RU2024999C1 - Process of assembly of bipolar storage battery - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical current sources. SUBSTANCE: spacer 5 is put into disc metal case 1 with clearance. Bipolar electrodes 3 and 2, extreme monopolar electrodes 6, separators 7 are placed on bottom of case 1. Case is closed with cover 9 and edges of case 1 are expanded over end sections of plastic spacer 5 and cover 9. Electrolyte 8 is present in pores of electrodes 2, 3 and separators 7. Edges of metal jumper 4 of bipolar electrodes 2, 3 are reinforced with material of spacer 5. EFFECT: increased reliability of sealing. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрохимической промышленности и может быть использовано при изготовлении химических источников тока, в частности щелочных биполярных аккумуляторных батарей дисковой конструкции. The invention relates to the electrochemical industry and can be used in the manufacture of chemical current sources, in particular alkaline bipolar storage batteries of a disk design.

Известен способ сборки биполярной аккумуляторной батареи путем помещения в корпус биполярных электродов на общей металлической перемычке, края которой армированы в стенки корпуса [1]. Однако этот способ может быть использован только для сборки источников тока, корпус которых выполнен из непроводящих материалов, например свинцовых батарей, и его нельзя применять для сборки щелочных источников тока, имеющих металлический корпус, в частности для биполярных батарей дисковой конструкции, так как в этом случае из-за проводимости корпуса нарушается принцип биполярности (все электроды оказываются замкнутыми накоротко) и батарея оказывается неработоспособной. There is a method of assembling a bipolar battery by placing bipolar electrodes in the housing on a common metal jumper, the edges of which are reinforced in the walls of the housing [1]. However, this method can only be used to assemble current sources whose case is made of non-conductive materials, such as lead batteries, and cannot be used to assemble alkaline current sources having a metal case, in particular for bipolar batteries of a disk design, since in this case Due to the conductivity of the housing, the principle of bipolarity is violated (all electrodes are short-circuited) and the battery is inoperative.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ сборки химических источников тока, в частности биполярной аккумуляторной батареи [2], состоящий из отдельных камер, герметично изолированных одна от другой, путем помещения в дисковый металлический корпус биполярных электродов на общей металлической перемычке, края которой армированы в пластмассовой прокладке, сепараторов, электролита, крайних монополярных электродов, крышки и завальцовки края корпуса на концевые участки прокладки и крышки. При этом завальцовка осуществляется радиальным обжатием стенки корпуса протягиванием батареи сквозь матрицу, за счет чего достигается уплотнение стенки прокладки между внутренней боковой поверхностью корпуса и наружной боковой поверхностью крышки. The closest in technical essence and the achieved result is a method of assembling chemical current sources, in particular a bipolar battery [2], consisting of separate chambers, hermetically isolated from one another, by placing bipolar electrodes in a metal disk housing on a common metal jumper, the edges of which reinforced in a plastic gasket, separators, electrolyte, extreme monopolar electrodes, covers and rolling the edges of the housing to the end sections of the gasket and cover. In this case, rolling is carried out by radial compression of the housing wall by pulling the battery through the matrix, due to which the gasket wall is sealed between the inner side surface of the housing and the outer side surface of the cover.

Однако и этот способ сборки имеет существенный недостаток, заключающийся в возможности нарушения герметичности в месте соединения перемычки с пластмассовой прокладкой, что приводит к перетоку электролита и утечки тока между отдельными камерами биполярной батареи и в итоге к снижению емкости и разрядного напряжения. Причиной нарушения герметичности в месте соединения перемычки с прокладкой является деформация прокладки в месте контакта наружной боковой поверхности прокладки и внутренней боковой поверхности корпуса в процессе установки армированной прокладки в корпус, а также при протягивании батареи сквозь матрицу. However, this assembly method also has a significant drawback, namely the possibility of leakage at the junction of the jumper with the plastic gasket, which leads to an overflow of electrolyte and current leakage between the individual chambers of the bipolar battery and, as a result, to a decrease in capacity and discharge voltage. The reason for the leak at the jumper’s junction with the gasket is the deformation of the gasket at the point of contact of the outer side surface of the gasket and the inner side surface of the housing during installation of the reinforced gasket in the housing, as well as when pulling the battery through the matrix.

Кроме того, при таком способе сборки не созданы условия для удаления излишнего воздуха из камеры, прилегающей к дну корпуса, во время установки прокладки, армированной перемычкой, из-за чего не обеспечивается надежная посадка прокладки на дно корпуса, а на наружной поверхности прокладки образуются царапины, нарушающие герметичность батареи в зоне завальцовки. In addition, with this assembly method, conditions were not created for removing excess air from the chamber adjacent to the bottom of the housing during installation of the gasket reinforced with a jumper, which does not ensure a reliable fit of the gasket to the bottom of the housing, and scratches are formed on the outer surface of the gasket violating the tightness of the battery in the rolling zone.

Задача, которую решает изобретение, заключается в устранении перечисленных выше недостатков, обеспечение надежности герметизации перемычки в месте ее армирования в пластмассовой прокладке, обеспечении надежной посадки прокладки на дно корпуса и повышении надежности герметизации в узле завальцовки. The problem that the invention solves is to eliminate the above disadvantages, ensuring the reliability of the sealing of the jumper in the place of its reinforcement in the plastic gasket, ensuring a reliable fit of the gasket on the bottom of the housing and increasing the reliability of the sealing in the rolling unit.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе сборки биполярной аккумуляторной батареи путем помещения в дисковый металлический корпус биполярных электродов на общей металлической перемычке, края которой армированы в пластмассовой прокладке, сепараторов, электролита, крайних монополярных электродов, крышки и завальцовки края корпуса на концевые участки прокладки и крышки между наружной поверхностью прокладки и внутренней боковой поверхностью корпуса оставляют радиальный зазор. The solution to this problem is achieved by the fact that in the known method of assembling a bipolar battery by placing bipolar electrodes in a metal disk housing on a common metal jumper, the edges of which are reinforced in a plastic gasket, separators, electrolyte, extreme monopolar electrodes, lids and rolling the edges of the housing to the end sections gaskets and covers between the outer surface of the gasket and the inner side surface of the housing leave a radial clearance.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что между наружной поверхностью прокладки и внутренней боковой поверхностью корпуса оставляют радиальный зазор. Таким образом, предлагаемый способ соответствует условию патентоспособности изобретений "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить аналогичных общедоступных источников, что позволяет сделать вывод о том, что предложенное решение соответствует уровню патентоспособности изобретения "изобретательский уровень". A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the proposed method differs from the known one in that a radial clearance is left between the outer surface of the gasket and the inner side surface of the housing. Thus, the proposed method meets the condition of patentability of inventions "novelty." Comparison of the proposed solutions with other technical solutions in this technical field did not reveal similar publicly available sources, which allows us to conclude that the proposed solution corresponds to the level of patentability of the invention "inventive step".

На чертеже представлен для иллюстрации способа поперечный разрез биполярной аккумуляторной батареи. The drawing shows, for illustration of the method, a cross section of a bipolar battery.

В металлический корпус 1 устанавливают электроды 2 и 3 на общей перемычке 4, края которой армируются в прокладку 5, крайние электроды 6 и сепаратор 7. В порах сепаратора и электродов размещен электролит 8. Прокладка 5 выполнена таким образом, что между ее наружной Б и внутренней В поверхностями имеется радиальный зазор δ_рад как в цилиндрической, так и в конической части А корпуса 1. Устанавливают крышки 9 и производят закальцовку края корпуса 1 на концевые участки прокладки 5 и крышки 9. Благодаря наличию зазора δ_рад при установке прокладки, армированной перемычкой в корпус батареи, воздух из нижней камеры свободно удаляется наружу и прокладка надежно устанавливается на дно корпуса, устраняется возможность деформации прокладки в месте армирования ее перемычкой и нарушения герметичности между камерами, предотвращается возможность появления царапин на поверхности прокладки за счет трения о стенку корпуса, что повышает надежность герметизации батареи в узле завальцовки.In the metal case 1, electrodes 2 and 3 are installed on a common jumper 4, the edges of which are reinforced into a gasket 5, the extreme electrodes 6 and the separator 7. An electrolyte is placed in the pores of the separator and electrodes 8. The gasket 5 is made in such a way that between its outer B and inner The surface has a radial clearance δ _rad in both cylindrical and in the conical portion of the housing 1. a cover 9 install and produce zakaltsovku edge of the housing 1 at the end portions of the gasket 5 and the cover 9. Due to the presence of the gap δ _rad at the gasket, rei with a jumper in the battery case, air from the lower chamber is freely removed to the outside and the gasket is securely installed on the bottom of the case, the possibility of deformation of the gasket in the place of reinforcement with its jumper and leakage between the cameras is eliminated, the possibility of scratches on the surface of the gasket due to friction against the wall of the case is prevented which increases the reliability of sealing the battery in the rolling unit.

