способ сборки плоского аккумулятора

Формула изобретения

Способ сборки плоского аккумулятора путем установки в пластмассовый корпус отрицательного и положительного электродов с токоотводами и сепараторами, соединения с токовыводами, заливки электролита и герметизации верхней части корпуса, отличающийся тем, что до установки электродов в стенках корпуса выполняют отверстия, перекрывают их токовыводами, герметично скрепляют с внутренней стороны корпуса с помощью развальцовки заклепками, а после установки электродов соединяют токоотводы электродов с токовыводами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству химических источников тока, и может быть использовано при их сборке.

Известен способ сборки плоского химического источника тока путем отливки пластмассовой крышки заодно с токовыводами блока положительных и отрицательных электродов с сепараторами, установки электродов в пластмассовый корпус и последующей герметизации верхней части корпуса с крышкой тепловой сваркой (см. журнал "Batteries International", апрель 1992 г. индекс iis 0957-9249, вып. 11, с. 44-45, фирма Shin-Kobe (Hitachi).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при сборке аккумулятора, относится негерметичность аккумулятора. Она обусловлена тем, что при использовании аккумулятора в диапазонах с циклическим изменением температурных воздействий, определяющим фактором герметичности является различие коэффициентов линейных и объемных изменений сопрягаемой пары (борна и крышки). А так как данный способ не предусматривает компенсации этих изменений из-за того, что крышка не является жестким конструктивным элементом (как и герметизирующий состав, нанесенный на поверхности борнов, контактирующие с крышкой), исключающим микротечи по борнам, а высокая смачиваемость металлических токоотводов электролитом способствует микротечам.

Кроме того, высокое объемное и контактное температурное воздействие на электроды и сепаратор аккумулятора при отливке крышки может вызвать деструкцию сепаратора и частичное окисление отрицательного электрода.

Способ исключает разборку блока электродов с сохранением его целостности при наличии браковочных параметров вследствие неразъемности насадки, образующей с токоотводами моноузел.

В прототипе исключена возможность произвольной ориентации токоотводов.

Наиболее близким к заявляемому объекту по совокупности признаков является способ сборки плоского аккумулятора путем установки в пластмассовый корпус отрицательного и положительного электродов с токоотводами и сепараторами, соединения с токовыводами, заливки электролита и герметизации верхней части корпуса (см. журнал "Batteries International", апрель 1992 г, индекс iss 0957-9249, вып. 11, с. 68-69, фирма Nippon Telegraph.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при сборке аккумулятора, также относится недостаточная герметичность собранного аккумулятора вследствие проникновения электролита между сопрягаемыми деталями узла герметизации. Это вызвано низкой адгезией металлических токоотводов к полимерному корпусу аккумулятора как при сварном, так и при клеевом исполнении узлов герметизации. Кроме того, отличающиеся в значительной степени температурные коэффициенты линейных и объемных изменений герметизируемой между собой пары токовывод-полимер (корпус) ухудшают герметичность узла герметизации вследствие образования микротрещин.

Сущность изобретения заключается в следующем:

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение нового способа сборки плоского аккумулятора из известного ряда таких же способов, который по сравнению с другими представителями этого ряда обеспечил бы более надежную герметизацию аккумулятора.

Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, является повышение надежности по герметизации аккумулятора при его сборке.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе сборки плоского аккумулятора путем установки в пластмассовый корпус отрицательного и положительного электродов с токоотводами и сепараторами, соединения с токовыводами, заливки электролита и герметизации верхней части корпуса до установки электродов в стенках корпуса выполняют отверстия, перекрывают их токовыводами, герметично скрепляют с внутренней стороны корпуса с помощью развальцовки заклепками, а после установки электродов соединяют токоотводы электродов с токовыводами.

Заявленный способ сборки плоского аккумулятора позволит повысить его надежность по герметизации и оптимизировать технологии сборки ХИТ.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На фиг. 1 показана карточка из полимерной пленки для корпуса аккумулятора в стадии сборки узла герметизации с токовыводом и оформленный узел (поз. 1).

На фиг. 2 изображен корпус аккумулятора в виде пакета в собранном виде со сваренными боковыми швами.

На фиг. 3 показан герметичный аккумулятор в собранном виде.

Заявляемый способ сборки аккумулятора осуществляется следующим образом.

В раскроенной по определенному размеру карточке 1 из многослойной полимерной пленки (например, наружный слой из полиамида, внутренний из полиэтилена) с длиной, соответствующей двойной высоте электрода, с шириной, позволяющей сделать боковые швы пакета не менее 3-5 мм и с учетом газового пространства, вырубают два отверстия 2 (отверстия могут быть любой геометрической формы и их вырубка может осуществляться до раскроя на непрерывной ленте), в которые изнутри, со стороны более легкоплавкого слоя (например, полиэтиленового) вставляют металлические заклепки 3 с глухими отверстиями (для надежной герметизации диаметр шляпки заклепки d_шл должен перекрывать отверстия карточки d_кар с соотношением с уплотнительными прокладками 4, а с обратной стороны карточки (наружного полиамидного слоя) на заклепки надевают внешние металлические токовыводы 5 через отверстия 6 и шайбы 7. После этого заклепки развальцовывают и оформляют узел герметизации 1, затем карточку 1 складывают пополам токовыводами 5 наружу, шляпками заклепок 3 вовнутрь, образуя тем самым корпус-пакет 8, у которого тепловой сваркой оформляют боковые швы 9 на высоту электрода или 4/5 его высоты, вставляют внутрь пакета блок электродов с сепараторами и поочередно отгибая незаваренные края пакета сваривают положительный токовывод 10 с токоотводом положительного электрода 11, а отрицательный токовывод 12 с токоотводом отрицательного электрода 13. После чего у собранного аккумулятора 14 подваривают боковые швы, вводят необходимое количество электролита и сваривают верхний шов 15, предварительно подогнув токовыводы на 180^o на корпус-пакет.

