CN102598360B - 电能储存装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电能储存装置，其具有电极卷绕体，该电极卷绕体以卷芯为中心依次卷绕通过氧化还原反应产生电子的正极、吸收所产生的上述电子的负极以及使上述正极和负极物理性地隔离的隔离膜，该电极卷绕体具有在上述正极与负极之间提供的电解质溶液，其特征在于，包括：外部连接用端子板，其使上述电极卷绕体与如外部阻抗的外部电极连接部件连接，筒状的容器，其内置有与上述外部连接用端子板相连接的电极卷绕体；上述端子板与上述电极卷绕体的一侧极性-引线之间通过导电性连接部件相连接，该导电性连接部件通过选自等离子喷涂、焊接、焊锡及由导电性接合材料进行接合的方法来接合，通过采用降低多个被焊接物间的厚度差的连接部件，来显著改善电极卷绕体的极性-引线与端子板之间的焊接不良的原因，从而能够改善高倍率放电(大电流放电)效率。

Description

电能储存装置
技术领域
本发明涉及一种电能储存装置，更详细地涉及一种在端子板与电极卷绕体的极性－引线间相接合时，能够降低不良率、降低内部等效阻抗并提高高倍率放电效率的筒状电能储存装置。
背景技术
与只能放电的一次电池相比，如电容器能够充电及放电的二次电池根据用于使内部的电流源与外部的阻抗电连接的端子的连接方法，不仅二次电池的阻抗和效率受到很大影响，而且二次电池自身的生产率及使用该二次电池的使用人员的方便性也受到很大影响。
由此，强烈要求具有二次电池功能的同时能够增加电容并能够形成较小的内部阻抗的端子连接方法以及应用该方法的电能储存装置。
图1是表示基于现有技术的圆筒状电能储存装置的立体图，图2是表示图1所示的圆筒状电能储存装置的俯视图。图3是表示将图1所示的圆筒状电能储存装置沿着I－I'方向剖切的剖视图。图6是表示包括图1所示的现有圆筒状电能储存装置的电极卷绕体的俯视图。
参照图1至图3及图6，现有圆筒状电能储存装置包括：电极卷绕体10，其通过与电解质的氧化及还原反应产生电荷转移；端子板20，其使上述电极卷绕体10和外部阻抗电连接；以及容器30，其将上述端子板20固定在上述电极卷绕体10，并从外部密封上述电解质及电极卷绕体10。
上述电极卷绕体10以卷芯(windingcore)12为中心依次卷绕通过氧化反应产生电子的负极16、吸收所产生的电子来发生还原反应的正极18以及隔离膜14，而整体上呈圆筒形，所述隔离膜14使上述负极16及正极18物理性地分离来隔离发生氧化反应及还原反应的部位，使得上述负极16及正极18起到相互区分的电极的功能。由负极集电体形成的多个正极引线A和由上述正极集电体形成的多个负极引线B相分离而突出在上述卷绕体10的一端，上述卷绕体10整体上具有圆筒形。
上述端子板20包括：正极及负极端子24、28；正极及负极连接板22、26，其用于将上述正极引线A和负极引线B连接到上述正极及负极端子24、28；结合部件21，固定有上述正极及负极端子24、28和正极及负极连接板22、26。上述正极连接板22经由正极引线连接部22a与上述正极引线A相接触，上述负极连接板26经由负极引线连接板26a与上述负极引线B相接触。
上述正极及负极连接板22、26以一体化方式形成本体、引线连接部22a、26a及端子24、28，具有圆板形状。上述正极及负极连接板22、26通过压铸、铸造等方式制造成一体，或者通过熔焊(welding)、钎焊(soldering)或炽烧(blazing)使上述引线连接部22a、26a与正极及负极端子24、28与上述本体接合。在上述端子板20的中央形成有突出部21a，在制造电池时该突出部21a插入于卷芯12，来对上述连接板22、26进行定位。
上述容器30呈一端部开放的圆筒形状，在内部收容上述电极卷绕体10。收容上述电极卷绕体10后，以使得形成在上述电极卷绕体的上端部的引线A、B与引线连接部22a、26a相接触的方式固定上述端子板20来密封上述容器30。此时，为了提高密封效果，能够利用如橡胶等密封材料29。上述容器30能够使用铝、不锈钢或镀锡钢等金属材质，也能够使用PE、PP、PPS、PEEK、PTFE或ESD等树脂材质。根据电解质的种类使用不同的上述容器30的材质。
