專利名稱：高性能電池組及其集電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電池組，尤其涉及高性能電池組。
背景技術(shù)：
一般電池組包括一個(gè)或幾個(gè)電化學(xué)電池，它們?cè)陔姵亟M內(nèi)電氣相連，并作為電池組提供電源。這些電池一般包括4個(gè)基本元件正電極(充電時(shí)的陽(yáng)極，放電時(shí)的陰極)，其在該電池放電時(shí)接收來(lái)自外電路的電子；負(fù)電極(充電時(shí)的陰極，放電時(shí)的陽(yáng)極)，其在該電池放電時(shí)向外電路提供電子；電解液(通常是溶液或膏)，其提供使電荷在正極和負(fù)極之間流動(dòng)的機(jī)制；以及一個(gè)或幾個(gè)隔離器，用于電氣隔離正極和負(fù)極。因?yàn)檫@些元件之間的電化學(xué)關(guān)系，這種結(jié)構(gòu)能使電池產(chǎn)生電功率。一旦產(chǎn)生電流，電流一般通過(guò)載流子從正電極輸送到一個(gè)端子，從該端子，電流被輸送到外電路，并通過(guò)和負(fù)極板相連的一個(gè)端子(一般通過(guò)另一種載流子)流回電池組。
對(duì)于任何電池組，其性能可以用幾個(gè)參數(shù)限定。其中這些參數(shù)可以包括電壓、電流和電池組的容量。顯然，對(duì)于特定用途的電池組應(yīng)當(dāng)按照這些參數(shù)設(shè)計(jì)。
在實(shí)現(xiàn)時(shí)可能具有困難的一組性能參數(shù)是可充電的高性能電池組的性能參數(shù)，該高性能電池組例如包括用于向“混合”電車(即依靠電池組驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的車輛)、動(dòng)力工具和電車供電的電池組。這種電池組一般具有低的電阻，使得可以非?？斓禺a(chǎn)生電流并提供給外部裝置。此外，特別是和混合車輛接合使用時(shí)，一般需要具有相當(dāng)?shù)偷闹亓坎⑶夷軌蛉菀浊铱焖俚亟邮针姾傻碾姵亟M。
在高性能電池組的電池中，電極板、電解液和隔離器應(yīng)當(dāng)這樣選擇，使得這些元件之間的電化學(xué)關(guān)系能夠在一個(gè)可接受的放電時(shí)間內(nèi)提供所需的電流值；當(dāng)然，希望這種電池組能夠利用當(dāng)前可得到的材料。此外，電池應(yīng)當(dāng)提供具有相當(dāng)?shù)偷碾娮璧挠呻姌O板到電池端子之間的電流通路。此外，希望電池的結(jié)構(gòu)有利于制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種低容量的、低電阻的、高功率的電池。作為第一方面，本發(fā)明涉及一種用于電池組的繞組組件。該繞組組件包括正電極板，負(fù)電極板，隔離器片和集電器。該正負(fù)電極板和隔離器片以重疊的關(guān)系被繞制，使得該隔離器片位于正負(fù)電極板之間，正電極板的暴露的頂部邊緣沿縱向和相鄰的負(fù)電極板的未暴露的頂部邊緣分開(kāi)，并且負(fù)電極板的暴露的底部邊緣沿縱向和該正電極板的未暴露的底部邊緣分開(kāi)。該集電器和正電極板、負(fù)電極板中的一個(gè)的暴露的邊緣中的一個(gè)相連，并因而和另一個(gè)(即未連接的)電極板的相鄰的未暴露的底部邊緣分開(kāi)。該集電器包括端子安裝部分和徑向延伸的收集盤。該集電器的收集盤包括周邊部分，位于該周邊部分處并從該周邊部分沿徑向向內(nèi)延伸的至少一個(gè)端部敞開(kāi)的周邊孔，以及位于該端子部分和周邊部分之間的至少一個(gè)端部閉合的內(nèi)部孔。在這種結(jié)構(gòu)中，集電器可以促進(jìn)電流從和集電器相連的電極板通過(guò)端子流入外電路，因而提供能夠快速地輸出大電流的電池。此外，通過(guò)使連接工具(例如焊接裝置)能夠在集電器的內(nèi)部位置和周邊位置進(jìn)入，這種結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化集電器和相鄰的電極板的連接。
該繞組組件尤其適合利用由含鉛材料制成的正負(fù)電極板和集電器。在一個(gè)實(shí)施例中，集電器包括多個(gè)周邊孔，多個(gè)內(nèi)部孔，或者包括該兩種孔(其中任何一種孔或者兩種孔沿周向彼此等距離分布)。最好是，該結(jié)構(gòu)的集電器被連接于繞組組件的兩端。此外，最好是，該繞組被設(shè)置在容器中，并把端子加于集電器上而形成用于電池組的電池。
作為第二方面，本發(fā)明涉及一種用于電池的繞組組件，其包括按照上述沿周向繞制的正負(fù)電極板和隔離器，以及和正電極板的頂部邊緣、負(fù)電極板的底部邊緣相連的集電器。至少一個(gè)集電器由第三種材料制成，并包括端子安裝部分和徑向延伸的收集盤。該收集盤包括收集部分，在該收集部分內(nèi)的至少一個(gè)凹入?yún)^(qū)域，以及位于該凹入?yún)^(qū)域內(nèi)的孔。在這種結(jié)構(gòu)中，施加預(yù)選的溫度和時(shí)間的熱量可以引起凹入?yún)^(qū)域和電極板邊緣熔化而形成一個(gè)連接點(diǎn)(由于相似的熱質(zhì)量)，同時(shí)收集部分基本上保持形狀不變。結(jié)果，有助于集電器和相鄰的電極板的連接。
