具有卷繞的電極板組的電池的制作方法
【專利摘要】一種電池(100)，包括卷繞的電極板組，該卷繞的電極板組依次包括正電極板(120)、負電極板(130)和絕緣分離器片(140)。該分離器片(140)在正電極板和負電極板(120,130)之間提供電絕緣。該絕緣分離器片(140)包括第一縱部、第二縱部以及在第一和第二縱部之間的有孔部分(148)。
【專利說明】具有卷繞的電極板組的電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池，更具體來說，涉及具有卷繞的電極板組和絕緣的分離器片的電池。
【背景技術(shù)】
[0002]電池是在許多應(yīng)用中都有用處的便利儲能源。例如，電池通常被用作便攜式或無線通信設(shè)備、諸如玩具火車、音樂吊鈴和玩具娃娃等玩具、諸如數(shù)位照相機、手電筒和音樂播放器等消費電子產(chǎn)品以及許多其他便攜式或非便攜式電設(shè)備的電源。電池通常以許多不同尺寸的封裝，并且可以是具有競爭力價格的現(xiàn)貨出現(xiàn)。例如，可以獲得AAA、AA、A、C、D以及其他標準或非標準尺寸的電池。這種電池被封裝在圓柱形或棱柱形盒中，卷繞的電極板組位于該外殼內(nèi)，這種電池通常被稱為圓柱形或棱柱形電池。
[0003]典型的電池包括容納電極板組和電解質(zhì)的電池外殼。每個電極板組包括通過絕緣分離器分開并且一起被封裝在電池外殼內(nèi)的正負電極。電池的含能量很大程度上由浸在電解質(zhì)中的電極板的總有效或活性表面面積決定，該表面面積是正和負電極板之間的重疊面積。對于標準尺寸的金屬殼電池來說，電池的尺寸由作為標準尺寸的殼或套或盒的電池外殼決定。
[0004]因為希望將更多的能量裝入到一定尺寸的電池中，所以非常需要提供一種改進的電極板組設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]提供一種包括卷繞的電極板組的電池，其中該卷繞的電極板組包括正電極板、負電極板和絕緣分離器片，該絕緣分離器片在所述正電極板和負電極板之間提供電絕緣；并且其中所述絕緣分離器片包括第一縱部、第二縱部以及在所述第一和第二縱部之間的有孔部分。
[0006]有孔區(qū)減小了絕緣分離器片在正負電極板之間的部分以外所占據(jù)的體積。
[0007]正和負電極板的活性表面可以互相面對，以形成包括正和負電極板的對應(yīng)活性表面的重疊活性區(qū)域，并且絕緣分離器片的第一縱部在正和負電極板之間；并且其中絕緣分離器片的有孔部分在該重疊活性區(qū)域之外。
[0008]該絕緣分離器的有孔部分可以在該重疊活性區(qū)域之外形成環(huán)狀部分。
[0009]該絕緣分離器的有孔部分的環(huán)狀部分可被用于與錠桿接合，以將電極板組從平面的電極板組纏繞成卷繞的電極板組。
[0010]絕緣分離器片的環(huán)狀部分的尺寸可以等于或類似于中心孔的尺寸。
[0011 ] 在一個例子中，卷繞的電極板組定義了中心孔，并且絕緣分離器片的有孔部分暴露于該中心孔。
[0012]該中心孔可以在去除用于將平面的電極板組纏繞成卷繞的電極板組的錠桿之后形成。[0013]該絕緣分離器片的有孔區(qū)的長度可以等于或大于該中心孔的周長，該長度處于與該中心孔的軸線正交的方向上。
[0014]該絕緣分離器片的有孔區(qū)的孔可以在軸向和縱向上分布于該分離器片的環(huán)狀部分。
[0015]該絕緣分離片的有孔區(qū)的孔可以包括圓孔或狹縫，該狹縫沿著垂直于該中心孔的軸線的縱向方向延伸。
[0016]由該絕緣分離器片的有孔區(qū)的孔所定義的體積可以超過由卷繞部分的外圍尺寸所定義的體積的5%。
[0017]該絕緣分離器片可以包括定位擋板，該定位擋板形成接收部，用于接收正或負電極板的一端。
[0018]正電極板的整個活性表面可以設(shè)置于該絕緣分離器片上并且被該絕緣分離器片覆蓋，負電極板的縱向端部暴露于金屬電池外殼并且與該金屬電池外殼接觸以形成電池的負電極。
