专利名称：压实材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成压实盘的方法，比如通过将阴极材料压实成盘形状。本发明涉及一种改进的将材料压实成盘形状的方法。
背景技术：
一次碱性电化学电池通常具有包含锌活性材料的阳极、碱性电解质、包含二氧化锰活性材料的阴极、以及位于阳极和阴极之间的电解质可渗透的隔离膜，所述隔离膜通常由纤维素或纤维质纤维和聚乙烯醇纤维构成。此类电池可被命名为SVMnO2电池。阴极也可包含替代二氧化锰或与二氧化锰混合的羟基氧化镍(NiOOH)活性材料。此类主要包含羟基氧化镍作为阴极活性材料的电池可被命名为Si/NiOOH电池。碱性电池壳体通常具有圆柱形形状，例如通常可得的为标准电池型号AAAA (42 X 8mm) ,AAA (44X 9mm) ,AA (49 X 12mm)、 C (49 X 25mm)禾口 D (58 X 32mm)型号。在aVMnA电池中，阴极通常包含如下物质的混合物二氧化锰、石墨、通常为含水氢氧化钾的碱性电解质、和任选的少量的粘合剂材料诸如聚乙烯粘合剂。用于阴极的二氧化锰优选为电解二氧化锰(EMD)，其可以通过含硫酸锰和硫酸的电解液的直接电解而制备。 EMD是理想的，这是由于其具有高密度和高纯度。EMD的电导率相当低。在阴极混合物中加入导电材料以提高单独的二氧化锰颗粒之间的导电性。此类导电添加剂也改善二氧化锰颗粒和电池外壳之间的导电性，所述电池外壳也用作阴极集流体。合适的导电添加剂可包括例如导电性碳粉诸如炭黑，包括乙炔黑、薄片状结晶天然石墨、薄片状结晶人造石墨，包括膨胀石墨。石墨诸如片状天然石墨或膨胀石墨的电阻率通常可介于约3Xl(T30hm-Cm和 4Xl(T3ohm-cm 之间。用于圆柱形形状的电池的碱性电池阴极通常被成形为具有中空中心芯的盘的形状。(如本文所用，术语阴极盘也可称作阴极粒料或片料。)所述盘的顶部表面和底部表面为平坦的，其中圆柱形表面位于它们之间。通常将多个盘插入到电池壳体中并且将它们以一个位于另一个上面的方式堆叠起来，例如，如代表性的有关^1ZMnO2电池的美国专利 6，251，539B1和有关Si/NiOOH电池的U. S 7，273，680B2中所示。盘的中空中心芯由沿盘的中心纵向轴线延伸的阴极盘内表面限定。阴极盘的内表面通常为圆柱形形状，但也可为其他规则或不规则的曲线形状，例如，如美国专利6，514，637B2中所示的形状。在将阴极盘插入到电池壳体中之后，插入分隔体膜片以衬垫阴极盘的内表面，即衬垫盘的中空芯。然后提供通常呈胶凝锌浆液形式的锌阳极材料以填充阴极的中空芯。例如，锌颗粒可与常规的胶凝剂诸如羧甲基纤维素钠或丙烯酸共聚物的钠盐和通常为含水氢氧化钾的碱性电解质混合。胶凝剂起到让锌粒悬浮并使它们保持相互接触的作用。因此，填充过的电池具有与壳体外壳电接触的阴极。通常将细长集流体插入到阳极材料中。细长集流体与端帽组件(与电池壳体绝缘)电接触。端帽组件被卷曲到电池壳体上以闭合电池，如例如上文引用的参考文献 U. S. 6，251，539 和 U. S 7，273，680 中所示。阴极盘通过如下方式来制造将阴极混合物插入到模腔中并且启动冲杆组合件以压缩阴极混合物(当其位于模腔中时)。阴极混合物可在上冲杆(第一冲杆)和下冲杆(第二冲杆)之间被压实，所述上冲杆和下冲杆形成冲杆组合件的一部分。在压实过程中，上冲杆下压到阴极混合物的表面上，同时下冲杆上移或保持静止。压实阴极盘通过下压杆的作用从模头中排出，所述下压杆上压到盘的底部表面上从而将盘从模头中顶出。与形成此类用于碱性电池的阴极盘相关联的一个长期存在的问题是，当将盘从模头中排出时，趋于在阴极盘和模腔壁及上冲杆之间的小间隙空间中形成阴极材料的毛边。 