專利名稱：一種電池集電體的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種電池密封和防爆結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種電池集電體。
背景技術(shù)：
集電體是電池中的重要結(jié)構(gòu)，其作用主要包括三個方面:一是收集并向外輸送電池內(nèi)部負極部分產(chǎn)生的電流；二是密封，即將電池殼體底端的開口封閉；三是安全防爆，防止電池因內(nèi)部氣體壓力過高而發(fā)生爆炸。公告日為2010年6月9日、專利號為200710166429.8的中國授權(quán)實用新型專利公開了一種“電池集電體”，在其背景技術(shù)中介紹了傳統(tǒng)的集電極結(jié)構(gòu)，在密封圈的主平面內(nèi)側(cè)設置有至少一個薄弱部位，薄弱部位為環(huán)繞密封圈中心孔的環(huán)形的防爆溝，在電池內(nèi)部的氣體異常增大到電池爆炸壓力之前，薄弱部位可斷裂。同時為了防止密封圈的主平面在斷裂后堵住底蓋上的泄氣孔，在密封圈朝向底蓋的表面設置若干不連續(xù)的凸起結(jié)構(gòu)，在密封圈的主平面自薄弱部位斷開并下落時，凸起結(jié)構(gòu)之間的導氣口可以保證密封蓋與底蓋之間存在適當?shù)拈g隙，這樣即可保證泄氣孔以及泄氣通道的暢通。然而，因密封圈上的導氣口會導致密封圈在注塑成型時出現(xiàn)密度不均勻的現(xiàn)象，使密封圈使用壽命比較短，可靠性較差。該實用新型專利為了解決上述問題，把密封圈做成完整的旋轉(zhuǎn)體，同時旋轉(zhuǎn)體的主平面上設置有強度低于其他部位的薄弱部位，薄弱部位具體是圍繞并靠近中心柱體的環(huán)形防薄溝。區(qū)別于傳統(tǒng)的密封圈，其無需設置有若干不連續(xù)的凸起結(jié)構(gòu)及導氣口，可提高密封圈的均勻性，延長壽命且增加可靠性；而是在底蓋上設置凸向密封圈的凸起結(jié)構(gòu)，凸起結(jié)構(gòu)的頂部具有凹陷部位，泄氣孔設于凹陷部位，密封圈因防爆溝斷裂而下落時，凸起結(jié)構(gòu)將密封圈支撐，從而形成連通密封圈的斷裂口與泄氣孔的泄氣通道。其不僅能保證電池的安全防爆性能和延長其使用壽命，而且能夠避免用電設備壓緊彈簧的末端伸入泄氣孔中。該結(jié)構(gòu)存在如下缺點:環(huán)形防薄溝位于旋轉(zhuǎn)體的主平面內(nèi)側(cè)，防薄溝的開口朝向電池內(nèi)部。當電池內(nèi)部氣壓過大，主平面朝向電池內(nèi)部的一面產(chǎn)生壓應力，背面產(chǎn)生拉應力。根據(jù)“第一強度理論即最大拉應力理論”，最大拉應力是材料發(fā)生斷裂的主要因素，即無論材料處于何種應力狀態(tài)，只要構(gòu)件危險點處的最大拉應力達到材料在單向變形破壞時的極限應力，材料就發(fā)生脆性斷裂。由于產(chǎn)生拉應力的這一面位于防爆溝的背面，其表面呈連續(xù)性，并無拉應力集中現(xiàn)象，電池內(nèi)部需具備較大的壓力才會使薄弱部位斷裂，防爆性還是不夠理想。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種防爆性能更好的電池集電體，在密封圈的薄弱部位相同厚度且電池內(nèi)部存在同等壓強下，薄弱部位更容易破裂，具有更好的防爆性能；在密封圈斷裂后，相同密封圈高度下，環(huán)形主體的可下移行程更長，泄氣通道更為通暢，這樣能使密封圈整體高度做的比較小，可以增加了電池內(nèi)部的空間，有利于活性物質(zhì)的增加，提高了電池電性能。