專利名稱：堿性二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電池領(lǐng)域，尤其是關(guān)于一種能實(shí)現(xiàn)大電流充放電和高放電容量的堿性二次電池。
背景技術(shù)：
隨著各種便攜式電器產(chǎn)品及電動(dòng)工具的廣泛使用，人們對(duì)作為上述器件備用電源的二次電池的性能要求越來越高。特別是對(duì)于工具電池，要求其具有良好的大電流充放電性能及較高的大電流放電容量。
為了提高工具電池的大電流性能，通過對(duì)電極進(jìn)行端面焊接這一方法被越來越多地采用。在對(duì)電極進(jìn)行端面焊接時(shí)，集電器的形狀及結(jié)構(gòu)對(duì)電池的放電性能有著較大影響。目前一般是在集電器上穿孔或開口，使其形成均勻的毛刺，從而有利于集電器與極片相接觸及焊接。專利號(hào)為ZL98105286.X、公告日為2004年11月17日、發(fā)明名稱為“圓柱形蓄電池”的中國專利提出了一種集電器結(jié)構(gòu)，該集電器是以徑向方式裝有多個(gè)開口部件并從中心附近延伸到其外周邊緣，開口邊緣形成的突出部件與電極端子邊緣咬合并焊接。此種結(jié)構(gòu)有效地提高了電池的充放電速度，但由于它要保證集電器本身的強(qiáng)度，開口部位不能靠近中心太近，這就使得渦卷狀電極端子的最內(nèi)圈得不到焊接，影響端面的集電效果。更為重要的是，為使電極與電池密封外殼頂部的帽型端子相連接導(dǎo)通，必須有一連接件，這樣就增加了電池的內(nèi)部接觸電阻，影響其大電流性能。
請(qǐng)參閱圖1至圖4，專利號(hào)為ZL 03224363.4、公告日為2004年2月25日、名稱為“堿性二次電池”的中國專利提及一種連接有極耳和具有非對(duì)稱翻邊肋結(jié)構(gòu)的正、負(fù)極集電器8、9，它利用連接極耳81和集電器主體80的整體化，可有效地降低電池的內(nèi)部接觸電阻。另外，集電器主體的部分翻邊肋801靠近孔心，其翻邊肋可與渦卷狀電極組件最內(nèi)側(cè)圓周彼此咬合焊接，這將極大地改善端面的匯流效果，從而獲得了較佳的大電流充放電性能。
但是，由于上述翻邊肋結(jié)構(gòu)的集電器在形成肋的過程中，必須將集電器上的一部分開口，否則無法形成翻邊肋結(jié)構(gòu)。開口的部分使集電器匯集電極電流后，必須通過一個(gè)比較曲折的路徑和中心孔附近狹窄的2a區(qū)域后，才能到達(dá)連接極耳而形成通路，最遠(yuǎn)端的開口部分電流的流經(jīng)路徑如圖2中的箭頭所示。當(dāng)電池需要承受較大電流工作時(shí)，使得電流通過集電器表面時(shí)產(chǎn)生的IR電壓降較大，集電器也不就能獲得充分的集流效果。特別是在焊接翻邊肋與電極端面時(shí)，為獲得良好的焊接牢固性，采用的電流較大，中心孔附近狹窄的2a區(qū)域容易出現(xiàn)被熔斷的現(xiàn)象，尤其是開口比較靠近中心孔的2a區(qū)域更容易在焊接中被熔斷，電流通過集電器表面時(shí)產(chǎn)生的IR電壓降將會(huì)更大，其集流效果也將會(huì)變得更差。
其次，上述集電器的翻邊肋在電池正負(fù)極端面的焊接過程中，焊接電流分為2個(gè)通路，相當(dāng)于一個(gè)并聯(lián)電路。一部分流經(jīng)集電器主體表面，屬無效電流，無助于焊接；另一部分流經(jīng)集電器的翻邊肋和渦卷狀的正負(fù)極端面，此通路電流的大小將直接決定焊接的質(zhì)量，屬有效電流。根據(jù)歐姆定律R＝ρL/S可知有效通路的電阻要大于無效通路的電阻，再根據(jù)并聯(lián)電路原理I＝V/R可知，有效電流要小于無效電流。經(jīng)過測試可知，目前焊接電流的利用率基本上不超過40％，焊接電流利用率低，則要求焊接電極需提供較大的電流才能滿足焊接的牢固性。然而焊接電流過大，將很容易產(chǎn)生炸火、虛焊、集電器主體狹窄部分被熔斷等問題，非常不利于焊接質(zhì)量水平的穩(wěn)定性。