具体地讲，当上冲杆末端的边缘磨损时，阴极材料的毛边可变得更明显。随着上冲杆末端边缘的磨损，冲杆和模腔壁之间的间隙增加。此类间隙的增加在盘和模腔壁之间产生空隙空间。当压实阴极从模头中排出时，所述空隙空间可导致阴极材料的毛边。此类阴极材料的毛边造成阴极材料的薄网或薄翼连结到并突出于盘的顶部表面和盘的外表面的顶部边缘。作为从成形的阴极盘50的顶部突出的毛边材料55和55a的此类材料网示出于图10中。这导致不平的或不均勻的阴极盘的顶部边缘，因此必须在将盘插入到电池中之前将其除去。此外，当将阴极盘从模头中排出并传送和运送至接纳容器时，此类毛边材料会碎裂。这造成阴极粉尘气氛积聚在压实过程的附近。出于安全防护考虑，工作人员可能需要佩戴防护性呼吸面具。所述粉尘包含磨蚀性阴极材料，所述材料可逐渐积累在冲杆组合件和周边操作设备的表面上，从而造成设备污染。因此，期望改进形成用于碱性电池的阴极盘的方法，以便在盘的形成和压实期间消除或显著地减小连结到阴极盘上的毛边材料的量。期望减少阴极压实过程周围和材料压实气氛中的阴极粉尘的量，从而改善工作环境中的空气质量。
发明内容
本发明涉及一种形成阴极混合物并将其压实为阴极盘的方法，所述阴极盘用于插入到碱性电池的圆柱形壳体中。(阴极盘在本领域中也称作阴极粒料或片料。)形成阴极混合物，所述阴极混合物包含二氧化锰、石墨、通常为含水氢氧化钾的碱性电解质、和任选的少量的粘合剂材料诸如聚乙烯粘合剂。阴极混合物也可包含替代二氧化锰或与二氧化锰混合的羟基氧化镍(NiOOH)活性材料。将阴极混合物插入到延伸穿过模头的细长腔体(模腔)中。(如本文所用，术语“模头”等同于其中具有腔体的外壳)。模头优选地由陶瓷材料构成。当阴极混合物位于模腔中时，利用冲杆组合件来将阴极混合物压缩成盘形状。冲杆组合件包含上冲杆(第一冲杆)、下冲杆(第二冲杆)和芯棒，它们均可独立地以所期望的同步步骤被移动。上冲杆、下冲杆和芯棒为细长的通常圆柱形形状的构件，它们由钢构成， 优选地由高碳工具钢构成。上冲杆、下冲杆和模腔通常具有共同的中心纵向轴线。上冲杆和下冲杆通常具有中空芯，芯棒可伸入到所述中空芯中以便在阴极盘被压实时形成阴极盘的中空中心芯。阴极混合物在上冲杆末端表面和下冲杆末端表面之间被压实。将阴极混合物插入到模腔中以便其位于上冲杆的末端表面和下冲杆的末端表面之间。在压实过程中，上冲杆末端表面进入到模腔中并且下压到阴极混合物的表面上，同时下冲杆在模腔内上移或保持静止。当阴极材料在上冲杆末端表面和下冲杆末端表面之间被压缩时，形成了压实阴极盘。压实阴极材料在芯棒周围形成，从而导致压实阴极盘具有中空中心芯，如同在盘形状的面圈中那样。压实阴极盘的顶部表面和底部表面是平坦且均勻的，其中有中空芯围绕盘的中心纵向轴线。压实阴极盘通过下压杆的作用从模腔中排出，所述下压杆上压到盘的底部表面上从而在上冲杆上移离开模头的同时将盘从模头中顶出。阴极盘可被成型为插入到用于碱性电池的标准圆柱形壳体中时所需的尺寸，所述碱性电池例如 AAAA (42 X 8mm)、AAA (44 X 9mm)、AA (49 X 12mm), C (49 X 25mm)和 D (58 X 32mm)型号的电池。通常通过将多个此类盘堆叠成一个位于另一个的上面来将阴极盘插入到电池壳体中。此类碱性电池通常具有包含锌浆液的阳极材料，所述阳极材料被插入到阴极盘的中心芯中，其中有分隔体膜片被放置在阳极材料和阴极材料之间的位置中。在本发明的方法中，以消除或大大减小形成毛边阴极材料的可能性的方式在模头中成形并压实阴极盘。此类毛边材料可形成阴极材料的网。当压实盘从模头中排出时，所述网可连结到压实盘的顶部表面或顶部边缘。如前述发明背景中所述，此类毛边材料的形成长期以来一直是一个与阴极盘的压实相关联的问题。此类毛边材料的形成是不可取的， 因为其在阴极盘从模头中排出并被传送和运送至接纳容器时会连结到阴极盘上且容易碎裂。这造成阴极粉尘气氛积聚在压实过程的附近，从而要求工作人员佩戴防护性呼吸面具， 并且此类粉尘最终可堵塞冲杆组合件因而需要更频繁地进行维护。在一个方面，本发明的方法通过提供具有有弹力的柔性套管(本文称为去毛边套管)的上冲杆(第一冲杆)解决了这一长期存在的问题。将去毛边套管邻近冲杆末端表面滑套在上冲杆的下部主体表面周围。去毛边套管理想地由有弹力的耐用弹性体材料构成， 或由也表现出一些弹性体特性的热塑性材料构成。用于去毛边套管的优选的材料为聚氨酯。在其初始或起始位置中，去毛边套管环向齐平地紧靠上冲杆表面，从而接触并包紧上冲杆外表面。然而，套管具有压缩能力，从而造成当套管顶压住模台(模头顶部表面)时，套管的主要部分(中间部分)挠曲并从上冲杆外表面向外膨胀。这种情况发生在当上冲杆刚刚伸入到模腔中的时候，并且刚好发生在上冲杆末端表面按压到阴极混合物上之前。当上冲杆按压到阴极混合物上时或在该过程中的任何其他时间，均没有去毛边套管的部分进入到模腔中。相反，去毛边套管仅在模台(模头顶部表面)处接触模头而不进入到模腔中。在阴极盘在模腔内被压实之后，上部模头上提从而造成去毛边套管回复至其初始位置而平贴并包紧上冲杆的外表面。当下冲杆上移以从模腔中排出压实阴极盘时，压实盘的顶部表面或顶部外边缘在套管刚回复至其初始位置时撞击去毛边套管。阴极盘对有弹力的去毛边套管的撞击防止形成毛边材料并在盘从模头中排出时连结到压实盘的上表面上。虽然由聚氨酯材料形成的去毛边套管似乎可最佳地防止阴极材料的去毛边，但应当理解，具有类似的回弹力、耐久性和耐颗粒磨蚀特性的其他材料也可为合适的以替代聚氨酯。因此，本发明不旨在只限于使用聚氨酯材料来制作去毛边套管。在本发明的另一方面，上冲杆(第一冲杆)外表面的下端可用密封环来包覆模塑， 所述密封环由有弹力的耐用聚合物，优选地聚氨酯构成。密封环因此在上冲杆的下端环向平贴在上冲杆的外表面周围。将所述有弹力的聚合物、优选聚氨酯环向地模塑包覆到上冲杆外表面的一部分上，邻近但不接触冲杆末端表面。因此，在上冲杆的下端周围形成模塑聚合物、优选聚氨酯的环，从而形成密封环。优选地，在将聚氨酯或等同聚合物的密封环模塑到上冲杆表面上之前，沿上冲杆外表面中的周向路径形成多个孔(通常为圆形孔)。在这种情况下，当聚氨酯环被模塑包覆到上冲杆主体表面上时，所述孔将位于该聚合物的下面。密封环下面的此类孔用来将模塑的聚合物环保持或锚定到上冲杆表面上。所述孔也提供压缩空间，当向密封环上施加接触压力时，密封环的上覆部分可被压缩到所述压缩空间中。在应用本发明的压实方法中的密封环时，首先将阴极混合物插入到模腔中以便其停靠在下冲杆(第二冲杆)的末端表面上。当上冲杆(第一冲杆)下移到模腔中以压实阴极混合物时，下冲杆可保持静止(或上移)。当上冲杆下移到模腔中以顶靠下冲杆末端表面压实阴极盘时，密封环的至少一部分挤入到模腔入口中。在将阴极混合物压实成盘形状之后，下冲杆上推以将压实阴极从模头中排出。然而，当盘仍然位于模腔中时，密封环在模腔的入口处直接在阴极盘的上方提供紧密的密封。当阴极盘刚从模头中排出时，所述盘顶压密封环，但同时密封环的至少一部分仍然位于模腔内。当密封环的至少一部分仍然位于模腔中时，阴极盘和密封环之间的按压作用防止阴极材料产生毛边并在盘从模头中排出时连结到盘表面上。聚氨酯为用于密封环的优选的材料，但具有类似的回弹力特性、耐久性和耐颗粒磨蚀特性的其他弹性体聚合物也可为合适的。例如，任何耐用的弹性体材料诸如硫化橡胶、丁苯(SBR)橡胶、或硅橡胶以及类似的材料均可成为用作密封环组成的聚氨酯的合适的替代材料。因此，本发明不旨在只限于使用聚氨酯材料来制作密封环。压实盘的形状通常为圆柱形(硬币形状)，具有相对的平行且平坦的顶部表面和底部表面，在它们之间具有整体圆柱形主体表面。然而，本发明的方法不旨在只限于形成此类规则形状的盘。压实盘可具有其他形状或构型。例如，通过本发明的方法形成的压实盘可具有规则或不规则形状的周向边缘。因此，盘的周向边缘可由直的或曲线表面形成，或周向边缘的一部分可为直的并且另一部分可为曲线的。本发明的方法及本文所述的改进形式可应用于其他材料的压实。因此本发明不旨在只限于压实用于电池的阴极材料。本发明的方法及本文所述的改进形式的应用可应用于其他压实过程。例如，本发明可应用于压实药物粉末或其他类型的可被压实的团块或粒料。 此类团块或粉末的成分可具有相异的化学组成。本发明及本文所述的改进形式可有益地应用于压实各种材料，例如但不限于压实药物粉末或其他材料，其中粉末或颗粒物质或化学组成必须被压实成变化的形状或构型。
图1为冲杆组合件的第一实施方案的横截面视图，其示出了当阴极材料被压实成盘时位于压缩的挠曲位置的去毛边套管。图2为冲杆组合件的横截面视图，其示出了当压实阴极盘从模头中排出时位于平贴上冲杆的外表面的回复位置的去毛边套管。图3为位于上冲杆周围的挠曲位置的去毛边套管的绘画视图。图4为位于平贴上冲杆的外表面的初始或回复位置的去毛边套管的绘画视图。图5为上冲杆和去毛边套管的分解图。图6为插套到上冲杆的下部主体表面上的去毛边套管的绘画视图。图7为冲杆组合件的第二实施方案的横截面视图，其示出了套置在上冲杆外表面的底端上且邻近冲杆末端表面的密封环。图8为上冲杆的绘画视图，其示出了邻近冲杆末端表面的上冲杆主体表面中的多个孔。图9为上冲杆的绘画示图，其示出了覆盖图8所示的下面的孔的密封环。
图10为示意性绘画示图，其示出了连结到压实阴极盘的上表面上的毛边阴极材料，当未利用如图1所示的去毛边套管或如图7所示的密封环时可发生这种情况。图11为示意性绘画示图，其示出了无毛边阴极材料连结到其上时的压实阴极盘， 这是由于利用了如图1所示的去毛边套管或如图7所示的密封环。
具体实施例方式制备了用于碱性电池的代表性阴极混合物50。阴极混合物50旨在被压实成阴极盘，通常为具有中空芯的圆柱形形状的盘以便插入到电池壳体中。可将压实阴极盘插入到例如常规的圆柱形碱性电池中，所述碱性电池具有包含锌的阳极，如上文所述且如代表性美国专利6，251，539B1中所述。压实阴极盘的预期用途可为用于插入到用于碱性电池的标准型号的圆柱形壳体中，所述碱性电池例如AAAA (42 X 8mm) ,AAA (44 X 9mm) ,AA (49 X 12mm)、 C (49 X 25mm)禾口 D (58 X 32mm)型号的电池。代表性阴极混合物50包含二氧化锰(EMD)和导电性碳，优选地石墨材料，理想地薄片状结晶天然石墨或膨胀石墨或它们的混合物。阴极混合物也可包括石墨类碳纤维或石墨类碳纳米纤维。阴极混合物中的总导电性碳理想地按重量计构成阴极的介于约2和10% 之间，优选地按重量计构成阴极的介于约2和8%之间。阴极混合物也理想地包含按的重量计介于约5和10%的KOH水溶液，所述水溶液优选地具有介于约7和10当量之间的浓度 (30 和 40wt. % KOH 和 2wt. % ZnO)。通常包含二氧化锰(EMD)的阴极活性材料按重量计构成阴极混合物的介于约80 和92%之间，优选地按重量计构成阴极混合物的介于约80和90%之间。通过本发明的方法形成的阴极盘50(图11)可理想地具有以下组成87-93wt%的电解二氧化锰(例如，源自 Kerr-McGee 的 Trona D) ；2-6wt% (总量)的石墨；5-7wt%^ 7-10 当量的 KOH 水溶液， 所述水溶液具有约30-40Wt%的KOH浓度；和0. 1至0. 5wt%的任选的聚乙烯粘合剂。电解二氧化锰的平均粒度典型地介于约1和100微米之间，理想地介于约20和60微米之间。 