CN102484277B - 棱柱形电池以及包括绝缘电极板堆叠的电子元件 - Google Patents

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Abstract

一种棱柱形电池单元或电子元件，其包括交替堆叠正电极板和负电极板的电极板组，其中相邻的相反极性的电极板由绝缘间隔物隔离，一个极性的电极板弯曲为在公共接合位置处聚合，从而连接在一起作为一个引线部分，所述引线部分与所述一个极性的集电器接合在一起，其特征在于，在电极板堆叠并且保持或归拢在一起之后弯曲电极板。由于电极板非常容易变形，因此很难在生产线上对预成形的电极板进行处理，将电极板成形为在电极板保持为一个堆叠的同时形成引线部分导致不需要对预成形的电极板进行处理。

Description

棱柱形电池以及包括绝缘电极板堆叠的电子元件
技术领域
本发明涉及棱柱形电池，更具体地，涉及棱柱形电池的电极板组。本发明还涉及包括堆叠电极板的诸如电容器之类的电子元件。
背景技术
棱柱形电池通常为棱柱形。典型的棱柱形电池包括多个电池单元，每个电池单元包括堆叠在一起的相反极性的电极板的电极板组。电极板组的活性区通常为棱柱形，并且通过堆叠大量电极板来形成，其中每个电极板的活性区相同并且通常为矩形。电极板被堆叠为使得正电极板和负电极板交替堆叠，并且活性表面被对齐为最大重叠。
棱柱形电池的每个电极板组包括一个正电极板组和一个负电极板组，它们分别连接到正集电器和负集电器以提供电流路径。电极板通常最初形成为平面薄板，然后被弯曲成在接合位置处聚合，以使得相同极性的电极板的边缘可以接合。然后，电极板的聚合端通过焊接或其他结合技术与集电器接合，并且正集电器和负集电器分别连接到正极端子和负极端子。
尽管大多数棱柱形电池具有矩形或圆形截面，应该理解的是，在不失一般性的情况下，棱柱形电池可以为任意适当的棱柱形。
通常，电极板在堆叠之前弯曲，这是因为在堆叠之后弯曲将导致较低的生产率，例如，由于相反极性的电极之间的绝缘隔板的穿透，将导致整个电池单元或电池的报废。另一方面，电极板的预先弯曲导致附加的处理步骤，需要对弯曲部分进行更复杂的处理，这与生产经济性不兼容。
因此，如果可以提供一种改进的方法来制造包括相反极性的电极板堆叠的电极板组或电子元件，这将是有利的。
发明内容
根据本发明，提供了一种形成电池单元或电子元件的电极板组的方法，所述电极板组包括正电极板和负电极板的堆叠，所述正电极板和负电极板交替堆叠并且绝缘，所述方法包括以下步骤：交替堆叠正电极板和负电极板，其间具有绝缘体；将电极板保持或归拢在一起形成堆叠；使电极板或其引线成形为使得一个电气极性的电极板顺次接合在一起以形成该电气极性的一个引线部分；以及将相同电气极性的电极板连接在一起，以使得正电极板和负电极板分别连接至正极引线部分和负极引线部分，正极引线部分和负极引线部分分别连接至电池单元的正集电器和负集电器；其特征在于，所述电极板在保持为所述堆叠的同时形成所述引线部分。由于电极板非常容易变形，因此很难在生产线上对预成形的电极板进行处理，将电极板成形为在电极板保持为一个堆叠的同时形成引线部分导致不需要对预成形的电极板进行处理。同时，在电极板堆叠之后形成引线部分导致可以更高效并且更精确地形成电极板堆叠。
为了缓减堆叠预成形的电极板以及对齐它们从而使得一个极性的电极板接合的步骤的难度，一个电气极性的电极板可以在保持为堆叠的同时通过弯曲成形为在该电气极性的引线部分处聚合。更方便地，堆叠中的一个电极板可以通过一个直线伸长边缘的弯曲而成形为在引线部分处聚合。
为了方便生产，堆叠中一个电气极性的所有电极板可以在单个步骤中弯曲为朝向该极性的引线部分聚合。更特别地，堆叠中的正电极板和负电极板可以在单个步骤中弯曲为分别朝向堆叠的正极引线部分和负极引线部分聚合。
更具体地，所述方法可以包括步骤：在电极板被保持或归拢在一起之前，将多个隔片引入电极板的堆叠中，每个隔片限定一个伸长边缘；沿所述隔片弯曲电极板，使相同电气极性的电极板朝向公共接合位置聚合；接合相同电气极性的电极板以形成该极性的一个引线部分；以及在电极板接合之后移除所述隔片。使用隔片(例如，直划线板型刚性隔片)提供了一种非常方便且有效的方式来形成电极板组的引线部分。
例如，每个隔片可以位于一个电极板和一个绝缘薄板中间。换句话说，每个隔片可以位于一个正电极板和一个负电极板中间，例如一个绝缘薄板位于相反极性的电极板中间；这减轻了弯曲时破坏电极板之间的绝缘的风险。
当电极板被弯曲时，包括隔片的电极板堆叠可以保持被压紧，以防止电极板鼓起或移位。这减轻了引线部分形成期间电极板移位、鼓起、或变形的风险。
为了进一步提高操作效率，可以在引线部分形成并且连接到集电器之后，在单个步骤中移除隔片。
在一个实施例中，所述方法可以包括步骤：放置隔片以使得每个隔片突出于一个极性的电极板，并且由相反极性的电极板突出；沿各隔片的相应边缘来弯曲电极板的突出部分以在公共接合位置处聚合；接合相同极性的电极板的突出部分以形成该极性的一个引线部分；以及将所述引线部分连接至各集电器。这提供了一种以高精度形成棱柱形电池的有用且有效的方法。
作为一个示例，每个隔片可以以严格的直线边缘伸长，所述严格的直线边缘适用于电极板或其引线部分的弯曲，从而使弯曲部分朝向公共接合位置处聚合。隔片的直线边缘可以大致上与接触的电极板的边缘平行，以形成平滑而整齐的电极堆叠。平行的边缘还有助于隔片的容易插入和移除。
相反极性的电极板由绝缘间隔物隔离，所述隔片可以放置为使得该隔片的直线边缘与接触的绝缘间隔物的长边平齐。这也减少了绝缘薄板的难看交叠。
作为一个示例，可以在电极板成形之前，通过夹紧机构来夹紧电极板以形成电极板堆叠，所述方法包括步骤：在隔片处于适当位置时，操作夹紧机构来压紧电极板。
例如，所述方法还包括步骤：对齐电极板堆叠中的隔片，以使得隔片的与集电器相邻的直线边缘对齐或齐平。
本发明的另一方面提供了一种棱柱形电池单元或电子元件，其包括根据上述任意方法制成的电极板组。所述电子元件可以为电容器。
根据本发明的另一方面，提供了一种棱柱形电池单元或电子元件，其包括交替堆叠正电极板和负电极板的电极板组，其中相邻的相反极性的电极板由绝缘间隔物隔离，一个极性的电极板弯曲为在公共接合位置处聚合，从而连接在一起作为一个引线部分，所述引线部分与该极性的集电器接合在一起，其特征在于，在电极板堆叠并且保持或归拢在一起之后弯曲电极板。
在一个实施例中，每个电极板包括一个平面活性区，从电极板的平面活性区到公共接合位置的过渡可以是滚圆和平滑的。这减轻了过渡位置处的过度压力和张力(其可能影响电池的使用寿命)。
附图说明
以下将通过示例的方式并且参照附图来更详细地说明本发明的优选实施例，附图中：
图1是隔片位于适当位置时交替堆叠的正电极板和负电极板的侧视图；
图2是突出部分接合在一起之后并且其中具有隔片的图1的电极板堆叠的示意侧视图；
图2A至图2D分别简要描绘了从图1的堆叠到图2的连接堆叠的连接电极板组的形成；
图3是成形之后突出部分接合在一起之前的图1的电极板堆叠的示意侧视图，(相邻元件之间的间隔的添加仅用于绝缘的目的)；
图4是移除隔片之后的图2的电极板堆叠的侧视图；
图5示出了与图4相比具有不同弯曲角度的接合电极板堆叠的另一个实施例；
图6A至图6C示出了从焊接电极板堆叠移除隔片的步骤；
图7示出了移除了隔片的后弯曲突出部分的焊接电极板堆叠；
图8示出了预先弯曲突出部分的电极板堆叠；
图9是示出在隔片位于适当位置的情况下通过夹紧装置保持在
一起的电极板堆叠的端视图的图像；
图10是图9的俯视图；
图11和图12是从一端看图8的俯视透视图；
图13是示出与隔片的孔对准的隔片移除针的图像；
图14是示出从图13的堆叠移除大部分隔片的图像；以及
图15是示出移除了隔片的焊接电极板组的放大侧视图的图像。
具体实施方式
以下将参照附图来示出本发明的矩形棱柱形镍金属氢化物(NiMH)电池单元的电极板组的形成，但是其不作为限制性示例。
