CN2824311Y - 碱性二次电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型碱性二次电池包括电极板组件及集电器，电极板组件包括正、负电极板，正电极板具有正极端子，负电极板具有负极端子，该正、负极端子中至少之一与集电器固接，该集电器包括第一部分和第二部分，该第一部分具有主体部，该主体部设有多个开口部位，该开口部位自该主体部的中心附近沿径向延伸到主体部的外周边缘，且各开口部位沿径向延伸的两侧缘同向弯折有突出部，该突出部与所述的端子的边缘交叉并焊接一体，第二部分附着在第一部分上并通过焊接与该第一部分相接合。该碱性二次电池内阻低，电流分布均匀，具有优良的大电流充放电性能。

Description

碱性二次电池

【技术领域】

本实用新型涉及电池领域，尤其是关于一种能实现大电流充放电和高放电容量的碱性二次电池。

【背景技术】

随着电动工具、玩具赛车等系列高功率便携式电器的广泛应用，人们对其备用电池的大电流充放电特别是大电流放电性能的要求也越来越高。

随着碱性二次电池技术的发展，碱性二次电池如镍镉、镍氢等电池逐渐成为上述便携式电器的主要备用电源。

为使碱性二次电池获得较好的高功率特性，一般是采用将片状正、负极与隔膜纸通过一定的机构卷绕成涡卷状结构的电芯，正、负极在涡卷状结构的两端形成螺旋形端面，然后采用一种集流元件与电极端面进行焊接，从而分别引出电池的正、负极，这种设计能减少电池的内部电阻，改善电池的大电流放电性能，从而得到广泛的引用。但是，上述集流元件及其与上述正负极片形成的螺旋端面的接合方式，对减小电池内部电阻及改善电池大电流充放性能的程度有较大的影响。

现有技术一般是在集电器上穿孔或开口，使其形成均匀的毛刺，从而有利于集电器与极片相接触及焊接。专利号为ZL 98105286.X、公告日为2004年11月17日、发明名称为“圆柱形蓄电池”的中国专利提出了一种集电器结构，该集电器是以径向方式装有多个开口部件并从中心附近延伸到其外周边缘，开口边缘形成的突出部件与电极端子边缘咬合并焊接。此种结构有效地提高了电池的充放电速度，但由于它要保证集电器本身的强度，开口部位不能靠近中心太近，这就使得涡卷状电极端子的最内圈得不到焊接，影响端面的集电效果。更为重要的是，为使电极与电池密封外壳顶部的帽型端子相连接导通，必须有一连接件，这样就增加了电池的内部接触电阻，影响其大电流性能。

请参阅图1及图2，专利号为ZL 03224363.4、公告日为2004年2月25日、名称为“碱性二次电池”的中国专利提及一种连接有极耳和具有非对称翻边肋结构的集电器8。它利用连接极耳81和集电器主体80的整体化，可有效地降低电池的内部接触电阻。另外，集电器主体的部分翻边肋801靠近孔心，其翻边肋可与涡卷状电极组件最内侧圆周彼此咬合焊接，这将极大地改善端面的汇流效果，从而获得了较佳的大电流充放电性能。

但是，由于上述翻边肋结构的集电器在形成肋的过程中，必须将集电器上的一部分开口，否则无法形成翻边肋结构。开口的部分使集电器汇集电极电流后，必须通过一个比较曲折的路径和中心孔附近狭窄的2a区域后，才能到达连接极耳而形成通路，最远端的开口部分电流的流经路径如图1中的箭头所示。当电池需要承受较大电流工作时，使得电流通过集电器表面时产生的IR电压降较大，集电器也不就能获得充分的集流效果。特别是在焊接翻边肋与电极端面时，为获得良好的焊接牢固性，采用的电流较大，中心孔附近狭窄的2a区域容易出现被熔断的现象，尤其是开口比较靠近中心孔的2a区域更容易在焊接中被熔断，电流通过集电器表面时产生的IR电压降将会更大，其集流效果也将会变得更差。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种内阻低，电流分布均匀，具有优良的大电流充放电性能及较高的放电容量的碱性二次电池。

本实用新型的目的是这样实现的：该碱性二次电池包括电极板组件及集电器，电极板组件包括正、负电极板，正电极板具有正极端子，负电极板具有负极端子，该正、负极端子中至少之一与集电器固接，该集电器包括第一部分和第二部分，该第一部分具有主体部，该主体部设有多个开口部位，该开口部位自该主体部的中心附近沿径向延伸到主体部的外周边缘，且各开口部位沿径向延伸的两侧缘同向弯折有突出部，该突出部与所述的端子的边缘交叉并焊接一体，第二部分附着在第一部分上并通过焊接与该第一部分相接合。

所述的第一部分还具有极耳部，所述极耳部自主体部的一个侧缘延伸。

所述的第二部分具有第二主体部，其该第二主体部对应第一部分的极耳部的位置设有凹槽。

所述的第一部分的主体部的中心位置贯穿设有中心孔。

所述的第二部分包括第二主体部，该第二部分的第二主体部与第一部分的主体部的轮廓一致。

所述的第二部分还包括与第二主体部相连的第二极耳部，该第二极耳部自该第二主体部的侧缘延伸。

所述的开口部位的数量为2-8个。

所述电极板组件和集电器置于外壳中并通过帽型端子密封，正极端子与该帽型端子导接，负极端子与该外壳导接。

所述的正、负极端子均固接有集电器，与正极端子固接的集电器与帽型端子焊接一体，与负极端子固接的集电器与外壳焊接一体。

所述的第一部分的主体部的形状为圆形或方形。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：集电器的第二部分通过焊接与第一部分形成整体，这样相当于2个内部电阻并联在一起形成了一个并联电路。设第一部分电阻为R₁，第二部分电阻为R₂，总电阻为R，当集电器在汇集电极电流后，电流可以在集流元件的第二部分获得短而宽的通路直接到达连接极耳，根据欧姆定律R＝ρL/S可知R₂＜R₁，所以大部分电流将会从R2通过，即使集流元件的第一部分在焊接过程中2a区域被熔断，影响也很小。又根据并联电路原理：1/R＝1/R₁+1/R₂，我们可知，并联电路的总电阻R＜R₂＜R₁。这样就可以在最大程度上降低电流通过集流元件表面时产生的IR电压降，进一步减小了电池的内阻，提高了电池的大电流充放电性能。

