一種集流效果經改善的圓柱形蓄電池及製作方法
2023-06-08 01:42:31
專利名稱：一種集流效果經改善的圓柱形蓄電池及製作方法
技術領域：
本發明涉及一種集流效果經改善的圓柱形蓄電池及製作方法，所述的集流效果的改善是指集流面積的增加，屬於圓柱形蓄電池及製作領域。
背景技術：
近幾年來，隨著混合動力汽車、電動汽車、電動摩託車、電動自行車及電動工具等市場的不斷發展，蓄電池的作用越來越被重視，蓄電池組的規模即每組中集成電池的數量越來越大，對蓄電池的功率輸出特性和可靠性要求也越來越高。可是，目前被廣泛使用的蓄電池，如鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池及鉛酸電池， 都存在著單體電池的容量越大，其功率性能顯著下降的情況。造成這種結果的原因很多，但是，其中最主要的一個原因是電池本身的集流效果下降、內阻較大所導致的。特別是在大電流充放電時，因電池產生的熱量不能及時導出，整組電池就會在高溫下工作，因而導致電池性能的迅速劣化；更為嚴重的是，如果電池組內部熱量導出不均勻，就會使個別電池處於比同組中其它電池更高的環境溫度下工作，從而易造成這部分電池過充或過放，性能過早衰退，從而導致整組電池性能降低和壽命縮短。為了減少電池組內部熱量局部積聚和溫度不均勻，人們不得不加大電池之間的排列間距，採取通風甚至通水等強制冷卻措施，這樣不僅增大了電池組的體積，更提高了設計難度和製造成本。傳統的蓄電池結構如圖1所示，所述的結構是採用金屬殼的圓柱型蓄電池電池殼 3為中空帶底部的圓柱型，安全閥4是目前鹼性密封蓄電池上普遍採用的一種安全閥，也就是正極端子2，安全閥4與電池殼3通過一個塑膠材質的絕緣墊5來實現電氣絕緣，同時起到密封作用。傳統蓄電池的製作步驟(1)按傳統的技術製作出預定尺寸的正極板9、負極板10，將隔膜11放在正極板9和負極板11之間，一起卷繞成圓筒狀極組。( 將筒狀極組裝入電池殼3中，將電阻焊機的針狀電極從筒裝極組的中心插入，並與負極集流板8接觸， 將電阻焊機的另一個電極與電池殼底接觸，使負極集流板8與電池殼底焊住。注入電解液， 再用類似的方法將正極引流元件與安全閥4焊住。( 採用機械方法通過絕緣墊5將電池殼3與安全閥4密封並實現電氣絕緣。松下電器產業株式會社的專利ZL02145775. 1及三洋電機株式會社的專利 ZL02145739. 5均採用的是如附圖1所示的傳統結構，蓄電池高度越高，內部的集流越困難， 本發明針對傳統的蓄電池結構散熱性能較差的問題，提出了能有效增加集流效果提高功率性能的蓄電池內部結構。所提供的蓄電池結構由於改善了集流效果，降低了電池內阻，提高了功率性能，也提高了蓄電池的散熱效果。
發明內容
本發明提供一種集流效果經改善的圓柱形蓄電池及其製作方法。本發明的提供的集流效果經改善的蓄電池，包括一個圓柱形電池殼體；一個放置在圓柱形電池殼體內的發電元件；一個將發電元件密封在電池殼腔內的圓形正極端子，正極端子可將發電元件產生的電流導出並裝有保證電池在意外情況下不破裂、不爆炸的安
全裝置。上述的發電元件由兩個或兩個以上發電單元並聯連接而成。所述的發電元件的正極通過正極引流元件與正極端子相連。所述的發電元件的負極通過負極引流元件與負極端子相連。所述的每個發電單元是由薄片狀正極、負極、隔膜及電解質和引流元件構成，薄片狀正極板和負極板分別處於隔膜的兩側並被隔膜隔開。電解質可以是液態的，分布在正極、 負極和隔膜中並被電池殼體收容，並與正極、負極和隔膜一起密封在電池中；電解質也可以是凝膠狀的，和隔膜結合在一起。本發明的蓄電池製造方法，包括(1)製備圓柱電池殼體所述電池殼體可以由金屬，如鹼性蓄電池常用的鍍鎳碳鋼、鋰離子電池常用的鋁、 不鏽鋼等材料製成，也可以由樹脂，如酸性蓄電池及鹼性蓄電池常用的PP、PE、PPE、ABS、MBS 等材料製成。當所述電池殼體為金屬材料時，可以採用減薄拉伸等加工方法一次成型，也可以採用焊接的方法將殼壁和殼底連接在一起而成。(2)按傳統方法製備正極板和負極板，正、負極板的寬度小於傳統蓄電池單個發電單元的正負極板寬度的一半。(3)將正極板、負極板與隔膜一起，螺旋式地卷繞成極組，並且極組外徑比圓柱形電池殼體的內徑小0. 1 0. 5mm。(4)為步驟3製作的極組的正極和負極裝配上引流元件。所述引流元件，可以是集流片，通過端面焊的方式與極組連接在一起；也可以是引流條，它們在製備極板時就預留或焊接在極板上；也可以是以上兩者不同形式的組合。