專利名稱：二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二次電池，尤其涉及一種其集電板(current collectingplate)的焊接性能得以改進(jìn)的二次電池。
背景技術(shù)：
根據(jù)用途及電池容量，二次電池可以分為低容量二次電池和高容量電池，前者常被稱為“小型電池”，它使用一個(gè)或幾個(gè)封裝成一組的電池組電池；后者常被稱為“大型電池”，它使用幾十個(gè)電池組電池封裝成一個(gè)電池組。
小型電池用作小型電子設(shè)備的電源，例如移動(dòng)電話、筆記本電腦和便攜式攝像機(jī)，而大型電池則用作驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力車等的電動(dòng)機(jī)的電源。
在用單個(gè)電池(cell)形成小型電池時(shí)，一般為棱柱形或圓柱形，其制造過(guò)程如下將正、負(fù)極以及插入到兩者之間作為絕緣體的隔板螺旋式纏繞，形成一個(gè)膠輥狀的電極組件，然后，將該電極組件插入到具有預(yù)定形狀的容器中。
上述的正、負(fù)極具有引線端子，即導(dǎo)電接頭，用于在電池工作時(shí)聚集正、負(fù)極所產(chǎn)生的電流。更詳細(xì)地說(shuō)，這些導(dǎo)電接頭通過(guò)焊接的方式固定在電極組件上，以便將正、負(fù)極產(chǎn)生的電流引導(dǎo)到每個(gè)正、負(fù)端子上。
然而，在將小型電池的這一結(jié)構(gòu)直接應(yīng)用到大型電池上時(shí)，無(wú)法滿足大型電池在電容和功率方面的工作性能。因此，日本專利公開(kāi)No.2003-7346中提出了一種多接頭結(jié)構(gòu)，即在一個(gè)電極組件上連接多個(gè)接頭。這里，二次電池的結(jié)構(gòu)為周一個(gè)內(nèi)部端子將沿電極組件的一個(gè)方向所形成的多個(gè)電極接頭結(jié)合在一起，并且該內(nèi)部端子連接到一個(gè)外部端子上。
二次電池的這些接頭與一個(gè)集電器形成一體，或者是在兩者分別制造后，將這些接頭焊接到集電器上。然而，兩種結(jié)構(gòu)都存在一些問(wèn)題。例如，作為集電器的一部分形成的接頭會(huì)難于滿足大型電池在功率方面的要求，因?yàn)榧娖鞯牟牧贤倪^(guò)大。單獨(dú)制造的接頭也有一個(gè)缺點(diǎn)，即工序繁多。尤其是，由于接頭在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱量可能對(duì)電極組件有影響，則需要將接頭制造得相對(duì)較長(zhǎng)以使影響最小。因此，接頭所占據(jù)的空間也會(huì)變大，從而造成二次電池的能量密度下降。
另外，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的成組(packs)的大型電池需要大的功率以滿足其用途。因此，在設(shè)計(jì)接頭時(shí)，需要使其在聚集電流的過(guò)程中產(chǎn)生的電阻最小。然而，常規(guī)技術(shù)提出的上述方案往往導(dǎo)致電阻相對(duì)增加，這是由于通過(guò)單位面積較小的接頭來(lái)聚集電流，會(huì)造成集電效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種帶有集電板的二次電池，且該集電板具有改進(jìn)的焊接性能以及增強(qiáng)的集電效率。
本發(fā)明還提供了一種可用于相關(guān)工業(yè)的二次電池，例如用于需要大型電池來(lái)提高其瞬時(shí)功率(instant power)的混合動(dòng)力車。
通過(guò)將正、負(fù)極及插入到兩者之間的隔板纏繞在一起，形成電極組件。該電極組件與負(fù)集電板結(jié)合在一起。該電極組件被放入一個(gè)容器內(nèi)，用蓋進(jìn)行密封，并且該蓋被電連接到該電極組件上。
本發(fā)明的二次電池的制造過(guò)程如下通過(guò)第一接觸區(qū)域?qū)⒇?fù)集電板固定到電極組件內(nèi)，用不同于負(fù)集電板的金屬對(duì)該區(qū)域的表面進(jìn)行局部處理。