【附图说明】

图1是现有技术碱性二次电池的集流元件展平状态的俯视图。

图2是图1沿A-A方向的剖视图。

图3是本实用新型碱性二次电池的局部剖面图。

图4是本实用新型所采用的集电器的第一部分展平状态的俯视图。

图5是本实用新型所采用的集电器的第二部分的俯视图。

图6是本实用新型的集电器的第一、第二部分组合后的俯视图。

图7是图6沿B-B方向的剖视图。

图8是本实用新型第二实施方式的集电器的第一部分的俯视图。

图9是本实用新型第二实施方式的集电器的第二部分的俯视图。

图10是本实用新型第二实施方式组合后的集电器处于展平状态的俯视图。

图11是本实用新型第三实施方式组合后的集电器处于展平状态的俯视图。

【具体实施方式】

请参阅图3至图7，本实用新型碱性二次电池包括涡卷状的电极板组件及集电器。该电极板组件包括涡卷状的正电极板3、负电极板4及分隔该正、负电极板3、4的隔膜5。涡卷状正电极板3的边缘上设有正极端子31，该正极端子向上伸出；涡卷状负电极板4的边缘上设有负极端子，该负极端子的边缘向下伸出。集电器2包括正、负极集电器，该正、负极集电器分别焊接在正、负电极板3、4的正、负极端子的边缘。该电极板组件和集电器共同放置于一个金属外壳6内并通过帽型端子1密封。该正、负极集电器2均包括第一部分21和第二部分22，第一部分21包括第一主体部211及自其一侧缘一体延伸的第一极耳部213，第一主体部211设有多个成等角度分布的开口部位212a、212b、212c、212d，该开口部位212a、212b、212c、212d自第一主体部211的中心附近沿径向延伸到第一主体部211的外周边缘，且各开口部位212a、212b、212c、212d沿径向延伸的两边缘同向弯折有肋型的突出部215。第二部分22与第一部分21的外轮廓相匹配。第一部分21的突出部215与电极板的端子边缘彼此交叉镶嵌咬合，且该突出部215与端子边缘31之间通过多个部位焊接，主要起牢固焊接和汇集电流的作用。第一部分21附着于第二部分22上并通过焊接而使两者相接合，从而起到辅助集流的作用。本实施方式的集电器结构可仅应用于正极集电器，也可仅应用于负极集电器，或者同时应用于正、负极集电器；当然，也可以为正极采用所述结构的集电器，而负极端子直接与电池外壳(即电池负极)焊接，或者负极采用所述结构的集电器，而正极端子则直接与帽型端子(即电池的正极)相焊接；或者正、负极端子均焊接有集电器。

现以镍氢3000mAh容量的SC电池进行说明，该电池的制作工艺如下：制作尺寸为(长度*宽度*厚度)265mm*35mm*0.55mm的镍正电极板3与尺寸为315mm*35mm*0.35mm的贮氢合金负电极板4。正、负电极板3、4在长度方向上的顶缘装有裸露的镍片部件31(即端子31)，在正、负电极板3、4之间采用改性PP隔膜5将两者分隔开，正、负电极板3、4在宽度方向上错开，并使各自的裸露的镍片部件31分别向上和向下伸出。利用卷绕机使正、负电极板3、4及隔膜5形成涡卷状极芯。正电极板3的镍片部件31位于上端，首先将正极集电器的第一部分21焊接于正电极板3的镍片部件31的端面上，然后再将集电器的第二部分22与第一部分21重合放置，并完成第一、第二部分之间焊接，使第一部分21与第二部分22形成一个整体。

请参阅4至图7，第一实施方式中，集电器的第一部分设有与第一主体部211的侧缘一体连接的第一极耳部213，第二部分22仅设有第二主体部221。请参阅图8至图10，第二实施方式中，集电器的第一部分仅包括第一主体部211，第二部分22设有第二主体部221及自其侧边一体延伸的第二极耳部223。请结合参阅图4、图9及图11，集电器的第一、第二部分分别采用图4和图9中的结构，即集电器的第一、第二部分分别设有第一、第二极耳部213、223，该第一、第二极耳部213、223分别与第一、第二主体部211、221一体连接。

第一实施方式的优点在于方便从现有工艺转化本实用新型技术的工艺，该第二主体部221的中心位置设有通孔222，且该第二主体部221的一侧边设有凹槽224，该通孔222有利于注液和碱液的吸收，该凹槽224是为了利于第一部分21的第一极耳部213弯折时靠近电池的中心，使第一极耳部213远离钢壳槽位(即电池的负极)，避免内部短路。第二实施方式主要采用了无极耳的集电器的第一部分21焊接涡卷状正、负极端子的边缘，在没有极耳部阻碍的情况下，焊接的操作变得更加方便、简捷，有利于焊接质量的提高，同时连接在第二主体部221上的第二极耳部223的长度可以短一些，降低内阻，并使该第二极耳部223的位置可以更加靠近中心，远离钢壳槽位(负极)，进一步降低内部短路的隐患；第三实施方式采用双极耳部集电器，该集电器的第一部分21的形状如图4所示，第二部分的形状如图9所示，根据并联电路原理可知，将可以进一步降低电池内部的电阻，为以最大程度提高电池的大电流充放电性能。

