專利名稱：具有陰極和陽極集電器的鋰離子電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及高能量密度電池，更具體地說涉及具有陰極和陽極集電器的磷酸鐵鋰 (LiFeP04)電池組。各集電器包括集電板，比如由銅或黃銅制成，以及集電板突片，比如由鎳制成。


為了對本披露有一個更完整的理解，請參考下面的詳細(xì)說明和附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的電池組的透視圖；圖2是圖1所示電池組的分解圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的電池組的替代實施例的分解圖；圖3a是根據(jù)本發(fā)明實施例的電池組的頂部的下側(cè)的透視圖；圖4是用于圖1所示電池組的集電器的分解圖；圖5是圖1所示電池組的局部剖視圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的電池組的另一替代實施例的分解圖。
具體實施例方式雖然本披露的發(fā)明易受各種修改和替代形式的影響，在附圖中以示例的形式示出了實施例，并且將在此詳細(xì)描述該實施例。然而，應(yīng)理解的是，本披露并不旨在將本發(fā)明限制在所描述的特定形式中，相反，本發(fā)明意在涵蓋在由所附權(quán)利要求書所限定的發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所做的所有修改、替代以及等同物。圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的電池組100。電池組100可為Lii^ePCM電池組，其適用于各種類型的電動車輛(EV)。這些EV包括汽車、輪船、宇航飛行器、飛行載具、輪椅、摩托車、 滑行車等等。電池組100也能用于混合動力汽車(HV)、混合動力電動汽車(HEV)、插入式混合動力電動汽車(PHEV)等等。電池組100可具有大約8. 2英寸的高度、大約3. 2英寸的寬度以及大約4. 8英寸的長度，但也可考慮其他尺寸。電池組100的總重量可為大約3. 0公斤，但也可考慮其他重量。電池組100包括具有兩個外接端子108和110的外罩101。參考圖2，電池組100包括觀個并列設(shè)置并容納在外罩101中的電池112。各電池112可以是例如EV高能量可再充電LiFePCM電池，電壓為3. 2伏特，電流為3200毫安， 型號為LFP^650EV，如內(nèi)華達(dá)州漢德森市K2能源有限責(zé)任公司(K2 Energy Solutions)所售。電池組100具有高能量密度、快速充電時間、使用壽命長以及平坦的放電曲線，被認(rèn)為是比較環(huán)保的。電池112形成為圓柱形，包括導(dǎo)電陰極蓋140和導(dǎo)電陽極蓋142。應(yīng)理解，根據(jù)電池組100將要用于何種用途使用其他形狀或布局。外罩101包括外殼102和頂部104。頂部104包括兩個用于接納外接端子108和 110的通孔136a和136b。可通過許多方法來形成通孔136a和136b，包括從頂部104鉆孔。 對應(yīng)于外殼102的開口端106的頂部104，在將其余部件放入外殼102后，在最后的裝配中固定附著于外殼102上。頂部104由塑料等材料構(gòu)成，但也可能由其他材料構(gòu)成。頂部104 包括與電池112的上排嚙合的錐形突片104a，從而有利于將電池112穩(wěn)定在外殼101中。外殼102通常呈長方形，由類似于頂部104的材料構(gòu)成，可通過例如成型工藝制成。然而，應(yīng)理解的是，其他形狀或布局也是可能的。外接端子108是陽極端子，另一外接端子110是陰極端子。陽極和陰極108和110可電性耦合至EV的外接部件(未示出)。各個外接端子108和110包括，例如，具有引腳120a的底座120、六角螺母122、開口擋圈124 以及六角頭帽螺釘126。電池組100還包括絕緣紙114和連接構(gòu)件116和118。通常對應(yīng)于外殼102的開口端106的絕緣紙114位于頂部104下方。電池組100包括兩個集電器128。兩個集電器1 之一是陽極集電器，另一個集電器1 是陰極集電器。各集電器1觀包括兩個集電板突片132，其優(yōu)選地由鎳制成，并焊接至集電板131。 集電板131可由銅制成。如果是由銅制成，集電板131超聲波地焊接至各自的集電板突片 132。可替代地，集電板131可由其他金屬制成，比如黃銅。黃銅可在沒有明顯降低導(dǎo)電率的情況下有效節(jié)約成本。另外，如果集電板131由黃銅制成，其可成為焊接至鎳集電板突片 132的電阻，這可進(jìn)一步節(jié)約成本。雖然可使用一個或多個集電板突片132，但在本實施例中使用了兩個集電板突片， 因為這兩個集電板突片具有商業(yè)上易得的尺寸。集電板突片132被電阻焊接至電池112的陰極和陽極蓋140和142。銅和黃銅提供了高導(dǎo)電率和高導(dǎo)熱率，鎳提供了耐腐蝕和耐熱性能。集電板突片132的使用促進(jìn)了到電池112的電阻焊。同樣，集電板131和集電板突片132的使用在不犧牲電池112上的電壓降的情況下增加了去往電池112的電流容量。將參考圖3描述集電器1 的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖3說明了本發(fā)明的替代實施例。根據(jù)本實施例，通過擠壓形成外殼102’。這使得外殼102’的尺寸更加靈活，從而使得容納在所述外殼中的電池112的數(shù)量更加靈活。在本實施例中，利用了分離底座133，而非在所述外殼內(nèi)一體成型的底座。