CN1354531A - 电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有发电元件的电池,其包括条带状正极、条带状负极以及条带状隔膜层,所述正极和所述负极从头至尾地与所述隔膜层螺旋卷绕在一起,并且所述正极和负极分别具有自一侧伸出的集电接线片,其中,集电接线片的螺距朝向外圆周一侧增加,且至少一个在外侧的集电接线片具有比内侧集电接线片大的宽度。因此,虽然在外部的集电接线片设有较长的螺距,并且每个集电接线片所覆盖的区域较宽,充电/放电电流可通过活性材料流遍该区域。因此,充电/放电电流可均匀地流过电极的内部和外部,从而该活性材料可具有均匀的反应分布。

Description

电池

发明领域

本发明涉及电池。

发明背景

圆柱形铅蓄电池的制备可通过，例如，将条带状正极21和负极22与条带状隔膜层23一起螺旋卷绕形成圆柱形发电元件24(如图6所示)，将该元件24嵌入电池壳(图中未示)，并密封壳体。

该发电元件24通过将集电接线片21a和集电接线片22a卷绕而形成，所述集电接线片凸设于元件24的顶部，沿穿过卷线中心的直线排列。正极21的集电接线片21a设置于该直线的一半，即，卷线中心的一侧，同时负极22的集电接线片22a设置于另一半。即，集电接线片21a和22a是这样设置的，位于卷线中心一侧的集电接线片与位于另一侧的集电接线片极性不同。所述正极21的集电接线片21a通过覆盖所述集电接线片21a的正极同极连接片(图中未示)连接于正极端子。另一方面，所述负极22的集电接线片22a通过负极同极连接片(图中未示)连接于负极端子。

针对正极21的集电接线片21a，对为什么所述集电接线片21a和22a设置于直线上进行解释如下。而由于原因相同，对于负极22的集电接线片22a不再赘述。

当所述集电接线片21a设置于图6中的直线上，可将集电接线片21a以直线状同极连接片连接。但是，如果所述集电接线片21a不排列为直线，所述同极连接片将具有和集电接线片排列方式相应的形状，并且大于所述直线状。使用该较大正极同极连接片的缺点在于，不仅其与负极同极连接片有接触的可能性，而且所述电池质量(重量)增加(原因是所述同极连接片是由，例如铅合金制成，重量较大)。鉴于这些原因，所述集电接线片21a排列成穿过卷线中心的直线。

为了让所述集电接线片21a排列成穿过卷线中心的直线，所述正极21的结构应为：在所述正极21与隔膜层23以及负极22共同螺旋卷绕时，自一个集电接线片21a到下一个集电接线片21a形成一圈的间距朝向外侧不断增加。该结构可进一步通过图7来解释，图中表明用于正极21的网格21b尚未填满活性材料。该条带状网格21b的结构中，在两个相邻集电接线片21a间的间距D朝向外侧变长，该网格具有在较长的一侧伸出的集电接线片21a。例如，所述间距D可以下述的方式确定。在一个集电接线片21a和另一个集电接线片21a间的间距D可为大致满足以下关系式的数值：

                        D＝2πr其中，r为前一个集电接线片21a与卷线中心的间距。因此，所有的集电接线片21a均排列成穿过卷线中心的直线。

在常规的正极21中，不论集电接线片21a处于卷材的内部或外部，其形状完全相同。可以发现，常规正极的问题在于发电元件24整体上的活性材料的反应不是均匀分布的。结合充电/放电电流通过集电接线片21a流过正极的情况对该该问题进行进一步详述，在卷材的内部，由于处于的相邻两个集电接线片21a间的间距D小，通过一个集电接线片21a来收集电力的区域要小于外部。由于这个原因，将有充足的充电/放电电流可通过集电接线片21a流过整个区域中的活性材料。

相反，在卷材的外部区域，由于处于的相邻两个集电接线片21a间的间距D大，通过一个集电接线片21a来收集电力的区域要大。因此，将没有充足的充电/放电电流可通过集电接线片21a流过整个区域中的活性材料，该集电接线片21a与内部区域中的形状相同。在外部，位于接近集电接线片21a位置的部分活性材料被优先使用，而远离集电接线片21a的部分活性材料则未被使用。这样降低了电池工作性能。

