DE69108217T2

DE69108217T2 - Alkalische Speicherbatterie.

Info

Publication number: DE69108217T2
Application number: DE69108217T
Authority: DE
Inventors: Niromi Maruyama; Kaichi Okami; Norio Suzuki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1991-01-08
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2011-12-03
Also published as: EP0494504A3; DE69108217D1; JP3024221B2; EP0494504A2; JPH04249854A; EP0494504B1; US5238757A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine alkalische Speicherbatterie wie eine abgedichtete Nickel-Kadmium-Speicherbatterie oder dergleichen, und insbesondere eine alkalische Speicherbatterie mit einer verbesserten Stromkollektoransatzstruktur für ein erhöhtes Stoßentladungsvermögen.

2. Stand der Technik:

Eine vorgeschlagene alkalische Speicherbatterie ist in den Figuren 4 und 5 der begleitenden Zeichnungen gezeigt. Die bekannte alkalische Speicherbatterie weist eine Elektrodenanordnung 24 mit einer streifenförmigen positiven Elektrode 22 und einer streifenförmigen negativen Elektrode 23 auf, die als spiralförmige Wicklungen mit einem dazwischen angeordneten Separator 21 gewickelt sind. Die Elektrodenanordnung 24 ist in einem mit Nickel plattierten Stahlgehäuse 25 untergebracht, welches sich als der negative Anschluß der Speicherbatterie verdoppelt. Die positive Elektrode 22 weist eine Anschlußkante 26 auf, die von dem einen Ende der Elektrodenanordnung 24 vorsteht, wohingegen die negative Elektrode 23 eine Anschlußkante 37 aufweist, die vom anderen Ende der Elektrodenanordnung 24 vorsteht. Die Anschlußkante 26 ist mit einem oberen Stromkollektoransatz 28 verbunden, der einen kreisförmigen Sammelansatz 29, der an die Anschlußkante 26 geschweißt ist, und einen rechtwinkligen Leitungsansatz 30 umfaßt, der sich vom kreisförmigen Sammelansatz 29 erstreckt, wobei der rechtwinklige Leitungsansatz 30 eine Breite aufweist, die kleiner als der Durchmesser des kreisförmigen Sammelansatzes 29 ist. Der Leitungsansatz 30 ist an eine Abdichtabdeckung 31 des Gehäuses 25 punktgeschweißt, wobei die Abdichtabdeckung 31 als der positive Anschluß der Speicherbatterie dient. Die Anschlußkante 37 ist mit einem unteren Stromkollektoransatz 32 verbunden, der einen kreisförmigen Sammelansatz 33, der an die Anschlußkante 37 geschweißt ist, und einen zungenförmigen Leitungsansatz 34 umfaßt, der am Zentrum des kreisförmigen Sammelansatzes 33 befestigt ist. Der Leitungsansatz 34 ist an die innere Oberfläche des Bodens des Gehäuses 25 am Zentrum des kreisförmigen Sammelansatzes 33 punktgeschweißt.
Es ist bekannt, daß das Stoßentladungsvermögen der alkalischen Speicherbatterie eines derartigen Aufbaus beträchtlich in Abhängigkeit vom Innenwiderstand der Speicherbatterie variiert.
Die Stromkollektoransätze 28, 32 sind jeweils an die Anschlußkanten 26, 37 der Elektrodenanordnung 24 punktgeschweißt. Um einen derartigen Stromkollektoransatz an eine Anschlußkante einer Elektrodenanordnung punktzuschweißen, wird die eine Oberfläche des Stromkollektoransatzes gegen die Anschlußkante der Elektrodenanordnung gehalten, und ein Paar von Punktschweißelektroden wird auf der anderen, entgegengesetzten Oberfläche des Stromkollektoransatzes angeordnet. Während eines Punktschweißprozesses fließt der Schweißstrom, der zwischen den Punktschweißelektroden zugeführt wird, von der Anschlußkante der Elektrodenanordnung zur Elektrodenanordnung selbst durch den Stromkollektoransatz. In dem Fall, wo der Stromsammelansatz und der Leitungsansatz des Stromkollektoransatzes die gleiche Dicke aufweisen und aus Materialien mit der gleichen Widerstandsfähigkeit bestehen, kann die Gesamtdicke des Stromkollektoransatzes erhöht werden oder der Stromkollektoransatz eine Vielzahl von Stromsammelansätzen und Leitungsansätzen aufweisen, und zwar hinsichtlich einer Reduzierung des elektrischen Widerstandes des gesamten Stromkollektoransatzes, wie in Fachkreisen bekannt ist.
Wenn die Gesamtdicke des Stromkollektoransatzes erhöht wird, um dessen elektrischen Widerstand zu reduzieren, wird dann, wenn der Stromkollektoransatz an die Anschlußkante der Elektrodenanordnung geschweißt wird, der Verluststrom, der durch den Stromkollektoransatz fließt, erhöht, wodurch der durch die Verbindung zwischen der Anschlußkante der Elektrodenanordnung und dem Stromkollektoransatz fließende Schweißstrom reduziert wird. Infolgedessen kann die Verbindung nicht wirksam geschweißt werden. Vorzugsweise wird daher die Dicke des Stromkollektoransatzes reduziert, um den Verluststrom zu minimieren, der während des Schweißprozesses fließt. Wenn jedoch der Stromkollektoransatz dünner ausgeführt wird, wird der elektrische Widerstand des Leitungsansatzes, auf dem der Strom konzentriert ist, erhöht.