關(guān)于本發(fā)明的第一方面，上述的繞組組件尤其適合利用由含鉛材料制成的正負(fù)電極板和集電器。在一個(gè)實(shí)施例中，集電器包括多個(gè)周邊孔，多個(gè)內(nèi)部孔，或者包括該兩種孔(其中任何一種孔或者兩種孔沿周向彼此等距離分布)。最好是，該結(jié)構(gòu)的集電器被連接于繞組組件的兩端。此外，最好是，該繞組被設(shè)置在容器中，并把端子加于集電器上而形成用于電池組的電池。
作為第三方面，本發(fā)明涉及一種用于電池組電池的蓋組件。該蓋組件包括具有通氣孔的內(nèi)蓋和以重疊關(guān)系與該內(nèi)蓋相連的外蓋。該外蓋包括定位在該通氣孔的正上方的向下延伸的肋。該蓋組件還包括柔性的隔膜，其位于該通氣孔內(nèi)，并包括向上延伸以與該外蓋的肋接觸的凸起。在這種結(jié)構(gòu)中，在該肋和該凸起之間的相互作用使該隔膜保持定位在該通氣孔內(nèi)，使得電解液不會(huì)從電池的腔室中泄漏，而且當(dāng)腔室內(nèi)的壓力太大時(shí)可以使電池組腔室通氣。


圖1是本發(fā)明的電池的正視截面圖；圖2是圖1的電池的拆開(kāi)的透視圖；圖3是圖1的電池的正負(fù)電極板和隔離器片的放大的透視圖；圖4是圖1的電池的集電器和端子的大大放大的透視圖；圖5是沿圖4的線5-5取得集電器的截面圖；圖6是包括隔膜的頂蓋組件的放大的截面圖；以及圖7是含有多個(gè)本發(fā)明電池的電池組的頂視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。不過(guò)，本發(fā)明可以用許多不同的形式實(shí)施，因而不應(yīng)當(dāng)解釋為如這些實(shí)施例所限制的；而是，提供這些實(shí)施例只是為了使本說(shuō)明更加充分和完整，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，完全可以得出本發(fā)明的范圍。在所有附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。為清楚起見(jiàn)，一些元件的尺寸被擴(kuò)大了。
現(xiàn)在參看附圖，圖1示出了以標(biāo)號(hào)20表示的電池。電池20包括圓柱形的外殼22，正負(fù)電極板24，30，它們被繞成螺旋形的繞組38，其中具有隔離器片36(見(jiàn)圖3)，頂部和底部集電器40A，40B(它們和繞組38一起形成繞組組件38A)，以及頂部和底部蓋組件60A，60B。下面詳細(xì)說(shuō)明這些元件。
外殼22如圖所示最好是圓柱形的，并且由電絕緣材料例如聚合物材料(例如包括聚碳酸酯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯及其共混物和共聚物)，或襯有聚合物的金屬(例如包括鋁和著色的軟鋼)形成。外殼22也可以采用圓柱形之外的其它形狀，包括具有卵形的、橢圓形的或者其它非圓形的截面的形狀，例如在本申請(qǐng)人的序列號(hào)為09/368769(769申請(qǐng))的共同待審申請(qǐng)中所述的形狀，該專利文件的全文被包括在此作為參考。不管采取何種形狀，外殼22或其它的容器的尺寸應(yīng)當(dāng)這樣選擇，使得當(dāng)把繞組38置于其中時(shí)，正極24，負(fù)極30和隔離器36被壓縮，因?yàn)檫@種壓縮可以增加這些元件之間的接觸，借以改善電池組的性能。
現(xiàn)在參看圖3，其中孤立地示出了繞組38，正極24和負(fù)極30是圍繞軸線A設(shè)置在沿周向繞制的結(jié)構(gòu)中的薄層，其中它們被隔離器36相互隔離，從而避免直接接觸。這里使用的術(shù)語(yǔ)“沿周向繞制”的一層或幾層指的是該層圍繞中心軸線限定一個(gè)路徑，其中，對(duì)于相對(duì)垂直于該軸線延伸的假想的基線的一個(gè)給定的角度，隨后的層離開(kāi)軸線的距離增加。這個(gè)術(shù)語(yǔ)旨在包括非圓形的螺旋路徑，例如由卵形的、橢圓形的或者長(zhǎng)圓形的層形成的路徑，以及沿周向繞制成的圓形、橢圓形或卵形的形狀通過(guò)從相對(duì)側(cè)施加壓力被壓扁一些而成的螺旋路徑。這種形狀在上述的769專利申請(qǐng)中披露了。
用于正電極24和負(fù)電極30的材料應(yīng)當(dāng)這樣選擇，使得它們具有呈現(xiàn)為產(chǎn)生電功率所需的電化學(xué)關(guān)系的能力。類似地，用于隔離器36的材料應(yīng)當(dāng)這樣選擇，使得能夠增強(qiáng)該電化學(xué)關(guān)系。此外，用于正負(fù)電極24，30以及隔離器36的材料應(yīng)當(dāng)具有足夠的柔性和韌性，使得能夠成功地沿周向繞制并被進(jìn)一步壓成所需的形狀。用于正極24的示例的材料包括含鉛的材料，例如鉛氧化物和鉛硫酸鹽。這里使用的術(shù)語(yǔ)“含鉛的材料”指的是材料含有至少為50％的重量的鉛；最好含鉛的材料含有至少68％的重量的鉛。用于負(fù)極30的示例的材料包括含鉛的材料，例如鉛氧化物和鉛硫酸鹽。用于隔離器36的示例的材料包括玻璃微纖維和有機(jī)材料特別是聚合物材料。在一個(gè)實(shí)施例中，正負(fù)電極由含鉛的材料制成，隔離器由利用玻璃微纖維或其它微纖維加強(qiáng)的聚合物板制成。這些材料在769專利申請(qǐng)中詳細(xì)討論了。
