專利名稱：具有短路保護(hù)功能的堿性二次電池及其串聯(lián)電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種堿性二次電池，更具體地說(shuō)是涉及其中的電極的導(dǎo)電端子及堿性二次電池串聯(lián)電池組。
在電動(dòng)工具、電動(dòng)玩具等小型電動(dòng)設(shè)備中，常采用堿性二次電池串聯(lián)電池組作為其供給電源。由于這種串聯(lián)電池組內(nèi)通常有3只以上的電池串聯(lián)，當(dāng)電池組外部短路時(shí)通過(guò)電池組的短路電流很大，易引起電池體發(fā)熱發(fā)燙、甚至有電池爆炸的危險(xiǎn)；為避免電池組外部短路時(shí)發(fā)生上述危險(xiǎn)，需要在電池組短路時(shí)及時(shí)切斷電流，公知的方法一般在電池組中設(shè)計(jì)電子保護(hù)線路或者采用一些熱敏元件，以達(dá)到保護(hù)目的。例如，中國(guó)專利CN1197534A公開了使用一種PTC元件的電池組，PTC元件在正常充電時(shí)電阻較小，當(dāng)電池組在短路時(shí)，通過(guò)PTC元件的電流很大，使PTC元件在短時(shí)間內(nèi)溫度急劇升高，到一定溫度時(shí)，PTC元件電阻突然升高，此時(shí)電路接近于斷路狀態(tài)。當(dāng)PTC元件溫度降下來(lái)以后，其電阻又回到低阻狀態(tài)，電路又可導(dǎo)通。使用這種PTC元件可以使電池組在外部短路時(shí)快速斷開，且可耐多次短路電流沖擊；又如，中國(guó)專利CN1177217A公開了一種具有電池保護(hù)電路的電池組，以防止電池組外部短路時(shí)對(duì)電池造成損害。此保護(hù)電路可對(duì)電池組狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電池組與所接電子裝置分開時(shí)，保護(hù)電路檢測(cè)到電池組外部電路已斷開，則切斷電池組內(nèi)電池與電池組外部電源線的連接，以防止電池組由于電池組外部電源線之間造成的短路。使用這種保護(hù)電路可充分排除電池組由于外部電源線之間相互短接造成的電池組短路。本設(shè)計(jì)人的研究發(fā)現(xiàn)，上述發(fā)明專利公開的技術(shù)應(yīng)用于鎘-鎳、氫-鎳等電動(dòng)玩具、電動(dòng)工具電池組時(shí)，存在以下不足(1)價(jià)格相對(duì)較高。由于鎘-鎳、氫-鎳等電動(dòng)玩具、電動(dòng)工具電池組本身價(jià)格低廉，使用PTC元件或保護(hù)電路都將使其成本增加；(2)對(duì)電性能的影響。小型鎘-鎳、氫-鎳等電動(dòng)玩具、電動(dòng)工具電池組一般內(nèi)阻較低(在mΩ級(jí))，而PTC元件的電阻一般也在幾十mΩ左右，這樣勢(shì)必增加整個(gè)電池組的阻抗，影響電池組的大電流放電性能。因此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有短路保護(hù)功能的堿性二次電池；本實(shí)用新型的進(jìn)一步目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、成本低廉、具有短路保護(hù)功能的串聯(lián)電池組。
本實(shí)用新型的具有短路保護(hù)功能的堿性二次電池，包括電池殼、組合蓋帽、堿性電解液以及由正極板、隔膜、負(fù)極板疊置組成的卷繞狀電池芯，其特征是所述的正極板、負(fù)極板至少其中之一焊接有導(dǎo)電端子，所述導(dǎo)電端子是在鋼帶基板上電鍍由鎳、錫、銅、鉛組成的物質(zhì)組中的至少一種金屬而制成；上述的堿性二次電池，優(yōu)選所述導(dǎo)電端子厚度為0.05-0.30毫米，寬度為2.0-20毫米；上述的堿性二次電池，優(yōu)選所述導(dǎo)電端子沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有有細(xì)頸、孔狀、網(wǎng)狀、或者上述組合的缺陷部分；缺陷部分的截面積為導(dǎo)電端子其它部分截面積的20-80％；所述導(dǎo)電端子的細(xì)頸部?jī)?yōu)選為角形或弧形的缺口；上述的堿性二次電池，優(yōu)選所述導(dǎo)電端子表面鍍層厚3-4微米；上述的堿性二次電池，優(yōu)選所述導(dǎo)電端子表面電鍍鎳金屬；上述的堿性二次電池，優(yōu)選所述的正極板為氧化鎳電極，所述的負(fù)極板選自鎘電極、金屬氫化物電極、鋅電極中的一種，由所述的正、負(fù)極板配合分別組成鎘-鎳、金屬氫化物-鎳、鋅-鎳堿性二次電池。