Затем готовые плоские аккумуляторы собирают в батарею с требуемым напряжением, помещают в корпус, заливают герметиком и используют по назначению. Батареи могут изготавливаться без заливки с общим газовым пространством, при наличии у аккумуляторов клапана, беспрепятственно пропускающего газы при заряде и разряде.

Заявляемый способ позволяет осуществлять сборку узлов герметизации после оформления корпуса в виде пакета (после сварки боковых швов), произвольно ориентировать внешние токовыводы аккумулятора, что расширяет технологические возможности и оптимизирует процесс сборки.

Предлагаемое решение допускает при счете сборки электродов аккумулятора 1: 1 соединение токоотводов электродов с токовыводами в развернутом виде (перед сваркой заготовки в корпус-пакет), размещение между ними сепарационного материала с последующей сваркой корпуса, горизонтальная сборка, которая легко поддается механизации и автоматизации.

Соединение токоотводов электродов с токовыводами может осуществляться как точечной контактной сваркой к шляпке заклепки, так и механическим способом через отверстия в токоотводах электродов (на рис. не показано), аналогичные отверстиям во внешних токовыводах.

Несколько выступающие за габариты аккумулятора наружные части узлов герметизации не влияют на его толщину, так как при сборке аккумуляторов в батарею узлы герметизации утапливаются вовнутрь корпуса-пакета.

Пример 1.

Берут двухслойную пленку-политерм, один из слоев которой полиамидный, другой полиэтиленовый, толщиной 0,15 мм, разрезают на прямоугольные карточки размером 68 х 92 мм. На противоположных краях карточки вырубают по одному круглому ассиметрично расположенному отверстию с d 3 мм. Вставляют в эти отверстия металлические заклепки с диаметром шляпки 6 мм, с надетыми на развальцовываемых частях резиновыми уплотнительными кольцами таким образом, чтобы шляпки с кольцами располагались со стороны свариваемого слоя - полиэтиленового. В теле заклепок с меньшим диаметром выполнены глухие отверстия с d 2,5 мм.

С наружной стороны карточки -с полиамидным слоем на заклепки надевали металлические токовыводы, а на них (для большей надежности) шайбы. Причем диаметр отверстий в карточке и в токовыводах несколько меньше, чем диаметр развальцовываемой части заклепки для плотной посадки.

После ориентации токовыводов в нужном направлении заклепки развальцовывают и оформляют узлы герметизации. Затем карточку складывают пополам, шляпками заклепок вовнутрь и нагретыми до 120^oС губками тепловой сварочной машины сваривают боковые швы шириной 3-5 мм и высотой 25 мм. Вставляют внутрь корпуса-пакета отформированный, с адсорбированным электролитом, блок электродов никель-кадмиевого аккумулятора, предварительно отогнув верхние незаваренные края пакета на 180^o (чтобы не внести электролит на свариваемые края пакета) и поочередно приваривают контактной точечной сваркой токоотводы положительного и отрицательного полублоков к шляпкам заклепок. После этого подваривают боковые швы и верхний край пакета, предварительно отогнув токовыводы на 180^o на пакет.

Счет сборки аккумулятора: два сдвоенных положительных электрода толщиной 0,75 мм каждый с размерами 30 х 57 мм, конвертированные в сепаратор толщиной 0,3 мм, и два отрицательных электрода по краям с аналогичными размерами.

Готовые герметичные аккумуляторы (НКГ- 0,75) собирают в батарею 10НКГ-0,75, запрессовывают ее в стальной корпус с габаритными размерами 67 х 40 х 57 мм, заливают свободный объем компаундом (эпоксидная смола с лапроксидом ^oC отвердитель), сверху размещают металлическую или пластмассовую крышку и используют по назначению.

Пример 2.

В условиях примера 1 производят сборку сухозаряженных электродов со счетом сборки 1: 1, для чего карточки с оформленными узлами герметизации располагают горизонтально шляпками заклепок вверх, приваривают положительный и отрицательный токоотводы электродов к соответствующим токовыводам, размещают (или конвертируют) на одном из электродов сепаратор с габаритными размерами, перекрывающими габариты электрода, складывают карточку с приваренными электродами пополам, сваривают боковые швы пакета на всю его высоту, вводят электролит, выдерживают в вакуум-камере, подваривают верхний шов, собирают готовые аккумуляторы в батарею и производят испытания.

Батареи исполняют с заливкой компаундом и с общим газовым пространством.

Пример 3.

Берут прямоугольный полимерный корпус с габаритами 82 х 33 х 110 мм (для аккумулятора НК-13), пробивают на широких боковых сторонах по одному круглому отверстию, оформляют узел герметизации в вышеприведенной последовательности, вставляют блок электродов во внутрь корпуса, приваривают точечной сваркой ленточные токоотводы полублоков к шляпкам заклепок, соблюдая полярность, приваривают тепловой сваркой крышку к корпусу, вводят через горловину необходимое количество электролита, затем ввинчивают пробку и производят испытания.

Аналогичными способами изготавливают аккумуляторы различных электрохимических систем и типоразмеров (различной емкости), такие как: НКГ-0,75; НКГ-1,0; НКГ-2,2; НК-0,75; НК -1,0; НК-2,2; НГ-1,2; НГ-1,6; НГ-3; НГГ-1,2; НГГ -1,6; НГГ-3 (никель-металлгидридные с отрицательным электродом, адсорбирующим водород). Их собирали в батареи и производили испытания. Испытания показали надежность герметичности этих аккумуляторов и батарей.

Таким образом, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.