[0019]還提供一種電池絕緣分離器片，用于在卷繞的電極板組的相反極性的第一電極板和第二電極板之間提供絕緣，其中該絕緣分離器片包括第一縱部、第二縱部和在第一和第二縱部之間的有孔部分。
[0020]該有孔部分的孔可以在該分離器片的寬度上以均勻間隔分布。
[0021]該分離器片可以是延長到第一和第二縱部位于縱向端部，并且其中所述孔分布在第一和第二縱部之間。
[0022]所述孔可以沿著所述有孔部分的長度以均勻間隔分布。
[0023]所述孔可以包括圓孔或狹縫，所述狹縫沿著所述有孔部分的長度延伸。
[0024]由所述孔所定義的體積可以超過由中間分離器部分的外圍尺寸所定義的體積的
5% ο
[0025]每個孔的面積在圓孔的情況下可以等于或大于1_2，在狹縫的情況下可以等于或大于10mm2 η
[0026]該分離器片可以包括橫向延伸的定位擋板，以限制電極板在該分離器片上的縱向位置，該定位擋板位于有孔部分與第一和第二縱部中的較長者之間。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于制造電池的方法，該電池包括卷繞的電極板組，該電極板組可以包括由分離器片分開的相反極性的第一電極板和第二電極板；其中每個電極板可以包括上和下活性電極板表面，并且該分離器片可以包括上和下分離器表面、用于覆蓋電極板活性表面的第一和第二分離器部分以及將第一和第二分離器部分相互連接的有孔的中間分離器部分；其中該方法可以包括以下步驟:將第一電極板放置于分離器片的上表面，使得一個活性表面與該分離器片的一個表面有物理接觸；將第二電極板放置于該分離器片的下表面下方；圍繞錠桿纏繞該分離器片，使得第二電極板的第一和第二活性表面在分離器片的下表面之間，有孔的中間分離器部分伸出到第二電極板之外；圍繞該錠桿卷繞電極板疊層以形成卷繞的電極板組；以及將卷繞的電極板組插入到外殼中，完成電極連接,并且用電解質(zhì)填充該夕卜殼。
【專利附圖】

【附圖說明】[0027]下面以舉例的方式并且參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明，其中:
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個例子沿著卷繞的電極板組的一部分取得的縱向截面圖，
[0029]圖2是本發(fā)明的絕緣分離器片的完全展開形式的頂部透視圖，
[0030]圖3示出圖2的絕緣分離器片，其中錠桿160位于有孔區(qū)148下方，
[0031]圖4示出圖3的絕緣分離器片，第二縱部146以縱向邊緣對準并圍繞錠桿160纏繞之后，位于第一縱部144下方，
[0032]圖5示出圖4的絕緣分離器片，其中正電極板120位于分離器片的第一縱部144的上表面，并且將正集電器裝配到正電極板，
[0033]圖6示出圖5的絕緣分離器片，其中負電極板130位于分離器片的第一縱部144和第二縱部144之間以形成電極板疊層組件，
[0034]圖7是示出錠桿與由分離器片的有孔區(qū)148形成的孔接合，并且開始將電極板疊層組件纏繞成卷繞的電極板組的放大透視圖，
[0035]圖8A是示出將電極板疊層組件纏繞成部分卷繞的電極板組的透視圖，
[0036]圖SB示出圖8A的部分卷繞的電極板組而沒有示出錠桿，
[0037]圖9是通過纏繞電極板疊層而形成的卷繞的電極板組的透視圖，
[0038]圖10、11、12、13是示出使用開放式(open-type)錠桿纏繞圖6的電極板疊層組件的步驟的透視圖，以及
[0039]圖14A和14B是具有有孔區(qū)的絕緣分離器片的進一步例子的示意圖。
【具體實施方式】
[0040]圖1是沿著標準尺寸AAA可充電電池100的卷繞的電極板組的一部分取得的縱向截面圖?？沙潆婋姵?00是可充電電池的非限制性例子，并且包括纏繞成卷繞的電極板組的鎳金屬氫化物(NiMH)電極板組。該卷繞的電極板組容納在填充有電解質(zhì)的AAA尺寸的圓柱形金屬殼內(nèi)。在將電極板組裝配到該金屬殼內(nèi)，用電解質(zhì)填充該金屬殼，將該金屬殼的上端部密封以保存電解質(zhì)，形成正電極。
