CN1694287A - 具有集电板和电极组件的蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄电池。电极部件安装在外壳中。该电极部件由正电极和负电极相对于置于该正负电极之间的隔板卷绕而形成。盖部件固定到该外壳上，以密封该外壳并向端子提供电流。沿正电极或负电极的长度方向的边缘形成无镀层区域。在该无镀层区域上没有镀活性材料。集电板包括电连接到该无镀层区域的弧形的接触部分。

Description

具有集电板和电极组件的蓄电池
技术领域
本发明是涉及蓄电池，特别是涉及用于蓄电池的集电板，该集电板在蓄电池的制造过程中可以提高焊接效率。
背景技术
根据蓄电池的用途或功率容量，蓄电池可以分类为低功率蓄电池(以下称“小蓄电池”)和大尺寸蓄电池(以下称“大蓄电池”)，前者由一个蓄电池组单元电池制造成蓄电池组，而后者由几个或几十个蓄电池组单元电池连接形成组件。
小蓄电池用作便携式电话、膝上型计算机和可携式摄像机等便携式装置的电源。大蓄电池适用于电动车等电动机驱动装置。
通常由一个电池制成的小蓄电池为方形或圆柱形。小蓄电池组括电极部件(蛋卷)，其中正极板、负极板和置于正负极板之间作为绝缘体的隔板成螺旋形地卷绕在一起。电极部件被插入到圆柱形外壳内侧以形成蓄电池。
铅端子，即集电正负电极产生的电流的导电接头，粘贴在正负极板上。导电接头焊接固定在电极部件上，以将电流从正负电极导向到正负端子上。
在上述结构的小蓄电池应用到大蓄电池上时，从容量和功率的角度上可能无法满足大蓄电池的动态动力学要求。为此，在公开的日本专利公布No.2003-7346中提供包括多接头结构的蓄电池，其中多个接头连接到电极部件。该蓄电池具有多个沿电极的一个方向形成的接头，而且接头被固定到与外部端子相连接的内部端子上。
具有上述结构的蓄电池的接头可以与集电板整体形成，也可以分别形成并焊接成集电板。
但是，当接头与集电板整体形成时，会浪费用于集电板的材料，并且蓄电池可能会无法满足大蓄电池所需要的功率特性。另外，当分别形成接头时则需要很多的劳动力。
当焊接接头时，从接头产生的热量会影响到电板部件。为了减少这种影响，接头可能要有相对较长的长度。但是，较长的接头在蓄电池内侧占有很大的空间，从而降低单位体积的能量密度。
另外，混合动力车使用的大蓄电池组单元由于其使用特点需要高的动态动力学性能。因此，接头还需要设计成能够减小电流集电过程中产生的电阻因素。但是，由于上述蓄电池通过小块面积的接头集电电流，所以会有电阻增加的问题，因而减小了集电效率.
发明内容
本发明提供了一种增加蓄电池焊接效率和集电效率的蓄电池。该蓄电池还具有较高的瞬时功率，因而可以应用到例如混合动力车等需要大尺寸蓄电池的工业领域中。
根据本发明的一个实施例，蓄电池包括外壳；包含正电极和负电极和置于两个电极之间的隔板的电极部件，该电极部件安装在外壳中；固定到该外壳上以密封该外壳的盖部件；和包含弧形接触部分以电连接到正负电极之一的集电板。
正负电极可以具有沿其边缘的无活性材料的非镀层区域，而且接触部分可以接触并固定到非镀层区域。
在一个典型实施例中，非镀层区域彼此相对地形成在正负电极上，并且非镀层区域分别电连接到正负极集电板。至少一个集电板具有通过沿接触部分切下板的一部分而形成的注入部分。
可选地，集电板可以具有两个或更多个接触部分，接触部分相对于集电板的中心均匀地布置。
接触部分可以由中心向外形成为螺旋形状，而且注入部分也可以由中心向外形成为螺旋形状，并布置在接触部分之间。
蓄电池可以为圆柱形或六面体形。
根据本发明的另一个实施例，用于蓄电池的电极组件包括由正电极和负电极相对于置于这两个电极之间的隔板卷绕而形成的电极部件；和集电板，该集电板包括电连接到正负电极之一的弧形接触部分。
电极可以具有沿其边缘的无活性材料的非镀层区域，而且接触部分可以接触并固定到非镀层区域。
还有，根据本发明的另一个实施例，用于蓄电池的集电板包括极板；从该极板突出的接触部分，该接触部分具有弧形形状；和通过沿接触部分切下该极板的一部分而形成的注入部分。
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电极部件的透视图；
图3为根据本发明典型实施例的电极组件的分解透视图；
图4为根据本发明典型实施例的正极集电板的透视图；
图5为根据本发明另一个实施例的正极集电板的透视图；
图6为根据本发明的另一个实施例，正极非镀层区域和正极集电板的接触结构的局部放大横截面图。
图7为根据本发明另一个实施例的负极集电板的透视图；
图8为根据本发明另一个实施例的蓄电池的横截面图；
图9为根据本发明第三实施例的蓄电池集电板的透视图。
具体实施方式
如图1和2所示，本实施例的蓄电池包括具有开口的圆柱形或六面体形外壳11，安装在该外壳中并通过卷绕正极集电板221而形成的电极组件20，负极集电板231和置于集电板之间的绝缘材料的隔板21，以及通过垫圈32密封外壳11开口的盖部件30。
外壳11由铝、铝合金或镀镍钢等导电材料制成。外壳的形状可以是具有能够容纳电极组件20的空间的任何形状，例如圆柱形。
电极组件20具有电极部件25(图2)和集电板，该电集部件由正电极23、负电极22和置于正负电极之间的隔板21卷绕而成，该集电板选择性地连接到沿着电极部件25的边缘(图中正负极集电板的上下部分)形成的非镀层区域22b、23b。以下将参照附图对电极组件20进行详细说明。
图1表示安装在圆柱形外壳11中蛋卷结构的典型电极组件20。但是本发明并不局限于这种形状或结构。
盖部件30包括具有外端子31a的盖板31和使盖板31绝缘于外壳11的垫圈32。盖部件30还可以包括具有安全通气孔(未示出)的通气板33，该安全通气孔具有用于承受内部压力的空间，并且该安全通气孔在指定压力下可能会破裂以释放气体，从而防止蓄电池爆炸。该安全通气孔并不限制于形成在通气板33上的这种类型，还可以改变成各种结构，只要其能够在指定的压力水平下切断电极组件20和外端子31a之间的电连接即可。
具有上述结构的盖部件30通过铅线60连接到本发明实施例中的电极组件20。
以下介绍根据本发明典型实施例的电极组件。图2为根据本发明典型实施例的形成电极组件一部分的电极部件的分解透视图。
在典型实施例中，电极部件25由正电极23、负电极22和置于正负电极之间的隔板21卷绕而成。正电极23和负电极22长度方向上沿其一个边缘具有非镀层区域23b、22b。
正电极23和负电极22通过分别在对应集电板231、221上镀有正负活性材料23a、22a形成，并且卷绕成蛋卷结构以形成电极部件25。
电极部件25可以在其中心具有卷绕芯(未示出)，以方便板23、22的卷绕并保持形状。
正电极23和负电极22沿集电板231、221的长度方向边缘分别具有非镀层区域23b和22b。正负非镀层区域22b和23b在电极部件25的相对两端。
当卷绕正负电极23、22时，布置非镀层区域23b和22b以使得正极非镀层区域23b位于电极部件25之上(沿盖部件30的方向)，而且负极非镀层区域22b位于电极部件之下(沿背离盖部件的方向)。因此，在整体形状上，正极非镀层区域23b突出在电极部件25上面，而且负极非镀层区域22b突出在电极部件25下面。
如图3所示，正极集电板70布置在电极部件25上面，对着正极非镀层区域23b，而且负极集电板50布置在电极部件25下面，对着负极非镀层区域22b。这两个正负极集电板70、50焊接固定到电极部元件25，从而形成电极组件20。
位于电极部件25上面的正极集电板70电连接到盖部件30，以形成蓄电池的阴极。位于电极部件25下面的负极集电板50电连接到外壳11，以形成蓄电池的阳极。
参照图4-7，以下将详细介绍本发明的典型集电板。图4为根据本发明典型实施例的正极集电板70的图。
如该图所示，正极集电板70包括极板71、从中心向外以螺旋形伸出的接触部分73和通过切下接触部分之间极板71的一部分而形成的注入部分75。
接触部分73可以为狭缝形状，并且该接触部分的突出部分朝着电极部件的正电极23的非镀层区域23b。接触部分73的底面为平面，以便于非镀层区域23b的激光焊接。
极板71的形状不限于如图4所示的盘形，可以是诸如三角形或正方形等多边形形状。
接触部分73可以由盘形极板71卷边加工而成，在一个典型实施例中，该接触部分具有从极板71中心开始到外边缘结束的螺旋形结构。
具有这样结构的接触部分73能够增加集电板70和正电极23的非镀层区域23b之间的接触面积，从而减小两个构件70和23之间的接触阻抗，并且得到比常规接头结构更高的电流集电效率。
在接触部分73之间，可以形成注入部分75以注入电解液。注入部分75是在极板71的顶端和底端部分之间延伸的开口，并具有从极板71中心开始到外边缘结束的螺旋形结构。
所以，可以形成提供电解液到电极部件的通道，能够使电解液均匀地供应到电极部件中包括中间和外部等所有的部分。
集电板70布置在电极部件之上，以便接触正电极23的非镀层区域23b。这样，通过激光焊接集电板到非镀层区域，使得集电板70电连接到非镀层区域23b(图6)。
可选地，集电板70可以具有如图5所示的形状，其中集电板具有至少两个相对于极板71的中心均匀地布置的注入部分75。图5表示典型集电70’，其具有四个接触部分73和在接触部分73之间形成的注入部分75。
正极集电板70、70’的结构可以应用到如图7所示的负极集电板50上。即，接触部分53可以由极板51卷边加工而成，并对着负电极22的非镀层区域22b。在如图7所示的实施例中，接触部分53具有从中心开始到外边缘结束的螺旋形结构，该结构与正极集电板70的结构相同。
通过沿接触部分53激光焊接非镀层区域22b，可以使负极集电板50固定到负电极22的非镀层区域22b。
电极组件20可以通过将集电板70、50分别固定到电极部件的上下部位而形成。这样，电极组件20可以安装在外壳11中，并且正极集电板70朝向盖部件30。另外，连接到负电极22的负极集电板50接触外壳11的底面，并通过电阻焊接固定在该底面上。
用于焊接的杆(未示出)可以通过正极集电板70上形成的中心孔77(图4)插入到外壳11中，以将负极集电板50固定在外壳上。由此，外壳11形成蓄电池的阳极。
可选地，非镀层区域22b可以无需负极集电板50而直接接触于外壳11，以形成蓄电池的阳极。
一旦形成阴极，电解液通过正极集电板70的注入部分75供应到外壳11的内部。另外，正极集电板70电连接到正电极23，而该电极又通过铅线60电连接到盖部件30。盖部件30由此形成蓄电池的阴极。
将集电板50、70焊接到电极部件25各自的非镀层区域22b、23b的工艺，可以按如下进行：在一个实施例中，激光焊接机在螺旋结构中沿集电板50、70中形成的接触部分53、73移动，以将非镀层区域22b、23b焊接到相应的集电板上。在另一个实施例中，激光焊接机以恒定速度直线移动，使得各自组合的集电板50、70和电极部件25旋转。由此激光束沿着对应集电板50、70中形成的接触部分53、73移动，并将非镀层区域22b、23b焊接到集电板上。
另外，图8和9表示具有六面体形状外壳的蓄电池的例子。
如这两图所示，蓄电池包括具有开口的六面体形状的外壳111，由正电极121、负电极123和置于正负电极121、123之间的隔板122卷绕而成的电极组件120，和密封外壳111开口的盖部件130。
外壳111由铝、铝合金或镀镍钢等导电材料制成。外壳111可以是具有能够容纳电极组件120的空间的任意形状，如正方形。
电极组件120具有由正电极121、负电极123和置于这些电极之间的隔板122卷绕而成的电极部件，和选择性地连接到沿电极元件边缘形成的非镀层区域121a、123b的集电板200、210。以下将详细介绍电极组件120。
盖部件130包括具有外端子131a、131a’的盖板131，和使盖板131绝缘于外端子的垫圈132、132’。
端子131a、131a’通过螺母133，133’紧固到形成在外圆周中的对应螺杆上，并且分别电连接到外壳111内部的集电板200、210上。
如图9中的实施例所示，正极集电板200包括具有对应于六面体形状电极部件的椭圆形状的极板201、从中心向外成螺旋形突出的接触部分202和通过在接触部分之间切下极板201的一部分而形成的注入部分203。椭圆形实施例类似于如图3所示的实施例。接触部分202可以为类似于图4中实施例的狭缝，并且接触部分的突出部分朝向电极部件正电极121的非镀层区域121a。接触部分202的底面为平面，以易于将接触部分激光焊接到非镀层区域121b。
接触部分202可以由极板201卷边加工而成，在一个典型实施例中，该接触部分具有从极板201中心开始到外边缘结束的螺旋形结构。
具有这样结构的接触部分202，能够增加集电板201和正电极121的非镀层区域121b之间的接触面积，从而减小这两个构件之间的接触阻抗，并且得到比常规接头结构更高的电流集电效率。
在接触部分202之间形成注入部分203以允许电解液的注入。注入部分203是在延伸通过极板201的顶端和底端部分的开口。注入部分203具有从极板201的中心开始到外边缘结束的螺旋形结构。由此形成向电极部件提供电解液的通道，使得电解液均匀地供应到电极部件的中心和外部。
根据本发明的典型实施例，由于增加了集电板和非镀层区域之间的接触面积，从而减小了这两个构件之间的接触阻抗，并且提高了电流集电效率。另外，在制造过程中可以进行精确地焊接。
还有，因为本发明能够满足大尺寸蓄电池的动态动力学需求，所以能够有效地完成集电板和电极部件之间的固定。由此，解决了以往技术中存在的问题，使得蓄电池能够在短时间内充放电。
尽管以上只对本发明的几个典型实施例进行了图示和说明，但本领域技术人员应该理解，本实施例可以有各种变体，而并没有脱离本发明的原理和思路，其范围由权利要求及其等价替换所规定。

Claims (20)

1.一种蓄电池，包括：
外壳；
电极部件，其包括正电极、负电极和置于正电极与负电极之间的隔板，该电极部件安装在该外壳中；
固定到该外壳上以密封该外壳的盖部件；和
至少一个集电板，其包括至少一个弧形接触部分，用来将该至少一个集电板电连接到正负电极之一。
2.根据权利要求1的蓄电池，其中正电极和负电极中的至少一个电极具有沿其边缘的无活性材料的非镀层区域，并且该至少一个弧形接触部分接触并固定到该非镀层区域。
3.根据权利要求1的蓄电池，
其中正电极和负电极的每个电极具有沿其边缘的无活性材料的非镀层区域；
其中第一集电板电连接到正电极的非镀层区域；和
其中第二集电板电连接到负电极的非镀层区域。
4.根据权利要求2的蓄电池，其中所述至少一个集电板具有注入部分，该注入部分通过切下相邻所述至少一个弧形接触部分的集电板的一部分而形成。
5.根据权利要求1的蓄电池，其中具有两个或更多个弧形接触部分，所述接触部分相对于所述至少一个集电板的中心均匀地布置。
6.根据权利要求1的蓄电池，其中所述至少一个弧形接触部分由中心向外形成为螺旋形状。
7.根据权利要求5的蓄电池，其中所述注入部分由中心向外形成为螺旋形状，其中注入部分布置在至少两个弧形接触部分之间。
8.根据权利要求1的蓄电池，其中所述至少一个弧形接触部分是狭缝。
9.根据权利要求1的蓄电池，其中所述外壳为圆柱形。
10.根据权利要求1的蓄电池，其中所述外壳为六面体形。
11.一种用于蓄电池的电极组件，包括：
由正电极和负电极相对于置于该正电极和负电极之间的隔板卷绕形成的电极部件；和
至少一个集电板，其包括至少一个弧形接触部分，用来将所述至少一个集电板电连接到正电极和负电极之一。
12.根据权利要求11的用于蓄电池的电极组件，其中正电极和负电极中的至少一个电极具有沿其边缘的非活性材料的无镀层区域，而且该至少一个接触部分接触并固定到该无镀层区域。
13.根据权利要求11的用于蓄电池的电极组件，
其中正电极和负电极中的每个电极具有沿其边缘的非活性材料的无镀层区域；
其中正电极的无镀层区域相对负电极的无镀层区域布置；
其中正极集电板电连接到正电极的非镀层区域；和
其中负极集电板电连接到负电极的非镀层区域。
14.根据权利要求11的用于蓄电池的电极组件，其中所述至少一个集电板在相邻接触部分的集电板的一部分处具有注入部分。
15.根据权利要求11的用于蓄电池的电极组件，其中所述至少一个集电板的至少一个弧形接触部分按与电极部件的卷绕方向相同的方向形成。
16.一种用于蓄电池的集电板，包括：
极板；
从该极板上伸出的至少一个弧形接触部分；和
沿所述至少一个弧形接触部分切下该极板的一部分而形成的注入部分。
17.根据权利要求16的用于蓄电池的集电板，其中具有两个相对于该极板的中心均匀地布置的弧形接触部分。
18.根据权利要求16的用于蓄电池的集电板，其中所述至少一个弧形接触部分由中心向外形成为螺旋形状。
19.根据权利要求18的用于蓄电池的集电板，其中所述注入部分从该中心向外形成为螺旋形状，并布置在所述至少一个弧形接触部分之间。
20.根据权利要求16的用于蓄电池的集电板，其中所述至少一个弧形接触部分形成为狭缝形状。
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