面图；

图2(b)为图2(a)中的密封圈及防爆阀所受的应力示意图；

图2(c)为现有技术中电池密封圈的俯视图；

图2(d)为现有技术中电池密封圈的仰视图；

图3(a)为本发明的碱性电池负极封口体的剖面图；

图3(b)为本发明的碱性电池密封圈的一个具体实施例的俯视图；

图3(c)为本发明的碱性电池密封圈的一个具体实施例的仰视图。

图4为本发明第一实施例的密封圈的俯视图。

图5为本发明第二实施例的密封圈的俯视图。

图6为本发明第三实施例的密封圈的俯视图。

图7为本发明第四实施例的密封圈的俯视图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

碱性电池的壳体在封口前，开口部外径都比电池其它部位大，电池密封圈又比电池开口部的内径稍大，这样密封圈插入电池壳体的开口部就不会弹出，之后对电池进行卷边，把电池开口部边缘的向电池壳体中 心折弯，被折弯的开口部边缘壳体把电池密封圈固定在电池里面。卷边后的电池下一道工序是拉伸，由于电池开口部的外径大于电池外径，通过拉伸把电池开口部缩小到与电池外径一样大，密封圈的外径大于电池内径，所以拉伸后密封圈受到压缩从而实现对电池的密封。目前各大电池厂家的碱性电池生产线生产碱性电池的速度都很快，通常是300只/分钟-700只/分钟，那么每个电池实现拉伸的过程是很短的，只需要1秒到2秒的时间就能完成，密封圈在拉伸过程受到的一定的冲击力。很多厂家的密封圈的防爆阀位于电池中心柱的外圈，当电池拉伸时密封圈受力变形，密封于中心柱外圈的防爆阀也相应受到一定的冲击力，这个冲击力会使密封圈的防爆阀受损，损伤的程度大，电池生产出来很容易就出现漏液情况，损伤程度小，可能电池贮存一段时间后才出现漏液。另外，由于电池封口后密封圈受到一定压缩，压缩的密封会使防爆阀受到一定的应力，电池在贮存过程中，一直受到应力的防爆阀更容易因老化而断裂，从而使电池发生电解液从防爆阀断裂位置泄漏。

碱性电池的电解液是强碱性水溶液，碱性电池的密封圈主要是PP(polypropylene聚丙烯)和尼龙66、尼龙610、尼龙1010。由于碱性电池原材料不完全纯净，电池钢壳电镀层不够致密，此外，生产的环境也会引入一些杂质，这些杂质主要是铁、铜、镍、钼等，氢气容易在这些杂质表面析出，从而使电池内的气压增加。另外，这些杂质还会和电池正极和负极的活性物组成一个微电池，也会生成氢气。不同的电池厂家生产的碱性电池内部生成的气量不一样，好的厂家，原材料纯度经过严格控制，生产过程严格把关，电池内产生的气量会小很多，但不可能杜绝。由于碱性电池内部不可避免地会生成气体，电池内部的压力会大于大气压力，电池的密封圈，时刻承受一个向外的应力；此外，密封圈防爆阀还受到电池拉伸后电池变形受到的应力，损伤密封圈防爆阀会加速老化，当密封圈不能承受电池内部压力后，密封圈就会破开，电池内部气体和电池的电解液就会从电池内释放出来，这样电池就出现漏液。另一方面，密封圈材料尼龙和PP在强碱性条件下也会缓慢地发生反应，使材料的强度变弱变脆，再加上电池内的气体压力比较大和密封圈防爆阀还受到电池拉申后密封圈变形受到的应力和损伤，电池就更容量出现漏液。

本发明通过大量试验，对密封圈结构进行了重新设计，避免密封圈防爆阀在拉伸过程受到损伤以及电池拉伸后防爆阀不会受到密封圈变形产生的应力，从而提高碱性电池的防漏液性能。

