CN100495799C - 圆柱型可充电电池及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

可充电电池及形成该可充电电池的方法。电极组件包括第一电极、第二电极和设置在该第一电极和该第二电极之间以防止该第一电极和该第二电极之间短路的隔离物。第一电极抽头形成在第一电极端部分上，而第二电极抽头形成在第二电极端部分上，每个端部分都未涂活性材料。罐体适合于容放该电极组件，并且具有焊接到该罐体的该内侧上的该电极组件。由垫圈围绕的盖组件绝缘该盖组件，并且密封该罐体的开口。

Description

圆柱型可充电电池及其形成方法
技术领域
本发明涉及可充电电池中抽头和罐体的连接结构及形成该可充电电池的方法。
背景技术
由于可充电电池具有可再充电、微型和高容量等诸多优点，因此近年来，随着它们变得更加广泛应用，可充电电池得到了迅速发展。根据电极活性材料的不同，可充电电池可分为镍氢(Ni-MH)电池和锂离子(Li-ion)可充电电池。
液体电解质、固体聚合物电解质或凝胶电解质可以用作锂可充电电池的电解质。而且，根据插入电极组件的容器，锂可充电电池可分为罐体型和袋型。
在罐体型锂可充电电池中，该电极组件设置在由金属材料(如含铝金属)通过深冲压(deep drawing)方法或类似方法形成的罐体中。典型地，液体电解质用在罐型可充电电池中。
罐型可充电电池还可分为多边形罐型电池和圆柱形罐型电池。该多边形罐型电池由六面体形或薄形容器形成，其中，该六面体的边缘是圆润的。该圆柱形罐型电池广泛用在高容量电子和电气设备中，其中，多个可充电电池组合成单个电池组。
图1和图2分别图解了传统的圆柱型可充电电池的前视截面图和分解透视图，并且下面将参照图1和图2描述形成圆柱型可充电电池的方法。首先，堆叠具有矩形板形状的两个电极25和设置在电极25之间的、以防止该电极25之间短路的隔离物21和23，并且绕成圆柱形卷结构，以提供电极组件20。每个电极通过在由金属箔片制造的电荷收集器上涂活性材料浆而形成。
该浆未覆盖的区域设置在该电荷收集器的两端。该未覆盖区域为每个电极板提供有电极抽头27、29。该电极抽头27、29电连接到圆柱形罐体10和与该圆柱形罐体10绝缘的盖组件80上，以便在该可充电电池充电和放电过程中，形成连接电极组件到外部电路的路径的一部分。从该电极组件上，一个电极抽头向上拉伸至该圆柱形罐体10的开口处，并且该另一电极抽头向下拉伸。
该电极组件，连同上和下绝缘板13a、13b，通过该开口插入该圆柱形罐体10中。然后，用于防止该电极组件在该罐体中移动的卷边(beads)形成在该圆柱形罐体10中，并且电解质注入该圆柱形罐体10中。绝缘垫圈30提供在该罐体靠近该开口的内侧，并且盖住该开口的盖组件80提供在该垫圈30的内侧上。
在该盖组件80中，包括弯曲组件、正热系数(PTC)元件60和具有电极端子的盖顶70。该弯组件典型地包括下侧的弯件40和电流中断装置(CID-current interrupt device)50，其将会断开与该弯件40一起切断电流通路。
随后，实施夹紧(clamping)操作，以便通过用插入该垫圈30中的盖顶70作为停止装置(stopper)，向该罐体的中心按压该圆柱形罐体10的该开口的侧壁，从而密封该圆柱形罐体10。另外，实施壳体整理(tubing)操作，以便形成该电池的外表。
在连接该电极抽头27、29的操作中，向下延伸的该电极抽头29焊接到该圆柱形罐体的底面上，下绝缘板13b位于它们之间，并且向上延伸的电极抽头27通过上绝缘板13a中的孔焊接到该弯件40上。
向上的电极抽头27具有足够的长度，以便上电极抽头27和弯件40的突出42彼此间可以易于焊接。该电极抽头27是弯曲的，并且该弯曲组件插入提供有垫圈30的圆柱形罐体的开口中。完成该操作需要该弯组件和该电极组件20之间的空间。
由于焊接之后难以处理上电极抽头27的额外长度，因此该上电极抽头的长度确定在可加工的范围内。焊接之后仍然存在的该上电极组件27的部分可以位于该盖组件和该电极组件之间的空间中。提供该上绝缘板13a用作防止该上电极抽头27和该电极组件的另一电极25之间短路。
图2中展示的中心销钉18可以提供在用于绕制该电极组件20的空心中。
