将接点引线连接于锂基电极制造技术

公开了在可充电电池中把锂电极连接于接点引线的方法。电极包括具有从片或箔的边缘突出的弹片的锂或锂合金片或箔。接点引线包括具有由不与锂合金化的第二金属制造的端部部分的导电引线并且具有多个通孔。接点引线的端部部分和电极的弹片被定位为使得端部部分和弹片之间存在相当大的重叠。然后例如通过压制和焊接使弹片的金属穿过端部部分的通孔从而把电极接合于接点引线。还公开了通过该方法制造的组合的电极/接点引线组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将接点引线连接于锂基电极本专利技术涉及锂或锂合金箔电极至接点引线(contact lead)的连接,从而促进其之间良好的电接触和机械接触。背景使用金属锂作为负极的活性材料的一次电池和可充电电池已知具有最高的每单位重量的能量。在这样的电池中，负电极(negative electrode)或负极(anode)可以是具有负电势的锂或锂合金箔部件。负电极还可以包括集流器和接触弹片(contact tab)。集流器是通常被用于提供电子的从外部电路至电池的电化学活性部分的路径的导电金属箔、片或网格。集流器将典型地包括接触弹片。接触弹片典型地是集流器的金属箔部分，其不参与电化学过程。其可以从集流器的主体的边缘延伸并且被用于形成用于向接点引线的焊接部的机械基部。接点引线是用于形成从接触弹片经过紧密密封的电池容器至外部电路的电接触的导电金属材料的件。其典型地被焊接(在其中金属锂不被使用的电池中)或机械地连接于接触弹片。接点引线必须以使得低电阻电连接被形成的方式被连接或接合于锂。此外，连接或接合必须是力学上足够牢固的以持续电池的预期寿命。锂一次电池中的集流器典型地由除了锂的金属导体组成。接点引线可以被暴露于电池的电化学活性区中的电解质。这在一次电池中通常不是一个问题；然而其在可充电电池(或二次电池)中可能产生问题。在二次电池中，锂必须当电池被再充电时被电化学地沉积。为了提供性能的良好再现性，当电池被反复地再充电时，过量的锂被使用，使得锂仅不断被沉积至锂上。如果接点引线或集流器被暴露，那么锂将被镀覆至非锂衬底上。这极大地增加不可预测的锂沉积的概率以及因此差的循环性能。这典型地采取活性枝晶形成物的形式，导致可再充电的锂体系的迅速劣化。这样的破坏机理的实例在US5368958中描述，其完整公开内容通过引用结合入本申请中。在具有锂基负极的二次电池中，锂典型地通过两种方法中的一个被连接于外部电路。在设计上与对于锂一次电池描述的相似的接点引线被使用；如在US7335440中，其完整公开内容通过引用被结合入本申请中。US7335440公开了以钛、镍、铜或镍或铜的合金的平坦的实心的块的形式的集流器。集流器设置有接触弹片。碱金属箔的相对长的长条，具有相似于集流器的高度的宽度，被设置在集流器下方并且两个被压制在一起。将注意，在电池组装之后，集流器(其不由碱金属制造)被浸没在电解质中。此外，US7335440声明，这种排列具有在其中公开的类型的盘绕的负极受限制的电池中的问题，因为当锂的薄层实质上耗尽入最外绕组中的正极中时，在正极材料和负极集流器之间可能形成短路。这种方法的一个变化形式使用金属电池壳体用于收集来自锂的电流的双重目的，如在US7108942中，其完整公开内容通过弓I用被结合入本申请中。此外，锂电极的逆向面可以被紧贴薄金属集流器压制或辗制，如在US5368958中，其完整公开内容通过引用被结合入本申请中。集流器可以然后被焊接于金属接点引线。然而，如果集流器被暴露于电解质，那么具有风险，即锂将被镀覆至非锂集流器上，且可能形成可以使电池短路的枝晶。金属集流器还向电池加入不必要的质量并且减少其比能量。在所有上文描述的实例中，金属锂仅被放置或压制成与集流器接触；不具有物理的或化学的结合。这对于一次电池可以是可接受的。然而，对于锂金属可充电电池，这样的接触不是可靠的。实际上由于金属锂的活泼特征，腐蚀层可以容易地在锂和集流器之间的机械连接的界面上形成。这可以导致较低的电池可靠性以及可充电锂金属电池的容量和循环寿命更快的劣化。本公开内容的概述从一个方面看，提供了一种将至少一个电极连接于接点引线的方法，其中电极包括具有接触区的片或箔，并且其中接点引线包括具有端部部分的导电引线，方法包括以下步骤:定位接点引线的端部部分和所述至少一个电极的接触区，使得端部部分和接触区之间存在重叠；把接触区超声焊接于端部部分，从而把所述至少一个电极接合于接点引线，其中片或箔的至少接触区由碱金属或碱金属合金形成。