Wenn der Stromkollektoransatz eine Vielzahl von Stromsammelansätzen aufweist und Leitungsansätze verwendet werden, neigt dann, da sie sukzessive punktgeschweißt werden, die Anschlußkante der Elektrodenanordnung dazu, spröde zu werden, und der Separator wird leicht aufgrund der im Schweißprozeß auf gebrachten Wärme beschädigt. Aufgrund einer erhöhten Anzahl von erforderlichen Schweißschritten nimmt der Schweißprozeß viel Zeit in Anspruch und ist komplex, was in einer Reduzierung in der Produktionsrate resultiert. Infolgedessen ist es unmöglich, den elektrischen Widerstand des Leitungsansatzes und somit des gesamten Stromkollektoransatzes zu reduzieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine alkalische Speicherbatterie zu schaffen, die einen Stromkollektoransatz mit einem reduzierten elektrischen Widerstand einschließt und ein erhöhtes Stoßentladungsvermögen aufzeigt aufgrund eines geringen Innenwiderstands, und die gleichzeitig gestattet, daß Stromkollektoransätze wirksam an eine Elektrodenanordnung ohne eine thermische Beschädigung der Elektrodenanordnung geschweißt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine alkalische Speicherbatterie geschaffen mit einem Gehäuse, das als einer von positiven und negativen Anschlüssen dient, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, einer Elektrodenanordnung, die in dem Gehäuse untergebracht ist, wobei die Elektrodenanordnung eine positive Elektrode und eine negative Elektrode umfaßt, die als spiralförmige Wicklungen mit einem dazwischen angeordneten Separator gewickelt sind, und die positiven und negativen Elektroden gegenüberliegende Anschlußkanten aufweisen, einer Abdichtabdeckung, die in der Öffnung mit einem isolierenden Dichtring dazwischen angebracht ist, wobei die Abdichtabdeckung als der andere Anschluß dient, und einem Paar von Stromkollektoransatzmitteln zum Sammeln eines elektrischen Stroms, wobei das eine der Stromkollektoransatzmittel elektrisch die Anschlußkante einer der positiven und negativen Elektroden mit dem Gehäuse verbindet und das andere Stromkollektoransatzmittel elektrisch die Anschlußkante der anderen der positiven und negativen Elektroden mit der Abdichtabdeckung verbindet. Das andere Stromkollektoransatzmittel umfaßt einen Stromsammelansatz, der an die Anschlußkante der anderen der positiven und negativen Elektroden geschweißt ist, und einen Leitungsansatz, der an die Abdichtabdeckung geschweißt ist. Der Stromsammelansatz und der Leitungsansatz sind aus Materialien hergestellt, die unterschiedliche Widerstandsfähigkeiten aufweisen, wobei die Widerstandsfähigkeit des Materials des Leitungsansatzes kleiner als die Widerstandsfähigkeit des Materials des Stromsammelansatzes ist.
Der Stromsammelansatz und der Leitungsansatz sind mechanisch und elektrisch miteinander verbunden, und zwar durch Schweißen, Hartlöten, durch eine Lappenverbindung (z.B. Miteinanderverbinden durch Biegen eines oder beider Teile), oder durch ein elektrisch leitfähiges Haftmittel.
Der Stromsammelansatz umfaßt eine Stahlplatte, die mit Nickel plattiert ist, und der Leitungsansatz umfaßt eine Nickelplatte.
Bei der obigen Anordnung können der Stromsammelansatz und der Leitungsansatz jeweils leicht an die Anschlußkante der anderen Elektrode und die Abdichtabdeckung geschweißt werden, und zwar ohne eine thermische Beschädigung der Elektrodenanordnung. Der Widerstand des Stromkollektoransatzes wird reduziert für ein verbessertes Stoßentladungsvermögen der Batterie.
Da die Materialien des Stromsammelansatzes und des Leitungsansatzes verschiedene Widerstandsfähigkeiten aufweisen, und die Widerstandsfähigkeit des Leitungsansatzes kleiner ist als die Widerstandsfähigkeit des Stromsammelansatzes, ist insbesondere der Widerstand des Leitungsansatzes, auf dem die elektrischen Lade- und Entladeströme konzentriert sind, reduziert, was in einer Reduzierung im Gesamtwiderstand des Stromkollektoransatzes resultiert. Demgemäß weist die alkalische Speicherbatterie einen niedrigen Innenwiderstand für ein höheres Stoßentladungsvermögen auf.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen durchgeführt wird, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand eines veranschaulichenden Beispiels gezeigt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine longitudinale Querschnittsansicht einer alkalischen Speicherbatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer inneren Struktur der in Figur 1 gezeigten alkalischen Speicherbatterie, die einen oberen Stromkollektoransatz und eine Elektrodenanordnung zeigt, die miteinander verbunden sind,
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die Entladungsvermögen der alkalischen Speicherbatterie der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen alkalischen Speicherbatterie zeigt,
Fig. 4 ist eine longitudinale Querschnittsansicht einer früher vorgeschlagenen alkalischen Speicherbatterie, und