[0041]電極板組(即電極板)是包括正電極板120、負電極板130和絕緣分離器片140的組件。該組件首先被形成為在正電極板120和負電極板130之間的絕緣分離器片140的電極板疊層，從而在相反極性的電極板之間具有電絕緣。然后將該電極板疊層纏繞成卷繞的電極板組，以裝配到金屬殼例如電池外殼內(nèi)。
[0042]一般來說，每個電極板包括一活性區(qū)和一非活性區(qū)。每個電極板的活性區(qū)覆蓋有活性物質(zhì)，并且電極板被設(shè)置成使得正電極和負電極的活性區(qū)以互相面對的方式設(shè)置，并被絕緣分離器片分開。在電池充電或放電期間，在電解質(zhì)存在的情況下，在電極板的對應(yīng)的活性區(qū)上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。每個電極板的非活性區(qū)主要是導(dǎo)線部分，用于放電時的電流集取和充電時的電流分配。
[0043]對于NiMH可充電電池來說，電極板通常包括發(fā)泡式鎳基板。正電極板的活性區(qū)典型地被作為主要活性物質(zhì)的鎳氫化物所覆蓋。負電極板的活性區(qū)典型地被作為活性物質(zhì)的吸氫合金所覆蓋。該分離器通常是聚合物片，如聚丙烯片。
[0044]電池100的正電極板的活性區(qū)包括覆蓋或混合鎳氫化物的發(fā)泡鎳金屬片。負電極板的活性區(qū)包括覆蓋有典型負電極構(gòu)成材料吸氫合金的鎳或鍍鎳沖壓金屬片。電極板典型地是非常薄的片材，以減少材料成本和重量，因為電池充電和/或放電中所涉及的電化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)上主要在表面。通常，只有活性區(qū)域覆蓋有活性物質(zhì)，以使成本利益最大化。電極板的活性區(qū)域主要是電極板上與相反極性的相鄰電極板重疊或大幅重疊的區(qū)域。
[0045]正和負電極板的導(dǎo)線部分分別連接到正和負集電器。每個集電器由良好的導(dǎo)電體制成，并且通常由鎳、鍍鎳的銅或鐵制成，以提供好的熱和電傳導(dǎo)性。正和負集電器對應(yīng)連接到正和負電池端子。
[0046]圖2中所示的絕緣分離器片140包括具有上表面和下表面的矩形或基本矩形的聚丙烯片。該絕緣分離器片的總長度大于正和負電極板的長度之和。該分離器片的寬度等于或大于電極板的寬度，以減低相鄰的正和負電極板之間短路的風(fēng)險。該絕緣片由適合于長期浸在電解質(zhì)中的絕緣材料制成。通常使用塑料材料，如聚丙烯。
[0047]如圖2中所示，絕緣分離器片140包括第一縱部144、第二縱部146以及將第一和第二縱部相互連接的有孔部分148。第一縱部144和第二縱部146在細長的絕緣分離器片的縱向端部，并且該有孔部分位置鄰近絕緣分離器片的縱向中心線。
[0048]橫向延伸的定位擋板142設(shè)置在分離器片的上表面，并且垂直地延伸穿過分離器片的整個寬度。定位擋板142將分離器片分成包括第一縱部144的第一縱向區(qū)和包括第二縱部146和有孔區(qū)148的第二縱向區(qū)。定位擋板142設(shè)置在分離器片140的縱向中部附近，并且設(shè)定分離器片的第一縱部144的縱向邊界。定位擋板142從絕緣分離器片140的上表面伸出，并且與第一縱部的上表面之間形成傾斜地延伸，形成接收部或罩，用于接收正電極板120的一個縱向端部。該接收部或罩與分離器片140的縱向垂直地延伸，并且定位擋板142與第一縱部144之間的交線也與分離器片的縱向垂直。該交線形成阻擋，用于限定正電極板120相對于絕緣片140的縱向位置。