优选地，整个片或箔由碱金属或碱金属合金形成。碱金属可以是锂。锂金属和锂允许是优选的，因为这些趋于可用作二次电池中的负极材料，并且还是软的并且可锻的，这允许当焊接步骤被进行时与接点引线的端部部分的良好连接被实现。优选地，接触区被设置在从片或箔的边缘突出的弹片上。在一个优选的实施方案中，弹片提供片或箔与接点引线的端部部分之间唯一的接触点。据此，电极的片或箔可以包括不与接点引线的端部部分直接接触的用于与电解质接触的区。超声焊接部优选地被设置在不与电化学电池或电池中的任何电解质接触的区中。优选地，不存在与用于与电解质接触的区直接接触的集流器。实际上，电极可以完全没有集流器。优选地，端部部分由不与用于形成弹片的碱金属或碱金属合金形成合金的金属形成。实例包括包含铜和/或镍中的至少一种的金属或金属合金。不希望被任何理论束缚，超声焊接步骤被认为使弹片和/或端部部分的金属熔融或软化，允许弹片和端部部分在所施加的压力下被焊接在一起。超声声学振动也可以除去或分散被在弹片上形成的碱金属氧化物层的至少一部分，帮助结合部的形成。本专利技术的一个优点是，熔融或软化可以被约束于接合部或焊接部的区域，允许牢固的结合部被形成在相对小的面积上。焊接部的面积可以是小于片或箔的面积的50%，优选地小于30%，更优选地小于20%，又更优选地小于10% (例如1-5% )0优选地，超声焊接步骤在15至70kHz、更优选地20至60kHz、甚至更优选地20至40kHz、例如约40kHz的频率进行。超声焊接步骤可以在0.4MPa、优选地0.1至0.4MPa、例如0.2MPa的最大压力进行。超声焊接步骤可以以100至5000瓦特的功率进行。2至30 μπι的振幅可以被使用。在一个实施方案中，超声焊接步骤使用包括第一夹持部分和第二夹持部分的设备进行。第一夹持部分和第二夹持部分可从第一间隔开的位置彼此相对地移动至其中第一夹持部分和第二夹持部分彼此更靠近的第二位置。优选地，仅第二夹持部分是可运动的；第一夹持部分的位置被固定。第一夹持部分作为用于待被焊接的材料的支撑部。第二夹持部分被配置为以超声频率振动。为了进行焊接步骤，接点引线的端部部分被设置为与至少一个电极的接触区接触，使得端部部分和接触区之间存在重叠。重叠结构然后被设置在第一夹持部分和第二夹持部分之间，优选地在第一夹持部分之上。可选择地，定位夹具可以用于把重叠结构支撑在合适位置中。第二夹持部分然后被相对于第一夹持部分移动，从而把夹持压力施加在待被焊接的材料之间。第二夹持部分然后被以超声频率振动。这把电极和接点引线的端部部分预成形并且紧贴彼此地摩擦以制备用于形成接合部的表面。超声振动的振幅在预成形和制备用于焊接形成的有关部分中起重要的作用。第一夹持部分通常在第二夹持部分振动时被保持在固定位置中。电极的接触区和接触区的端部部分然后在主要的焊接阶段中被焊接在一起。接点引线的端部部分可以是实质上平坦的或平面的，或可以采取其他的形状或配置，取决于，例如，被使用的焊接设备的形状或配置。在一个实施方案中，一种将至少一个电极连接于接点引线的方法，其中电极包括具有接触区的片或箔，并且其中接点引线包括具有端部部分的导电引线，方法包括以下步骤:定位接点引线的端部部分和所述至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将至少一个电极连接于接点引线的方法，其中所述电极包括具有接触区的片或箔，并且其中所述接点引线包括具有端部部分的导电引线，所述方法包括以下步骤：i)定位所述接点引线的所述端部部分和所述至少一个电极的所述接触区，使得所述端部部分和所述接触区之间存在重叠；ii)把所述接触区超声焊接于所述端部部分，从而将所述至少一个电极接合于所述接点引线，其中所述片或箔的至少所述接触区由碱金属或碱金属合金形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.15 EP 11193678.7;2012.05.02 US 61/641,6121.一种将至少一个电极连接于接点引线的方法，其中所述电极包括具有接触区的片或箔，并且其中所述接点引线包括具有端部部分的导电引线，所述方法包括以下步骤: i)定位所述接点引线的所述端部部分和所述至少一个电极的所述接触区，使得所述端部部分和所述接触区之间存在重叠； ?)