專利名稱：集電板和使用其的蓄電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及蓄電池，特別是涉及通過改進集電板結構而具有高的電解液浸入效率的蓄電池。
背景技術：
一般來講，蓄電池(secondary battery)不同于不能充電的早期電池，其能夠重復地充電和放電。近來，使用具有高能量密度的無水電解液的高功率蓄電池得到了發展。例如，美國專利No.6,193,765公布了一種電池，其裝備有形成為板的電流收集元件來替代常規接頭。
在一個電池組單元電池封裝成包形狀時，它就形成低容量電池，這種電池可以作為便攜式電話、膝上型計算機和可攜式攝像機等各種便攜式小型電器裝置的電源。在將幾十個蓄電池單元串聯或并聯連接時，形成高容量蓄電池，這種蓄電池可以用于混合動力汽車等用于驅動電動機的電源。
蓄電池可以制成圓柱形、棱柱形或袋狀等不同的形狀。蓄電池包括電極部件，電極部件包含正極、負極和置于它們之間的隔板，其螺旋卷繞(或以膠卷的結構)并插入到殼體中。殼體安裝具有外端子的蓋部件，以形成電池。
蓄電池的正極和負極每個都配備有導電接頭，導電接頭用于收集電池工作時從電極組產生的電流，并將電流傳導至外端子。
但是，常規蓄電池具有的結構可能會阻礙電解液順利地浸入到電極組中，因為電解液注入到殼體中及其隨后的浸入都進行得非常緩慢。
詳細地來講，在常規技術中，電解液的浸入通常是依靠毛細現象進行，使得電解液被吸收到電極組中。在這些電池中，殼體底部的負極集電板由于阻礙毛細現象而延緩了浸入過程。
這個問題對于設計用于混合電動車(HEV)等用于驅動電動機的高功率蓄電池來講更為嚴重，因為這種蓄電池的制造需要滿足高輸出等高質量電池特性的需要。
發明內容
提供一種用于蓄電池的集電板，其中電解液的浸入可以更迅速和容易地進行。
根據本發明的一個實施例，蓄電池包括具有正極、負極和置于它們之間的隔板的電極組，內部容納電極組的殼體，電連接于電極組的蓋部件，其與殼體相結合并密封殼體，在殼體內側底部的集電板，其電連接到正極或負極，和在集電板上形成的電解液通過區域。
電解液通過區域可以具有在第一集電板上形成的至少一個孔。電解液通過區域上該孔的面積范圍在集電板總面積的30％到35％之間。
電解液通過區域可以位于對應于電解液注入入口的位置，電解液注入入口形成在相對著第一集電板的第二集電板上，并電連接于正極或負極。
電解液通過區域可以形成在特殊區域的中心，接觸并固定在集電板的上述電極上。
電解液通過區域可以具有至少一個形成在集電板上的狹縫。該狹縫可以形成在集電板上的凸起區域上，以焊接在上述殼體上。
根據本發明的另一個實施例，用于蓄電池的電極組件包括包含具有正極、負極無涂層區域的正極、負極和置于它們之間的隔板的電極組，其中正極、負極無涂層區域沿各自邊緣沒有活性物質，以及固定在負極無涂層區域上的負極集電板，和形成在負極集電板上的電解液通過區域。
上述正極無涂層區域相對著負極無涂層區域放置，并電連接具有電解液注入入口的正極集電板。
電解液注入入口可以位于和電解液通過區域相同的中心軸上。
根據本發明的另一個實施例，提供一種用于蓄電池的集電板，集電板包括具有徑向布置在正負極之間的多個接觸區域的盤，和一個或多個通過盤的電解液通過區域。集電板還可以包括用于將盤焊接到殼體上的凸起。
圖1為根據本發明典型實施例的蓄電池的橫截面圖。
圖2為根據本發明典型實施例的蓄電池負極集電板的透視圖。
圖3為根據本發明另一個典型實施例的蓄電池負極集電板的透視圖。
圖4為根據本發明又一個典型實施例的蓄電池負極集電板的透視圖。
具體實施例方式
參見附圖，本發明典型實施例的蓄電池包括具有正負極11、12及置于它們之間的隔板13的電極組10，和一側具有開口以容納電極組10的殼體20。蓄電池還包括電解液，安裝在殼體20開口上并通過密封墊31密封殼體20的蓋部件30，電連接于正極11的正極集電板40，和電連接于負極12的負極集電板50。
更詳細地，殼體20可以由鋁、鋁合金或者鍍鎳鋼等導電金屬制成，并可以形成為圓柱形、六面體或其它具有能夠插入電極組10內部空間的形狀。
電極組10可以具有堆層結構，使得隔板13置于正極11和負極12之間。電極組可以具有分別涂有正、負極活性物質的集電極11a、12a(圖中未示出活性物質)，或者電極組可以具有膠卷(jelly-roll)結構，使得堆層中的正極11、負極12和隔板13卷繞在一起。
