CN1713413A - 二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二次电池，包括一电极组件、一容器、一顶部组件和一负集电板。该电极组件包括缠绕在一起的正极、负极以及插入到两者之间的隔板。该负集电板包括经过部分表面处理的区域，用于将该负集电板固定到负极上。经过部分表面处理的区域包括不同于负集电板的金属。使用与负集电板不同的金属，可以改善负集电板和负极之间的焊接，进而提高电池的性能，尤其是对大容量电池。

Description

二次电池

技术领域

本发明涉及一种二次电池，尤其涉及一种其集电板(current collectingplate)的焊接性能得以改进的二次电池。

背景技术

根据用途及电池容量，二次电池可以分为低容量二次电池和高容量电池，前者常被称为“小型电池”，它使用一个或几个封装成一组的电池组电池；后者常被称为“大型电池”，它使用几十个电池组电池封装成一个电池组。

小型电池用作小型电子设备的电源，例如移动电话、笔记本电脑和便携式摄像机，而大型电池则用作驱动混合动力车等的电动机的电源。

在用单个电池(cell)形成小型电池时，一般为棱柱形或圆柱形，其制造过程如下：将正、负极以及插入到两者之间作为绝缘体的隔板螺旋式缠绕，形成一个胶辊状的电极组件，然后，将该电极组件插入到具有预定形状的容器中。

上述的正、负极具有引线端子，即导电接头，用于在电池工作时聚集正、负极所产生的电流。更详细地说，这些导电接头通过焊接的方式固定在电极组件上，以便将正、负极产生的电流引导到每个正、负端子上。

然而，在将小型电池的这一结构直接应用到大型电池上时，无法满足大型电池在电容和功率方面的工作性能。因此，日本专利公开No.2003-7346中提出了一种多接头结构，即在一个电极组件上连接多个接头。这里，二次电池的结构为：周一个内部端子将沿电极组件的一个方向所形成的多个电极接头结合在一起，并且该内部端子连接到一个外部端子上。

二次电池的这些接头与一个集电器形成一体，或者是在两者分别制造后，将这些接头焊接到集电器上。然而，两种结构都存在一些问题。例如，作为集电器的一部分形成的接头会难于满足大型电池在功率方面的要求，因为集电器的材料往往消耗过大。单独制造的接头也有一个缺点，即工序繁多。尤其是，由于接头在焊接过程中产生的热量可能对电极组件有影响，则需要将接头制造得相对较长以使影响最小。因此，接头所占据的空间也会变大，从而造成二次电池的能量密度下降。

另外，用于驱动电动机的成组(packs)的大型电池需要大的功率以满足其用途。因此，在设计接头时，需要使其在聚集电流的过程中产生的电阻最小。然而，常规技术提出的上述方案往往导致电阻相对增加，这是由于通过单位面积较小的接头来聚集电流，会造成集电效率下降。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种带有集电板的二次电池，且该集电板具有改进的焊接性能以及增强的集电效率。

本发明还提供了一种可用于相关工业的二次电池，例如用于需要大型电池来提高其瞬时功率(instant power)的混合动力车。

通过将正、负极及插入到两者之间的隔板缠绕在一起，形成电极组件。该电极组件与负集电板结合在一起。该电极组件被放入一个容器内，用盖进行密封，并且该盖被电连接到该电极组件上。

本发明的二次电池的制造过程如下：通过第一接触区域将负集电板固定到电极组件内，用不同于负集电板的金属对该区域的表面进行局部处理。

该集电板还通过第二接触区域固定到容器上。在本发明的一个实施例中，利用不同于负集电板的金属对该容器进行表面处理。这种处理可使负集电板通过第二接触区域轻松地固定到容器上，而无需对负集电板的第二接触区域进行表面处理。

在本发明的一个实施例中，负集电板的第二接触区域向容器突出，且在负集电板的中心形成一个圆盘形区域。

在本发明的一个实施例中，以第二接触区域作为中心轴，至少两个第一接触区域沿负集电板放射状延伸。

根据本发明的另一个实施例，其优势在于：将电极组件形成为圆柱形胶胶辊状后，二次电池可被制成圆柱形，其另一个优势在于：将多个此类电池串联连接后，可用来驱动电动机。

附图说明

被并入到说明书并构成本说明书一部分的附图展示了本发明的各实施例，它们与文字描述一起用于解释本发明的思想，其中：

图1是本发明一个实施例的二次电池的截面图；

图2是本发明一个实施例的电极组件的透视图；

图3是本发明一个实施例的负集电板的透视图；

图4是沿图3的I-I’线得到的截面图；以及

图5展示了负极的未涂布区域和负集电板之间、以及负集电板和容器之间的接触关系。

具体实施方式

在下面详细的描述中，展示并说明了本发明的各实施例，这仅仅是为了解释本发明的各种实现方式。但不难理解，在不背离本发明的情况下，可在各个方面对其进行修改。因此，应该认为各附图和描述在本质上是解释性的，而非限制性的。

图1是本发明一个实施例的二次电池的截面图；图2是部分缠绕的电极组件的透视图。下面将参照这些附图对本发明的二次电池进行说明。

根据本发明的一个实施例，制造二次电池的第一步是将正极23和负极22以及插入到两者之间的隔板21缠绕成胶辊状结构，从而形成电极组件20。根据该实施例，沿正极23和负极22的边缘都形成有未涂布区域23b、22b，正极23的未涂布区域23b从电极组件20的顶侧向外延伸，而负极22的未涂布区域22b从电极组件20的底侧向外延伸。正集电板70和负集电板50位于电极组件20的顶部和底部。

容器11由导体金属制成，该导电金属通过为铝或铝合金镀上一种抗腐蚀的金属而形成。根据所列举的实施例，容器的形状为一个开口圆柱体，包括正负集电板50、70在内的电极组件20可以插入其中。然而，本发明并不局限于这种结构。

参照图1，二次电池包括顶部组件30，该顶部组件30包括带有外端子31a的盖板31，外端子31a通过引线60电连接到正集电板50上。该顶部组件还包括一个可使容器11与盖板30相绝缘的垫圈32。

另外，该顶部组件可以包括通气板33，该通气板33上存在一个用于缓冲内压的空间和一个安全口(图中未示)，该安全口可防止电池因破裂并释放出预定压力的气体而发生的爆炸。

参照图2，正、负极23、22通过分别将正极活性物质23a和负极活性物质22a涂布在正集电器231和负集电器221上而形成，而沿各电极的长侧边缘留下未涂布区域23b、22b。然后将这些电极及隔板21水平缠绕成胶辊状结构，形成电极组件20。在一个实施例中，正集电器231由铝制成，而负集电器221由铜制成。

根据所示的实施例，未涂布区域23b、22b——即各集电器上未涂布活性物质的区域——形成于正、负极23、22的长侧上。这里，正、负极的未涂布区域23b、22b沿相反方向排列，正极23的未涂布区域23b在上方延伸，而负极22的未涂布区域22b在下方延伸，隔板21介于两者之间。

当缠绕成电极组件20时，未涂布区域23b、22b从电极组件20的任一侧延伸出来。特别是，正未涂布区域23b从电极组件20的顶部延伸出来，而负未涂布区域22b从底部延伸出来。因此，电极组件20具有如此形状，即正未涂布区域23b从顶部突出，而负未涂布区域22b从底部突出。

然后，正集电板70与从电极组件20向上延伸出来的正极23的正未涂布区域23b相接触，而负集电板50与从电极组件20向下延伸出来的负极22的未涂布区域22b相接触。负集电板50还可以通过焊接的方式固定到电极组件20上。

这里，集电板50、70采用与相应的集电器相同的材料制成。对于该实施例而言，正集电板70由铝制成，而负集电板50由铜制成。因此，负集电板50和负未涂布区域22b由相同的材料组成，在本实施例中为铜，并且相互接触。然而，出现了这样一个问题，即由于将铜焊接到铜上比较困难，则负集电板50难于固定到负未涂布区域22b上。

因此，为了解决这一问题，本发明建议对负集电板作如下改进。

图3是本发明实施例的负集电板50的透视图，图4是沿图3的I-I’线得到的截面图。

参照上述两幅图以及图1，本发明这一实施例中的负集电板50包括多个第一接触区域53和一个第二接触区域55，其中第一接触区域接触并固定到负未涂布区域22b上；而第二接触区域固定到容器11上。上述接触区域53、55位于与电极组件20形状相同的板51上。

根据本实施例，板51由铜制成圆盘形。然而，该板又并不局限于此，而是可以改变形状，只要它能与电极组件20保持基本相同的形状即可。

根据本实施例，将第一接触区域53制成从板51的中心放射状延伸的突起区域，它们带有朝负集电器22向上延伸的突起部分。与之相似，第二接触区域55包括一个从板51朝容器11向下延伸的圆盘形区域。根据本实施例，第一和第二接触区域53、55可以用本领域已知的技术冲压板51而形成。不难理解，尽管本发明的这一实施例包括四个沿径向延伸的区域，但也可以有许多其他的改变。

第一接触区域带有一个表面处理层52，以防止金属被电解液氧化，并且便于将集电板和负未涂布区域22b焊接在一起，也就是说，由于负未涂布区域22b和负集电板50由相同的材料制成，即铜，因此难于将它们焊接在一起，而表面处理层有助于将两者焊接在一起。

表面处理所用的材料可以包括镍、锡和锌。但是，可以使用除了铜之外任何合适的材料。在这些可能的材料中，优选镍。在本发明的一个实施例中，表面处理层的厚度为1到50微米。当厚度小于1微米时，不足以实现表面处理的效果。当厚度大于50微米时，集电板的传导性能会恶化。

根据本发明，尽管在第一接触区域上提供表面处理具有优点，但在第二接触区域上提供表面处理却没有优点，则不对第二接触区域进行表面处理。因此，在第一接触区域53上制造表面处理层52的过程中，应该用图像掩摸将第二接触区域55覆盖，只露出负集电板50上除了第二接触区域55之外的其他区域。

可以用包括涂布或覆层(cladding)在内的方法来添加表面处理层52。涂布方法可以包括诸如电镀或化学镀之类的方法。

一旦将表面处理层52添加到负集电板50上，就将负集电板50定位在与负极22的未涂布区域22b相接触的电极组件20上。然后，将负集电板50焊接到负极22的未涂布区域22b上，并且优选采用激光焊。因为此处的焊接是通过铜和非铜金属之间的异质结合进行的，所以负集电板50就易于固定到负未涂布区域22b上。

与负集电板50相似，正集电板70可以定位在正极23的未涂布区域23b上。

然后将带有固定于其上的负集电板50和正集电板70的电极组件20插入到容器11内，并使正集电板70面向顶部组件30。因此，连接到负极22上的负集电板50与容器11的底部相接触，并通过诸如电阻焊的方法，被固定到底部上。特别是，如图5所示，伸向并接触容器11底部的第二接触区域55被固定到容器11上，形成一个接合面S。电阻焊是将电阻焊条通过在正集电板中心形成的孔77(图1)而插入到容器11内进行的。这里，在容器的内侧镀上一种除铜之外的金属以保护其不被氧化是有利的。此外，由于接合面S形成于铜和不同金属的异质结合处，因此焊接得以简化。适于容器11的镀层的金属包括镍、锡和锌。通过负集电板，将负极固定到容器上，容器11充当电池的正极。

然后，通过容器的开口向容器11内注入电解液，使电极组件20浸入到电解液中。正集电板70被电连接到正极23上，并通过导线60与顶部组件30电连接，以使顶部组件形成电池的负极。

这里，可以用多个接头结构或一个板结构，将顶部组件30连接到电极组件20上。

本发明的二次电池的优点在于具有更稳定的结构，这是由于负集电板与负极的未涂布区域的焊接更牢固，并且由于负集电板和负极之间的接触电阻下降，而使集电效率也得以提高。

该二次电池可作为驱动混合动力电动车(HEV)、电动车(EV)、无线清洁器、摩托车、小型摩托车等需要大功率的装置所用的电动机。

尽管已参照某些实施例对本发明作了详细说明，但本领域的熟练技术人员可以理解，只要不背离附加的权利要求书所阐明的本发明的范围和精神，就可以对其进行各种修改和替换。

Claims (14)

1、一种二次电池，包括：

一电极组件，包含正极、负极和插入到两者之间的隔板，该正极、负极和隔板缠绕成螺旋状；

一容器，将电极组件容纳在该容器内；

一用于密封该容器的顶部组件，被电连接到该电极组件上；以及

一负集电板，包含至少一个经过部分表面处理的区域，该电极组件被固定到负集电板的该区域上。

2、如权利要求1所述的二次电池，其中所述负集电板包括：至少一个第一接触区域和至少一个第二接触区域，该第一接触区域上存在至少一个经过部分表面处理的区域，该第二接触区域被固定到所述容器上。

3、如权利要求2所述的二次电池，其中所述负极和所述第一接触区域包括一第一材料，并且所述第一接触区域采用不同于该第一材料的第二材料进行表面处理，以形成表面处理区域。

4、如权利要求1所述的二次电池，其中所述负集电板包括第一金属，并且所述容器的一个内表面采用不同于第一金属的第二金属进行处理。

5、如权利要求4所述的二次电池，其中所述负集电板的一个表面采用不同于第一金属的金属进行部分处理，以形成所述经过部分表面处理的区域。

6、如权利要求2所述的二次电池，其中所述第二接触区域向所述容器突出。

7、如权利要求6所述的二次电池，其中所述第二接触区域包括一位于所述负集电板中心的圆形接触区域。

8、如权利要求7所述的二次电池，其中所述第二接触区域采用电阻焊连接到所述容器上。

9、如权利要求2所述的二次电池，其中所述正极和负极都包括一未使用活性物质的未涂布区域，并且所述第一接触区域中经过部分表面处理的区域被固定到负极的该未涂布区域上。

10、如权利要求9所述的二次电池，其中提供多个第一接触区域，向所述负极的未涂布区域延伸。

11、如权利要求10所述的二次电池，其中每个所述第一接触区域均包括一沿径向延伸的第一接触区域。

12、如权利要求11所述的二次电池，其中所述负集电板用激光焊固定到所述负极的未涂布区域上。

13、如权利要求11所述的二次电池，其中所述电极组件的形状为圆柱形或棱柱形。

14、如权利要求11所述的二次电池，其中所述二次电池用于驱动电动机。

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