专利名称：用于微型原电池的衬垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于微型原电池的衬垫，它包括一个平的电极，还涉及包括该衬垫的原电池，并涉及使用该衬垫密封原电池的方法。更具体地说，本发明涉及有一个加肋的部分的衬垫，此加肋的部分的功能是在组装电池的过程中或电池组装之后对于平的电极的中心区域起保持装置作用，从而减少了在电极的中心区域任何可能的变弯。
电子装置的微型化产生了对于小的但是功率强的电化学电池的需求。已经知道采用碱性电解液的电池可以提供高的每单位体积的能量密度，并因此很好地适宜于在小型电子装置比如照相机、助听器、手表和计算器中的应用。
然而，碱性电解液比如含水的氢氧化钾和氢氧化钠溶液有对潮湿的金属表面的亲合力，且已经知道会穿过电化学电池的密封金属表面渗漏。这种方式的泄漏可能使电解液由电池中流空，也可能在电池的表面上造成腐蚀性的沉积物，这损害电池的外观和市场销路。这些腐蚀性的盐也可能损坏将电池装于其中的装置。遇到这种问题的的典型的电池系统包括氧化银-锌电池、镍-镉电池，空气去极化电池以及碱性氧化镁电池。
在先有技术中，传统的方式是在电池的杯状件与电池罐之间设置绝缘的衬垫，从而对电池提供密封。一般说来，该衬垫必须由一种电绝缘的材料制成，并且该材料对于电池中所包含的电解液和电池的环境是惰性的。此外，此材料必须是柔性的，并在密封的压力下可以抵抗冷流动，并且，必须保持这些特点，从而确保长时间储存的适当的密封性。已经发现，比如尼龙、聚乙烯、乙烯-四氟乙烯的共聚物和高密度聚乙烯等材料适用作大多数应用的衬垫材料。
典型地，绝缘的衬垫是环形的，在截面上的形状为包括一个“U”形部分的“J”形构形，电池的杯状件的延伸壁可以插进该构形中，从而通过在径向上挤压电池罐的边缘，使该衬垫的底部形成与杯状件的内壁的底部的密封。该衬垫通常在电池罐的内壁的整个高度上延伸。为了更好地确保好的密封，通常把一种密封剂施加到该衬垫上，包括施加到衬垫的内部的“U”形部分上，使得通过把杯状件插进该衬垫中，把杯状件的延伸壁的边缘座放在密封剂中，并因此通过进行径向的挤压，在杯状件与罐之间形成良好的密封。
在传统的钮扣型锌-空气电池中，正的空气电极是平的。可以如下地制作平的正电极把包括氧化镁的催化剂、活性碳和导电的乙炔炭黑混合，并进一步添加聚四氟乙烯(PTFE)。随后，把混合物加到一个金属屏上并干燥。在使用作为密封件的有一个水平的基底的一个传统的“J”形衬垫把空气电极组装进电池的外壳中的过程中，通常把衬垫的基底在它的周边区域压缩在平的、圆盘形的正电极上。
锌-空气电池的正电极典型地是一个薄的可变形的空气电极，它包含一个屏，该屏比正电极混合物要刚硬些。因为空气电极的屏比正电极混合物要刚硬些，所以，当杯状件的外壁的边缘通过衬垫在它的周边区域压缩该电极时，空气电极的中心区域会向里面变弯，而不是塑性变形，结果把电极混合物向里面压缩和挤压。
电极变弯对空气电池的性能有明显的影响。现已经观察到，放电的锌负极通常不能使这种变弯改过来。当负电极放电时，它首先对着空气电极放电。这产生氧化锌的一个硬层，它将不随其余负电极的放电一起运动。结果，电池的一部分空的空间不能供使用，造成电池过早没电，并导致较低的电容量。还有，空气电极的变弯对空气电池的性能是有害的，这是因为它不仅减小了活性部件可用的内部体积，而且还会使空气电极分离成层。
因此，希望能够降低或消除与在微型原电池比如在空气-锌电池中出现的电极变弯有关的问题。也希望提供一种原电池，它没有至今与微型原电池有关的由于电极变弯产生的缺点。还有，可能希望提供一种密封原电池的方法，以便形成没有这些缺点的电池。
我们发现，可以通过使用一种改进的用于密封电池的衬垫减少或解决这些至今与微型原电池有关的问题。
