專利名稱：電池分隔體和電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池分隔體和電池。
背景技術(shù)：
電池或電化學(xué)電池，例如一次堿性電池或二次鋰電池，通常用作電能來(lái)源。電池包 含通常稱作陽(yáng)極的負(fù)極和通常稱作陰極的正極。陽(yáng)極包含可被氧化的活性材料；陰極包含 或消耗可被還原的活性材料。陽(yáng)極活性材料能夠還原陰極活性材料。為了防止陽(yáng)極材料與 陰極材料的直接反應(yīng)，陽(yáng)極和陰極通過(guò)分隔體彼此電隔離。當(dāng)在裝置中使用電池作為電能來(lái)源時(shí)，陽(yáng)極和陰極之間實(shí)現(xiàn)電接觸，使電子流過(guò) 裝置，發(fā)生各自的氧化和還原反應(yīng)以提供電能。與陽(yáng)極和陰極接觸的電解質(zhì)包含流過(guò)位于 電極之間的分隔體的離子以在放電期間保持電池整體的電荷平衡。近年來(lái)，在堿性電池中利用越來(lái)越薄的分隔體材料已受到人們更多的關(guān)注。管狀 設(shè)計(jì)一般具有最大的容積有效性，因而有可能提供最高的放電效率。希望最小化電池中的 分隔體材料的量，并且因此可理想地具有包括僅單卷層分隔體材料的管，其中僅有小的重 疊用于接縫。然而，由于加工條件的限制，如果使用薄且輕的分隔體紙材(例如，具有小于 約40g/m2的基重和小于約0. 2mm的濕厚度)，則一般較為實(shí)際的做法是將管卷裹1. 25至 2. 25個(gè)卷層以確保陽(yáng)極不會(huì)滲透接縫并且可提供增強(qiáng)的保護(hù)以免在材料中產(chǎn)生短接。薄壁 管也趨于具有脆弱性，因此陽(yáng)極材料可從密封的陽(yáng)極腔體的開(kāi)口端逸出。發(fā)明概述本公開(kāi)的特征在于管狀分隔體，它們?cè)诠艿哪┒司哂芯植考庸虆^(qū)域。在一些具體 實(shí)施中，該加固區(qū)域通過(guò)折疊分隔體材料來(lái)形成，并且設(shè)置在管的開(kāi)口端。該加固區(qū)域可 硬化管的開(kāi)口端以提供增強(qiáng)的保護(hù)以免塌縮和畸變，并且因此當(dāng)電池跌落或換句話講被濫 用時(shí)可防止陽(yáng)極材料逸出。通過(guò)將硬化區(qū)域局部化到電池的脆弱開(kāi)口端，放電效率可通過(guò) 沿陰極柱的大部分保持單層的分隔體材料而最大化。利用折疊的分隔體片來(lái)形成管非常 適合于連續(xù)運(yùn)動(dòng)的高速制造過(guò)程。通過(guò)局部地加固管的末端，可使用極薄的分隔體紙材， 同時(shí)仍然可最小化卷層數(shù)目。例如，分隔體紙材可具有的厚度為小于0. 2mm的濕厚度和小 于0. 09mm的干厚度，或在一些情況下為小于0. Imm的濕厚度和小于0. 06mm的干厚度，具有 1.25至2. 25層的卷層構(gòu)造。在一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于一種電化學(xué)電池，所述電化學(xué)電池包括大致圓柱 形的外殼、以及在外殼內(nèi)的陰極、陽(yáng)極、和設(shè)置在陰極和陽(yáng)極之間的分隔體。分隔體呈具有 開(kāi)口端的管的形式，并且分隔體包括鄰近開(kāi)口端的局部加固區(qū)域。一些具體實(shí)施可包括一個(gè)或多個(gè)下列特征。局部加固區(qū)域包括分隔體的折疊部 分。分隔體包括紙材。分隔體具有小于約0.15mm的濕厚度。折疊部分具有約3至12mm的 寬度，所述寬度沿電池的縱向軸線測(cè)量。管被成形為具有少于兩個(gè)卷層，或甚至少于1. 5個(gè) 卷層。所述電池包括堿性電池。在另一方面，本發(fā)明的特征在于一種包括紙片材料的電池分隔體，所述材料具有 小于約0. 30mm的濕厚度，其被成形為管。管具有開(kāi)口端，并且分隔體包括鄰近開(kāi)口端的局部加固區(qū)域。一些具體實(shí)施包括下列一個(gè)或多個(gè)特征。局部加固區(qū)域包括分隔體的折疊部分。 所述紙材具有小于約0. 15mm的濕厚度。折疊部分具有約3至12mm的寬度，所述寬度沿管 的縱向軸線測(cè)量。管被成形為具有少于兩個(gè)卷層，或甚至少于1.5個(gè)卷層。本發(fā)明的特征還在于形成電化學(xué)電池的方法。一種此類方法包括局部地加固片材 料的邊緣區(qū)域；將片材料成形為具有開(kāi)口端的中空管，具有設(shè)置在管的開(kāi)口端的局部加固 邊緣；和將管在電池罐中設(shè)置在陰極材料和陽(yáng)極材料之間。一些具體實(shí)施可包括一個(gè)或多個(gè)下列特征。陰極材料限定供所述管插入的室，并 且所述方法還包括將陽(yáng)極材料插入到管的開(kāi)口端中。局部地加固包括在邊緣區(qū)域形成折疊 部分。將片材料成形為管包括圍繞芯軸成形少于兩個(gè)卷層的片材料。將片材料成形為管還 包括形成與開(kāi)口端相對(duì)的封閉端。折疊包括形成具有約3至12mm的寬度的折疊部分，所述 寬度沿管的縱向軸線測(cè)量。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)闡述于附圖和以下說(shuō)明中。通過(guò)該說(shuō)明書(shū)和 附圖并通過(guò)所述權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。附圖概述

圖1為折疊的分隔體片的透視圖。圖IA為圖1所示的片的折疊區(qū)域的放大透視 圖。圖2為使用如圖1所示的折疊的分隔體片形成的管狀分隔體的透視圖，其具有剖 面以示出重疊的折疊區(qū)域。圖3為使用折疊的分隔體片和1. 5個(gè)卷層制成的管狀分隔體的透視圖。圖4為使用折疊的分隔體片和小于1. 25個(gè)卷層制成的管狀分隔體的透視圖。各種附圖中的類似的參考符號(hào)指示類似的元件。發(fā)明詳述在優(yōu)選的具體實(shí)施中，折疊的分隔體片用來(lái)形成管狀分隔體，然后將所述分隔體 用于圓柱形電池中的陰極和陽(yáng)極之間。將折疊區(qū)域設(shè)置在管的開(kāi)口端以硬化易受損的開(kāi)口 端。分隔體可由適用作電化學(xué)電池中的分隔體的任何柔性片材料例如紙材形成。優(yōu)選地， 分隔體材料為薄的。例如，對(duì)于AA電池，分隔體可具有小于0. 30mm,優(yōu)選小于0. 20mm,并且 更優(yōu)選小于0. IOmm的濕厚度，和小于0. IOmm,優(yōu)選小于0. 07mm,并且更優(yōu)選小于0. 06mm的 干厚度。所述紙材的基重一般在約20至80g/m2范圍內(nèi)。在一些優(yōu)選的具體實(shí)施中，所述 紙材具有35g/m2或更小的基重。參見(jiàn)圖1和1A，示出了分隔體片10具有折疊區(qū)域12和未折疊的單層區(qū)域14。折 疊區(qū)域12可通過(guò)例如以下方式形成在片的邊緣13處將分隔體片頂靠其自身折疊180度， 所述邊緣最終將形成管的開(kāi)口端。折疊可使用任何所需技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，通過(guò)從穿過(guò)軌道 (卷軸彎曲在其中)的卷軸上引導(dǎo)紙材，例如使用輪來(lái)引導(dǎo)，并且將其卷繞到卷取卷軸上。 分隔體片10可呈連續(xù)材料纖維網(wǎng)的形式。折疊的寬度(圖1中的Wf)將取決于所需的硬化程度，這繼而將取決于分隔體材料 的硬度、電池尺寸、和特定電池設(shè)計(jì)所需的硬度。通常，折疊的寬度將為約3至12mm，例如約 3至6mm ；如果其它因素(例如，分隔體材料)保持恒定，則折疊的寬度一般將隨著電池直徑 的增大而增大。對(duì)于相對(duì)小直徑的電池，例如AAA和AA電池，折疊的寬度通常為電池高度的約5 %至約20 %，優(yōu)選約7 %至約16 %。對(duì)于大直徑的電池，例如C和D電池，折疊的寬 度通常為電池高度的約10%至約25%，優(yōu)選約12%至約20%。對(duì)應(yīng)于這些標(biāo)準(zhǔn)電池尺寸 的典型的電池高度和典型的陰極內(nèi)徑的范圍如下所示。
然后將折疊的分隔體片喂送到卷管機(jī)上以將其成形為分隔體管。優(yōu)選地，將折疊 邊緣朝管的內(nèi)徑定位，以便折疊邊緣在其被插入時(shí)將不會(huì)卡在陰極柱上。完成的分隔體管16、16'示出于圖2至4中。在圖2至3中，分隔體管16通過(guò)以 下方式形成卷裹分隔體片約1. 5次，從而導(dǎo)致圍繞管的圓周延伸約一半的重疊的區(qū)域。在 圖4中，將分隔體管圍繞芯軸卷繞一又四分之一卷層，從而產(chǎn)生單壁管，共中僅有小的重疊 18形成接縫。重疊的寬度(W。)可為為了形成密封的接縫所需的最小寬度，例如，通過(guò)提供 可熱密封的分隔體紙材并且對(duì)焊相對(duì)的兩邊緣來(lái)形成所述接縫。然而，由于可熱密封的紙 材的成本原因和其它制造方面的約束條件的限制，一般使用更多的重疊(四分之一卷層或 更多)，以允許將管通過(guò)以下方式無(wú)焊接成形折疊卷成管的末端以形成底部，并且當(dāng)卷成 管仍然在芯軸上時(shí)將分隔體插入到電池罐中。作為另外一種選擇，分隔體管可使用以下方法制造其中獨(dú)立的分隔體材料盤(pán)或 方塊形成管的底部。在該方法中，將管體卷繞在芯軸上，將獨(dú)立的盤(pán)或方塊置于陰極柱之 上，將芯軸上的卷繞管插入到所述柱的開(kāi)口端中，從而將盤(pán)或方塊推至底部，并且圍繞管底 部的圓周成形盤(pán)或方塊。在一些具體實(shí)施中，所述電池通過(guò)以下方式形成首先將環(huán)形陰極材料粒料插入 到罐中，然后將分隔體管以開(kāi)口端向上的方式插入到由堆疊粒料中的開(kāi)口限定的腔體中， 然后將陽(yáng)極材料插入到分隔體管的開(kāi)口端中。其它實(shí)施方案現(xiàn)在已描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方案。但是應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明精神和范 圍的條件下可以進(jìn)行各種修改。例如，盡管上文討論了某些尺度，但優(yōu)選的尺度將取決于如下因素而有變化特定 電池設(shè)計(jì)所需的強(qiáng)度、分隔體的厚度、卷層的數(shù)目、電池尺寸(例如，電池的高度和直徑)、 紙材特性、和電池組合件中的開(kāi)口管端的鎖位。此外，盡管折疊分隔體一般來(lái)講是最高性價(jià)比的制造局部加固區(qū)域的方法，但也 可利用其它方法。例如，可沿邊緣區(qū)域(折疊區(qū)域)膠粘加強(qiáng)條，或可向相同的區(qū)域上施加硬化涂層。此外，如果需要，還可多次折疊邊緣，例如可將折疊部分再次折疊到其自身上。所述電池可為一次電池或二次電池，并且可為堿性電池或具有任何其它所需的電 池化學(xué)物質(zhì)。本文所述的特征適用于任何類型的線軸構(gòu)造的電池。因此，其它實(shí)施方案也在以下權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電化學(xué)電池，所述電化學(xué)電池包括大致圓柱形的外殼，和在所述外殼內(nèi)的陰極、陽(yáng)極、和設(shè)置在所述陰極和陽(yáng)極之間的分隔體，其中所述分隔體呈具有開(kāi)口端的管的形式，并且所述分隔體包括鄰近所述開(kāi)口端的局部加固區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述局部加固區(qū)域包括所述分隔體的折疊部分。
3.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其中所述分隔體包括紙材。
4.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述分隔體具有小于約0.15mm的濕厚度。
5.如權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池，其中所述折疊部分具有沿所述電池的縱向軸線測(cè) 量的約3至12mm的寬度。
6.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述管被成形為具有少于兩個(gè)卷層或少于 1.5個(gè)卷層。
7.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其中所述電池包括堿性電池。
8.—種電池分隔體，所述電池分隔體包括紙片材料，所述紙片材料具有小于約0. 30mm的濕厚度并被成形為管； 其中所述管具有開(kāi)口端，并且所述分隔體包括鄰近所述開(kāi)口端的局部加固區(qū)域。
9.如權(quán)利要求8所述的電池分隔體，其中所述局部加固區(qū)域包括所述分隔體的折疊部分。
10.如權(quán)利要求8所述的電池分隔體，其中所述紙材具有小于約0.15mm的濕厚度。
11.如權(quán)利要求10所述的電池分隔體，其中所述折疊部分具有沿所述管的縱向軸線測(cè) 量的約3至12mm的寬度。
12.如權(quán)利要求1所述的電池分隔體，其中所述管被成形為具有少于兩個(gè)卷層或少于 1.5個(gè)卷層。
13.一種形成電化學(xué)電池的方法，所述方法包括 局部地加固片材料的邊緣區(qū)域；將所述片材料成形為具有開(kāi)口端的中空管，所述局部加固邊緣設(shè)置在所述管的開(kāi)口 端；禾口將所述管在電池罐中設(shè)置在陰極材料和陽(yáng)極材料之間。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述陰極材料限定供所述管插入的室，并且所述 方法還包括將所述陽(yáng)極材料插入到所述管的開(kāi)口端中。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中局部地加固包括在所述邊緣區(qū)域形成折疊部分。
全文摘要
本發(fā)明提供了包括管狀電池分隔體的電池，所述分隔體具有局部加固區(qū)域。加固區(qū)域可通過(guò)鄰近管狀分隔體的開(kāi)口端包括折疊區(qū)域來(lái)提供。
文檔編號(hào)H01M2/18GK101911341SQ200980101812
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者R·A·約波羅 申請(qǐng)人:吉列公司