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CN1170245A - 卷绕电极组 - Google Patents

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丁镇东
李宗郁
蔡承锡
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Abstract

一种具有含孔隙的隔板的电池,使用寿命较长,其中隔板体积较小,增加了内部空间。

Description

卷绕电极组
本发明涉及一种卷绕电极组，尤其是涉及具有新颖形状的隔板、长的使用寿命和大容量、低的内压例如用于圆柱形电池或电容器的卷绕电极组。
卷绕电极组例如圆柱形电池和电容器具有防止阴极和阳极短路的隔板。本发明涉及具有阴极、阳极和隔板的卷绕电极组技术。以圆柱形电池、尤其是圆柱形镍-氢电池为例说明。
越来越多的便携式电子器件例如照相机、摄像机、便携式CDP、收音机、盒式磁带录音机、笔记本电脑、寻呼机、蜂窝式移动电话等需要高容量和更长作用寿命的电池。
通常，电池是利用接触电位差把化学能转变为电能的器件，其具有许多种类。电化学电池在技术上可分为不可充电的一次电池、可充电的二次电池、把燃烧热能转变为电能的燃料电池或把光能转变为电能的太阳能电池。电化学电池按电解质的组成和电池形状来分类。电解质组成和电池形状分别可以是碱性的、固体或无水的电池和圆柱形、钮扣或硬币式。
在这些电池种类中，圆柱形电池(胶体卷式)释放电流，并由阴极、阳极、防止阴极和阳极短路的隔板、电解质、正极端和负极端组成。为了具体说明，镍-氢电池的结构示于图8。圆柱形镍-氢电池的组成如下，涂敷有Ni(OH)2作为正极活性材料的阴极13，涂敷有主要由LaNi5、MmNi5、Ti-Fe或Ti-Ni合金组成的负极活性材料的氢化合金的阳极15，由无纺布和赛珞玢制成用于防止阴极13和阳极15短路的隔板17，用做正极端的帽盖19，用做负极端和封装装置的外壳12，除此之外还有密封垫21，安全气孔23，端盖板25，绝缘环27和绝缘板29。
制造圆柱形镍-氢电池的工艺如下，首先，通过在金属支撑上涂敷正极活性材料浆料、干燥和辊压来制造阴极，然后通过在金属支撑上涂敷负极活性材料浆料、干燥和辊压来制造阳极。之后，把隔板17置于阴极13与阳极15之间，并卷绕，把此电极和隔板的卷绕组件插入外壳12。之后把电解质注入外壳，在上部进口安装帽盖组件。
以下详细说明按照上述方法制造的圆柱形镍-氢电池的充电和放电反应。
负极活性材料采用氢化合金，正极活性材料采用氢氧化镍，电解质采用氢氧化钾(KOH)水溶液。在充电过程中，氢化合金存储由电解质中的水的分裂而产生的氢离子，在放电过程中释放氢离子返回电解质。充电和放电反应如下：
在上述反应中，M是吸收和放出氢离子的氢化合金，确定为由稀土元素制成的AB5系列或由Ti、Zr、V等制成的AB2系列。根据上述反应，电池进行多于数百次的充电和放电。
在制造具有上述功能和结构的圆柱形镍-氢电池的工艺中，如图1所示，阴极13和阳极15置于隔板17的相反两侧，利用心轴围绕卷绕轴11的中央卷绕。但是，采用隔板来防止阴极和阳极短路，在外壳内占用很多空间，因而减少了电池内部空间的电解质注入量和电池容量。此外，当阴极13、阳极15和隔板17在上述电池内卷绕时，存在隔板撕裂，阴极和阳极发生短路的问题。
如图2所示，为了防止因破裂而产生的短路问题，开发了从阴极13的起始部分覆盖至阳极15的起始部分的附加隔板31的技术。虽然在隔板17添加附加隔板31时减少了因破裂产生的短路，但由于附加隔板占据了额外的空间，所以电池容量减少更多。
如图3所示，虽然开发了采用从卷绕轴覆盖至阴极13的起始部分的附加隔板41的技术来解决电池容量减少的问题。但是，由于此技术减少隔板体积有限，因而仍存在增加电池容量不多的问题。
上述缺陷存在于各种卷绕电极组中，包括圆柱形电池和圆柱形电容器，以及上述圆柱形镍-氢电池。
为了解决传统技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种卷绕电极组，包括：阴极；与所述阴极连接的正极端；阳极；与所述阳极连接的负极端；置于所述阴极和所述阳极之间的隔板；电解质；在未被所述阴极或所述阳极叠置的区域，所述隔板具有大量孔隙。
所述卷绕电极组最好还包括位于所述隔板一侧的附加隔板。
所述附加隔板最好具有从所述阴极起始部分覆盖至所述阳极起起部分的尺寸，其中所述附加隔板最好在未被所述阴极或所述阳极叠置的区域具有大量孔隙。
所述附加隔板最好具有从所述阴极起始部分覆盖至卷绕轴的尺寸，所述附加隔板最好在未被所述阴极或所述阳极叠置的区域具有大量孔隙。
所述孔隙最好是圆形、三角形、矩形、六角形和八角形中的一种或多种。
所述卷绕电极组最好是圆柱电池或圆柱形电容器。
所述卷绕电极组最好是圆柱形镍-氢电池。
本发明的其他目的、优点和新颖的特征，一部分在以下的说明中将给出，其余通过对以下由实施本发明所能理解的考察，本领域的技术人员将可了解。采用在权利要求书中特别指出的手段和组合，可以实现本发明的目的和优点。
各附图中：
图1是传统阴极、阳极和部分隔板在卷绕前的示意图；
图2是传统阴极、阳极、部分隔板和附加隔板在卷绕前的另一示意图；
图3是传统阴极、阳极、部分隔板和附加隔板在卷绕前的第三示意图；
图4是根据本发明第一实施例的阴极、阳极和部分隔板卷绕前示意图；