該集電板還通過(guò)第二接觸區(qū)域固定到容器上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用不同于負(fù)集電板的金屬對(duì)該容器進(jìn)行表面處理。這種處理可使負(fù)集電板通過(guò)第二接觸區(qū)域輕松地固定到容器上，而無(wú)需對(duì)負(fù)集電板的第二接觸區(qū)域進(jìn)行表面處理。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)集電板的第二接觸區(qū)域向容器突出，且在負(fù)集電板的中心形成一個(gè)圓盤形區(qū)域。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以第二接觸區(qū)域作為中心軸，至少兩個(gè)第一接觸區(qū)域沿負(fù)集電板放射狀延伸。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其優(yōu)勢(shì)在于將電極組件形成為圓柱形膠膠輥狀后，二次電池可被制成圓柱形，其另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于將多個(gè)此類電池串聯(lián)連接后，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。


被并入到說(shuō)明書(shū)并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖展示了本發(fā)明的各實(shí)施例，它們與文字描述一起用于解釋本發(fā)明的思想，其中圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的二次電池的截面圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電極組件的透視圖；圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的負(fù)集電板的透視圖；圖4是沿圖3的I-I’線得到的截面圖；以及圖5展示了負(fù)極的未涂布區(qū)域和負(fù)集電板之間、以及負(fù)集電板和容器之間的接觸關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
在下面詳細(xì)的描述中，展示并說(shuō)明了本發(fā)明的各實(shí)施例，這僅僅是為了解釋本發(fā)明的各種實(shí)現(xiàn)方式。但不難理解，在不背離本發(fā)明的情況下，可在各個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行修改。因此，應(yīng)該認(rèn)為各附圖和描述在本質(zhì)上是解釋性的，而非限制性的。
圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的二次電池的截面圖；圖2是部分纏繞的電極組件的透視圖。下面將參照這些附圖對(duì)本發(fā)明的二次電池進(jìn)行說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，制造二次電池的第一步是將正極23和負(fù)極22以及插入到兩者之間的隔板21纏繞成膠輥狀結(jié)構(gòu)，從而形成電極組件20。根據(jù)該實(shí)施例，沿正極23和負(fù)極22的邊緣都形成有未涂布區(qū)域23b、22b，正極23的未涂布區(qū)域23b從電極組件20的頂側(cè)向外延伸，而負(fù)極22的未涂布區(qū)域22b從電極組件20的底側(cè)向外延伸。正集電板70和負(fù)集電板50位于電極組件20的頂部和底部。
容器11由導(dǎo)體金屬制成，該導(dǎo)電金屬通過(guò)為鋁或鋁合金鍍上一種抗腐蝕的金屬而形成。根據(jù)所列舉的實(shí)施例，容器的形狀為一個(gè)開(kāi)口圓柱體，包括正負(fù)集電板50、70在內(nèi)的電極組件20可以插入其中。然而，本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D1，二次電池包括頂部組件30，該頂部組件30包括帶有外端子31a的蓋板31，外端子31a通過(guò)引線60電連接到正集電板50上。該頂部組件還包括一個(gè)可使容器11與蓋板30相絕緣的墊圈32。
另外，該頂部組件可以包括通氣板33，該通氣板33上存在一個(gè)用于緩沖內(nèi)壓的空間和一個(gè)安全口(圖中未示)，該安全口可防止電池因破裂并釋放出預(yù)定壓力的氣體而發(fā)生的爆炸。
參照?qǐng)D2，正、負(fù)極23、22通過(guò)分別將正極活性物質(zhì)23a和負(fù)極活性物質(zhì)22a涂布在正集電器231和負(fù)集電器221上而形成，而沿各電極的長(zhǎng)側(cè)邊緣留下未涂布區(qū)域23b、22b。然后將這些電極及隔板21水平纏繞成膠輥狀結(jié)構(gòu)，形成電極組件20。在一個(gè)實(shí)施例中，正集電器231由鋁制成，而負(fù)集電器221由銅制成。
根據(jù)所示的實(shí)施例，未涂布區(qū)域23b、22b——即各集電器上未涂布活性物質(zhì)的區(qū)域——形成于正、負(fù)極23、22的長(zhǎng)側(cè)上。這里，正、負(fù)極的未涂布區(qū)域23b、22b沿相反方向排列，正極23的未涂布區(qū)域23b在上方延伸，而負(fù)極22的未涂布區(qū)域22b在下方延伸，隔板21介于兩者之間。
當(dāng)纏繞成電極組件20時(shí)，未涂布區(qū)域23b、22b從電極組件20的任一側(cè)延伸出來(lái)。特別是，正未涂布區(qū)域23b從電極組件20的頂部延伸出來(lái)，而負(fù)未涂布區(qū)域22b從底部延伸出來(lái)。因此，電極組件20具有如此形狀，即正未涂布區(qū)域23b從頂部突出，而負(fù)未涂布區(qū)域22b從底部突出。
然后，正集電板70與從電極組件20向上延伸出來(lái)的正極23的正未涂布區(qū)域23b相接觸，而負(fù)集電板50與從電極組件20向下延伸出來(lái)的負(fù)極22的未涂布區(qū)域22b相接觸。負(fù)集電板50還可以通過(guò)焊接的方式固定到電極組件20上。
這里，集電板50、70采用與相應(yīng)的集電器相同的材料制成。對(duì)于該實(shí)施例而言，正集電板70由鋁制成，而負(fù)集電板50由銅制成。因此，負(fù)集電板50和負(fù)未涂布區(qū)域22b由相同的材料組成，在本實(shí)施例中為銅，并且相互接觸。然而，出現(xiàn)了這樣一個(gè)問(wèn)題，即由于將銅焊接到銅上比較困難，則負(fù)集電板50難于固定到負(fù)未涂布區(qū)域22b上。
因此，為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明建議對(duì)負(fù)集電板作如下改進(jìn)。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的負(fù)集電板50的透視圖，圖4是沿圖3的I-I’線得到的截面圖。
參照上述兩幅圖以及圖1，本發(fā)明這一實(shí)施例中的負(fù)集電板50包括多個(gè)第一接觸區(qū)域53和一個(gè)第二接觸區(qū)域55，其中第一接觸區(qū)域接觸并固定到負(fù)未涂布區(qū)域22b上；而第二接觸區(qū)域固定到容器11上。上述接觸區(qū)域53、55位于與電極組件20形狀相同的板51上。
根據(jù)本實(shí)施例，板51由銅制成圓盤形。然而，該板又并不局限于此，而是可以改變形狀，只要它能與電極組件20保持基本相同的形狀即可。
根據(jù)本實(shí)施例，將第一接觸區(qū)域53制成從板51的中心放射狀延伸的突起區(qū)域，它們帶有朝負(fù)集電器22向上延伸的突起部分。與之相似，第二接觸區(qū)域55包括一個(gè)從板51朝容器11向下延伸的圓盤形區(qū)域。根據(jù)本實(shí)施例，第一和第二接觸區(qū)域53、55可以用本領(lǐng)域已知的技術(shù)沖壓板51而形成。不難理解，盡管本發(fā)明的這一實(shí)施例包括四個(gè)沿徑向延伸的區(qū)域，但也可以有許多其他的改變。