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer inneren Struktur dieser alkalischen Speicherbatterie.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine alkalische Speicherbatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, liegt die alkalische Speicherbatterie vor in Form einer Nikkel-Kadmium-Speicherbatterie mit der nominellen Kapazität von 1,2 Ah. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die alkalische Speicherbatterie einen Stromkollektoransatz auf, der aus einem Stromsammelansatz und einem Leitungsansatz besteht, wobei der Leitungsansatz aus einem Material hergestellt ist, dessen Widerstandsfähigkeit kleiner als diejenige des Materials des Stromsammelansatzes ist.
Die alkalische Speicherbatterie, allgemein durch die Bezugsziffer 1 in den Figuren 1 und 2 bezeichnet, schließt eine Elektrodenanordnung 2 mit einer streifenförmigen positiven Elektrode 3 und einer streifenförmigen negativen Elektrode 4 ein, die als spiralförmige Wicklungen mit einem dazwischen angeordneten Separator 5 gewickelt sind. Die Elektrodenanordnung 2 ist in einem zylindrischen, mit Nickel plattiertem Stahlgehäuse 6 untergebracht, welches sich als der negative Anschluß der Speicherbatterie verdoppelt. Die positive Elektrode 3 weist eine Anschlußkante 7 auf, die von dem einen Ende der Elektrodenanordnung 2 vorsteht, wohingegen die negative Elektrode 4 eine Anschlußkante 8 aufweist, die vom anderen Ende der Elektrodenanordnung 2 vorsteht.
Die alkalische Speicherbatterie weist einen oberen Stromkollektoransatz 9 auf, der mit der Anschlußkante 7 der positiven Elektrode 3 verbunden ist. Der obere Stromkollektoransatz 9 umfaßt einen kreisförmigen Stromsammelansatz 10, der an die Anschlußkante 7 der positiven Elektrode 3 widerstandsgeschweißt ist, und einen rechtwinkligen Leitungsansatz 11, der mechanisch und elektrisch mit dem Stromsammelansatz 10 durch Punktschweißen, Hartlöten, eine Lappenverbindung oder ein elektrisch leitfähiges Haftmittel verbunden ist. Der kreisförmige Stromsammelansatz 10 liegt in Form einer Stahlplatte vor, die mit Nickel plattiert ist und eine Dicke von 0,2 mm aufweist. Der Leitungsansatz 11 liegt in Form einer Nickelplatte vor. Daher ist die Widerstandsfähigkeit des Leitungsansatzes 11 kleiner als die Widerstandsfähigkeit des Stromsammelansatzes 10.
Figur 2 zeigt die Elektrodenanordnung 2 und den oberen Stromkollektoransatz 9, bevor sie im Gehäuse 6 angeordnet sind. Wenn die Elektrodenanordnung 2 und der obere Stromkollektoransatz 9 im Gehäuse 6 positioniert sind, ist das distale Ende des Leitungsansatzes 11 verformt und an eine Abdichtabdeckung 12 des Gehäuses 6 punktgeschweißt, wobei sich die Abdichtabdeckung 12 als der positive Anschluß der Speicherbatterie 1 verdoppelt. Die Abdichtabdeckung 12 ist in einer Endöffnung des Gehäuses 6 mit einem isolierenden Dichtring 13 dazwischen angebracht.
Die Anschlußkante 8 ist mit einem unteren Stromkollektoransatz 14 verbunden, der einen kreisförmigen Sammelansatz 15, der an die Anschlußkante 8 punktgeschweißt ist, und einen zungenförmigen Leitungsansatz 16 umfaßt, der am Zentrum des kreisförmigen Sammelansatzes 15 befestigt ist. Der Leitungsansatz 16 ist an die innere Oberfläche des Bodens 17 des Gehäuses 6 am Zentrum des kreisförmigen Sammelansatzes 14 punktgeschweißt.
Die so aufgebaute Speicherbatterie wird als eine Speicherbatterie A bezeichnet. Ein vom Stromsammelansatz 10 des Stromkollektoransatzes 9 gelieferter elektrischer Strom fließt zu der Abdichtabdeckung 12 durch den Leitungsansatz 11, der mit dem Stromsammelansatz 10 verbunden ist. Gemäß der Speicherbatterie A ist die Dichte des Stroms, der durch den Nickel-Leitungsansatz 11 fließt, auf die Hälfte der Dichte des durch einen herkömmlichen mit Nickel plattierten Stahl-Leitungsansatz fließenden Stroms reduziert, und der elektrische Widerstand des Stromkollektoransatzes 9 ist beträchtlich reduziert. Der Innenwiderstand der Speicherbatterie A ist etwa 30 % kleiner als der Innenwiderstand einer herkömmlichen Nickel-Kadmium-Speicherbatterie.
Figur 3 zeigt die Entladespannungen der Speicherbatterie A gemäß der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen Speicherbatterie B, wobei die Entladespannungen gegen die Zeit aufgetragen wurden, nachdem die Speicherbatterien vollständig aufgeladen und dann mit einem von den Speicherbatterien fließenden elektrischen Strom von 20A entladen worden sind. Es ist aus Figur 3 zu erkennen, daß die Speicherbatterie A mit dem reduzierten Innenwiderstand ein höheres Stoßentladungsvermögen und eine höhere Entladespannung als die herkömmliche Speicherbatterie B aufzeigt.
Da der elektrische Widerstand des Stromkollektoransatzes reduziert ist, weist bei der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, die alkalische Speicherbatterie ein höheres Stoßentladungsvermögen auf, d.h. sie kann eine höhere Entladespannung auf eine Stoßentladung hin beibehalten.
Obwohl eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben worden ist, können selbstverständlich viele Änderungen und Modifizierungen darin durchgeführt werden, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Eine alkalische Speicherbatterie mit:

