專利名稱：具有集電板和電極組件的蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及蓄電池，特別是涉及用于蓄電池的集電板，該集電板在蓄電池的制造過程中可以提高焊接效率。
背景技術(shù)：
根據(jù)蓄電池的用途或功率容量，蓄電池可以分類為低功率蓄電池(以下稱“小蓄電池”)和大尺寸蓄電池(以下稱“大蓄電池”)，前者由一個蓄電池組單元電池制造成蓄電池組，而后者由幾個或幾十個蓄電池組單元電池連接形成組件。
小蓄電池用作便攜式電話、膝上型計算機和可攜式攝像機等便攜式裝置的電源。大蓄電池適用于電動車等電動機驅(qū)動裝置。
通常由一個電池制成的小蓄電池為方形或圓柱形。小蓄電池組括電極部件(蛋卷)，其中正極板、負極板和置于正負極板之間作為絕緣體的隔板成螺旋形地卷繞在一起。電極部件被插入到圓柱形外殼內(nèi)側(cè)以形成蓄電池。
鉛端子，即集電正負電極產(chǎn)生的電流的導(dǎo)電接頭，粘貼在正負極板上。導(dǎo)電接頭焊接固定在電極部件上，以將電流從正負電極導(dǎo)向到正負端子上。
在上述結(jié)構(gòu)的小蓄電池應(yīng)用到大蓄電池上時，從容量和功率的角度上可能無法滿足大蓄電池的動態(tài)動力學(xué)要求。為此，在公開的日本專利公布No.2003-7346中提供包括多接頭結(jié)構(gòu)的蓄電池，其中多個接頭連接到電極部件。該蓄電池具有多個沿電極的一個方向形成的接頭，而且接頭被固定到與外部端子相連接的內(nèi)部端子上。
具有上述結(jié)構(gòu)的蓄電池的接頭可以與集電板整體形成，也可以分別形成并焊接成集電板。
但是，當(dāng)接頭與集電板整體形成時，會浪費用于集電板的材料，并且蓄電池可能會無法滿足大蓄電池所需要的功率特性。另外，當(dāng)分別形成接頭時則需要很多的勞動力。
當(dāng)焊接接頭時，從接頭產(chǎn)生的熱量會影響到電板部件。為了減少這種影響，接頭可能要有相對較長的長度。但是，較長的接頭在蓄電池內(nèi)側(cè)占有很大的空間，從而降低單位體積的能量密度。
另外，混合動力車使用的大蓄電池組單元由于其使用特點需要高的動態(tài)動力學(xué)性能。因此，接頭還需要設(shè)計成能夠減小電流集電過程中產(chǎn)生的電阻因素。但是，由于上述蓄電池通過小塊面積的接頭集電電流，所以會有電阻增加的問題，因而減小了集電效率.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種增加蓄電池焊接效率和集電效率的蓄電池。該蓄電池還具有較高的瞬時功率，因而可以應(yīng)用到例如混合動力車等需要大尺寸蓄電池的工業(yè)領(lǐng)域中。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，蓄電池包括外殼；包含正電極和負電極和置于兩個電極之間的隔板的電極部件，該電極部件安裝在外殼中；固定到該外殼上以密封該外殼的蓋部件；和包含弧形接觸部分以電連接到正負電極之一的集電板。
正負電極可以具有沿其邊緣的無活性材料的非鍍層區(qū)域，而且接觸部分可以接觸并固定到非鍍層區(qū)域。
在一個典型實施例中，非鍍層區(qū)域彼此相對地形成在正負電極上，并且非鍍層區(qū)域分別電連接到正負極集電板。至少一個集電板具有通過沿接觸部分切下板的一部分而形成的注入部分。
可選地，集電板可以具有兩個或更多個接觸部分，接觸部分相對于集電板的中心均勻地布置。
接觸部分可以由中心向外形成為螺旋形狀，而且注入部分也可以由中心向外形成為螺旋形狀，并布置在接觸部分之間。
蓄電池可以為圓柱形或六面體形。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，用于蓄電池的電極組件包括由正電極和負電極相對于置于這兩個電極之間的隔板卷繞而形成的電極部件；和集電板，該集電板包括電連接到正負電極之一的弧形接觸部分。
電極可以具有沿其邊緣的無活性材料的非鍍層區(qū)域，而且接觸部分可以接觸并固定到非鍍層區(qū)域。
還有，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，用于蓄電池的集電板包括極板；從該極板突出的接觸部分，該接觸部分具有弧形形狀；和通過沿接觸部分切下該極板的一部分而形成的注入部分。


