CN203617375U - 集流效果改善的圆柱形蓄电池的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集流效果改善的圆柱形蓄电池的结构，其特征在于正极引流柱的下端与正极集流板铆接，然后把铆接的组合件与发电单元体的正极端焊接，负极引流柱的上端与负极集流板铆接，然后铆接的组合件与发电单元体的负极端焊接。所述的正极引流柱或负极引流柱的个数为4个，正极或负极引流柱为圆柱形。所述的焊接结构为十字形，均匀分布在正负极集流片上且与铆接孔均布。本实用新型提供的圆柱形蓄电池，与现有的相同充放电容量的圆柱形蓄电池相比，由于集流面积增大，使电池内阻降低，输出性能大幅度提高，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，电池的功率可提高10%。

Description

集流效果改善的圆柱形蓄电池的结构

技术领域

本实用新型涉及电池结构体，具体地说是涉及提高圆柱型蓄电池集流效果的电池结构。

背景技术

近几年来，在提倡低碳绿色环保的背景下，机动车辆排放的尾气所造成的大气污染已经成为一个世界性的难题。该难题的一种解决途径是以零排放的电力作为机动车辆的动力，如电动汽车、混合动力汽车，它们受到越来越多的关注和发展。因此车载的高容量及高输出蓄电池的开发也越来越被重视。

而提高蓄电池输出的一个瓶颈就是电池集流效果的改善，由此蓄电池集流结构的改进就显得越发重要。

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，都存在着单体电池的容量越大，其输出性能显著下降的情况。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本身的集流效果下降、内阻较大所导致的。特别是在大电流充放电时，因电池产生的热量不能及时导出，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；更为严重的是，如果电池组内部热量导出不均匀，就会使个别电池处于比同组中其它电池更高的环境温度下工作，从而易造成这部分电池过充或过放，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。

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，蓄电池高度越高，内部的集流越困难，本实用新型针对传统的蓄电池结构集流性能较差的问题，提出了能有效增加集流效果提高输出性能的蓄电池内部结构。所提供的蓄电池结构由于改善了集流效果，降低了电池内阻，提高了输出性能。

实用新型内容

本实用新型就是为了解决上述问题而形成的，目的在于提供一种集流效果改善的圆柱形蓄电池的结构，以提高圆柱型蓄电池集流效果。

为了达到上述目的，本实用新型的圆柱形蓄电池结构，通过四个圆柱形的正极引流柱替代传统的正极引流元件，并且引流柱的一端与正极集流片铆接，另一端与正极盖帽进行激光焊接，另外，正极集流片与发电单元正极之间采用激光焊接，负极也采取类似正极的结构。

传统电阻焊是用电极对被焊接物施加一定的压力的同时、利用电极间的接触电阻产生的焦耳热融化金属而达成焊接的目的。为了不出现电极与工件的焊合现象，电极与工件的接触处产生的热量需要被导热性好的铜电极及冷却水传走，但是电极的铜颗粒也会不可避免的进入电池的正负极，造成电池正负极短路的致命缺陷。电阻焊接焊完一个点后，当焊下一个点时，有一部分电流会流经已焊好的焊点，称为分流现象，影响焊接的质量。而本实用新型采用先进的激光焊接代替传统的电阻焊接。激光焊接是利用原子受辐射的原理，使工作物质受激而产生的一种单色性高、方向性强、亮度高的光束，经聚焦后把光束聚焦到焦点上获得极高的能量密度，利用它与被焊接件相互作用，使金属发生气化、融化、结晶、凝固而形成焊缝的焊接方法。激光焊接不仅避免了电阻焊接出现的上述几个缺陷，而且激光焊接的焊接速度快，提高了生产效率，降低的生产成本，同时显著改善电池的抗冲击性和抗疲劳性，激光焊接接头的显微硬度高于电阻电焊接头，抗腐蚀性能也优越电阻焊点接头，激光焊接接头的显微组织较电阻焊接头细小均匀，应用在电池焊接中更是减少了电池的内阻，改善了集流效果，提高了电池整体的输出性能。

