專利名稱：棱柱形電池單元，具棱柱形電池單元的電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及棱柱形電池單元，具棱柱形電池單元的電池及其制造方法。具體而言，本發(fā)明涉及可充電的棱柱形電池單元以及具有棱柱形電池單元的可充電電池。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及具有棱柱形單元的可充電的NiMH(鎳金屬氫化物)可充電電池，當(dāng)然其并不僅限于此。
背景技術(shù)：
大體上為棱柱形的電池單元是最普通和最常涉及的，并且被稱為棱柱形電池單元。棱柱形電池單元具有一種特有的棱柱形，更準(zhǔn)確地說是一種矩形棱柱形，因?yàn)殡姵貑卧ǔＪ怯啥鄠€大體上為矩形的電極板平行地堆疊而形成的一個基本上為矩形的棱柱形電極組。每個平行電極板連接到它們各自的集電器上，進(jìn)而連接到它們各自的接線柱上。
電極組的配件，集電器以及接線柱一般被封裝在一個棱柱形外殼中，使得封裝好的電池單元整體形狀為棱柱形，由此而稱為“棱柱形電池單元”。一個棱柱形電池一般包括多個平行布置并整體連接在一起的棱柱形電池單元，使得該電池同樣也整體上為棱柱形。然而，可以理解術(shù)語“棱柱形電池單元”一般是指具有多個平行堆疊的電極板的電池單元，這些電極板沿著它們相應(yīng)的橫向側(cè)面電連接在一起，以區(qū)別于圓柱形電池單元，其中圓柱形電池單元的每個電極組包括一個螺旋形或螺旋盤繞成的多個大體上為圓柱形表面的電極板。
在本說明書中，術(shù)語“棱柱形電池單元”并不意味著將其限定或限制為棱柱形的電池單元，而可以總體上擴(kuò)展為包含具有正負(fù)電極組的電池單元，其具有多個一端連接而相反的另一端非電連接的平行堆疊的電極板。該正負(fù)電極組的電極板是相互交替堆疊的，并且在連接到相應(yīng)的集電器之前穿過了該相應(yīng)電極組的開口。應(yīng)當(dāng)理解，棱柱形電池單元具有矩形電極板是很常見的，但是電極板為矩形既不是基本的又不是絕對必需的。
具有棱柱形單元的電池通常用于大電流場合或應(yīng)用于需要大功率密度的場合。例如，諸如鎳金屬氫化物(NiMH)電池之類的可充電棱柱形電池近年來已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電動車(EV)或氫動力電動車(HEV)的動力來源，因?yàn)樗鼈兙哂懈吣芰棵芏鹊奶匦浴?br> 一般地，電能是通過處于液體電解質(zhì)中的正負(fù)電極組之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的，并且首先通過集電器然后通過接線柱傳遞給負(fù)載。在很多電池中，電極板和集電器之間的接觸點(diǎn)是電池內(nèi)電阻的重要來源。較高的內(nèi)電阻意味著高能損耗并且會引入熱損耗問題，這是因?yàn)樵陔姌O板和集電器之間的接合點(diǎn)將會產(chǎn)生熱量。這種能量損耗和發(fā)熱對于大電流場合，例如對于電動車或氫動力電動車的場合，是特別不受歡迎的，這是因?yàn)樗鼤π十a(chǎn)生不利影響，并且為了防止過熱而避免過早損壞或電池?fù)p壞，內(nèi)部的熱量需要適當(dāng)?shù)睾纳⒊鋈ァ?br> US6,544,684描述了一種棱柱形電池，其中集電器板沿著多個選定的區(qū)域在靠近電極板的集電器的內(nèi)表面長度方向垂直地焊在電極板的側(cè)邊。
US6,457,667試圖使用熱噴鍍工藝將電極和集電器連接起來。
然而，通常的電池單元結(jié)構(gòu)并不是完全令人滿意的，仍然需要對棱柱形電池單元以及具有該電池單元的電池加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種棱柱形電池單元，包括分別連接在一個正集電器和一個負(fù)集電器上的一個正電極組和一個負(fù)電極組，每個所述正電極組和所述負(fù)電極組包括多個正負(fù)電極板，所述正負(fù)電極組裝配成使正負(fù)電極板交替堆疊，而在相鄰的正負(fù)電極之間插入隔板，其中，一個電極組的電極板疊加在一起，并且焊接在對應(yīng)的集電器上，該焊接大體上沿著電極組的疊加部分，并且至少位于遠(yuǎn)離所述電極組的所述集電器的表面上。
優(yōu)選，所述集電器包括一個長條形的通槽，其中容納有所述電極組的疊加部分，所述電極組大體上沿著所述槽焊接在所述集電器上。
優(yōu)選，所述槽大體上平行于所述電極板較長的側(cè)面伸展。
優(yōu)選，所述通槽靠近所述集電器的中心。
優(yōu)選，所述槽沿著所述集電器的長度方向縱向伸展。
優(yōu)選，所述集電器的寬度相當(dāng)于或大于所述電極組的堆疊厚度。
優(yōu)選，所述集電器包括板狀元件，所述板狀元件的寬度大體上垂直于所述電極板，使得該焊接部分具有大體上為T形的橫截面。