圖1為根據(jù)本發(fā)明典型實施例的蓄電池的橫截面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明典型實施例的電極部件的透視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明典型實施例的電極組件的分解透視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明典型實施例的正極集電板的透視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的正極集電板的透視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，正極非鍍層區(qū)域和正極集電板的接觸結(jié)構(gòu)的局部放大橫截面圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的負極集電板的透視圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的蓄電池的橫截面圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的蓄電池集電板的透視圖。
具體實施例方式
如圖1和2所示，本實施例的蓄電池包括具有開口的圓柱形或六面體形外殼11，安裝在該外殼中并通過卷繞正極集電板221而形成的電極組件20，負極集電板231和置于集電板之間的絕緣材料的隔板21，以及通過墊圈32密封外殼11開口的蓋部件30。
外殼11由鋁、鋁合金或鍍鎳鋼等導(dǎo)電材料制成。外殼的形狀可以是具有能夠容納電極組件20的空間的任何形狀，例如圓柱形。
電極組件20具有電極部件25(圖2)和集電板，該電集部件由正電極23、負電極22和置于正負電極之間的隔板21卷繞而成，該集電板選擇性地連接到沿著電極部件25的邊緣(圖中正負極集電板的上下部分)形成的非鍍層區(qū)域22b、23b。以下將參照附圖對電極組件20進行詳細說明。
圖1表示安裝在圓柱形外殼11中蛋卷結(jié)構(gòu)的典型電極組件20。但是本發(fā)明并不局限于這種形狀或結(jié)構(gòu)。
蓋部件30包括具有外端子31a的蓋板31和使蓋板31絕緣于外殼11的墊圈32。蓋部件30還可以包括具有安全通氣孔(未示出)的通氣板33，該安全通氣孔具有用于承受內(nèi)部壓力的空間，并且該安全通氣孔在指定壓力下可能會破裂以釋放氣體，從而防止蓄電池爆炸。該安全通氣孔并不限制于形成在通氣板33上的這種類型，還可以改變成各種結(jié)構(gòu)，只要其能夠在指定的壓力水平下切斷電極組件20和外端子31a之間的電連接即可。
具有上述結(jié)構(gòu)的蓋部件30通過鉛線60連接到本發(fā)明實施例中的電極組件20。
以下介紹根據(jù)本發(fā)明典型實施例的電極組件。圖2為根據(jù)本發(fā)明典型實施例的形成電極組件一部分的電極部件的分解透視圖。
在典型實施例中，電極部件25由正電極23、負電極22和置于正負電極之間的隔板21卷繞而成。正電極23和負電極22長度方向上沿其一個邊緣具有非鍍層區(qū)域23b、22b。
正電極23和負電極22通過分別在對應(yīng)集電板231、221上鍍有正負活性材料23a、22a形成，并且卷繞成蛋卷結(jié)構(gòu)以形成電極部件25。
電極部件25可以在其中心具有卷繞芯(未示出)，以方便板23、22的卷繞并保持形狀。
正電極23和負電極22沿集電板231、221的長度方向邊緣分別具有非鍍層區(qū)域23b和22b。正負非鍍層區(qū)域22b和23b在電極部件25的相對兩端。
當(dāng)卷繞正負電極23、22時，布置非鍍層區(qū)域23b和22b以使得正極非鍍層區(qū)域23b位于電極部件25之上(沿蓋部件30的方向)，而且負極非鍍層區(qū)域22b位于電極部件之下(沿背離蓋部件的方向)。因此，在整體形狀上，正極非鍍層區(qū)域23b突出在電極部件25上面，而且負極非鍍層區(qū)域22b突出在電極部件25下面。
如圖3所示，正極集電板70布置在電極部件25上面，對著正極非鍍層區(qū)域23b，而且負極集電板50布置在電極部件25下面，對著負極非鍍層區(qū)域22b。這兩個正負極集電板70、50焊接固定到電極部元件25，從而形成電極組件20。
位于電極部件25上面的正極集電板70電連接到蓋部件30，以形成蓄電池的陰極。位于電極部件25下面的負極集電板50電連接到外殼11，以形成蓄電池的陽極。
參照圖4-7，以下將詳細介紹本發(fā)明的典型集電板。圖4為根據(jù)本發(fā)明典型實施例的正極集電板70的圖。
如該圖所示，正極集電板70包括極板71、從中心向外以螺旋形伸出的接觸部分73和通過切下接觸部分之間極板71的一部分而形成的注入部分75。
接觸部分73可以為狹縫形狀，并且該接觸部分的突出部分朝著電極部件的正電極23的非鍍層區(qū)域23b。接觸部分73的底面為平面，以便于非鍍層區(qū)域23b的激光焊接。
極板71的形狀不限于如圖4所示的盤形，可以是諸如三角形或正方形等多邊形形狀。
接觸部分73可以由盤形極板71卷邊加工而成，在一個典型實施例中，該接觸部分具有從極板71中心開始到外邊緣結(jié)束的螺旋形結(jié)構(gòu)。
具有這樣結(jié)構(gòu)的接觸部分73能夠增加集電板70和正電極23的非鍍層區(qū)域23b之間的接觸面積，從而減小兩個構(gòu)件70和23之間的接觸阻抗，并且得到比常規(guī)接頭結(jié)構(gòu)更高的電流集電效率。
在接觸部分73之間，可以形成注入部分75以注入電解液。注入部分75是在極板71的頂端和底端部分之間延伸的開口，并具有從極板71中心開始到外邊緣結(jié)束的螺旋形結(jié)構(gòu)。
所以，可以形成提供電解液到電極部件的通道，能夠使電解液均勻地供應(yīng)到電極部件中包括中間和外部等所有的部分。
集電板70布置在電極部件之上，以便接觸正電極23的非鍍層區(qū)域23b。這樣，通過激光焊接集電板到非鍍層區(qū)域，使得集電板70電連接到非鍍層區(qū)域23b(圖6)。
可選地，集電板70可以具有如圖5所示的形狀，其中集電板具有至少兩個相對于極板71的中心均勻地布置的注入部分75。圖5表示典型集電70’，其具有四個接觸部分73和在接觸部分73之間形成的注入部分75。
正極集電板70、70’的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用到如圖7所示的負極集電板50上。即，接觸部分53可以由極板51卷邊加工而成，并對著負電極22的非鍍層區(qū)域22b。在如圖7所示的實施例中，接觸部分53具有從中心開始到外邊緣結(jié)束的螺旋形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與正極集電板70的結(jié)構(gòu)相同。
通過沿接觸部分53激光焊接非鍍層區(qū)域22b，可以使負極集電板50固定到負電極22的非鍍層區(qū)域22b。
電極組件20可以通過將集電板70、50分別固定到電極部件的上下部位而形成。這樣，電極組件20可以安裝在外殼11中，并且正極集電板70朝向蓋部件30。另外，連接到負電極22的負極集電板50接觸外殼11的底面，并通過電阻焊接固定在該底面上。
用于焊接的桿(未示出)可以通過正極集電板70上形成的中心孔77(圖4)插入到外殼11中，以將負極集電板50固定在外殼上。由此，外殼11形成蓄電池的陽極。
可選地，非鍍層區(qū)域22b可以無需負極集電板50而直接接觸于外殼11，以形成蓄電池的陽極。
一旦形成陰極，電解液通過正極集電板70的注入部分75供應(yīng)到外殼11的內(nèi)部。另外，正極集電板70電連接到正電極23，而該電極又通過鉛線60電連接到蓋部件30。蓋部件30由此形成蓄電池的陰極。
將集電板50、70焊接到電極部件25各自的非鍍層區(qū)域22b、23b的工藝，可以按如下進行在一個實施例中，激光焊接機在螺旋結(jié)構(gòu)中沿集電板50、70中形成的接觸部分53、73移動，以將非鍍層區(qū)域22b、23b焊接到相應(yīng)的集電板上。在另一個實施例中，激光焊接機以恒定速度直線移動，使得各自組合的集電板50、70和電極部件25旋轉(zhuǎn)。由此激光束沿著對應(yīng)集電板50、70中形成的接觸部分53、73移動，并將非鍍層區(qū)域22b、23b焊接到集電板上。
另外，圖8和9表示具有六面體形狀外殼的蓄電池的例子。
