具有内部熔断器的储能装置中的电池连接器和金属化膜组件制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种具有内部可熔部件且包括必需的极耳的锂电池单元，所述极耳允许从其内部部分至外部传递导电性以为给定装置供电。本发明专利技术提供的极耳与上述的内部可熔特征相结合显示出足够的安全水平，同时显示出抗拉强度以在使用期间保持位置并且完全覆盖薄膜金属化集流体，用于获得这样的导电性结果。这样的极耳还设置有用于必要接触的有效焊料，并且提供表现出令人惊讶水平的耐电流和耐高温性能，从而实现基本的内部可熔断结果以及传递至外部的上述足够导电性。使用这样的极耳引线组件和焊接结构，为该工业提供了锂电池内的进一步改进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有内部熔断器的储能装置中的电池连接器和金属化膜组件
本专利技术技术涉及锂电池制品的结构组件和物理特性的改进。例如，标准的锂离子电池例如易于发生与短路有关的某些现象，并因此经历了高温发生和最终燃烧。已经发现，与电池组件有关的结构问题导致了此类问题。本专利技术提供的改进包括利用薄金属化集流体(例如，铝和/或铜)、高收缩率材料、在暴露于高温下变成非导电的材料、及其组合。此类改进通过在目标锂电池内提供表面上的内部熔断器来防止由于短路而导致的不良高温结果而给予承受目标锂电池本身中的某些缺陷(枝晶、意外电涌等)的能力。包括此类改进的电池制品及其使用方法也被包括在本专利技术之内。特别令人感兴趣和重要的是提供一种锂电池单元，该锂电池单元包括必需的极耳引线以允许从其内部向外传导导电性以为目标设备供电，由于电极的薄型特性，这可能是重要的设置，并且所述电极材料的两侧可能彼此不导电。在本专利技术中，提供了与上述内部熔断器特性相结合而表现出足够的安全等级，同时显示出在使用期间保持在原位的拉伸强度以及为实现这种导电性结果而被薄膜金属化集流体完全覆盖的极耳。这种极耳进一步提供有用于必要接触的有效焊接，该有效焊接显示出实现基本的内部熔断结果且具有对外部设备具有上述足够的导电性的令人惊讶水平的电流水平和耐高温性。通过这种极耳引线组件和焊接结构，在锂电池工业内提供了进一步的改进。另外，本专利技术公开的内部熔断器开发表现出极薄的集流体结构，其进一步允许其在单个电池单元内重复折叠的潜力。这种折叠可能性提供了连接集流体的两侧的能力，另外集流体的两侧可以通过位于两个导电层之间的聚合物层而电绝缘，不需要过多的内部重量和/或电池体积要求。表面上看，折叠式集流体在保持内部熔断器特性，同时允许这种功率增加，从而潜在地允许在任何数量的尺寸的电池中进行任意数量的功率增加，而无需上述过多的重量和体积要求，从而创造出用于不同目的、具有目标性高功率水平以及尽可能高安全性利益的新型电池制品。
技术介绍
锂电池作为众多产品中的电源在世界各地仍然很流行。从充电式电动工具到电动汽车，再到无处不在的蜂窝电话(如平板电脑、手持计算机等)，(不同离子类型的)锂电池由于可靠性、上面提到的可再充电性和使用寿命长而被用作主要电源。然而，利用如此广泛使用的电源会带来某些问题，其中一些已被证明越来越严重。值得注意的是，安全问题已经暴露出来，其中，无论是否由于最初的制造问题或与时间有关的退化问题，这种锂电池中的某些缺陷会在短路事件期间引起容易产生点火电位。基本上，已经发现导电材料的内部缺陷会在这种电池结构内产生不希望的高热量并最终引起火灾。其结果是，从手持计算机装置(三星GalaxyNote7，作为一个臭名昭著的情况)到整架飞机(波音787)，使用锂电池的某些产品都被禁止销售和/或使用，直到已经提供了在其中和与其一起使用的受损锂电池的解决方案为止(甚至达到在某些地区禁止任何飞机使用三星GalaxyNote7的程度)。甚至电动汽车特斯拉(Tesla)生产线也出现了锂电池组件的显著问题，这引起了头条新闻，即昂贵的汽车由于电池问题而如火球般爆炸。因此，与此类锂电池问题相关的广泛召回或全面禁令至今仍然存在，因此迫切需要克服此类问题。这些问题主要是由于制造问题而存在的，无论是制成的单个电池组件还是这样的组件本身被配置成单个电池。通过仔细观察，锂电池目前由六种主要组件制成：负极材料；涂覆有负极材料的正负极集流体(如铝箔)；正极材料；涂覆有正极材料的正极集流体(如铜箔)；位于每个负极与正极层之间且通常由塑料材料制成的隔膜；和电解质，所述电解质作为使其他材料饱和的导电性有机溶剂，从而提供在所述负极与所述正极之间传导离子的机制。这些材料通常在罐(如现有技术图1所示)中缠绕在一起，或者堆叠在一起。还有许多其他配置可以用于此类电池生产目的，包括软包电池、方形电池、纽扣电池、圆柱形电池、缠绕的方形电池、缠绕的软包电池，这样的例子不胜枚举。