第一接觸區(qū)域帶有一個(gè)表面處理層52，以防止金屬被電解液氧化，并且便于將集電板和負(fù)未涂布區(qū)域22b焊接在一起，也就是說(shuō)，由于負(fù)未涂布區(qū)域22b和負(fù)集電板50由相同的材料制成，即銅，因此難于將它們焊接在一起，而表面處理層有助于將兩者焊接在一起。
表面處理所用的材料可以包括鎳、錫和鋅。但是，可以使用除了銅之外任何合適的材料。在這些可能的材料中，優(yōu)選鎳。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，表面處理層的厚度為1到50微米。當(dāng)厚度小于1微米時(shí)，不足以實(shí)現(xiàn)表面處理的效果。當(dāng)厚度大于50微米時(shí)，集電板的傳導(dǎo)性能會(huì)惡化。
根據(jù)本發(fā)明，盡管在第一接觸區(qū)域上提供表面處理具有優(yōu)點(diǎn)，但在第二接觸區(qū)域上提供表面處理卻沒(méi)有優(yōu)點(diǎn)，則不對(duì)第二接觸區(qū)域進(jìn)行表面處理。因此，在第一接觸區(qū)域53上制造表面處理層52的過(guò)程中，應(yīng)該用圖像掩摸將第二接觸區(qū)域55覆蓋，只露出負(fù)集電板50上除了第二接觸區(qū)域55之外的其他區(qū)域。
可以用包括涂布或覆層(cladding)在內(nèi)的方法來(lái)添加表面處理層52。涂布方法可以包括諸如電鍍或化學(xué)鍍之類的方法。
一旦將表面處理層52添加到負(fù)集電板50上，就將負(fù)集電板50定位在與負(fù)極22的未涂布區(qū)域22b相接觸的電極組件20上。然后，將負(fù)集電板50焊接到負(fù)極22的未涂布區(qū)域22b上，并且優(yōu)選采用激光焊。因?yàn)榇颂幍暮附邮峭ㄟ^(guò)銅和非銅金屬之間的異質(zhì)結(jié)合進(jìn)行的，所以負(fù)集電板50就易于固定到負(fù)未涂布區(qū)域22b上。
與負(fù)集電板50相似，正集電板70可以定位在正極23的未涂布區(qū)域23b上。
然后將帶有固定于其上的負(fù)集電板50和正集電板70的電極組件20插入到容器11內(nèi)，并使正集電板70面向頂部組件30。因此，連接到負(fù)極22上的負(fù)集電板50與容器11的底部相接觸，并通過(guò)諸如電阻焊的方法，被固定到底部上。特別是，如圖5所示，伸向并接觸容器11底部的第二接觸區(qū)域55被固定到容器11上，形成一個(gè)接合面S。電阻焊是將電阻焊條通過(guò)在正集電板中心形成的孔77(圖1)而插入到容器11內(nèi)進(jìn)行的。這里，在容器的內(nèi)側(cè)鍍上一種除銅之外的金屬以保護(hù)其不被氧化是有利的。此外，由于接合面S形成于銅和不同金屬的異質(zhì)結(jié)合處，因此焊接得以簡(jiǎn)化。適于容器11的鍍層的金屬包括鎳、錫和鋅。通過(guò)負(fù)集電板，將負(fù)極固定到容器上，容器11充當(dāng)電池的正極。
然后，通過(guò)容器的開(kāi)口向容器11內(nèi)注入電解液，使電極組件20浸入到電解液中。正集電板70被電連接到正極23上，并通過(guò)導(dǎo)線60與頂部組件30電連接，以使頂部組件形成電池的負(fù)極。
這里，可以用多個(gè)接頭結(jié)構(gòu)或一個(gè)板結(jié)構(gòu)，將頂部組件30連接到電極組件20上。
本發(fā)明的二次電池的優(yōu)點(diǎn)在于具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這是由于負(fù)集電板與負(fù)極的未涂布區(qū)域的焊接更牢固，并且由于負(fù)集電板和負(fù)極之間的接觸電阻下降，而使集電效率也得以提高。
該二次電池可作為驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力電動(dòng)車(HEV)、電動(dòng)車(EV)、無(wú)線清潔器、摩托車、小型摩托車等需要大功率的裝置所用的電動(dòng)機(jī)。