如這兩圖所示，蓄電池包括具有開口的六面體形狀的外殼111，由正電極121、負電極123和置于正負電極121、123之間的隔板122卷繞而成的電極組件120，和密封外殼111開口的蓋部件130。
外殼111由鋁、鋁合金或鍍鎳鋼等導(dǎo)電材料制成。外殼111可以是具有能夠容納電極組件120的空間的任意形狀，如正方形。
電極組件120具有由正電極121、負電極123和置于這些電極之間的隔板122卷繞而成的電極部件，和選擇性地連接到沿電極元件邊緣形成的非鍍層區(qū)域121a、123b的集電板200、210。以下將詳細介紹電極組件120。
蓋部件130包括具有外端子131a、131a’的蓋板131，和使蓋板131絕緣于外端子的墊圈132、132’。
端子131a、131a’通過螺母133，133’緊固到形成在外圓周中的對應(yīng)螺桿上，并且分別電連接到外殼111內(nèi)部的集電板200、210上。
如圖9中的實施例所示，正極集電板200包括具有對應(yīng)于六面體形狀電極部件的橢圓形狀的極板201、從中心向外成螺旋形突出的接觸部分202和通過在接觸部分之間切下極板201的一部分而形成的注入部分203。橢圓形實施例類似于如圖3所示的實施例。接觸部分202可以為類似于圖4中實施例的狹縫，并且接觸部分的突出部分朝向電極部件正電極121的非鍍層區(qū)域121a。接觸部分202的底面為平面，以易于將接觸部分激光焊接到非鍍層區(qū)域121b。
接觸部分202可以由極板201卷邊加工而成，在一個典型實施例中，該接觸部分具有從極板201中心開始到外邊緣結(jié)束的螺旋形結(jié)構(gòu)。
具有這樣結(jié)構(gòu)的接觸部分202，能夠增加集電板201和正電極121的非鍍層區(qū)域121b之間的接觸面積，從而減小這兩個構(gòu)件之間的接觸阻抗，并且得到比常規(guī)接頭結(jié)構(gòu)更高的電流集電效率。
在接觸部分202之間形成注入部分203以允許電解液的注入。注入部分203是在延伸通過極板201的頂端和底端部分的開口。注入部分203具有從極板201的中心開始到外邊緣結(jié)束的螺旋形結(jié)構(gòu)。由此形成向電極部件提供電解液的通道，使得電解液均勻地供應(yīng)到電極部件的中心和外部。
根據(jù)本發(fā)明的典型實施例，由于增加了集電板和非鍍層區(qū)域之間的接觸面積，從而減小了這兩個構(gòu)件之間的接觸阻抗，并且提高了電流集電效率。另外，在制造過程中可以進行精確地焊接。
還有，因為本發(fā)明能夠滿足大尺寸蓄電池的動態(tài)動力學(xué)需求，所以能夠有效地完成集電板和電極部件之間的固定。由此，解決了以往技術(shù)中存在的問題，使得蓄電池能夠在短時間內(nèi)充放電。
盡管以上只對本發(fā)明的幾個典型實施例進行了圖示和說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本實施例可以有各種變體，而并沒有脫離本發(fā)明的原理和思路，其范圍由權(quán)利要求及其等價替換所規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池，包括外殼；電極部件，其包括正電極、負電極和置于正電極與負電極之間的隔板，該電極部件安裝在該外殼中；固定到該外殼上以密封該外殼的蓋部件；和至少一個集電板，其包括至少一個弧形接觸部分，用來將該至少一個集電板電連接到正負電極之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的蓄電池，其中正電極和負電極中的至少一個電極具有沿其邊緣的無活性材料的非鍍層區(qū)域，并且該至少一個弧形接觸部分接觸并固定到該非鍍層區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的蓄電池，其中正電極和負電極的每個電極具有沿其邊緣的無活性材料的非鍍層區(qū)域；其中第一集電板電連接到正電極的非鍍層區(qū)域；和其中第二集電板電連接到負電極的非鍍層區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的蓄電池，其中所述至少一個集電板具有注入部分，該注入部分通過切下相鄰所述至少一個弧形接觸部分的集電板的一部分