同時(shí)造成翻邊肋與電極端面接觸電阻大，集電器的電阻也增大，從而增大了電池的內(nèi)阻，嚴(yán)重影響電池的大電流性能。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種內(nèi)阻低，電流分布均勻，具有優(yōu)良的大電流充放電性能及較高的放電容量的堿性二次電池。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該堿性二次電池包括電極板組件及集電器，該電極板組件包括正、負(fù)電極板，正電極板具有正極端子，負(fù)電極板具有負(fù)極端子，該正、負(fù)極端子中至少之一固接有集電器，該集電器中包括第一、第二部分，第一部分包括分離設(shè)置的多個(gè)集電板，各個(gè)集電板圍合出一個(gè)中心孔，且各集電板沿該中心孔的徑向呈放射狀分布，各集電板徑向的兩邊緣均同向彎折有突出部，該突出部與所述端子的邊緣交叉并通過多個(gè)部位焊接，第一部分的各集電板均附著于第二部分上并通過焊接而與第二部分相接合。
所述的第二部分包括主體部及與其一體連接的極耳部，該主體部與第一部分相接合。
所述的負(fù)極集電器的極耳部為自主體部的中央位置延伸的凸臺(tái)。
所述的第二部分的主體部的外周邊緣上分布有定位缺口。
所述的第一部分的各集電板為扇形或三角形。
所述的第一部分的集電板的數(shù)目為3-24個(gè)。
所述的電極板組件和集電器置于外殼中并通過帽型端子密封，正極端子與該帽型端子導(dǎo)接，負(fù)極端子與該外殼導(dǎo)接。
所述的正、負(fù)極端子均固接有集電器，與正極端子固接的集電器與帽型端子焊接一體，與負(fù)極端子固接的集電器與外殼焊接一體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1)集電器的第二部分通過焊接與第一部分形成整體，這樣相當(dāng)于2個(gè)內(nèi)部電阻并聯(lián)在一起形成了一個(gè)并聯(lián)電路。設(shè)定第一部分電阻為R1，第二部分電阻為R2，總電阻為R，當(dāng)集電器在匯集電極電流后，電流可以在集電器的第二部分獲得短而寬的通路直接到達(dá)極耳部，根據(jù)歐姆定律R＝ρL/S可知R2＜R1，所以大部分電流將會(huì)從R2通過，即使集電器的第一部分在焊接過程中2a區(qū)域被熔斷，影響也很小。又根據(jù)并聯(lián)電路原理1/R＝1/R1+1/R2，我們可知，并聯(lián)電路的總電阻R＜R2＜R1。這樣就可以在最大程度上降低電流通過集電器表面時(shí)產(chǎn)生的IR電壓降，進(jìn)一步減小了電池的內(nèi)阻，提高了電池的大電流充放電性能；2)由于將集電器的第一部分設(shè)計(jì)成若干個(gè)具有突出部的集電板，集電板之間沒有連通。因此，在集電器的突出部和電池正、負(fù)極端子的邊緣的焊接過程中，焊接電流只有唯一一條通路，所有電流均屬于有效電流，利用率近100％，這樣的焊接方式將較容易達(dá)到焊接牢固的效果，同時(shí)可以降低焊接電流，減少虛焊、炸火等現(xiàn)象，有利于降低接觸內(nèi)阻，有利于提高焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，有利于提高電池質(zhì)量水平的一致性；3)由于所有的集電板均分開制作，其突出部的長度、高度以及間距的設(shè)計(jì)不會(huì)像整體式集電器那樣受到強(qiáng)度的制約，故每個(gè)集電板的突出部均可與渦卷狀電極組件最內(nèi)側(cè)圓周彼此咬合焊接。而且目前的整體式集電器突出部的個(gè)數(shù)只有8-12個(gè)，相當(dāng)于4-6個(gè)扇形金屬板，因受到強(qiáng)度的制約，其個(gè)數(shù)很難再得到突破，從而成為改善電池大電流充放電性能的瓶頸。在本實(shí)用新型中，因集電器是分體式的，不會(huì)受到強(qiáng)度等條件的制約，以SC電池為例，至少可以制作8-12個(gè)扇形金屬板，即擁有16-24個(gè)翻邊肋，是目前集電器的2-3倍，其翻邊肋與電極端面的焊接點(diǎn)也相應(yīng)翻倍地增加，這將會(huì)大大改善電池內(nèi)電極電流分布的均勻性，提高了電池大電流充放電性能及放電容量。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)電池中采用的正極集電器展平狀態(tài)的俯視圖。
圖2是圖1沿A-A方向的剖視圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)電池采用的負(fù)極集電器展平狀態(tài)的俯視圖。
圖4是圖3沿B-B方向的剖視圖。
圖5是本實(shí)用新型堿性二次電池局部剖視圖。
圖6是本實(shí)用新型采用的正、負(fù)極集電器的第一部分的俯視圖。
圖7是本實(shí)用新型采用的正極集電器的第二部分展平狀態(tài)的俯視圖。
圖8是本實(shí)用新型的正極集電器的第一、第二部分組合后的展平狀態(tài)的俯視圖。
圖9是圖8沿C-C方向的剖視圖。
圖10是本實(shí)用新型采用的負(fù)極集電器的第二部分展平狀態(tài)的俯視圖。
圖11是本實(shí)用新型采用的負(fù)極集電器的第二部分展平狀態(tài)的后視圖。
圖12本實(shí)用新型的負(fù)極集電器的第一、第二部分組合后的展平狀態(tài)的俯視圖。
圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例電池焊接效果俯視示意圖。
圖14為比較例電池焊接效果俯視示意圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱5至圖12，本實(shí)用新型堿性二次電池包括電極板組件及集電器，該集電器及電極板組件均置于電池外殼6中并通過帽型端子1密封。該電極板組件為渦卷狀，其包括渦卷狀的正電極板3、負(fù)電極板5及隔膜4，隔膜4分隔該正、負(fù)電極板3、5。正電極板3設(shè)有正極端子31，且該正極端子向上伸出；負(fù)電極板5設(shè)有負(fù)極端子，且該負(fù)極端子向下伸出。集電器2包括正極集電器和負(fù)極集電器，其分別焊接于正、負(fù)極端子的邊緣。該集電器2包括薄板狀的第一部分21和第二部分22，該第一部分21由若干分離設(shè)置的集電板211組成，各個(gè)集電板211之間相互斷開且各集電板211圍合出一個(gè)中心孔212，各個(gè)集電板211即沿該中心孔212的徑向呈放射狀分布。各個(gè)集電板214均包括基體213及自該基體213徑向的兩側(cè)緣同向彎折的肋型突出部214，該兩突出部214均與基體213的表面大致垂直。該突出部214與正、負(fù)電極板3、5的端子的邊緣彼此交叉鑲嵌咬合，并在該突出部214和端子邊緣的多個(gè)部位進(jìn)行焊接。第二部分22包括主體部221和極耳部222，該主體部221的輪廓與第一部分21基本一致，該正、負(fù)極集電器的極耳部222分別與電池的正、負(fù)極導(dǎo)接。當(dāng)?shù)谝徊糠?1與電極板的端子邊緣焊接后，再將第二部分與第一部分相重合，并通過焊接使第一、第二部分相接合，從而起到輔助集流和降低內(nèi)阻的作用。該集電器的結(jié)構(gòu)可僅應(yīng)用于正極集電器，而負(fù)極集電器采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)；該集電器的結(jié)構(gòu)也可僅應(yīng)用于負(fù)極集電器，而正極集電器采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)；或者該結(jié)構(gòu)同時(shí)應(yīng)用于正、負(fù)極集電器。
現(xiàn)以一標(biāo)稱容量為3000mAh的Sc型鎳氫二次電池A為例進(jìn)行說明，該電池的具體結(jié)構(gòu)及制作過程如下制作尺寸(長度*寬度*厚度)為265mm*35mm*0.55mm的鎳正電極板3與315mm*35mm*0.35mm尺寸的貯氫合金負(fù)電極板5。正、負(fù)電極板3、5在長度方向上的邊緣裝有裸露的鎳片部件31(即所述的正、負(fù)極端子)，在正、負(fù)電極板3、5之間采用改性PP隔膜4隔開，正、負(fù)電極板3、5在寬度方向上錯(cuò)開，并使裸露的鎳片部件31分別向上和向下伸出電極板組件的上下端面一定長度。利用卷繞機(jī)使正、負(fù)電極板3、5及隔膜4形成渦卷狀電極極芯。正電極板3的鎳片部件31位于上端，首先將集電器的第一部分21焊接于正極電極板3的鎳片部件31的端面上，然后再將集電器的第二部分22與第一部分21重合放置，并完成焊接，將第一部分21與第二部分22形成一個(gè)整體。這種集電器的復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅適用于正極集電器，也同樣適合用于負(fù)極集電器。請(qǐng)結(jié)合參閱圖6、圖10至圖12，該負(fù)極集電器7的第一部分的形狀和正極集電器的第一部分21完全一致(如圖6所示)，負(fù)極集電器的第二部分72也為薄板狀，該第二部分72包括主體部720及極耳部721，該極耳部721為自主體部720的中心部位凸伸設(shè)置的圓柱形凸臺(tái)721。電阻焊的電極將穿過漩渦負(fù)電極板和負(fù)極集電器第一部分的中心孔212，將凸臺(tái)721壓緊并焊接在電池外殼(鋼殼)的內(nèi)部底面，形成通路。正、負(fù)極集電器與正、負(fù)電極板的端子邊緣焊接完成后，注入預(yù)定數(shù)量的堿性電解液，將電池封口，得到了本實(shí)用新型電池A；其中正、負(fù)極集電器第二部分的主體部221、720的周緣分別分布有若干個(gè)弧形的定位缺口223、723，該定位缺口223、723用以進(jìn)行第一、第二部分之間的準(zhǔn)確的定位，以方便焊接集電器的第一部分和第二部分，而且整個(gè)焊接工藝不適合手工生產(chǎn)，需采用自動(dòng)化或半自動(dòng)化生產(chǎn)工藝。
為了說明本實(shí)用新型的效果，現(xiàn)以一堿性二次電池B作為比較例，該電池B的結(jié)構(gòu)是將集電器的第一部分焊接于正電極板的端子邊緣上，即中國專利ZL 03224363.4所揭示的結(jié)構(gòu)，負(fù)極集電器采用圖3的形狀與負(fù)電極板的端子邊緣焊接，其它制作過程如同本實(shí)用新型的實(shí)施方式，從而制成對(duì)比例電池B首先分別測試電池A、B電池的交流阻抗(1000kHz)，取平均值；然后進(jìn)行下述方法測試步驟一、1C充電65分鐘，擱置10分鐘，1C放電至1.0V/支，并記錄電池的1C放電容量；步驟二、1C充電65分鐘，擱置10分鐘，10C放電至0.8V/支，記錄電池的放電容量及中點(diǎn)電壓，循環(huán)三次取平均值。
上述方法的測試結(jié)果見下表
由上表可知采用本實(shí)用新型制作的電池A與比較例B的內(nèi)阻相比減小了1.8mΩ，即內(nèi)阻減小40％；10C容量時(shí)放電效率提高了4.3％；中值電壓提高了75mV。
為了檢驗(yàn)電池焊接點(diǎn)的差異，拆卸A組電池和B組電池，發(fā)現(xiàn)集電器與電極板之間的焊接效果如圖13、14所示，其中圖14是B組電池的焊接點(diǎn)效果圖，圖13為A組電池的焊接點(diǎn)效果圖，其中黑點(diǎn)示意焊接點(diǎn)。由圖13及圖14可見，采用本實(shí)用新型可以使集電器與包含電極板卷繞開始一端的整個(gè)電極相焊接，更重要的是B組焊接點(diǎn)數(shù)只有34個(gè)，而實(shí)用新型A組的焊接點(diǎn)數(shù)則高達(dá)120個(gè)左右，是B組的4倍左右的點(diǎn)數(shù)，絕對(duì)數(shù)量多出近96個(gè)，極其有效地改善了電極內(nèi)電流分布的均勻性，提高了電池的大電流充放性能。
