CN100449847C - 可再充电电池和其制造 - Google Patents

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Abstract

一种可再充电电池，包括：电极组件，包括正和负电极及插在它们之间的分隔件；及盒体，容纳所述电极组件并且具有在其表面上设置的绝缘层以绝缘所述盒体并防止短路和漏电。

Description

可再充电电池和其制造
技术领域
本发明涉及一种可再充电电池和其制造方法。更特别地，本发明涉及一种包括具有改进结构的电池盒的可再充电电池及其制造方法。
背景技术
可再充电电池通常与一次电池的区别在于其能够反复地被充电和放电。具有低容量的可再充电电池包含单元电池，其被用于例如移动电话、笔记本电脑和便携式摄像机等的小型便携电子装置上。而另一方面，具有高容量的可再充电电池包括作为包装的多个单元电池并且一般被用于作为驱动混合电力车辆的马达等的电力源。
所述可再充电电池主要形成为圆筒或多棱柱形状。
而且，所述可再充电电池被串联以形成具有高容量的可再充电电池模块，其可以用于驱动要求大的电功率的电力交通工具的马达。
所述可再充电电池模块一般包括多个可再充电电池(此后为了方便起见被叫作单元电池)。
所述单元电池各自包括电极组件，该组件包括正和负电极及插入在它们之间的分隔件；盒体，其具有用于容纳所述电极组件的空间；盖组件，其与所述盒体结合并密封所述盒体，以及通过所述盖组件伸出的并且与所述电极组件的正和负电极电连接的正和负端子。
每个单元电池，其通常形成为多棱柱形状，通过使用将一个单元电池的正端子电连接到相邻的单元电池的负端子上的螺帽而与其它的单元电池连接，从而形成一个可再充电电池模块。
每个单元电池一般在其反复被充电和放电时会产生大量的热。因此，可再充电电池模块包括几个或几十个单元电池应能够轻松地消散有所述这些单元电池产生的热量。可再充电电池模块的热消散特性对电池的性能具有关键的影响。
当电池模块不能适当地消散热量时，由单元电池产生的热量使电池内部的温度增加，导致电池性能的下降。
特别是当所述可再充电电池模块用作大容量的可再充电电池，用于驱动例如在电吸尘器、电单车或电力车辆(电力交通工具或混合电力交通工具)中的电动机时，其在高电流状态下进行充电和放电并且相应地产生更多的热量。该热量通过内部反应明显地增加了电池内部的温度并且对电池特性具有不好的影响，降低电池的性能。
因此，在制造大容量电池中电池模块的热量消散特性起到非常重要的作用。
通常，所述盒体由能够有效地消散由单元电池产生的热量的金属形成，并且所述金属应该具有良好的电传导性及热传导性。
而且，单元隔离板被安装在每个单元电池之间形成流动通道，在其中可以使致冷剂流过。所述电池模块通过一个螺帽将从每个串联设置的单元电池中伸出的负和正端子串接而形成。
在此，当导体穿过中间的单元隔离板而使彼此相邻的所述盒体电连接时，所述电池模块可能会短路。而且，当所述单元电池具有电解液泄漏的问题时，其可能电连接邻近的各单元电池，所述各单元电池不能正常地工作。
此外，当在其内部表面与电极组件电连接的所述盒体不被连接到相邻的单元电池的端子上而是被连接到其它部分上时，例如被连接到盒体上时，会产生另一个漏电的问题，导致所述单元电池的性能下降。
发明内容
本发明通过改进盒体的结构致力于提供一种具有改进的结构安全性和可靠性优点的可再充电电池。
根据本发明的一个实施例，提供一种可再充电电池，其包括电极组件、该电极组件包括正和负电极以及插入它们之间的分隔件；及盒体，其适合于容纳所述电极组件并且具有设置在其表面的氧化膜绝缘层及在所述氧化膜绝缘层上的有机材料层或无机材料层。