石墨通常呈天然石墨或膨胀石墨或它们的混合物的形式。石墨也可包括单独的或与天然或膨胀石墨混合的石墨类碳钠米纤维。这种阴极混合物旨在说明性的，并不意味着对本发明的限制。如本文所用，术语“石墨”或“石墨材料”将包括天然结晶石墨和人造结晶石墨(以合成方式制备或加工的石墨)、膨胀石墨、石墨碳、和石墨类碳纤维。天然石墨或膨胀石墨优选地呈颗粒形式，所述颗粒具有理想地介于约0. 5微米和50微米之间，通常介于约10 微米和50微米之间的中值平均粒度。石墨碳具有有序的三维石墨结晶结构的特征，所述结构如通过X射线衍射所决定的那样，由彼此平行地堆叠的六方排列的碳原子层组成。如 International Committee forCharacterization and Terminology of Carbon (ICCTC, 1982)(公布于Journal Carbon，第20卷，第445页)中所定义，石墨碳包括多种多样的由同素异形石墨形式的单质碳组成的物质，而不论结构缺陷如何。如本文所用，术语石墨碳应当以该方式来理解。在一个具体的实施方案中，可将代表性阴极混合物50插入到模头组合件10中 (图1)以将其压实成阴极盘50 (图11)。压实盘50具有限定中心中空芯51的外表面M 和内表面52 (图11)。模头组合件10(图1和幻具有其中包括模腔25的模头20、细长上冲杆(第一冲杆)30、细长下冲杆(第二冲杆)40、和在下冲杆40的中空芯45内移动的芯棒60。上冲杆30为细长圆柱形构件，其具有中空芯35。类似地，下冲杆40为细长圆柱形构件，其具有中空芯45(图2)。芯棒65也可具有中空芯65。下冲杆40整体地连接到基座 46 (图幻。模腔25、上冲杆30、下冲杆40和芯棒60均具有共同的中心纵向轴线观(图1)。 上冲杆30和下冲杆40在模腔65内移动。上冲杆30和下冲杆40由高碳钢理想地工具级的钢形成。模头20优选地由陶瓷材料形成。上冲杆30配有有弹力的耐用聚合材料的去毛边套管70 (图6)。去毛边套管70理想地具有弹性体特性，并且可由具有弹性体特性的热塑性材料构成。优选地，套管70由聚氨酯材料构成，但应当理解，也可利用具有类似的耐久性和弹性体特性的其他弹性体材料来替代聚氨酯。一种优选的用于套管70的聚氨酯为以商品名聚酯-85A得自Parkway Products的聚氨酯。去毛边套管70为具有圆柱形外表面74 和由内表面72限定的中空芯71的圆柱形形状(图5)。在图5和6所示的位置中，去毛边套管70位于其平贴上冲杆30的外表面的初始位置中以便其接触并包紧上冲杆30的外表面，如图2，4和6所示。本发明的利用图1和2所示模头组合件10的阴极压实方法如下进行初始时将上冲杆30 (图1)上移以便上冲杆末端32位于模台(模头顶部表面)22 的上方。将阴极混合物50插入到模腔25中以便所述混合物驻留在下冲杆40的末端表面 42上。因此阴极混合物50初始时由下冲杆末端表面42、芯棒60外表面64和腔体25的壁表面保持固定在模腔25中。上冲杆30、下冲杆40和芯棒60具有独立的运动，并且可按同步方式被上移或下移。参见图1和2所示的冲杆组合件10，阴极混合物50通过向下冲击到阴极混合物50上的上冲杆30的作用被压实，这时下冲杆40保持静止或与上冲杆30的向下运动同步定时地上移。芯棒60(图1和2、可独立地滑动以形成并保持图11最佳所示的阴极盘中空芯51。在优选的压实序列中，首先将阴极混合物50加载到模腔25中(图1)，这时将上冲杆末端32延伸到模台22 (未示出加载位置)的上方。然后将上冲杆30向下推压，同时将下冲杆40和芯棒60进一步上移到模腔中至图1所示的位置。随着上冲杆30被向下推压，上冲杆30的末端表面32下移经过模头20的模台(顶部表面)22。