CN1618140A - 电池及电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明有关一种适合于构成电池组的电池、以及用该电池连接成的电池组，这种电池包括将正极板和负极板隔着隔膜卷曲或层叠构成并分别在一端露出正极板板芯而在另一端露出负极板板芯的极板组3、底面与极板组3的任何一方端面连接成为电极端的有底筒形的外壳2、浸泡极板组3内部的电解液、以及与极板组3另一方端面连接同时通过对外壳2的密封及绝缘装置固定在外壳2上的盖子4。以往由于采用和电池盖子分开的其它零件的连接件进行电池间连接，所以存在零件数量多、组装耗时等问题。本发明通过在所述电池中，在盖子4上一体地形成与别的电池1的外壳2底部配合连接的连接部分8等措施，从而力图解决前述问题。

Description

电池及电池组
技术领域
本发明有关电池，特别是有关适合于将多个电池的一端和另一端依次连接构成电池组的电池及其电池组。
背景技术
近些年，出于地球环境问题的考虑，人们对电动汽车、或混合燃料—电动车寄予的希望越来越高，关于作为其电源用的二次电池，也希望其外形小、重量轻，同时能容量大，输出功率大，这可采用将单体电池组成的各个电池多节串联连接的电池组。
以下，参照图6说明现有的这种电池的一个例子即锂离子电池的构成。21为将在正极集电体22b上涂有正极材料22a的正极板22和在负极集电体23b上涂有负极材料23a的负极板23隔着隔膜24卷成螺旋状的极板组。25、26为与极板组21的两端面接合的正极集电板及负极集电板。正极集电板25上焊着正极片25a。
该极板组21和电解液一起放进外壳27，负极集电板26与外壳27的内底面利用电阻焊焊接，外壳27成为电池的负极端。28为中央有孔28a的盖子，其内部插入O形圈29、防爆阀体30、隔衬板31、盖帽32后，将外周的卷边部分28b进行卷边，形成一体。防爆阀体30为铝箔组成的薄片，其结构做成在电池内压力升到规定压力以上时从隔衬板31的孔31a处冲破，使电池内部的气体向外排出。正极片25a焊接在该盖子28上，极板组21来的电流从盖子28的卷边部分28b向盖帽32流通，盖帽32成为电池的正极端。27a为对盖子28进行定位用的沟槽，是对外壳27进行塑性加工而形成。33为介于铠装外装27和盖子28之间的衬垫，使两者绝缘，同时还通过将外壳27的开口部分27b钦紧使得夹住盖子28，从而也有密封的功能。
上述构成的多节电池例如如特开平10-106533号公报所述，通过采用适当的连接件串联连接，从而构成电池组。参照图7说明该电池组的连接部分的结构。连接件35用具有有底的小直径圆筒部分36、阶梯状部分37、和大直径圆筒部分38的阶梯状杯形的冲压成形件构成。在其底面上形成盖帽32连接凸出部分穿过的孔39，与盖帽32上接触，同时还用其底面上形成的多个突出部与盖帽32进行电阻焊40。大直径圆筒部分38插进嵌入外壳27的底部，与阶梯形部分37上接触保持，同时还用在大直径圆筒部分38上形成的多个突出部与外壳27进行电阻焊41。
但是，上述现有的电池及电池组构成中，由于采用和电池的盖子28分开的其它零件的连接件35进行电池间的连接，所以在电池组装配后，就需要安装连接件35、并与别的电池连接的工序，故而存在的问题是零件的件数及装配工时增多，生产成本提高，同时不易大量生产。
另外的问题是，电池间的电流路径为以极板组21开始经过正极集电板25、正极板片25a、盖子28、盖帽32、连接件35、外壳27、负极集电板26后连接极组21，因单体电池间电流路径长，而且其间的连接部位多，所以阻值变大，每个单体电池的内阻增大，成为阻碍延长电池寿命、增大输出功率的主要原因。
本发明鉴于上述已有的问题而提出，目的在于提供一种能力图做到组装工时及零件数量少、成本低、同时能大量生产、另外每个单体电池的内阻降低的大输出功率的电池及电池组。