在焊接下电极抽头29的操作中，如图3所示的局部截面，该电极组件20插入圆柱形罐体10中。然后，通过插入焊接棒115至该电极组件20中心的中空空间内，并且允许电流流入该焊接棒15中，实施电阻焊，使得该电极抽头29与该罐体10的底面紧密接触。焊接点291形成在该电极抽头29和该罐体10之间的位置上，其与该焊接棒115的窄端接触。由于该焊接棒115插入用于焊接的该电极组件中心的小空间中，因此很难在移动焊接棒时实施焊接。因此，实施单点焊接291。
在该电极组件的该电极抽头和该安全弯件或该罐体之间典型地需要强焊接。如果该焊接强度不高，该电极抽头和该安全弯件或该罐体之间通常会通过表面接触而形成电连接。该表面接触的电连接会产生大于该焊接电阻的接触电阻。因此，电池的内部电阻增加，并且充电和放电效率下降。
具体地讲，在罐体底面单点焊接的情况下，拉伸强度很容易满足预定指标。然而，当电极组件在罐体内转动时，因为只有一个焊接点形成在该电极组件的中心，所以抵御转动的强度很弱。因此，焊接可能受损，迅速地增加内部电阻。因此，可充电电池需要改进罐体底面和向下的电极抽头之间的电连接的可靠性。
发明内容
本发明提供了可充电电池及形成该可充电电池的方法，其中，罐体底面和向下的电极抽头之间的焊接强度得以增强，并且，连接部分的低内阻可以得到保持，以提高充电和放电效率和增加放电量。
根据本发明的示范性实施例，可充电电池包括具有两个电极的电极组件，电极抽头形成于其中，并且短路保护隔离物设置在该两个电极之间。该可充电电池还包括容放该电极组件的罐体和覆盖该罐体的盖组件，该盖组件在该罐体的开口处具有垫圈。一个电极抽头在该罐体内弯曲，并且在一个或多个点上焊接到该内侧上，而另一个电极抽头在一个或多个点上焊接到该罐体的底面上。
要焊接到该罐体内侧上的该电极抽头可以在该可充电电池内折叠两次或多次。要焊接到该罐体底面的该电极抽头从该电极组件的该下端突出出来，向上弯曲，再在该罐体的上部分向下弯曲，又在该电极组件下端弯曲，然后在两个或多个点上焊接到该罐体的底面上。电极抽头弯曲处的该上部分表示高于侧壁高度的中心部分。该电极抽头可以在该罐体的顶端弯曲。
如果除了与该罐体底面接触的部分或与该底面平行的部分以外的该电极抽头部分的长度等于该罐体的侧壁和电极组件侧壁之间的该电极抽头部分的长度，那么该电极抽头部分的长度可以大于该罐体内侧的高度，而小于该罐体内侧高度的两倍。当该电极抽头焊接到该罐体的侧壁上而没有平行于底面的部分时，该电极抽头从该电极组件向下延伸的长度大于该罐体的高度，而小于该罐体高度的两倍。
根据本发明另一个实施例，提供了可充电电池的形成方法，该方法包括：插入电极组件的电极抽头至罐体中；将该电极组件主体放在该罐体外部；然后在两个或多个点上焊接该插入的电极抽头至该罐体的内侧上；和弯曲该已焊接的电极抽头，并且插入包括所有电极抽头的该电极组件至该罐体中。
在该方法中，在焊接该电极抽头后，下绝缘板设置在该底面上，然后该电极组件插入该罐体中。
附图说明
图1为图解传统圆柱型可充电电池的结构的前视截面图。
图2为图解图1中的可充电电池的结构的分解透视图。
图3为图解焊接到图1中的传统圆柱型可充电电池中罐体的底面上的电极抽头的局部截面图。
图4为图解根据本发明实施例的焊接电极组件上的电极抽头到罐体上的截面图。
图5为图解弯曲图4中的电极抽头的截面图。
图6为图解图4中的电极组件插入到罐体中的截面图。
图7为根据本发明示范性实施例的可充电电池的前视截面图。
图8为根据本发明另一个示范性实施例的可充电电池的前视截面图。
图9和10为图解根据本发明的连接到罐体上的电极组件的备选实施例的截面图。
具体实施方式
首先将描述根据本发明实施例的可充电电池的形成方法。与传统方法类似，堆叠具有矩形板形状的两电极，并且绕成圆柱形卷结构，以形成电极组件。由于隔离物设置在该两电极之间和上方或下方，该隔离物这样设置，可以防止该两电极之间的短路。
该电极板通过在金属箔或铝或铜丝网制造的电荷收集器上涂活性材料浆而形成。该浆典型地通过搅拌添加到溶剂中的颗粒状活性材料、辅助导体、粘合剂和塑化剂而制造。在随后的形成电极的工艺中去除该溶剂。
该浆未覆盖的区域设置在卷绕电极板方向上的该电荷收集器的两端。该未覆盖区域为每个电极板提供有电极抽头。如图4中的示范性实施例所示，一个电极抽头127向上拉伸，而另一电极抽头129向下拉伸。该电极抽头129电连接到圆柱形罐体10上。该电极抽头127电连接到与该圆柱形罐体10绝缘的盖组件(未示出)上，以便在该可充电电池充电和放电过程中，形成将盖电极组件连接到外部电路的路径的一部分。
该罐体由铁、铝合金、或类似物采用深冲压方法形成。随后，如图4至6所示，实施连接该电极组件120和该罐体10的工艺，其包括焊接该电极抽头129的工艺。
首先，如图4所示，该电极抽头127、129分别从该电极组件向上和向下拉伸。该电极抽头129的一端连接到该电极组件120最外层部分的电极上，并且其另一端在平行的两个或更多的焊接点149上牢固地焊接到该罐体的侧壁的上端部分。
如图4所示，下绝缘板113b可以首先提供在该罐体10的底面上。然后，如图5所示，该电极组件120插入罐体10中，这样电极抽头129的一部分折叠到自身上。最后，如图6所示，该电极抽头129设置在该电极组件120和该罐体10的侧壁之间的空间中，使得该电极抽头129部分折叠。在该电极组件和该罐体之间具有空间的可充电电池中，该折叠的电极抽头可以防止该电极组件在罐体内移动。
图7展示了根据本发明示范性实施例的完全装配好的可充电电池。
电极组件120插入罐体10中，并且上绝缘板113a设置在电极组件上。该向上的电极抽头127通过该上绝缘板的孔突出出来，以防止该电极组件浮动。随后，通过向罐体的中心按压罐体的侧壁的一部分，实施夹紧该侧壁的操作。
电解液注入装有该电极组件120的该罐体10中，并且垫圈130插入罐体的上开口中，以便接触罐体的侧壁。
如上描述的盖组件180提供在垫圈130内侧。具有从中心部分向下突出的连接部分的弯件设置在最下侧。电流中断装置(CID)150提供在通气孔140的上方，由于内部压力，其会随着该通气孔140的电连接部分142的向上变形而变形向下断开。正热系数(PTC)元件160连接到CID150上。当该电池过热时，该PTC元件切断该电池中的电流通路。盖顶170提供在该PTC元件160的上方，其具有向外突出的电极端子以提供电连接至外部装置。还可以提供辅助保护电路板，来代替该PTC元件160或上述PTC元件。
为了安装盖组件180，垫圈130首先设置在盖组件180上，然后该向上的电极抽头127焊接到该安全通气孔140中向下突出的连接部分142上。该焊接在彼此分隔的两个或多个点上实施，以便增强该焊接强度，从而为电极组件120的旋转提供更大的耐受力。
当该盖组件180的元件插入该垫圈中时，实施夹紧操作。随后，实施壳体整理工作(tubing work)，包括在外侧涂外壳(sheathing)材料。
根据图8所示的本发明的另一个示范性实施例，该向下的电极抽头129在一个部分弯曲，并且可以分为与该罐体的该侧壁平行的部分和与罐体的底面平行的端部分。与该罐体的侧壁平行的该部分可以具有对应于罐体的侧壁高度的大约1.5倍的长度，并且与该罐体的底面平行的端部分可以具有基本上对应于该圆柱形罐体的底面半径的长度。
与该罐体的该底面平行的电极抽头的端部分首先插入该罐体中，并且与该罐体的底面相接触。该电极抽头的端部分在两个或多个分开的点上焊接到该罐体的底面上。过去，仅仅焊接该罐体的该底面的中心部分。然而，在本实施例中，该焊接操作在该罐体的该底面中心的两侧对称实施，或在具有固定间隔的多个点上对称实施。根据该电极抽头的材料的不同，该焊接操作可以通过激光焊接、超声波焊接或电阻焊接实施。
当该向下的电极抽头129和该罐体10彼此焊接时，在该电极组件插入前，插入该下绝缘板113b至该罐体中。该下绝缘板113b用作防止该电极组件120和该电极抽头129之间或该电极组件120和该罐体的该底面之间的电连接引起的该两电极125之间的短路。
然后该电极组件120插入该罐体10中。由于从该电极组件的下端突出出来的该电极抽头129长于罐体10的侧壁，因此，该电极抽头可以折叠，以便该电极组件120完全插入该罐体10中。当向下突出的该电极抽头的一部分折叠在其自身上时，该电极抽头的端部分位于下方。然后，该电极抽头129再次折叠在其自身上。在该折叠状态中，整个电极抽头129容放在该罐体10中。当该电极组件120插入该罐体10中时，该折叠部分位于该罐体中心的上方。
当除该端部分以外的该电极抽头129的长度小于该罐体的侧壁的高度时，该电极组件的一部分位于该罐体的内侧上，因此妨碍该电极抽头端部分和该罐体的底面之间的焊接操作。因此，该电极抽头129的长度应该大于该罐体侧壁的高度。
另一方面，在如图9所示的再一个示范性实施例中，该电极抽头129的端部分可以在两个或多个焊接点149’上焊接到该罐体的侧壁上，其位于该罐体的侧壁的中心部分上。在这种情况下，该电极抽头129的长度不必大于该罐体的侧壁的高度。也就是说，该电极抽头129可以焊接到该罐体10侧壁的中心部分上，并且其长度足够长，以在焊接操作的过程中防止该电极组件120进入该罐体10。另外，在该罐体中容放该电极组件时，该电极抽头129的长度可以大于该焊接点和该电极组件下端之间的长度。
图10图解了根据本发明又一个实施例的壳体的截面图，其中，中心销钉150提供在该电极组件的中心空间中。如图10所示，由于该焊接的实施不需要利用该电极组件的该中心空间，因此该下绝缘板113b不包含孔。
在根据本发明的可充电电池中，该罐体底面和该向下的电极抽头之间的焊接强度得以提高，该电连接部分的电阻低，以减少该可充电电池内电阻，并且充电和放电效率和放电量都得以提高。
具体地讲，本发明减少了该电极组件由于外力作用而旋转的可能性，并且因此该罐体底面和该向下的电极抽头之间的焊接更适宜于得以保持。因此，该可充电电池的可靠性得以提高。
虽然参照示范性实施例对本发明进行了特别的展示和描述，但本领域的技术人员应该理解的是，在其上可以进行形式和细节上的各种变化，而不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围由权利要求限定，并且在权利要求范围内的所有变化都应理解为包括在本发明中。
本申请要求于2005年4月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0035287的优先权和权益，在此将其全文引入以作参考。

Claims (9)

1、一种可充电电池，包括：
电极组件，其包括第一电极、第二电极和设置在该第一电极和第二电极之间的隔离物，该电极组件具有形成在该第一电极一部分上的第一电极抽头和形成在该第二电极一部分上的第二电极抽头，每一部分都未涂活性材料；
罐体，其适合于容放该电极组件；和
盖组件，其由垫圈围绕以绝缘该盖组件，该盖组件密封该罐体的开口，
其中，该第一电极抽头在至少两个点上焊接到该罐体的内侧上，并且至少折叠一次，
其中，所述第一电极抽头的长度比所述罐体的高度长。
2、根据权利要求1所述的可充电电池，其中，该第一电极抽头至少折叠两次。
3、根据权利要求2所述的可充电电池，其中，该第一电极抽头在其自身上折叠两次。
4、根据权利要求1所述的可充电电池，其中，该罐体具有圆柱形形状。
5、根据权利要求1所述的可充电电池，
其中，该第一电极抽头的一端部分平行于该罐体的底面，并且
其中，该第一电极抽头的该端部分在多个点上焊接到该罐体的该底面的内侧上。
6、根据权利要求5所述的可充电电池，其中，该罐体的侧壁和该电极组件的侧壁之间的该第一电极抽头的一部分的长度大于该罐体的该高度，并且小于该罐体的该高度的两倍。
7、一种形成可充电电池的方法，该可充电电池包括：电极组件，其具有第一电极、第二电极和设置在该第一电极和该第二电极之间的短路保护隔离物，该电极组件具有形成在该第一电极的端部分上的第一电极抽头和形成在该第二电极的端部分上的第二电极抽头，每个端部分都未涂活性材料；罐体，其适合于容放该电极组件；盖组件，其由垫圈围绕以绝缘该盖组件，该盖组件密封该罐体的开口，该方法包括：
插入该电极抽头至该罐体中；
将该电极组件主体放在该罐体外部；
在两个或多个点上焊接该第一电极抽头至该罐体的内侧上；
折叠该第一电极抽头；并且
插入该电极组件至该罐体中，
其中，所述第一电极抽头的长度比所述罐体的高度长。
8、根据权利要求7所述的方法，还包括在焊接该第一电极抽头后，设置下绝缘板至该罐体中。
9、根据权利要求7所述的方法，其中，该焊接为电阻焊。
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