在容器30的内部收容电极卷绕体10，用端子板20密封后，通过注入孔H将电解液注入到上述容器30的内部，来完成现有的电能储存装置90。
但是，如上所述的现有的电能储存装置90具有如下问题。
首先，存在电能储存装置的端子板20与电极卷绕体的极性－引线A、B的连接操作难的缺点。
特别是，在通过熔焊或钎焊等方法将上述极性－引线A、B粘结到上述端子板20时，经常发生无法以充分的接合力进行固定的情况。
当然，还会引起上述极性－引线A、B与连接部件40之间的接触不良而引发整体上的内部等效阻抗上升的问题。
这种焊接结合方法通过激光焊接或超声波焊接等对电能储存装置进行接合，因此这种激光焊接是利用具有由原子或分子的能级之间的电纺产生的巨大能量的光线进行焊接的方法。
此时，由于激光光线具有的高能量密度的集中热源性能较强，对材料造成的热影响较小且热变形也少，因而利用于精密的焊接及切断等。
这意味着虽然能够在空气中进行作业，且能够简单地将光束导向远离激光发生装置的地方，因而具有操作容易的优点，但是在以往的情况下，由于只有端子板的厚度达到规定值以上才能耐于内部压力的上升，因而在直接对很薄的电极卷绕体的引线连接部和较厚的端子板进行激光焊接时，由于对端子板和引线连接部造成的热影响存在较大差异，从而不能进行充分的焊接。
另一方面，超声波焊接属于一种压焊法，是将被焊接物重叠而插入到焊接芯片与受压台之间后，施加较小的静压的同时在焊接芯片上施加超声波振动而进行焊接的方法。在该方法中，通过伴随振动的接合面的摩擦来使因表面氧化物的破坏以及由局部性塑性变形而新露出的金属面之间紧贴，进而通过摩擦热引起的局部性温度上升，来促进原子的扩散及再结晶，从而形成坚固的压焊部。这种方法也能够利用于极性－引线与端子板的接合，这时，直接对很薄的电极卷绕体的引线和较厚的端子板进行超声波焊接时，也存在由于对端子板与引线连接部造成的热影响的差异大，而不能进行充分的焊接的缺点。
基于这种焊接的不稳定性，举个例子，直接对厚度为10～40μm左右的非常薄的铝电极卷绕体(collector)的极性－引线和0.5～1.0mm左右的端子板(terminalplate)进行焊接时，由于基本上使用能量达到能够熔融端子板的厚度以上程度的较大激光能量，因而被焊接物的细微的形状变化或接触状态的变化对极性－引线造成很大影响，这时会出现焊接不充分或熔融过度的情况，焊接不充分时，最终导致电容器的内部阻抗增加，熔融过度时，使得绝缘纸燃烧而导致两个电极间的绝缘不良。
发明内容
技术课题
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，通过采用中等厚度的连接部件，来降低两个被焊接物间的厚度差的同时扩大焊接范围，而显著改善上述的不良原因，从而达到改善高倍率放电(大电流放电)效率的目的。
解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明作为解决这些问题的代表性技术方案，提供一种电能储存装置，其具有电极卷绕体，该电极卷绕体以卷芯为中心依次卷绕通过氧化还原反应产生电子的正极、吸收所产生的上述电子的负极以及使上述正极和负极物理性地隔离的隔离膜，该电极卷绕体具有在上述正极与负极之间提供的电解质溶液，其特征在于，
包括：
外部连接用端子板，其使上述电极卷绕体与如外部阻抗的外部电极连接部件连接，
筒状的容器，其内置有与上述外部连接用端子板相连接的电极卷绕体；
上述端子板与上述电极卷绕体的一侧的极性－引线之间通过导电性连接部件相连接，该导电性连接部件通过选自等离子喷涂、熔焊、钎焊及由导电性接合材料进行接合的方法来接合。
发明效果
根据本发明，通过采用降低被焊接物间的厚度差的连接部件，来显著改善电极卷绕体的极性－引线与端子板之间的焊接不良的原因的同时扩大焊接范围，从而能够改善高倍率放电(大电流放电)效率。