图5是根据本发明第二实施例的阴极、阳极、部分隔板和附加隔板在卷绕前的示意图；
图6是根据本发明第三实施例的阴极、阳极、部分隔板和附加隔板在卷绕前的示意图；
图7A至7M是本发明的隔板中的孔隙的各种形状、数量和设置示意图；
图8是圆柱形电池的结构示意图。
在以下详细说明中，仅按作出本发明的发明人所关注的最佳模式的展现方式简单展示和说明本发明的优选实施例。正如所见，在不偏离本发明的条件下可以按各种明显的方式改进。因此，附图和说明只是示例性的，并不是限制性的。
[实施例1]
如图4所示，在尺寸为263×38×0.15mm的隔板17的两面上，以卷绕轴11为中心布置尺寸为114×35×0.73mm的阴极13和尺寸为149×35×0.40mm的阳极15。在未被阴极和阳极叠置的隔板区域设置大量半径为1mm的孔隙。围绕卷绕轴中心卷绕阴极13、阳极15、隔板17，并插入外壳。进行电解质的注入，组装和成型，制成电池。
[实施例2]
如图5所示，在尺寸为263×38×0.15mm的隔板17的两面上，以卷绕轴11为中心布置尺寸为114×35×0.73mm的阴极13和尺寸为149×35×0.40mm的阳极15。在隔板17与阴极13的一侧设置尺寸为40×38×0.15mm的附加隔板31，其足以覆盖阴极13和阳极15的起始部分。在未被阴极13和阳极15叠置的隔板17和附加隔板31的区域设置大量半径为1mm的孔隙。围绕卷绕轴11卷绕阴极13、阳极15、隔板17和附加隔板31之后，把卷绕的组件插入外壳。进行电解质的注入、组装和成型，制成电池。
[实施例3]
如图6所示，在尺寸为263×38×0.15mm的隔板17的两面上，以卷绕轴11为中心布置尺寸为114×35×0.73mm的阴极13和尺寸为149×35×0.40mm的阳极15。在隔板17与阴极13的一侧设置尺寸为26×38×0.15mm的附加隔板41，其足以从阴极13的起始部分覆盖至卷绕轴11。在未被阴极13和阳极15叠置的隔板17和附加隔板41的区域设置大量半径为1mm的孔隙。围绕卷绕轴11卷绕阴极13、阳极15、隔板17和附加隔板41之后，把卷绕的组件插入外壳。进行电解质的注入、组装和成型，制成电池。
[对比例1]
如图1所示，在尺寸为263×38×0.15mm的隔板17的两面上，以卷绕轴11为中心布置尺寸为114×35×0.73mm的阴极13和尺寸为149×35×0.40mm的阳极15。围绕卷绕轴11卷绕阴极13、阳极15和隔极17之后，把卷绕的组件插入外壳。进行电解质的注入、组装和成型，制成电池。
[对比例2]
如图2所示，在尺寸为263×38×0.15mm的隔板17的两面上，以卷绕轴11为中心布置尺寸为114×35×0.73mm的阴极13和尺寸为149×35×0.40mm的阳极15。尺寸为40×38×0.15mm、足以覆盖阴极13和阳极15的起始部分的附加隔极31设置在隔板17与阴极13的一侧。围绕卷绕轴11卷绕阴极13、阳极15、隔板17和附加隔板31之后，把卷绕的组件插入外壳。进行电解质的注入、组装和成型，制成电池。
[对比例3]
如图3所示，在尺寸为263×38×0.15mm的隔板17的两面上，以卷绕轴11为中心布置尺寸为114×35×0.73mm的阴极13和尺寸为149×35×0.40mm的阳极15，尺寸为26×38×0.15mm、足以从阴极13的起始部分覆盖至卷绕轴11的附加隔板41设置在隔板17与阴极13的一侧。围绕卷绕轴11卷绕阴极13、阳极15、隔板17和附加隔板41之后，把卷绕的组件插入外壳。进行电解质的注入、组装和成型，制成电池。
下表给出了根据以上实施例和对比例测量隔板减少的体积、电解质注入量、内压、使用寿命的结果。
                        (表)
    体积(mm3) 电解质注入量(g)    内压(kg/cm2)  使用寿命(循环)
实施例1     1470     3.4     10     350
实施例2     1665     3.4     10     350
实施例3     1601     3.4     10     350
对比例1     1500     3.2     10     300
对比例2     1727     3.2     10     300
对比例3     1647     3.2     10     300
如上表所示，根据本发明各实施例的具有含许多孔隙的隔板的电池体积，与根据各对比例无孔隙的电池相比，最大减少了7％。因此，从电解质的注入量来看，电池的内部空间最大增加了33％。较大的内部空间抑制了产生的气体的内压的增大。
如上所述，根据本发明的具有含孔隙的隔板的电池质量是优异的，这是因为与传统电池相比，内部空间更宽、电解质注入量更大、内部气压更低、使用寿命更长。
如图7A至7M所示，根据本发明的隔板可以具有各种形状中的一种或多种孔隙和各种设置方式。各种形状的孔隙是：圆形、三角形、矩形、六角形和八角形等。
如上所述，根据本发明的具有孔隙的隔板可以防止短路、增加电池内部空间、增加电解质注入量和降低内部气压，从而具有较长的使用寿命。本发明的作用可以应用于卷绕电极组，例如不仅可以是圆柱形镍-氢电池，而且也可以是结构与圆柱形镍-氢电池相同的圆柱形电池或电容器。
本说明书中仅展示和说明了优选实施例，但是正如以上所述，应该明白，在这里所表述的本发明的范围内，本发明可以按其他组合和方式使用，并能做出变化或改进。