einem Gehäuse, das als einer von positiven und negativen Anschlüssen dient, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist;

einer Elektrodenanordnung, die in dem Gehäuse untergebracht ist, wobei die Elektrodenanordnung eine positive Elektrode und eine negative Elektrode umfaßt, die als spiralförmige Wicklungen mit einem dazwischen angeordneten Separator gewickelt sind, und die positiven und negativen Elektroden gegenüberliegende Anschlußkanten aufweisen;

einer Abdichtabdeckung, die in der Öffnung mit einem isolierenden Dichtring dazwischen angebracht ist, wobei die Abdichtabdeckung als der andere Anschluß dient;

einem Paar von Stromkollektoransatzmitteln zum Sammeln eines elektrischen Stroms, wobei das eine der Stromkollektoransatzmittel elektrisch die Anschlußkante einer der positiven und negativen Elektroden mit dem Gehäuse verbindet und das andere Stromkollektoransatzmittel elektrisch die Anschlußkante der anderen der positiven und negativen Elektroden mit der Abdichtabdeckung verbindet;

wobei das andere Stromkollektoransatzmittel einen Stromsammelansatz, der an die Anschlußkante der anderen der positiven und negativen Elektroden geschweißt ist, und einen Leitungsansatz umfaßt, der an die Abdichtabdeckung geschweißt ist; und

der Stromsammelansatz und der Leitungsansatz aus Materialien hergestellt sind, die unterschiedliche Widerstandsfähigkeiten aufweisen, wobei die Widerstandsfähigkeit des Materials des Leitungsansatzes kleiner als die Widerstandsfähigkeit des Materials des Stromsammelansatzes ist.

2. Eine alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 1, worin der Stromsammelansatz und der Leitungsansatz mechanisch und elektrisch miteinander durch Schweißen verbunden sind.

3. Eine alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 1, worin der Stromsammelansatz und der Leitungsansatz mechanisch und elektrisch miteinander durch Hartlöten verbunden sind.

4. Eine alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 1, worin der Stromsammelansatz und der Leitungsansatz mechanisch und elektrisch miteinander durch eine Lappenverbindung verbunden sind.

5. Eine alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 1, worin der Stromsammelansatz und der Leitungsansatz mechanisch und elektrisch miteinander durch ein elektrisch leitfähiges Haftmittel verbunden sind.

6. Eine alkalische Speicherbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Stromsammelansatz eine Stahlplatte umfaßt, die mit Nickel plattiert ist, und der Leitungsansatz eine Nickelplatte umfaßt.