含有如上所述堿性二次電池的串聯(lián)電池組，其特征是所述導(dǎo)電端子是在鋼帶基板表面電鍍鎳金屬；上述的堿性二次電池的串聯(lián)電池組，優(yōu)選所述導(dǎo)電端子沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有細(xì)頸、孔狀、網(wǎng)狀、或者上述組合的缺陷部分；缺陷部分的截面積為導(dǎo)電端子其它部分截面積的20-80％。
本實(shí)用新型基于以下原理在常規(guī)的電池中，正極通過(guò)導(dǎo)電端子(亦稱為極耳)與組合蓋帽相連，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，極耳發(fā)熱，其發(fā)熱功率
P＝I2R其發(fā)熱量與電流平方成正比關(guān)系，電流越大，其發(fā)熱越明顯。在電池組短路時(shí)，流經(jīng)極耳的電流可達(dá)電池組正常工作時(shí)的30倍以上，這時(shí)其發(fā)熱量約為電池正常工作時(shí)的1000倍以上，由于短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，使極耳溫度急劇升高，達(dá)到熔點(diǎn)，極耳熔斷，切斷電流。
優(yōu)選對(duì)稱角形或弧形缺口的細(xì)頸部導(dǎo)電端子，是基于以下原因村料的電阻R與其電導(dǎo)率ρ、長(zhǎng)度L及截面積S有關(guān)R＝ρ×L/S缺口處橫截面積較小，在相同長(zhǎng)度的情況下，此處的電阻相對(duì)較大，與其它部分相比生熱較多，更易于熔斷；同時(shí)由于其在整個(gè)極耳中所占長(zhǎng)度較少，對(duì)于整個(gè)極耳的電阻增加不多，這樣既使極耳在短路時(shí)更易于熔斷，又使電池內(nèi)阻增加不多。
從理論上來(lái)說(shuō)，在不考慮外部電阻時(shí)，短路電流Ic只與電池的電動(dòng)勢(shì)ε及其內(nèi)阻r有關(guān)，不隨串聯(lián)電池?cái)?shù)的多少而變化。
Ic＝ε/r但實(shí)際上，電池組短路時(shí)總是存在外部電阻的，不管此外部電阻R的值有多大，其短路電流為Ic＝nε/(nr＋R)其中，n為串聯(lián)電池?cái)?shù)目，r為每只電池的內(nèi)阻，R為外部電阻；當(dāng)n較小時(shí)，Ic受外部電阻R的影響較大；而隨著n的增加，外部電阻R的影響越來(lái)越小，當(dāng)n→∞時(shí)，Ic→Imax＝ε/r。而實(shí)際上在串聯(lián)電池組中外部電阻R也不是固定不變的，例如，隨著串聯(lián)電池?cái)?shù)目的增加，各單體電池間連接片的增加使R相應(yīng)增加，當(dāng)各連接片電阻R連均比電池內(nèi)阻小時(shí)，上述短路電流Ic與串聯(lián)電池?cái)?shù)n之間的趨勢(shì)關(guān)系也是存在的，當(dāng)n→∞時(shí)，Ic→Imax＝ε/(r＋R連)因此，在實(shí)際情況下，隨著串聯(lián)電池組中電池?cái)?shù)目的增加，其短路電流越來(lái)越大，因此其熔斷時(shí)間越來(lái)越短。
本實(shí)用新型的電池及電池組，在大于30安培的短路電流時(shí)，導(dǎo)電端子能夠在0-2秒內(nèi)熔斷，從而避免電池組長(zhǎng)時(shí)間短路造成電池過(guò)熱及發(fā)生爆炸、漏液等危險(xiǎn)，大大提高了電池組的安全性能。
以下結(jié)合
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
預(yù)備實(shí)驗(yàn)例鋼帶在含鎳離子的常規(guī)電鍍液，控制電鍍條件為pH4.0-4.6、40-50℃、電流密度1.5-3A/dm2，電鍍10-15min，得到表面鍍層厚3-4微米鍍鎳鋼帶；利用恒流源使30A直流電通過(guò)長(zhǎng)度為22.0mm的上述鍍鎳鋼帶，利用秒表測(cè)其斷開時(shí)間，測(cè)試鍍鎳鋼帶厚度和寬度與熔斷時(shí)間的關(guān)系如下表1
