专利名称：电池分隔体和电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池分隔体和电池。
背景技术：
电池或电化学电池，例如一次碱性电池或二次锂电池，通常用作电能来源。电池包 含通常称作阳极的负极和通常称作阴极的正极。阳极包含可被氧化的活性材料；阴极包含 或消耗可被还原的活性材料。阳极活性材料能够还原阴极活性材料。为了防止阳极材料与 阴极材料的直接反应，阳极和阴极通过分隔体彼此电隔离。当在装置中使用电池作为电能来源时，阳极和阴极之间实现电接触，使电子流过 装置，发生各自的氧化和还原反应以提供电能。与阳极和阴极接触的电解质包含流过位于 电极之间的分隔体的离子以在放电期间保持电池整体的电荷平衡。近年来，在碱性电池中利用越来越薄的分隔体材料已受到人们更多的关注。管状 设计一般具有最大的容积有效性，因而有可能提供最高的放电效率。希望最小化电池中的 分隔体材料的量，并且因此可理想地具有包括仅单卷层分隔体材料的管，其中仅有小的重 叠用于接缝。然而，由于加工条件的限制，如果使用薄且轻的分隔体纸材(例如，具有小于 约40g/m2的基重和小于约0. 2mm的湿厚度)，则一般较为实际的做法是将管卷裹1. 25至 2. 25个卷层以确保阳极不会渗透接缝并且可提供增强的保护以免在材料中产生短接。薄壁 管也趋于具有脆弱性，因此阳极材料可从密封的阳极腔体的开口端逸出。发明概述本公开的特征在于管状分隔体，它们在管的末端具有局部加固区域。在一些具体 实施中，该加固区域通过折叠分隔体材料来形成，并且设置在管的开口端。该加固区域可 硬化管的开口端以提供增强的保护以免塌缩和畸变，并且因此当电池跌落或换句话讲被滥 用时可防止阳极材料逸出。通过将硬化区域局部化到电池的脆弱开口端，放电效率可通过 沿阴极柱的大部分保持单层的分隔体材料而最大化。利用折叠的分隔体片来形成管非常 适合于连续运动的高速制造过程。通过局部地加固管的末端，可使用极薄的分隔体纸材， 同时仍然可最小化卷层数目。例如，分隔体纸材可具有的厚度为小于0. 2mm的湿厚度和小 于0. 09mm的干厚度，或在一些情况下为小于0. Imm的湿厚度和小于0. 06mm的干厚度，具有 1.25至2. 25层的卷层构造。在一个方面，本发明的特征在于一种电化学电池，所述电化学电池包括大致圆柱 形的外壳、以及在外壳内的阴极、阳极、和设置在阴极和阳极之间的分隔体。分隔体呈具有 开口端的管的形式，并且分隔体包括邻近开口端的局部加固区域。一些具体实施可包括一个或多个下列特征。局部加固区域包括分隔体的折叠部 分。分隔体包括纸材。分隔体具有小于约0.15mm的湿厚度。折叠部分具有约3至12mm的 宽度，所述宽度沿电池的纵向轴线测量。管被成形为具有少于两个卷层，或甚至少于1. 5个 卷层。所述电池包括碱性电池。在另一方面，本发明的特征在于一种包括纸片材料的电池分隔体，所述材料具有 小于约0. 30mm的湿厚度，其被成形为管。管具有开口端，并且分隔体包括邻近开口端的局部加固区域。一些具体实施包括下列一个或多个特征。局部加固区域包括分隔体的折叠部分。 所述纸材具有小于约0. 15mm的湿厚度。折叠部分具有约3至12mm的宽度，所述宽度沿管 的纵向轴线测量。管被成形为具有少于两个卷层，或甚至少于1.5个卷层。本发明的特征还在于形成电化学电池的方法。一种此类方法包括局部地加固片材 料的边缘区域；将片材料成形为具有开口端的中空管，具有设置在管的开口端的局部加固 边缘；和将管在电池罐中设置在阴极材料和阳极材料之间。一些具体实施可包括一个或多个下列特征。阴极材料限定供所述管插入的室，并 且所述方法还包括将阳极材料插入到管的开口端中。局部地加固包括在边缘区域形成折叠 部分。将片材料成形为管包括围绕芯轴成形少于两个卷层的片材料。将片材料成形为管还 包括形成与开口端相对的封闭端。折叠包括形成具有约3至12mm的宽度的折叠部分，所述 宽度沿管的纵向轴线测量。本发明的一个或多个实施方案的细节阐述于附图和以下说明中。通过该说明书和 附图并通过所述权利要求书，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。附图概述
图1为折叠的分隔体片的透视图。图IA为图1所示的片的折叠区域的放大透视 图。图2为使用如图1所示的折叠的分隔体片形成的管状分隔体的透视图，其具有剖 面以示出重叠的折叠区域。图3为使用折叠的分隔体片和1. 5个卷层制成的管状分隔体的透视图。图4为使用折叠的分隔体片和小于1. 25个卷层制成的管状分隔体的透视图。各种附图中的类似的参考符号指示类似的元件。发明详述在优选的具体实施中，折叠的分隔体片用来形成管状分隔体，然后将所述分隔体 用于圆柱形电池中的阴极和阳极之间。将折叠区域设置在管的开口端以硬化易受损的开口 端。分隔体可由适用作电化学电池中的分隔体的任何柔性片材料例如纸材形成。优选地， 分隔体材料为薄的。例如，对于AA电池，分隔体可具有小于0. 30mm,优选小于0. 20mm,并且 更优选小于0. IOmm的湿厚度，和小于0. IOmm,优选小于0. 07mm,并且更优选小于0. 06mm的 干厚度。所述纸材的基重一般在约20至80g/m2范围内。在一些优选的具体实施中，所述 纸材具有35g/m2或更小的基重。参见图1和1A，示出了分隔体片10具有折叠区域12和未折叠的单层区域14。折 叠区域12可通过例如以下方式形成在片的边缘13处将分隔体片顶靠其自身折叠180度， 所述边缘最终将形成管的开口端。折叠可使用任何所需技术来实现，例如，通过从穿过轨道 (卷轴弯曲在其中)的卷轴上引导纸材，例如使用轮来引导，并且将其卷绕到卷取卷轴上。 分隔体片10可呈连续材料纤维网的形式。折叠的宽度(图1中的Wf)将取决于所需的硬化程度，这继而将取决于分隔体材料 的硬度、电池尺寸、和特定电池设计所需的硬度。通常，折叠的宽度将为约3至12mm，例如约 3至6mm ；如果其它因素(例如，分隔体材料)保持恒定，则折叠的宽度一般将随着电池直径 的增大而增大。对于相对小直径的电池，例如AAA和AA电池，折叠的宽度通常为电池高度的约5 %至约20 %，优选约7 %至约16 %。对于大直径的电池，例如C和D电池，折叠的宽 度通常为电池高度的约10%至约25%，优选约12%至约20%。对应于这些标准电池尺寸 的典型的电池高度和典型的阴极内径的范围如下所示。
然后将折叠的分隔体片喂送到卷管机上以将其成形为分隔体管。优选地，将折叠 边缘朝管的内径定位，以便折叠边缘在其被插入时将不会卡在阴极柱上。完成的分隔体管16、16'示出于图2至4中。在图2至3中，分隔体管16通过以 下方式形成卷裹分隔体片约1. 5次，从而导致围绕管的圆周延伸约一半的重叠的区域。在 图4中，将分隔体管围绕芯轴卷绕一又四分之一卷层，从而产生单壁管，共中仅有小的重叠 18形成接缝。重叠的宽度(W。)可为为了形成密封的接缝所需的最小宽度，例如，通过提供 可热密封的分隔体纸材并且对焊相对的两边缘来形成所述接缝。然而，由于可热密封的纸 材的成本原因和其它制造方面的约束条件的限制，一般使用更多的重叠(四分之一卷层或 更多)，以允许将管通过以下方式无焊接成形折叠卷成管的末端以形成底部，并且当卷成 管仍然在芯轴上时将分隔体插入到电池罐中。作为另外一种选择，分隔体管可使用以下方法制造其中独立的分隔体材料盘或 方块形成管的底部。在该方法中，将管体卷绕在芯轴上，将独立的盘或方块置于阴极柱之 上，将芯轴上的卷绕管插入到所述柱的开口端中，从而将盘或方块推至底部，并且围绕管底 部的圆周成形盘或方块。