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種電池集電體，包括密封圈、負極底蓋和導體釘，所述的密封圈為一旋轉(zhuǎn)體，旋轉(zhuǎn)體包括插裝導體釘?shù)闹行闹w、與電池外殼內(nèi)壁緊密貼合的外周部和位于中心柱體與外周部之間的連接部，所述的導體釘?shù)牡锥斯潭ǖ仉娺B接于負極底蓋，所述的負極底蓋上設置有泄氣孔，所述的連接部包括環(huán)形主體和與負極底蓋接觸的支撐部位，所述的環(huán)形主體上設置有防爆結(jié)構(gòu)，所述的防爆結(jié)構(gòu)設置在環(huán)形主體與中心柱體連接處根部，所述的防爆結(jié)構(gòu)包括設置在環(huán)形主體外側(cè)面上的環(huán)形防爆溝和在環(huán)形主體上形成的薄弱部位，所述的環(huán)形防爆溝的開口朝向負極底蓋，所述的環(huán)形主體內(nèi)側(cè)面連續(xù)平整。所述的負極底蓋包括中心部位、環(huán)形側(cè)壁和環(huán)形連接壁，所述的環(huán)形側(cè)壁位于中心部位的上方，所述的環(huán)形連接壁連接所述的中心部位與所述的環(huán)形側(cè)壁，所述的泄氣孔位于所述的環(huán)形連接壁的下部區(qū)域上。所述的外周部的下端內(nèi)側(cè)橫向設置有環(huán)形凸起部，環(huán)形側(cè)壁與環(huán)形連接壁的轉(zhuǎn)彎部抵靠在所述的支撐部位上，所述的環(huán)形側(cè)壁的下端面頂在所述的環(huán)形凸起部上。所述的中心柱體內(nèi)設置有中心孔，中心孔下端設置有倒角結(jié)構(gòu)，所述的導體釘與中心孔之間涂有封口膠。倒角結(jié)構(gòu)的設置便于導體釘插入時用來容納更多的封口膠，密封性能更好。所述的支撐部位上設置有向電池內(nèi)部凸起的上肩胛部位。對電池內(nèi)的隔膜紙起到定位作用。所述的薄弱部位的厚度為0.08mm 0.40mm。所述的薄弱部位上設置有間隔的加強筋，所述的加強筋位于所述的防爆溝內(nèi)，力口強筋與環(huán)形主體一體注塑形成。其對薄弱部位的加強，以防止在電池成型過程中非氣壓大的原因?qū)е碌姆辣瑴掀屏褑栴}。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是環(huán)形防爆溝設置在環(huán)形主體外側(cè)面，環(huán)形防爆溝的開口朝向負極底蓋，在電池過放電、電池濫用(如外部短路)等情況下，電池內(nèi)部氣壓過大、溫度增高，密封圈受力受熱產(chǎn)生形變時，環(huán)形主體上朝向電池內(nèi)部的一面產(chǎn)生壓應力，背面產(chǎn)生拉應力，根據(jù)“第一強度理論即最大拉應力理論”，最大拉應力是材料發(fā)生斷裂的主要因素，也就是斷裂首先發(fā)生在拉應力產(chǎn)生的環(huán)形主體外側(cè)面。本實用新型防爆溝的設置使得外側(cè)面的截面積發(fā)生突變，由于防爆溝具有三個面，在應力集中區(qū)域處于三向拉伸的應力狀態(tài)，缺口處存在應力集中。在密封圈表面受到相同壓強時，其最大拉應力較傳統(tǒng)防爆溝設計大。而傳統(tǒng)的防爆層(薄弱部位)拉應力這一面的截面連續(xù)，無應力集中現(xiàn)象，其最大拉應力較小。因此本實用新型在薄弱部位相同厚度且電池內(nèi)部存在同等壓強下，薄弱部位更容易破裂，具有更好的防爆性能。同時薄弱部位斷裂后，環(huán)形主體失去了支撐，本實用新型的環(huán)形主體相比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，薄弱部位靠近環(huán)形主體的上表面(內(nèi)側(cè)面)，環(huán)形主體的斷裂后可允許下移行程更長，密封圈不易堵塞負極底的氣孔，泄氣通道更加通暢。同時能使密封圈整體高度做的比較小，可以增加了電池內(nèi)部的空間，有利于活性物質(zhì)的增加，提高了電池電性能。

