CN1694281A - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次电池，其包括壳体、装在壳体内的电极组件，该电极组件包括正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜；与壳体组装以闭合和密封电极组件并引出电流的盖组件；与电极组件电连接并彼此面对的正集流板和负集流板。负极包括在负极的端部未用活性物质进行涂覆的未涂覆区，该未涂覆区与表面由不同于负极金属的金属涂覆的负集流板电连接。本发明的二次电池能牢固地固定负集流板与电极组件，因此可解决由于负集流板与电极组件之间的连接差所引起的问题，并在短时间内能稳定地进行充放电。

Description

二次电池
技术领域
本发明涉及一种二次电池，尤其涉及具有改进了的焊接性能的二次电池。
背景技术
二次电池根据用途和电池容量可分为低容量二次电池和高容量二次电池，低容量二次电池在下文中被称为“小型电池”，其利用封装(packaged)成一个部件(a pack)形式的单个电池单元，高容量二次电池在下文中被称为“大型电池”，其利用封装成电池组的多个电池单元来驱动电动机。
小型电池用作小型电子装置例如移动电话、膝上型电脑和录像摄像机的电源，而大型电池用作驱动混合型汽车的电动机的电源等。
根据外部形状，可将小型电池分成不同类型，例如方形电池和圆柱形电池。小型电池通常包括正极、负极和介于正极与负极之间、作为绝缘体的隔膜，它们以凝胶物卷(jelly roll)的形式螺旋卷绕而形成电极组件。电极组件插入预定形状的容器中构成电池。
正极和负极具有导线端子，也就是将从电池的正极和负极产生的电流进行集流的导电抽头。导电抽头通过焊接固定到电极组件上，将从正极和负极产生的电流引到电池的正负端子。
将小型电池的结构直接应用到大型电池时，大型电池的运行性能在电容量和功率输出方面不能令人满意。因此，有人进一步提出在电极组件之间使用多个抽头和代替抽头的集流板的多抽头结构。
然而，由于电极集流器和抽头由薄膜形成，在焊接过程中产生的热量和/或压力可能将它们烧熔或使它们破裂。因此，存在很难保持它们的形状和焊接困难的问题。
此外，包括集流板的二次电池也通过焊接工序将负极的集流器固定到负集流板上，而且负极的集流器和负集流板通常由导电性能良好的铜(Cu)制成。但由于很难在Cu之间进行焊接，因此难以将负极集流器固定到集流板上，这将导致产品质量下降。此外，由于Cu具有高导热性，因此在焊接过程中可能出现铜被烧熔的问题，这将导致正极和负极之间短路。
发明内容
因此，本发明的一个目的是要解决上述问题。
本发明另一目的是提供一种改进了的二次电池。
本发明再一目的是提供一种改进了电极组件和集流板之间的焊接性能的二次电池。
本发明的又一目的是提供一种通过牢固地固定电极组件和集流板而具有加大的电池功率输出和提高的集流效率的二次电池。
为了实现这些目的，本发明提供的二次电池结构包括：壳体；装在壳体中的电极组件，该电极组件包括正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜；与壳体组装以封闭和密封电极组件并引出电流的盖组件；与电极组件电连接的正集流板和负集流板，正集流板和负集流板彼此面对，电极组件位于正集流板和负集流板之间，至少负集流板的表面的一部分用与负极的金属不同的金属进行处理，表面处理过的负集流板被电连接到负极的未涂覆区。
根据另一实施方式，负极和负集流板由铜(Cu)制成，并且负集流板的表面用镍(Ni)、锡(Sn)、或锌(Zn)进行处理，优选用镍(Ni)进行处理。
根据又一实施方式，通过激光焊接将负集流板固定到未涂覆区的端部。
根据再一实施方式，负集流板呈板状，其包括突出的接触单元，以与未涂覆区的端部接触。
根据另一实施方式，负集流板的接触单元被形成为带有至少一道具有预定图案的槽。
根据又一实施方式，在负集流板上形成辐射状的接触单元。
根据再一实施方式，二次电池的结构包括：具有开口的壳体；装在壳体中的电极组件，电极组件包括第一电极、第二电极和介于第一电极与第二电极之间的隔膜，第二电极包括第二集流器和第二活性物质；封闭开口并密封电极组件以引出电流的盖组件；电连接到电极组件的第一集流元件和第二集流元件，第一集流元件和第二集流元件彼此面对，电极组件位于第一集流元件和第二集流元件之间，至少第二集流元件的表面的一部分用导热率比第二电极的第二集流器的导热率高的金属进行处理，经表面处理的部分被固定到第二电极的第二集流器上。
附图说明
下面结合附图进行详细描述，通过描述可更全面地理解本发明，并使本发明的上述和其它特征和优点更加显而易见。附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件。
图1为本发明一实施方式的二次电池的横截面图；
图2为本发明该实施方式的负集流板的透视图；
图3的横截面图示出了负极和负集流板之间接触的情况；
图4为本发明另一实施方式的负集流板的透视图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，仅通过图示说明本发明的发明人认为最佳的方式来展示和描述本发明的以下实施方式。应当意识到，在不超出本发明范围的前提下，可对本发明的不同方面作出改型。因此，附图和说明显然只是解释性的，而不是对本发明的限制。
图1是本发明一实施方式的二次电池10的横截面图。下面将参照该图描述本发明的二次电池。
本发明的二次电池10是通过将电极组件20插入圆柱形或六面体形壳体11中形成的，电极组件包括正极23、负极22和设置在正极23和负极22之间作为绝缘体的隔膜21，壳体具有开口，然后用盖组件30封闭和密封壳体11的开口。
壳体11由导电材料例如Al、Al合金和镀有Ni的钢板构成。如前面所提及的，壳体11优选为圆柱形或六面体形状，其具有用来容纳电极组件20的内部空间，当然本发明不限于这些形状。
电极组件20具有层状结构，从而将隔膜21设置在正极23和负极22之间，正极和负极由用相应的活性物质涂覆集流体而形成，层状结构的电极组件20可以为卷绕成凝胶物卷的结构。该图示出的壳体11为圆柱形并且电极组件20为凝胶物卷结构。
在此，电极组件20的正极23包括未涂覆区23a，该区在集流器的边缘上没有涂覆正活性物质，并且正极23与正集流元件电连接，正集流元件优选为板状(即，正集流板70)。正集流板70通过抽头60与盖组件30连接。优选正集流板70由Al制成。
类似地，在电极组件20的负极22的下部为负极22的集流器设有未用负活性物质涂覆的未涂覆区22a。在这里，如图1所示，优选具有板状的负集流元件(即，负集流板40)介于负极22和壳体11之间，以电连接负极22的未涂覆区22a与壳体11。
负集流板40设有电流流动通路，并且它与电池的集流效率有关。负集流板40被制成板状，以具有大型电池的运行性能。下面将对它作进一步描述。
随后，使盖组件30与壳体11相连并密封壳体11。盖组件包括具有外部端子31a的盖板31和用于将盖板31与壳体11绝缘的垫圈32。盖组件30具有用于缓冲内部压力的空间，并且它还包括气道压板(vent plate)33，气道压板具有安全泄压阀，在高压状态下该安全泄压阀在预定的压力水平下破裂以释放气体，从而避免电池爆炸。
不只限于为气道压板33设置安全泄压阀，安全泄压阀可形成为任何的结构，只要一达到预设的压力水平就能通过抽头60使电极组件20和外部端子31a断电即可。
随后，将参照图2描述在本发明中提出的负集流板40。
负集流板40具有盘形主体41，该盘形主体包括至少一个向电极组件20突出以电连接负极22的未涂覆区22a的接触单元42。
在此，主体41不限于盘形而可采用各种形状，例如三角形、方形和多边形。可以通过在主体41上进行压筋工艺(beading process)形成接触单元42。在主体41上形成多个接触单元42并将它们设置成放射状。例如，如该图所示，四个接触单元以交叉的形状设置并位于主体41上。
在本实施方式中，将接触单元42形成为从主体41的边缘到主体41的中心的直线形状。当然，也可将它们形成为具有规则间隔的凸出的突起，也可将它们形成为其它的不同形状。例如，接触单元42的横截面可以是方形、三角形或半球形。
在生产二次电池的过程中，形成电极组件20时，负集流板40的接触单元42接触负极22的未涂覆区22a并与它们电连接(见图3)。通常，通过焊接进行连接。即，通过使接触单元42接触未涂覆区22a并沿接触单元22的槽43进行激光焊接将负集流板4固定到未涂覆区22a。
然而，负集流板40和负极22由比正极导电率高的材料Cu制成，以便在电极之间产生电动势。如上面所提及的，由于Cu的性能引发出难于焊接的问题。也就是说，由于Cu具有高导热率，热量不集聚到焊点上而沿表面传递。
为了解决此问题，本发明的负集流板40包括表面处理层50，以有利于与负极22进行焊接。优选表面处理层50由Ni形成。如果负集流板40由Ni制成，存在因Ni的导电率比Cu低而很难获得期望的电动势水平的问题。因此，在本发明中，负集流板40的表面用Ni进行处理，以在保持Cu的导电率的同时能方便地进行焊接。
在这里，可以用Ni对负集流板40的整个表面进行处理，或者只在接触负极22的接触单元42上进行表面处理。参照图4，只有主体41的接触单元42具有表面处理层52。
另外，也可在负集流板40的整个表面上形成表面处理层50。该表面处理层的厚度为1微米至50微米。厚度小于1微米，表面处理效果不够，若厚度大于50微米，负集流板的导电性恶化。
优选用镀覆(coating)方法或包覆(clad)方法对负集流板40的表面进行表面处理。镀覆方法包括电镀和化学镀。由于Ni具有高的抗腐蚀性能，因此其能防止负集流板40在电解液中被氧化。
虽然上面用Ni作为涂覆材料的例子对本发明进行了描述，但本发明不限于此，还可以使用除铜(Cu)之外的任何其它金属。
虽然已参考某些实施方式对本发明进行了描述，显然，对本领域技术人员来说，在不超出由所附权利要求限定的本发明的保护范围的前提下，可对其进行各种变换和改型。
本发明的二次电池可用作如电动车辆、混合型电动车辆、无线真空吸尘器、摩托车和小型摩托车之类的大功率电动设备的电源。
本发明的技术方案能解决前面提及的问题并具有大型电池所需要的运行性能。而且，由于它能牢固地固定负集流板与电极组件，因此可解决由于负集流板与电极组件之间的连接差所引起的问题，并在短时间内能稳定地进行充放电。

Claims (20)

1.一种二次电池，包括：
壳体；
安装在所述壳体内的电极组件，该电极组件包括正极、具有在负极的端部处未用负活性物质涂覆的未涂覆区的负极、和介于所述正极与负极之间的隔膜；
与所述壳体组装以封闭和密封电极组件并引出电流的盖组件；及
与所述电极组件电连接的正集流板和负集流板，所述正集流板和负集流板彼此面对，所述电极组件设置在所述正集流板和负集流板之间，至少所述负集流板的所述表面的一部分用与所述负极的金属不同的金属进行处理，经表面处理过的负集流板与所述负极的所述未涂覆区电连接。
2.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述负集流板的所述表面处理部分通过激光焊接被固定到所述负极的所述未涂覆区上。
3.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述负集流板包括突出地接触所述负极的所述未涂覆区的接触单元。
4.如权利要求3所述的二次电池，其中，所述接触单元具有至少一道槽。
5.如权利要求4所述的二次电池，其中，所述接触单元在所述负集流板上呈放射状。
6.如权利要求3所述的二次电池，其中，所述负集流板的表面处理部分是所述接触单元。
7.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述二次电池是圆柱形二次电池。
8.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述负极包括铜。
9.如权利要求8所述的二次电池，其中，所述负集流板的所述表面的至少所述部分用镍进行处理。
10.一种二次电池，包括：
壳体；
装在所述壳体内的电极组件，该电极组件包括第一电极、第二电极及介于所述第一电极与第二电极之间的隔膜，所述第二电极包括活性物质和由铜制成、用活性物质进行涂覆的集流器，所述第二电极具有位于该第二电极的端部处的所述集流器的未涂覆区；
与所述壳体组装以封闭和密封所述电极组件并引出电流的盖组件；及
与所述电极组件电连接的第一集流板和第二集流板，所述第一集流板和第二集流板彼此面对，所述电极组件设置在所述第一集流板和第二集流板之间，所述第二集流板的所述表面的至少一部分用与不同于铜的金属进行处理，所述第二集流板的所述表面处理部分与所述第二电极的未涂覆区电连接。
11.一种二次电池，包括：
具有开口的壳体；
安装在所述壳体内的电极组件，该电极组件包括第一电极、第二电极以及介于所述第一电极与第二电极之间的隔膜，所述第二电极包括第二集流器和第二活性物质；
封闭所述开口并密封所述电极组件以引出电流的盖组件；及
与所述电极组件电连接的第一集流元件和第二集流元件，所述第一集流元件和第二集流元件彼此面对，所述电极组件设置在所述第一集流元件和第二集流元件之间，所述第二集流元件的所述表面的至少一部分用导热率比所述第二电极的所述第二集流器的导热率高的金属进行处理，所述表面处理部分被固定到所述第二电极的所述第二集流器上。
12.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述第一和第二集流元件呈板状。
13.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述第二电极的第二集流器具有未用第二活性物质涂覆的未涂覆区，该未涂覆区通过激光焊接被连接到所述第二集流元件的所述表面处理部分。
14.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述第二集流元件包括突出地与所述第二电极的所述集流器接触的接触单元。
15.如权利要求14所述的二次电池，其中，所述接触单元具有至少一道槽。
16.如权利要求15所述的二次电池，其中，所述接触单元在所述第二集流元件上呈放射状。
17.如权利要求14所述的二次电池，其中，所述第二集流板的表面的所述至少一部分是所述接触单元。
18.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述二次电池是圆柱形二次电池。
19.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述第二电极的第二集流器包括铜，而且所述第二集流元件由铜制成。
20.如权利要求19所述的二次电池，其中，所述第二集流元件的表面的所述部分用镍进行处理。
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