Claims (9)

1.一种卷绕电极组，其包括：阴极；与所述阴极连接的正极端；阳极；与所述阳极连接的负极端；置于所述阴极与所述阳极之间的隔板；电解质；其特征在于，所述隔板在未被所述阴极和所述阳极叠置的区域具有大量的孔隙。
2.根据权利要求1所述的卷绕电极组，其特征在于，所述卷绕电极组还包括在所述隔板一侧的附加隔板。
3.根据权利要求2所述的卷绕电极组，其特征在于，所述附加隔板具有从所述阴极起始部分覆盖至所述阳极起始部分的尺寸。
4.根据权利要求2所述的卷绕电极组，其特征在于，所述附加隔板具有从所述阴极起始部分覆盖至卷绕轴的尺寸。
5.根据权利要求3所述的卷绕电极组，其特征在于，所述附加隔板在未被所述阴极和所述阳极叠置的区域具有大量的孔隙。
6.根据权利要求4所述的卷绕电极组，其特征在于，所述附加隔板在未被所述阴极和所述阳极叠置的区域具有大量的孔隙。
7.根据权利要求1所述的卷绕电极组，其特征在于，所述孔隙的形状是圆形、三角形、矩形、六角形和八角形中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的卷绕电极组，其特征在于，所述卷绕电极组是圆柱形电池或圆柱形电容器。
9.根据权利要求1所述的卷绕电极组，其特征在于，所述卷绕电极组是圆柱形镍-氢电池。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication