专利名称：碱性二次电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电池领域，尤其是关于一种能实现大电流充放电和高放电容量的碱性二次电池。
背景技术：
随着各种便携式电器产品及电动工具的广泛使用，人们对作为上述器件备用电源的二次电池的性能要求越来越高。特别是对于工具电池，要求其具有良好的大电流充放电性能及较高的大电流放电容量。
为了提高工具电池的大电流性能，通过对电极进行端面焊接这一方法被越来越多地采用。在对电极进行端面焊接时，集电器的形状及结构对电池的放电性能有着较大影响。目前一般是在集电器上穿孔或开口，使其形成均匀的毛刺，从而有利于集电器与极片相接触及焊接。专利号为ZL98105286.X、公告日为2004年11月17日、发明名称为“圆柱形蓄电池”的中国专利提出了一种集电器结构，该集电器是以径向方式装有多个开口部件并从中心附近延伸到其外周边缘，开口边缘形成的突出部件与电极端子边缘咬合并焊接。此种结构有效地提高了电池的充放电速度，但由于它要保证集电器本身的强度，开口部位不能靠近中心太近，这就使得涡卷状电极端子的最内圈得不到焊接，影响端面的集电效果。更为重要的是，为使电极与电池密封外壳顶部的帽型端子相连接导通，必须有一连接件，这样就增加了电池的内部接触电阻，影响其大电流性能。
请参阅图1至图4，专利号为ZL 03224363.4、公告日为2004年2月25日、名称为“碱性二次电池”的中国专利提及一种连接有极耳和具有非对称翻边肋结构的正、负极集电器8、9，它利用连接极耳81和集电器主体80的整体化，可有效地降低电池的内部接触电阻。另外，集电器主体的部分翻边肋801靠近孔心，其翻边肋可与涡卷状电极组件最内侧圆周彼此咬合焊接，这将极大地改善端面的汇流效果，从而获得了较佳的大电流充放电性能。
但是，由于上述翻边肋结构的集电器在形成肋的过程中，必须将集电器上的一部分开口，否则无法形成翻边肋结构。开口的部分使集电器汇集电极电流后，必须通过一个比较曲折的路径和中心孔附近狭窄的2a区域后，才能到达连接极耳而形成通路，最远端的开口部分电流的流经路径如图2中的箭头所示。当电池需要承受较大电流工作时，使得电流通过集电器表面时产生的IR电压降较大，集电器也不就能获得充分的集流效果。特别是在焊接翻边肋与电极端面时，为获得良好的焊接牢固性，采用的电流较大，中心孔附近狭窄的2a区域容易出现被熔断的现象，尤其是开口比较靠近中心孔的2a区域更容易在焊接中被熔断，电流通过集电器表面时产生的IR电压降将会更大，其集流效果也将会变得更差。
其次，上述集电器的翻边肋在电池正负极端面的焊接过程中，焊接电流分为2个通路，相当于一个并联电路。一部分流经集电器主体表面，属无效电流，无助于焊接；另一部分流经集电器的翻边肋和涡卷状的正负极端面，此通路电流的大小将直接决定焊接的质量，属有效电流。根据欧姆定律R＝ρL/S可知有效通路的电阻要大于无效通路的电阻，再根据并联电路原理I＝V/R可知，有效电流要小于无效电流。经过测试可知，目前焊接电流的利用率基本上不超过40％，焊接电流利用率低，则要求焊接电极需提供较大的电流才能满足焊接的牢固性。然而焊接电流过大，将很容易产生炸火、虚焊、集电器主体狭窄部分被熔断等问题，非常不利于焊接质量水平的稳定性。同时造成翻边肋与电极端面接触电阻大，集电器的电阻也增大，从而增大了电池的内阻，严重影响电池的大电流性能。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种内阻低，电流分布均匀，具有优良的大电流充放电性能及较高的放电容量的碱性二次电池。