所述氧化膜绝缘层优选地包括阳极氧化膜绝缘层。所述阳极氧化膜绝缘层优选地具有30到100μm的厚度范围。所述阳极氧化膜绝缘层优选地包括氧化铝。所述氧化膜绝缘层优选地设置在所述盒体的外表面上。
所述可再充电电池优选地适合于驱动马达。
根据本发明的另一个实施例，提供一种可再充电电池，其包括电极组件、该电极组件包括正和负电极以及插入它们之间的分隔件；及盒体，其适合于容纳所述电极组件并且具有设置在其表面的氧化膜绝缘层。
所述氧化膜绝缘层优选地包括阳极氧化膜绝缘层。所述阳极氧化膜绝缘层优选地具有30到100μm的厚度范围。所述阳极氧化膜绝缘层优选地包括氧化铝。所述氧化膜剂绝缘层优选地设置在所述盒体的外表面上。
所述可再充电电池优选地适合于驱动马达。
根据本发明的再一个实施例，提供一种可再充电电池的制造方法，其包括叠置正和负电极以及设置在它们之间的分隔件以形成一个电极组件、将所述电极组件设置在盒体内；在容纳所述电极组件的盒体上形成绝缘层；并且密封容纳所述电极组件的所述盒体。
形成所述绝缘层优选地包括阳极化所述盒体以形成阳极氧化膜绝缘层。形成所述绝缘层优选地还包括利用有机材料密封在所述阳极氧化膜绝缘层上的微孔。所述方法优选地还包括形成所述阳极氧化膜绝缘层，使其具有30到100μm的厚度范围。所述方法优选地还包括通过低温硫酸方法形成所述阳极氧化膜绝缘层。
附图说明
当通过参考下面的详细描述并且结合附图而更进一步理解本发明时，本发明的更完整的评价及许多随之而来的优点将容易地显现，在附图中类似的部件用相同的附图标记来表示。
图1为根据本发明的一个实施例的可再充电电池的分解透视图。
图2为沿图1中A-A线的所述可再充电电池的剖视图。
图3为根据本发明实施例的可再充电电池模块的透视图。
具体实施方式
图1为根据本发明的可再充电电池30的分解透视图，且图2为沿图1中A-A线的所述可再充电电池30的剖视图。
参考附图，具有高容量的电池模块的每个单元电池30包括电极组件25，其包括正电极11和负电极12及放在它们之间的分隔件13；盒体14，其具有用于容纳所述电极组件25的空间及一个在所述盒体14的主体141表面上的绝缘层144；盖板33，其与所述盒体14连接以关闭并密封所述盒体14、及分别电连接到正电极11和负电极12并且从所述盖板33向外伸出的正端子31和负端子32。
所述单元电池30的制造步骤包括：通过叠置所述分隔件13和附着在所述分隔件13两侧的所述正电极11和负电极12形成所述电极组件25；在所述盒体主体141上形成绝缘层144，并且将所述电极组件25容纳在所述盒体14中并用所述盖板33将所述电极组件密封，所述盖板33包括分别与所述正电极11和负电极12电连接的电极端子31和32。
所述正电极11包括由薄金属箔例如铝箔等形成的正集电器，及覆盖在至少其一侧上的正电活性材料。所述正电活性材料主要包括锂基氧化物。
另一方面，所述负电极12包括由薄金属箔例如铜箔等形成的负集电器，及覆盖在至少其一侧上的负电活性材料。所述负电活性材料主要包括碳材料。
而且，所述正电极11和负电极12都包括利用活性材料覆盖所述集电器而形成的覆盖区域和所述集电器上未被所述活性材料覆盖的未覆盖区域11a和12a。
当它们被应用于高功率可再充电电池时，所述未覆盖区域11a和12a在长度方向上被形成在所述正电极11和负电极12的相对侧。所述分隔件13为插入在所述正电极11和负电极12之间的绝缘体，并且它们被叠置并且螺旋缠绕在一起以形成所述果冻卷形状的电极组件25。所述电极组件25可以被压平到足够被容纳在多棱柱盒体14中。
所述盒体主体141由例如铝、铝合金、及镀镍钢等导电金属形成，并且被成形为四边形棱柱或其它具有用于容纳所述电极组件25的空间的形状。所述铝合金可以通过将铝与例如铬(Cr)、镁(Mg)、钛(Ti)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、硅(Si)、或锌(Zn)进行合金而获得，但是并不限于此。所述铝合金也可以包括A130、A150、A160等，这些都是在商业上可得到的。