把所述接触区超声焊接于所述端部部分，从而将所述至少一个电极接合于所述接点引线， 其中所述片或箔的至少所述接触区由碱金属或碱金属合金形成。2.根据权利要求1所述的方法，其中整个片或箔由碱金属或碱金属合金形成。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述碱金属来自锂或锂合金。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接触区被设置在从所述片或箔的边缘突出的弹片上。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述端部部分由包括镍、铜和不锈钢中的至少一种的金属或金属合金形成。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述超声焊接步骤在30至50kHz的频率下进行。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述端部部分由可选地包括多个通孔的材料片形成。8.根据权利要求7所述的方法，其中端部部分由包括多个通孔的平面材料片形成，由此所述接触区的金属在所述超声焊接步骤期间和/或由于所述超声焊接步骤而穿过所述端部部分的所述通孔，从而把所述至少一个电极接合于所述接点引线。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述端部部分没有通孔。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电极中的至少两个被耦合于至少一个接点引线，由此超声焊接部被形成在所述至少两个电极的所述接触区之间。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供了多个电极，每个电极包括具有提供所述接触区的弹片的片或箔，所述弹片在实质上相同的位置从每个片突出，使得当所述电极彼此对准并且被排列为电极堆时，电极的所述堆的所述弹片被实质上对准。12.根据权利要求11所述的方法，其中在步骤i)中，所述接点引线的所述端部部分被设置在所述电极堆的所述弹片之上。13.根据权利要求11所述的方法，其中在步骤i)中，所述接点引线的所述端部部分被设置在所述电极堆的所述弹片下方。14.根据权利要求11所述的方法，其中在步骤i)中，所述接点引线的所述端部部分被设置在在所述电极堆的顶部和底部之间的中间位置处。15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述超声焊接步骤在所述电极堆的至少两个弹片之间形成焊接部。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接点引线的所述端部部分是所述接点引线的组成部分，或其中所述接点引线的所述端部部分是被接合于所述接点引线的单独的金属部件。17.一种装置，其包括至少一个电极，和接点引线，所述至少一个电极包括具有由碱金属或碱金属合金形成的接触区的片或箔，所述接点引线包括具有端部部分的导电引线，其中所述接点引线的所述端部部分叠盖所述至少一个电极的所述接触区并且被超声焊接于所述至少一个电极的所述接触区。18.根据权利要求17所述的装置，其包括至少两个电极，所述至少两个电极包括具有由碱金属或碱金属合金形成的接触区的片或箔，并且其中所述接触区的至少一部分彼此被超声焊接。19.根据权利要求18或19所述的装置，其中所述至少两个电极彼此对准并且被排列为电极堆。20.根据权利要求19所述的装置，其中所述接点引线的所述端部部分被设置在所述电极堆之上或下方，使得所述端部部分叠盖所述至少一个电极的所述接触区并且被超声焊接于所述至少一个电极的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·约瑟夫·里利，格莱布·伊万诺夫，弗拉迪米尔·克洛什尼特斯，马雷克·约瑟夫·舒阿巴，
申请(专利权)人：奥克斯能源有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB