CN100426561C - 在正极与载流带之间具有抗振连接的电池 - Google Patents

在正极与载流带之间具有抗振连接的电池 Download PDF

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Abstract

一种制造电池的方法，包括初始的是为电池提供具有交替的正极板和负极板的电池单元的步骤，其中每个极板被电绝缘的隔板层分开。每个正极板和负极板包括从其相邻上部延伸出的突出突舌，所述正极板的突出突舌大体对齐，负极板的突出突舌大体对齐。接下来，该方法包括将导电连接带附接到正极板和负极板的突出突舌上。然后，该方法包括将覆盖层材料施加到正连接带上，使覆盖层材料分散开并滴到突出突舌的暴露部分和正极板、负极板以及隔板材料的相邻上部上。使覆盖层材料硬化以提供附接在突出突舌和正极板、负极板以及隔板材料的相邻上部上的覆盖层。

Description

在正极与载流带之间具有抗振连接的电池
技术领域
本发明主要涉及电池，且特别涉及铅酸电池。
背景技术
典型的电池包括一个或多个在电池内部电连接、并向电池提供电力的电化学电池单元。这些电池单元一般包括四种基本组件：在电池单元进行放电时接收来自外部电路的电子的正极(充电时的阳极和放电时的阴极)；在电池单元进行放电时向外部电路释放电子的负极(充电时的阴极和放电时的阳极)；提供一种机制使电荷在正极和负极间流动的电解质(通常存在于溶液或糊状物中)；以及使正极和负极电绝缘的一个或多个隔板。由于这些组件之间的电化学关系使得这种构造能使电池单元产生电能。一旦产生电流，电流就从正极板通过电流载体流动到端子，从端子处传送到外部电路，然后通过与负极板连接的端子回到电池(一般通过另一个电流载体)。
在需要可再充电的性质时，铅酸电池受到欢迎。由于对滥用具有高的耐受性和相对低的制造成本，尤其是当电池重量不是主要考虑因素时，这种电池对于要求可再充电的应用是特别理想的。由此，铅酸电池经常被用于为汽车和其他车辆提供动力，因为这些外界环境会很恶劣并会出现各式各样的滥用。铅酸电池也经常被用在当电力网不能使用时而提供动力的备用系统中。
大多数铅酸电池主要利用相同的基础电化学反应产生电能，且一般使用相同的活性材料。电化学反应如下所示：
阴极：PbO2+SO4 -2+4H++2e-→PbSO4+2H2O
阳极：Pb+SO4 -2→PbSO4+2e-
在阳极，金属铅与硫酸根离子(SO4 -2)发应生成硫酸铅(PbSO4)。在阴极，氧化铅(PbO2)与硫酸根离子(SO4 -2)反应也生成硫酸铅。电子由阳极提供，流经外部电路由阴极接收。
在实践中，典型的铅酸电池包括多层叠置的阳极层和阴极层。通常，其设置为以下两种结构中的一种：叠层板或者螺旋卷绕的长条带。在任一情况中，阳极层和阴极层之间都通过隔板层相互隔离，隔板层由电绝缘材料(典型的有玻璃纤维垫料等)制成。稀释的硫酸溶液通常被用做电解质来提供硫酸根离子。
铅酸电池的叠层板样式一般包括在通过隔板层分隔的叠层中交替顺序排列的多个阳极和阴极。换句话说，典型的布置包括一个阴极板，一个隔板，一个阳极板，另一个隔板，第二阴极板，依此类推。一些铅酸电池单元包括29个以这种方式叠置的阴极板和阳极板。
为了利用由电极板上发生电化学反应所产生的电能，阴极板之间相互并联，阳极板之间也相互并联。一种连接极板的普遍技术是在每个极板的一个边缘设置突出突舌。突舌设置在每个阴极板的相同的位置上，使得在极板被叠置时突舌之间能够对齐。突舌被连接到导电连接带上，即被依次地连接至电池端子。类似的对齐的突舌从阳极板上突出并且通过一个连接带连接，但这些突舌被设置在阳极板不同的位置上以避免与阳极连接带相互干扰。例如，在McClelland等的美国专利No.4383011中描述了对这种构造的一个实例。
具有这种设计的铅酸电池在使用中会遇到抗振性和耐用性方面的问题。如上所述，由于铅酸电池一般很结实，常被用在恶劣的环境中。因此，它们要受到严格的测试，尤其是对冲击、撞击、碰撞和振动的抵抗性(作为一个典型的测试，参见VG96924-2，BS6290第4部分，IEC)。在一些情况下，断裂发生在正极板的突舌和连接带之间的连接处。正极板的这个区域会由于在突舌表面发生的用来保护下面大块的金属铅(Pb)的氧化反应(即形成PbO2)而变脆。PbO2层相对较脆，在振动测试期间施加的剪切力作用下会开裂。然后这些裂缝会使下面的金属铅暴露出来，并随之被氧化。这种在开裂后产生氧化的模式不断重复直到突舌从极板上完全断裂。
发明内容