因此，在第一方面，本发明提供了用于原电池的一种绝缘的衬垫，它适用于抵靠电池内一个平的电极的周边区域设置，该衬垫包括一个加肋的部分，此部分在衬垫的相对的部段之间伸展，其中，加肋的部分有效地防止或减少在该电池组装过程中或组装之后平的电极的中心区域的变弯。
在第二方面，本发明提供了一种原电池，它包括一个平的电极和抵靠平的电极的周边区域设置的一个绝缘的衬垫，其特征在于，该衬垫包括一个加肋的部分，此部分在衬垫的相对的部段之间伸展，该加肋的部分有效地防止或减少平的电极的中心区域的变弯。
在第三方面，本发明提供了密封有平的电极和两部分外壳的原电池的方法，它包括如下步骤把一个绝缘的衬垫抵靠平的电极的周边区域设置，并在外壳的两部分之间压缩该衬垫，形成绝缘的密封，其中，该衬垫包括一个加肋的部分，此部分在衬垫的相对的部段之间伸展，加肋的部分有效地防止或减少在该电池组装过程中或组装之后平的电极的中心区域的变弯。
按照本发明的加肋的衬垫的一个优点是，减少在组装过程中在微型原电池的平的正电极部件中遇到的任何变弯。
另一个优点是，按照本发明的加肋的衬垫容易制作，生产起来是成本有效的，并可以容易地组装进微型原电池中。
又一个优点是，按照本发明的加肋的衬垫使得电池的容量可以增加，实现这一点是通过，减少在组装过程中正电极件的向里变弯的程度，并因此增加了对于活性的负电极部件可供使用的空间。
还有，按照本发明的加肋的衬垫的一个优点是，可以减少电极的变弯以及与这种变弯有关的问题，而不需要改变其它电池部件，从而容许把此衬垫组装进在其它方面使用传统部件的电池中。
在本发明的第二方面的一个实施例中，提供有一种原电池，它有一个第一电极，此电极有一个周边区域和一个中心区域；一个极性相反的第二电极；在电极之间的一个分开装置和一种电解液；所有这些被包含在一个两部分的导电外壳内，该外壳的一部分为一个罐，该罐在电路上连接到第一电极上，而该外壳的另一部分为一个杯状件，该杆状件在电路上连接到第二电极上。在罐与杯状件之间为一个绝缘的衬垫，它有一个基底件，此基底件的外壁与内壁间隔开，从而形成了一个“U”形的凹槽。该衬垫也有一个加肋的部分，此部分包括至少一个刚硬的肋，由在衬垫的内壁处的基底的一部段横截着伸展到相对的一部段。在组装电池的过程中，把杯状件的打开端的边缘设置在衬垫的凹槽内，并把该边缘压进该衬垫的凹槽中。对着第一电极的周边区域该衬垫的基底施压，且衬垫的肋支撑着第一电极的中心区域，从而减少在中心区域的任何变弯。
在本发明的第三方面的一个实施例中，提供有一种密封一个原电池的方法，使得把一个电池的第一电极、第二电极和电解液组装进一个两部分的导电外壳中，其中一部分是一个罐，而另一部分是一个杯状件，该方法包括如下步骤a)制备一个导电的杯状件，它有一个周边壁；b)制备一个导电的罐，它有一个周边壁，并把第一电极放在该罐中；c)制备一个绝缘的衬垫，它有一个基底件，此基底件有与向上直立的外壁间隔开的一个向上直立的内壁，从而形成了一个“U”形的凹槽，该基底件还在内壁上有第一部段，在内壁上有与第一部段相对的第二部段，和一个加肋的部分，此加肋的部分包括至少一个绝缘的肋，该肋由第一部段向里伸展到第二部段；d)把杯状件的壁的边缘放置在衬垫的凹槽内，并把第二电极和电解液放在杯状件内；e)把步骤d)的杯状件组装在步骤b)的罐内，以杯状件的周边壁的边缘对衬垫的基底件施压，以基底件对第一电极的周边区域施压，并且，衬垫的肋部在第一电极的中心区域上提供一个保持力，从而有效地减少第一电极在它的中心区域的任何变弯；以及f)把罐的边缘压进衬垫的外壁中，通过该衬垫把罐有效地密封到杯状件上，从而使杯状件与罐在电路上绝缘。
在这里使用的“相对的部段”这个词意谓着在衬垫的基底件的内壁上与第一部段不同的任何部段，比如(1)直接与第一段相对的或在径向上相对的第二部段；或者(2)与衬垫的中心轴线偏置地设置的第二部段。