優(yōu)選，所述集電器的厚度大于適合于電子束焊接或二氧化碳激光器焊接的厚度。
優(yōu)選，所述焊接為弧焊，包括惰性氣體保護(hù)焊。
優(yōu)選，所述電池單元為具有堿性電解液的可充電的鎳金屬電池單元。
優(yōu)選，所述電極組的疊加部分夾在所述集電器之間。
優(yōu)選，所述電池單元密封在一個塑料外殼內(nèi)部，并且所述集電器連接在露在所述塑料外殼外面的接線柱上，所述接線柱的橫截面寬度與堆疊的電極板的寬度相當(dāng)。


下面將參照附圖以示例的方式對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1顯示的是平行堆疊在一起的多個正負(fù)電極板，圖1A是圖1所示的堆疊電極板的俯視平面圖，圖2顯示的是圖1所示的堆疊電極板疊加成一個正電極組和一個負(fù)電極組，圖2A顯示的是圖2所示的疊加的電極組的俯視平面圖，圖3A顯示的是包括正負(fù)電極組，集電器和接線柱的一個配件的第一優(yōu)選實(shí)施例的部分分解裝配圖，圖3B是圖3A的配件和一個棱柱形電池單元外殼的部分分解圖，
圖4A顯示的是包括正負(fù)電極組，集電器和接線柱的一個配件的第二優(yōu)選實(shí)施例的部分分解裝配圖，圖4B是圖4A的配件和一個棱柱形電池單元外殼的部分分解圖，圖5A顯示的是包括正負(fù)電極組，集電器和接線柱的一個配件的第三優(yōu)選實(shí)施例的部分分解裝配圖，圖5B是圖5A的配件和一個棱柱形電池單元外殼的部分分解圖，圖6顯示的是包括本發(fā)明的一個棱柱形電池單元的棱柱形電池。
具體實(shí)施例方式
在本說明書下列描述中，以一個鎳金屬氫化物(NiMH)電池作為一個適當(dāng)?shù)氖纠M(jìn)行說明，因?yàn)殒嚱饘贇浠锟沙潆婋姵匾呀?jīng)被廣泛使用了，并且已知在合理的價格下具有較高的能量密度特性以及具有合理的電池壽命。然而，應(yīng)當(dāng)理解，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，不失一般性，本說明書對其它類型的棱柱形電池已作必要的改進(jìn)，尤其對于可充電棱柱形電池。
圖1顯示的是一堆平行插入的正負(fù)電極板，其中相鄰的電極板之間插入有隔板。電極板被分成一個正電極組10和一個負(fù)電極組20，其中正電極組包括多個具有正引導(dǎo)部分12的正電極板11，負(fù)電極組包括多個具有負(fù)引導(dǎo)部分22的負(fù)電極板21。所述正負(fù)電極集中在一起形成一個棱柱形單元的電極組。電極組10，20設(shè)置成使正電極板11和負(fù)電極板21交錯，在每一對正負(fù)電極板之間插入有一個隔板30。
每個電極板包括一個有效區(qū)域40和一個引導(dǎo)區(qū)域50。一對正負(fù)板相應(yīng)的有效區(qū)域并列布置，并且在電解液存在的情況下反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。一個典型的棱柱形電池單元的電極板的有效區(qū)域40大體上為矩形，其較長或縱向的側(cè)面與引導(dǎo)部分50并列布置。引導(dǎo)部分50一般是長條形的，并且具有與有效區(qū)域的縱向側(cè)面同樣的長度，同時大體上為矩形。電極板的矩形有效區(qū)域通常由一塊矩形基礎(chǔ)材料形成，因此有效區(qū)域40和引導(dǎo)部分50具有大體上同樣的長度。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，有效區(qū)域通常為矩形，但這并不是絕對必需的，有效區(qū)域可以使用矩形之外的形狀，這并不失一般性。
在一個鎳金屬氫化物可充電電池中，正電極板的有效區(qū)域由一種鍍有氫氧化鎳的鎳泡沫金屬組成。電極板一般很薄以減少材料成本和重量，這是因?yàn)殡姾砂l(fā)生反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是在表面上進(jìn)行的。集電器通常是具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的鍍鎳銅或鋼。對于棱柱形電池單元，其電極板通過電子束焊接或二氧化碳激光器焊接連接到集電器上，集電器一般是薄的鍍鎳板，這是因?yàn)閷?shí)際的熔合線是位于焊接電源的靠近表面后面的。由于這種集電器板具有一個很小的橫截面積，所以它們對于導(dǎo)熱和導(dǎo)電并非特別有效。在電極板點(diǎn)焊于集電器的位置上，焊點(diǎn)通常存在較高的電阻，因而集電器的傳導(dǎo)并不能十分有效地散除不利的熱量。
在本發(fā)明中，電極板的引導(dǎo)部分50首先疊加在一起。此處的疊加并不僅僅限于電極組各自的引導(dǎo)部分的壓接，包裝，集聚，焊接或扣緊。疊加的引導(dǎo)部分可以通過釬焊，熔接或諸如鉚接的機(jī)械固定方式來進(jìn)一步保持。此外，在引導(dǎo)部分疊加在一起之前，電極組通常已經(jīng)是以一種緊密壓緊的關(guān)系與相鄰的電極板形成交錯的結(jié)構(gòu)了。