当套管在其上端被上冲杆头环；34保持固定并且在其下端因撞击到模台22而保持固定时，这造成套管70的主要部分即其中间部分压缩，即挠曲并向外膨胀(图1和3)。去毛边套管70不进入到模腔 25中。当上冲杆30下移到模头22中时，套管70的下边缘顶靠模台22的压力造成套管膨胀(图幻。没有套管70的部分进入到模腔25中。在下冲杆40到达图1所示的位置之后， 随着上冲杆30继续向下运动，就发生了阴极混合物50的压实。(阴极混合物50的压实可通过与上冲杆30继续向下运动同时的下冲杆40的继续向上运动来辅助。)阴极混合物50 因此在上冲杆30的末端表面32和下冲杆40的末端表面42之间被压实，同时去毛边套管 70被压缩，即，在图1和3所示的膨胀位置向外挠曲。在阴极混合物50被压实之后，上冲杆 30开始回缩。去毛边套管70如图1所示地保持挠曲并向外膨胀，直到上冲杆30被完全回缩，即，直到上冲杆末端表面32到达模台22。此刻，去毛边套管70回复成返回到其初始位置(图幻。然而，当上冲杆30在回缩时，下冲杆40同时地在上移而开始从模腔25中排出压实阴极50。下冲杆40的向上运动是定时的，以便压实阴极50刚好在去毛边套管70返回到其包紧上冲杆30的外表面的初始回复的解压缩位置时碰撞到去毛边套管70(图幻。接触时刻发生在阴极盘50的排出期间，刚好在阴极盘外表面M接触套管70的下部时，如图 2所示。压实阴极50和去毛边套管70之间的强制接触被限制于发生在压实阴极50即将从模腔25中完全排出之前。已发现，这可防止形成毛边阴极材料诸如连结到阴极盘50的顶部表面53上的毛边材料55和55a的网，如图10所示。此类毛边材料55和5 可发生， 即，如果未利用本发明的套管70的话。因此，从模头25中排出的成品阴极盘50不表现出如图10所示的连结到其表面上的毛边材料55和55a，而是具有如图11的盘50所示的平整 (清洁的)表面。在另一个具体的实施方案中，可将代表性阴极混合物50插入到模头组合件10中 (图7)以将其压实成阴极盘50 (图11)。模头组合件10 (图7)具有包括模腔25的模头 20、以及在模腔25内移动的细长上冲杆30和细长下冲杆40。存在芯棒60，其在下冲杆40 的芯腔45内移动。模腔25、上冲杆30、下冲杆40和芯棒60均具有共同的中心纵向轴线观(图7)。上冲杆30和下冲杆40由高碳钢理想地工具级的钢形成。模头20优选由陶瓷材料形成。上冲杆30配有优选地由聚氨酯材料构成的密封环80，如图9最佳所示。一种用于密封环80的优选的聚氨酯为以商品名聚酯-85A得自Parkway Products的聚氨酯。优选地，聚氨酯密封环80的硬度测验器硬度在20肖氏硬度A至70肖氏硬度D的范围内(ASTM 标准)。密封环80优选地在冲杆下端38直接被包覆模塑到上冲杆外表面上(图8和9)。 密封环80因此环向平贴下冲杆40的外表面，从而包紧所述下冲杆40的外表面。密封环 80因此定位成邻近且紧邻冲杆末端表面32，但不覆盖末端表面32(图9)。优选地，多个孔 37 (图8)沿冲杆主体表面中的周向路径形成，并且密封环80被直接模塑包覆在孔37上，因此覆盖这些孔。T利用图7所示模头组合件10进行的阴极混合物加载和压实过程如下初始时将上冲杆30 (图7)上移以便上冲杆末端32位于模台(模头顶部表面)22 的上方。将阴极混合物50插入到模腔25中以便所述混合物停留在下冲杆40的末端表面 42上。因此阴极混合物50初始时由下冲杆末端表面42、芯棒60外表面64和腔体25的壁表面保持固定在模腔25中。上冲杆30、下冲杆40和芯棒60具有独立的运动，并且可按同步方式被上移或下移。参见图7所示的冲杆组合件，阴极混合物通过向下冲击到阴极混合物50上的上冲杆30的作用被压实，这时下冲杆40上移到如图7最佳所示的期望位置中。 