本发明的目的在于电池单元和电池及其制造方法，在电池受到振动检验和其他严格的力学检测时，有助于在正极板突舌和连接带之间连接处的抗断裂性。作为本发明的第一方面，制造电池的方法包括一个为电池提供电池单元的起始步骤，其具有交替的正极板和负极板，其中每个极板间被绝缘的隔板层分开，正极板和负极板相互叠置。每个正极板都包括从相邻正极板上部突出的突舌，正极板的突舌之间通常对齐。每一个负极板都包括突出突舌，负极板的突舌之间通常对齐。接下来，该方法包括将导电连接带附接到正极板的突出突舌上。然后该方法包括将覆盖材料施加到正极板突出突舌部分和正极板相邻的上部(例如通过在正极连接带上倾倒粘合剂材料，使其分散开并滴到正极板，以及通常负极板的突舌和上部和隔板上)，使覆盖材料硬化来提供一个附接在正极板和负极板的突出突舌和相邻上部上的覆盖层。这种方法能够提供一种电池单元，其中正极板突舌与连接带之间的连接处被硬化和/或防止发生氧化，由此改善力学测试中的性能。
另一方面，本发明的目的在于一种电池，其包括：外壳；多个交替的正极板和负极板；两个导电连接带；和一个覆盖层。每个正极板和负极板之间被电绝缘隔板层隔开，叠置后置于外壳内。每个正极板具有从该正极板的相邻上部延伸出来的突出突舌，正极板的突舌大体对齐，每个负极板具有突出突舌，负极板的突舌大体对齐。一个导电连接带与正极板的突出突舌相附接，另一个导电连接带与负极板的突出突舌相附接。覆盖层(例如由粘合剂材料制成)覆盖正极板突出突舌部分和正极板的相邻上部(并且，一般也覆盖负极板和隔板)。
附图说明
图1A是根据本发明的电池单元的正极板和负极板以及隔板的叠层的透视图；
图1B是图1A所示电池单元的分解透视图；
图2A是根据本发明实施例的为形成连接带而被浸入熔融材料中的图1A所示电池单元的示意图；
图2B是图2A所示电池单元沿线2B-2B方向的剖面图；
图3是示出了根据本发明实施例的将图2A和图2B所示电池单元插入电池外壳中的侧视示意图；
图4是本发明的包括多个图2A和2B所示电池单元的电池的侧视示意图；
图5是根据本发明实施例的如图4所示电池的每个电池单元接收覆盖层材料的透视示意图；
图6是具有完整的覆盖层的如图5所示电池的透视图；和
图7是示出了覆盖层的图6所示电池的侧视示意图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明进行详细的描述，其中附图中示出本发明的优选实施例。然而，本发明可以很多不同的形式实施，而不仅仅限于其中给出的实施例；而且，提供这些实施例的目的是使本发明充分、完全的公开，使本领域技术人员能够完全理解本发明的范围。
在附图中，为了清楚起见，线、层和区域的厚度可能被放大。可以理解的是，若元件，例如层、区域、基片或者面板，被称为是在另一个元件“上”，那么它可能是直接设在另一个元件上或者也可能存在插入元件。相反的，若一个元件被称为是“直接”设置在另一元件“上”，则不存在插入元件。同样可以理解的是，若一个元件是“连接”或“附接”在另一元件上，那么它可能是直接连接或附接在另一元件上，或者也可能存在中间元件。相反的，若一个元件是“直接连接”或“直接附接”在另一元件上，则不存在中间元件。表示方向的术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”等等在这里仅仅是为了说明的目的而使用。
现参照附图，一个电池单元，由附图标记10表示，如图1A和图1B中所示。电池单元10包括以交替、堆叠、叠加方式布置的多个基本为平面的正极板12和多个基本为平面的负极板14，每一对相邻的正极板和负极板之间被隔板16分开。正极板和负极板12、14以及隔板16可以是本领域技术人员公知的任何适用于电池单元或电池的材料。在铅酸电池中，正极板和负极板12、14由基于铅的材料制成(这里，所述的“基于铅的”材料包括至少99％的铅)。隔板16一般由玻璃微纤维或合成玻璃微纤维制成。正极板和负极板12、14以及隔板16的尺寸和厚度是本领域技术人员公知的，在此无需进行说明。
仍然参照图1，每个正极板12包括从正极板12的上边缘向上延伸的突出突舌12a。突舌12a从在每一个正极板12上的基本相同的位置延伸出来，以使得在正极板被堆叠时突舌12a基本对齐。突舌12a有助于所有平行的正极板之间的电连接。类似的，每个负极板14包括从负极板14的上边缘向上延伸的突出突舌14a，且由于突舌14a位于每个负极板14上的基本相同的位置并基本对齐，这有助于平行的负极板14之间的电连接。突舌12a、14a的具体结构可以变化，但是所选择的结构应当从相应极板的边缘充分延伸以使其能够进行电连接。