[0049]如圖5中所不,正電極板120設(shè)置于第一縱部144的上表面,一個自由縱向端部被接收在由定位擋板142限定的接收部內(nèi)。第一縱部的長度等于或略長于正電極板的長度。正集電器122安裝在正電極板120的另一端。正集電器122延伸橫過正電極板120的整個寬度，并且與正電極板120的導(dǎo)線部分永久電接觸，以便于電流集取和電流分配。
[0050]有孔區(qū)148在定位擋板142和第二縱部146之間，并且與纏繞錠桿160接合，纏繞錠桿160用于將電極板組件纏繞成卷繞的電極板組。有孔部分148在電極板組的活性區(qū)之夕卜，并且有孔部分148的長度大約等于或略大于下面描述的用于將電極板纏繞成卷繞的電極板組的錠桿的周長。如圖1中所示，在去除該錠桿之后，在卷繞的電極板組中心的空心內(nèi)，有孔部分148將作為橫向延伸的片(tab)。
[0051]圖1中所示的卷繞的電極板組的形成在以下參照附圖中講解。
[0052]參考圖2，絕緣分離器片140以其充分展開的狀態(tài)平放，其上表面朝上。定位擋板142定義了具有細長開口的接收部，該細長開口面對第一縱部144的自由縱向端部。有孔部分148緊鄰定位擋板142，并且在定位擋板142和第二縱部146之間。由于在本特定實施例中需要暴露負電極板以通過與金屬殼物理接觸形成負電極，所以第一縱部144長于第二縱部 146。
[0053]參考圖3，用于將層疊的電極板組件纏繞成卷繞的電極板組的錠桿位于分離器片140的有孔區(qū)148的下方。該錠桿被布置成與分離器片的縱向垂直，并且平行于橫向延伸的定位擋板142。[0054]參考圖4，分離器片的第二縱部146圍繞錠桿折疊，有孔部分148包裹錠桿，使得有孔部分包圍錠桿160。在圍繞錠桿折疊之后，第二縱部146的下表面面對第一縱部144的下表面。
[0055]參考圖5，正電極板120位于分離器的第一縱部144的上表面，以形成部分電極板疊層。正電極板120的一個縱向端部與定位擋板142對準并且被定位擋板142阻擋。正集電器122被裝配到第一縱部144的另一個(自由的)縱向端部。值得注意的是，分離器片的有孔部分148伸出到正電極板之外。
[0056]參考圖6，負電極板位于正電極板120正下方并且在第一和第二縱部的下表面之間，以形成電極板疊層。
[0057]參考圖7，錠桿與由有孔部分148形成的輥套牢固接合，并且開始朝向第一縱部144的自由端順時針滾動。當(dāng)錠桿遇到電極板疊層并且如圖7中所示與其接合時，電極板疊層開始如圖8A和SB中所示卷起來，并且逐步卷起以形成圖9的卷繞的電極板組。
[0058]如圖7中所示，定位擋板還提供屏蔽，使得正電極板120的緊鄰有孔部分148的部分不直接暴露于有孔部分148的孔，從而減低正和負電極板之間經(jīng)由孔而漏電接觸的可能?？傊?，定位擋板定義了接收部開口和背朝有孔區(qū)的活動擋板或罩，以提供該屏蔽。
[0059]圖9的卷繞的電極板組將被插入到標準尺寸電池的金屬殼中，并將錠桿除去。在形成電極和電池端子之后，填充電解質(zhì)，并且密封該金屬殼以完成電池的制作。
[0060]圖10-13示出另一種用于構(gòu)造包括具有有孔的絕緣分離器片、卷繞的電極板組的電池的方法。該絕緣分離器片具有有孔部分。該方法與上文參照圖3-8A描述的方法大致相同，只是用開放式錠桿260將電極板疊層卷成卷繞的電極板組。上文關(guān)于錠桿160的描述通過引用包含于此，只是將附圖標號增加100，該錠桿現(xiàn)在是包括第一錠桿部分262和第二錠桿部分264的開放式錠桿260。開放式錠桿與上述錠桿160類似，只是它是由兩個半圓柱形錠桿部分形成的，每個半圓柱形錠子部分包括縱向延伸的平面表面和半圓柱形外表面。以下圖10、11、12和13進一步詳細描述分別與圖3、4、6和8A中示出的相對應(yīng)的步驟。