这些电池在正确制作和轻拿轻放的情况下可以为数千次充放电循环的各种应用提供能量，而不会发生任何明显的安全事故。然而，如上所述，某些事件，特别是某些缺陷会导致内部导电材料之间的内部短路，从而导致发热和内部热失控，这已知是此类锂电池内火灾的最终原因。如上所述，此类事件可能还由内部缺陷引起，包括电池内金属颗粒的存在、集流体材料上的毛刺、隔膜中的细点或孔(无论是在后续加工期间包含的，还是在后续加工过程中引起的)、电池层的未对准(留出“开口”而产生的不希望导电性)、渗透到电池中的外部碎屑(如撞击行驶中的车辆的道路碎屑)、电池单元本身的破碎和/或不稳定(例如，由于事故)、为密闭空间中的电池单元充电等。一般而言，这些类型的缺陷已知会导致在负极与正极之间产生小的电子导电路径。当发生此类事件时，如果随后对电池进行充电，则这种导电路径可能会导致电池单元的放电，这最终产生过多的热量，从而损害电池结构并危及由此供电的底层装置。结合作为电池电解质的易燃有机溶剂材料的存在(其通常对于电池可操作性而言是必需的)，这种过多的热量已显示出会引起其点燃，从而最终造成非常危险的情况。此类问题至少一旦开始就很难控制，并已导致对消费者的严重伤害。通过提供在以这种方式不损害易燃有机电解质的情况下输送电能的电池，肯定可以避免这种潜在的灾难性情况。内部的过多热量的产生可能进一步造成塑料隔膜的收缩，从而使它从电池上移开、分离或以其他方式增大电池内的短路面积。在这种情况下，电池内更大暴露的短路面积可能导致持续的电流并增加其中的热量，从而导致高温事件，这会对电池单元造成重大损坏，包括爆裂、通风，乃至火焰和火灾。这样的损坏由于着火和更坏的后果的可能性会很快出现而尤其成问题，并可能导致电池以及潜在的底层装置遭受爆炸，从而也给用户带来重大危险。(多种类型的)锂电池特别容易出现与短路有关的问题。如上所述，典型的电池倾向于在高温暴露下显示出增加的放电速率，从而有时会导致如上所述的不受控制的(失控)燃烧和着火。由于这些可能性，某些法规已经生效，以管理此类电池物品的实际使用、存储，乃至运输。当然，实现适当协议以防止与短路相关的失控事件的能力是非常重要的。然而，至于如何实际解决此类问题，特别是当从无数供应商以及全球许多不同地点提供零件生产时，仍然存在问题。有些人已磨练试图提供适当的和/或改进的隔膜作为帮助减轻这种锂电池着火的可能性的方法。低的熔点和/或收缩率的塑料膜似乎为这种电池着火事件产生更高的电势。于是，通常的想法是在这样的隔膜材料上包括某些涂层，而不降低其在实际使用期间的电解质隔离能力。因此，例如，陶瓷颗粒已被用作聚丙烯和/或聚乙烯膜涂层，作为提高此类膜的尺寸稳定性(例如，提高熔点)的手段。还包括粘合剂聚合物作为改善陶瓷颗粒之间的内聚力和对塑料膜(膜)的粘附力的成分。然而，实际上，赋予陶瓷颗粒涂层的整个膜结构的热增加已经发现相对较低，因此使得这种隔膜问题的主要因素是实际的隔膜材料本身。其结果是，已经至少在一定程度上设计并实施了与聚乙烯和聚丙烯多孔膜(其构成这种典型的陶瓷涂覆的隔膜的基层)相比更加热稳定的隔膜材料。这些低收缩率、尺寸稳定的隔膜在暴露于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能装置，包括负极、正极、在所述负极和所述正极之间的至少一个隔膜、电解质、与所述负极和所述正极中的至少一个接触的至少一个薄膜集流体以及附接到所述至少一个薄膜集流体的至少一个极耳，其中/na.所述极耳通过连接装置附接到所述集流体；/nb.所述连接装置显示出与所述极耳的暴露表面和所述薄膜集流体电接触；/nc.所述负极或所述正极插入所述薄膜集流体的至少一部分与所述隔膜之间；/nd.所述集流体包括涂覆在非导电材料基板上的导电材料；/ne.在所述储能装置的工作电压下，所述集流体在短路的接触点处停止导电；以及/nf.所述电压为至少2.0伏。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190322 US 16/361,2161.一种储能装置，包括负极、正极、在所述负极和所述正极之间的至少一个隔膜、电解质、与所述负极和所述正极中的至少一个接触的至少一个薄膜集流体以及附接到所述至少一个薄膜集流体的至少一个极耳，其中
a.所述极耳通过连接装置附接到所述集流体；
b.所述连接装置显示出与所述极耳的暴露表面和所述薄膜集流体电接触；
c.所述负极或所述正极插入所述薄膜集流体的至少一部分与所述隔膜之间；
d.所述集流体包括涂覆在非导电材料基板上的导电材料；
e.在所述储能装置的工作电压下，所述集流体在短路的接触点处停止导电；以及
f.所述电压为至少2.0伏。


