CN1407647A - 密闭型电池 - Google Patents
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Abstract
一种密闭型电池，在螺旋状电极群的最外周有分离介质，与这一最外周的分离介质邻接的上述阳极或上述阴极的芯体在上述螺旋状电极群的轴心方向上具有突出于上述最外周分离介质的暴露部位，而上述芯体的暴露部位与上述外壳的内面直接接触。该密闭型电池，在阴极活性物质层的粘合强度低的情况下也可不使用集电体而能够从阴极有效地集电，并且在阴极活性物质层的导电性能低的情况下也能够抑制电池的内阻及其偏差，所以价格低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种密闭型电池，更具体而言涉及内阻及其偏差小的密闭型电池。
背景技术
近年来，随着各种电器产品的开发和普及，作为电源的电池，特别是密闭型碱性蓄电池被广泛地使用。镍-镉蓄电池或镍-氢蓄电池等可作为密闭型碱性蓄电池的典型代表。
这些电池一般具有如图12中表示的结构，通过分离介质4’，以螺旋状缠绕负极2’和正极3’形成螺旋状电极群5’，通过从外壳1的开口处插入该螺旋状电极群5’到外壳1内，之后向外壳1内注入碱性电解液，最后由封口体7’封住开口而制造。
正极3’由正极用芯体和载持在芯体的正极活性物质层组成，负极2’由负极用芯体2A’和载持在该芯体2A’的负极活性物质层2B’组成。正极用芯体和负极用芯体2A’分别由具有良好导电性的金属组成。正极活性物质层和负极活性物质层2B’分别由例如粉末状活性物质的凝固而形成，为了提高粉末之间以及粉末和芯体之间的粘着强度，根据需要其中含粘合剂。
作为这类负极2’，例如糊状镉负极是，将在作为负极用芯体2A’的镍穿孔片的两面，涂敷混合以氧化镉为主体的负极活性物质和由羟丙基纤维素组成的粘合剂的负极活性物质浆，并进行干燥而制造。
然而，在上述电池的结构方面，负极2’的集电方式、即负极2’和外壳1的电接方式主要有两种：一种是在位于螺旋状电极群5’下端的负极用芯体2A’上焊接另外准备的集电体，进而把该集电体焊接到外壳底面的方式；另一种为如图12所示，把位于螺旋状电极群5’最外周的负极活性物质层2B’直接接触于外壳1的侧壁内面1a的方式。
这些方式相比较，在外壳1的内壁侧面1a上直接接触负极活性物质层2B’的后一种方式因为不需要集电体的准备工序和把集电体焊接到螺旋状电极群及外壳底面的工序，所以，如果按后方式制备电池，与前方式相比较，有可能降低制备费用。因此，在电池中多采用后一种的方式。
但是，如果在负极活性物质层2B’的粘合强度弱的情况下采用后者方式，存在把螺旋状电极群5’插入到外壳1内时，当负极活性物质层2B’与外壳1的开口端缘或内壁侧面1a接触时一部分负极活性物质层2B’从负极2’中脱落的问题。这将引起如电池容量的降低，或在最坏情况下还引起因为负极活性物质层的脱落造成的负极和正极间的短路问题。
为了避免这类问题的产生，可通过增加负极活性物质层中含有的粘合剂的配量而提高其粘合强度。但这时会减少负极活性物质层中占有的活性物质比例，结果带来电池容量的降低，所以，并非理想。
为此，如使用涂浆式镉负极，可通过改变活性物质氧化镉为氢氧化镉的方法提高粉末自身强度，进而提高活性物质层的粘合强度。
但是，当把为提高负极活性物质层粘合强度的新工艺追加到电池制造工序中时存在其分电池制造费用升高的问题。
