低阻抗分层电池设备及其制造方法技术

我们描述一种电化学存储装置及其制造方法。在一些特征中，引导线是与片状或带状电极材料共同缠绕的，因此，在引导线与电极材料的收集器延伸部分之间形成接触，从而制成有低阻抗和高热库能力的端帽。在一个实施例中，该存储装置包括：其边缘基本没有电极活性材料的负电极片，其边缘基本没有电极活性材料的正电极片，在负电极片边缘邻近设置的第一导电引导线，和在正电极片边缘邻近设置的第二导电引导线，其中在电极片边缘基本没有电极活性材料。第一导电引导线和基本没有电极活性材料的负电极片边缘限定第一电极端帽，而第二导电引导线和基本没有电极活性材料的正电极片边缘限定第二电极端帽。电极端帽连接到存储装置的端子，该端子能够连接到外电路的端子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
[0001]本专利技术涉及电化学存储单元(电池)的结构及其用途。具体地说，本专利技术涉及低阻抗电池设备及其制造方法和使用。
技术介绍
[0002]人们长期使用存储和提供电功率的装置。一般地说，在叙词“电池”的范围内，这种装置包括电化学电池单元和至少在一组端子之间提供电势的电池单元集合。这些端子可以连接到电(例如，直流电DC)负荷以激励或给该负荷供电。电池包括干电池，湿电池(例如，铅酸电池)，和通常把化学电动势转变成电流的其他类型单元。[0003]有时，把电池分类成“原电池”和“二次电池”类型。原电池是制造商制造的一次性使用单元，它有有限的电化学容量和在使用之后被耗尽并丢弃。二次电池在使用之后可以被“重新充电”，虽然它们的容量不是无限大，但是在逆向操作放电过程到一定程度之后，可以重复地使用相同的电池单元。[0004]为了增加电池的容量，电池单元配置成在该电池的阳极(正)与阴极(负)单元之间有较大的表面积。一种这样设计的电池涉及在电解质溶液中放置多个平行板，它允许离子在阳极与阴极之间转移。另一种设计的电池是利用多孔薄膜分隔开平面层阳极和阴极材料薄片，然后，这些薄层被卷成一个卷筒，称之为“凝胶卷筒”，它可以形成紧致和机械稳定的电池。在卷筒状电池设计中，电池的空间允许使用多个交替的阳极材料片，分隔材料片和阴极材料片，这些阳极片集合地连接到阳极端子，而这些阴极片集合地连接到阴极端子。该装置可以卷成圆柱形，或其他的几何形状，例如，棱柱形结构。[0005]整个装置被封装在坚实的外壳中，它通常是圆柱形外壳。除了通过电路连接负荷的端子以外，应当防止阳极和阴极材料与端子-->之间形成电接触，从而避免电池的短路或放电。[0006]在传统电池设计中遇到的一个问题是电池本身的电阻抗，它造成电池内部的电功率损耗和热耗散。现有电池设计的另一个问题是，通常在圆柱形电池的任何一个末端，电池的两端没有很好地集成到阳极和阴极端子。现有电池设计的另一个缺陷是，它们不能提供良好的热响应和热库能力，特别是在高功率的应用中。此外，利用收集片的现有电池设计不能成功地提供一种连接多个阳极或阴极收集片的方法。
技术实现思路
[0007]本专利技术的一个特征涉及一种包含卷状电池组件的电化学存储装置，包括：负电极片，正电极片，在负电极片与正电极片之间设置的分隔膜片，负电极片和正电极片中至少一个电极片有这样的边缘，该边缘基本没有电极活性材料。导电引导线设置在沿基本没有电极活性材料的边缘，从而形成适合于连接电化学存储装置电极端子的电极端帽。[0008]本专利技术的另一个特征涉及一种制作电化学存储装置的方法，包括以下步骤：同轴缠绕负电极片，分隔膜片和正电极片以形成卷状电池组件，该电池组件有设置在负电极片与正电极片之间的分隔膜片，其中负电极片和正电极片中至少一个电极片有这样的边缘，该边缘基本没有电极活性材料。导电引导线是沿边缘设置的，并大致接触基本没有电极活性材料的至少部分边缘。一旦组装之后，引导线和基本没有电极活性材料的边缘形成电极端帽，该电极端帽适合于连接电化学存储装置的电极端子。[0009]本专利技术的另一个特征涉及一种包含组件的电化学存储装置，包括：至少两个电互补电极片，和设置在两个电互补电极片之间的分隔膜片，至少一个所述电极片有基本没有电极活性材料的边缘和在沿基本没有电极活性材料边缘设置的导电引导线，从而形成适合于连接电极端子的端帽。该装置可以组装成卷状组件，或叠层组件，或夹层组件。-->[0010]本专利技术的另一个特征涉及一种至少包含一个组件的电池封装，包括：至少两个电互补电极片，和设置在两个电互补电极片之间的分隔膜片(separator sheet)，至少一个所述电极片有基本没有电极活性材料的边缘。该组件还包含沿该边缘设置的导电引导线(conductive guidewire)，该边缘基本没有该至少一个电极片的电极活性材料和基本接触至少部分的边缘，从而形成适合于连接电极端子的端帽。附图说明[0011]参照以下结合附图的详细描述，可以更充分地理解本专利技术的各个目的，特征和优点，其中相同的参考数字代表相同的元件。以下的附图仅仅是为了便于说明，而不是对本专利技术的限制，本专利技术的范围是由以下的权利要求书所限定。图1是按照现有技术的卷状电化学存储装置；图2是图1所示卷状装置的一个末端，它有多个由此延伸的接头片；图3是按照现有技术共同缠绕图1和2所示装置的方法示意图，它画出插入在卷状装置中的接头片；图4是按照本专利技术实施例装置的分解图，其中各个电极片，分隔膜片，和引导线共同缠绕成一个卷筒；图5是按照本专利技术实施例卷筒状电化学存储装置的另一个视图；图6是按照本专利技术实施例电池的部分阳极端部的剖面图，它画出膜片材料和共同缠绕引导线的排列；图7是按照本专利技术实施例的电池装置分解图，它画出端帽和固定端帽部分的焊接接头，以及罐和盖设备；图8是制作在其中的端帽和焊接接头，以及绝缘带和插入卷筒状装置到罐中的方法；图9是按照本专利技术实施例组装和制作卷筒状电化学存储装置的设备和方法典型例子；图10是基本平坦的叠层或夹层型装置；和-->图11是叠层装置中折叠型或手风琴型的分隔膜片部分。具体实施方式[0012]以下详细描述一个或多个实施例，这些实施例适合于此处描述的方法和设备，但是不应当把它们看成是详尽的，包罗万象，或限制性的。[0013]如上所述，电池的制作是通过共同缠绕多层活性材料(阳极，阴极)和分隔膜片成各种与应用有关的几何形状。一些电池被卷成圆柱形，而另一些电池有矩形或其他形状的剖面，我们称之为“棱柱形”结构。[0014]图1表示按照现有技术的部分电池装置100。带状或片状阳极104和阴极108被分隔膜片106隔开。阳极104和阴极108的成分取决于电池的具体类型，并在导电基片上包含一层电活性材料，例如，石墨，金属，和其他材料。该基片可以作为电流收集片。在Li离子电池中，LiCoO2，LiMn2O4，Li(Fe，Mn)PO4，或(Li，Nb)(Fe，Mn)PO4是典型的电活性阴极材料。分隔膜片106是多孔膜，并允许离子在阳极104与阴极108之间传输，但它又是电绝缘膜，其作用是使两个电极互相绝缘。[0015]装置100的制作是通过共同缠绕带状材料102成“凝胶卷筒”110。为了提供与电池端子的电连接，在缠绕成卷筒之前，利用焊接或其他的连接方法，在该结构内以仔细选取的间隔中插入多个接头片112，114。使第一组接头片112接触阳极材料104，并从卷筒状部分110的一端向外延伸，从而制成电池装置的阳极端子。使第二组接头片114接触阴极材料108，并从卷筒状部分110的另一端向外延伸，从而制成电池装置的阴极端子。多个延伸的阳极片112和阴极片114互相连接并连接到电池的其他部分，这是一种设计的方法。现有技术设计的这种卷筒状电池有许多缺点，我们在以上已讨论了其中的一些缺点。这些缺点包括，但不限于，不良的电性质(例如，高阻抗)，不良的热性质(例如，不良的热耗散)，和不良的机械和制造性质。[0016]图2是按照现有技术装置的阳极部分，它画出一组从电池-->装置的卷筒部分110延伸的收集片112。“罐”120包装整个凝胶卷筒组件，并给该组件提供机械保护，防止污染，作为热库，和提供阴极端子(未画出)。此外，现有技术采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学存储装置，包括：包含负电极片，正电极片和设置在负电极片与正电极片之间的分隔膜片的卷状组件，负电极片和正电极片中至少一个电极片有这样的边缘，该边缘基本没有电极活性材料；和设置成与电极片边缘相邻的导电引导线，该边缘基本 没有电极活性材料，其中导电引导线和基本没有电极活性材料的边缘限定一个电极端帽。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-4-30 60/566,8881.一种电化学存储装置，包括：包含负电极片，正电极片和设置在负电极片与正电极片之间的分隔膜片的卷状组件，负电极片和正电极片中至少一个电极片有这样的边缘，该边缘基本没有电极活性材料；和设置成与电极片边缘相邻的导电引导线，该边缘基本没有电极活性材料，其中导电引导线和基本没有电极活性材料的边缘限定一个电极端帽。2.按照权利要求1的装置，其中引导线的厚度基本上是电极片边缘的相邻部分之间存在的径向间隔，该边缘基本没有电极活性材料。3.按照权利要求1的装置，其中选取引导线的实际尺寸以提供选取的热容量。4.按照权利要求1的装置，其中一个电极片包括有活性材料层的电流收集片，该活性材料层设置在电流收集片的部分相对着的表面上。5.按照权利要求1的装置，还包括：有边缘的负电极片，该边缘基本没有电极活性材料；有边缘的正电极片，该边缘基本没有电极活性材料；设置成与负电极片边缘相邻的第一导电引导线，该边缘基本没有电极活性材料，其中第一导电引导线和基本没有电极活性材料的负电极片边缘限定第一电极端帽；和设置成与正电极片边缘相邻的第二导电引导线，该边缘基本没有电极活性材料，其中第二导电引导线和基本没有电极活性材料的正电极片边缘限定第二电极端帽。6.按照权利要求5的装置，其中第一电极端帽和第二电极端帽设置在卷状组件的相对着的两端。7.按照权利要求5的装置，其中第一电极端帽限定一个阴极端帽，而第二电极端帽限定一个阳极端帽。-->8.按照权利要求7的装置，还包括：外壳和盖，该外壳有导电部分，而盖有导电端子；和其中阴极端帽电路连接到盖的导电端子，而阳极端帽电路连接到外壳的导电部分。9.按照权利要求8的装置，还包括：电路连接阴极端帽到盖的柔性导电元件。10.按照权利要求7的装置，还包括：外壳和盖，该外壳有导电部分，而盖有导电端子；和其中阳极端帽电路连接到外壳的导电端子，而阴极端帽电路连接到外壳的导电部分。11.按照权利要求10的装置，还包括：电路连接阳极端帽到外壳的柔性导电元件。12.按照权利要求5的装置，其中负电极片和第一导电引导线都是由铝制成，而正电极片和第二导电引导线都是由铜制成。13.按照权利要求1的装置，还包括：在部分电极端帽的表面上设置的焊接接头。14.按照权利要求13的装置，其中焊接接头是利用激光焊接制成的。15.按照权利要求13的装置，其中焊接接头形成电路连接，该电路连接通过导电引导线的相继绕组和限定电极端帽的电极片边缘。16.按照权利要求13的装置，其中焊接接头是沿径向设置在电极端帽的表面上。17.按照权利要求1的装置，其中负电极片，正电极片，分隔膜片和导电引导线缠绕在一个共同的轴上，它们大致形成有基本圆柱形外形的同心绕组。18.按照权利要求1的装置，其中负电极片，正电极片，分隔膜片和导电引导线缠绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉尔伯特N赖利，詹姆斯瑞伯迪，
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]