换言之，内部等效阻抗的下降，从而高倍率放电时的放电特性得以提高，进而在大电流放电时放电效率提高。
附图说明
图1是表示基于现有技术的具有单向端子的圆筒状电能储存装置的立体图。
图2是表示图1所示的圆筒状电能储存装置的俯视图。
图3是表示将图1所示的圆筒状电能储存装置沿着I－I'方向剖切的剖视图。
图4是表示图1所示的现有圆筒状电能储存装置所包括的电极卷绕体的俯视图。
图5是表示在现有的电能储存装置中填充电解液的过程的图。
图6是表示本发明一实施例的具有双向端子的电能储存装置的立体图。
图7是表示图6所示的电能储存装置的俯视图及侧视图。
图8是表示沿着图7的线A－A的电能储存装置的纵截面图。
图9是表示图6所示的电能储存装置的内部结构元件的分解立体图。
图10是表示图10所示的电能储存装置的连接部件及密封部件的一实施例的分解立体图。
图11是表示图10所示的电能储存装置的连接部件及密封部件的另一实施例的分解立体图。
图12是例示将本发明的连接部件及密封部件适用于具有单向端子的电能储存装置的状态的分解立体图。
图13是例示图12的连接部件和多个单向端子相接合的状态的扩大分解立体图。
图14是用随时间变化的曲线图表示内部等效阻抗下降的大电流放电值的图。
图15是例示焊接范围扩大的实际状态的连接状态图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的结构，图6是表示本发明一实施例的具有双向端子的电能储存装置的立体图，图7是表示图6所示的电能储存装置的俯视图及侧视图，图8是表示沿着图7的线A－A的电能储存装置的纵截面图，图9是表示图6所示的电能储存装置的内部结构元件的分解立体图，图10是表示图10所示的电能储存装置的连接部件及密封部件的一实施例的分解立体图，图11是表示图10所示的电能储存装置的连接部件及密封部件的另一实施例的分解立体图，图12是例示将本发明的连接部件及密封部件适用于具有单向端子的电能储存装置的状态的分解立体图，图13是例示图12的连接部件和多个单向端子相接合的状态的扩大分解立体图，图14是用随时间变化的曲线图表示内部等效阻抗下降的大电流放电值的图，图15是例示焊接范围扩大的实际状态的连接状态图。
上述图所示的本发明一实施例的技术结构如下。
由于用于使内部的电流源与外部的阻抗的端子电连接的连接方法对二次电池的阻抗及其效率造成较大影响，因而作为本发明的电能储存装置的二次电池将上述连接方法改善为具有二次电池的功能的同时能够增加电容并能够形成较小的内部阻抗的端子连接方法，即，改善成了具有如下电极卷绕体的电能储存装置：该电极卷绕体以卷芯为中心依次卷绕通过氧化还原反应产生电子的正极、吸收所产生的上述电子的负极以及使上述正极及负极物理性地隔离的隔离膜，具有在上述正极与负极之间提供的电解质溶液。
而且，本发明的储存装置包括：外部连接用端子板20，其使上述电极卷绕体10与如外部阻抗的外部电极连接部件连接，筒状的容器30，其内置有与上述外部连接端子板20相连接的电极卷绕体10；上述端子板20与上述电极卷绕体10的一侧极性－引线A、B之间通过导电性连接部件40相连接，该导电性连接部件40通过选自等离子喷涂、熔焊、钎焊及由导电性接合材料进行接合的方法来接合。
而且，大小为能够连接在上述容器30的内部的大小以内的追加连接部件80介于上述连接部件40与突出在上述电极卷绕体10的一侧的多个锯齿形极性－引线A、B之间，为了提高突出在上述电极卷绕体10的一侧的极性－引线A、B、上述连接部件40以及上述端子板20之间的焊接率，构成为按照上述极性－引线A、B、上述追加连接部件80、上述连接部件40以及上述端子板20的顺序厚度逐渐增加的形态。
而且，为了提高焊接率，通过蚀刻或利用砂纸或研磨机进行的研磨作业将上述连接部件40或追加连接部件80的侧面加工成粗糙面。
而且，环状的密封部件50介于容器30的一端面与端子板20之间，该密封部件50用于封闭形成在上述容器30的开口部31。
而且，在上述密封部件50的至少一侧，以一体化方式延长形成中央具有通风口51a的通风部51；
而且，上述追加连接部件80由因用于避让上述通风部51的避让口80a导致一侧开放的弯曲的U字形带板构成。
而且，为了提高焊接率，通过蚀刻或利用砂纸或研磨机进行的研磨作业将上述追加连接部件80的侧面加工成粗糙面。
而且，在上述密封部件50的另一侧，以一体化方式延长形成中央具有追加通风口53a的追加通风部53。
而且，上述追加连接部件80由因用于避让上述通风部51及追加通风部53的追加避让口80b导致两侧开放的多个弯曲的弧形带板构成。
而且，追加端子板100插入到上述容器30的底部与该容器30焊接结合。
而且，通过选自等离子喷涂、熔焊、钎焊及由导电性接合材料进行接合的方法来接合的导电性追加连接板110介于突出在上述电极卷绕体10的另一侧的、形态与现有的引线相同的多个锯齿形追加极性－引线A、B与上述追加端子板20之间。
而且，在上述连接部件40与端子板之间，在上述连接部件40的侧面，以放射状形成多个具有毛刺加工形成的凸台部41a、43b的凹槽41、43及开槽40a、……，其形成插入连接在上述端子板20的通风孔20a、20b的结构，因而能够提高相互结合的方便性。
而且，未说明的附图标记70作为具有接合层以与上述通风口51a及追加通风口53a的上表面接合的铝膜或聚合物(PTFE)薄板，起到封堵以放射状贯通形成在上述容器30的上表面封闭部的多个气孔31、33的功能。
另一方面，未说明的附图标记W、W1是指绝缘材料以及作为能够把持上述端子A使其稳固地与上述容器30的开口部31结合的把持单元的绝缘体及弹簧垫圈，附图标记O是指作为密封材料的O型圈，附图标记100是指将连接部件40置于中间与电极卷绕体10的负极极性－引线B相接合的负极端子板。
如图所示，本发明通过硬件性地将连接部件40与端子板20连接起来达到所希望的目的。内部等效阻抗下降的大电流放电效率的概念如图14所示。
这表明，在以往的情况下，在电极卷绕体10的中心部附近，因其结构物的形状使得焊接只局限于一部分，但使用连接部件40时，由于能够比较平均地以面焊接方式焊接到作为集电体的电极卷绕体10的极性－引线A、B上，因而电极卷绕体10的并联电路的数量得以增加，并进而构成为等间距，面且电荷的平均移动距离(resistancelength)缩短，由此电极卷绕体10的阻抗大大降低，从而高倍率放电(大电流放电)效率得以改善。
换言之，表明随着内部等效阻抗的下降，从而高倍率放电时的放电特性得以提高，进而在大电流放电时放电效率提高。
图14的开始高倍率放电后，根据以往与是否使用连接部件(interconnectingplate)40对放电情况进行实验的结果如下表1。
表1
而且，例示焊接范围扩大的实际状态的连接如图15所示。由此可见，通过将端子24、28与连接部件80连接起来，能够达成本发明的目的，即放电特性的效率化。
如上所示，本结构能够提高端子连接结构，即电极卷绕体10的极性－引线A、B、追加连接部件80、连接部件40、端子24、28或端子板20之间的焊接接合性，其中，使追加连接部件80的形态构成为环状带板或扇形带板，来最大限度地扩大追加连接部件80与极性－引线A、B之间的接合范围。
根据上述结构，本发明能够得到如下的效果。
一.改善电极卷绕体10的极性－引线A、B与端子板20之间的接合范围。
二.改善高倍率放电(大电流放电)效率。
三.改善内部等效阻抗的降低率。
由此，以往直接对厚度为10～40μm左右的非常薄的铝电极卷绕体(collector)10的极性－引线A、B与0.5～1.0mm左右的端子板(terminalplate)20进行焊接时，由于基本上使用能量达到能够熔融端子板20的厚度以上程度的较大激光能量，被焊接物的细微的形状变化或接触状态的变化对极性－引线A、B造成很大影响，而在以往出现焊接不充分或熔融过度的情况，焊接不充分，最终导致电容器的内部阻抗增加的结果，而熔融过度，则使得绝缘纸燃烧而导致两个电极间的绝缘不良，与以往不同，本发明采用中等厚度的连接部件40，适当调节被焊接物间的厚度差，从而具有能够显著改善如上的不良原因等的卓越效果。