这个问题不仅存在于正极21中，而且存在于具有图8所示的网格22b的负极22中，其上具有伸出的集电接线片22a。

鉴于上述的问题，本发明的目的是提供一种电池，其中，整个发电元件中活性材料反应均匀分布。

发明简述

本发明提供具有发电元件的电池，其包括条带状正极、条带状负极以及条带状隔膜层，

所述正极和所述负极从头至尾地与所述隔膜层螺旋卷绕，并且所述正极和负极分别具有自一侧伸出的集电接线片，

其中，集电接线片的螺距朝向外圆周一侧增加，且至少一个在外侧的集电接线片具有比内侧集电接线片大的宽度。

在此电池中，发电元件中的外部集电接线片的宽度大于位于内侧的集电接线片。因此，虽然在外部的集电接线片设有较长的螺距，并且每个集电接线片所覆盖的区域较宽，充电/放电电流可流遍活性材料每个区域。因此，充电/放电电流可均匀地流过电极的内部和外部，从而该活性材料可具有均匀的反应分布。

所述正极和负极的集电接线片优选排列在同一条线上。

这种线性排列的优点在于，连接在正极的集电接线片或负极的集电接线片上的同极连接片具有直线形状和较小的尺寸和质量(重量)。

而且，每一个集电接线片优选具有大致满足关系式L＝r×θ的宽度L，其中，r为集电接线片与卷线中心的间距，θ为恒定中心角度。

根据这种结构，尽管位于外部的每一个集电接线片将覆盖较大的区域，宽度L将相对于r值(即朝向外圆周方向)成比例地增加。结果，所述充电/放电电流将均匀地流过电极的内部和外部，从而所述活性材料可具有均匀的反应分布。

中心角θ最好为π/6弧度或以上，这样所述最内部的集电接线片也具有足够的宽度，而最好为π/3或以下，以防止由于集电接线片太宽而同极连接片的质量(重量)太大。

附图简述

图1.为本发明一个实施例的圆柱形铅蓄电池的发电元件的立体图。

图2.为表明设置于发电元件上部的集电接线片宽度的平面图。

图3.为用于电池正极的网格的平面图。

图4.为用作电池负极的网格的平面图。

图5.为表明设置于本发明另一个实施例的发电元件上部的集电接线片宽度的平面图。

图6.为常规发电元件的立体图。

图7.为用作常规发电元件正极的网格的平面图。

图8.为用作常规发电元件负极网格的平面图。

本发明详述

结合附图，以下将对作为本发明一种实施例的圆柱形铅蓄电池进行解释。该铅蓄电池的发电元件14为圆柱形结构，其由所述条带状正极11和所述条带状负极12从头至尾地与所述条带状隔膜层13螺旋卷绕在一起。如图1所示，该卷绕形成的发电元件14具有从其上部伸出的集电接线片11a和12a，并沿穿过卷线中心的直线排列。该正极11的集电接线片11a排列于该直线的一半，即在卷线中心的一侧，同时所述负极12的集电接线片12a排列于另一半。即，所述集电接线片11a和12a是这样排列的，位于卷线中心一侧的集电接线片与另一侧的集电接线片的极性不同。

为了形成这样的发电元件，其中所述集电接线片11a和12a排列于穿过卷线中心的直线，使用网格11b和12b的正极11和负极12分别示于图3和4。

所述网格11b和12b通过在条带状铅板中形成许多矩形开孔11c和12c而制得。在开孔11c和12c中填满活性材料将得到正极11或负极12。

所述网格11b和12b具有从其侧边伸出的矩形集电接线片11a和12a。这些集电接线片11b或12b通过切去所述铅板的部分侧边得到。在相邻两个集电接线片11a或12a间的间距D大致满足关系式：

                  D＝2πr

根据在集电接线片11a或12a与卷线中心间的间距。即，所述间距D朝向外周边变大。

所述正极11或负极12的集电接线片11a或12a的宽度朝向所述外周边增加。具体而言，如图2所示，所述集电接线片11a和12a是这样排列的，所述相应于由集电接线片11a和12a形成的圆弧的中心角度θ为大致恒定值θ₁。这说明每一个集电接线片11a和12a的宽度L大致满足关系式；

                 L＝r×θ₁其中r为发电元件14中集电接线片11a或12a与卷线中心间的间距。但是，由于中心角度θ₁的值太小将导致最内侧的集电接线片11a和12a的宽度过小，所述中心角度θ₁最佳为π/6弧度(30°)或以上。另一方面，如果中心角度θ₁太大，所述集电接线片11a和12a的宽度过大，则用来覆盖它们的所述同极连接片(图中未示)的尺寸和质量(重量)显著增大。因此，所述中心角度θ₁最佳为π/3弧度(60°)或以下。