通过利用连接到突舌12a的正极连接带18，以及连接到突舌14a的负极连接带22说明性地和典型地实现正极板12和负极板14之间的相互连接(参见图3-6)。例如，连接带18、22可以通过倒置电池10，将突舌12a和14a浸入模具26的凹井28、30中得到，这时在凹井28、30中包含熔融材料29、32例如铅(见附图2A和2B)。突舌12a、14a留在凹井28、30中直到熔融材料29、32冷却。然后附接有连接带18、22的电池单元10从模具26中被提起。本领域技术人员能够认识到将连接带18、22附接到突舌12a、14a上的其他技术，例如手工热焊或者其他任何机械连接方法，也都可以分别地应用到本发明中。
在连接带18、22已经被设置在电池单元10上以后，电池单元10可以接着与其他电池单元10一起放置在多电池单元的电池50中(见附图3和4)。电池50包括多个电池单元10(一般这些电池具有相似尺寸的电池单元)和一个隔间式外壳52，外壳的每一个隔间54包括一个插入其中的电池单元。电池单元10以如下方式放置：一个电池单元的正端子20与另一个电池单元10的负端子24相邻。
现参见附图5，在电池单元10被插入外壳52后，覆盖层材料42(一般为粘合剂)被施加到每个电池单元10的正极连接带18上(负极板14一般不发生氧化，前述的变脆和开裂不会在其上发生)。例如，可以通过分送器40将覆盖层材料42沉积到正极连接带的上表面18a上。覆盖层材料在上表面18a上分散开，向下滴入正极连接带18的侧面18b以覆盖突舌12a的暴露部分和相邻的正极板12、负极板14和隔板16的上部12e、14e、16e(见附图7)。覆盖层材料42一般渗入正极板和负极板12、14与隔板16之间的空隙，从正极板12、负极板14和隔板16的上部12e、14e、16e渗入0.5cm到1.0cm(尺寸可以根据电池的类型/尺寸而变化)，但是覆盖层材料42可以根据需要渗入更多或更少。然后覆盖层材料42硬化，形成覆盖层44。
在一些实施例中，覆盖层44可以使正极连接带18与正极板、负极板12、14和隔板16的上边缘成为一体，由此提供一种可改善电池单元10的结构整体性和抗振性的坚硬结构。在一些其他的实施例中，覆盖层44还可以涂覆正极板12的突舌12a，并提供抗突舌氧化的保护层。在进一步的实施例中，覆盖层44可以提供结构整体性、抗振性和抗氧化保护。
覆盖层44可以由任何能够提供前述的坚硬度和/或保护性能的材料制成。典型的覆盖层材料包括粘合剂，例如环氧类、活性丙烯酸类或连接化合物。在一些实施例中，覆盖层44可以由具有一定粘度(一般在25℃下具有19厘泊的粘度)的物质制成，以使其能够如所述的那样施加到正极连接带18上，并从那里分散到正极板12、负极板14的上部12e、14e上以及突舌12a、14a部分上。覆盖层材料也可以是耐酸的(尤其是硫酸，因为其经常用在铅酸电池的电解质溶液中)和耐80℃高温的，能够经受住电池的内部环境。进一步地，为避免电池内部产生压力，覆盖层材料不能是会放出大量气体的材料，应当至少粘附于正极板12上。一种典型的覆盖层材料是S-2470-E环氧，可以从英国Structural Adhesives Ltd，Bushby Brooks Works，16SpenceStreet，Leicester.LE5 3NW购买。
本领域技术人员能够意识到其他可将覆盖层44施加到正极连接带18上和正极板12的上部12e上的技术都可以使用。例如，覆盖层44可以通过喷涂或者直接注入材料的方式施加到正极板12的上部12e和突舌12a上。另一个例子，覆盖层44也可以在模具定位在正极连接带18的周围时施加，以使覆盖层材料42流动填充模具并形成预定的形状。
在施加覆盖层44以后，相邻电池单元10的正极和负极端子20、24被电连接。然后电池50被封盖起来并填充电解质溶液。填充后的电池在使用前被排气并被封住。
本领域技术人员能够意识到，虽然这里所举例说明和所讨论的覆盖层被用于多电池单元的电池，但是这种覆盖层也可以用到单电池单元的电池。进一步的，虽然在这里举例说明和描述的是“平行板”电池，但是覆盖层也可以方便地应用到“螺旋卷绕”的电池中，其中正极板和负极板以叠置的方式螺旋卷绕。此外，负极连接带以及相邻极板和隔板的上边缘上也可以包括覆盖层，但不是必需的。
前述是对本发明的举例说明，而并不是对本发明的限制。虽然对所列举的本发明实施例进行了描述，但是本领域技术人员很容易理解对这些实施例可能有许多变化，而在本质上不脱离本发明的新颖的教导和优点。因此，所有这样的变化都包含在本发明所要求的范围之内。本发明由以下的权利要求进行限定，其与所要求的保护范围相当。