衬垫的加肋的部分是试图提供一个保持力，来克服平的正电极的变弯，从而减少在电池的组装过程中或在组装之后正电极的变弯。这样，在这里使用的“平的电极”这个词是指一般是平面的电极，和比如会变弯或能够变弯或可变形的电极。
衬垫的加肋的部分应该足够地刚硬，使得与没有加肋部分的相同的电极的变弯相比，它可以限制并减少平的电极的中心区域的变弯。
因此，衬垫的加肋的部分可以有例如设置成通过中心轴线或由该衬垫的基底件的中心轴线偏置的单一的肋，两个或更多的肋设置成通过该衬垫的基底件的中心轴线并间隔开相等的或不相等的角度间隔，或者两个或更多的肋设置在部段之间，使它们由该衬垫的基底件的中心轴线偏置。按照本发明，肋的其它设置是可能的，提供足够刚硬的加肋的部分，使得作为平的电极的一个有效的保持装置，从而减少在它的中心区域的变弯。
衬垫的加肋的部分可以由任何适当的刚硬的电绝缘的材料制成，最好把它与衬垫的其余部分模塑成一个整体的结构。另外，可以把衬垫的加肋的部分做成与衬垫的单独部件，并设置在衬垫的基底的下面，或紧固到衬垫的基底件的内壁的底部的向面部分上。如果被做成一个单独的部件，加肋的部分可以由与衬垫的其余部分不同的材料或相同的材料制成。
因为衬垫的加肋的部分是一个绝缘件，肋覆盖正电极的区域应该足够地小，使得将不会明显地干扰电池的使用，或降低电池的运行能力。
按照本发明的衬垫可以由任何适当的材料制成，要考虑到在电解液存在条件下它的稳定性、它的回弹能力和它抵抗冷流动的能力。适用的高聚物材料包括例如尼龙、聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯、氯三氟乙烯、全氟-烷氧基高聚物、聚乙烯类高聚物、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。对于熟悉技术的人来说，其它的适用材料将是明显的。对于某些应用，可能要与本发明的加肋的衬垫结合起来采取附加的预防措施，以便提供更有效的密封，例如用一种密封剂比如油脂的聚酰胺树脂或沥青涂布该衬垫的所选择的区域。
如上所述，为了减少在微型原电池中正电极的变弯，本发明的加肋的衬垫设有一个加肋的中心部分，它将增强平的电极的中心区域，从而减少该正电极的中心区域的任何变弯。
最好，加肋的部分有至少两个设置成直角的肋。也是可取的是，加肋的部分有与衬垫的其余部分成为一个整体的结构，正如可以采用传统的模塑技术方便地生产那样。
虽然在这里参考着圆形的微型电池描述了本发明，但是，将会认识到，按照本发明，电池可以为任何适当的形状，包括卵形、椭球形或椭圆形，并且，衬垫和它的加肋的部分将按照该形状成形。
本发明可以在其中使用的典型的电池系统包括碱性氧化镁电池、诸如锌-空气电池的空气去极化电池、镍-镉电池和氧化银-锌电池。
用于按照本发明的原电池的杯状件和罐可以采用传统的材料和技术制成。例如，杯状件可以为由镍、不锈钢和铜制成的三层复合结构，其中，已经把一层铜层压到镍覆盖的钢窄条的裸露的侧面上。可以制成杯状件的其它的层压材料包括铜在不锈钢基底上的双层层压制品，或比三层多的层压制品。
罐应该由一种导电材料制成，当与电池的材料接触时，此材料将不会腐蚀或退化。适用的导电材料包括例如不锈钢、铁、镍或镀镍的钢。
负电极混合物可以包括例如锌颗粒、电解液和有机粘接剂的混合物。
现参考附图将会进一步理解本发明，在附图中
图1为按照本发明的一个加肋的衬垫的剖面图；图2为图1中所示的加肋的衬垫的一个实施例的顶视图；图3为按照本发明的加肋的衬垫的另一实施例的顶视图；图4为按照本发明的加肋的衬垫的又一实施例的顶视图；图5为按照本发明的加肋的衬垫的又一实施例的顶视图；图6为在一个低型面罐中的空气电极的剖面图；图7为一个杯状件的剖面图，该杯状件包含一个负电极和紧固到该杯状件的外壁上的一个按照本发明的加肋的衬垫；图8为图6所示的罐的剖面图，已经把它颠倒，并随后放在图7所示的杯状件的打开端部上，该杯状件包含负电极和按照本发明的加肋的衬垫；图9为图8所示的电池的剖面图，在该电池中罐的壁已经被卷边，为了提供密封的电池；图10为包括按照本发明的加肋的衬垫的锌-空气电池的剖面图；以及图11为先有技术的锌-空气电池的剖面图。