所述绝缘层144包括通过阳极化所述盒体主体141形成的阳极氧化膜142。所述阳极氧化膜142可以具有30到100μm的厚度范围。当所述阳极氧化膜142小于30μm厚度时，所述膜太薄以至于不能部分地绝缘所述盒体，而当所述阳极氧化膜142的厚度大于100μm时，在高温下所述膜会破裂。
通常，阳极氧化膜通过将所述阳极和阴极浸泡在包括酸电解液溶液的电解液浴中使它们分解而形成在阳极上。所述阳极优选地包括铝，且所述阴极优选地包括具有氧化电势比铝低的金属。所述具有氧化电势比铝低的金属包括锌、铁、镍、铜、铅等。所述酸电解液溶液可以包括硫酸溶液、羟基酸溶液、或这些溶液的混合物。
根据本发明的实施例，所述阳极化可以包括低温硫酸方法。所述低温硫酸方法通过使用所述盒体主体141作为阳极放入硫酸(H2SO4)水溶液中并且向其施加电流，使得在阴极产生氢气而在阳极产生氧气，并且所述氧气与盒体主体141发生反应使铝形成氧化膜142。
所述低温硫酸方法特征在于较低的电解溶液温度，在该温度下防止所述膜溶解在所述电解液中并且通过搅动所述溶液来消散由电解产生的热量。所述以低温硫酸方法生产的阳极氧化膜具有高透明度及良好的染色性、抗腐蚀性、及抗磨损性。特别地，在所述低温硫酸方法下生产的硬阳极氧化膜具有良好的绝缘性能。
根据本发明的实施例，所述盒体主体141由铝形成，并且通过低温硫酸方法，阳极化所述盒体主体141的表面，从而在其上形成所述包括氧化铝的阳极氧化膜142。所述氧化铝层具有良好的绝缘特性，因此确保所述盒体14的绝缘。
但是，由于形成在所示盒体主体141上的所述氧化铝膜142具有很多微孔，其会对所述盒体14的绝缘特性产生不利的影响，应该密封在所述阳极氧化膜142上的所述的孔，以形成所述绝缘层144。
通过在所述氧化铝膜142上施加例如油或合成树脂的有机材料或将包括所述氧化铝膜142的所述盒体主体141浸泡在上述材料中来完成所述的密封处理。因此，在所述氧化铝膜142上形成有机材料层143，导致最终的绝缘层144具有双层的结构。在本发明中，所述利用有机材料对孔进行的密封仅仅是示意性的，并且只要其能够提高阳极氧化膜的绝缘性能，也可以对其进行改变。
所述绝缘层144可以被形成为具有多层结构，包括氧化膜142和在其上形成的有机材料层或个无机材料层。
所述有机材料层优选地由树脂来形成。所述树脂可以包括氟化树脂、环氧树脂或它们的混合物。所述无机材料层可以由无机材料的粉末的粉浆浇注来形成。所述无机材料可以包括氧化铝等。
然后，所述从盖板33上向外伸出的端子31和32与所述电极组件25电连接，并且所述电极组件被放入带有绝缘层144的盒体14内。然后所述盖板33与所述盒体14结合并且将其密封从而形成单元电池30。
图3为根据本发明实施例的可再充电电池模块的透视图。参考附图，多个单元电池30被串联地设置，并且然后单元隔离板35被安装在所述单元电池30之间以形成致冷剂可以流过的通道。
单元电池30的正端子31与相邻的单元电池的负端子32通过连接器34电连接，并且所述单元电池30的负端子32通过另一个连接器34与另一个相邻的单元电池30的正端子31电连接。
因此，多个单元电池30通过连接器34被串联地电连接在一起。由于每个单元电池30除了端子31和32及连接器34外都必须电绝缘，因此每个单元电池30的所述盒体14需要在其表面上的绝缘层144。
所述绝缘层144可以仅仅包括通过对所述盒体进行阳极化形成的阳极氧化膜142，或包括所述阳极氧化膜142和附加地形成在所述阳极氧化膜142上的有机材料层或无机材料层143。