Claims (19)

1、一种制造电池的方法，包括：
为电池提供一个单元电池，其具有交替的正极板和负极板，每个正极板和负极板之间被电绝缘的隔板层分开，正极板与负极板相互叠置，其中每个正极板包括从正极板相邻的上部延伸出来的突出突舌，所述正极板的突出突舌对齐，并且其中每个负极板包括突出突舌，所述负极板的突出突舌对齐；
将导电连接带附接到正极板的突出突舌上；
将覆盖层材料施加到正极板的突出突舌部分和相邻上部上；和
使覆盖层材料硬化以提供附接在正极板的突出突舌和相邻上部上的覆盖层。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述覆盖层覆盖正极板的突出突舌部分和相邻上部部分，并防止上述部分被氧化。
3、如权利要求1所述的方法，其中覆盖层是一种使连接带和正极板成为一体的坚硬的结构。
4、如权利要求1所述的方法，其中正极板和负极板由基于铅的材料制成。
5、如权利要求1所述的方法，进一步包括：在附接导电连接带的步骤之后将电池单元插入电池外壳。
6、如权利要求1所述的方法，进一步包括：在施加覆盖层材料的步骤之后向电池单元加入电解质溶液的步骤。
7、如权利要求1所述的方法，其中施加覆盖层材料的步骤包括将覆盖层材料施加到连接带的上表面，并使覆盖层材料分散开并滴到正极板的突出突舌和相邻上部的暴露部分。
8、如权利要求7所述的方法，其中覆盖层材料包括一种粘合剂树脂。
9、如权利要求8所述的方法，其中所述粘合剂树脂是一种环氧树脂。
10、如权利要求7所述的方法，其中覆盖层材料具有在25℃条件下大小为19泊的粘度。
11、如权利要求1所述的方法，其中正极板和负极板基本上是平面的。
12、如权利要求1所述的方法，其中附接连接带的步骤包括，将正极板的突出突舌浸入收集在模具中的导电熔融溶液中，并使所述熔融溶液冷却形成连接带，突出突舌被嵌入其中。
13、如权利要求12所述的方法，其中导电的熔融溶液包括基于铅的材料。
14、一种电池，包括：
外壳；
多个交替的正极板和负极板，每个正极板和负极板之间被电绝缘的隔板层分开，正极板与负极板相互叠置放置在外壳中，其中每个正极板包括从正极板相邻的上部延伸出来的突出突舌，所述正极板的突出突舌对齐，并且其中每个负极板包括突出突舌，所述负极板的突出突舌对齐；
附接在正极板突出突舌上的导电连接带；
附接在负极板突出突舌上的导电连接带；
覆盖正极板的突出突舌和正极板相邻上部部分的覆盖层。
15、如权利要求14所述的电池，其中所述覆盖层包括一种粘合剂树脂。
16、如权利要求15所述的电池，其中所述粘合剂树脂包括选自包含环氧类、活性丙烯酸类和连接化合物的物质组中的材料。
17、如权利要求14所述的电池，其中正极板和负极板由基于铅的材料制成。
18、如权利要求14所述的电池，其中负极板的突出突舌和相邻上部没有覆盖层。
19、如权利要求14所述的电池，进一步包括包含在所述外壳内的电解质溶液。
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