2.根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述连接装置选自焊接、胶带、订书钉、插入式金属带、z形折叠金属带、导电粘合剂和夹具所组成的组。


3.根据权利要求2所述的储能装置，其中，所述连接装置由在整个所述集流体上分布的2～50个连接器组成，以允许均匀的电流分别从电极材料流到所述极耳。


4.根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述集流体被折叠以允许所述集流体的相对侧之间面对面接触。


5.根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述隔膜是聚合物、无纺布、织物或陶瓷。


6.根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述非导电材料基板是聚合物膜。


7.根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述电解质是易燃的有机电解质。


8.根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述极耳是与所述集流体的上表面接触的第一极耳，以及与所述集流体的下表面接触的第二极耳，所述第一极耳和所述第二极耳是平行的。


9.根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述极耳被折叠在所述集流体上，使得所述极耳的第一叉齿与所述集流体的上表面接触，并且所述极耳的第二叉齿与所述集电极的下表面接触，第一叉齿和第二叉齿是平行的。


10.根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述集流体具有双重折叠构型以产生两个电绝缘层。


11.根据权利要求10所述的储能装置，其中，所述集流体是串联连接的多个集流体，其中所述极耳附接到所述多个集流体的最后集流体上。


12.根据权利要求11所述的储能装置，其中，还包括附接到所述多个集流体的第一集流体的第二极耳，所述极耳和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·G·莫林，卡尔·C·胡，
申请(专利权)人：索特利亚电池创新集团公司，
类型：发明
国别省市：美国;US