如上述，所述集电接线片11a和12a的宽度朝向外周边变大。

在具有上述结构的实施例中，所述集电接线片11a和12a的宽度L朝向卷材的外周边变大。因此，尽管在相邻的集电接线片11a或12a间的间距D朝向外周边变大，而且位于外部每一个集电接线片11a或12a须覆盖较大的区域，将有充足的充电/放电电流流过活性材料的全部区域。

另一方面，在内部，其中在相邻的集电接线片11a或12a间的间距D较小，由于所述区域中的集电接线片11a和12a的宽度L也较小，因此在电极11和12中不会发生电流集中现象。因此，在每一个电极11和12中的活性材料反应的分布是均匀的。

在本实施例中，所述伸出的集电接线片11a和12a是沿穿过卷线中心的直线排列的。该线性排列的优点在于，连接在正极的集电接线片或负极的集电接线片上的同极连接片具有直线形状和较小的尺寸和质量(重量)。

而且，在此实施例中，每一个集电接线片具有大致满足关系式L＝rθ₁的宽度L。所述正极11和负极12每一圈分别具有一个集电接线片11a和一个集电接线片12a，并且两个相邻集电接线片11a或12a间的间距D大约如上述的2πr。因此，每一个集电接线片11a或12a的宽度L与相邻的集电接线片11a或12a间的间距比值为常数，即θ₁/(2π)。即，在本发明的电池实施例中，优化的电流均匀地流过电极11和12，包括其内部和外部。因此，整个发电元件14可具有全部活性材料反应均匀分布。

本发明不限于结合附图所述的实施例。例如，下述实施例将包括本发明的范围之内。除了以下的实施例之外，不脱离本发明精神的各种修改均可实现本发明。

在上述的实施例中，正极11和负极12每一圈分别具有一个集电接线片11a和一个集电接线片12a。但是，也可使用一定圈数下正极和负极具有一个集电接线片。还可使用每一圈具有两个或以上集电接线片11a或12a的正极11和负极12。例如，可使用每一圈分别具有两个集电接线片11a和两个集电接线片12a的正极11和负极12，从而形成发电元件4，其中，所述正极1的伸出的集电接线片1a沿元件4两个正交直径方向中的一个方向上设置于元件4的顶部，并且，所述负极2的伸出集电接线片2a沿另一直径方向设置。

上述实施例具有一种结构，其中正极11的集电接线片11a和负极12的集电接线片12a从所述发电元件4的顶部伸出。但是，本发明的电池不限于该结构。例如，所述电池的结构可为仅有正极11的集电接线片11a从发电元件4的顶部伸出，以及仅有负极12的集电接线片12a从发电元件的底部伸出。

而且，在上述的实施例中，用于圆柱形铅蓄电池中的圆柱形发电元件4已经说明。但是，发电元件4的形状不限，只要该元件4是经卷绕形成。例如，其可为细长圆柱形或其他形状，例如椭圆柱体。而且，除了应用于铅蓄电池外，本发明可(不特别限于)使用于任何采用卷绕形成的发电元件以及具有集电作用的集电接线片的电池上。

虽然在上述实施例中集电接线片11a和12a可为矩形，本发明的集电接线片形状不作特别限定。

此外，在上述的实施例中，所述集电接线片11a和12a的宽度L朝向卷材外周边变大。但是本发明的电池不限于此种结构。例如，如图5中所示，集电接线片11a或12a可包括一个比位于内侧相邻接线片宽度小或相同的集电接线片。

尽管本发明已如上详述并给出了具体实施例，对于本领域的普通技术人员而言，不脱离本发明精神与范围的各种修改与变换均应落在本发明的保护范围之内。

该申请基于日本专利申请No.2000-351685，递交于2000年11月17日，其全文引于此作为参考。

Claims (3)

1.具有发电元件的电池，其包括条带状正极、条带状负极以及条带状隔膜层，

所述正极和所述负极从头至尾地与所述隔膜层螺旋卷绕在一起，并且所述正极和负极分别具有自一侧伸出的集电接线片，

其中，集电接线片的螺距朝向外圆周一侧增加，且至少一个在外侧的集电接线片具有比内侧大的宽度。

2.如权利要求1的电池，其中所述正极的集电接线片和负极的集电接线片分别设置于同一条线上。

3.如权利要求1的电池，其中，每一个集电接线片具有大致满足关系式L＝r×θ的宽度L，其中r为集电接线片与卷绕中心的距离，θ为恒定中心角度。

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