電極組10安裝有正負極11、12，它們分別電連接于集電板40、50，集電板40、50收集從電極產生的電流。
電極組10和集電板40、50形成電極組件60。
無涂層區域11b、12b表示沒有活性物質的區域，分別位于集電板40、50接觸于正負極11、12的位置。
當形成電極組10后，正極11的無涂層區域11b相對著負極12的無涂層區域12b，并伸出到隔板13外。
蓋部件30包括蓋板32，其具有外端子32a，以及使殼體20與蓋板32絕緣的密封墊31。蓋部件還包括通氣板33，其通過鉛導線41媒介電連接于正極集電板40，通氣板設計成用于在預定壓力水平下破碎并釋放容納的氣體，由此減小蓄電池爆炸的可能性。
通氣板33不局限于如圖所示的形狀，而可以是能夠切斷電極組10到蓋部件30之間電路的任何形狀。
在圖2所示的典型實施例中，正極集電板40具有四個電解液注入入口42。
負極集電板50形成為盤狀物，其中伸向殼體20的區域51形成在中心，其用于將負極集電板焊接到殼體20內。槽54(如圖1所示)同樣形成在負極集電板50內。
沿中心區域51徑向布置的是四個接觸區域52，它們向中心區域的相反方向伸出，即，伸向負極12的無涂層區域12b。在這些接觸區域52之間至少有一個具有圓孔的電解液通過區域53。電解液通過區域53形成在負極集電板上，這樣當電解液注入到殼體20中并浸入時，電解液可以從下面經過板而通過，并且更均勻地浸入到電極10、12和隔板13中。
接觸部分52可以通過模壓負極集電板50而制作成狹槽。在一個典型實施例中，接觸部分52可以呈圍繞凸起區域51為中心的十字形。
負極集電板50可以插入到殼體20中并焊接在殼體上，并使負極集電板的凸起區域51緊貼在殼體20的底部。由此，只有負極集電板50的凸起區域51直接貼在殼體20的底部上，而不是負極集電板的全部表面。
另外，將負極集電板50上的接觸部分52緊密地貼在電極組10中負極12的無涂層區域12b上，并用激光器將這些部件沿接觸區域52的長度方向側焊接在一起，從而使得負極集電板50電連接于電極組10。
另外如圖2所示，四個電解液通過區域53形成在負極集電板50上，分別對應和平行布置在正極集電板40的入口42上。電解液通過區域53可以形成為圓形或其它如三角形等任何多邊形。
如圖1所示，本發明蓄電池的典型實施例具有如下的布置正極集電板40位于殼體20的一端，負極集電板50位于殼體20的相對一端。位于集電板40、50之間的電極組10可以具有無涂層區域11b、12b和通過區域53，無涂層區域分別露出電解液注入入口42，通過區域53分別形成在集電板上。因此如下面詳述的，具有這樣結構的蓄電池，能夠使注入殼體20的電解液通過殼體20底部和頂部的毛細現象而浸入到電極組10中。
在一個典型實施例中，通過區域53的面積約為負極集電板50總面積的30％到35％。
如果通過區域53的面積小于負極集電板50總面積的35％，則可能會降低電解液浸入率，并增加蓄電池的重量。另一方面，如果通過區域53的面積大于負極集電板50總面積的35％，則可能造成負極集電板50本身的結構變形，并在負極12產生的電流通過負極集電板50時，因為較緊的通過區域而增加電子運動的阻力。
如圖3所示的本發明的另一個實施例，其中負極集電板70具有與上述負極集電板相似的結構，負極集電板具有形成為三角形孔的通過區域72。
圖4為根據本發明又一個實施例的負極集電板的透視圖。負極集電板80具有與上述負極集電板相同的基本結構。
但是，負極集電板80具有形成為狹縫的用于電解液浸入的通過區域82，其繞著位于負極集電板80中心的凸起區域84而形成。
以下介紹根據本發明典型實施例中電解液浸入到蓄電池中的過程。
在蓄電池的制造過程中，電極組件60插入到殼體20中之后注入電解液。當電解液被導入時，其通過電池上部的正極集電板40上的電解液入口42流入到電極組10中，并且浸入到電極11、12和隔板13中。
另外，電解液還從電池底部通過毛細現象運動到電極組10，并且浸入到電極11、12和隔板13中。這里，電解液可以容易地通過負極集電板50、70、80上的通過區域53、72、82，運動到電極組10。
換言之，常規集電板阻礙電解液流向電極組并延緩了電解液的浸入，因為常規集電板不具有電解液運動的特殊通過區域。但是，本發明的實施例在集電板上具有電解液的通過區域，從而建立更完全和均勻的電解液浸入。
提供一種能夠減少電解液浸入時間的蓄電池。該蓄電池包括位于電極組兩端的集電板上用于電解液運動的通過區域，并可以使電解液平穩地向其中浸入。
另外，本發明的蓄電池可以通過制造較好質量的電極組，使電解液經過通道均勻地浸入到其中，從而可以提高蓄電池的性能。
所以，該蓄電池可以用作驅動混合電動車(HEV)、電動車(EV)、無線吸塵器、電動自行車以及小型摩托車等需要高輸出的設備的電動機的能源。
還有，與同類型的常規蓄電池相比，本發明的蓄電池因為減少了其負極集電板本身的重量而減少了整體重量，因而可以提高其比能(Wh/kg)。
盡管以上參照典型實施例對本發明進行了詳細地說明，但本領域技術人員可以理解的是，在不背離本發明權利要求所提出的精神和范圍的情況下，本發明可以有各種變體和替換。
權利要求
1.一種蓄電池，包括具有正極、負極和置于正極和負極之間的隔板的電極組；容納該電極組的殼體；電連接于電極組的蓋部件，其連接到該殼體上并用來密封該殼體；電連接于正極和負極的至少一個、并位于殼體內的至少一個集電板；和形成在所述至少一個集電板上的至少一個電解液通過區域。
2.根據權利要求1的蓄電池，其中所述至少一個電解液通過區域還包括至少一個形成在所述至少一個集電板上的孔。
3.根據權利要求2的蓄電池，其中該孔的面積為所述至少一個集電板面積的約30％到35％之間。
4.根據權利要求1的蓄電池，其中正極集電板電連接于正極，負極集電板電連接于負極，并且所述至少一個電解液通過區域對應于形成在正極集電板上和負極集電板上的電解液注入入口。
5.根據權利要求1的蓄電池，其中所述至少一個集電板具有多個接觸區域，所述接觸區域接觸并固定在正極和負極中至少一個上，其中所述至少一個電解液通過區域位于多個接觸區域的相鄰接觸區域之間。
6.根據權利要求1的蓄電池，其中該孔為圓形。
7.根據權利要求1的蓄電池，其中該孔為多邊形。
8.根據權利要求1的蓄電池，其中所述至少一個電解液通過區域還包括形成在所述至少一個集電板上的狹縫。
9.根據權利要求8的蓄電池，其中所述至少一個集電板還包括用于焊接的凸起區域，其中該狹縫形成在凸起區域上。
10.根據權利要求1的蓄電池，其中蓄電池為圓柱形電池。
11.根據權利要求1中的蓄電池，其中蓄電池是電動機驅動裝置的電池。
12.一種用于蓄電池的電極組件，包括具有正極和負極以及置于正負極之間的隔板的電極組，其中正極和負極具有在邊緣沒有活性物質的無涂層區域；固定到負極的無涂層區域的負極集電板；和在負極集電板上形成的電解液通過區域。
13.根據權利要求12的用于蓄電池的電極組件，其中正極的無涂層區域相對著負極的無涂層區域放置，其中正極的無涂層區域電連接于具有電解液注入入口的正極集電板。
14.根據權利要求13的用于蓄電池的電極組件，其中電解液注入入口位于與電解液通過區域相同的中心軸上。
15.根據權利要求14的用于蓄電池的電極組件，其中電解液通過區域包括至少一個形成在負極集電板上的孔。
16.根據權利要求12的用于蓄電池的電極組件，其中電解液通過區域包括至少一個形成在負極集電板上的狹縫。
17.一種用于蓄電池的集電板，具有電極組和用于容納該電極組的殼體，該電極組包括正極、負極以及置于正極和負極之間的隔板，該集電板包括盤，該盤具有沿盤徑向布置的多個接觸區域；和一個或多個通過該盤的電解液通過區域。
18.根據權利要求17的集電板，還包括用于將盤焊接到殼體上的凸起，所述多個接觸區域可連接到負極上。
全文摘要
本發明公開了一種蓄電池，包括具有正極、負極及置于它們之間的隔板的電極組，以及其中容納該電極組的殼體。蓋部件結合于殼體并將殼體密封，并且電連接于電極組。集電板電連接到正負極的無涂層區域。各個集電板在其上具有多個孔，并可以位于殼體的頂部和底部，這樣電解液的浸入可以迅速和容易地進行。
文檔編號H01M2/26GK1700495SQ20051007099
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月19日 優先權日2004年5月19日
發明者金賢碩, 金容三 申請人:三星Sdi株式會社