CN104518234A - 电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池，不使用或者尽量减少填充材料等的部件，既抑制壳体内的电极体的松动，又减少电极的使用量。本发明的电极体(23)，卷绕成螺旋状并收纳在收纳空间(S)内，从而在电极体(23)的长度方向上，与卷绕前的正极板(24)、负极板(26)、以及隔离板(25)的宽度(H)相比，正极板(24)、负极板(26)、以及隔离板(25)被卷绕之后的电极体(23)的长度(P)更长。因此，与不将电极体(23)卷绕成螺旋状来收纳在收纳空间(S)内的结构相比，能够既抑制电极的使用量，又抑制电池壳体(11)内的电极体(23)的松动。
Description
技术领域
本发明涉及电池的内部构造的技术。
背景技术
近年来，成本低的电池的需求在增加。因而，一种例如在电池壳体的内部具备由正极板、负极板、以及浸渍了电解液的隔离板(separator)组成的电极群的电池被开发，该电池使电极群在电池壳体的轴方向较短，在电池壳体的多余的空间密封了填充材料。这样，与遍及电池的轴方向的全长来形成电极群的情况相比较，电极的使用量变少，电池的成本被减低，并且，通过填充材料，能抑制电池壳体内的电极群的松动(专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：德国专利申请DE 200 16 231 U1
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，上述现有技术中，虽然使电极群在电池壳体的轴方向较短，并在电池壳体内的多余的空间密封了填充材料，但除了电池的部件件数增加之外，生产工序也增加，因此寻求不使用填充材料等的部件地减少电极的使用量。
本说明书中，公开了一种不使用或者尽量减少填充材料等的部件，能既抑制电池壳体等的壳体内的电极群的松动，又减少电极的使用量的技术。
用于解决课题的手段
本说明书所公开的电池，具备：壳体；和配置在所述壳体的内部且将极板卷绕而成的电极体，电极在电极体的卷绕轴方向上的长度，比壳体的收纳空间在长度方向上的长度更小，所述电极体的所述极板卷绕成螺旋状。
发明效果
在上述电池中，不使用或者尽量减少填充材料等的部件，能够既抑制壳体内的电极体的松动，又减少电极的使用量。
附图说明
图1是表示一实施方式的电池的纵剖面的立体图。
图2是表示电池的纵剖面图。
图3是电池的分解立体图。
图4是涂布了活性物质的金属板的立体图。
具体实施方式
(实施方式的概要)
本说明书所公开的电池，具备：壳体、和配置在壳体的内部且将极板卷绕而成的电极体，电极在电极体的卷绕轴方向上的长度，比壳体的收纳空间在长度方向上的长度更小，电极体将极板卷绕成螺旋状。
根据该电池，与未将极板卷绕成螺旋状的普通的结构相比，不使用或者尽量减少填充材料等的部件，能够既抑制壳体内的电极体的松动，又减少电极的使用量。
上述电池中的电极体，由正极板和负极板构成，上述正极板和上述负极板被卷绕成阶梯状。
根据该电池，与未将极板卷绕成螺旋状的普通的结构相比，不使用或者尽量减少填充材料等的部件，能够既抑制壳体内的电极体的松动，又减少电极的使用量。根据该电池，与正极板和负极板被卷绕后的一部分彼此对置的结构相比，能够抑制不能作为电极使用的区域产生。
上述电池中的上述极板电极体，也可以将对置的一对上述正极板和上述负极板卷绕成阶梯状。
根据该电池，与正极板和负极板被卷绕后的一部分彼此对置的结构相比，能够更加抑制不能作为电极使用的区域产生。
上述电池，也可以使上述电极体的上述极板的卷绕结束的端边，相对于沿着上述电极群的卷绕轴的方向倾斜。
根据该电池，与电极体偶然成为螺旋状的结构相比，能够既保持电池性能均一，又抑制电极的使用量。
上述电池，也可以使上述电极体的上述极板的卷绕结束的端边，相对于沿着上述电极群的卷绕轴的方向平行。
根据该电池，与极板的卷绕结束的端边相对于沿着电极群的卷绕轴的方向倾斜的结构相比，能够进一步抑制电极体的使用量。
上述电池也可以设置成上述壳体具有盖体，上述电极体中、靠近上述卷绕轴的中央部分，由上述正极板构成，上述电极体中、在上述中央部分的周围卷绕的周围部分，由上述负极板构成，上述中央部分比上述周围部分更靠近上述盖体，上述中央部分与上述盖体连接，将上述周围部分与上述壳体连接。