芯棒60(图1和2)可独立地滑动以形成图11最佳所示的阴极盘中空芯51。在优选的压实序列中，首先将阴极混合物50加载到模腔25中(图7)，这时将上冲杆末端32延伸到模台22 (加载位置未示出)的上方。然后将上冲杆30向下推压，同时将下冲杆40和棒60进一步上移到模腔中至图7所示的位置。随着上冲杆30被向下推压，上冲杆30的末端表面32下移经过模头20的模台(顶部表面)22。当密封环80开始进入到模腔25中时，这造成密封环的至少一部分80压缩(图7)。然而，密封环80在冲杆下端38 处被模塑到上冲杆30的外表面上，因此继续包紧冲杆30外表面。在下冲杆40到达所期望的位置之后，随着上冲杆30继续向下运动，就发生了阴极混合物50的压实，大约如图7所示。(阴极混合物50的压实可通过与上冲杆30继续向下运动同时的下冲杆40的向上运动来辅助。)在阴极压实期间，当密封环80开始进入到模腔25中时，密封环80上的垂直力被转置成了径向力，从而增加了密封环80的密封效应(图7)。这帮助防止在压实过程中的该时刻形成毛边阴极材料。在阴极混合物50被压实之后，上冲杆30开始回缩。(密封环80 保持被压缩直到上冲杆末端表面32回缩至模台22。)然而，当上冲杆30在回缩时，下冲杆40同时地在上移而开始排出压实阴极50的过程。在排出过程开始期间，密封环80继续在通向腔体25的入口处，即恰好在模台22处或直接在所述模台下面形成紧密的栓塞。S卩，当阴极盘50正从模腔25中排出时，阴极盘50顶压住密封环80，同时密封环的至少一部分80 仍然位于模腔25内。这防止阴极材料的毛边的发生或在盘50从模腔25中排出时连结到阴极盘50上。否则的话可发生此类毛边材料55和55a，即，如果未在上冲杆30的下端38 周围利用本发明的密封环80的话。因此，从模头25中排出的成品阴极盘50不表现出如图 10所示的连结到其表面上的毛边材料55和55a，而是具有如图11的盘50所示的平整(干净的)表面。 尽管已用具体的实施方案描述了本发明，但应当理解的是，在不脱离本发明概念的情况下其它实施方案也是可能的，并因而在本发明权利要求及其等同内容的范围内。
权利要求
1.一种形成压实盘的方法，所述方法包括以下步骤a)将材料混合物插入到腔体中，所述腔体延伸穿过模头壳体；b)将第一压杆定位成与所述腔体对齐，以便当所述第一压杆被下移到所述腔体中时， 所述第一压杆能够接合所述材料混合物；c)将第二压杆定位成与所述腔体对齐，以便当所述第二压杆被上移到所述腔体中时， 所述第二压杆能够接合所述材料混合物；d)将柔性聚合物套管周向地围绕所述第一压杆的外表面的至少一部分定位，以便所述套管与所述压杆的外表面的至少一部分平贴，从而包紧所述压杆的外表面；e)将所述第一压杆下移到所述腔体中，以便所述材料混合物顶靠所述第二压杆的一部分被压实，从而形成压实盘，其中当所述第一压杆下移到所述腔体中以压实所述材料混合物时，所述聚合物套管的主要部分向外挠曲而背离所述第一压杆的外表面膨胀；f)通过上移所述腔体内的所述第一压杆和第二压杆将所述压实盘从所述腔体中排出， 其中当所述第一压杆上移时，所述套管回复成平贴所述第一压杆的外表面，从而包紧所述第一压杆的外表面，其中当所述压实盘从所述腔体中排出时，所述压实盘接触回复的所述套管的至少一部分，并且其中所述压实盘和回复的所述套管之间的所述接触防止毛边材料的网形成并在所述压实盘从所述腔体中排出时连结到所述压实盘。
2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)至(e)期间的任何时间，均没有所述聚合物套管的部分进入到所述腔体中。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述聚合物套管包括聚氨酯。