图1和2示出了一个加肋的衬垫1，它有一个外壁3、一个基底5和一个内壁7。外壁3和内壁7形成一个凹槽9。作为该衬垫的“J”形的圆形型线的一部分模塑出一对分离开的刚硬肋11。以90度直角设置此刚硬的肋。
图3示出了一个加肋的衬垫31，它有一个外壁33、一个基底35和一个内壁37。示出了作为一个“J”形的圆形衬垫31的一部分模塑出三个刚硬的肋31。这些肋39以60度的间隔分离开。
图4示出了一个加肋的衬垫41，它有一个外壁43、一个基底45和一个内壁47。示出了作为一个“J”形的圆形型线一部分模塑出两个刚硬的肋49。把这些肋49设置成使得每个肋49平行于另一个肋对齐。
图5示出了一个加肋的衬垫51，它有一个外壁53、一个基底55和一个内壁57。示出了作为一个“J”形的圆形型线的一部分模塑出四个刚硬的肋59。把这些肋59设置成使得它们不与该衬垫51的中心轴线相交。
图6示出一个罐2，它包括一个基底10，此基底有周边上向上直立的壁12，在基底10中有一个开孔14，容许空气进入。该罐2有成为图案的内部被模压的部段6，以提供一个确定的间隙，用来使空气横截着设置在罐2内的电极8的表面均匀地分布。把一个电极组件紧固在该罐2内，该电极组件包含一个薄膜4、聚四氟乙烯层16和包含一个金属屏的电极8。
图7示出了一个杯状件20，它带有一个负电极混合物22，把此混合物放置在该杯状件20并与之形成电接触。把如图1中所示的电绝缘材料的加肋的衬垫1设置在杯状件20的周边壁26的外表面上，并使该衬垫伸展在衬垫1的凹槽18内的壁26的边缘28上。示出了将被加肋的部分11模塑成与衬垫1为一体的单元。
图8示出了如图6中所示的罐2，但是把它颠倒过来，包含一个插进的如图7所示的电极组件。杯状件20与衬垫1预先组装在一起，并包含负电极22。杯状件20的壁的边缘28设置在衬垫1的凹槽18内，并对着电极8向衬垫1的基底施加作用力。
图9示出了图8所示的组件，其中已经把罐2的边缘或凸缘30向里卷边，在杯状件20与罐2之间对电绝缘的衬垫1施压，从而形成罐2与杯状件20之间的密封和电绝缘层。
图10示出了按照本发明的一个锌-空气电池。罐2与电极8电接触，杯状件20与电极22电接触，因此，电池的终端为相对的端部。
图11示出了先有技术的锌-空气电池(采用与图10中相同的部件)，此图示出了使用传统的衬垫42在它的中心区域空气电极8的变弯40。
权利要求
1．一种用于原电池的绝缘的衬垫，它适宜于抵靠在电池内的一个平的电极的周边区域设置，该衬垫包括一个加肋的部分，此部分在衬垫的相对的部段之间伸展，其特征在于，加肋的部分有效地防止或减少在该电池组装过程中或组装之后平的电极的中心区域的变弯。
2．按照权利要求1中所述的衬垫，其特征在于，加肋的部分为一个与衬垫成一体的部分。
3．按照权利要求1中所述的衬垫，其特征在于，加肋的部分是衬垫的一个单独的部分。
4．按照任何上述权利要求中所述的衬垫，其特征在于，加肋的部分包括分开90度设置的两个相交的肋；分开60度设置的三个相交的肋；或两个或多个不相交的肋。
5．按照任何上述权利要求中所述的衬垫，其特征在于，衬垫由一种材料制成，此材料由下述材料中挑选尼龙、聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯、氯三氟乙烯、全氟-烷氧基高聚物、聚乙烯类高聚物、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯，最好为尼龙。