仍然參看圖3，正電極24和負(fù)電極30被沿周向繞制，使得正電極24的頂部邊緣26沿著軸線A沿縱向和負(fù)電極板30的頂部邊緣32分開(kāi)。最好是，該分開(kāi)的間距在大約0.1和0.2英寸之間，最優(yōu)選的間距是0.125英寸。類似地，負(fù)電極板3 0的底部邊緣34沿軸線A沿縱向和正電極24的底部邊緣28分開(kāi)，該分開(kāi)的間距和上面對(duì)于頂部邊緣26，32所述的相似。在這種結(jié)構(gòu)中，正電極24的頂部邊緣26可用于和集電器40A實(shí)現(xiàn)電接觸，而不使負(fù)電極30和其實(shí)現(xiàn)電接觸，類似的，負(fù)電極30可以和集電器40B實(shí)現(xiàn)電接觸，而不使集電器40B和正電極24實(shí)現(xiàn)電接觸。這種結(jié)構(gòu)在Juergens的美國(guó)專利5047300；5045086；5368961和Juergens等人的美國(guó)專利5677078中說(shuō)明了，這些專利文件的全文被包括在此作為參考。
現(xiàn)在參看圖4，該實(shí)施例的集電器40A的結(jié)構(gòu)和集電器40B的結(jié)構(gòu)基本相同(集電器40B相對(duì)于集電器40A被“倒置”)；因而，這里只說(shuō)明集電器40A，應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)集電器40A的說(shuō)明同樣適用于集電器40B。
集電器40A包括圓柱形端子42和具有端子安裝部分44和收集部分46的收集盤43。端子42的下端被嵌入端子安裝部分44中，端子42的其余部分從安裝部分向上延伸。在這種結(jié)構(gòu)中，端子42和收集盤43可被制成一個(gè)整體的元件，其中在收集盤43的模制期間使端子42下降到端子安裝部分44中。此外，端子42可以用其它方式固定在端子安裝部分44中，例如被焊接或釬焊在其上。如圖所示，端子42包括外螺紋和內(nèi)螺紋，用于幫助進(jìn)行其它元件的連接。
最好是，端子42由高導(dǎo)電率的材料例如純銅、黃銅或者一些其它的含銅合金形成，并具有相當(dāng)大的橫截面積，以便減少對(duì)電流的阻力。例如，如果電池20被設(shè)計(jì)用于提供200安培的電流，則最好是端子42具有至少大約0.08in2的橫截面積。
仍然參看圖4，端子安裝部分4 4基本上設(shè)置在收集盤43的中心。端子安裝部分44比收集部分46厚一些，從而使端子42的下端能夠嵌入該安裝部分中，并且使得減少電阻。
如圖所示，收集部分46基本上呈圓形，雖然收集部分46可以是卵形、橢圓形或其它形狀的，如769專利申請(qǐng)所述，以便和繞組38的形狀匹配。收集部分46在其內(nèi)部和端子安裝部分44合并，并且包括基本上平的上表面48和基本上平的下表面50(見(jiàn)圖5)，其中的一部分和正電極24的上邊緣26相連。
端部敞開(kāi)的周邊槽52從收集部分46的周邊緣徑向向內(nèi)延伸。如圖所示，最好它們沿收集部分46的周邊周向等距離地分布。此外，收集部分46還包括沿徑向延伸的端部閉合的內(nèi)部槽54；它們也沿收集部分46周向等距離地分布，并且，如圖所示，最好是，沿周向被設(shè)置成交替的圖案，使得一個(gè)內(nèi)部槽54處于每對(duì)相鄰的周邊槽52之間，反之亦然。
在收集部分46中包括周邊槽52和內(nèi)部槽54，用于使焊接工具或一些其它的連接裝置能夠直接進(jìn)入，這些工具被設(shè)計(jì)用于在收集部分46和頂部邊緣26相遇的位置使收集部分46和正電極的頂部邊緣26互連。最好是，槽52和54的寬度大約在0.04和0.19英寸之間，不過(guò)對(duì)于不同的焊接工具可以具有不同的尺寸。
當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的集電器中也可以使用其它的孔的圖案。例如，所示的槽52、54的寬度基本上是均勻的。不過(guò)，其它的構(gòu)型也可以包括非均勻?qū)挾鹊目?，例如隨著離開(kāi)端子安裝部分44的距離的增加而向外張開(kāi)的或呈錐形的孔。此外，根據(jù)需要，所有的槽可以是端部開(kāi)口的周邊槽，或者所有的槽可以是端部閉合的內(nèi)部槽。收集部分46的孔的圖案應(yīng)當(dāng)使得在正電極上邊緣26上的多個(gè)點(diǎn)能夠連接到收集部分46上，并且最好是，應(yīng)當(dāng)使電流能夠取相當(dāng)直接的路徑從正電極24的頂部邊緣26到達(dá)端子安裝部分44。
