CN1945890B - 蓄电池、蓄电池组及它们的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蓄电池、蓄电池组及它们的制作方法，其特征在于所述的蓄电池包括一个由内筒和外筒及中孔式环形壳底组成的套筒形电池壳体；一个旋转在内筒与外筒之间空间内的发电元件；一个将发电元件密封在电池壳腔内的环形封口盖，盖板上均怖有将发电元件产生的电流导出的端子和安全阀置，安全阀与电池正极或负极相连接。发电元件则由薄片状正极板、负极板、隔膜、电解质和引流元件构成。所述的蓄电池组由所述的蓄电池串联而成。本发明提供的蓄电池或蓄电池组的特点在于极组中心至电池壳表面的距离短，散热能力大幅度增高，降低设计的复杂性和制作成本。

Description

蓄电池、蓄电池组及它们的制作方法

技术领域

本发明涉及蓄电池、蓄电池组成的蓄电池组、以及它们的制作方法。

背景技术

近几年来，随着混合动力汽车、电动汽车、电动摩托车、电动自行车及电动工具等市场的不断发展，蓄电池的作用越来越被重视，蓄电池组的规模即每组中集成电池的数量越来越大，对蓄电池的功率输出特性和可靠性要求也越来越高。

可是，目前被广泛使用的蓄电池，如镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池及铅酸电池，都存在着电池组的电化学特性和可靠性明显低于单体电池的情况。造成这种结果的原因很多，但是，其中最主要的一个原因是电池组在使用中，特别是在大电流充放电时，电池由于本身的内阻及电池之间连接处的电阻而产生大量的热，如果这些热量不能及时导出，整组电池就会在高温下工作，因而导致电池性能的迅速劣化；更严重的是，如果电池组内部热量导出不均匀，就会使部分电池处于比同组中其它电池更高的环境温度下工作，造成这部分电池过充、过放，性能过早衰退，从而导致整组电池性能降低和寿命缩短。为了减少电池组内部热量局部积聚和温度不均匀，人们不得不加大电池之间的排列间距，采取通风甚至通水等强制冷却措施，这样不仅增大了电池组的体积，更提高了设计难度和制造成本。

传统的蓄电池结构如附图1所示，采用金属壳的圆柱型蓄电池电池壳3为中空的圆柱型，安全阀4是目前碱性密封蓄电池上普遍采用的一种安全阀，正极端子2，安全阀4与电池壳3通过一个塑胶材质的绝缘垫5来实现电气绝缘，同时起到密封作用。传统蓄电池的制作步骤是：(1)按传统的技术制作出预定尺寸的正极板9、负极板10，将隔膜11放在正极板9和负极板10之间，一起卷绕成圆筒状极组。(2)将筒状极组装入电池壳3中，将电阻焊机的针状电极从筒装极组的中心插入，并与负极集电板8接触，将电阻焊机的另一个电极与电池壳底接触，使负极集垫板8与电池壳底焊住。注入电解液，再用类似的方法将正极引流元件与安全阀4焊住。(3)采用机械方法通过绝缘垫5将电池壳3与安全阀4密封并实现电气绝缘。

采用金属壳或树脂等材料的方型蓄电池1如图1所示，蓄电池极组采用正负极板与介于其中的隔膜折叠而成，其余与圆柱型蓄电池相同。

松下电器产业株式会社的专利ZL02145775.1及三洋电机株式会社的专利ZL02145739.5均采用的是如附图1所示的传统结构，蓄电池直径越大，内部的散热越困难，本发明针对传统的蓄电池结构散热性能较差的问题，提出了能有效增加散热表面积的新型蓄电池结构。中孔式新型蓄电池结构由于缩短了散热路径，增加了散热表面积而显著提高了蓄电池及其电池组的散热效果。

发明内容

本发明的目的在于一种提供散热效果良好的蓄电池和温度更均一的蓄电池、蓄电池组，以及它们的制作方法。

本发明所述的蓄电池，包括：一个由内筒和外筒及中孔式环形壳底组成的套筒形电池壳体；一个放置在内筒与外筒之间空间内的发电元件；一个将发电元件密封在电池壳腔内的环形封口盖板，盖上有将发电元件产生的电流导出的正极端子和保证电池在意外情况下不破裂、不爆炸的安全阀。安全阀与电池负极或正极相连。