本實(shí)用新型實(shí)例是以鎳-氫Sc電池進(jìn)行說明的，但對(duì)于其它堿性二次電池，如鎳-鎘電池、鎳-鋅電池也同樣適用。
本實(shí)用新型實(shí)例電池的集電器主體部分是以12個(gè)扇形板進(jìn)行說明的，實(shí)際中對(duì)于截面大小不同的電池，其扇形板的個(gè)數(shù)可在3～24個(gè)之中優(yōu)選。且主體部分的形狀可根據(jù)電池生產(chǎn)具體情況為三角形或扇形或近似扇形和三角形的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種堿性二次電池，包括電極板組件及集電器，該電極板組件包括正、負(fù)電極板，正電極板具有正極端子，負(fù)電極板具有負(fù)極端子，該正、負(fù)極端子中至少之一固接有集電器，其特征在于該集電器中包括第一、第二部分，第一部分包括分離設(shè)置的多個(gè)集電板，各個(gè)集電板圍合出一個(gè)中心孔，且各集電板沿該中心孔的徑向呈放射狀分布，各集電板徑向的兩邊緣均同向彎折有突出部，該突出部與所述端子的邊緣交叉并通過多個(gè)部位焊接，第一部分的各集電板均附著于第二部分上并通過焊接而與第二部分相接合。
2.如權(quán)利要求1所述的堿性二次電池，其特征在于所述的第二部分包括主體部及與其一體連接的極耳部，該主體部與第一部分相接合。
3.如權(quán)利要求2所述的堿性二次電池，其特征在于所述的負(fù)極集電器的極耳部為自主體部的中央位置延伸的凸臺(tái)。
4.如權(quán)利要求2所述的堿性二次電池，其特征在于所述的第二部分的主體部的外周邊緣上分布有定位缺口。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的堿性二次電池，其特征在于所述的第一部分的各集電板為扇形或三角形。
6.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的堿性二次電池，其特征在于所述的第一部分的集電板的數(shù)目為3-24個(gè)。
7.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的堿性二次電池，其特征在于所述的電極板組件和集電器置于外殼中并通過帽型端子密封，正極端子與該帽型端子導(dǎo)接，負(fù)極端子與該外殼導(dǎo)接。
8.如權(quán)利要求7所述的堿性二次電池，其特征在于所述的正、負(fù)極端子均固接有集電器，與正極端子固接的集電器與帽型端子焊接一體，與負(fù)極端子固接的集電器與外殼焊接一體。
專利摘要本實(shí)用新型堿性二次電池包括電極板組件及集電器，該電極板組件包括正、負(fù)電極板，正電極板具有正極端子，負(fù)電極板具有負(fù)極端子，該正、負(fù)極端子中至少之一固接有集電器，該集電器中包括第一、第二部分，第一部分包括分離設(shè)置的多個(gè)集電板，各個(gè)集電板圍合出一個(gè)中心孔，且各集電板沿該中心孔的徑向呈放射狀分布，各集電板徑向的兩邊緣均同向彎折有突出部，該突出部與所述端子的邊緣交叉并通過多個(gè)部位焊接，第一部分的各集電板均附著于第二部分上并通過焊接而與第二部分相接合。本實(shí)用新型二次電池的內(nèi)阻低，電流分布均勻，具有優(yōu)良的大電流充放電性能及較高的放電容量。
文檔編號(hào)H01M10/24GK2838048SQ20052003550
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月14日
發(fā)明者韓垂華, 顏海鵬, 汪魯建, 陳國藩 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司