4.一种形成用于碱性电池的压实阴极盘的方法，所述方法包括以下步骤a)将阴极材料的混合物插入到腔体中，所述腔体延伸穿过模头壳体；b)将第一压杆定位成与所述腔体对齐，以便当所述第一压杆被下移到所述腔体中时， 所述第一压杆能够接合所述阴极材料；c)将第二压杆定位成与所述腔体对齐，以便当所述第二压杆被上移到所述腔体中时， 所述第二压杆能够接合所述阴极材料；d)将柔性聚合物套管周向地围绕所述第一压杆的外表面的至少一部分定位，以便所述套管平贴所述压杆的外表面的至少一部分，从而包紧所述压杆的外表面；e)将所述第一压杆下移到所述腔体中，以便所述阴极材料顶靠所述第二压杆的一部分被压实，从而形成压实阴极盘，其中当所述第一压杆下移到所述腔体中以压实所述阴极材料时，所述聚合物套管的主要部分向外挠曲而背离所述第一压杆的外表面膨胀；f)通过上移所述腔体内的所述第一压杆和第二压杆将所述压实阴极盘从所述腔体中排出，其中当所述第一压杆上移时，所述套管回复成平贴所述第一压杆的外表面，从而包紧所述第一压杆的外表面，其中当所述阴极盘从所述腔体中排出时，所述压实阴极盘接触回复的所述套管的至少一部分，并且其中所述阴极盘和回复的所述套管之间的所述接触防止毛边阴极材料的网形成并在所述压实阴极盘从所述腔体中排出时连结到所述压实阴极盘上。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一压杆和第二压杆各自具有末端表面，其中当所述阴极材料在步骤(e)中被压实时，每一所述末端表面均接触所述阴极材料。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一压杆的末端表面和第二压杆的末端表面各自形成平坦的环形表面。
7.如权利要求4所述的方法，其中当所述阴极材料在步骤(e)中被压实时，棒穿过所述阴极材料的中心。
8.如权利要求4所述的方法，其中在所述步骤(a)至(f)期间的任何时间，均没有所述套管的部分进入到所述腔体中。
9.如权利要求4所述的方法，其中所述聚合物套管包括聚氨酯材料。
10.如权利要求4所述的方法，其中所述模头壳体包含陶瓷材料。
11.如权利要求4所述的方法，其中所述第一压杆和第二压杆各自具有圆柱形外表面， 并且所述第一压杆和第二压杆各自由钢构成。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述第一压杆和第二压杆各自具有细长外壳，所述细长外壳具有从其中延伸穿过的细长中空芯，并且当所述阴极材料在步骤(e)中被压实时，所述棒穿过所述第一压杆和第二压杆中的至少一个的所述中空芯。
13.如权利要求4所述的方法，其中所述阴极材料包括二氧化锰。
全文摘要
本发明公开了一种压实材料的方法，该材料为例如但不限于用于电化学电池的阴极材料。将混合物插入到模腔中，并且通过下压该材料的第一压杆和上压该材料的第二压杆的作用将该混合物压实成盘形状。通过将聚合物套管适配在第一压杆的外表面周围，防止了材料在盘从模头中排出期间产生毛边。在压实材料期间，套管挠曲而向外膨胀且不进入到模腔中，并且在压实盘从模头中排出期间返回到其初始位置。盘和套管之间的接触防止在排出期间产生毛边。作为另外一种选择，将聚合物密封环放置在第一压杆的外表面周围。盘抵压密封环，从而防止材料在排出期间产生毛边。
文档编号B30B11/02GK102379052SQ201080014948
公开日2012年3月14日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者A·A·安德鲁斯, D·L·沃尔森, E·V·鲍尔, O·N·泰勒, R·D·弗里曼 申请人:吉列公司