收集盤43可以用高導(dǎo)電率的材料制成一個(gè)連接的單元，該材料和正電極24的材料是兼容的，以便實(shí)現(xiàn)與正電極24的頂部邊緣26的連接，并且能夠從正電極頂部邊緣26向端子42傳送電流。例如，如果正電極24由含鉛的材料制成，則最好收集盤43也由含鉛的材料制成，例如“純鉛”(即包括至少99％的鉛的材料)。
仍然參見(jiàn)圖4并且也參看圖5，每個(gè)周邊槽52和內(nèi)部槽54被一個(gè)凹入?yún)^(qū)域56包圍著(圖5中示出了一個(gè)示例的內(nèi)部槽54及其伴隨的凹入?yún)^(qū)域56。凹入?yún)^(qū)域56由上表面58限定，該上表面58低于并且基本上平行于收集部分46的上表面48。凹入?yún)^(qū)域56的厚度t(即在凹入?yún)^(qū)域56的上表面58和收集部分46的下表面50之間測(cè)量的)被這樣選擇，使得凹入?yún)^(qū)域56具有和正電極24的頂部邊緣26基本上相似的熱質(zhì)量。這樣，當(dāng)預(yù)選溫度和時(shí)間的熱量被加于凹入?yún)^(qū)域56和正電極24的頂部邊緣26上時(shí)，這些區(qū)域?qū)⒆冘?或者熔化)并焊在一起而形成一個(gè)連接點(diǎn)。不過(guò)，收集部分46的其余部分的厚度T(即在收集部分46的上表面48和下表面50之間測(cè)量的)足夠大，其熱質(zhì)量使其能夠在施加足夠的熱量以使凹入?yún)^(qū)域56和頂部邊緣26熔化的期間內(nèi)不致熔化。因而，收集部分46便連附于正電極24上而不會(huì)使收集部分46的未凹入的區(qū)域發(fā)生嚴(yán)重變形。
作為例子，對(duì)于由含鉛的材料制成的具有厚度1mm的正電極24和由純鉛制成的具有厚度t為0.8mm的凹入?yún)^(qū)域56的收集部分46，收集部分46的其余部分可以具有至少1.5mm的厚度T，并且在用焊炬的形式在621°F的溫度下幾毫秒的時(shí)間內(nèi)，對(duì)凹入?yún)^(qū)域56和正電極24的頂部邊緣26施加熱量時(shí)，不會(huì)引起嚴(yán)重的變形。結(jié)果，可以把正電極24連接在凹入?yún)^(qū)域56上，而對(duì)收集部分46的未凹入的區(qū)域的形狀(因而也是性能)沒(méi)有不利影響。當(dāng)然，收集部分46的厚度t和T和正電極24的厚度以及溫度和施加熱量的時(shí)間的其它的組合也可以適用于本發(fā)明。
如上所述，在所示的實(shí)施例中，集電器40B和集電器40A具有相同的構(gòu)型。因而上面對(duì)于集電器40A的說(shuō)明同樣適用于集電器40B，所不同的是，由于集電器40B的端子42向下延伸，集電器40B的下表面和負(fù)電極30的底部邊緣32相連。集電器還可以采取另外的構(gòu)型，例如沒(méi)有槽的集電器(沒(méi)有周邊槽和內(nèi)部槽)或者只具有內(nèi)部槽的集電器。作為其它的示例的例子，集電器可以沒(méi)有端子安裝部分，其厚度和收集部分相同，或者收集部分可以是錐形的，使得其厚度從周邊到中心而增加。
回頭參見(jiàn)圖1和圖2，電池20的端部借助于頂部和底部蓋組件60A，60B密封。蓋組件60A，60B的構(gòu)型十分相似，因而下面只說(shuō)明頂部蓋組件60A，同時(shí)指出底部蓋組件60B的區(qū)別。
頂部蓋組件60A包括內(nèi)蓋62，如圖所示，內(nèi)蓋62基本上是圓形的，但是該內(nèi)蓋62的形狀也可以采用其它的構(gòu)型；其最好和繞組38以及集電器40的形狀一致。內(nèi)蓋62包括在其下表面上并向下延伸從而和集電器40A的上表面48接觸的圓形中心肋64。中心孔72接收并包圍集電器40A的端子安裝部分44和端子42。
內(nèi)蓋62一般由聚合物材料或者襯有聚合物的金屬制成。最好是由可以容易地連接(例如通過(guò)加熱或者超聲波焊接或者通過(guò)粘合劑粘結(jié))到外殼22的頂部邊緣的材料制成。
圓形的通氣孔66(見(jiàn)圖6)被偏心地設(shè)置在內(nèi)蓋62上，使得其位于集電器40A的收集部分46的一個(gè)小區(qū)域的上方。一個(gè)具有向上和向下延伸的柱70的柔性隔膜68蓋住通氣孔66，并且可以提供在電池20的腔室和外部環(huán)境之間的氣密密封。該密封用于保持包含在電池中的電解液，不過(guò)，在電池20產(chǎn)生大的內(nèi)部壓力(例如當(dāng)電池處于過(guò)充電的高狀態(tài)下，這可以引起氧氣低效的重新組合，未組合的氧氣可以使得電池內(nèi)部的壓力大大增加)的情況下，隔膜68的邊緣可以向上彎曲而離開(kāi)通氣孔66，借以釋放內(nèi)部壓力。用于隔膜的示例的材料包括EPDM和氯丁橡膠。
一個(gè)環(huán)形的襯墊74包圍著集電器40A的端子安裝部分44，并被裝配在內(nèi)蓋62的中心肋64內(nèi)。和隔膜68一樣，襯墊74使端子42和外部環(huán)境與電池20內(nèi)的電解液密封隔離。螺母76被擰在端子42的外螺紋上，并對(duì)著收集盤43的徑向向內(nèi)的部分?jǐn)D壓襯墊74，從而提供在該位置的氣密密封。該襯墊一般由EPDM橡膠制成。