6．一种原电池，它包括一个平的电极和设置在平的电极的周边区域上的一个绝缘的衬垫，其特征在于，该衬垫包括一个加肋的部分，此部分在衬垫的相对的部段之间伸展，加肋的部分有效地防止或减少在该电池组装过程中或组装之后平的电极的中心区域的变弯。
7．按照权利要求6中所述的原电池，其包括a)一个平的第一电极，它有一个周边区域、一个中心区域和一种极性；b)极性相反的第二电极；c)在第一电极与第二电极之间的一个分开装置；d)一种电解液；e)包含第一电极、第二电极、分开装置和电解液的两部分的导电外壳，该外壳的第一部分为一个罐，它的壁有形成一个开孔的边缘，该罐在电路上连接到第一电极上，该外壳的第二部分为一个杯状件，它的壁有形成一个开孔的边缘，该杯形件在电路上连接到第二电极上；以及f)一个绝缘的衬垫，它包括一个基底件，此基底件的外壁与内壁分隔开，从而形成了一个“U”形的凹槽，基座件还在内壁上有第一部段，在内壁上有与第一部段相对的第二部段，和一个加肋的部分，此部分包括至少一个绝缘的刚硬的肋，其由第一部段向内伸展到第二部段；其特征在于，杯状件的打开端的边缘设置在衬垫的凹槽内，并被压进该凹槽中，对着第一电极的周边区域向基底件施压，肋是对于第一电极的中心区域的一个支撑件，从而有效地减少了在中心区域的任何变弯。
8．按照权利要求6或7中所述的原电池，其特征在于，平的电极为正电极。
9．按照权利要求8中所述的原电池，其特征在于，正电极为一个空气电极。
10．按照权利要求9中所述的原电池，其特征在于，负电极包括锌。
11．一种密封有平的电极和两部分外壳的原电池的方法，它包括如下步骤把一个绝缘的衬垫抵靠平的电极的周边区域设置，并在外壳的两部分之间对该衬垫施压，形成绝缘的密封，其特征在于，该衬垫包括一个加肋的部分，此部分在衬垫的相对的部段之间伸展，加肋的部分有效地防止或减少在该电池组装过程中或组装之后平的电极的中心区域的变弯。
12．按照权利要求11中所述的方法，其包括如下步骤a)制备一个导电的杯状件，它的周边壁带有形成一个开孔的边缘；b)制备一个导电的罐，它的周边壁有形成一个开孔的边缘，并把有周边区域和中心区域的第一电极放在该罐中；c)制备一个绝缘的衬垫，它包括一个基底件，此基底件有与向上直立的外壁分隔开的一个向上直立的内壁，从而形成了一个“U”形的凹槽，基座底件还在内壁上有第一部段，在内壁上有与第一部段相对的第二部段，和一个加肋的部分，此部分包括至少一个绝缘的刚硬的肋，由第一部段向里伸展到第二部段；d)把杯状件的壁的边缘放置在衬垫的凹槽内，并把第二电极和电解液放在杯状件内；e)把步骤d)的杯状件组装在步骤b)的罐内，对着杯状件的周边壁的边缘向衬垫的基底件施压，以基座件压靠着第一电极的周边区域，并且，衬垫的加肋部分在第一电极的中心区域提供抵抗作用力，从而有效地减少了第一电极在它的中心区域变弯；以及f)把罐的边缘压进衬垫的外壁中，通过该衬垫把罐有效地密封到杯状件上，从而使杯状件与罐在电路上绝缘。
13．按照权利要求12中所述的方法，其特征在于，第一电极是正电极，而第二电极是负电极。
14．按照权利要求13中所述的方法，其特征在于，正电极是一个空气电极。
全文摘要
一种绝缘的衬垫(1),用于原电池,它适宜于设置在该电池内一个平的电极的周边区域上,该衬垫包括一个加肋的部分(11),该部分在衬垫的相对的部段之间伸展。加肋的部分(11)的功能是作为一个保持装置,防止或减少在该电池组装过程中或组装之后平的电极的中心区域的变弯。还提供一种原电池,例如一种空气去极化电池,它包括此种衬垫,并提供采用此种衬垫的密封原电池的方法。
文档编号H01M2/08GK1284205SQ98813421
公开日2001年2月14日 申请日期1998年11月24日 优先权日1997年12月1日
发明者R·A·格茨 申请人:永备电池有限公司