盡管已參照某些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以理解，只要不背離附加的權(quán)利要求書(shū)所闡明的本發(fā)明的范圍和精神，就可以對(duì)其進(jìn)行各種修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種二次電池，包括一電極組件，包含正極、負(fù)極和插入到兩者之間的隔板，該正極、負(fù)極和隔板纏繞成螺旋狀；一容器，將電極組件容納在該容器內(nèi)；一用于密封該容器的頂部組件，被電連接到該電極組件上；以及一負(fù)集電板，包含至少一個(gè)經(jīng)過(guò)部分表面處理的區(qū)域，該電極組件被固定到負(fù)集電板的該區(qū)域上。
2.如權(quán)利要求1所述的二次電池，其中所述負(fù)集電板包括至少一個(gè)第一接觸區(qū)域和至少一個(gè)第二接觸區(qū)域，該第一接觸區(qū)域上存在至少一個(gè)經(jīng)過(guò)部分表面處理的區(qū)域，該第二接觸區(qū)域被固定到所述容器上。
3.如權(quán)利要求2所述的二次電池，其中所述負(fù)極和所述第一接觸區(qū)域包括一第一材料，并且所述第一接觸區(qū)域采用不同于該第一材料的第二材料進(jìn)行表面處理，以形成表面處理區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的二次電池，其中所述負(fù)集電板包括第一金屬，并且所述容器的一個(gè)內(nèi)表面采用不同于第一金屬的第二金屬進(jìn)行處理。
5.如權(quán)利要求4所述的二次電池，其中所述負(fù)集電板的一個(gè)表面采用不同于第一金屬的金屬進(jìn)行部分處理，以形成所述經(jīng)過(guò)部分表面處理的區(qū)域。
6.如權(quán)利要求2所述的二次電池，其中所述第二接觸區(qū)域向所述容器突出。
7.如權(quán)利要求6所述的二次電池，其中所述第二接觸區(qū)域包括一位于所述負(fù)集電板中心的圓形接觸區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的二次電池，其中所述第二接觸區(qū)域采用電阻焊連接到所述容器上。
9.如權(quán)利要求2所述的二次電池，其中所述正極和負(fù)極都包括一未使用活性物質(zhì)的未涂布區(qū)域，并且所述第一接觸區(qū)域中經(jīng)過(guò)部分表面處理的區(qū)域被固定到負(fù)極的該未涂布區(qū)域上。
10.如權(quán)利要求9所述的二次電池，其中提供多個(gè)第一接觸區(qū)域，向所述負(fù)極的未涂布區(qū)域延伸。
11.如權(quán)利要求10所述的二次電池，其中每個(gè)所述第一接觸區(qū)域均包括一沿徑向延伸的第一接觸區(qū)域。
12.如權(quán)利要求11所述的二次電池，其中所述負(fù)集電板用激光焊固定到所述負(fù)極的未涂布區(qū)域上。
13.如權(quán)利要求11所述的二次電池，其中所述電極組件的形狀為圓柱形或棱柱形。
14.如權(quán)利要求11所述的二次電池，其中所述二次電池用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種二次電池，包括一電極組件、一容器、一頂部組件和一負(fù)集電板。該電極組件包括纏繞在一起的正極、負(fù)極以及插入到兩者之間的隔板。該負(fù)集電板包括經(jīng)過(guò)部分表面處理的區(qū)域，用于將該負(fù)集電板固定到負(fù)極上。經(jīng)過(guò)部分表面處理的區(qū)域包括不同于負(fù)集電板的金屬。使用與負(fù)集電板不同的金屬，可以改善負(fù)集電板和負(fù)極之間的焊接，進(jìn)而提高電池的性能，尤其是對(duì)大容量電池。
文檔編號(hào)H01M2/06GK1713413SQ200510079968
公開(kāi)日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者金賢碩 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社