CN1330038C - 集电板和使用其的蓄电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池，包括具有正极、负极及置于它们之间的隔板的电极组，以及其中容纳该电极组的壳体。盖部件结合于壳体并将壳体密封，并且电连接于电极组。集电板电连接到正负极的无涂层区域。各个集电板在其上具有多个孔，并可以位于壳体的顶部和底部，这样电解液的浸入可以迅速和容易地进行。

Description

集电板和使用其的蓄电池

技术领域

本发明涉及蓄电池，特别是涉及通过改进集电板结构而具有高的电解液浸入效率的蓄电池。

背景技术

一般来讲，蓄电池(secondary battery)不同于不能充电的早期电池，其能够重复地充电和放电。近来，使用具有高能量密度的无水电解液的高功率蓄电池得到了发展。例如，美国专利No.6,193,765公布了一种电池，其装备有形成为板的电流收集元件来替代常规接头。

在一个电池组单元电池封装成包形状时，它就形成低容量电池，这种电池可以作为便携式电话、膝上型计算机和可携式摄像机等各种便携式小型电器装置的电源。在将几十个蓄电池单元串联或并联连接时，形成高容量蓄电池，这种蓄电池可以用于混合动力汽车等用于驱动电动机的电源。

蓄电池可以制成圆柱形、棱柱形或袋状等不同的形状。蓄电池包括电极部件，电极部件包含正极、负极和置于它们之间的隔板，其螺旋卷绕(或以胶卷的结构)并插入到壳体中。壳体安装具有外端子的盖部件，以形成电池。

蓄电池的正极和负极每个都配备有导电接头，导电接头用于收集电池工作时从电极组产生的电流，并将电流传导至外端子。

但是，常规蓄电池具有的结构可能会阻碍电解液顺利地浸入到电极组中，因为电解液注入到壳体中及其随后的浸入都进行得非常缓慢。

详细地来讲，在常规技术中，电解液的浸入通常是依靠毛细现象进行，使得电解液被吸收到电极组中。在这些电池中，壳体底部的负极集电板由于阻碍毛细现象而延缓了浸入过程。

这个问题对于设计用于混合电动车(HEV)等用于驱动电动机的高功率蓄电池来讲更为严重，因为这种蓄电池的制造需要满足高输出等高质量电池特性的需要。

发明内容

提供一种用于蓄电池的集电板，其中电解液的浸入可以更迅速和容易地进行。

根据本发明的一个实施例，蓄电池包括具有正极、负极和置于它们之间的隔板的电极组，内部容纳电极组的壳体，电连接于电极组的盖部件，其与壳体相结合并密封壳体，在壳体内侧底部的集电板，其电连接到正极或负极，和在集电板上形成的电解液通过区域。

电解液通过区域可以具有在第一集电板上形成的至少一个孔。电解液通过区域上该孔的面积范围在集电板总面积的30％到35％之间。

电解液通过区域可以位于对应于电解液注入入口的位置，电解液注入入口形成在相对着第一集电板的第二集电板上，并电连接于正极或负极。

电解液通过区域可以形成在特殊区域的中心，接触并固定在集电板的上述电极上。

电解液通过区域可以具有至少一个形成在集电板上的狭缝。该狭缝可以形成在集电板上的凸起区域上，以焊接在上述壳体上。

根据本发明的另一个实施例，用于蓄电池的电极组件包括：包含具有正极、负极无涂层区域的正极、负极和置于它们之间的隔板的电极组，其中正极、负极无涂层区域沿各自边缘没有活性物质，以及固定在负极无涂层区域上的负极集电板，和形成在负极集电板上的电解液通过区域。

上述正极无涂层区域相对着负极无涂层区域放置，并电连接具有电解液注入入口的正极集电板。

电解液注入入口可以位于和电解液通过区域相同的中心轴上。

根据本发明的另一个实施例，提供一种用于蓄电池的集电板，集电板包括：具有径向布置在正负极之间的多个接触区域的盘，和一个或多个通过盘的电解液通过区域。集电板还可以包括用于将盘焊接到壳体上的凸起。

附图说明

图1为根据本发明典型实施例的蓄电池的横截面图。

图2为根据本发明典型实施例的蓄电池负极集电板的透视图。

图3为根据本发明另一个典型实施例的蓄电池负极集电板的透视图。

图4为根据本发明又一个典型实施例的蓄电池负极集电板的透视图。

具体实施方式

参见附图，本发明典型实施例的蓄电池包括：具有正负极11、12及置于它们之间的隔板13的电极组10，和一侧具有开口以容纳电极组10的壳体20。蓄电池还包括电解液，安装在壳体20开口上并通过密封垫31密封壳体20的盖部件30，电连接于正极11的正极集电板40，和电连接于负极12的负极集电板50。

更详细地，壳体20可以由铝、铝合金或者镀镍钢等导电金属制成，并可以形成为圆柱形、六面体或其它具有能够插入电极组10内部空间的形状。

电极组10可以具有堆层结构，使得隔板13置于正极11和负极12之间。电极组可以具有分别涂有正、负极活性物质的集电极11a、12a(图中未示出活性物质)，或者电极组可以具有胶卷(jelly-roll)结构，使得堆层中的正极11、负极12和隔板13卷绕在一起。

电极组10安装有正负极11、12，它们分别电连接于集电板40、50，集电板40、50收集从电极产生的电流。

电极组10和集电板40、50形成电极组件60。

无涂层区域11b、12b表示没有活性物质的区域，分别位于集电板40、50接触于正负极11、12的位置。

当形成电极组10后，正极11的无涂层区域11b相对着负极12的无涂层区域12b，并伸出到隔板13外。

盖部件30包括盖板32，其具有外端子32a，以及使壳体20与盖板32绝缘的密封垫31。盖部件还包括通气板33，其通过铅导线41媒介电连接于正极集电板40，通气板设计成用于在预定压力水平下破碎并释放容纳的气体，由此减小蓄电池爆炸的可能性。

通气板33不局限于如图所示的形状，而可以是能够切断电极组10到盖部件30之间电路的任何形状。

在图2所示的典型实施例中，正极集电板40具有四个电解液注入入口42。

负极集电板50形成为盘状物，其中伸向壳体20的区域51形成在中心，其用于将负极集电板焊接到壳体20内。槽54(如图1所示)同样形成在负极集电板50内。

沿中心区域51径向布置的是四个接触区域52，它们向中心区域的相反方向伸出，即，伸向负极12的无涂层区域12b。在这些接触区域52之间至少有一个具有圆孔的电解液通过区域53。电解液通过区域53形成在负极集电板上，这样当电解液注入到壳体20中并浸入时，电解液可以从下面经过板而通过，并且更均匀地浸入到电极10、12和隔板13中。

接触部分52可以通过模压负极集电板50而制作成狭槽。在一个典型实施例中，接触部分52可以呈围绕凸起区域51为中心的十字形。

负极集电板50可以插入到壳体20中并焊接在壳体上，并使负极集电板的凸起区域51紧贴在壳体20的底部。由此，只有负极集电板50的凸起区域51直接贴在壳体20的底部上，而不是负极集电板的全部表面。

另外，将负极集电板50上的接触部分52紧密地贴在电极组10中负极12的无涂层区域12b上，并用激光器将这些部件沿接触区域52的长度方向侧焊接在一起，从而使得负极集电板50电连接于电极组10。

另外如图2所示，四个电解液通过区域53形成在负极集电板50上，分别对应和平行布置在正极集电板40的入口42上。电解液通过区域53可以形成为圆形或其它如三角形等任何多边形。

如图1所示，本发明蓄电池的典型实施例具有如下的布置：正极集电板40位于壳体20的一端，负极集电板50位于壳体20的相对一端。位于集电板40、50之间的电极组10可以具有无涂层区域11b、12b和通过区域53，无涂层区域分别露出电解液注入入口42，通过区域53分别形成在集电板上。因此如下面详述的，具有这样结构的蓄电池，能够使注入壳体20的电解液通过壳体20底部和顶部的毛细现象而浸入到电极组10中。