當(dāng)然，集電器1 的大小將基于電池112的數(shù)量來適當(dāng)?shù)卮_定。圖4說明了用于圖1所示電池組100的集電器128之一。集電器1 包括集電板 131和兩個集電板突片132。集電板131典型由扁平庫材(flat stock material)構(gòu)成，比如細(xì)條形的金屬、金屬柵或穿孔金屬板。集電板131的使用為電池112提供了高導(dǎo)電率和高導(dǎo)熱率。集電板131包括主體部分144和突片146。具有近似90度彎曲的突片146是在彎曲操作期間被形成。如圖示，突片146朝著集電板131的主體部分144彎曲。主體部分144通常為長方形并對應(yīng)于電池組100的外殼102，然而其他熟知的形狀或尺寸也是可能的。集電板131的主體部分144包括觀個孔152，與電池組100(圖2)中使用的電池112 的數(shù)量對應(yīng)?？?52也與電池112的陰極和陽極蓋140和142對齊并配對。孔152通常為環(huán)形，不過也可考慮其他形狀或布局。各個孔152可具有大約為0. 50英寸的尺寸，不過也可考慮其他尺寸。在集電板131的突片146上引入比孔152更小尺寸的孔150以接納連接構(gòu)件114和116(圖2)?？赏ㄟ^許多方法形成孔150和152，包括穿過集電板131鉆孔。另外，如果集電板131由黃銅制成，外接端子108和110可以被電阻焊接至突片 146，從而消除了需要五金器具來將外接端子108和110緊固至突片146。進(jìn)一步如圖3所述，頂部104的下側(cè)用棱紋花樣制作，其鎖住了外接端子的底座120，從而限制了當(dāng)將外接端子108和110連接至外接部件時所述底座的轉(zhuǎn)動。外殼102’成形為提供縱向凹槽102’ a。這些凹槽提供了結(jié)構(gòu)完整性，并在電池組 100的相鄰電池之間提供了允許冷卻空氣通過的通道以及帶子(straps)(未示出)。如上所討論的，集電器1 包括兩個集電板突片132。集電板突片132典型由扁平庫材構(gòu)成，比如細(xì)條形的金屬。集電板突片132的使用為電池112提供了耐腐蝕和耐熱效果。各集電板突片132包括14個孔156?？?56與集電板131的孔152對齊并配對。集電板突片132的孔156可通常為圓形，具有反向狹槽以利于在制造期間將集電器1 與電池 112的陰極和陽極蓋140和142對齊。各個孔156具有比集電板131的孔152的尺寸更小的尺寸，不過也可考慮其他尺寸?？赏ㄟ^許多方法形成孔156，包括穿過集電板突片132鉆孔。集電板突片132超聲波地焊接至集電板131。集電板突片132的使用允許將集電板131通過集電板突片132電阻焊至電池112的陰極和陽極蓋140和142。同樣，具有集電板131和集電板突片132的集電器128，在不犧牲電池112上的電壓降的情況下，提高了來自EV的外接發(fā)生器(未示出)及去往電池112的電流容量。圖5描繪了電池組100的局部剖視圖。僅示出了集電器128和一排四個電池112。 兩個集電板突片132超聲波地焊接至集電板131，依次集電板突片132被電阻焊接至電池 112的陰極和陽極蓋140和142。集電板131的通孔152與集電板突片132的通孔156和電池112的陰極和陽極蓋140和142對齊并配對。構(gòu)造本發(fā)明的電池組100的方法如下。首先，并列設(shè)置電池112。為了將電池112 保持就位，在電池112的主體上應(yīng)用諸如膠水(未示出)的粘合劑以將電池112連接在一起。將集電板突片132并排放置并超聲波地焊接至集電板131的各自的主體部分144，從而使集電板突片132的孔156與集電板131的孔152對齊并配對。接著，將集電板131的突片 146通過連接構(gòu)件116和118固定附著在端子108和110的引腳120上。有許多方式可將突片146緊固就位，包括使用例如開口擋圈118和螺釘116將突片146緊扣在端子108和 110的引腳120上。絕緣紙114位于第一排電池112之上。接著，集電板突片132電阻焊接至電池112的陰極和陽極蓋140和142。附著在集電器128上的電池112位于外殼102內(nèi)部。頂部104與外殼102連接以密封外殼102的開口端106。端子108和110的六角螺母 122、開口擋圈124以及帽螺釘126固定附著在集電器128上。在此位置，電池組100被形成并通過端子108和110與EV的外接部件(未示出)電性連接。各個電池112通過紙板套筒160(參見圖2)彼此電性隔離。雖然電池112并列連接，紙板套筒160為電池裝配提供了一些機(jī)械順從性，使得裝配能夠適應(yīng)熱膨脹，也在振動期間對電池112中的相鄰電池進(jìn)行彼此隔離。圖6示出了本發(fā)明的另一實施例。根據(jù)本實施例，通過外殼102’的相對側(cè)墻提供有開口，在所述開口中放置有比如鋁制的導(dǎo)熱金屬板170以將熱量從電池112吸走。絕緣擋板將電池112從板170電性隔離開。所述擋板可以是聚酯薄膜172，比如邁拉薄膜，布置在集電板131的外表面上。將集電板131電阻焊至集電板突片132使得集電板131具有更光滑的外表面。集電板131更光滑的外表面可更好的保護(hù)與其相鄰的聚酯薄膜172的完整性。可替代地，所述擋板可以是表面處理174，比如通過將板170陽極電鍍或粉末涂覆在面對電池112的一面而形成。應(yīng)理解，上面提到的方法可能具有眾多變體。上述方法的變體可以包括，比如，以不同的順序?qū)嵤┥鲜霾襟E。