根据该电池，与上述中央部分比上述周围部分距离上述盖体更远的结构相比，由于用于将盖体与中央部分相连接的距离变短，因此能够抑制电池的内部电阻增大。
在上述电池中，也可以设置为上述极板中的一个上述极板将氢氧化镍作为活性物质，上述极板中的其他上述极板将贮氢合金作为活性物质。
另外，通过本说明书公开的电池的制造方法，包括：使带状的正极板与带状的负极板对置来得到带状的电极体的工序；使上述带状的电极体以相对于上述带状的电极体的短边方向形成角度的状态进行卷绕，来得到卷绕后的电极体的工序；和将上述卷绕后的电极体收纳在壳体中的工序。
根据该电池的制造方法，能够简便地制作卷绕成螺旋状的电极体，不使用或者尽量减少填充材料等的部件，能够既抑制壳体内的电极体的松动，又减少电极的使用量。
上述电池的制造方法中，上述带状的正极板与上述带状的负极板在上述电极体的卷绕轴方向上的长度，比上述壳体的收纳空间在长度方向上的长度更小。
<一实施方式>
(电池的结构)
针对一实施方式的电池10，参照图1～图4进行说明。电池10是镍/氢蓄电池等的碱性蓄电池。电池10是例如单三型(在IEC(InternationalElectrotechnical Commission)，为“HR6”，在美国，为“AA”)的容量为2300mAh以下，或者单四型(在IEC，为“HR03”，在美国，为“AAA”)的容量为800mAh以下的电池。以下说明中，将图1的纸面跟前侧称作电池10的前侧(前)，将纸面右侧称作电池10的右侧(右)，将纸面上侧称作电池10的上侧(上)。
电池10，如图1所示，由电池壳体11、和电极体23构成。电池壳体11是金属制、且在一个方向较长的形状。该电池壳体11是壳体的一例，由电池壳体主体12和盖部15构成，在内部具有收纳空间S。另外，一个方向有时是指电池壳体11的长度方向，在图1中为上下方向，是盖部15与后述的封锁部14之间对置的方向。
电池壳体主体12的表面被镀镍，将后述的负极板26电连接从而成为电池10的负极端子。电池壳体主体12，具有在长度方向上的一端开口，且另一端封锁而成的有底筒状的形状，具体而言，具备筒状部13和封锁部14。
筒状部13，是在长度方向较长的圆筒状的形状，从长度方向观察的内周面的形状，成为以沿着长度方向的中心轴W为中心的内径R固定的正圆形状。筒状部13内是可收纳后述的电极体23的收纳空间S。
在筒状部13的一个方向上的一端、即图1中的上端，形成与筒状部13的内部连通的开口部12A。筒状部13的一个方向上的另一端、即图1中的上下端，由封锁部14封锁。封锁部14呈圆形的平板状，与筒状部13形成一体。
盖部15(盖体的一例)，经由具有弹性的连接端子21与后述的正极板24电连接，成为电池10的正极端子。盖部15具备：盖主体16、弹性体18、以及端子板19。盖主体16是圆形的平板，由例如实施了镀镍的铁材料等具有导电性的物质组成，经由连接端子21与正极板24电连接。在盖主体16的中央部形成贯通孔17。
弹性体18，以堵塞贯通孔17的方式配置在盖主体16的上表面、即、配置在与封锁部14对置的面的相反面上。弹性体18，由例如橡胶等的材质构成，根据外力而产生弹性变形。端子板19，是覆盖弹性体18的导电性板。
具体而言，端子板19，以将弹性体18向下方、即向盖主体16按压的状态与盖主体16电连接。在端子板19，设置用于将电池壳体11内的气体释放的排出孔20。例如若电池壳体11的内压上升，且弹性体18从贯通孔17接收规定值以上的压力，则弹性体18发生弹性变形从而电池壳体11内与排出孔20连通，电池壳体11内的气体从排出孔20向电池10的外部排出。
在电池壳体主体12的开口部12A与盖部15之间，夹着可弹性变形的绝缘体22而被密封。通过该绝缘体22，将电池壳体主体12与盖部15绝缘。