本实用新型的目的是这样实现的该碱性二次电池包括电极板组件及集电器，该电极板组件包括正、负电极板，正电极板具有正极端子，负电极板具有负极端子，该正、负极端子中至少之一固接有集电器，该集电器中包括第一、第二部分，第一部分包括分离设置的多个集电板，各个集电板围合出一个中心孔，且各集电板沿该中心孔的径向呈放射状分布，各集电板径向的两边缘均同向弯折有突出部，该突出部与所述端子的边缘交叉并通过多个部位焊接，第一部分的各集电板均附着于第二部分上并通过焊接而与第二部分相接合。
所述的第二部分包括主体部及与其一体连接的极耳部，该主体部与第一部分相接合。
所述的负极集电器的极耳部为自主体部的中央位置延伸的凸台。
所述的第二部分的主体部的外周边缘上分布有定位缺口。
所述的第一部分的各集电板为扇形或三角形。
所述的第一部分的集电板的数目为3-24个。
所述的电极板组件和集电器置于外壳中并通过帽型端子密封，正极端子与该帽型端子导接，负极端子与该外壳导接。
所述的正、负极端子均固接有集电器，与正极端子固接的集电器与帽型端子焊接一体，与负极端子固接的集电器与外壳焊接一体。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点1)集电器的第二部分通过焊接与第一部分形成整体，这样相当于2个内部电阻并联在一起形成了一个并联电路。设定第一部分电阻为R1，第二部分电阻为R2，总电阻为R，当集电器在汇集电极电流后，电流可以在集电器的第二部分获得短而宽的通路直接到达极耳部，根据欧姆定律R＝ρL/S可知R2＜R1，所以大部分电流将会从R2通过，即使集电器的第一部分在焊接过程中2a区域被熔断，影响也很小。又根据并联电路原理1/R＝1/R1+1/R2，我们可知，并联电路的总电阻R＜R2＜R1。这样就可以在最大程度上降低电流通过集电器表面时产生的IR电压降，进一步减小了电池的内阻，提高了电池的大电流充放电性能；2)由于将集电器的第一部分设计成若干个具有突出部的集电板，集电板之间没有连通。因此，在集电器的突出部和电池正、负极端子的边缘的焊接过程中，焊接电流只有唯一一条通路，所有电流均属于有效电流，利用率近100％，这样的焊接方式将较容易达到焊接牢固的效果，同时可以降低焊接电流，减少虚焊、炸火等现象，有利于降低接触内阻，有利于提高焊接质量的稳定性，有利于提高电池质量水平的一致性；3)由于所有的集电板均分开制作，其突出部的长度、高度以及间距的设计不会像整体式集电器那样受到强度的制约，故每个集电板的突出部均可与涡卷状电极组件最内侧圆周彼此咬合焊接。而且目前的整体式集电器突出部的个数只有8-12个，相当于4-6个扇形金属板，因受到强度的制约，其个数很难再得到突破，从而成为改善电池大电流充放电性能的瓶颈。在本实用新型中，因集电器是分体式的，不会受到强度等条件的制约，以SC电池为例，至少可以制作8-12个扇形金属板，即拥有16-24个翻边肋，是目前集电器的2-3倍，其翻边肋与电极端面的焊接点也相应翻倍地增加，这将会大大改善电池内电极电流分布的均匀性，提高了电池大电流充放电性能及放电容量。
图1为现有技术电池中采用的正极集电器展平状态的俯视图。
图2是图1沿A-A方向的剖视图。
图3是现有技术电池采用的负极集电器展平状态的俯视图。
图4是图3沿B-B方向的剖视图。
图5是本实用新型碱性二次电池局部剖视图。
图6是本实用新型采用的正、负极集电器的第一部分的俯视图。
图7是本实用新型采用的正极集电器的第二部分展平状态的俯视图。
图8是本实用新型的正极集电器的第一、第二部分组合后的展平状态的俯视图。
图9是图8沿C-C方向的剖视图。
图10是本实用新型采用的负极集电器的第二部分展平状态的俯视图。
图11是本实用新型采用的负极集电器的第二部分展平状态的后视图。
图12本实用新型的负极集电器的第一、第二部分组合后的展平状态的俯视图。
图13为本实用新型实施例电池焊接效果俯视示意图。
图14为比较例电池焊接效果俯视示意图。
