CN103137937A - 一种方形电池及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种方形电池及制造方法，属于二次电池领域，其包括电池壳体、电池盖、由正极极片和负极极片交叠放置形成的极组，所述的正极极片和负极极片均包括基体、极耳和能导电的导流条，所述的基体的一侧连接极耳的一侧，极耳的另一侧设置有导流条；所述的正极极片全部的导流条位于电池一侧，负极极片全部的导流条位于电池另一侧；所述的极耳上设置一个导流条或多个导流条；本发明可以在不增大焊接工艺难度的情况下具有更好的导电效果，从而使电池具有更好的大电流输出能力；同时，极片各部位与导流条的距离相同，确保电化学反应的均匀性；此外，能够确保极片叠合过程不需要用极片的边缘进行定位且定位效果良好。

Description

一种方形电池及制造方法

技术领域

本发明属于二次电池领域，具体涉及一种方形电池及制造方法。

背景技术

如图1和图2所示，目前，市场上有这样一种方形电池，其中，图3中极片（包括正极和负极）的极耳a与极片的基体b部分重叠并焊接结合；极片上没有定位孔，或者只有一个定位孔，或者两个定位孔之间的距离很近、不超过极片宽度的1/3；如图1所示，正极和负极叠合成极组c后其极耳a都在极片上部，正极和负极的极耳在高度和宽度方向部分重叠；正极的所有极耳通过焊接或螺栓压紧接触的方式与通向电池壳外部的正极电流引出端d1连接，负极的所有极耳通过焊接或螺栓压紧接触的方式与通向电池壳外部的负极电流引出端d2连接，这种极组结构有以下的缺点：（1）由于正负极极耳a在高度和宽度方向部分重叠，其单极片极耳a厚度不能太厚（通常不大于0.15mm），否则将导致正负极极耳a直接接触而短路，因此，其大电流导电能力受到限制；（2）由于位于正极和负极引出端之间的极片部分导电长度很短，而远离正极和负极引出端之间的极片部分的导电长度很长，因此，极片上的各个部位不能同时均匀的参与电化学反应；（3）由于没有定位孔、只有一个定位孔或者定位孔之间距离过小，正负极在叠合的过程中难以精确定位，从而会影响部分正负极不能完全正对（最大偏差通常大于1mm）而不能充分参与电化学反应；（4）没有定位孔或者只有一个定位孔的，正负极在叠合的过程中需要利用极片的边缘进行定位，因此可能产生毛刺，增大短路的风险。

如图4和图5所示，市场上还有另一种方形电池，极片（包括正极和负极）的极耳j与极片的基体e部分重叠并焊接结合；极片的极耳j和基体e重叠的边缘冲有定位孔f，上部定位孔与下部定位孔之间的距离不小于极片高度的1/2；如图4所示，正极和负极叠合成极组g后其极耳分别位于极片的左右两边，正极和负极的极耳j在宽度方向完全没有重叠；极组中的所有正极的极耳j与一个正极导流片h焊接连接，所有负极的极耳j与一个负极导流片h焊接连接。在这种结构中，由于极片上有良好定位效果的定位孔，正负极叠合时能够很好的正对（最大偏差通常不大于0.4mm）；同时，极片上各部位与正负极导流片h之间的距离一致、而正负极导流片h相当于正负极的引出端，因此，极片上各部位的电化学反应较为均匀。但是，这种结构有以下的缺点：（1）正负极导流片h与正负极极耳j焊接的工艺难度非常大；（2）由于焊接的热量需要穿透导流片进行焊接，导流片的厚度不能很大（通常不大于1.0mm），因此导流片的大电流导电能力仍然受到限制。

如图6和图7所示，市场上还有另一种方形电池，如图6所示，极片上没有另外焊接的极耳，直接留出较多的基体i代替极耳的作用；正极和负极叠合成极组后其极耳分别位于极片的左右两边，正极和负极的极耳在宽度方向完全没有重叠；极片上没有定位孔，正负极叠合时需要利用极片的边缘进行定位；极组中的所有正极基体的富余部分分成两组与一个正极导流片k焊接连接，所有负极基体的富余部分分成两组与一个负极导流片k焊接连接。在这种结构中，由于极片上各部位与正负极导流片k之间的距离一致、而正负极导流片k相当于正负极的引出端，因此，极片上各部位的电化学反应较为均匀。但是，这种结构有以下的缺点：（1）由于不同极片与导流片k之间连接的基体长度不同，因此，不同极片之间的电流通道的电阻不同，存在不同极片间电化学反应的不均匀性；（2）由于需要利用极片的边缘进行定位，因此可能产生毛刺，增大短路的风险。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种方形电池及制造方法，以达到提高导电效果、提高大电流输出能力、避免焊接工艺难度影响确保电化学反应均匀的目的。

一种方形电池，包括电池壳体、电池盖、由正极极片和负极极片交叠放置形成的极组，所述的正极极片和负极极片均包括基体、极耳和能导电的导流条，所述的基体的一侧连接极耳的一侧，极耳的另一侧设置有导流条；所述的正极极片的导流条之间可焊接连接，负极极片的导流条之间可焊接；所述的正极极片全部的导流条位于电池一侧，负极极片全部的导流条位于电池另一侧；所述的正极极片和负极极片上均开有至少两个定位孔，且分别设置于极片的两端，上述定位孔之间的距离大于或者等于极片高度的0.5倍。

所述的极耳上设置一个导流条或多个导流条，所述的多个导流条交叠放置且焊接连接，且多个导流条叠合后的厚度之和为0.4mm～2.0mm。

实现方形电池的制造方法，包括以下步骤：

步骤1、将活性物质涂敷于极片基体上并充分干燥，并通过滚压方式将干燥后的极片压到所需的厚度，并裁切到所需宽度和高度，并确保极片的基体为涂敷活性物质的部分宽度满足焊接要求，所述的极片包括正极极片和负极极片；

步骤2、将极片的极耳一侧与基体的一侧焊接在一起，将极耳的另一侧与导流条焊接在一起；

步骤3、将步骤2所焊接完的正极极片插入到隔膜袋中，并使定位孔和导流条设置于隔膜袋外；

步骤4、将若干负极极片和包裹有隔膜袋的若干正极极片在带有销钉的夹具中进行交替叠放形成极组，采用夹具的顶盖将极组压紧固定并采用交变磁场对极组进行消磁；

步骤5、采用夹具将正极电流外引出端、密封圈、正极电流内引出端与电池盖夹紧；采用夹具将负极电流外引出端、密封圈、负极电流内引出端与电池盖夹紧，通过交变磁场对组装后的电池盖组件进行消磁，并将上述组装后的电池盖组件和夹具一起放入电子束焊机的真空室内进行电子束焊接，使正极电流外引出端和正极电流内引出端焊接在一起，负极电流外引出端和负极电流内引出端焊接在一起；

步骤6、采用夹具将步骤4形成的极组和步骤5焊接后的电池盖组件夹紧组装，使正极电流内引出端与所有正极极片的导流条顶部靠紧，负极电流内引出端与所有负极极片的导流条顶部靠紧；将组装好的极组、电池盖组件和夹具一起放入电子束焊机的真空室内进行电子束焊接，使正极电流内引出端与所有正极极片的导流条焊接在一起，负极电流内引出端和与所有负极极片的导流条焊接在一起；

步骤7、将与电池盖组件焊接后的极组插入到电池壳中，并通过热熔焊接或超声波焊接使电池盖与电池壳连接成为整体，将所需量的电解液通过注入到电池的壳体内。

本发明优点：

本发明一种方形电池及制造方法，可以在不增大焊接工艺难度的情况下具有更好的导电效果，从而使电池具有更好的大电流输出能力；同时，极片各部位与导流条的距离相同，确保电化学反应的均匀性；此外，能够确保极片叠合过程不需要用极片的边缘进行定位且定位效果良好。

附图说明

图1为现有第一种方形电池结构示意图；

图2为现有第一种方形电池结构左视图；

图3为现有第一种方形电池单极片侧视图；

图4为现有第二种方形电池结构示意图；

图5为现有第二种方形电池结构底视图；

图6为现有第三种方形电池结构示意图；

图7为现有第三种方形电池结构底视图；

图8为本发明实施例方形电池极组结构示意图；

其中，1-正极极片；2-负极极片；3-正电流内引出端；4-负电流内引出端；

图9为本发明实施例方形电池极组结构左视图；

图10为本发明实施例正\负极极片结构示意图；

其中，101-基体；101a-活性物质区域；102-极耳；103-导流条；104-定位孔；

图11为本发明实施例正\负极极片结构底视图；

图12为本发明实施例多根导流条结构示意图；

图13为本发明实施例导流条结构示意图；

图14为本发明实施例导流条A向剖视图；其中，（a）为导流条A向截面为方形；（b）为导流条A向截面为长方形或近似方形；（c）为导流条A向截面为近似长方形；

图15为本发明实施例方形电池极组结构底视图；

其中，103-导流条；

图16为本发明实施例极片叠合形成极组过程示意图；

图17为本发明实施例方形电池制造方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步说明。

一种方形电池，包括电池壳体、电池盖、如图8和图9所示，由正极极片1和负极极片2交叠放置形成的极组，以正极极片1为例，如图10所示，所述的正极极片1包括基体101、极耳102和用于导电的导流条103，如图10所示，所述的基体101包括用于涂敷活性物质的活性物质区域101a，如图11所示，所述的基体101的一侧连接极耳102的一侧，极耳102的另一侧设置有用于导电的导流条103，所述的负极极片2结构与正极极片1结构相同。

本发明实施例中，在所述的导流条103与基体101的活性物质区域101a之间区域的上部和下部各有不少于1个定位孔104（圆孔或方孔，但不仅限于此形状），且上部和下部定位孔104之间的距离不少于极片高度的1/2。

本发明实施例中，每一个基体101与一个极耳102通过焊接方式（不局限于某一焊接方式，可采用如电阻焊、超声焊或激光焊等各种可能的焊接方法）连接；所述的每一个极耳102上，如图12所示，焊接有一根或多根导流条103，所述的多个导流条103交叠放置且焊接连接；所有导流条103的外侧面边缘与极耳102的外侧面边缘平齐，所有导流条103的厚度之和为0.4mm～2.0mm。所述的正极极片1与负极极片2交叠放置，正极极片1的导流条103之间可焊接连接，负极极片2的导流条之间可焊接连接；本发明实施例中焊接相互连接成整体。

本发明实施例中，以正极极片1为例，将活性物质氢氧化镍附着在正极基体101的活性物质区域101a上形成的正极有浆部，没有附着活性物质的正极基体101区域构成的正极无浆部。

本发明实施例中，所述基体101的材质为泡沫镍或冲孔镀镍钢带；所述极耳102的材质为镍带或镀镍钢带，其厚度为0.05～0.20mm。如图13所示的导流条103，其材质为镍、铁或铁镀镍，其形状如图14所示：图13中A方向截面形状为方形（图14（a））、长方形或近似方形（图14（b））、近似长方形（如14（c）），其与极耳102焊接接触的面为平面，其宽度方向尺寸不小于1.0mm。在极耳102的宽度方向上，导流条103与活性物质区域101a之间开有用于装配的定位孔104，该区域两端至少各设置1个定位孔104，且上端定位孔104之间的距离不小于正极有浆部高度的1/2。基体101、极耳102和导流条103均为具有电子导电能力的金属材料且通过焊接形成电连接，活性物质发生电化学反应所产生的电流可以通过基体101、极耳102、导流条103传导至与导流条103焊接连接的正极电流内引出端3，如图8所示，并最终传导至正极电流外引出端。负极极片2与正极极片1的结构相同，最终电流由负极电流内引出端4传导至负极电流外引出端。

本发明实施例中，电池的极组由正极组、负极组、在正极和负极之间的隔膜或隔板构成，所述极组至少包含一个正极极片和一个负极极片。如图15所示，所述的正极极片1与负极极片2交叠放置形成极组，正极极片1交叠形成正极组，负极极片2交叠形成负极组，正极极片1与负极极片2之间设置有用于绝缘的隔膜或者隔板，并且根据活性物质区域101a进行叠合，所有的正极极片1叠合形成正极组并且所有的正极极片1的导流条103位于电池一侧，所有的负极极片2叠合形成负极组并且所有的负极极片2的导流条位于电池另一侧。