而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的蓄電池，其中具有兩個或更多個弧形接觸部分，所述接觸部分相對于所述至少一個集電板的中心均勻地布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的蓄電池，其中所述至少一個弧形接觸部分由中心向外形成為螺旋形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的蓄電池，其中所述注入部分由中心向外形成為螺旋形狀，其中注入部分布置在至少兩個弧形接觸部分之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的蓄電池，其中所述至少一個弧形接觸部分是狹縫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的蓄電池，其中所述外殼為圓柱形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的蓄電池，其中所述外殼為六面體形。
11.一種用于蓄電池的電極組件，包括由正電極和負電極相對于置于該正電極和負電極之間的隔板卷繞形成的電極部件；和至少一個集電板，其包括至少一個弧形接觸部分，用來將所述至少一個集電板電連接到正電極和負電極之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的用于蓄電池的電極組件，其中正電極和負電極中的至少一個電極具有沿其邊緣的非活性材料的無鍍層區(qū)域，而且該至少一個接觸部分接觸并固定到該無鍍層區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的用于蓄電池的電極組件，其中正電極和負電極中的每個電極具有沿其邊緣的非活性材料的無鍍層區(qū)域；其中正電極的無鍍層區(qū)域相對負電極的無鍍層區(qū)域布置；其中正極集電板電連接到正電極的非鍍層區(qū)域；和其中負極集電板電連接到負電極的非鍍層區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的用于蓄電池的電極組件，其中所述至少一個集電板在相鄰接觸部分的集電板的一部分處具有注入部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的用于蓄電池的電極組件，其中所述至少一個集電板的至少一個弧形接觸部分按與電極部件的卷繞方向相同的方向形成。
16.一種用于蓄電池的集電板，包括極板；從該極板上伸出的至少一個弧形接觸部分；和沿所述至少一個弧形接觸部分切下該極板的一部分而形成的注入部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的用于蓄電池的集電板，其中具有兩個相對于該極板的中心均勻地布置的弧形接觸部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的用于蓄電池的集電板，其中所述至少一個弧形接觸部分由中心向外形成為螺旋形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的用于蓄電池的集電板，其中所述注入部分從該中心向外形成為螺旋形狀，并布置在所述至少一個弧形接觸部分之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的用于蓄電池的集電板，其中所述至少一個弧形接觸部分形成為狹縫形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蓄電池。電極部件安裝在外殼中。該電極部件由正電極和負電極相對于置于該正負電極之間的隔板卷繞而形成。蓋部件固定到該外殼上，以密封該外殼并向端子提供電流。沿正電極或負電極的長度方向的邊緣形成無鍍層區(qū)域。在該無鍍層區(qū)域上沒有鍍活性材料。集電板包括電連接到該無鍍層區(qū)域的弧形的接觸部分。
文檔編號H01M2/22GK1694287SQ20051006836
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月4日
發(fā)明者全相垠, 金基昊 申請人:三星Sdi株式會社