頂部蓋組件60A還包括外蓋80，其位于內(nèi)蓋62的頂上，并利用焊接或其它方式和其周邊相連。外蓋80包括向下延伸的六邊形的中心肋82，其內(nèi)具有六邊形的螺母76，中心肋82阻止螺母76在擰緊的時(shí)候被松開(kāi)。此外，外蓋80包括向下延伸的環(huán)形的中間肋84，當(dāng)安裝上外蓋80并就位時(shí)，該中間肋被定位以用于對(duì)隔膜68的向上延伸的柱70施加一個(gè)向下的力。在這種結(jié)構(gòu)中，中間肋84能夠保持隔膜68定位，從而提供外部密封防止電解液泄漏。外部肋85從外蓋80的周邊部分向下延伸，用于幫助外蓋80和內(nèi)蓋62實(shí)現(xiàn)連接。外蓋80還包括用于接收端子42的孔86，該端子然后在外蓋80的上方延伸，用于提供接觸元件作為柱或其它的連接元件。
外蓋80一般由聚合物材料或襯有聚合物的金屬材料制成。外蓋80的材料最好是有助于使外蓋和內(nèi)蓋62連接的材料。例如，如果內(nèi)蓋62由聚合物材料制成，并且內(nèi)蓋和外蓋80要焊接在一起，則外蓋80也應(yīng)當(dāng)用相同的聚合物材料或者其物理性能使得在與內(nèi)蓋62的材料一起焊接時(shí)兼容的材料制成。
底部蓋組件60B包括外蓋80和襯墊74，該襯墊74和外蓋80與頂部蓋組件60A的襯墊74和外蓋80相同。和底部蓋組件相連的內(nèi)蓋62沒(méi)有通氣孔66。因而，也省略了隔膜68，但是也可以使用相同的內(nèi)蓋62。上述用于頂部蓋組件60A的內(nèi)蓋、外蓋62、80和隔膜68的材料也適用于底部蓋組件60B。
電池20的裝配過(guò)程如下。首先沿周向把正負(fù)電極24、30和隔離器36繞制成繞組38，使得正負(fù)電極24、30的頂部邊緣和底部邊緣沿縱向分開(kāi)，如上所述。頂部集電器40A和正電極24的頂部邊緣26接觸，并通過(guò)在各個(gè)周邊和內(nèi)部槽52，54中插入焊接工具被焊接在該頂部邊緣上。在焊接期間，槽52、54的凹入?yún)^(qū)域56趨于熔化，正電極24的頂部邊緣26的區(qū)域也趨于熔化，這是因?yàn)樗鼈兊臒豳|(zhì)量相似，但是收集部分46的其余部分保持其形狀不變。最好在頂部邊緣26和收集部分46之間的盡可能大的面積上形成焊接，以便幫助電流通過(guò)。一旦集電器40A被連接，便重復(fù)進(jìn)行這些處理，以便把集電器40B連接在負(fù)極30的底部邊緣32，從而形成繞組組件38A。然后，把繞組組件38A插入殼體22中。襯墊74在集電器40A，40B的端子安裝部分44上方滑動(dòng)，把螺母76擰在端子42的外螺紋上。然后，內(nèi)蓋62利用超聲波焊接或者其它方式連接到殼體22的上下周邊上。把電解質(zhì)溶液通過(guò)通氣孔66加入正負(fù)電極24、30中。把隔膜68設(shè)置在通氣孔66的上方，并把外蓋80利用超聲波焊接連接到內(nèi)蓋60上，每個(gè)蓋的中心肋82配合在螺母76的上方，頂部外蓋80的中間肋84向下壓在隔膜68的柱70上，以便使其保持定位。然后可以在端子42的內(nèi)螺紋中旋入端子連接器，以便提供和外電路的連接點(diǎn)。
電池20一旦裝配完成之后，便被配置用于有效地從繞組38向集電器40A、40B、端子42和電池20的外部輸送電流。集電器40A、40B的構(gòu)型使得它們能夠通過(guò)由槽52、54提供的通道沿著電極24、30的邊緣高效率地和許多點(diǎn)連接，而基本上不改變收集部分46的形狀。槽52、54的構(gòu)型使得電流能夠沿著直接的低電阻的路徑向端子42行進(jìn)。端子42本身在選擇合適的尺寸和材料的情況下可用于增強(qiáng)電流。因而，這種構(gòu)型使得電池能夠?yàn)殡姵亟M提供所需的電流性能，特別是提供用于高性能應(yīng)用中的電池組，例如用于混合車輛、電車和便攜動(dòng)力工具中，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，電池20也適用于許多其它的應(yīng)用。
值得注意的是，蓋組件60A，60B也有助于電池20的制造，因?yàn)樗鼈兪怪圃煺吣軌虬寻ǔ鰵饪椎纳w快速地連接到殼體22上。中間肋84和柱70的存在使得隔膜68能夠保持定位，而不需其它的保持結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)蓋62和外蓋80的構(gòu)型使得它們能夠快速地相互連接和被連接到殼體22上。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的電池本身便可以使用，或者組合多個(gè)電池而形成多電池的電池組使用(如圖7的100所示，其中包括6個(gè)互連的電池20)。如果要使用多個(gè)電池，則電池的端子一般通過(guò)導(dǎo)線、金屬帶或其類似物電連接。此時(shí)，互連的電池可被置于一個(gè)殼體101中。