本实用新型的电池的结构体包括：一个圆柱形电池壳体；一个放置在圆柱形电池壳体内的发电元件；一个将发电元件密封在电池壳腔内的圆形正极端子，正极端子可将发电元件产生的电流导出并装有保证电池在意外情况下不破裂、不爆炸的安全装置。

上述发电元件的正极通过正极引流柱与正极端子相连，发电元件的负极通过负极引流柱与负极端子相连。

所述的每个发电单元是由薄片状正极、负极、隔膜及电解质和引流元件构成，正极和负极分别处于隔膜的两侧并被隔膜隔开。电解质可以是液态的,分布在正极、负极和隔膜中并被电池壳体收容，并与正极、负极和隔膜一起密封在电池中；电解质也可以是凝胶状的,和隔膜结合在一起。

本实用新型的蓄电池制造方法，包括：

（1）制备圆柱电池壳体，电池壳体可以由金属材料制成，也可以由树脂材料制成。在制作好的电池壳低开几个孔，孔的个数与位置要根据负极引流柱的个数及负极集流板孔位的分布，采用均匀分布为宜。

（2）正极板和负极板的制作与传统的方法保持一致。

（3）将正极板、负极板与隔膜一起，螺旋式地卷绕成极组，并且极组外径比圆柱形电池壳体的内径小0.1～0.5mm。

（4）为步骤3制作的极组的正极和负极装配上引流元件。

本实用新型采用的引流元件，正负极分别采用四个圆柱形引流柱，通过激光焊接和铆接的方式与极组和正负极集流片连接在一起。焊接的结构可以是图3所示的十字形，这些形状具有较强的对称性，焊接以后整个表面具有较均匀的应力分布，防止应力不均匀发生变形。铆接孔和焊接结构要交错均匀分布，保证结构的对称稳定性。

（5）将步骤4组合好的发电元件装入电池壳体中，使负极引流柱正好穿过电池壳体底座的孔，并用激光焊接进行连接密封，随后加入电解液。

（6）盖上正极端子，将正极端子与电池壳口通过塑胶材质的绝缘环机械密封在一起，密封的时候要注意使四个正极集流柱穿过正极端子的孔，把正极集流柱与正极端子采用激光焊接在一起，焊接要保证焊接牢固且不焊穿不漏气，起到密封的效果。

本实用新型的电池，与现有的相同充放电容量的圆柱形电池相比，由于集流面积增大，使电池内阻降低，输出性能大幅度提高，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。集流效果的改善，是通过电池功率性能体现的，经上述的改进，提供的电池功率可提高10%。

附图说明

图1是传统的蓄电池结构。

图2是本发明的一种实施方式的内部结构。

图3是本发明的正负极集流板的激光焊接结构和铆接孔的分布。

图4是图1正极引流结构示意图。

图5是图1负极引流结构示意图。

图中，1、蓄电池；2、正极端子；3、电池壳体；4、安全阀；5、绝缘环；6、正极引流条或正极引流元件；7、正极集流板；8、负极集流板；9、正极板；10、负极板；11、隔膜；12、正极引流柱；13、负极引流柱；14、柱状发电单元

具体实施方式

为了让本实用新型的上述和其它目的、特征及优点能更加明显易理解，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

本实用新型电池的结构如图2所示，为了更易理解本发明的特点和进步，现对照图1和图2作较详细说明：

（1）制作出正极板9、负极板10，将隔膜11放在正极板9和负极板10之间，卷绕成圆柱状极组，装入圆柱形电池壳体3中，构成圆柱形蓄电池。

（2）然后把正极引流柱12和负极引流柱13按照图3所示的铆接孔进行铆接，铆接的引流柱的个数4个为宜，均匀地分布在正负极集流板上。

（3）再采用激光焊接替换传统的电阻焊接，按照图3所示的焊接结构把上述铆接好正负极引流柱12和13的正负极集流板7和8焊接到圆柱形的极组上面，焊接的结构可以是图3所示的十字形，也可以是其他形状的焊接结构，只要分别均匀地分布在正负极集流片上，并且焊接效果稳固即可。