现有技术中的碱性电池结构如图1所示，主要包括：(1)电池底盖101，即电池的负极端。用于和外部用电器相连接，导通电池内部电子；(2)电池密封圈102，位于电池底盖和电池壳体之间，用于密封电池，防止电池内部强碱性电解液液漏出，同时起到绝缘作用，防止电池正极和负极短路。(3)电池壳体103，即电池的容器兼电池的正极端。(4)电池隔离层104，用于隔离电池正极和负极的活性物，防止电池内部短路。(5)电池负极集流体105，用于收集电池负极产生的电子，并把收集的电子导通电池的负极端。(6)电池正极106，主要是电池的正极活性物质和导电材料，活性物质主要是Mn0₂、NiOOH、AgO或者是上述氧化物的混合物。(7)电池负极107，主要是负极活性物质、粘结剂、保液剂和KOH电解液。负极活性物主要是合金锌粉，和锌形成合金的物质有铟、铋、铝、钙等元素中的一种或几种。(8)电解液。电解液分布在电池的正极、负极和电池的隔离层中，在电池内部起到离子导电作用，主要物质是浓度是29％到40％KOH水溶液，同时含有少量的防止锌粉腐蚀的缓蚀剂。

现有技术中，碱性电池负极封口体的结构如图2(a)所示，图2(a)为现有技术中电池负极封口体的剖面图，碱性电池负极封口体包括：电池壳体的开口部201、电池负极端202、密封圈203、中心柱204、负极集流体205、防爆阀206。其中，中心柱204位于密封圈的中心部位，防爆阀206位于紧挨着中心柱的外圈。图2(b)为图2(a)中密封圈及防爆阀所受的应力示意图，从图2(b)中可以看到，在电池密封的过程中首先会对电池开口部边缘进行卷边，密封圈203便会受到a方向压缩的力。卷边之后的下一道工序是拉伸，由于电池开口部的外径大于电池外径，通过拉伸把电池开口部缩小到与电池外径一样大，在上述过程中，防爆阀206会受到向下(b方向)或向上(c方向)的应力。图2(c)为现有技术中电池密封圈的俯视图；图2(d)为现有技术中电池密封圈的仰视图，其中d位置为防爆阀的位置。由图2(a)-图2(d)可知，现 有技术中碱性电池的防爆阀的开口部位于远离电池负极端的一侧。

本发明的一个具体实施例的碱性电池负极封口体的剖面图如图3(a)所示，包括：电池底盖301、密封圈302、中心柱303、负极集流体304、防爆阀305、电池壳体的开口部306。密封圈302位于电池底盖301、中心柱303和电池壳体的开口部306之间，用于封闭碱性电池，中心柱303位于密封圈302的中心位置。密封圈的注塑材料为：尼龙66、尼龙610、尼龙612或PP。密封圈302上布置有防爆阀305。密封圈302的厚度为0.3mm-1.0mm，优选0.4mm-0.8mm。防爆阀305为密封圈302上沿中心柱303方向的薄弱沟槽，本实施例中防爆阀为开口“V”字形的薄弱沟槽(如图3(b)所示)，开口于密封圈302靠近电池底盖301的一侧。防爆阀305的数量为至少一个，优选2-5个，可以均匀或非均匀地布置在密封圈302上。薄弱沟槽的形状还可以是“一”字形或“U”字形或“Y”字形。薄弱沟槽横切面形状为“V”形或“U”形的盲孔，厚度范围为0.05-0.25mm，优选0.05-0.15mm。图3(b)为图3(a)中密封圈的俯视图。图3(c)为图3(a)中密封圈的仰视图。由图3(b)、3(c)可知，本发明的碱性电池密封圈的防爆阀开口于靠近电池负极端(电池底盖)的一侧，这与现有技术的防爆阀的位置是相反的。

以下由具体实施例来说明本发明的碱性电池密封圈的位置结构。

实施例1

本实施例中电池密封圈材料选用尼龙66，注塑温度控制为200-320℃。密封圈防爆阀采用一条“|”形状防爆阀密封圈，防爆阀的厚度为0.1mm。用该密封圈组装成LR6电池，电池编为1#。图4为本发明第一实施例的密封圈的俯视图。

实施例2

本实施例中电池密封圈材料选用尼龙66，注塑温度控制为200-320℃。密封圈防爆阀采用两条“|”形状防爆阀密封圈，防爆阀的厚度为0.1mm。用该密封圈组装成LR6电池，电池编为2#。图5为本发明第二实施例的密封圈的俯视图。

实施例3

本实施例中电池密封圈材料选用尼龙66，注塑温度控制为 200-320℃。密封圈防爆阀采用三条“|”形状防爆阀密封圈，防爆阀的厚度为0.1mm。用该密封圈组装成LR6电池，电池编为3#。图6为本发明第三实施例的密封圈的俯视图。