发明内容
本申请第1方面的电池为包括将正极板和负极板隔着隔膜卷曲或层叠构成并分别在一端露出正极板板芯在另一端露出负极板板芯的极板组、底面与极板组的任何一方的端面连接并成为电极端的有底筒形的外壳、浸泡极板组内部的电解液、以及与极板组另一侧的端面连接同时还通过对外壳的密封及绝缘装置紧固在外壳上的盖子，在盖子上一体成形有与要连接的其它电池外壳底部嵌入连接的连接部分，同时，设置电解液注入口和根据内部压力上升相应释放内部气体的防爆装置，由于用和盖子一体的连接部分能与其它电池外壳连接，所以，能获得一种新的电池，它不需要以前为了进行电池间连接而采用的其它零件的连接件，实现节省装配工时、减少零件数量、降低成本，同时也适于大量生产，另外每个单体电池的内阻也减小，能得到内阻降低的大输出功率。
另外，本申请第2方面的电池为包括将正极板和负极板隔着隔膜卷曲或层叠构成并分别一端露出正极板板芯而另一端露出负极板板芯的极板组、底面与极板组的任何一侧的端面连接并成为电池端的有底筒形的外壳、浸泡极板组内部的电解液、以及与极板组另一侧的端面连接同时还通过对外壳密封及绝缘装置固定在外壳上的盖子，在盖子上设置电解液注入口和根据内部压力的上升相对应释放内部气体的防爆装置，同时，盖子和极板组一侧的极板板芯露出部分接合，盖子兼作集电板用，由于能省去集电板、或连接集电板和盖子的连接片，零件数量及接合部位减少，故能力图降低成本，同时还能缩短电流路径长度及减小阻值，能实现大输出功率。
另外，在上述第1方面的电池中，若盖子和极板组一侧的极板板芯露出部分接合，盖子兼作集电板用，也同样能力图降低成本，同时还进一步提高输出功率。
另外，上述第1及第2方面的电池中，若在盖子上设置向着外壳的内侧凸出部分，让该凸出部分和极板组的极板板芯露出部分贴紧并焊接接合，则利用凸出部分能确保极板板芯露出部分和盖子间的密合性，以这种状态通过焊接接合，能够在连接电阻小的状态下获得可靠性高的接合状态。
另外，若将衬垫装在外壳的开口部分和连接盖子外周的筒形部分之间，在这样的状态将它们卷边成形，使外壳和盖子结合成一体，则能以简单的结构用不多的制造工时确保外壳和盖子间的绝缘与密封。
另外，外爆装置若用在盖子上连续或断续形成的切痕来构成，由于是一种简单而又廉价的构成，所以一旦电池内压力大于规定压力时，就会容易地冲破切痕，确实地将内部气体释放。
另外，关于极板组和外壳间的连接构成，虽然只要将集电板与一侧的极板板芯露出部分接合后的极板组插入外壳内进行配置，并将该集电板和外壳的底面接合即可，但是若和极板组与盖子的连接那样，在外壳的底面上设置向外壳内侧凸出的凸出部分，与插入配置在外壳的极板组的极板板芯露出部分贴紧并焊接接合，则能省去集电板，节省装配工时，减少零件数量并降低成本。
另外，如盖子由面向外壳内的一面由耐电解腐蚀的板材组成、另一面由和外壳同一系列材料的板材组成的复合板构成，则能防止盖子电解腐蚀，并且实现与外壳间焊接性能良好、容易加工、可靠性高的连接。
另外，本申请第3方面的电池组为将上述构成的多个电池中使一侧的电池的外壳底部与另一侧电池盖子的连接部分配合，将该配合部分焊接后相互连接而成，所以能获得电池通路短而连接部位少、每个单体电池内阻小又输出功率大的电池组。
附图说明
图1为本发明一实施形态的电池纵向剖面图。
图2A为表示同上实施形态的电池盖子的立体图，图2B为图2A的A-A剖面图。
图3为连接同上实施形态的电池构成的电池组的局部正视图。
图4为图3的B部详细纵向剖面图。
图5为同上实施形态的电池的变形构成例子的纵向剖面图。
图6为已有例子的电池纵向剖面图。
图7为连接已有例子的电池的电池组中连接部分的纵向剖面图。
具体实施方式
以下参照图1～图4说明适用于锂离子电池的本发明的电池及电池组的一实施形态。
图1中，1为由单体电池组成的电池，其结构为将极板组3和电解液一起放进外壳2中，用盖子4密封。外壳2用具有耐电解液的镍或不锈钢板构成的有底圆筒形的深冲成形的制成品。
极板组3将正极板和负极板隔着隔膜卷曲而成，分别在其上侧端面露出正极板的板芯，在下侧的端面露出负极板的板芯。正极板是在由铝箔组成的板芯的两面涂布含有正极活性物质和粘接剂的正极材料而构成，可以采用LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2等作为该正极活性物质。负极板是在由铜箔组成的板芯的两面涂布含有负极活性物质和粘接剂的负极材料而构成，可以采用石墨、石油焦炭类、碳素纤维等碳质材料等作为该负板活性物质。再有，在图示的例子中是表示将卷曲的极板组3放进圆筒形的外壳2中的例子，但也可以在长方体形的外壳中放进将平板状的正极板和负极板通过隔膜隔开层叠在一起的极板组。
作为溶质可以使用六氟化磷酸锂(LiPF6)、过氯酸锂(LiClO4)、硼氟化锂(LiBF4)等锂盐，作为溶媒可以使用乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)、二乙烯碳酸酯(DEC)、乙烯甲醇碳酸酯(EMC)等非水溶媒，使用将溶质溶于该溶媒后的溶液作为电解液。
露出在极板组3下侧端面的负极板芯与负极集电板5预先通过焊接接合，在这种状态下将极板组3放进外壳2内后，通过贯穿极板组3的中心的中空部分3a，将负极集电板5的中央和外壳2的底面中央部分进行电阻焊。在露出极板组3的端面的负极板芯和负极集电板5之间焊接时，在负极集电板5的圆周方向多处凸出形成沿半径方向延伸的凸出部分5a，将该负极集电板5压紧极板组3的端面，使凸出部分5a贴紧在负极板芯上，在这样的状态下，用激光束焊接等方法进行焊接。
盖子4如图1及图2A所示，用具有有底的小直径圆筒6、阶梯部分7、大直径连接圆筒8的阶梯形状的冲压成形件构成。在该盖子4的底面中心形在注入电解液的注液口9，用密封装置10密封。另外，在注液口9的周围形成断面呈V字形的环形切痕11，构成防爆装置，它利用该切痕11，随着内部压力的升高相应地释放内部气体。另外，盖子4的底面上在圆周方向多处(图示的例中为4处)形成向外壳2的内侧凸出、同时沿半径方向延伸的凸出部分4a。
盖子4的大直径连接圆筒部分8的结构为，形成外壳2的底部能恰好插进嵌入的直径，外壳2的底部外周与阶梯形部分7上接触并保持。盖子4的有底小直径圆筒部分6的结构为，将有电气绝缘性和密封性的衬垫12其端部边缘和内圆周面配合配置在外壳2的开口内，形成能够插入这种状态的外壳2的开口内相配合的直径，阶梯形部分7的外表面和衬垫12的上端面之间留有若干的间隙或几乎配合的状态，使得其底面的凸出部分4a贴紧极板组3上侧端面露出的正极板芯。然后，使盖子4的凸出部分4a贴紧极板组3上侧端面的正极板芯，在这样的状态下，从盖子4的上方用激光束焊接等方法焊接。
另外，在外壳2的开口和盖子的有底小直径圆筒部分6通过衬垫12配合的部分，从外壳2的外面一侧用适当的夹具通过缩领加工形成固定槽13，用该固定槽13通过衬垫12使外壳2和盖子4互相固定成一体。
还有，盖子4如图2B所示，面朝外壳2内的一面和正极板芯一样由耐电解腐蚀性的铝或铝合金板14a组成，另一面由有耐电解液性能的镍或不锈钢板14b组成，用将上述材料冷压贴紧的复合板材14构成盖子4。
另外，盖子4的结构做成，在有底小直径圆筒部分6的固定槽13之上的上部位置开始通过阶梯形部分7到达大直径连接圆筒部分8下部的长度的排气孔15沿圆周方向形成多处(图中示出的例子为4处)，使得防爆装置11动作后电池1内的气体放出时向外释放。
在制造以上结构的电池时，在制造极板组3的同时，还将负极集电板5与其负极板芯露出的端面焊接接合，将该极板组3插入放在外壳2内，用电阻焊将负极集电板5焊在外壳2的底面上。此后，将衬垫12配合放置在外壳2的开口内圆周后，使盖子4的有底小直径圆筒部分6嵌入外壳2的开口内，向极板组3压紧，以这种状态从外壳2的开口外表面对固定槽13作卷边加工，通过衬垫12在确保电气绝缘和密封性的状态下固定外壳2和盖子4。另外，以这种状态盖子4的凸出部分4a与极板组3的正极板芯露出的端面密合，从盖子4外面一侧用激光束焊接等使凸出部分4a与正极板芯焊接接合。此后，从盖子4的注液口9注入规定量的电解液，浸泡极板组3后，用密封装置10将注液口9密封，通过上述步骤制成电池1。
如图3所示，将以上构成的多节电池1串联连接构成电池组16。在组装该电池组16时，如图4所示，在将一个电池1的外壳2的底部与另一个电池1的盖子4的大直径连接圆筒部分8配合，同时外壳2的底部外圆周与阶梯形部分7接触并保持，在这种状态下将大直径连接圆筒部分8和外壳2的底部外圆周间进行焊接，通过这样互相在电气上连接，同时也在机械上结合，构成一个整体的电池组16。在上述焊接中，可以用激光束焊接，也可以在大直径连接圆筒部分8的圆周方向多个部位上设置突出部，用电阻焊焊接。
根据以上的实施形态，由于盖子4上一体形成与要连接的别的电池1外壳2的底部配合连接的大直径连接圆筒部分8，因此能用和盖子4一体的连接部分和别的电池1的外壳2连接，因而不需要连接电池1、1之间用的以往的其它零件的连接件，装配工时及零件数量减少，成本降低，同时适于大量生产，另外，每节单体电池的内阻也减小，能获得内阻降低的大输出功率的电池1。
另外，由于盖子4和极板组3正极板芯露出的上侧端面接合，盖子4兼作正极集电板用，所以能省去正极集电板及该正极集电板和盖子4的连接片，还由于零件数量及接合部位能减少，所以能降低成本，同时电流路径缩短，电阻减小，能力图实现大输出功率。再有，由于该盖子4上设置向着外壳2内侧凸出的突出部分4a，故凸出部分4a能可靠地与极板组的正极板芯露出部分贴紧，在这样的状态下焊接接合，故能以连接电阻小的状态得到可靠性高的接合状态。
另外，为了将盖子4固定在外壳2的开口，在衬垫12介于外壳2的开口和盖子4的有底小直径圆筒部分6的圆筒形部分之间的状态下利用将它们卷边成形的固定槽13结合成一体，所以，能用简单的构成、以少量的制造工时确保外壳2和盖子4间绝缘及密封。
另外，由于盖子4是利用其向外壳2的一面由耐电解腐蚀性的铝或铝合金板14a组成、而另一面由镍或不锈钢板14b组成的复合板14构成，所以能防止盖子4的电解腐蚀，同时还能实现和外壳2焊接良好、生产方便、可靠性高的连接。
另外，由于防爆装置用在盖子4上连续或断续形成的断面呈V形的切痕11构成，故能以简单廉价的结构，当电池1内达到规定压力以上就容易冲破切痕，确保内部气体释放。尤其是在该切痕11处将构成盖子4的复合板材14中强度高的镍或不锈钢板14b完全切除，残留下规定厚度、强度较小的铝或铝合金板14a，从而能高精度地控制冲破切痕11释放电池1内部气体的规定压力，得到高的安全性。
另外，本实施形态的电池组16由于将上述构成的多节电池1的其中一个电池1的外壳2的底部与另一个电池的盖子4的大直径连接圆筒部分8配合，并将该配合部分焊接使它们互相连接，所以能获得电流通路短而连续部位少、每个单体电池内阻小而输出功率大的电池组16。
以上的实施形态的说明中，举出了以极板组3的负极板板芯与负极集电板5焊接接合的状态将极板组3放进外壳2内、再使负极集电板5和外壳2的底面焊接接合的例子，但也可以如图5所示，在外壳2的底面上设置向外壳2内侧凸出的凸出部分2a，和插入外壳2配置的极板组3的负极板芯露出部分贴紧并焊接接合在一起。
这样，如在外壳2的底面上设置凸出部分2a，使与极板组3的负极板芯露出部分贴紧并焊接接合，则能省去负极集电板5，能力图节省装配工时，减少零件数量、降低成本。
另外，上述实施形态的说明中，作为盖子4和外壳2的连接部分，举出了在盖子4上一体地形成圆筒形的大直径连接圆筒部分8的例子，但是不一定非要是圆筒形，也可以从阶梯形部分7开始至有底小直径圆筒形部分6的上端部沿圆周方向留出适当间隔延伸出多片舌片作为连接部分。
另外，以上的说明中是将盖子4作为正极侧，外壳2作为负极侧，但也可以将正负极颠倒，将盖子4作为负极侧而外壳2作为正极侧，此时，外壳2用铝或铝合金制成。
另外，以上的实施形态中，是对于电池1用锂离子电池构成的例子进行说明，但本发明也适用于镍氢电池等、及其它构成的电池，也能获得同样的作用效果。
工业上的实用性
根据本发明的电池，由于固定在外壳上的盖子上一体成形与要连接的别的电池外壳底部配合连接的连接部分，所以能用和盖子一体的连接部分和别的电池外壳连接，不需要以往为了电池间连接采用的其它零件的连接件，所以适于力图节省装配工时、减少零件数量、降低成本、同时还能大量生产、另外每节单体电池内阻减小、输出功率高的电池。
另外，根据本发明的电池，因为能将上述构成的多节电池的其中一个电池的外壳底部与另一个电池的盖子的连接部分配合，并将该配合部分焊接，使它们互相连接，所以适于获得能缩短电流通路而且连接部位少、使每节单体电池的内阻减少的大输出功率的电池组。

Claims (10)

1、一种电池，其特征在于，包括
将正极板和负极板隔着隔膜卷曲或层叠构成并分别一端露出正极板板芯而另一端露出负极板板芯的极板组3、底面与极板组3的任何一方端面连接成为电极端的有底筒形的外壳2、浸泡极板组3内部的电解液、以及与极板组3的另一方端面连接同时还通过对外壳2的密封及绝缘装置固定在外壳2上的盖子4，
盖子4上一体形成与要连接的别的电池1的外壳2底部配合连接的连接部分8，同时还设置电解液注入口9和根据内部压力上升对应地释放内部气体的防爆装置。
2、一种电池，其特征在于，包括
将正极板和负极板隔着隔膜卷曲或层叠构成并分别一端露出正极板板芯而另一端露出负极板板芯的极板组3、底面连接极板组3的任何一方端面成为电极端的有底筒形的外壳2、浸泡极板组3内部的电解液、以及与极板组3的另一方端面连接同时还通过对外壳2的密封及绝缘装置固定在外壳2上的盖子4，
在盖子4上设置电解液注入口9和根据内部压力上升相应释放内部气体的防爆装置，同时将盖子4和极板组3的一方极板板芯露出部分接合，盖子4兼作集电板用。
3、如权利要求1所述的电池，其特征在于，
盖子4和极板组3一方的极板板芯露出部分接合，盖子4兼作集电板用。
4、如权利要求2或3中任何一项所述的电池，其特征在于，
在盖子4上设置向着外壳2内侧凸出的突出部分4a，使凸出部分4a和极板组3的极板板芯露出部分贴紧并焊接接合。
5、如权利要求1或2中任何一项所述的电池，其特征在于，
以衬垫12介于外壳2的开口和与盖子4的外周连接的筒形部分6、8之间的状态将它们卷边成形，使外壳2和盖子4结合成一体。
6、如权利要求1或2中任何一项所述的电池，其特征在于，
防爆装置用在盖子4上连续或断续形成的切痕11构成。
7、如权利要求1或2中任何一项所述的电池，其特征在于，
将一方极板板芯露出部分与集电板5接合的极板组3插入外壳2进行配置，该该集电板5和外壳2的底面接合。
8、如权利要求1或2中任何一项所述的电池，其特征在于
在外壳2的底面上设置向外壳2内侧凸出的凸出部分2a，与插入外壳2配置的极板组3的极板板芯露出部分贴紧并焊接接合。
9、如权利要求1或2中任何一项所述的电池，其特征在于，
盖子4由面向外壳2内的一面为耐电解腐蚀的板材组成、另一面为和外壳2相同系列材料的板材组成的复合板14构成。
10、一种电池组，其特征在于，
将如权利要求1或3中任何一项所述的多个电池的其中一个电池1的外壳2底部与另一个电池1的盖子4的连接部分8配合，将该配合部分焊接，使所述多个电池1相互连接。
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