[0061]參考圖10，將開放式錠桿260被插入到分離器片240，第一錠桿部分262和第二錠桿部分264分別在有孔部分248上方和下方，使得第一和第二錠桿部分的平面表面相對，并且錠桿軸線與分離器片的縱向軸線或長度垂直。如圖10至12中所示，將這兩個錠桿部分壓在一起，以保持與分離器片的接合。隨后的卷動步驟與上文描述的基本相同，并且包含于此。
[0062]圖14A和14B是圖2的絕緣分離片的變體的示意圖。作為方便的例子，分離器片340和440用于AA尺寸的電池。圖14A所示的第一變體包括總共104個圓孔，每個圓孔的直徑為1.2mm。在圖14B的第二變體中，孔是細長的并且長度為大約10mm。由圓孔和狹縫提供的總的空隙面積分別是117.5mm2和196.4mm2。
[0063]盡管已經(jīng)使用NiMH電極板組作為例子說明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，NiMH僅是作為非限制性的例子。電極板可以使用其他材料，如鋰、NiCd，而不喪失一般性。此外，盡管分離器片的第二縱部短于負電極板，以為了與金屬殼進行物理接觸而露出負電極板，從而形成負電極，但是應(yīng)當(dāng)理解，負集電器可以裝配到用于與負電池端子相連的負電極板的縱向端部，正端子連接的結(jié)構(gòu)與上述類似。此外，盡管正電極位于第一縱部，負電極位于分離器片的第一和第二縱部的下表面之間，但是該結(jié)構(gòu)可以互換而不喪失一般性。
【權(quán)利要求】
1.一種電池，包括卷繞的電極板組，其中所述卷繞的電極板組包括正電極板、負電極板和絕緣分離器片，所述絕緣分離器片在所述正電極板和負電極板之間提供電絕緣；并且其中所述絕緣分離器片包括第一縱部、第二縱部以及在所述第一和第二縱部之間的有孔部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中所述正和負電極板的活性表面互相面對，以形成包括所述正和負電極板的對應(yīng)活性表面的重疊活性區(qū)域，并且所述絕緣分離器片的第一縱部在所述正和負電極板之間；并且其中所述絕緣分離器片的有孔部分在所述重疊活性區(qū)域之外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池，其中所述絕緣分離器的有孔部分在所述重疊活性區(qū)域之外形成的環(huán)狀部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池，其中所述絕緣分離器的有孔部分的環(huán)狀部分與錠桿接合，以將所述電極板組從平面的電極板組纏繞成卷繞的電極板組。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池，其中所述絕緣分離器片的環(huán)狀部分的尺寸等于或類似于中心孔的尺寸。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電池，其中所述卷繞的電極板組定義了中心孔，并且所述絕緣分離器片的有孔部分暴露于所述中心孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池，其中所述中心孔在去除用于將所述平面的電極板組纏繞成卷繞的電極板組的錠桿之后形成。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電池，其中所述絕緣分離器片的有孔區(qū)的長度等于或大于所述中心孔的周長，所述長度處于與所述中心孔的軸線正交的方向上。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中 任一項所述的電池，其中所述絕緣分離器片的有孔區(qū)的孔在軸向和縱向上分布于所述分離器片的環(huán)狀部分。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電池，其中所述絕緣分離片的有孔區(qū)的孔包括圓孔或狹縫，所述狹縫沿著垂直于所述中心孔的軸線的縱向方向延伸。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電池，其中由該絕緣分離器片的有孔區(qū)的孔所定義的體積超過由卷繞部分的外圍尺寸定義的體積的5%。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電池，其中所述絕緣分離器片包括定位擋板，所述定位擋板形成用于接收所述正或負電極板的一端的接收部。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電池，其中所述正電極板的整個活性表面設(shè)置于所述絕緣分離器片上并且被所述絕緣分離器片覆蓋，并且所述負電極板的縱向端部暴露于金屬電池外殼并且與所述金屬電池外殼接觸以形成所述電池的負電極。
14.一種電池絕緣分離器片，用于在卷繞的電極板組的相反極性的第一電極板和第二電極板之間提供絕緣，其中所述絕緣分離器片包括第一縱部、第二縱部和在所述第一和第二縱部之間的有孔部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池分離器片，其中所述有孔部分的孔在所述分離器片的寬度上以均勻間隔分布。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的電池分離器片，其中所述分離器片延長到所述第一和第二縱部位于縱向端部，并且其中所述孔分布在所述第一和第二縱部之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項所述的電池分離器片，其中所述孔沿著所述有孔部分的長度以均勻間隔分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項所述的電池分離器片，其中所述孔包括圓孔或狹縫，所述狹縫沿著所述有孔部分的長度延伸。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項所述的電池分離器片，其中由所述孔所定義的體積超過由中間分離器部分的外圍尺寸所定義的體積的5%。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池分離器片，其中每個孔的面積在圓孔的情況下等于或大于1mm2，在狹縫的情況下等于或大于10mm2。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20中任一項所述的電池分離器片，其中所述分離器片包括橫向延伸的定位擋板，以限制電極板在所述分離器片上的縱向位置，所述定位擋板位于所述有孔部分與所述第一和第二縱部中的較長者之間。
22.一種用于制造電池的方法，所述電池包括卷繞的電極板組，所述電極板組包括由分離器片分開的相反極性的第一電極板和第二電極板；其中每個電極板包括上和下活性電極板表面，并且所述分離器片包括上和下分離器表面、用于覆蓋所述電極板的活性表面的第一和第二分離器部分以及將所述第一和第二分離器部分相互連接的有孔的中間分離器部分；其中所述方法包括以下步驟: 將第一電極板放置于分離器片的上表面，使得一個活性表面與所述分離器片的一個表面物理接觸； 將第二電極板放置于所述分離器片的下表面下方； 圍繞錠桿纏繞所述分離器片，使得所述第二電極板的第一和第二活性表面來在所述分離器片的下表面之間，所述有孔的中間分離器部分伸出到所述第二電極板之外； 圍繞所述錠桿卷繞電極板疊層以形成卷繞的電極板組；以及 將所述卷繞的電極板組插入到圓柱形或棱柱形外殼中，完成電極連接，并且用電解質(zhì)填充所述外殼。
【文檔編號】H01M2/14GK103493251SQ201280017199
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月7日
【發(fā)明者】凌沛錚·彼得, 吳崇安·安德魯 申請人:凌沛錚·彼得, 吳崇安·安德魯