典型的棱柱形电池包括多个棱柱形电池单元，其连接在一起以满足所需的功率和/或额定电压。每个电池单元包括一个交替堆叠正电极板和负电极板的电极板组，绝缘间隔物位于相反极性的电极板之间以提供隔离。每个电极板包括一个活性部分和一个引线部分。活性部分通常为电极板上的区域，其涂覆有活性物质，在电池充电或放电期间，其上将发生电化学反应。电极板堆叠的多个电极板的活性部分大致上重叠，为一个电极板组的总的活性区，一个电极板组的活性区通常为棱柱形的。
对于典型的NiMH可充电电池，电极板包括镍泡沫基板，正电极板的活性区涂覆有氢氧化镍作为主要活性物质，负电极板的活性区涂覆有贮氢合金作为活性物质，隔片通常为聚丙烯薄板。
更特别地，对于其中的电极板组，正电极板的活性区由涂覆有氢氧化镍的镍泡沫金属制成，负电极板的活性区由涂覆有负电极板构成材料(例如，贮氢合金)的镍冲压金属薄板制成。由于电池的充电和/或放电操作中所涉及的电化学反应实质上主要是表面上的，因此电极板通常非常薄，以减小材料成本和重量。同时，仅活性区涂覆有活性物质，从而最大化成本收益。电极板的活性区主要是电极板上实质上与相邻的相反极性的电极板重叠的区域。
相同极性的电极板的引线部分连接到相同极性的集电器，然后，相同极性的集电器连接到该极性的电池端子，以完成电流路径。集电器通常由镀镍铜或钢制成，以具有良好的热传导性和电传导性。对于电极板通过电子束焊接、电阻焊接或二氧化碳激光器焊接连接到集电器的棱柱形电池单元来说，由于实际的焊接接合在接近焊接源表面之后，因此集电器通常为薄镀镍金属板。
电极板的引线部分通常为电极板的活性区的横向延伸，并且主要包括主体为导体的基板材料，以提供来有助于电极板的活性部分与相应的集电器之间的电流导通。从而，对于矩形电极板来说，引线部分也大致上为矩形，并且相同极性的电极板的引线部分的长边永久连接在一起并且连接到集电器。为了使多个引线部分连接到一个集电器，相同极性的电极板的引线部分弯曲为在一个接合位置处聚合，并且在该接合位置处归拢在一起，从而例如通过焊接来形成相同极性的电极板的永久电连接。
为了形成本发明的示例实施例的棱柱形电池单元的电极板组100，首先形成包括相反极性的多个电极板的电极板堆叠。在本说明书中，术语极性是指电极性，除本文中另有要求之外。
图1的预先成形的电极板堆叠包括交替堆叠的矩形正电极板110和负电极板120。聚丙烯板130作为绝缘间隔物示例而位于相反极性的电极板中间，以防止短路。电极板110和120堆叠为使得一个极性的电极板在堆叠的一侧突出于相反极性的电极板。突出部分将成形并连接在一起，以形成一个极性的引线部分，以下将更详细说明。更具体地，负电极板120在图1的堆叠的左侧突出于正电极板110，同时正电极板110在堆叠的右侧突出于负电极板120。
钢罐道或钢划线板150作为形成隔片的边缘示例而位于相反极性的电极板的中间。更具体地，隔片直接位于负电极板之上和之下，绝缘薄板位于一对隔片与一对电极板的子组之上和之下。如图1所示，堆叠右侧的隔片突出于接触的负电极板，而负电极板在堆叠的左侧突出于接触的隔片。此外，直接在隔片150之上的正电极板110在堆叠的右侧突出于隔片，而堆叠左侧的隔片150突出于直接下方的正电极板110。另外，每个隔片150与接触的绝缘间隔物平齐。
通常，隔片150布置为使得堆叠一侧的隔片突出于一个极性的电极板，同时相反极性的电极板或其引线部分突出于该侧的隔片。如下文将要描述的，这种突出布置允许在堆叠的横向相对侧形成电极板组100的相反极性的引线部分，并且突出关系允许突出电极板以隔片为支撑点成形。这种支撑为电极成形提供了杠杆作用，以及减少了由于过度鼓起或弯曲而可能引起的电极板的裂纹缺陷。
隔片包括长边152，其限定了直接相邻的突出电极板的引线部分可以沿其弯曲的弯曲边缘。隔片被对齐为使得隔片的弯曲边缘大致上平行于直接相邻的电极板的自由边缘，以获得大致上为矩形的棱柱形电极板堆叠。具体地，弯曲边缘位于直接相邻的突出电极板的引线部分下面，从而突出引线部分可以弯曲为在相同极性的电极板的引线部分会聚的会聚位置处聚合。
形成图2A中所描绘的包括对齐隔片的电极板堆叠之后，电极板被牢固地保持在一起，例如，在通过夹紧装置300压紧的情况下，如图2B和图9所示。在形成永久连接之前，提供夹紧装置来使包括电极板110和120、绝缘薄板130、以及隔片的松散装配保持在适当的位置。
接下来，弯曲突出部分，以形成电极板组的引线部分，同时通过夹紧装置300使堆叠保持在适当的位置。通过两对冲压头(310，310(a))和(320，320(a))来执行弯曲，如图2C和图2D所示。形成引线部分之后，相同极性的电极板的引线部分的顶端例如通过焊接永久连接，以形成如图2和图10-12中所示的半装配电池单元。然后，电极板的永久连接的引线部分连接到相应的集电器，以形成电池单元的电极板组。更具体地，正电极板组的引线部分连接到正集电器，负电极板组的引线部分连接到负集电器。如果在电极板弯曲之后移除夹紧装置，则电极板将呈现如图3所示那样。然后，通过将所有集电器连接在一起来形成包括多个单元的电池。
引线部分接合之后，从电极板堆叠中移除隔片，以形成图4和图15的最终电极板组。为了方便有效地移除隔片，每个隔片包括其上定义了啮合孔的突出部分。隔片的孔布置并对准为使得，隔片适当位于预先弯曲的电极板堆叠中时，多个孔共同限定一个深孔。所述深孔允许插入单个移除针210，其将允许通过单个移除臂200来移除电极板一侧的隔片，如图6A至图6C所示出的步骤所示。在图4的连接电极板组中，弯曲大致上为滚圆的。在图5的替换示例中，弯曲大致上为尖直角的。
边缘形成隔片150(特别地为刚性隔片150)与夹紧装置300和冲压头310、320的组合使用有助于从电极板的平面活性区到相同极性的电极板的引线部分永久接合的公共接合位置的平滑而滚圆的过渡，如图7所示。隔片的插入以及在电极板与隔片保持在一起的同时弯曲减少了不期望的弯曲以及电极板的活性部分破裂的问题。隔片可以是非常薄的钢划线板，从而它们的移除不会在间隔物和相邻电极板之间留下明显的间隙。钢划线板整体提供了一个对齐支撑，引线部分可以沿其弯曲，同时减少了电极板的活性区的可能鼓起或裂纹缺陷。
尽管以上参照镍金属氢化物(NiMH)电池进行了描述，但是，这只是为了方便而选择的一个示例，因为镍金属氢化物电池被广泛使用并且已知其具有优越的功率密度特性，是价格合理的并且具有尚好的电池寿命。本领域技术人员应该理解的是，在不失一般性的情况下，本说明书的描述在作适当变动的情况下可以应用于其他类型的棱柱形电池。同样，尽管引线部分的弯曲大致上为尖角的，但是，应该理解的是，在不失一般性的情况下，该弯曲可以为滚圆的。
此外，尽管参照上述优选实施例对本发明进行了说明，但是，应该理解的是，实施例仅作为示例而示出以帮助理解本发明，并不限制本发明的范围和思想。对于本领域技术人员而言显而易见的或不重要的基于本发明所做的变型或修改以及改进应该理解为本发明的等价物。

Claims (23)

1.一种形成电池单元或电子元件的电极板组的方法，所述电极板组包括正电极板和负电极板的堆叠，所述正电极板和负电极板交替堆叠并且绝缘，所述方法包括以下步骤： 
交替堆叠正电极板和负电极板，其间具有绝缘体； 
将电极板保持或归拢在一起形成堆叠； 
使电极板或其引线成形为使得一个电气极性的电极板顺次接 
合在一起以形成该电气极性的一个引线部分；以及 
将相同电气极性的电极板连接在一起，以使得正电极板和负电 
极板分别连接至正极引线部分和负极引线部分； 
正极引线部分和负极引线部分分别连接至电池单元的正集电器和负集电器； 
所述电极板在保持在所述堆叠中的同时形成所述引线部分； 
其特征在于， 
在电极板被保持或归拢在一起之前，将多个隔片引入电极板的堆叠中，每个隔片限定一个伸长边缘； 
沿所述隔片弯曲电极板，以使得相同电气极性的电极板朝向公共接合位置聚合; 
接合相同电气极性的电极板以形成该极性的一个引线部分；以及在电极板接合之后移除所述隔片。 
2.根据权利要求1所述的方法，其中一个电气极性的电极板在保持在所述堆叠中的同时，通过弯曲成形为在该电气极性的引线部分处聚合。 
3.根据权利要求2所述的方法，其中每个电极板通过一个直线伸长边缘的弯曲而成形为在所述引线部分处聚合。 
4.根据上述任一项权利要求所述的方法，其中堆叠中一个电气极性 的电极板在单个步骤中被弯曲为朝向该极性的引线部分聚合。 
5.根据权利要求4所述的方法，其中堆叠中的正电极板和负电极板在单个步骤中被弯曲为分别朝向堆叠的正极引线部分和负极引线部分聚合。 
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中堆叠中的正电极板和负电极板在单个步骤中被弯曲为分别朝向堆叠的正极引线部分和负极引线部分聚合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中每个隔片位于一个电极板和一个绝缘薄板中间。 
8.根据权利要求1所述的方法，其中每个隔片位于一个正电极板和一个负电极板中间。 
9.根据权利要求1所述的方法，其中当电极板被弯曲时，包括隔片的电极板堆叠保持被压紧，以防止电极板鼓起或移位。 
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述隔片在单个步骤中被移除。 
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括步骤：放置隔片使每个隔片突出于一个极性的电极板，并且由相反极性的电极板突出；沿各隔片的相应边缘来弯曲电极板的突出部分以在公共接合位置处聚合；接合相同极性的电极板的突出部分以形成该极性的一个引线部分；以及将所述引线部分连接至各集电器。 
12.根据权利要求1所述的方法，其中每个隔片以严格的直线边缘伸长，所述严格的直线边缘适用于电极板或其引线部分的弯曲，从而使弯曲部分朝向公共接合位置处聚合。 
13.根据权利要求12所述的方法，其中隔片的直线边缘大致上与接 触的电极板的边缘平行。 
14.根据权利要求1所述的方法，其中相反极性的电极板由绝缘间隔物隔离，所述隔片放置为使得该隔片的直线边缘与接触的绝缘间隔物的长边平齐。 
15.根据权利要求1所述的方法，其中在电极板成形之前，通过夹紧机构来夹紧电极板以形成电极板堆叠，所述方法包括步骤：在隔片处于适当位置时，操作夹紧机构来压紧电极板。 
16.根据权利要求1至3及7至15中任一项所述的方法，其中所述方法还包括步骤：对齐电极板堆叠中的隔片，使隔片与集电器相邻的直线边缘齐平。 
17.一种棱柱形电池单元或电子元件，其包括根据上述任一项权利要求制成的电极板组。 
18.一种棱柱形电池单元或电子元件，其包括交替堆叠正电极板和负电极板的电极板组，其中相邻的相反极性的电极板由绝缘间隔物隔离，一个极性的电极板弯曲为在公共接合位置处聚合，从而连接在一起作为一个引线部分，所述引线部分与所述一个极性的集电器接合在一起，其特征在于，其包括根据上述任一项权利要求制成的电极板组，在电极板堆叠并且保持或归拢在一起之后弯曲电极板。 
19.根据权利要求18所述的棱柱形电池单元或电子元件，其中电极板为平面，直到弯曲边缘为止。 
20.根据权利要求19所述的棱柱形电池单元或电子元件，其中弯曲边缘处的弯曲为滚圆的。 
21.根据权利要求17至20中任一项所述的棱柱形电池单元或电子元件，其中绝缘间隔物靠近弯曲的一侧与弯曲边缘齐平。 
22.根据权利要求17至20中任一项所述的棱柱形电池单元，其中绝缘间隔物突出于相邻电极板。 
23.根据权利要求17至20中任一项所述的棱柱形电池单元，其中每个电极板包括一个平面活性区，并且从电极板的平面活性区到公共接合位置的过渡是滚圆和平滑的。 
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