此處所述的是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)理解，所說明的實施例僅為示例性的，不應(yīng)作為對本發(fā)明的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池組，其包括夕卜殼；具有陽極端子和陰極端子的鋰離子電池，所述電池布置在所述外殼中；以及布置在所述外殼中的第一和第二集電器，所述第一和第二集電器與相應(yīng)的所述陽極和陰極端子之一電性嚙合，其中各集電器包括焊接至其各自電池端子的集電板突片和焊接至其各自集電板突片的集電板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述集電板突片由鎳制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中各集電板突片電阻焊接至其各自電池端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組，其中各集電板由銅制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池組，其中所述集電板超聲波地焊接至其各自的集電板突片。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組，其中所述集電板由黃銅制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組，其中各集電板電阻焊接至其各自的集電板突片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組，其中所述電池組包括外接陽極端子和外接陰極端子，并且所述集電板電阻焊接至其相應(yīng)的外接端子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述外殼包括頂片，并且所述頂片包括墻體以嚙合所述外接陽極端子和所述外接陰極端子，從而限制其轉(zhuǎn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述外殼包括具有錐形突片的頂片以支持地嚙合所述電池。
11.一種鋰離子電池組，其包括夕卜殼；具有陽極端子和陰極端子的鋰離子電池，所述電池布置在所述外殼中；以及布置在所述外殼中的第一和第二集電器，所述第一和第二集電器與相應(yīng)的所述陽極和陰極端子之一電性嚙合，其中各集電器包括電阻焊接至其各自電池端子的鎳集電板突片和焊接至其各自集電板突片的集電板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其中各集電板由銅制成并超聲波地焊接至其各自的集電板突片。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其中各集電板由黃銅制成并且是電阻焊接至其各自集電板突片。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電池組，其中所述電池組包括外接陽極端子和外接陰極端子，并且所述集電板電阻焊接至其相應(yīng)的外接端子。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其中所述外殼包括具有墻體的頂片以嚙合所述外接陽極端子和所述外接陰極端子，從而限制其轉(zhuǎn)動。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其中所述外殼包括具有錐形突片的頂片以支持地嚙合所述電池。
17.一種鋰離子電池組，其包括 夕卜殼；多個鋰離子電池，每個鋰離子電池具有陽極端子和陰極端子，所述電池布置在所述外殼中并且并列電性設(shè)置；以及布置在所述外殼中的第一和第二集電器，所述第一和第二集電器電性嚙合相應(yīng)的電池的所述陽極和陰極端子之一，其中各集電器包括電阻焊接至其各自電池端子的鎳集電板突片和焊接至其各自集電板突片的集電板。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池組，其中所述集電板由銅制成并超聲波地焊接至其相應(yīng)的集電板突片。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池組，其中所述集電板由黃銅制成并且電阻焊接至其相應(yīng)的集電板突片。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池組，其中所述電池組包括外接陽極端子和外接陰極端子，并且所述這些集電板電阻焊接至其各自的外接端子。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池組，其中所述外殼包括頂片，該頂片具有墻體以嚙合所述外接陽極端子和所述外接陰極端子，從而限制其轉(zhuǎn)動。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池組，其中所述外殼包括具有錐形突片的頂片以支持地嚙合所述電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池組，其包括外殼和附著在所述外殼的開口端的頂部。所述電池組包括多個并列設(shè)置并容納在所述外殼中的電池。所述電池組還包括陰極和陽極集電器。各集電器包括焊接至集電板突片的集電板。所述集電板突片焊接至各自的電池的陰極和陽極蓋。
文檔編號H01M10/0525GK102460769SQ201080026262
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者克爾·W·斯多克, 理查德·科尼利厄斯·波爾克, 艾瑞克·維拉里爾, 蒂姆·A·森德林 申請人:K2能源解決方案公司