电池设计及其构造方法技术

本发明专利技术提供了一种紧凑、坚固、多功能以及高度可制造的可充电电池。该电池设计成用最小的内部体积来容纳电池的惰性部件。这部分地通过向各个电池部件提供多种功能来实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种电化学电池。更特别地，本专利技术涉及一种 紧凑、坚固、多功能以及高可制造性的可再充电的电池。
技术介绍
增加电化学电池的放电容量是电化学电池制造者一直追求的目 标。通常，存在确定的最大外部尺寸，这约束了给定类型的电池的体 积。这些最大尺寸可能通过工业标准强制规定或由电池可能放入的装 置中的可用空间量来强制规定。由于其它必需但是惰性的部件(例如， 容器、密封件、端子、集流器以及分隔器)也占用体积，仅有一部分 体积可供电化学放电反应(电化学活性材料和电解质)所需的材料使 用。电池内部还需要一定数量的空隙体积，以容纳反应产物以及由于 其它因素例如温度增加而引起的材料体积的增加。为了使具有有限或 设定体积的电池的放电容量最大化，需要使惰性元件的体积和空隙体 积最小化。传统的电池设计包括具有单开口端的棱柱形或圆柱形电池外壳和 一个与之相配的电池端盖，用于将电池的内部构件与外部紧密密封隔 开。电池端盖的结构和设计以及该端盖安装到电池外壳上的方式可直 接影响电池被"激活"的方式或者其内部充满电解质的方式，电池在 不安全的高压情况下的排气方式，以及电池的内部活性材料连接至外部电源端子的方式。圆柱形电池通常以如下的方式被激活，即首先将电池的内部构件 充满电解质，并且随后将端盖装配至外壳。在电池已被激活后，由于 电解质的存在，使得在电池外壳和电池端盖之间建立起牢固密封的问 题变得复杂。当在该接缝处使用焊接工艺时，尤其如此。传统的圆柱 形电池设计通过使用非焊接技术，例如巻边，从而在填充电解质后将 端盖密封至壳体，从而避免该问题。该巻边技术不能有效利用电池的 体积，并且降低了电池的总能量容量。在激活电池之前，传统的棱形电池设计在端盖和外壳之间建立起 了密封和体积有效的焊接接头。棱形电池的激活通常通过将内部部件 充满电解质来实现，电解质通过密封端盖中的被称为填充孔的小孔引 入。在激活完成后，填充孔通过各种方式被密封。在焊接电池设计中， 密封填充孔的任务是有挑战性的。该密封通常通过加入一些部件以及 一些类型的硫化胶粘剂或附加的焊接来实现，从而导致在电池使用过 程中必须被处理的填充孔上产生突起。此外，该填充孔通常远离中心， 以便将中心定位优先让给电源端子。在体积有效的电池设计中，填充 孔存在于其中的壁厚通常非常薄，这使得密封更富有挑战性。这产生 了高度不可控制、不可靠以及妨碍性的填充孔密封。电化学电池在下列情况下将能够产生气体在储存期间、在正常 操作时、以及特别是在常见的滥用条件下，例如被迫深度放电，原电 池被充电时。电池被设计成以受控的方式释放内部压力。通常的方法 是提供卸压机构或者排气孔，用于在内部压力超过预定值时从电池内 释放气体。减压排气孔通常占据额外的内部体积，这是因为在排气孔 和其它电池部件之间通常需要间隙，以确保这些机构的适当机械操作。圆柱形电池使用复杂的阀门来排气，其中该阀门被设计成在达到 特定的内部压力时首先切断电流，并且随后在电池经受更高的内部压 力阈值时最终打开电池。当阀门致动时，电池通常被认为是不能使用 的。圆柱形电池中的排气机构倾向于"隐藏"在电池端子之下，以使 得它们在端盖上占据更少的空间。除了耗尽有价值的电池体积外，其中否则这些体积可用于电池容量，这可在端盖中产生一系列的小排气 "窗口"，这些小排气"窗口"被设计用来允许气体在高压力的情形下 逸出。通常，当电池经受这种情形时，除了气体之外的材料也试图经 由该排气孔从电池中逸出，并且最终堵塞这些窗口。这破坏了排气目 的，阻止气体逸出，并且可最终导致电池达到极限内部压力并经常发 生爆炸。由于与圆柱形电池中同样的理由，棱形电池也进行排气，但是它 通常较少属于机械排气，并且具有增加的机械应力集中面积。棱形电 池中的典型排气孔设计是设计好的在特定压力下破裂的孔。