如图16所示，所述电池的极组叠合时，在设备或工装上设置至少四个定位销钉，其中不少于两个用于正极定位、不少于两个用于负极定位，用于正极定位的销钉穿入所有正极的定位孔104(a)中，同样的，用于负极的销钉穿入所有负极的定位孔104(b)中；而且，极片上部和下部的定位孔之间的距离不少于极片高度的1/2，两个孔配合使用后可以有很好的定位作用。因此，正负极可精确定位到偏差不超过0.3mm；同时，由于定位孔104(a)、104(b)在极耳102上的正负极的宽度方向非重叠区域，不会因为装配过程的接触产生可增大短路风险的毛刺。

本发明实施例中，电池壳体为长方体形状，电池壳体材质为耐碱的塑料，如聚丙烯。电池盖材质为耐碱的塑料，如聚丙烯；电流内引出端和电流外引出端材质为镍或铁或铁镀镍；本实施例采用密封件实现电流内引出端、电流外引出端与电池盖的连接，密封件的材质为耐碱的橡胶，如三元乙丙橡胶。极组和电解液置于电池壳体内，并经电流内引出端连接至电池盖外部，形成一个完整的电池。

本发明实施例中，由于导流条103与极耳102的焊接不需要穿透导流条103的宽度方向，因此可增大导流条103的宽度从而使将导电截面积增大，且保证不增大焊接工艺难度，可以提高电流传导部位的电流承载能力，增大电极及电池的大电流输出能力。同时，本发明实施例的极片叠合形成极组时，利用位于电池活性物质区域101a和导流条103之间的区域上的定位孔104(a)、104(b)，正负极可精确定位到偏差不超过0.3mm，而且，由于定位孔104(a)、104(b)在正负极片的非重叠区域，不会因为装配过程的接触产生可增大短路风险的毛刺。此外，本发明实施例的电池的正极组和负极组的活性物质区域101a与导流条103之间的距离是相等或相近的，不会因为导电通道长度不同而产生电化学反应的不一致。

根据该实施例的结构和选材，最终形成金属氢化物-镍二次电池，简称氢镍电池，其可以用做驱动电动汽车和混合动力汽车的电源等，该电池采用的电解液为强碱水溶液，可以是包括KOH、NaOH、LiOH、Ba(OH)₂等强碱的一种或多种。

实现方形电池的制造方法，如图17所示，包括以下步骤：

步骤1、将活性物质氢氧化镍涂敷于极片基体上并充分干燥，并通过滚压方式将干燥后的极片压到所需的厚度、宽度和高度，并确保极片的基体为涂敷活性物质的部分宽度满足焊接要求，所述的极片包括正极极片和负极极片；

步骤2、将极片的极耳一侧与基体的一侧焊接在一起，将极耳的另一侧与导流条焊接在一起；其宽度方向外侧边缘与正极极耳宽度方向外侧边缘平齐；

步骤3、将步骤2所焊接完的正极极片插入到隔膜袋中，并使定位孔和导流条设置于隔膜袋外；

步骤4、将若干负极极片和包裹有隔膜袋的若干正极极片在带有销钉的夹具中进行交替叠放形成极组，采用夹具的顶盖将极组压紧固定并采用交变磁场对极组进行消磁；

即定位销钉插入到极片对应的定位孔中，采用夹具的顶盖将极组压紧固定，防止极组松脱，同时使所有正极导流条紧密相贴，使所有负极导流条紧密相贴，然后，通过交变磁场对极组进行消磁。至此，完成极组的组装。

步骤5、采用夹具将正极电流外引出端、密封圈、正极电流内引出端与电池盖夹紧；采用夹具将负极电流外引出端、密封圈、负极电流内引出端与电池盖夹紧，通过交变磁场对组装后的电池盖组件进行消磁，并将上述组装后的电池盖组件和夹具一起放入电子束焊机的真空室内进行电子束焊接，使正极电流外引出端和正极电流内引出端焊接在一起，负极电流外引出端和负极电流内引出端焊接在一起；