(5)將上述帶有引流元件的2個發電單元通過正、負連接片並聯為一個柱狀的發電元件。所述正極連接片的兩端分別與柱狀電單元的正極集流板通過焊接方法相連，負極連接片的兩端分別與兩個柱狀發電單元的負極集流板通過焊接相連。為防止發電單元間及發電單元與外殼短路、應在連接片外部包裹有隔離物，所述的隔離物可以是蓄電池的隔膜， 也可以是採用PP、PE、PPE等材質的隔離物。(6)將步驟5製作的發電元件裝入電池殼體中，並加入電解液。(7)將所述正極、負極引流元件與電池的正、負極端子連接起來。依據端子的結構， 可以採用焊接、鉚接或螺栓緊固等方法連接。(8)將圓形正極端子與上述電池殼體裝配在一起並密封起來。對於金屬材料的殼體和圓形正極端子，可以採用氬弧焊、雷射焊、電子束焊或雷射釺焊、電子束釺焊等方法，也可以採用傳統的加密封環後收口壓縮的機械密封方法，將圓形正極端子與上述電池殼體裝配在一起並密封起來。對於樹脂材料的殼體和圓形正極端子，可以採用超聲波焊接、熱熔焊接等方法，將圓形正極端子與上述電池殼體裝配在一起並密封起來。
本發明的電池和電池組，與現有的相同充放電容量的圓柱形或方型的電池相比， 由於集流面積增大，使電池內阻降低，功率性能大幅度提高，從而可以避免使用過程中電池溫度過高，改善電池組溫度場的均一性，提升電池組的性能和可靠性，延長使用壽命。同時， 使大型電池組的冷卻問題容易解決，降低了設計的複雜性和製造成本。
圖1是傳統的蓄電池結構。圖2是本發明的一種實施方式的內部結構。圖3是上述發明的實施過程示意圖。圖4是本發明的另一種實施方式的內部結構。圖中，1、金屬殼柱狀蓄電池外殼；2、正極端子；3、電池殼體；4、安全閥；5、絕緣環； 6、正極引流條或正極引流元件；7、正極集流板；8、負極集流板；9、正極板；10、負極板；11、 隔膜；12、正極連接片；13、負極連接片；14、第一柱狀發電單元；15、第二柱狀發電單元；17、 環形絕緣墊。
具體實施例方式以下參照附圖對本發明的實施方式進行說明。但以下所述的實施方式只是本發明的一個例子，並不限制本發明的技術範圍。實施例1傳統蓄電池的外形為柱狀金屬殼(圖1)，頂部為正極端子2，電池殼3作為負極端。頂部還裝配有1個安全閥4。安全閥4可以採用目前鹼性密封蓄電池上普遍採用的一種安全閥，正極端子2通過塑膠材質的絕緣環5與電池殼3之間實現機械密封，同時也實現電氣絕緣。本發明提供的集流效果經改進的圓柱形蓄電池1外形同傳統蓄電池1，所述的蓄電池1的內部結構如圖2，本實施例的蓄電池可以按以下步驟製作(圖3)(1)按傳統的技術製作出小於傳統極板寬度一半的正極板9、負極板10，將隔膜11 放在正極板9和負極板10之間，一起卷繞成兩個圓柱狀極組，圓柱狀極組的外徑略小於電池殼的內徑，再採用焊接的方法在圓柱狀極組的兩端分別焊上傳統的正極集電板7、負極集電板8。(2)將上述帶有正極集電板和負極集電板的第一發電單元14和第二發電單元15 通過正極連接片12和負極連接片13並聯為一個柱狀發電元件。所述正極連接片12，兩端分別與第一發電單元14和第二發電單元15的正極集流板通過焊接相連，負極連接片13的兩端分別與第一發電單元14和第二發電單元15的負極集流板通過焊接相連。為防止發電單元間及發電單元與電池外殼短路、正極連接片12和負極連接片13的外部包裹有隔離物 18，隔離物可以採用蓄電池的隔膜，也可以採用PP、PE、PPE等材質的隔離物；兩個發電單元間或第一發電單元14與正極端子2間通過環形絕緣墊17隔開。(3)正極連接片12和正極引流條或正極引流元件6的焊接可以採用傳統的技術進行，如電阻焊、雷射焊、電子束焊或後兩者的釺焊技術。(4)將上述第一發電單元14和第二發電單元15 二個發電單元組成的發電元件裝入電池殼體3中，將電阻焊機的兩個電極分別與正極端子2和電池殼底接觸，施加一定的壓力並通電，使正極端子2與正極引流元件6、負極集電板8與電池殼底同時焊住。(5)注入電解液，蓋上正極端子2，將正極端子2與電池殼口通過塑膠材質的絕緣環5機械密封在一起。(6)將製作好的電池採用與傳統電池相同的方法用小電流完全充放電數次，對電池進行活化。本實施例製作的電池與高度相同並且電池殼內有效空間相同的傳統圓柱型電池相比，集流面積增加100%，功率性能明顯提高，電池的發熱量顯著減少。這是因為對於一個發電單元而言每個電極的集流面積是極板長度X極板厚度，本實施例中由於採用兩個發電單元所以本發明的集流面積較傳統的增加了一倍。實施例2發電元件內部的並聯方式是由第一發電單元的負極端8與第二發電單元的正極端7相鄰，改為兩個發電單元的正極端相鄰，即第一發電單元14的正極與第二發電單元15 的正極相鄰，第一發電單元14與正極端子之間通過環形絕緣墊17隔開。其餘與實施例1 相同。
權利要求
1.一種集流效果經改善的圓柱形蓄電池，包括一個圓柱形電池殼體；一個放置在圓柱形電池殼體內的發電元件；一個將發電元件密封在電池殼腔內的圓形正極端子，其特徵在於①所述的發電元件是由第一發電單元和第二發電單元兩個並聯連接而成，所述的發電元件的正極通過正極引流元件與正極端子相連，所述的發電元件的負極通過負極引流元件與負極端子相連；②每個發電單元是由薄片狀正極、負極、隔膜及電解質和引流元件構成，薄片狀正極和負極分別處於隔膜的兩側並被隔膜隔開。
2.按權利要求1所述的蓄電池，其特徵在於所述的薄片狀正極板和負極板的寬度小於傳統圓柱形蓄電池單個發電單元的正、負極板寬度的一半。
3.按權利要求1或2所述的蓄電池，其特徵在於正極板、負極板與隔膜一起，螺旋式卷繞成極組，極組的外徑比圓柱形電池殼體的內徑小0. 1-0. 5mm。
4.按權利要求1所述的蓄電池，其特徵在於第一發電單元和第二發電單元間放置環形絕緣墊或第一發電單元與正極端子間通過環形絕緣墊隔開。
5.按權利要求1所述的蓄電池，其特徵在於兩個發電單元並聯，使集流面積增加 100%。
6.按權利要求1所述的蓄電池，其特徵在於所述的發電元件為2個以上。
7.製作如權利要求1-5中任一項所述的蓄電池的方法，其特徵在於具體步驟是(a)按傳統的技術製作出小於傳統極板寬度一半的正極板(9)、負極板(10)，將隔膜(11)放在正極板(9)和負極板(10)之間，一起卷繞成兩個圓柱狀極組，圓柱狀極組的外徑略小於電池殼的內徑，再採用焊接的方法在圓柱狀極組的兩端分別焊上傳統的正極集電板 (7)、負極集電板(8)；(b)將步驟(a)製備的帶有正極集電板和負極集電板的第一發電單元(14)和(15)通過正極連接片(12)和負極連接片(13)並聯為一個柱狀發電元件；其中，所述正極連接片(12)，兩端分別與第一發電單元(14)和第二發電單元(1 的正極集流板通過焊接相連，負極連接片(1 的兩端分別與第一發電單元(14)和第二發電單元(1 的負極集流板通過焊接相連；兩個發電單元間或第一發電單元(14)與正極端子O)間通過環形絕緣墊(17) 隔開；(c)正極連接片(12)和正極引流條或正極引流元件(6)的焊接採用包括電阻焊、雷射焊或電子束焊；(d)將上述第一發電單元(14)和第二發電單元(1 組成的發電元件裝入電池殼體 (3)中，將電阻焊機的兩個電極分別與正極端子(2)和電池殼底接觸，施加一定的壓力並通電，使正極端子( 與正極引流元件(6)、負極集電板( 與電池殼底同時焊住；(e)注入電解液，蓋上正極端子O)，將正極端子( 與電池殼口通過塑膠材質的絕緣環( 機械密封在一起；(f)將製作好的電池採用與傳統電池相同的方法用小電流完全充放電數次，對電池進行活化。
8.按權利要求7所述的方法，其特徵在於正極連接片負極連接片外部包裹有隔離物。
9.按權利要求8所述的方法，其特徵在於所述的隔離物為蓄電池的常用隔膜，或採用PP、PE和PPE中的任一種。
全文摘要
本發明涉及一種集流效果經改善的圓柱形蓄電池及製作方法，其特徵在於①所述的發電元件是由第一發電單元和第二發電單元兩個並聯連接而成，所述的發電元件的正極通過正極引流元件與正極端子相連，所述的發電元件的負極通過負極引流元件與負極端子相連；②每個發電單元是由薄片狀正極、負極、隔膜及電解質和引流元件構成，薄片狀正極和負極分別處於隔膜的兩側並被隔膜隔開。第一發電單元和第二發電單元間放置環形絕緣墊和第一發電單元與正極端子間通過環形絕緣墊隔開。兩個發電單元並聯，使集流面積增加100％。且所述的發電單元也可為2個以上，使集流效果更為明顯。且正極端子可將發電元件產生的電流導出並裝有保證電池在意外情況下不破裂、不爆炸的安全裝置。
文檔編號H01M2/20GK102368541SQ20111028864
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者和祥運, 夏保佳, 婁豫皖, 葛建民, 陸惠英 申請人:上海萬宏動力能源有限公司