即使是棱 形电池中的排气孔通常也被设计得非常小，以便与填充孔和电池端子 分享端盖空间。这些较小的排气孔可导致类似的堵塞以及最终产生同 样的爆炸。电化学电池的另一个部件是集流器。较小的导电集流器，或者翼片，通常在电池内部活性材料和它的外部电源端子之间建立连接。由于化学相容性和腐蚀性问题，这些翼片被局限为少数几种金属类型， 这取决于翼片处于电池的阳极(-)电位还是阴极(+ )电位。多数圆柱形电池的外壳由合金钢制成，这使得外壳为阳极(-)电位。这允许活性 内部阳极材料通过焊接至外壳的简单单个集流器(翼片)直接连接至 外壳。在典型的圆柱形电池设计中，活性内部阴极材料随后连接至端 盖上的电源端子。通常，端盖是铝和钢制成的复杂和组合设计。容纳在传统棱形电池端盖内的典型电池特征包括允许电池在制造过程中活化的填充孔；允许电池在发生内部不安全高压情形下排气的阀；和允许电池将电能传递到外部的电源端子。需要对传统圆柱形和棱形电池的这些以及其它局限性进行改进。
技术实现思路
提供了一种紧凑、坚固、多功能以及高度可制造的可充电电池。 该电池设计成用最小的内部体积来容纳电池的惰性部件。这部分地通 过向各个电池部件提供多种功能来实现。电池的初级包装包括铝合金。电池具有两个大的对称居中的电源 端子，用于正极端子及负极端子，能够实现与外部触点的清洁接触或 坚固焊接。这些端子是电池的两个端盖的整体部件。 一个或两个端盖 还用作通过对称居中的填充孔来激活(以电解质填充)电池的装置， 用于使电池与外部紧密密封。还提供了一个或两个端盖，用于通过设 计好的排气刻痕排出电池内的高压内部气体。在本专利技术的一个方面中，提供了一种用作电化学电池容器的金属外壳，其包括限定了第一和第二开口端的侧壁；设置在侧壁第一开口 端并且具有内表面和外表面的第一金属端盖；焊接至第一端盖的外表 面的端子板；和设置在侧壁第二开口端的第二金属板。在一个或多个实施例中，第一金属板包括铝，和/或该第一金属板 的外表面是镀镍的，和/或第一金属板的端子板包括镍。镀镍层的厚度 在约75fim至约125nm之间，和/或镀镍层焊接至第一金属板，和/或 金属板是通过电阻点焊或超声波烊接的。在本专利技术的一个或多个实施例中，第一金属板焊接至侧壁的第一 端，和/或第二金属板与侧壁的第二端成整体以形成封闭端，和/或第 二金属板焊接至侧壁的第二端，和/或第二金属板通过巻边与侧壁的第 二端密封。侧壁和第二金属板包括铝。在一个或多个实施例中，金属外壳还包括位于第一金属板的外表 面和内表面的至少一个中的环形凹槽，其中该凹槽在第一金属板内产 生了厚度减小的圆弧。在一个或多个实施例中，环形凹槽设置在第一金属罩的外周和焊 接端子之间。圆弧的范围在约150度至约360度之间，或者该圆弧的 范围在约300度至约180度之间。板在暴露于比预定值大的压差下时 可在圆弧处断裂。本专利技术的另一方面提供了一种制造用在电化学电池容器中的端盖 的方法，包括提供具有内表面和镀镍外表面的铝制端盖；将端子板 点焊至端盖的镀镍外表面；和将点焊端子板焊接至端盖，以形成具有 高机械强度的焊缝。在一个或多个实施例中，焊接是回流焊接。在一个或多个实施例中，镀镍层的厚度在约75jim至约125nm之间。在一个或多个实施例中，该方法还包括在铝制端盖的外表面和 内表面的至少一个中引入环形凹槽，其中该凹槽在端盖内产生了厚度 减小的圆弧。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用作电化学电池容器的金属外壳，包括：限定了第一和第二开口端的侧壁；第一金属端盖，设置在侧壁的第一开口端，并且其具有内表面和外表面；焊接至第一端盖的外表面的端子板；和设置在侧壁的第二开口端的第二金属板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳S迈尔伯格，唐纳德G达福，格雷斯S张，安德鲁C朱，HC邵，
申请(专利权)人：A一二三系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]