所述阳极氧化膜142可以由氧化铝来形成。换句话说，所述由铝形成的盒体14通过低温硫酸方法而被阳极化，形成由氧化铝(Al2O3)组成的阳极氧化膜142。所述氧化铝层具有良好的绝缘特性，因此确保所述盒体的绝缘性。
但是，由于所述氧化铝膜142具有很多微孔，其会对所述盒体的绝缘特性产生不利的影响。因此，它们应该被填充油或有机材料从而在所述阳极氧化膜142上形成有机材料层143。通过在所述阳极氧化膜142上涂覆油或合成树脂或将所述盒体14浸泡在油或合成树脂内而形成所述有机材料层143。
所述阳极氧化膜142可以像具有所述有机材料层143一样地具有无机材料层。而且，所述在图示中所述绝缘层仅仅形成在所述盒体主体141的外部表面上，但是其内部表面上也可以用与在所述外部表面相同的方法进行绝缘。
根据本发明的实施例，单元电池的盒体14具有在所述盒体主体141外部表面上的绝缘层144，并且当所述盒体通过金属单元隔离板35被附加到另一个相邻的盒体上时，所述盒体可以具有良好的绝缘。而且，如果在反覆充电和放电期间电解液泄漏，所述绝缘层144可以阻断电流，防止漏电和短路。
因此，由于在其表面上具有绝缘层的所述盒体可以防止可再充电电池模块的漏电和短路，这些现象当所述盒体与外部导体接触时都可能发生，所述盒体可以改进可再充电电池模块结构的安全性和可靠性。
而且，所述可再充电电池模块可以被用作驱动例如混合电力交通工具(HEV)、电力交通工具(EV)、无绳吸尘器、摩托车、电单车等的马达的电源。
虽然已经结合了目前认为是可实施的示意性实施例对本发明进行了描述，应该明白本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明试图覆盖包括在所附权利要求书精神和范围的各种改进和等同设置和它们的等同物。

Claims (11)

1.一种可再充电电池，包括：
电极组件，包括正和负电极及插在它们之间的分隔件；及
盒体，适合于容纳所述电极组件并且具有在其表面上设置的氧化膜绝缘层及设置在所述氧化膜绝缘层上的有机材料层或无机材料层。
2.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述氧化膜绝缘层包括阳极氧化膜绝缘层。
3.如权利要求2所述的可再充电电池，其中所述阳极氧化膜绝缘层具有30到100μm的厚度范围。
4.如权利要求2所述的可再充电电池，其中所述阳极氧化膜绝缘层包括氧化铝。
5.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述氧化膜绝缘层被设置在所述盒体的外部表面上。
6.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述可再充电电池适合于驱动马达。
7.一种制造可再充电电池的方法，所述方法包括：
层叠正和负电极及插在它们之间的分隔件以形成电极组件；
将所述电极组件设置在盒体内；
在所述容纳该电极组件的盒体上形成绝缘层，其中绝缘层包括氧化膜和设置在所述氧化膜上有机材料层或者无机材料层；及
密封该容纳所述电极组件的盒体。
8.如权利要求7所述的方法，其中的形成所述绝缘层包括阳极化所述盒体以形成阳极氧化膜绝缘层。
9.如权利要求8所述的方法，其中的形成所述绝缘层还包括用有机材料密封在所述阳极氧化膜绝缘层中的微孔。
10.如权利要求8所述的方法，还包括形成具有30到100μm的厚度范围的所述阳极氧化膜绝缘层。
11.如权利要求8所述的方法，还包括通过低温硫酸方法形成所述阳极氧化膜绝缘层。
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