所述的发电元件是由薄片状正极板、负极板、隔膜、电解质以及正极引流元件构成。正极板和负极板分别处于隔膜的两侧，并被隔膜隔离开。电解质可以是液态的，分布在正极板、负极板和隔膜中，并被电池壳体收容；也即正极板、负极板和隔膜一起密封在电池壳体中；电解质也可以是凝胶状的，和隔膜结合在一起。

所述的发电元件的正极通过正极引流元件与正极端子相连。

所述的发电元件的负极通过负极引流元件与负极端子相连。

所述电池的截面为圆柱形、“回”字形和六边形中一种。

所述的安全凸出于封口盖板的高度必须低于正极端子，两者至少相差0.5mm以上。

本发明提供的蓄电池组，包括多个上述本发明的蓄电池，具有将上述电池串联连接的结构。

本发明的蓄电池制作方法，包括：

(1)制备套筒形电池壳体。

所述电池壳体可以由金属，如碱性蓄电池常用的镀镍碳钢、锂离子电池常用的铝、不锈钢等材料制成，也可以由树脂，如酸性蓄电池及碱性蓄电池常用的PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PPE、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)等材料制成。

当所述电池壳体为金属材料时，可以采用减薄拉伸等加工方法一次成型，也可以采用焊接的方法将壳壁和壳底连接在一起而成。

(2)将按传统方法制备的正、负极板与隔膜一起，螺旋式地卷绕成管状的极组，其中，正极板的内侧面和外侧面均与隔膜接触，并隔着隔膜与负极板相对应，管状极组的最内侧和最外侧都是负极板，并且管状极组内侧的形状和尺寸与套筒形电池壳体的内筒的外侧的形状和尺寸相配合，管状极组外侧的形状和尺寸与套筒形电池壳体的外筒的内侧的形状和尺寸相配合。

(3)为极组的正、负极板装配上引流元件。

所述引流元件，可以是集流片，通过端面焊的方式与极组连接在一起；

也可以是引流条，它们在制备极板时就预留或焊接在极板上了；也可以是以上两者不同形式的组合。

(4)将上述带有引流元件的极组装入电池壳体中，并加入电解液。

(5)将所述正、负极引流元件与电池的正、负极端子连接起来。依据端子的结构，可以采用焊接、铆接或螺栓紧固等方法连接。

(6)将环形封口盖与上述电池壳体装配在一起并密封起来。

对于金属材料的壳体和封口盖板，可以采用氩弧焊、激光焊、电子束焊或激光钎焊、电子束钎焊等方法，也可以采用传统的加密封环后收口压缩的机械密封方法。

本发明的蓄电池组制作方法，包括：

(a)安置多个上述电池，使得组中的电池首尾顺序相接，整个电池组呈长管状。

(b)将所述电池组中的每个电池的正极端子与相邻的前面那个电池的负极端子依次连接起来。对于金属壳的电池，可以采用焊接等方式连接，同时达到电气连接和机械固定的目的；对于树脂壳的电池，可以采用连线等方式进行电气连接，再采取其他方式进行机械固定。

本发明提供的蓄电池和蓄电池组，跟现有的相同充放电容量的圆柱形和方型电池相比，由于表面积增大，极组中心至电池壳表面的距离缩短，散热能力大幅度增强，从而可以避免使用过程中电池温度过高，改善电池组温度场的均一性，提升电池组的性能和可靠性，延长使用寿命。同时，使大型电池组的冷却问题容易解决，降低了设计的复杂性和制作成本。

附图说明

图1是传统的蓄电池结构。(a)圆柱形，(b)方型

图2是本发明的一种实施方式。

图3是上述本发明实施方式的内部结构。

图4是上述本发明实施方式的俯视图。

图5是本发明的另一种实施方式。

图6是本发明的第三种实施方式。

图7是本发明的蓄电池组的组合方法。

图中

1.蓄电池       2.正极端子       3.电池壳

4.安全阀       5.绝缘垫         6.正极引流元件

7.正极集电板   8.负极集电板     9.正极板

10.负极板      11.隔膜          12.封口盖板

13.焊缝        14.焊机的电极    15.压力传递装置

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。但以下所述的实施方式只是本发明的一个例子，并不限制本发明的技术范围。

实施例1

采用金属壳的蓄电池1外形如图2所示，外侧为圆柱形，内侧也为圆柱形，顶部设3个正极端子2，电池壳3作为负极端.顶部还装配有1个安全阀4.从顶部向下看，蓄电池1如图4所示呈环形，3个正极端子均布在电池封口板12上.安全阀4可以采用目前碱性密封蓄电池上普遍采用的一种安全阀，封口板12与电池壳3之间采用激光焊接的方法连接起来并密封住.由于电池壳的开口呈环形，所以有内、外两条焊缝13.蓄电池1的内部结构如图3，由于封口盖板12与电池壳3是电气连通的，所以，正极端子2与封口盖板12之间通过一个塑胶材质的绝缘垫5来实现电气绝缘，同时起到密封作用.本实施例中采用的安全阀4是以设计成一定形状的橡胶粒作为阀体，通过点焊金属阀盖预先安装在封口盖板12上，也可以采用本领域目前普遍使用的其它形式的安全阀.但需要注意的是，在本实施例及本发明其它相似的实施例中，由于安全阀盖与封口板12是电气连通的，所以安全阀与电池负极相连，这与图1所示的传统电池上安全阀可作为正极端子完全不同.为了在将多个蓄电池组合成蓄电池组时保证相邻电池负极之间的隔离，安全阀4凸出于封口盖板12的高度必须低于正极端子2，两者至少应相差0.5mm以上.

本实施例的蓄电池可以按以下步骤制作：

(1)按传统的技术制作出预定尺寸的正极板9、负极板10，将隔膜11放在正极板9和负极板10之间，一起卷绕成圆筒状极组，筒状极组的内径略大于套筒型电池壳内筒的外径，筒状极组的外径略小于套筒型电池壳外筒的内径，再采用焊接的方法在筒状极组的两端分别焊上环形的正极集电板7、负极集电板8、正极引流元件6。

这里的极组卷绕可以采用与传统技术相似的方法，只是极组中心孔直径要比传统技术的大。正极集电板7和正极引流条6的焊接可以采用传统的技术进行，如电阻焊、激光焊、电子束焊或后两者的钎焊技术。

(2)将筒状极组装入电池壳3中，注入电解液，盖上封口板12，将电阻焊机的两个电极分别与正极端子2和电池壳底接触，施加一定的压力并通电，使正极端子2与正极引流元件6、负极集电板8与电池壳底同时焊住。

(3)将封口盖板12的内、外缘与电池壳口分别焊接在一起。这里的焊接可以采用与传统电池中使用的相同的激光焊接技术，也可以采用激光钎焊、电子束焊、电子束钎焊乃至氩弧焊等其它焊接技术。

(4)将制作好的电池采用与传统电池相同的方法用小电流完全充放电数次，对电池进行活化。

本实施例制作的电池与高度相同并且电池壳内有效空间相同的传统圆柱型电池相比，外表面积增加了，如与直径32mm，高度60mm的D型电池相比，本实施例电池在外径为35mm时，表面积增大了55％，大大增强了电池的散热能力。

实施例2

如图5所示，除电池的横截面形状为“回”字形外，其余与实施例1相同。

本实施例电池在组成电池组时，在保证散热良好的前提下可以进一步提高空间利用率。

实施例3

如图6所示，除电池的横截面为六边形，形状不同外，其余与实施例1相同。

本实施例电池结合了实施例1和实施例2的优点。

实施例4

本实施例中，将类似实施例1和实施例3那样的内筒为圆柱形的套筒型金属壳蓄电池，采用机械封口代替焊接封口。本实施例中电池的封口板与实施例1和实施例3不同，在封口板与电池壳之间需要像传统电池一样加有塑胶材质的绝缘密封圈，与传统电池不同的是需要加内、外两个绝缘密封圈。此外，正极封口板与电池正极是电气连通的，正极端子可以与封口板做成一体，安全阀与传统电池一样也是与电池正极电气连通的，安全阀也可以与正极端子保持相同的凸起高度，安全阀本身也可以作为正极端子。