该问题起因于，为降低集电体及其焊接工序制造费用而采用了后方式。因此，为了避免产生此问题，不是采用后一种方式，而是采用使用集电体的前一种方式为宜，但也不能避免制造成本的上升。
另外，如果在负极活性物质层2B’的导电性低的情况下采用后方式，因为与外壳1的侧壁内面1a直接接触的是载持于负极用芯体2A’，的负极活性物质层2B’，所以存在侧壁内面1a与负极活性物质层2B’间的接触阻力和其偏差变大、得到的电池的内部阻力和其偏差变大的问题。
但是，在负极活性物质导电性低的情况下，作为负极用芯体，通过使用如海棉状的镍基体或镍烧结多孔体，可补偿负极活性物质层导电性的降低的方法是已知的。根据这种方法，通过在海绵状镍基体或镍烧结多孔体中存在的无数个孔中填充活性物质的方法，使海棉状镍基体或镍烧结多孔体成为在活物质层的电路，因而补偿了负极活性物质层导电性的降低。
但是，在制造利用海绵状镍基体的负极时，因为海绵状镍基体的价格高，带来材料成本上升的问题。另外，制造以镍烧结多孔体做为芯体的负极时，因为需要把负极用芯体原材料的镍粉做成多孔体的烧结工序，用所述的负极制造电池时除镍粉末的材料成本之外，仅是此烧结工序就带来制造成本上升的问题。
发明内容
本发明是解决上述问题，其目的在于低价提供一种即使在负极活物质层的粘合强度低的情况下也不使用集电体而能够从负极有效地集电，且即使在负极活物质层的导电性低的情况下也能够抑制电池的内阻及其偏差的密闭性电池。
为了达到上述的目的，本发明提供具有以下特征的密闭性电池。即，包括：备有开口部位并兼做电极端子的外壳；收纳于此外壳内的由隔着分离介质的阳极和阴极卷成螺旋状而形成的螺旋状电极群；设置在上述外壳的开口部位，并兼做与上述外壳不同极性电极端子的封口体的密闭型电池，
其特征在于，在上述螺旋状电极群的最外周设有上述的分离介质，与该最外周分离介质相邻接的上述正极或上述负极的芯体，在上述螺旋状电极群的轴心方向上具有更突出于上述最外周分离介质的暴露部位，而上述芯体的暴露部位直接接触于上述外壳的内表面。
而且，在上述暴露部位至少具备一个切入口，由该切入口形成的上述暴露部位的一部分向上述螺旋状电极群的外侧方向突出，而优选的是该突出部位直接接触于上述外壳的侧壁内面。
或者是上述暴露部位至少具备一个向上述螺旋状电极群外侧方向突出的凸状部位，而优选的是该凸状部位直接接触于上述外壳的侧壁内侧。
还有，上述暴露部位至少具备一个向上述螺旋状电极群外侧方向突出的弯曲部位，而优选的是该弯曲部位直接接触于上述外壳的侧壁内侧。
附图说明图1为与本发明的一个实施形态相关的镍-镉蓄电池A的剖面图；图2为用于图1镍-镉蓄电池A中的镉负极的立体图；图3为用于图1镍-镉蓄电池A中的螺旋状电极群的部分立体图；图4为用于图1镍-镉蓄电池A中的另一个螺旋状电极群的部分立体图；图5为用于图1镍-镉蓄电池A中的再一个螺旋状电极群的部分立体图；图6为与本发明的另一个实施形态相关的镍-镉蓄电池A的剖面图；图7为用于图6镍-镉蓄电池B中的镉负极的立体图；图8为用于图6镍-镉蓄电池B中的螺旋状电极群的部分立体图；图9为与本发明的再一个实施形态相关的镍-镉蓄电池A的剖面图；图10为用于图9镍-镉蓄电池C中的镉负极的立体图；图11为用于图9镍-镉蓄电池C中的螺旋状电极群的部分立体图；图12为以往镍-镉蓄电池的剖面图。图中1-外壳，1a-侧壁内面，1b-颈缩部，21，22，23-镉负极，2A-负极用芯体，2B-负极活性物质层，2a-暴露部，2b1，2b2，2b3-切入部，2c-突出部，2d-凸状部，2e-卷曲部，3-镉正极，4-分离介质，51，52，53-螺旋状电极群，6-绝缘垫圈，7-封口体，7a-孔，7b-封口板，7c-安全阀，7d-螺旋弹簧，7e-盖，8-正极集电导线。
具体实施方式
下面用附图说明本发明的密闭性电池。
图1为与密闭性电池实施形态相关的镍-镉蓄电池A(以下称为电池A)的剖面图。而且，对于图1所示的电池A，与图12的以往镍-镉蓄电池在本质上具有相同功能和形状的部分表示为同一符号。
电池A具备金属外壳1，外壳1形状是有底圆筒形，并在上部有开口部位。在外壳1的内部收纳隔分离介质4缠绕负极21和正极3而形成的螺旋状电极群51和在图中未表示出的碱电解液。
在外壳1的开口部通过向内侧铆接开口端缘方法，并通过绝缘垫圈6配设封口体7，而外壳1用气密方式封口。
封口体7是由在中央带有孔7a的封口板7b；用于堵住孔7a的安全阀7c；用于把安全阀7c按在封口板7b的线圈弹簧7d以及覆盖安全阀7c和线圈弹簧7d的盖7e组成。还有，在外壳1内异常地产生气体而使内部压力上升时，因为其压力把安全阀7c顶开，产生的气体通过孔7a排出，所以可由此封口体7抑制住外壳1内的压力的上升。
在位于螺旋状电极群51上端部的正极3处，点焊正极集电导线8的一端，正极集电导线8的另一端由点焊法连接于封口板7b的内面。即兼做正极端子的封口板7和构成螺旋状电极群51的正极3，通过正极集电导线8电连接。
用于本发明的螺旋状电极群51，在其最外周有分离介质4。构成螺旋状电极群51的负极21和兼做负极端子的外壳1之间在螺旋状电极群51的轴心方向，也就是从螺旋状电极群51的下端部向下端突出的负极用芯体2A直接接触于外壳1的内面，即通过直接接触于底部内面或侧壁内面1a电连接。
为了如上述的电连接，负极用芯体2A具有比正极3和分离介质4更宽广的暴露部2a，该暴露部2a从螺旋状电极群51的下端部突出。并且如图2所示，在位于螺旋状电极群51最外周的暴露部2a处形成倾斜于暴露部2a的切入口2b。如图3所示，邻接于该切入口2b的用斜线表示的三角形部分，在收纳于外壳内的螺旋状电极群51上形成比最外周的分离介质还要向螺旋状电极群51的外侧方向突出的突出部2c，该突出部直接接触于外壳1的侧壁内面。
具有上述结构的电池A，因为分离介质4位于螺旋状电极群51的最外周，而并非负极21，所以在向外壳1插入螺旋状电极群51时防止了从负极21中活性物质层2B的脱落。
而且，对于电池A，因为由具有良好导电性的金属形成的突出部2c直接接触于外壳1的侧壁内面，所以可不依赖于负极活性层的导电性能而减少内阻和其偏差。
另外，在本发明形态上，倾斜于暴露部2a形成了切入口2b1，切入口的形状如图4、5表示的切入口2b2，2b3，成为抛物线状或者L字状都可以，只要在缠绕螺旋状电极群时通过其切入部位，暴露部的一部分向螺旋状电极群的外侧方向突出即可。
图6是与本发明的密闭型电池的另一个实施形态相关的镍-镉蓄电池B(以下称蓄电池B)的剖面图。
电池B，其位于螺旋状电极群52最外周部位的负极用芯体2A的暴露部2a具有一个并非是突出部2c而是如图7所示的凸状部位2d。并且如图8所示，该凸状部位2d通过向螺旋状电极群52的外周方向突出的方式而直接接触于外壳1的侧壁内面1a，这一点上电池B不同于电池A.
电池B中，由于分离介质4位于螺旋状电极群52的最外周，可以防止活性物质层2B从负极22的脱落，并且因为由具有良好导电性能的金属组成的凸状部2d向螺旋状电极群52的外周方向突出，与外壳1的侧壁内面直接接触，所以内阻及其偏差变小。
图9是与本发明的密闭型电池的又一个实施形态相关的镍-镉蓄电池C(以下称电池C)的剖面图。
电池C中位于螺旋状电极群53最外周的负极用芯体2A的暴露部2a不具有突出部2c或凸状部2d而具有如图10所示的在负极23卷终端弯曲的弯曲部2e。并且，如图11所示，弯曲部2e向螺旋状电极群53的外侧方向突出直接接触于外壳1的侧壁内面1a，这一点上不同于电池A和B。
电池C也是同样，因为分离介质4位于螺旋状电极群53的最外周，可以防止活性物质层2B从负极23的脱落，并且因为由具有良好导电性能的金属组成的凸状部2e向螺旋状电极群53的外周方向突出，与外壳1的侧壁内面直接接触，所以内阻及其偏差变小。
另外，在上述的实施形态中，说明了关于把本发明应用于镍-镉蓄电池的例子，但本发明并不只限于镍—镉蓄电池，也适用于镍-氢电池等各种密闭型电池。
另外，在本发明中，与位于螺旋状电极群最外周的分离介质相邻接的正极或负极的芯体至少具有暴露部位2a即可，或者至少形成一个突出部2c或凸状部2d即可。
实施例1
在作为负极用芯体2A’的厚度为0.06mm的镍穿孔片的两面涂敷混合以氧化镉粉末为主体的负极活性物质和由羟丙基纤维素组成的粘合剂的负极活性物质浆。而这时，在所得到的负极的暴露部位处未涂浆。将涂浆在90℃下干燥15分钟使其成为负极活性物质层2B之后，切断成宽度为40.5mm，长度为85mm。
对于该被切断的镍穿孔片，如图2所示，在与位于螺旋状电极群最外周的分离介质相邻接的负极的暴露部位处，与暴露部的宽度方向45°角度形成长度为6mm的切入部位2b1，从而制备出镉负极21，且暴露部2a的宽度为5.5mm。
接着，通过烧结厚度为0.06mm的镍穿孔片的方法准备了成为正极用芯体的、在表面形成镍烧结多孔体的、镍穿孔片。并且向该表面的镍烧结多孔体，用众所周知的化学浸渍法填充以氢氧化镍为主要成分的正极活性物质之后以宽度为35mm、长度为65mm切断该镍穿孔片制备出镍正极3。此时，镍正极3的宽度，比镉负极21的宽度只少于暴露部2a部分，换句话说，与负极活性物质层2B的宽度相等。
把该镉负极21和镍正极3夹杂于厚度为0.22mm，宽度为39mm，长度为200mm的聚丙烯材料无纺布分离介质4，在内径微小于外壳1的中空圆筒状装置内螺旋状缠绕而形成了螺旋状电极群51。这时，使分离介质4位于螺旋状电极群51的最外周上，且在螺旋状电极群的下端部，使负极的暴露部2a从分离介质中突出。
对这样制备的螺旋状电极群51，使镉负极21的暴露部2a位于下方插入到在铁上镀镍的有底圆筒状外壳1内。这时，在缠绕的负极用芯体2A中产生恢复原形状的恢复力，邻接于切入部2b1的暴露部2a向螺旋状电极群51外侧方向突出，形成突出部2c，如图1所示，这使得暴露部2a的突出部2c和外壳内壁侧面直接接触。
之后，收缩外壳1的上部而形成颈缩部1b。准备外周装有环状绝缘垫圈6的封口体7，在该封口体的底面点焊接正极集电导线8。
接着在外壳1内注入以氢氧化钾水溶液作为主要成分的电解液，把外壳7载置于颈缩部1b，再通过把外壳1的开口端缘铆接于内侧的方法封住外壳1的开口部，制得AA尺寸的实施例1的镍-镉蓄电池。
实施例2
在切断的镍穿孔片中，除了在与位于螺旋状电极群的最外周的分离介质相连接的负极暴露部处形成并非为2b1，而是如图6所示的通过压纹工艺形成的在镍穿孔片的厚度方向上突出1mm的直径为3mm的凸状部2d之外与实施例1中的镉负极制备相同地制备了镉负极22。
且除使用镉负极22以外，与实施例1的镍-镉蓄电池同样地制备了实施例2的镍-镉蓄电池。
如图8所示，对于得到的实施例2的镍-镉蓄电池，使突出于分离介质4厚度的凸状部2d直接接触于外壳1的内壁侧面1a。
实施例3
在切断的镍穿孔片中，除了在与位于螺旋状电极群的最外周的分离介质相连接的负极暴露部处并非形成2b1或凸状部2d，而是如图11所示，折回负极2的缠绕终端形成弯曲部2e，除此之外，其余与实施例1、2的镍-镉蓄电池相同地制备了实施例3的镉负极23。
并且，除了使用镉负极23之外，与实施1的镍-镉蓄电池相同地制备了实施例3的镍-镉蓄电池。
如图9所示，在实施例3的镍-镉蓄电池，弯曲部2e直接接触于外壳1的内壁侧面1a。
比较例1
作为负极用芯体2B的厚度为0.06mm、宽度为40.5mm、长度为85mm的镍穿孔片的两面的几乎整面上涂敷负极活性物质2B’之外，与实施例1相同地制备镉负极2’。
而且，除宽度为41mm、长度为65mm之外，与实施例1相同地制备正极3’。
把该镉负极21和镍正极3夹杂于除宽度为43.5mm，长度为165mm之外与实施例1相同的聚丙烯材料无纺布分离介质4，螺旋状缠绕而形成了螺旋状电极群51。这时，使镉负极2’位于螺旋状电极群5’的最外周上。且如实施例1相同的外壳1内插入螺旋状电极群5’。此时，如图12所示，使负极2’的活性物质层2B’与外壳1的内壁侧面直接接触。之后，用上述的实施例1相同地制备比较例1的电池。(4)内阻的测定
对分别为30个如上述方法制备的实施例1-3、比较例1的电池，测定各电池的装配瞬时内阻(mΩ)，其结果示于表1中。且表1中也表示出实测值的最小值和最大值以及其平均值。
表1
| 电池种类 | 内阻值(mΩ) | ||
| 最小值 | 最大值 | 平均值 | |
| 实施例1 | 83 | 96 | 89 |
| 实施例2 | 83 | 94 | 87 |
| 实施例3 | 82 | 99 | 92 |
| 比较例1 | 104 | 683 | 242 |
从表1的结果明显地看出，在外壳的内壁侧面直接接触镉负极活性物质层的比较例1的电池内阻平均值大，且各个阻值的偏差也大。一方面可看出对于把负极的暴露部分与外壳的侧壁内面直接接触的实施例1-3的电池，电池内阻平均值小的同时，各个阻值的偏差也小。这是因为比较例1的电池中外壳的侧壁内面上仅接触导电性低的负极活性物质层，所以内阻及其偏差大，而在实施例1-3的电池中，设置于由导电性负极芯体组成的暴露部2a上的突出部、凸状部、或弯曲部没有通过导电性低的负极活性物质层而直接接触于外壳1，所以电池内阻及其偏差小。
如上所述，对于本发明的密闭型电池，因为在螺旋状电极群的最外周设有分离介质，所以能够在负极活性物质的粘合强度低的情况下也可不使用集电体而集电。由此，可廉价制造本发明的密闭型电池。
而且，在本发明的密闭型电池，因为由负极芯体组成的暴露部与外壳的侧壁内面直接接触，所以，即使在负极活性物质的导电性低的情况下内阻的偏差小。
Claims (4)
1、一种密闭型电池，包括：具有开口部，并兼做电极端子的外壳；收纳于该外壳内的、由隔着分离介质的阳极和阴极卷成螺旋状而形成的螺旋状电极群；设置在上述外壳的开口部位，兼做与上述外壳不同极性电极端子的封口体，其特征在于，在上述螺旋状电极群的最外周设有上述的分离介质，与其最外周分离介质相邻接的上述正极或上述负极的芯体，在上述螺旋状电极群的轴心方向上具有比上述最外周分离介质更突出的暴露部位，而上述芯体的暴露部位直接接触于上述外壳的内表面。
2、根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，上述暴露部位至少具备一个切入口，由该切入口形成的上述暴露部位的一部分向上述螺旋状电极群的外侧方向突出，该突出部分直接与外壳的内壁侧面接触。
3、根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，上述暴露部位至少具有一个向上述螺旋状电极群的外侧方向突出的凸状部、该凸状部直接与外壳的内壁侧面接触。
4、根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，上述暴露部位至少具有一个向上述螺旋状电极群的外侧方向突出的卷曲部，该卷曲部直接与外壳的内壁侧面接触。
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