（4）将上述焊接好正极集流板7和负极集流板8的发电单元体14装入电池壳3内，4为安全阀，6为正极引流元件（因与通常的圆柱形蓄电池一样，不再详述），负极引流柱13与电池壳体3的底座采用激光焊接，使发电单元14、负极集流片8、负极集流柱13与电池壳体3连接在电池底座。

（5）注入电解液，盖上正极端子2，将正极端子2与电池壳口通过塑胶材质的绝缘环5机械密封在一起，密封的时候要注意使四个正极集流柱穿过正极端子的孔。

（6）把正极集流柱12与正极端子2采用激光焊接在一起，焊接要保证焊接牢固且不焊穿不漏气，起到密封的效果。

（7）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相同的传统圆柱型电池相比，集流效果明显增加，输出性能明显提高。

实施例2

正、负极端面的激光焊接方式如图3所示，本实施例的蓄电池正负极端面的激光焊接方式可以按以下步骤制作：

首先要把发电单元体14的正负极端面用硬质物抹平，由于发电单元体是由正极板9、负极板10、隔膜11卷绕而成，其端面为卷绕环状，有间隙，这是非常不利于激光焊接的，所以采用硬质物将其端面抹平，形成致密无间隙的组织。然后将正负极集流板7和8紧贴其端面，采用激光焊接，焊接的结构可以是图3所示的十字形，也可以是其他形状的焊接结构，这些形状具有较强的对称性，焊接以后整个表面具有较均匀的应力分布，防止应力不均匀发生变形。焊接结构只要均匀分布在正负极集流片上，并且焊接效果稳固即可。且与铆接孔均布。

实施例3

正极引流结构改进实施方式如图4，本实施例的蓄电池正极引流结构可以按以下步骤制作：

按照图4所示，取四个正极集流柱12，四个为宜但并不局限于四个和此圆柱形的，也可以是其他形状的，集流柱的个数太多会增加结构的复杂度，太少电池的集流效果就会降低，可以根据具体情况做适当调整。为方便描述，以4个为例具体说明。正极引流柱12的下端与正极集流板7进行铆接，然后再把12与7铆接的组合件根据图3所示的焊接示意图采用激光焊接焊接到发电单元体14的正极端；正极引流柱12的上端与正极端子2进行激光焊接，焊接的效果要保证焊接牢固且不焊穿不漏气，起到密封的效果，否则会出现电池漏液，降低电池的性能。

实施例4

负极引流结构改进实施方式如图5所示，本实施例的蓄电池负极引流结构可以按以下步骤制作：

按照图5所示，取四个负极集流柱13，具体的实施方式与正极的类似。负极引流柱13的上端与负极集流板8进行铆接，然后再把负极引流柱13与负极集流板8的组合件根据图3所示的焊接示意图采用激光焊接焊接到发电单元体14的负极端。负极集流柱13的下端与电池壳体3的底座进行激光焊接，焊接的效果要保证焊接牢固且不焊穿不漏气，起到密封的效果，否则会出现电池漏液，降低电池的性能。

Claims (5)

1.一种集流效果改善的圆柱形蓄电池的结构，将正极板和负极板通过隔膜卷绕而成的发电单元装入圆柱形壳体中，其特征在于正极引流柱（12）的下端与正极集流板（7）铆接，然后把铆接的组合件与发电单元体（14）的正极端焊接，负极引流柱（13）的上端与负极集流板（8）铆接，然后铆接的组合件与发电单元体（14）的负极端焊接。

2.按权利要求1所述的结构，其特征在于：

a)正极集流柱（12）的上端与正极端子（2）焊接；

b)负极集流柱（13）的下端与电池壳体（3）的底座焊接。

3.按权利要求1所述的结构，其特征在于正、负极引流柱分别均匀分布在正、负极集流板上。

4.按权利要求1所述的结构，其特征在于所述的正极引流柱或负极引流柱的个数为4个，正极或负极引流柱为圆柱形。

5.按权利要求1或2所述的结构，其特征在于所述的焊接结构为十字形，均匀分布在正负极集流片上且与铆接孔均布。

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