电极体23收纳在电池壳体11的收纳空间S。另外，也可以在电极体的上下的收纳空间的至少一方，配置由绝缘体组成的绝缘部件等的电极体以外的部件。电极体23，由正极板24、负极板26、以及配置在正极板24与负极板26之间的含有电解液的隔离板25，以沿着长度方向的卷绕轴为中心卷绕成螺旋状而成。更详细而言，正极板24以及负极板26，既隔着隔离板25彼此对置，又以卷绕轴为中心卷绕成螺旋状。因此，如图1以及图2所示那样，在电池10的纵剖面中，正极板24以及负极板26，既隔着隔离板25彼此对置，又以卷绕轴为中心卷绕成阶梯状。另外，卷绕轴，既可以与上述的中心轴W一致也可以不一致。但是，以下为了方便说明，假设卷绕轴与中心轴W一致。
正极板24，通过在正极金属板24A涂布了正极活性物质24B而制作。正极金属板24A是例如发泡镍。正极活性物质24B，是正极氢氧化镍活性物质以及导电材料的钴化合物的混合物。正极板24，是在正极金属板24A的中空内涂布了正极活性物质24B而成的电极。
另外，在电池10是镍/镉蓄电池的情况下，正极活性物质24B是例如氢氧化镍，在电池10是镍/氢蓄电池的情况下，氢氧化镍活性物质是添加了例如氢氧化钙的氢氧化镍。
负极板26，是通过在负极金属板26A涂布了负极活性物质26B而制作的。负极金属板26A，是例如实施了镀镍的平板状的穿孔钢板。负极活性物质26B，是例如镉粉末或贮氢合金的粉末。负极板26，是在负极金属板26A上涂布了负极活性物质26B而成的电极。
另外，在镍/镉蓄电池的情况下，负极活性物质26B是例如氧化镉粉末与金属镉粉末的混合物，在镍/氢蓄电池的情况下，负极活性物质是例如主要为AB5型(稀土类-Ni系)、AB3.0-3.8型(稀土类-Mg-Ni系)或者AB2型(Laves相)的贮氢合金的粉末。
如图3所示，在电极体23中，正极板24以及负极板26，既隔着隔离板25彼此对置，又以中心轴W为中心卷绕成螺旋状。因此，电极体23中、在靠近中心轴W的位置卷绕的中央部分CT、与在中央部分CT的周围卷绕的周围部分AR，在长度方向、即沿着中心轴W的方向上的一端的位置不同。具体而言，电极体23中、中央部分CT在长度方向上的一端D，与周围部分AR在长度方向上的一端G相比位于更上侧。
更详细而言，电极体23在长度方向上的一端的位置，从中央部分CT在长度方向上的一端D起，朝向周围部分AR在长度方向上的一端G逐步向下降低。即，电极体23在长度方向上的一端的位置中、中央部分CT在长度方向上的一端D距离盖部15最近。并且，中央部分CT中、正极板24与盖部15经由引线21而连接。另外，电极体23在周围部分AR，成为以沿着长度方向的中心轴W为中心的外径的长度最大的外径L。
另外，上述的筒状部13的内径R，与电极体23的外径L大致相等。这样，电极体23在周围部分AR与筒状部13的内侧面K抵接。更详细而言，电极体23中、负极板26与筒状部13的内侧面K抵接。筒状部13的内侧面K，是电池壳体11的内面中沿着长度方向的面。
另外，优选电极体23被压入收纳空间S内。如果电极体23被压入收纳空间S内，则对与筒状部13的内侧面K抵接的周围部分AR，作用与长度方向垂直的方向的力、即，从前后左右方向朝向中央部分CT的力。从而，电极体23中、中央部分CT在长度方向上的一端D，与周围部分AR在长度方向上的一端G相比位于更上侧的结构被保持。
另外，为了保持电极体23中、中央部分CT在长度方向上的一端D，与周围部分AR在长度方向上的一端G相比位于更上侧的结构，也可以在电极体23的上侧或者下侧，具备与电极体23的卷绕形状一致的保持体。
另外，位于电极体23的外侧的、电极体23的端边ST，形成为处于与长度方向即沿着中心轴W的方向不同的方向。以下，采用图4进行详细描述。
(电极板的制造)
如图4所示，将正极板24、负极板26以及配置于正极板24和负极板26之间的隔离板25进行卷绕从而制造电极体23。正极板24、负极板26以及隔离板25，呈带状，是在一个方向较长的长方形状。正极板24、负极板26以及隔离板25在长度方向即短边方向上的宽度H分别相等，且在左右方向即长边方向上的长度J分别相等。
并且，正极板24以及负极板26，既与隔离板25对置，又以成为卷绕轴的卷芯MS为中心进行卷绕。此时，卷芯MS，相对于正极板24等的短边方向构成一定的角度α。正极板24、负极板26、以及隔离板25，由于以该卷芯MS为中心进行卷绕，因此卷绕成螺旋状。
另外，卷芯MS，相对于正极板24等的短边方向构成一定的角度α。因此，被卷绕后的电极体23的端边ST，形成在与沿着中心轴W的方向不同的方向，具体而言，相对于沿着中心轴W的方向形成角度α。
如图2所示，在电极体23的长度方向上，与卷绕前的正极板24、负极板26、以及隔离板25的宽度H相比，正极板24、负极板26、以及隔离板25被卷绕之后的电极体23的长度P更长。另外，宽度H，比收纳空间S在长度方向上的长度V更短。另外，长度P的长度，与长度V相同或者比长度V短。在此，在电极体的上下的收纳空间中的至少一方，配置由绝缘体构成的绝缘部件等的电极体以外的部件的情况下，从收纳空间S在长度方向上的长度减去部件高度之后的长度，成为收纳空间S在长度方向上的长度V。
另一方面，卷芯MS，在相对于正极板24等的短边方向未构成一定的角度α的情况下，即α＝0°的情况下，则变成如下状况。即，正极板24以及负极板26，若既与隔离板25对置，又以卷芯MS为中心进行卷绕，则卷绕成宽度H的圆柱形状。这种情况下，卷绕而成的电极体23的中央部分CT和周围部分AR均在长度方向上成为宽度H。宽度H，由于比长度V更短，因此与将电极体23形成螺旋状的情况相比，电极体23在收纳空间S内产生松动。
因此，通过与未使正极板24以及负极板26既隔着隔离板25彼此对置又卷绕成螺旋状的结构相比较，能够既抑制电极体23的松动，又抑制电极的使用量。
隔离板25由例如聚烯烃制造的无纺布构成。在隔离板25中浸渍以氢氧化钾或者氢氧化钠为主要成分的电解液。隔离板25，在电极体23内未配置在与筒状部13的内侧面K对置的面，而是将负极板26配置在与该筒状部13的内侧面K对置的面。
(本实施方式的效果)
在电极体23中，正极板24以及负极板26，既隔着隔离板25彼此对置，又以中心轴W为中心卷绕成螺旋状。并且，电极体23收纳在电池壳体11的收纳空间S内。电极体23由于卷绕成螺旋状，因此在电极体23的长度方向上，与卷绕前的正极板24、负极板26、以及隔离板25的宽度H相比，正极板24、负极板26、以及隔离板25被卷绕之后的电极体23的长度P变得更长。另外，宽度H和长度P，均比收纳空间S在长度方向上的长度V更短。
因此，通过与未将电极体23卷绕成螺旋状的结构相比，能够既抑制电极的使用量，又抑制电池壳体11内的电极体23的松动。
电池10，如上所述那样规定了规格，电池壳体11在长度方向上的长度(收纳空间S在长度方向上的长度V)也规定了规格。本实施方式中，既保持由于规格的限制而无法变更的收纳空间S在长度方向上的长度V不变，又使电极体23在长度方向上的长度比收纳空间S的全长更短，从而能够维持电力量的规格不变地减少电极的使用量。
另外，在假设未卷绕成螺旋状的其他电极体收纳在收纳空间S的情况下，存在例如因卷绕松开等而偶然成为螺旋状的情况。该情况下，在该其他电极体上，有可能产生正极板与负极板未对置的区域。正极板与负极板未对置的区域，不作为电极发挥作用。
另一方面，在电极体23中，正极板24以及负极板26，既与隔离板25对置，又以中心轴W为中心卷绕成螺旋状。因此，与未卷绕成螺旋状的其他电极体偶然成为螺旋状的结构相比，能够既保持电池性能均一，又抑制电极的使用量。
进而，正极板24、负极板26、以及隔离板25，以相对于与电极体23的卷绕方向垂直的短边构成一定的角度α的卷芯MS为中心进行卷绕。即，仅通过改变卷芯MS的卷绕角度，便能够直接使用现有的电极体23的制造设备。因此，能够抑制用于制造电极体23的设备投资。
<其他实施方式>
本说明书中公开的技术，并不限定于通过上述描述以及附图说明的实施方式，还包含例如如下这样的各种方式。
在上述实施方式中，列举了电极体23中正极板24、负极板26以及隔离板25以卷绕轴为中心朝向长度方向的上方卷绕成螺旋状的示例。但是并不限定于此，电极体23也可以例如朝向长度方向的下方卷绕成螺旋状。
上述实施方式中，列举了筒状部13是圆筒形状的示例，但并不限定于此，筒状部13也可以是角形。
在上述实施方式中，列举了卷绕之后，即卷绕结束的电极体23的端边ST形成在与沿着中心轴W的方向不同的方向、具体而言相对于沿着中心轴W的方向形成角度α的示例。但是，并不限定于此，卷绕后的电极体23的端边ST，也可以进行剪切等调整，使之成为与沿着中心轴W的方向相同的方向。
在上述实施方式中，列举了正极板24、负极板26以及隔离板25，在长度方向即与电极体23的卷绕方向垂直的方向上的宽度H、以及在左右方向即电极体23的卷绕方向上的长度J相等的示例。但是，并不限定于此，隔离板25也可以与正极板24以及负极板26相比，在长度方向上的宽度更宽。
在上述实施方式中，列举了电极体23中、中央部分CT在长度方向上的一端D，比周围部分AR在长度方向上的一端G位于更上侧的示例。但是，并不限定于此，也可以电极体23中、中央部分CT在长度方向上的一端D，比周围部分AR在长度方向上的一端G位于更下侧。
在上述实施方式中，构成为电极体23在长度方向上的一端的位置，从中央部分CT在长度方向上的一端D起，朝向周围部分AR在长度方向上的一端G逐步向下方降低。但是，并不限定于此，也可以不构成为电极体23在长度方向上的一端的位置逐步向下方降低，而是构成为例如一边在长度方向上改变位置，一边最终向下方降低。另外，也可以构成为从中央部分CT在长度方向上的一端D起，朝向周围部分AR在长度方向上的一端G逐步向上提高。总而言之，只要将构成电极体23的正极板24与负极板26卷绕成阶梯状即可。
在上述实施方式中，列举了一对对置的正极板24和负极板26卷绕成阶梯状的示例。但是，并不限定于此，也可以构成为正极板24和负极板26卷绕成阶梯状。即，正极板24和负极板26，也可以以在卷绕轴方向上一点一点地偏离的状态卷绕成螺旋状。即使是这样的结构，也能够既抑制电极体23的松动，又抑制电极的使用量。
符号说明
10：电池 11：电池壳体 12：电池壳体主体 12A：开口部 13：筒状部 23：电极体 24：正极板 25：隔离板 26：负极板 S：收纳空间
Claims (9)
1.一种电池，具备：
壳体；和
配置在所述壳体的内部，且将极板卷绕而成的电极体，
所述电极在所述电极体的卷绕轴方向上的长度，比所述壳体的收纳空间在长度方向上的长度更小，
所述电极体的所述极板卷绕成螺旋状。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，
所述电极体由正极板和负极板构成，所述正极板和所述负极板卷绕成阶梯状。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，
所述电极体，在所述正极板和所述负极板对置成一对的状态下，卷绕成阶梯状。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电池，其特征在于，
所述电极体的所述极板的卷绕结束的端边，相对于沿着所述电极群的卷绕轴的方向倾斜。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的电池，其特征在于，
所述电极体的所述极板的卷绕结束的端边，相对于沿着所述电极群的卷绕轴的方向平行。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电池，其特征在于，
所述壳体具有盖体，
所述电极体中、靠近所述卷绕轴的中央部分，由所述正极板构成，
所述电极体中、卷绕在所述中央部分的周围的周围部分，由所述负极板构成，
所述中央部分，与所述周围部分相比更靠近所述盖体，
所述中央部分与所述盖体连接，所述周围部分与所述壳体连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的电池，其特征在于，
所述极板中的一个所述极板将氢氧化镍作为活性物质，
所述极板中的其他所述极板将贮氢合金作为活性物质。
8.一种电池的制造方法，其特征在于，包括：
使带状的正极板与带状的负极板对置来得到带状的电极体的工序；
使所述带状的电极体以相对于所述带状的电极体的短边方向形成角度的状态进行卷绕，得到卷绕后的电极体的工序；和
将所述卷绕后的电极体收纳在壳体内的工序。
9.根据权利要求8所述的电池的制造方法，其特征在于，
所述带状的正极板和所述带状的负极板在所述电极体的卷绕轴方向上的长度，比所述壳体的收纳空间在长度方向上的长度更小。
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