本發(fā)明的上面的說(shuō)明不是限制性的。雖然說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，不脫離本發(fā)明的新的教導(dǎo)和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)這些示例的實(shí)施例作出許多改變和改型。因而，所有這些改型都被包括在權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求限定。所有的等效物都將被包括在所附的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種用于電池組的繞組組件，該繞組組件包括正電極板；負(fù)電極板；隔離器片；所述正負(fù)電極板和所述隔離器片以重疊的關(guān)系被繞制，使得所述隔離器片位于所述正負(fù)電極板之間，所述正電極板的暴露的頂部邊緣沿縱向和相鄰的所述負(fù)電極板的未暴露的頂部邊緣分開(kāi)，并且所述負(fù)電極板的暴露的底部邊緣沿縱向和所述負(fù)電極板的未暴露的底部邊緣分開(kāi)；以及集電器，所述集電器和所述正負(fù)電極板中的一個(gè)的所述暴露的邊緣其中之一相連，所述集電器和所述正負(fù)電極板中的另一個(gè)電極板的所述相鄰的未暴露的邊緣分開(kāi)，所述集電器包括端子安裝部分和徑向延伸的收集盤，所述收集盤包括周邊部分，位于所述周邊部分處并從所述周邊部分沿徑向向內(nèi)延伸的至少一個(gè)端部敞開(kāi)的周邊孔，和位于所述端子部分和所述周邊部分之間的至少一個(gè)端部閉合的內(nèi)部孔。
2.如權(quán)利要求1所述的繞組組件，其中所述至少一個(gè)內(nèi)部孔包括徑向延伸的槽。
3.如權(quán)利要求1所述的繞組組件，其中所述至少一個(gè)周邊孔包括徑向延伸的槽。
4.如權(quán)利要求1所述的繞組組件，其中所述至少一個(gè)內(nèi)部孔包括沿周向基本上等距離地彼此分開(kāi)的多個(gè)內(nèi)部孔。
5.如權(quán)利要求4所述的繞組組件，其中所述至少一個(gè)周邊孔包括沿周向基本上等距離地彼此分開(kāi)的多個(gè)周邊孔。
6.如權(quán)利要求4所述的繞組組件，其中所述集電器包括相同數(shù)量的內(nèi)部孔和周邊孔，并且其中所述內(nèi)部孔和周邊孔以沿周向交錯(cuò)的圖案被設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的繞組組件，其中所述正電極板、所述負(fù)電極板和所述集電器由含鉛的材料制成。
8.如權(quán)利要求1所述的繞組組件，其中所述收集盤基本上是圓形的。
9.如權(quán)利要求1所述的繞組組件，其中所述集電器還包括被安裝在所述端子安裝部分中的端子。
10.一種用于電池組的繞組組件，該繞組組件包括正電極板；負(fù)電極板；隔離器片；所述正負(fù)電極板和所述隔離器片以重疊的關(guān)系被繞制，使得所述隔離器片位于所述正負(fù)電極板之間，并使得所述正電極板的暴露的頂部邊緣沿縱向和所述負(fù)電極板的未暴露的頂部邊緣分開(kāi)，并且所述負(fù)電極板的暴露的底部邊緣沿縱向和所述正電極板的未暴露的底部邊緣分開(kāi)；以及第一集電器，其和所述正電極板的所述頂部邊緣相連，并和所述負(fù)電極板的所述頂部邊緣分開(kāi)；第二集電器，其和所述負(fù)電極板的所述底部邊緣相連，并和所述正電極板的所述底部邊緣分開(kāi)；所述第一和第二集電器中的至少一個(gè)包括端子安裝部分和徑向延伸的收集盤，所述收集盤包括收集部分、至少一個(gè)凹入?yún)^(qū)域和位于所述凹入?yún)^(qū)域內(nèi)的孔。
11.如權(quán)利要求10所述的繞組組件，其中所述正電極板具有第一厚度并由第一材料制成，所述負(fù)電極板具有第二厚度并由第二材料制成，所述收集盤由第三材料制成并具有第三厚度，所述凹入?yún)^(qū)域具有第四厚度，并且所述第一、第二、第三和第四厚度以及所述第一、第二和第三材料被這樣選擇，使得所述凹入?yún)^(qū)域和與其相鄰的所述電極板頂部邊緣在施加預(yù)選的溫度和持續(xù)時(shí)間的熱量時(shí)熔化，并且所述收集部分在施加所述預(yù)選的溫度和持續(xù)時(shí)間的熱量時(shí)不熔化。
12.如權(quán)利要求10所述的繞組組件，其中所述收集部分具有基本上是圓形的周邊部分。
13.如權(quán)利要求10所述的繞組組件，其中所述收集部分包括下表面，所述凹入?yún)^(qū)域包括上表面，并且所述上下表面基本上平行。
14.如權(quán)利要求10所述的繞組組件，其中所述至少一個(gè)孔是至少一個(gè)徑向延伸的槽。
15.如權(quán)利要求14所述的繞組組件，其中所述至少一個(gè)凹入?yún)^(qū)域是多個(gè)凹入?yún)^(qū)域，并且所述至少一個(gè)槽是多個(gè)徑向延伸的槽，所述槽的每一個(gè)被定位在所述凹入?yún)^(qū)域的各個(gè)區(qū)域內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的繞組組件，其中所述多個(gè)槽的至少一個(gè)具有位于所述收集部分的周邊上的敞開(kāi)的端部。