Были изготовлены опытные образцы дисковой биполярной аккумуляторной батареи емкостью 0,1 А.ч. В стальной корпус с наружным диаметром в цилиндрической части 22,0 мм и толщиной стенки 0,35 мм устанавливают положительные оксидноникелевые электроды в виде таблеток диаметром 19,2 мм и высотой 1,6 мм и отрицательные кадмиевые электроды диаметром 17,8 мм и высотой 1,5 мм, сепаратор из капроновой ткани толщиной 0,3 мм и прокладку из полиамида, армированную перемычкой из стальной ленты толщины 0,15 мм и диаметром 20,5 мм. Толщина стенки прокладки 0,9 мм, а ее наружный диаметр 21,1 мм. Таким образом между стенкой корпуса и прокладкой был обеспечен радиальный зазор δ_рад равный 0,1 мм. После сборки всех деталей в корпус устанавливают крышку из стали толщиной 0,35 мм и диаметром 20,7 мм и завальцовывают батарею протягиванием сквозь матрицу диаметром 22,0 мм, обеспечивая таким образом диаметр 22,0 мм батареи по всей высоте.Prototypes of a disk bipolar storage battery with a capacity of 0.1 A. h were made. Positive nickel oxide electrodes in the form of tablets with a diameter of 19.2 mm and a height of 1.6 mm and negative cadmium electrodes with a diameter of 17.8 mm and a height of 1 are installed in a steel case with an outer diameter in the cylindrical part of 22.0 mm and a wall thickness of 0.35 mm , 5 mm, a separator of nylon fabric with a thickness of 0.3 mm and a polyamide gasket reinforced with a lintel of steel tape with a thickness of 0.15 mm and a diameter of 20.5 mm. The thickness of the gasket wall is 0.9 mm, and its outer diameter is 21.1 mm. Thus, a radial clearance of δ _rad equal to 0.1 mm was provided between the wall of the housing and the gasket. After assembling all the parts, a cover made of steel with a thickness of 0.35 mm and a diameter of 20.7 mm is installed in the housing and the battery is rolled by pulling through a die with a diameter of 22.0 mm, thus providing a diameter of 22.0 mm of the battery over the entire height.

Для сравнения изготавливают партию батарей в соответствии с прототипом. Для этого используют корпус с внутренним диаметром 21,1 мм, равным наружному диаметру прокладки. Таким образом радиальный зазор между корпусом и прокладкой отсутствует. Диаметр крышки был уменьшен до 20,5 мм. Остальные детали были такие же, как при изготовлении опытных образцов в соответствии с предлагаемым способом сборки. For comparison, a batch of batteries is made in accordance with the prototype. To do this, use a housing with an inner diameter of 21.1 mm equal to the outer diameter of the gasket. Thus, there is no radial clearance between the housing and the gasket. The diameter of the lid has been reduced to 20.5 mm. The remaining parts were the same as in the manufacture of prototypes in accordance with the proposed method of assembly.

Сравнительные испытания показали, что опытные образцы батареи имеют емкость 0,1 А. ч. и среднее разрядное напряжение 2,5 В. Брак по течи электролита в узле завальцовки отсутствует. Батареи, изготовленные в соответствии с прототипом, имеют емкость 0,80-0,85 А.ч. и среднее разрядное напряжение 2,2 В. Причиной снижения емкости и напряжения является нарушение изоляции друг от друга отдельных камер батареи в месте армирования перемычки в прокладке из-за деформации перемычки. У 10% батарей наблюдается течь электролита в узле завальцовки вследствие появления царапин на наружной поверхности стенки прокладки. В ряде случаев при установке прокладки в корпус не удается достичь ее фиксации на дне корпуса из-за того, что воздух не удаляется из замкнутого объема нижней камеры. Comparative tests showed that the prototypes of the battery have a capacity of 0.1 A. hours and an average discharge voltage of 2.5 V. There is no rejection of an electrolyte leak in the rolling unit. Batteries made in accordance with the prototype have a capacity of 0.80-0.85 A.h. and an average discharge voltage of 2.2 V. The reason for the decrease in capacitance and voltage is a violation of the isolation of the individual battery chambers from each other at the jumper reinforcement in the gasket due to deformation of the jumper. 10% of the batteries show electrolyte leakage in the rolling unit due to scratches on the outer surface of the gasket wall. In some cases, when installing the gasket in the housing, it is not possible to fix it on the bottom of the housing due to the fact that air is not removed from the closed volume of the lower chamber.

Таким образом необходимое качество батарей обеспечивает только такой способ сборки, который выполняется в соответствии с отличительными особенностями изобретения. Применение предлагаемого способа позволяет создать производство биполярных аккумуляторных батарей, отличающихся высокими техническими и эксплуатационными показателями. Thus, the required quality of the batteries provides only such a method of assembly, which is performed in accordance with the distinctive features of the invention. The application of the proposed method allows you to create the production of bipolar batteries, characterized by high technical and operational indicators.

Claims (1)

СПОСОБ СБОРКИ БИПОЛЯРНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ путем помещения в дисковый металлический корпус биполярных электродов на общей металлической перемычке, края которой армированы в пластмассовой прокладке, сепараторов, электролита, крайних монополярных электродов, крышки и завальцовки края корпуса на концевые участки прокладки и крышки, отличающийся тем, что между наружной поверхностью прокладки и внутренней боковой поверхностью корпуса оставляют радиальный зазор. METHOD FOR ASSEMBLING A BIPOLAR BATTERY BATTERY by placing bipolar electrodes in a metal disk housing on a common metal jumper, the edges of which are reinforced in a plastic gasket, separators, electrolyte, extreme monopolar electrodes, a lid and rolling the edges of the casing to the end sections of the gasket and the lid between the outer surface of the gasket and the inner side surface of the housing leave a radial clearance.