与实施例1和实施例3相比，本实施例成本低，生产效率高。

实施例5

将前述实施例中制作的蓄电池，按图7所示的方式，将焊机的两个电极14分别接触在欲连接的两个相邻蓄电池的电池壳上，再通过压力传递装置15将欲连接的蓄电池压紧，通电进行焊接，便可以制作成串状蓄电池组。

本实施例的蓄电池组具有散热好的特点，特别是将多个本实施例的串状蓄电池组组成大型蓄电池组，如电动汽车、混合动力电动汽车用动力蓄电池组时，可以降低电池组热管理的难度，简化冷却系统，降低成本。

Claims (10)

1.一种蓄电池，其特征在于包括一个由内筒和外筒及中孔式环形壳底组成的套筒形电池壳体；一个旋转在内筒与外筒之间空间内的发电元件；一个将发电元件密封在电池壳腔内的环形封口盖，盖板上均布有将发电元件产生的电流导出的端子和安全阀，安全阀与电池正极或负极相连接。

2.如权利要求1所述的蓄电池，其特征在于所述的发电元件由薄片状正极板、负极板、隔膜、电解质和引流元件构成；正极板和负极板分别处于隔膜的两侧并被隔膜隔开；电解质是液态的，分布在正极板、负极板和隔膜中，并与正极板、负极板和隔膜一起密封在电池中，或电解质是凝胶状的，与隔膜结合在一起；且发电元件的正极板通过正极引流元件与正极端子相连，发电元件的负极板通过负极引流元件与负极端子相连。

3.如权利要求1所述的蓄电池，其特征在于套筒形蓄电池壳体的横截面为环形、“回”字形和六边形中一种。

4.如权利要求1所述的蓄电池，其特征在于所述的安全阀凸出封口盖板的高度低于正极端子，两者至少相差0.5mm。

5.制作如权利要求1所述的蓄电池的方法，其特征在于具体步骤是

(a)制备套筒形电池壳体；

(b)将按传统方法制备的正、负极板与隔膜一起，螺旋式地卷绕成管状的极组，并使管状极组内侧的形状和尺寸与套筒形电池壳体内筒的形状和尺寸相配合，管状极组外侧的形状和尺寸与套筒形电池壳体外筒的形状和尺寸相配合；

(c)为极组的正、负极装配上引流元件，所述的引流元件，是集流片，通过端面焊的方式与极组连接在一起；或是引流条，在制备极板时就预留或焊接在极板上；或是集流片和引流条两者不同形式的组合；

(d)将上述带有引流元件的极组装入电池壳体中，并加入电解液；

(e)将所述正、负极引流元件与电池的正、负极端子连接起来，依据端子的结构，采用焊接、铆接或螺栓紧固方法连接；

(f)将环形封口盖板与上述电池装配在一起并密封。

6.如权利要求5所述的蓄电池的制作方法，其特征在于所述电池壳体由镀镍碳钢、铝或不锈钢材料制成；或由PP、PE、PPE、ABS和MBS中一种材料制成；在电池壳体为金属材料时，采用减薄拉伸加工方法一次成型，或将壳壁和壳底焊接在一起；在电池壳体为树脂材料时，采用注塑或浇注加工方法一次成型，或采用超声波焊接、热熔焊接方法将壳壁和壳底连接；所述的ABS为丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物，MBS为甲基丙烯酸甲酯一丁二烯一苯乙烯共聚物。

7.如权利要求6所述蓄电池的制作方法，其特征在于对于金属材料的壳体和封口盖板，可以采用氩弧焊、激光焊、电子束焊或激光钎焊方法，或采用传统的加密封环后收口压缩的机械密封方法，将环形封口盖与电池壳体装配在一起并密封；对于树脂材料的壳体和封口盖，采用超声波焊接、热熔焊接方法，将环形封口盖与电池壳体装配在一起并密封。

8.一种蓄电池组，其特征在于由权利1要求所述的蓄电池串联连接而成。

9.制作如权利要求8所述的蓄电池组的方法，其特征在于所述的蓄电池组制作是将每个蓄电池的正极端子与相邻前面蓄电池的负极端子依次连接起来，使整个蓄电池呈长管状。

10.如权利要求9所述的蓄电池组的制作方法，其特征在于对于金属壳的蓄电池，采用焊接方式连接，同时实现电气连接和机械固定；对于树脂壳的电池，采用连线方式进行电气连接，再进行机械固定。

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