具体实施方式请参阅5至图12，本实用新型碱性二次电池包括电极板组件及集电器，该集电器及电极板组件均置于电池外壳6中并通过帽型端子1密封。该电极板组件为涡卷状，其包括涡卷状的正电极板3、负电极板5及隔膜4，隔膜4分隔该正、负电极板3、5。正电极板3设有正极端子31，且该正极端子向上伸出；负电极板5设有负极端子，且该负极端子向下伸出。集电器2包括正极集电器和负极集电器，其分别焊接于正、负极端子的边缘。该集电器2包括薄板状的第一部分21和第二部分22，该第一部分21由若干分离设置的集电板211组成，各个集电板211之间相互断开且各集电板211围合出一个中心孔212，各个集电板211即沿该中心孔212的径向呈放射状分布。各个集电板214均包括基体213及自该基体213径向的两侧缘同向弯折的肋型突出部214，该两突出部214均与基体213的表面大致垂直。该突出部214与正、负电极板3、5的端子的边缘彼此交叉镶嵌咬合，并在该突出部214和端子边缘的多个部位进行焊接。第二部分22包括主体部221和极耳部222，该主体部221的轮廓与第一部分21基本一致，该正、负极集电器的极耳部222分别与电池的正、负极导接。当第一部分21与电极板的端子边缘焊接后，再将第二部分与第一部分相重合，并通过焊接使第一、第二部分相接合，从而起到辅助集流和降低内阻的作用。该集电器的结构可仅应用于正极集电器，而负极集电器采用现有结构；该集电器的结构也可仅应用于负极集电器，而正极集电器采用现有结构；或者该结构同时应用于正、负极集电器。
现以一标称容量为3000mAh的Sc型镍氢二次电池A为例进行说明，该电池的具体结构及制作过程如下制作尺寸(长度*宽度*厚度)为265mm*35mm*0.55mm的镍正电极板3与315mm*35mm*0.35mm尺寸的贮氢合金负电极板5。正、负电极板3、5在长度方向上的边缘装有裸露的镍片部件31(即所述的正、负极端子)，在正、负电极板3、5之间采用改性PP隔膜4隔开，正、负电极板3、5在宽度方向上错开，并使裸露的镍片部件31分别向上和向下伸出电极板组件的上下端面一定长度。利用卷绕机使正、负电极板3、5及隔膜4形成涡卷状电极极芯。正电极板3的镍片部件31位于上端，首先将集电器的第一部分21焊接于正极电极板3的镍片部件31的端面上，然后再将集电器的第二部分22与第一部分21重合放置，并完成焊接，将第一部分21与第二部分22形成一个整体。这种集电器的复合结构不仅适用于正极集电器，也同样适合用于负极集电器。请结合参阅图6、图10至图12，该负极集电器7的第一部分的形状和正极集电器的第一部分21完全一致(如图6所示)，负极集电器的第二部分72也为薄板状，该第二部分72包括主体部720及极耳部721，该极耳部721为自主体部720的中心部位凸伸设置的圆柱形凸台721。电阻焊的电极将穿过漩涡负电极板和负极集电器第一部分的中心孔212，将凸台721压紧并焊接在电池外壳(钢壳)的内部底面，形成通路。正、负极集电器与正、负电极板的端子边缘焊接完成后，注入预定数量的碱性电解液，将电池封口，得到了本实用新型电池A；其中正、负极集电器第二部分的主体部221、720的周缘分别分布有若干个弧形的定位缺口223、723，该定位缺口223、723用以进行第一、第二部分之间的准确的定位，以方便焊接集电器的第一部分和第二部分，而且整个焊接工艺不适合手工生产，需采用自动化或半自动化生产工艺。
为了说明本实用新型的效果，现以一碱性二次电池B作为比较例，该电池B的结构是将集电器的第一部分焊接于正电极板的端子边缘上，即中国专利ZL 03224363.4所揭示的结构，负极集电器采用图3的形状与负电极板的端子边缘焊接，其它制作过程如同本实用新型的实施方式，从而制成对比例电池B首先分别测试电池A、B电池的交流阻抗(1000kHz)，取平均值；然后进行下述方法测试步骤一、1C充电65分钟，搁置10分钟，1C放电至1.0V/支，并记录电池的1C放电容量；步骤二、1C充电65分钟，搁置10分钟，10C放电至0.8V/支，记录电池的放电容量及中点电压，循环三次取平均值。
上述方法的测试结果见下表