圖1為本實用新型安裝在電池上的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實用新型的剖視圖；[0016]圖3為本實用新型的薄弱部位(防爆層)斷裂后的剖視圖；圖4為圖2移去導體釘后的剖視圖；圖5為圖2中A處放大圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述?！N電池集電體,包括密封圈1、負極底蓋2和導體釘3,密封圈I為一旋轉(zhuǎn)體,旋轉(zhuǎn)體包括插裝導體釘3的中心柱體11、與電池外殼18內(nèi)壁緊密貼合的外周部12和位于中心柱體11與外周部12之間的連接部13，導體釘3的底端固定地電連接于負極底蓋2，負極底蓋2上設置有泄氣孔21，連接部13包括環(huán)形主體131和與負極底蓋2接觸的支撐部位132，環(huán)形主體131上設置有防爆結(jié)構(gòu)，防爆結(jié)構(gòu)設置在環(huán)形主體131與中心柱體11連接處根部，防爆結(jié)構(gòu)包括設置在環(huán)形主體131外側(cè)面上的環(huán)形防爆溝14和在環(huán)形主體131上形成的薄弱部位15，環(huán)形防爆溝14的開口朝向負極底蓋2，環(huán)形主體131內(nèi)側(cè)面連續(xù)平整。環(huán)形主體131的外側(cè)面靠近負極底蓋，環(huán)形主體131的內(nèi)側(cè)面靠近電池內(nèi)部。負極底蓋2包括中心部位22、環(huán)形側(cè)壁23和環(huán)形連接壁24，環(huán)形側(cè)壁23位于中心部位22的上方，環(huán)形連接壁24用于連接中心部位22與環(huán)形側(cè)壁23，泄氣孔21位于環(huán)形連接壁24的下部區(qū)域241上。外周部12的下端內(nèi)側(cè)橫向設置有環(huán)形凸起部121，環(huán)形側(cè)壁23與環(huán)形連接壁24的轉(zhuǎn)彎部25抵靠在支撐部位132上，環(huán)形側(cè)壁23的下端面231頂在環(huán)形凸起部121上。中心柱體11內(nèi)設置有中心孔111，中心孔111下端設置有倒角結(jié)構(gòu)112，導體釘3與中心孔111之間涂有封口膠。支撐部位132上設置有向電池內(nèi)部凸起的上肩胛部位133。薄弱部位15的厚度為0.08mm 0.40_。薄弱部位15上設置有間隔的加強筋16，加強筋16位于環(huán)形防爆溝14內(nèi)，加強筋16與環(huán)形主體131 —體注塑形成。電池的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括集電體、外殼18、正極24、負極部分25和隔膜紙19。本實用新型所提供的密封圈I可以由尼龍材料制得，具體可以選用尼龍6、尼龍66或者尼龍610等。不僅使用于LR61和LR8D425堿性鋅錳電池中，同時可用于LR6、LR03、LR61、LR8D425等堿性系列電池及具有相同結(jié)構(gòu)的電池中。密封圈I采用的是環(huán)形澆注技術(shù)，因而注塑加工時模具中的材料可以自中心部位沿徑向向四周均勻發(fā)散流動，所述密封圈的質(zhì)量分布可以更為均勻，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。密封圈I采用的密封圈整體高度較小，一般在2 4_之間，大大增加了電池的空間，有利于活性物質(zhì)的增加，提高電池電性能。導體釘3為負極銅釘，與負極銅釘密合的中心柱體11為一圓柱體，且具有縱向貫通的中心孔111。中心孔111可以為圓柱形等形狀，且中心孔111內(nèi)徑略小于所用負極集流體銅釘?shù)耐鈴剑员銉烧呔o密配合。封裝在電池內(nèi)且與電池外殼內(nèi)壁緊密貼合的外周部12的外徑應當與電池殼體底端內(nèi)壁的內(nèi)徑相當，內(nèi)徑略小于所用負極底蓋2的外徑，由此發(fā)揮尼龍材料的彈性，使三者緊密結(jié)合，起到密封作用。在外周部12內(nèi)側(cè)設有環(huán)形凸起部121，其位置可根據(jù)負極底蓋2的具體尺寸設計進行調(diào)整，主要作用是固定負極底蓋2在密封圈內(nèi)的位置，防止其松動。環(huán)形主體131垂直于電池的縱軸。此平面設計解決了密封圈組裝過程中的定位支撐問題。在環(huán)形主體131和負極銅釘3密合的中心柱體11連接處根部設環(huán)形的有強度低于其他部位的薄弱部位15，該薄弱部位15為與環(huán)形柱體有一定厚度差的薄弱結(jié)構(gòu)，防爆溝的凹面朝向負極底蓋一側(cè)。其強度根據(jù)電池的封口壓力進行調(diào)整，且低于封口壓力，是電池的防爆壓力控制在合理范圍內(nèi)。一般其抗沖擊強度為1.5 25MPa之間。當電池內(nèi)部氣體壓力增大至其強度臨界點時，防爆層安全閥(薄弱部位)動作啟動，防爆層(薄弱部位)斷裂，迅速向負極底蓋一側(cè)打開，內(nèi)部氣體得以釋放，保證了電池工作的安全性。防爆層(薄弱部位)凹面朝向負極底蓋2 —側(cè)，使其在受到氣體壓力時更易斷裂打開，提高了電池的安全性能。還增加了壓力過大情況下密封圈斷裂下落過程中的行程，增加了電池內(nèi)部的空間，有利于活性物質(zhì)的增加，提高了電池電性能。支撐部位132連接外周部12和環(huán)形主體，同時對密封圈起到支持加固作用，向電池內(nèi)凸起的上肩胛部位133更是對隔膜紙19起到定位作用。為減小密封圈總高度，增大電池內(nèi)部容量，上肩胛部位的高度一般控制在0.5 2mm之間，例如LR61及LR8D425堿性鋅錳電池用密封圈上肩胛部位尺寸控制在0.5mm左右。與負極底蓋2和銅釘密合的中心柱體11、封裝在電池內(nèi)與電池外殼內(nèi)壁緊密貼合的外周部12、連接中心柱體11和外周部12的連接部13三者之間形成一個導氣腔17，密封圈I與負極底蓋2之間的距離適宜，導氣腔17空間足夠起到泄氣時氣體緩沖作用，從而更進一步保證了電池的安全性能。用soIidworks 2012軟件模擬薄弱部位開設方向不同的兩相同材質(zhì)、相同厚度的基材在相同載荷下的應力情況?；牟馁|(zhì)為尼龍66、長度為16mm,寬度為5mm,厚度為
0.5mm,薄弱部位開設方向不同，厚度為0.1_。用IMPa的壓強對基材施壓，當薄弱部位開口設在壓應力一面，如傳統(tǒng)防薄溝的開口朝向電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其應力集中區(qū)域分布比較廣泛，分布在薄弱部位兩側(cè)較大區(qū)域，應力最大值約24MPa ;而當薄弱部位開口設在拉應力一面，如本專利防薄溝的開口朝向底蓋一側(cè)結(jié)構(gòu)，應力集中在防爆層附近，而且應力最大值約42MPa。根據(jù)材料力學理論，零件受力后結(jié)構(gòu)應力集中部分容易產(chǎn)生斷裂等失效行為，應力值越大，零件越容易斷裂。由此可知本專利防薄溝的開口朝向底蓋一側(cè)結(jié)構(gòu)在電池內(nèi)部氣壓異常增大，密封圈變形情況下，能更有效地泄壓，即安全性能高。
權(quán)利要求1.一種電池集電體，包括密封圈、負極底蓋和導體釘，所述的密封圈為一旋轉(zhuǎn)體，旋轉(zhuǎn)體包括插裝導體釘?shù)闹行闹w、與電池外殼內(nèi)壁緊密貼合的外周部和位于中心柱體與外周部之間的連接部，所述的導體釘?shù)牡锥斯潭ǖ仉娺B接于負極底蓋，所述的負極底蓋上設置有泄氣孔，所述的連接部包括環(huán)形主體和與負極底蓋接觸的支撐部位，所述的環(huán)形主體上設置有防爆結(jié)構(gòu)，所述的防爆結(jié)構(gòu)設置在環(huán)形主體與中心柱體連接處根部，其特征在于所述的防爆結(jié)構(gòu)包括設置在環(huán)形主體外側(cè)面上的環(huán)形防爆溝和在環(huán)形主體上形成的薄弱部位，所述的環(huán)形防爆溝的開口朝向負極底蓋，所述的環(huán)形主體內(nèi)側(cè)面連續(xù)平整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池集電體，其特征在于所述的負極底蓋包括中心部位、環(huán)形側(cè)壁和環(huán)形連接壁，所述的環(huán)形側(cè)壁位于中心部位的上方，所述的環(huán)形連接壁連接所述的中心部位與所述的環(huán)形側(cè)壁，所述的泄氣孔位于所述的環(huán)形連接壁的下部區(qū)域上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電池集電體，其特征在于所述的外周部的下端內(nèi)側(cè)橫向設置有環(huán)形凸起部，環(huán)形側(cè)壁與環(huán)形連接壁的轉(zhuǎn)彎部抵靠在所述的支撐部位上，所述的環(huán)形側(cè)壁的下端面頂在所述的環(huán)形凸起部上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池集電體，其特征在于所述的中心柱體內(nèi)設置有中心孔，中心孔下端設置有倒角結(jié)構(gòu)，所述的導體釘與中心孔之間涂有封口膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池集電體，其特征在于所述的支撐部位上設置有向電池內(nèi)部凸起的上肩胛部位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池集電體，其特征在于所述的薄弱部位的厚度為0.08mm 0.40mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池集電體，其特征在于所述的薄弱部位上設置有間隔的加強筋，所述的加強筋位于所述的環(huán)形防爆溝內(nèi)，加強筋與環(huán)形主體一體注塑形成。
專利摘要本實用新型公開了一種電池集電體，密封圈上設置有防爆結(jié)構(gòu)，防爆結(jié)構(gòu)設置在環(huán)形主體與中心柱體連接處根部，防爆結(jié)構(gòu)包括設置在環(huán)形主體外側(cè)面上的環(huán)形防爆溝和在環(huán)形主體上形成的薄弱部位，環(huán)形防爆溝的開口朝向負極底蓋，環(huán)形主體內(nèi)側(cè)面連續(xù)平整，其優(yōu)點是在密封圈的薄弱部位相同厚度且電池內(nèi)部存在同等壓強下，薄弱部位更容易破裂，因此具有更好的防爆性能；在密封圈斷裂后，環(huán)形主體的可允許下移行程更長，能使密封圈整體高度做的比較小，可以增加了電池內(nèi)部的空間，有利于活性物質(zhì)的增加，提高了電池電性能。
文檔編號H01M4/64GK202977598SQ20122060437
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者陳國標, 錢明君, 劉蘇, 周海波 申請人:中銀(寧波)電池有限公司