步骤6、采用夹具将步骤4形成的极组和步骤5焊接后的电池盖组件夹紧组装，使正极电流内引出端与所有正极极片的导流条顶部靠紧，负极电流内引出端与所有负极极片的导流条顶部靠紧；将组装好的极组、电池盖组件和夹具一起放入电子束焊机的真空室内进行电子束焊接，使正极电流内引出端与所有正极极片的导流条焊接在一起，负极电流内引出端和与所有负极极片的导流条焊接在一起；

本发明实施例中，为了使极组自身的机械连接更为良好，通过电子束焊接将所有正极极片的导流条焊接在一起，所有负极极片的导流条焊接在一起。

步骤7、将与电池盖组件焊接后的极组插入到电池壳中，并通过热熔焊接或超声波焊接使电池盖与电池壳连接成为整体，将所需量的电解液通过注入到电池的壳体内。

电池盖和电池壳的连接部位具有密封性，使极组、电流内引出端容纳在电池壳与电池盖形成的整体容器内，并将注液口的密封盖通过热熔或超声波焊接与注液口连接成为整体，其连接部位具有密封性。至此，电池外壳成为一个完整的密封腔体，完成电池的组装。

组装完成后的电池通过必要的充放电等活化过程后，成为具有完成电功能的成品电池。

Claims (3)

1.一种方形电池，包括电池壳体、电池盖、由正极极片和负极极片交叠放置形成的极组，其特征在于：所述的正极极片和负极极片均包括基体、极耳和能导电的导流条，所述的基体的一侧连接极耳的一侧，极耳的另一侧设置有导流条；所述的正极极片的导流条之间可焊接连接，负极极片的导流条之间可焊接；所述的正极极片全部的导流条位于电池一侧，负极极片全部的导流条位于电池另一侧；所述的正极极片和负极极片上均开有至少两个定位孔，且分别设置于极片的两端，上述定位孔之间的距离大于或者等于极片高度的0.5倍。

2.根据权利要求1所述的方形电池，其特征在于：所述的极耳上设置一个导流条或多个导流条，所述的多个导流条交叠放置且焊接连接，且多个导流条叠合后的厚度之和为0.4mm～2.0mm。

3.实现权利要求1所述的方形电池的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、将活性物质涂敷于极片基体上并充分干燥，并通过滚压方式将干燥后的极片压到所需的厚度，并裁切到所需宽度和高度，并确保极片的基体为涂敷活性物质的部分宽度满足焊接要求，所述的极片包括正极极片和负极极片；

步骤2、将极片的极耳一侧与基体的一侧焊接在一起，将极耳的另一侧与导流条焊接在一起；

步骤3、将步骤2所焊接完的正极极片插入到隔膜袋中，并使定位孔和导流条设置于隔膜袋外；

步骤4、将若干负极极片和包裹有隔膜袋的若干正极极片在带有销钉的夹具中进行交替叠放形成极组，采用夹具的顶盖将极组压紧固定并采用交变磁场对极组进行消磁；

步骤5、采用夹具将正极电流外引出端、密封圈、正极电流内引出端与电池盖夹紧；采用夹具将负极电流外引出端、密封圈、负极电流内引出端与电池盖夹紧，通过交变磁场对组装后的电池盖组件进行消磁，并将上述组装后的电池盖组件和夹具一起放入电子束焊机的真空室内进行电子束焊接，使正极电流外引出端和正极电流内引出端焊接在一起，负极电流外引出端和负极电流内引出端焊接在一起；

步骤6、采用夹具将步骤4形成的极组和步骤5焊接后的电池盖组件夹紧组装，使正极电流内引出端与所有正极极片的导流条顶部靠紧，负极电流内引出端与所有负极极片的导流条顶部靠紧；将组装好的极组、电池盖组件和夹具一起放入电子束焊机的真空室内进行电子束焊接，使正极电流内引出端与所有正极极片的导流条焊接在一起，负极电流内引出端和与所有负极极片的导流条焊接在一起；

步骤7、将与电池盖组件焊接后的极组插入到电池壳中，并通过热熔焊接或超声波焊接使电池盖与电池壳连接成为整体，将所需量的电解液通过注入到电池的壳体内。

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