17.如權(quán)利要求15所述的繞組組件，其中所述多個(gè)槽中的至少一個(gè)具有閉合的端部，并且位于所述端子部分和所述收集部分的周邊之間。
18.如權(quán)利要求10所述的繞組組件，其還包括從所述端子安裝部分向上延伸的端子。
19.如權(quán)利要求18所述的繞組組件，其中所述端子由黃銅制成。
20.一種用于電池組的電池，其包括一中空的容器；位于所述容器內(nèi)的繞組組件，所述繞組組件包括正電極板；負(fù)電極板；隔離器片；所述正負(fù)電極板和所述隔離器片以重疊的關(guān)系被周向繞制，使得所述隔離器片位于所述正負(fù)電極板之間，所述正電極板的暴露的頂部邊緣沿縱向和相鄰的所述負(fù)電極板的未暴露的頂部邊緣分開(kāi)，并且所述負(fù)電極板的暴露的底部邊緣沿縱向和相鄰的所述正電極板的未暴露的底部邊緣分開(kāi)；第一集電器，其和所述正電極板的所述暴露的邊緣相連，并和所述負(fù)電極板的未暴露的頂部邊緣分開(kāi)，所述第一集電器包括端子安裝部分和沿徑向延伸的收集盤；第二集電器，其和所述負(fù)電極板的所述暴露的底部邊緣相連，并和所述正電極板的所述未暴露的底部邊緣分開(kāi)，所述第二集電器包括端子安裝部分和沿徑向延伸的收集盤；所述第一和第二集電器中的至少一個(gè)具有收集盤，所述收集盤包括周邊部分、位于所述周邊部分處并從所述周邊部分沿徑向向內(nèi)延伸的至少一個(gè)端部敞開(kāi)的周邊孔，以及位于所述端子部分和所述周邊部分之間的至少一個(gè)端部閉合的內(nèi)部孔；以及被分別安裝在所述第一和第二集電器的所述端子安裝部分中的第一和第二端子。
21.如權(quán)利要求20所述的電池，其還包括頂部和底部蓋組件，這些組件和所述容器的頂部和底部相連，所述頂部和底部蓋組件的每一個(gè)包括內(nèi)蓋和與所述內(nèi)蓋相鄰的外蓋，其中每個(gè)內(nèi)蓋被定位在所述第一和第二集電器中的各個(gè)集電器附近。
22.如權(quán)利要求21所述的電池，其中所述內(nèi)蓋中的一個(gè)包括通氣孔。
23.如權(quán)利要求22所述的電池，其還包括在所述通氣孔內(nèi)的隔膜閥。
24.如權(quán)利要求23所述的電池，其中所述隔膜閥包括朝向所述外蓋延伸的凸起，并且其中所述相鄰的外蓋包括朝向所述內(nèi)蓋延伸并和所述凸起接觸的肋。
25.一種用于電池組的電池，其包括一中空的容器；位于所述容器內(nèi)的繞組組件，所述繞組組件包括正電極板；負(fù)電極板；隔離器片；所述正負(fù)電極板和所述隔離器片沿周向以重疊的關(guān)系被繞制，使得所述隔離器片位于所述正負(fù)電極板之間，所述正電極板的暴露的頂部邊緣沿縱向和相鄰的所述負(fù)電極板的未暴露的頂部邊緣分開(kāi)，并且所述正電極板的暴露的底部邊緣沿縱向和相鄰的所述負(fù)電極板的未暴露的底部邊緣分開(kāi)；第一集電器，其和所述正電極板的所述頂部邊緣相連，并和所述負(fù)電極板的所述頂部邊緣分開(kāi)，所述第一集電器包括基本上位于中心的端子安裝部分和沿徑向延伸的收集盤；第二集電器，其和所述負(fù)電極板的所述底部邊緣相連，并和所述正電極板的所述底部邊緣分開(kāi)，所述第二集電器包括基本上位于中心的端子安裝部分和沿徑向延伸的收集盤；所述第一和第二集電器中的至少一個(gè)的所述收集盤具有收集部分、至少一個(gè)凹入?yún)^(qū)域、以及位于所述凹入?yún)^(qū)域內(nèi)的孔；以及被分別安裝在所述第一和第二集電器的所述端子安裝部分中的第一和第二端子。
26.如權(quán)利要求25所述的電池，其中所述正電極板具有第一厚度并由第一材料制成，所述負(fù)電極板具有第二厚度并由第二材料制成，所述收集部分由第三材料制成并具有第三厚度，所述凹入?yún)^(qū)域具有第四厚度，并且所述第一、第二、第三和第四厚度以及所述第一、第二和第三材料被這樣選擇，使得所述凹入?yún)^(qū)域和與其相鄰的所述電極板頂部邊緣在施加預(yù)選的溫度和持續(xù)時(shí)間的熱量時(shí)熔化，并且所述收集部分在施加所述預(yù)選的溫度和持續(xù)時(shí)間的熱量時(shí)不熔化。
27.如權(quán)利要求25所述的電池，其還包括頂部和底部蓋組件，這些組件和所述容器的頂部和底部相連，所述頂部和底部蓋組件的每一個(gè)包括內(nèi)蓋和與所述內(nèi)蓋相鄰的外蓋，其中每個(gè)內(nèi)蓋被定位在所述第一和第二集電器中的各個(gè)集電器附近。
28.如權(quán)利要求27所述的電池，其中所述內(nèi)蓋中的一個(gè)包括通氣孔。
29.如權(quán)利要求28所述的電池，其還包括在所述通氣孔內(nèi)的隔膜閥，其中所述隔膜閥包括朝向所述外蓋延伸的凸起，并且其中所述相鄰的外蓋包括朝向所述內(nèi)蓋延伸并和所述凸起接觸的肋。
30.一種用于電池組的繞組組件的集電器，其包括端子安裝部分；以及收集盤，其連接所述端子安裝部分和周邊部分，所述收集盤包括位于所述周邊部分處并從所述周邊部分沿徑向向內(nèi)延伸的至少一個(gè)端部敞開(kāi)的周邊孔，以及位于所述端子部分和所述周邊部分之間的至少一個(gè)端部閉合的內(nèi)部孔。