在一些具体实施中，所述电池通过以下方式形成首先将环形阴极材料粒料插入 到罐中，然后将分隔体管以开口端向上的方式插入到由堆叠粒料中的开口限定的腔体中， 然后将阳极材料插入到分隔体管的开口端中。其它实施方案现在已描述了本发明的一些实施方案。但是应当理解，在不背离本发明精神和范 围的条件下可以进行各种修改。例如，尽管上文讨论了某些尺度，但优选的尺度将取决于如下因素而有变化特定 电池设计所需的强度、分隔体的厚度、卷层的数目、电池尺寸(例如，电池的高度和直径)、 纸材特性、和电池组合件中的开口管端的锁位。此外，尽管折叠分隔体一般来讲是最高性价比的制造局部加固区域的方法，但也 可利用其它方法。例如，可沿边缘区域(折叠区域)胶粘加强条，或可向相同的区域上施加硬化涂层。此外，如果需要，还可多次折叠边缘，例如可将折叠部分再次折叠到其自身上。所述电池可为一次电池或二次电池，并且可为碱性电池或具有任何其它所需的电 池化学物质。本文所述的特征适用于任何类型的线轴构造的电池。因此，其它实施方案也在以下权利要求的范围之内。
权利要求
一种电化学电池，所述电化学电池包括大致圆柱形的外壳，和在所述外壳内的阴极、阳极、和设置在所述阴极和阳极之间的分隔体，其中所述分隔体呈具有开口端的管的形式，并且所述分隔体包括邻近所述开口端的局部加固区域。
2.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述局部加固区域包括所述分隔体的折叠部分。
3.如权利要求2所述的电化学电池，其中所述分隔体包括纸材。
4.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述分隔体具有小于约0.15mm的湿厚度。
5.如权利要求2所述的电化学电池，其中所述折叠部分具有沿所述电池的纵向轴线测 量的约3至12mm的宽度。
6.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述管被成形为具有少于两个卷层或少于 1.5个卷层。
7.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述电池包括碱性电池。
8.—种电池分隔体，所述电池分隔体包括纸片材料，所述纸片材料具有小于约0. 30mm的湿厚度并被成形为管； 其中所述管具有开口端，并且所述分隔体包括邻近所述开口端的局部加固区域。
9.如权利要求8所述的电池分隔体，其中所述局部加固区域包括所述分隔体的折叠部分。
10.如权利要求8所述的电池分隔体，其中所述纸材具有小于约0.15mm的湿厚度。
11.如权利要求10所述的电池分隔体，其中所述折叠部分具有沿所述管的纵向轴线测 量的约3至12mm的宽度。
12.如权利要求1所述的电池分隔体，其中所述管被成形为具有少于两个卷层或少于 1.5个卷层。
13.一种形成电化学电池的方法，所述方法包括 局部地加固片材料的边缘区域；将所述片材料成形为具有开口端的中空管，所述局部加固边缘设置在所述管的开口 端；禾口将所述管在电池罐中设置在阴极材料和阳极材料之间。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述阴极材料限定供所述管插入的室，并且所述 方法还包括将所述阳极材料插入到所述管的开口端中。
15.如权利要求13所述的方法，其中局部地加固包括在所述边缘区域形成折叠部分。
全文摘要
本发明提供了包括管状电池分隔体的电池，所述分隔体具有局部加固区域。加固区域可通过邻近管状分隔体的开口端包括折叠区域来提供。
文档编号H01M2/18GK101911341SQ200980101812
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月7日 优先权日2008年1月11日
发明者R·A·约波罗 申请人:吉列公司