由上表可知采用本实用新型制作的电池A与比较例B的内阻相比减小了1.8mΩ，即内阻减小40％；10C容量时放电效率提高了4.3％；中值电压提高了75mV。
为了检验电池焊接点的差异，拆卸A组电池和B组电池，发现集电器与电极板之间的焊接效果如图13、14所示，其中图14是B组电池的焊接点效果图，图13为A组电池的焊接点效果图，其中黑点示意焊接点。由图13及图14可见，采用本实用新型可以使集电器与包含电极板卷绕开始一端的整个电极相焊接，更重要的是B组焊接点数只有34个，而实用新型A组的焊接点数则高达120个左右，是B组的4倍左右的点数，绝对数量多出近96个，极其有效地改善了电极内电流分布的均匀性，提高了电池的大电流充放性能。
本实用新型实例是以镍-氢Sc电池进行说明的，但对于其它碱性二次电池，如镍-镉电池、镍-锌电池也同样适用。
本实用新型实例电池的集电器主体部分是以12个扇形板进行说明的，实际中对于截面大小不同的电池，其扇形板的个数可在3～24个之中优选。且主体部分的形状可根据电池生产具体情况为三角形或扇形或近似扇形和三角形的结构。
权利要求1.一种碱性二次电池，包括电极板组件及集电器，该电极板组件包括正、负电极板，正电极板具有正极端子，负电极板具有负极端子，该正、负极端子中至少之一固接有集电器，其特征在于该集电器中包括第一、第二部分，第一部分包括分离设置的多个集电板，各个集电板围合出一个中心孔，且各集电板沿该中心孔的径向呈放射状分布，各集电板径向的两边缘均同向弯折有突出部，该突出部与所述端子的边缘交叉并通过多个部位焊接，第一部分的各集电板均附着于第二部分上并通过焊接而与第二部分相接合。
2.如权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于所述的第二部分包括主体部及与其一体连接的极耳部，该主体部与第一部分相接合。
3.如权利要求2所述的碱性二次电池，其特征在于所述的负极集电器的极耳部为自主体部的中央位置延伸的凸台。
4.如权利要求2所述的碱性二次电池，其特征在于所述的第二部分的主体部的外周边缘上分布有定位缺口。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的碱性二次电池，其特征在于所述的第一部分的各集电板为扇形或三角形。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的碱性二次电池，其特征在于所述的第一部分的集电板的数目为3-24个。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的碱性二次电池，其特征在于所述的电极板组件和集电器置于外壳中并通过帽型端子密封，正极端子与该帽型端子导接，负极端子与该外壳导接。
8.如权利要求7所述的碱性二次电池，其特征在于所述的正、负极端子均固接有集电器，与正极端子固接的集电器与帽型端子焊接一体，与负极端子固接的集电器与外壳焊接一体。
专利摘要本实用新型碱性二次电池包括电极板组件及集电器，该电极板组件包括正、负电极板，正电极板具有正极端子，负电极板具有负极端子，该正、负极端子中至少之一固接有集电器，该集电器中包括第一、第二部分，第一部分包括分离设置的多个集电板，各个集电板围合出一个中心孔，且各集电板沿该中心孔的径向呈放射状分布，各集电板径向的两边缘均同向弯折有突出部，该突出部与所述端子的边缘交叉并通过多个部位焊接，第一部分的各集电板均附着于第二部分上并通过焊接而与第二部分相接合。本实用新型二次电池的内阻低，电流分布均匀，具有优良的大电流充放电性能及较高的放电容量。
文档编号H01M10/24GK2838048SQ20052003550
公开日2006年11月15日 申请日期2005年9月14日 优先权日2005年9月14日
发明者韩垂华, 颜海鹏, 汪鲁建, 陈国藩 申请人:比亚迪股份有限公司