31.如權(quán)利要求30所述的集電器，其還包括被安裝在所述端子安裝部分中并且從所述端子安裝部分向上延伸的端子。
32.如權(quán)利要求31所述的集電器，其中所述端子由黃銅制成。
33.如權(quán)利要求30所述的集電器，其中所述端子安裝部分和所述收集盤是由含鉛材料整體制成的。
34.如權(quán)利要求30所述的集電器，其中所述至少一個(gè)周邊孔包括沿周向基本上等距離地彼此分開(kāi)的多個(gè)周邊孔。
35.如權(quán)利要求34所述的集電器，其中所述至少一個(gè)內(nèi)部孔包括沿周向基本上等距離地彼此分開(kāi)的多個(gè)內(nèi)部孔。
36.如權(quán)利要求35所述的集電器，其中所述集電器包括相同數(shù)量的內(nèi)部孔和周邊孔，并且其中所述內(nèi)部孔和周邊孔以沿周向交錯(cuò)的圖案被設(shè)置。
37.一種用于電池組的繞組組件的集電器，所述集電器包括端子安裝部分；以及收集盤，其和所述端子安裝部分相連，所述收集盤具有收集部分，并包括至少一個(gè)在所述收集部分內(nèi)的凹入?yún)^(qū)域和位于所述凹入?yún)^(qū)域內(nèi)的孔。
38.如權(quán)利要求37所述的集電器，其還包括被安裝在所述端子安裝部分中并從所述端子安裝部分向上延伸的端子。
39.如權(quán)利要求38所述的集電器，其中所述端子由含銅的材料制成。
40.如權(quán)利要求37所述的集電器，其中所述端子安裝部分和所述收集盤是由含鉛材料整體制成的。
41.如權(quán)利要求37所述的集電器，其中所述至少一個(gè)孔是至少一個(gè)徑向延伸的槽。
42.如權(quán)利要求41所述的集電器，其中所述至少一個(gè)凹入?yún)^(qū)域是多個(gè)凹入?yún)^(qū)域，并且所述至少一個(gè)槽是多個(gè)徑向延伸的槽，所述槽的每一個(gè)被定位在所述凹入?yún)^(qū)域的各個(gè)區(qū)域內(nèi)。
43.如權(quán)利要求37所述的集電器，其中所述多個(gè)槽的至少一個(gè)具有位于所述收集部分的周邊上的敞開(kāi)的端部。
44.如權(quán)利要求37所述的集電器，其中所述多個(gè)槽中的至少一個(gè)具有閉合的端部，并且位于所述端子部分和所述收集部分的周邊之間。
45.如權(quán)利要求43所述的集電器，其中具有敞開(kāi)的端部的所述孔的所述至少一個(gè)開(kāi)口包括沿周向基本上等距離地彼此分開(kāi)的具有敞開(kāi)的端部的多個(gè)孔。
46.如權(quán)利要求44所述的集電器，其中所述具有閉合端部的至少一個(gè)孔包括沿周向基本上等距離地彼此分開(kāi)的具有閉合的端部的多個(gè)孔。
47.一種用于電池組電池的蓋組件，其包括包括通氣孔的內(nèi)蓋；和所述內(nèi)蓋以重疊的關(guān)系相連的外蓋，所述外蓋包括定位在所述通氣孔的正上方的向下延伸的肋；以及柔性的隔膜，其位于所述通氣孔內(nèi)，并包括向上延伸以與所述外蓋的所述肋接觸的凸起。
48.如權(quán)利要求47所述的蓋組件，其中所述隔膜包括離開(kāi)所述肋向下延伸的凸起。
49.如權(quán)利要求47所述的蓋組件，其中所述內(nèi)蓋和外蓋通過(guò)在其周邊部分處焊接而實(shí)現(xiàn)連接。
50.如權(quán)利要求47所述的蓋組件，其中所述外蓋的所述肋基本上是圓形的。
全文摘要
一種用于電池組的繞組組件包括正電極板，負(fù)電極板，隔離器片和集電器。所述正負(fù)電極板和隔離器片以重疊的關(guān)系被繞制，使得所述隔離器片位于所述正負(fù)電極板之間，所述正電極板的暴露的頂部邊緣沿縱向和相鄰的所述負(fù)電極板的未暴露的頂部邊緣分開(kāi)，并且所述負(fù)電極板的暴露的底部邊緣沿縱向和未暴露的所述正電極板的底部邊緣分開(kāi)。所述集電器和所述正電極板、負(fù)電極板中的一個(gè)的暴露的邊緣其中之一相連，并因而和另一個(gè)(即未連接的)電極板的相鄰的未暴露的底部邊緣分開(kāi)。所述集電器(40A)包括端子安裝部分(44)和徑向延伸的收集盤(43)。所述集電器的收集盤包括周邊部分，位于所述周邊部分并從所述周邊部分沿徑向向內(nèi)延伸的至少一個(gè)端部敞開(kāi)的周邊孔(52)，以及位于所述端子部分和周邊部分之間的至少一個(gè)端部閉合的內(nèi)部孔(54)。此外，所述集電器還具有圍繞著所述孔的凹入?yún)^(qū)域，用于幫助實(shí)現(xiàn)所述集電器和所述電極板的連接。
文檔編號(hào)H01M2/10GK1440573SQ01812257
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2001年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月5日
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