实施例4

本实施例中电池密封圈材料选用尼龙66，注塑温度控制为200-320℃。密封圈防爆阀采用四条“|”形状防爆阀密封圈，防爆阀的厚度为0.1mm。用该密封圈组装成LR6电池，电池编为4#。图7为本发明第四实施例的密封圈的俯视图。

实施例5

本实施例中电池密封圈材料选用尼龙66，注塑温度控制为200-320℃。密封圈防爆阀采用两个“V”字形结构的防爆阀密封圈，防爆阀的厚度为0.1mm。用该密封圈组装成LR6电池，电池编为6#。图3(b)为本发明第五实施例的密封圈的俯视图。其中“V”字形结构的开口角度范围为20-150度，优选为45-90度。

实施例6

本实施例中电池密封圈材料选用尼龙66，注塑温度控制为200-320℃。密封圈防爆阀采用老的密封圈结构，防爆阀结构是“○”形，防爆阀位于紧挨着密封圈中心柱的外围，防爆阀的厚度为0.1mm。用该密封圈组装成LR6电池，电池编为6#。图2(d)为本发明第六实施例的密封圈的仰视图。

取100只各实施例电池，将电池放置在60℃，90％湿度的烘箱中进行考核，记录漏液电池的数量和时间。

从电池存储条件为60℃，90％湿度的条件下进行试验，考核结果可以看出：采用新设计的密封圈(实施例1-5)改变了原有密封圈防爆阀的结构和位置，防爆阀位置朝密封圈中心的方向，并分布在密封圈中心和密封圈边缘之间，电池封口和拉伸时的冲击力就不会对防爆阀造成损伤，电池封口完成后密封圈受到压缩，压缩的密封圈会产生应力，该应力对防爆阀的作用也是降到最低，因此新结构的密封圈能够很好地保护密封圈的防爆阀，能延长防爆阀的老化时间，能有效提高电池贮存期的耐漏液性能。电池60℃，90％湿度，考核40天，采用1#-5#新结构的密封圈没有出现漏液电池，而采用老结构密封圈的电池却有18只出现漏液。60天，1#-5#电池的漏液率都在3％以内，而采用老结构的密封圈的电池漏液率达到了45％，远高于新结构的密封圈。所以新结构的密封圈能有效提高电池贮存期的耐漏液性能，从而使电池防漏液性能提高40％以上。新密封圈用于其它的碱性电池如LR20、LR4、LR03等也有同等效果。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种碱性电池密封圈，所述密封圈位于电池底盖、中心柱和电池壳体之间，用于封闭碱性电池，所述中心柱位于密封圈的中心位置，所述密封圈上布置有防爆阀；

所述防爆阀为密封圈上沿中心柱的径向方向的水平薄弱沟槽，所述薄弱沟槽开口于密封圈靠近电池底盖的一侧；

所述防爆阀均匀或非均匀地布置在密封圈上；

所述薄弱沟槽的形状是“一”字形或“V”字形或“U”字形或“Y”字形，

其中，当所述密封圈在无薄弱沟槽位置的厚度范围为0.4mm-0.8mm，则在有薄弱沟槽位置的厚度为0.05-0.15mm。

2.如权利要求1所述的电池密封圈，所述薄弱沟槽横切面形状为“V”形或“U”形的盲孔。

3.如权利要求1所述的电池密封圈，所述防爆阀的数目为1-5。

4.如权利要求3所述的电池密封圈，所述防爆阀的数目为2-5。

5.如权利要求1所述的电池密封圈，所述密封圈的注塑材料选自：尼龙66、尼龙610、尼龙612或PP。

6.如权利要求1所述的电池密封圈，所述密封圈的注塑温度为200-320℃。

7.一种包含如权利要求1所述的电池密封圈的负极封口体，所述密封圈位于电池底盖和电池壳体之间，用于封闭碱性电池，所述负极封口体还包括电池壳体的开口部、电池负极端、负极集流体。

8.一种包含如权利要求1所述的电池密封圈的碱性电池，所述密封圈位于电池底盖和电池壳体之间，用于封闭碱性电池，所述碱性电池还包括：电池底盖、电池钢壳、电池隔离层、电池负极集流体、电池正极、电池负极、电解液。