产业上的可利用性
如上所述，由于高倍率放电时的放电特性得以提高，因而在大电流放电时能够提高放电效率。
以上，通过实施例对本发明进行了详细说明，但本发明不局限于上述的实施例，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，能够在不脱离本发明原理的范围内，进行各种变形。由此，本发明中所记载的实施例只用于进行举例说明，并非用于限定本发明原理。本发明实际要求保护的范围应由权利要求书及其等同替换来决定。

Claims (8)

1.一种电能储存装置，其具有电极卷绕体(10)，该电极卷绕体(10)以卷芯为中心依次卷绕通过氧化还原反应产生电子的正极、吸收所产生的上述电子的负极以及使上述正极和负极物理性地隔离的隔离膜，该电极卷绕体(10)具有在上述正极与负极之间提供的电解质溶液，其特征在于，
包括：
外部连接用端子板(20)，其使上述电极卷绕体(10)与作为外部阻抗的外部电极连接部件连接，
筒状的容器(30)，其内置有与上述外部连接用端子板(20)相连接的电极卷绕体(10)，
导电性连接部件(40)，上述端子板(20)与上述电极卷绕体(10)的一侧的极性-引线(A、B)之间通过该导电性连接部件(40)相连接，该导电性连接部件(40)通过选自等离子喷涂、熔焊、钎焊及由导电性接合材料进行接合的方法来接合，和
追加连接部件(80)，其大小为能够连接在上述容器(30)的内部的大小以内，且其介于上述连接部件(40)与突出在上述电极卷绕体(10)的一侧的多个锯齿形极性-引线(A、B)之间；
其中，上述电极卷绕体(10)的一侧的极性-引线(A、B)、上述追加连接部件(80)、上述连接部件(40)以及上述端子板(20)的厚度依次逐渐增加，并且
上述极性-引线(A、B)、上述追加连接部件(80)、上述连接部件(40)、上述端子板(20)依次表面接触。
2.根据权利要求1所述的电能储存装置，其特征在于，为了提高焊接率，通过蚀刻或利用砂纸或研磨机进行的研磨作业将上述连接部件(40)或追加连接部件(80)的侧面加工成粗糙面。
3.根据权利要求1所述的电能储存装置，其特征在于，包括环状的密封部件(50)，该密封部件(50)用于封闭形成在上述容器(30)的开口部(31)。
4.根据权利要求3所述的电能储存装置，其特征在于，
在上述密封部件(50)的至少一侧，以一体化方式延长形成中央具有通风口(51a)的通风部(51)；
上述追加连接部件(80)为因用于避让上述通风部(51)的避让口(80a)导致一侧开放的弯曲的U字形带板。
5.根据权利要求4所述的电能储存装置，其特征在于，为了提高焊接率，通过蚀刻或利用砂纸或研磨机进行的研磨作业将上述连接部件(40)和追加连接部件(80)的侧面加工成粗糙面。
6.根据权利要求5所述的电能储存装置，其特征在于，
在上述密封部件(50)的另一侧，以一体化方式延长形成中央具有追加通风口(53a)的追加通风部(53)；
上述追加连接部件(80)由因用于避让上述通风部(51)的避让口(80a)及避让追加通风部(53)的追加避让口(80b)导致两侧开放的多个弯曲的弧形带板构成。
7.根据权利要求4或6所述的电能储存装置，其特征在于，
追加端子板(100)插入到上述容器(30)的底部与该容器(30)焊接结合；
通过选自等离子喷涂、熔焊、钎焊及由导电性接合材料进行接合的方法来接合的导电性追加连接板(110)介于突出在上述电极卷绕体(10)的另一侧的、形态与现有的引线相同的多个锯齿形追加极性-引线(A、B)与上述追加端子板(20)之间。
8.根据权利要求7所述的电能储存装置，其特征在于，在上述连接部件(40)的侧面，以放射状形成多个凹槽(41、43)及开槽(40a)。
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