由于鍍鎳鋼帶的熔斷受到生熱、散熱、表面及體相性質(zhì)等諸多因素的影響，因此無(wú)法準(zhǔn)確地用公式來(lái)表示其熔斷時(shí)間與幾何參數(shù)之間的關(guān)系，但基本上可以看出鍍鎳鋼帶的熔斷時(shí)間受其截面積和表面積的影響，截面積越大，其電阻越小，生熱量越少，越難熔斷，而在寬度和厚度兩因素中，厚度影響更大。比較例采用尺寸為22.0×4.0×0.08mm純鎳帶為極導(dǎo)電端子，以常規(guī)工藝制造的AA型鎘-鎳電池，以秒表測(cè)試短路熔斷時(shí)間，30秒內(nèi)極耳不斷開，電池體發(fā)燙。
權(quán)利要求1.具有短路保護(hù)功能的堿性二次電池，包括電池殼、組合蓋帽、堿性電解液以及由正極板、隔膜、負(fù)極板疊置組成的卷繞狀電池芯，其特征是所述的正極板、負(fù)極板至少其中之一焊接有導(dǎo)電端子，所述導(dǎo)電端子是在鋼帶基板上電鍍由鎳、錫、銅、鉛組成的物質(zhì)組中的至少一種金屬而制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性二次電池，其特征是所述導(dǎo)電端子厚度為0.05-0.30毫米，寬度為2.0-20毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性二次電池，其特征是所述導(dǎo)電端子沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有細(xì)頸、孔狀、網(wǎng)狀、或者上述組合的缺陷部分；缺陷部分的截面積為導(dǎo)電端子其它部分截面積的20-80％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的堿性二次電池，其特征是所述導(dǎo)電端子的細(xì)頸部為角形或弧形的缺口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性二次電池，其特征是所述導(dǎo)電端子的表面鍍層厚3-4微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性二次電池，其特征是所述導(dǎo)電端子表面電鍍鎳金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性二次電池，其特征是所述的正極板為氧化鎳電極，所述的負(fù)極板選自鎘電極、金屬氫化物電極、鋅電極中的一種，由所述的正、負(fù)極板配合分別組成鎘-鎳、金屬氫化物-鎳、鋅-鎳堿性二次電池。
8.含有如權(quán)利要求1所述堿性二次電池的串聯(lián)電池組，其特征是所述導(dǎo)電端子是在鋼帶基板表面電鍍鎳金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的堿性二次電池的串聯(lián)電池組，其特征是所述導(dǎo)電端子沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有細(xì)頸、孔狀、網(wǎng)狀、或者上述組合的缺陷部分；缺陷部分的截面積為導(dǎo)電端子其它部分截面積的20-80％。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種堿性二次電池,其特征是:所述的正極板、負(fù)極板至少其中之一焊接有導(dǎo)電端子,所述導(dǎo)電端子是在鋼帶基板上電鍍由鎳、錫、銅、鉛組成的物質(zhì)組中的至少一種金屬而制成;含有如上所述堿性二次電池的串聯(lián)電池組,在大于30安培的短路電流時(shí),導(dǎo)電端子能夠在0—2秒內(nèi)熔斷,從而避免電池組長(zhǎng)時(shí)間短路造成電池過(guò)熱及發(fā)生爆炸、漏液等危險(xiǎn),大大提高了電池組的安全性能,尤其適合在電動(dòng)工具、電動(dòng)玩具等小型電動(dòng)設(shè)備中作為供給電源。
文檔編號(hào)H01M10/28GK2473755SQ0123549
公開日2002年1月23日 申請(qǐng)日期2001年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月18日
發(fā)明者王傳福, 張建業(yè), 董俊卿, 程堂利 申請(qǐng)人:深圳市比亞迪實(shí)業(yè)有限公司