參照圖3A至5B，疊加的電極組與集電器和接線柱整體裝配在一起。配件被插入一個棱柱形外殼中。
參照圖3A和3B，顯示的是本發(fā)明的一個棱柱形電池單元的優(yōu)選實(shí)施例。首先參照圖3A，電極板處于平行堆疊的插入結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使得同一電極組的電極板沿著引導(dǎo)部分的外側(cè)和較長的自由邊被疊加在一起。這種疊加可以通過，例如電極板的引導(dǎo)部分的自由縱向的或較長的側(cè)面機(jī)械壓接在一起。這種疊加可以進(jìn)一步通過電極板的疊加邊緣的熔焊或釬焊，或通過其他的機(jī)械固定，例如，通過鉚接，而得到加強(qiáng)。電極組已經(jīng)疊加在一起之后，電極組就連接到了集電器上。
此優(yōu)選實(shí)施例的集電器60包括兩個部分。第一部分61包括一個主導(dǎo)體元件61，其大體上為倒L形，并具有一個從倒L形主導(dǎo)體元件的較短的彎曲端的上表面62伸出的一個大體上圓柱形的接線柱70。主導(dǎo)體元件的較長的側(cè)面63的一部分大體上縱向沿著主導(dǎo)體元件的較長的側(cè)面63的整個長度伸出，使得倒L形主導(dǎo)體的較長的側(cè)面從其水平方向看的時候，也具有一個倒L形。
第二部分64包括一個大體棱柱形的元件，其與主導(dǎo)體元件的較長的伸出部分配合，使得當(dāng)?shù)谝?1和第二部分64釬焊或熔焊在一起的時候，電極組的疊加部分被夾在該兩個部分中間，集電器的較長側(cè)面大體為矩形。包含交錯和疊加的電極組13，23的配件和集電器60安裝在一起。安裝之后，疊加的電極組就夾在該兩個集電器之間，即正負(fù)集電器的內(nèi)表面彼此相對。
下面描述配件的安裝，包括疊加電極組和集電器，疊加的電極組的較長或橫向的側(cè)面首先與集電器的主導(dǎo)體元件的較長的側(cè)面縱向?qū)R。集電器60的第二部分64然后通過，例如一個夾具加以定位，使得電極組的縱向疊加部分牢固地夾持在集電器的第一部分61和第二部分64之間形成的缺口之間。疊加部分然后大體上沿著其整個長度熔焊或釬焊到集電器上，使得電極疊加部分的兩個橫向側(cè)面分別釬焊在集電器的第一和第二部分。
通過基本上沿著疊加部分的整個長度構(gòu)成電連接，并且通過在靠近疊加部分的集電器的兩邊之間構(gòu)成電接觸，可以基本上獲得更好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。
此外，由于熔焊或釬焊是沿著集電器的前或外表面進(jìn)行而將電極板疊加在一起的，熔焊可以更好地得到控制，并且電極板的過早熔化不會成為主要問題。
此外，由于在焊接時疊加部分夾在集電器的第一和第二部分間形成的缺口之間，且焊接也發(fā)生在集電器的前或外表面上，因而主導(dǎo)體元件可以足夠厚，用以提高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，從而不但減少了內(nèi)電阻同時提供了通過集電器然后到達(dá)接線柱以至外界散熱的更好的通道。配件已經(jīng)形成之后，配件被插入一個裝有堿性電極的外殼80中，然后該外殼可以通過密封操作密封起來。應(yīng)當(dāng)注意，外殼大體上是棱柱形，使得密封的電池單元大體上也是棱柱形。
參照圖4A和4B，顯示的是本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例。第二優(yōu)選實(shí)施例的棱柱形單元結(jié)構(gòu)大體上與圖3A和3B所示的第一優(yōu)選實(shí)施例相同。下列說明中，相同的附圖標(biāo)記將做適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。
參照圖4A和4B，集電器是一個大體上倒L形的主構(gòu)件，其具有一個沿著集電器的主側(cè)面縱向伸展的通槽，而電流連接器并不具有一個第一部分和一個第二部分。縱向通槽65適合于緊密地容納疊加部分，使得各個電極組的疊加部分沿著通槽緊密地容納在其中。電極組的疊加的引導(dǎo)部分已經(jīng)安裝進(jìn)縱向通槽之后，電極組的疊加引導(dǎo)部分可以熔焊或釬焊在集電器的主側(cè)面上。由于疊加的引導(dǎo)部分是沿著通槽容納的，因而焊接可從集電器的外表面進(jìn)行，從而可以實(shí)現(xiàn)更好和更經(jīng)濟(jì)的焊接。
參照圖5A和5B顯示的是本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例，此優(yōu)選實(shí)施例的集電器與第二優(yōu)選實(shí)施例的大體相同，不過通槽伸展到集電器主體下部的自由端，使得電極組的疊加部分可以沿著從集電器的自由端縱向伸展的通槽滑到焊接的位置。
參照圖6，其中顯示了任意一個優(yōu)選實(shí)施例中的多個棱柱形單元以大體平行的方式整體結(jié)合形成一個顯示在本發(fā)明的一個示例中的棱柱形電池。
雖然本發(fā)明已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是應(yīng)當(dāng)理解實(shí)施例是作為示例來幫助對本發(fā)明進(jìn)行理解的，并不是為了限制本發(fā)明的范圍和精神。此發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)由上述的本發(fā)明的總體原則和精神來決定。特別地，對所屬技術(shù)領(lǐng)域的人員來說，明顯的或小的變化或改變以及基于本發(fā)明的改進(jìn)應(yīng)被認(rèn)為是屬于本發(fā)明的范圍和界限之內(nèi)的。
此外，雖然本發(fā)明已經(jīng)針對NiMH電池進(jìn)行了說明，應(yīng)當(dāng)理解，在不失一般性的情況下，無論是否進(jìn)行了改變，本發(fā)明可以應(yīng)用于其它的棱柱形電池。
權(quán)利要求
1.一種棱柱形電池單元，包括分別連接在一個正集電器和一個負(fù)集電器上的一個正電極組和一個負(fù)電極組，每個所述正電極組和所述負(fù)電極組包括多個正負(fù)電極板，所述正負(fù)電極組裝配成使正負(fù)電極板交替堆疊，而在相鄰的正負(fù)電極之間插入隔板，其特征在于，一個電極組的電極板疊加在一起，并且焊接在對應(yīng)的集電器上，該焊接大體上沿著電極組的疊加部分，并且至少位于遠(yuǎn)離所述電極組的所述集電器的表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其特征在于，所述集電器包括一個長條形的通槽，其中容納有所述電極組的疊加部分，所述電極組大體上沿著所述槽焊接在所述集電器上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其特征在于，所述槽大體上平行于所述電極板較長的側(cè)面伸展。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其特征在于，所述通槽靠近所述集電器的中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其特征在于，所述槽沿著所述集電器的長度方向縱向伸展。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其特征在于，所述集電器的寬度相當(dāng)于或大于所述電極組的堆疊厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其特征在于，所述集電器包括板狀元件，所述板狀元件的寬度大體上垂直于所述電極板，使得該焊接部分具有大體上為T形的橫截面。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其特征在于，所述集電器的厚度大于適合于電子束焊接或二氧化碳激光器焊接的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其特征在于，所述焊接為弧焊，包括惰性氣體保護(hù)焊。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的電池，其特征在于，所述電池單元為具有堿性電解液的可充電的鎳金屬電池單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其特征在于，所述電極組的疊加部分夾在所述集電器之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的電池，其特征在于，所述電池單元密封在一個塑料外殼內(nèi)部，并且所述集電器連接在露在所述塑料外殼外面的接線柱上，所述接線柱的橫截面寬度與堆疊的電極板的寬度相當(dāng)。
13.一種電池，包括前述權(quán)利要求的任意一種電池單元。
全文摘要
一種棱柱形電池單元，包括分別連接在一個正集電器和一個負(fù)集電器上的一個正電極組和一個負(fù)電極組，每個所述正電極組和所述負(fù)電極組包括多個正負(fù)電極板，所述正負(fù)電極組裝配成使正負(fù)電極板交替堆疊，而在相鄰的正負(fù)電極之間插入隔板，其中，一個電極組的電極板疊加在一起，并且焊接在對應(yīng)的集電器上，該焊接大體上沿著電極組的疊加部分，并且至少位于遠(yuǎn)離所述電極組的所述集電器的表面上。
文檔編號H01M2/30GK1614805SQ20041008686
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者凌沛錚, 吳祟安 申請人:凌沛錚, 吳祟安