这种集电器的复合结构不仅适用于正极集电器，也同样适合用于负极集电器，该负极集电器第一部分的形状和第二实施方式中的正极集电器的第一部分完全一致(如图8所示)，负极集电器第二部分的形状与第一实施方式中的正极集电器的第二部分基本一致(如图5所示)，不同的是第二实施方式中正极集电器的中心是圆孔222，而负极集电器的主体部的中心是一个圆柱形的凸台，而且该主体部的各边上均未设有凹槽。电阻焊的电极将穿过漩涡电极和负极集电器的第一部分的中心孔216，将凸台压紧并焊接在电池外壳(钢壳)的内部底面，形成通路，该凸台即相当于负极集电器的极耳部。

分别采用第一、第二及第三实施方式中的集电器与电极极板端面的焊接完成后，注入预定数量的碱性电解液，将电池封口，得到了本实用新型电池A1、A2、A3；

为了说明本实用新型的效果，现以一现有的电池B作为比较例，该比较例的电池仅将集流元件的第一部分焊接在正极端子的边缘上，即中国专利ZL 03224363.4所揭示的电池结构。

首先分别测试电池A、B电池的交流阻抗(1000kHz)，取平均值；然后进行下述方法测试：

步骤一、1C充电65分钟，搁置10分钟，1C放电至1.0V/支，并记录电池的1C放电容量；

步骤二、1C充电65分钟，搁置10分钟，10C放电至0.8V/支，记录电池的放电容量及中点电压，循环三次取平均值。

测试结果如下表：

类别	内阻(毫欧)	1C容量(mAh)	10C容量(mAh)	中值电压(v)	10C放电效率
						A1	3.5	3012	2895	1.123	96.1％
A2	3.3	3010	2914	1.127	96.8％
						A3	3.0	3015	2924	1.131	97.0％

B

4.5

3008

2797

1.072

90.1％

由上表可知：本实用新型能降低电池内部电阻，提高电池的大电流放电容量及效率，并提高大电流放电功率。

本实用新型实例是以镍-氢Sc电池进行说明的，但对于其它碱性二次电池，如：镍-镉电池、镍-锌电池等也同样适用。

本实用新型实例电池的集电器主体部分是以4个开口部位进行说明的，实际中对于截面大小不同的电池，其开口部位的数量可在2～8个之中优选，且主体部的形状可根据电池生产具体情况为圆形或方形或近似圆形方形结构。

Claims (10)

1.一种碱性二次电池，包括电极板组件及集电器，电极板组件包括正、负电极板，正电极板具有正极端子，负电极板具有负极端子，该正、负极端子中至少之一与集电器固接，该集电器包括第一部分，该第一部分具有主体部，该主体部设有多个开口部位，该开口部位自该主体部的中心附近沿径向延伸到主体部的外周边缘，且各开口部位沿径向延伸的两侧缘同向弯折有突出部，该突出部与所述的端子的边缘交叉并焊接一体，其特征在于：该集电器还包括第二部分，且第二部分附着在第一部分上并通过焊接与该第一部分相接合。

2.如权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的第一部分还具有极耳部，所述极耳部自主体部的一个侧缘延伸。

3.如权利要求2所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的第二部分具有第二主体部，其该第二主体部对应第一部分的极耳部的位置设有凹槽。

4.如权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的第一部分的主体部的中心位置贯穿设有中心孔。

5.如权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的第二部分包括第二主体部，该第二部分的第二主体部与第一部分的主体部的轮廓一致。

6.如权利要求5所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的第二部分还包括与第二主体部相连的第二极耳部，该第二极耳部自该第二主体部的侧缘延伸。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的开口部位的数量为2-8个。

8.如权利要求1-6中任意一项所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的电极板组件和集电器置于外壳中并通过帽型端子密封，正极端子与该帽型端子导接，负极端子与该外壳导接。

9.如权利要求8所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的正、负极端子均固接有集电器，与正极端子固接的集电器与帽型端子焊接一体，与负极端子固接的集电器与外壳焊接一体。

10.如权利要求1-6中任意一项所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的第一部分的主体部的形状为圆形或方形。

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