在一个典型实施例中，通过区域53的面积约为负极集电板50总面积的30％到35％。

如果通过区域53的面积小于负极集电板50总面积的35％，则可能会降低电解液浸入率，并增加蓄电池的重量。另一方面，如果通过区域53的面积大于负极集电板50总面积的35％，则可能造成负极集电板50本身的结构变形，并在负极12产生的电流通过负极集电板50时，因为较紧的通过区域而增加电子运动的阻力。

如图3所示的本发明的另一个实施例，其中负极集电板70具有与上述负极集电板相似的结构，负极集电板具有形成为三角形孔的通过区域72。

图4为根据本发明又一个实施例的负极集电板的透视图。负极集电板80具有与上述负极集电板相同的基本结构。

但是，负极集电板80具有形成为狭缝的用于电解液浸入的通过区域82，其绕着位于负极集电板80中心的凸起区域84而形成。

以下介绍根据本发明典型实施例中电解液浸入到蓄电池中的过程。

在蓄电池的制造过程中，电极组件60插入到壳体20中之后注入电解液。当电解液被导入时，其通过电池上部的正极集电板40上的电解液入口42流入到电极组10中，并且浸入到电极11、12和隔板13中。

另外，电解液还从电池底部通过毛细现象运动到电极组10，并且浸入到电极11、12和隔板13中。这里，电解液可以容易地通过负极集电板50、70、80上的通过区域53、72、82，运动到电极组10。

换言之，常规集电板阻碍电解液流向电极组并延缓了电解液的浸入，因为常规集电板不具有电解液运动的特殊通过区域。但是，本发明的实施例在集电板上具有电解液的通过区域，从而建立更完全和均匀的电解液浸入。

提供一种能够减少电解液浸入时间的蓄电池。该蓄电池包括位于电极组两端的集电板上用于电解液运动的通过区域，并可以使电解液平稳地向其中浸入。

另外，本发明的蓄电池可以通过制造较好质量的电极组，使电解液经过通道均匀地浸入到其中，从而可以提高蓄电池的性能。

所以，该蓄电池可以用作驱动混合电动车(HEV)、电动车(EV)、无线吸尘器、电动自行车以及小型摩托车等需要高输出的设备的电动机的能源。

还有，与同类型的常规蓄电池相比，本发明的蓄电池因为减少了其负极集电板本身的重量而减少了整体重量，因而可以提高其比能(Wh/kg)。

尽管以上参照典型实施例对本发明进行了详细地说明，但本领域技术人员可以理解的是，在不背离本发明权利要求所提出的精神和范围的情况下，本发明可以有各种变体和替换。

Claims (11)

1.一种蓄电池，包括：

具有正极、负极和置于正极和负极之间的隔板的电极组；

容纳该电极组的壳体；

电连接于电极组的盖部件，其连接到该壳体上并用来密封该壳体；

电连接于正极和负极的至少一个、并位于壳体内的底部的集电板；和

穿过所述集电板形成的至少一个电解液通过区域，其用于流体地连通集电板的分别朝向和背向该电极组的两侧。

2.根据权利要求1的蓄电池，其中所述至少一个电解液通过区域还包括至少一个穿过所述集电板形成的孔。

3.根据权利要求2的蓄电池，其中该孔的面积为所述集电板面积的30％到35％之间。

4.根据权利要求1的蓄电池，其中正极集电板电连接于正极，负极集电板电连接于负极，并且所述至少一个电解液通过区域对应于形成在正极集电板中和负极集电板中的电解液注入入口。

5.根据权利要求1的蓄电池，其中所述集电板具有多个接触区域，所述接触区域接触并固定在正极和负极中至少一个上，其中所述至少一个电解液通过区域位于多个接触区域的相邻接触区域之间。

6.根据权利要求2的蓄电池，其中该孔为圆形。

7.根据权利要求2的蓄电池，其中该孔为多边形。

8.根据权利要求1的蓄电池，其中所述至少一个电解液通过区域还包括形成在所述集电板中的狭缝。

9.根据权利要求8的蓄电池，其中所述集电板还包括用于焊接的凸起区域，其中该狭缝形成在凸起区域中。

10.根据权利要求1的蓄电池，其中蓄电池为圆柱形电池。

11.根据权利要求1中的蓄电池，其中蓄电池是电动机驱动装置的电池。

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