棱柱形电池的构造制造技术

一种电化学电池（１０），具有一个带有两个相对的内侧面的密封棱柱形壳体（１２、１４），两个内侧面之间限定了具有宽度和长度的内腔。上述的其中一侧面限定了一个弧（２０），另一侧面限定了一个正对着所述的一侧面的凸形弧的凹形弧（２６）。一个电极叠层安装在壳体内腔，包括面对面排列的正（３２）、负（３０）电极板。该电极叠层被放置在壳体的内侧面之间，使得叠层可以被保持在一侧面和另一侧面的延伸元件之间，并且变形以符合凸形弧（２０）而维持在正（３２）、负（３０）电极板之间的压力。叠层张紧在壳体向内隆起的表面上。通过在叠层内维持好的板间接触压力，本发明专利技术能提供良好的总的活性材料利用率（为达到高电池容量）并有助于防止具有宽侧面电池的壳体膨胀。本发明专利技术还公开了构造电池的方法。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及棱柱形电化学电池及其壳体结构。电化学电池的形状一般分为棱柱形或圆柱形。正如其名，圆柱形电池具有圆柱形的壳体。常见的圆柱形电池的实例为标准碱性电池，尺寸为AA,AAA,C和D。棱柱形电池具有例如平行六面体的棱柱形壳体形状。常见的棱柱形电池的例子包括标准的12伏汽车电池。许多常见类型的电池具有电极为薄板状外形的内电极构造，其中正极和负极材料叠放在一起并被绝缘分离板隔离开。这种面对面的板排列的一个原因是为了在成对电极之间产生高扩散区。理想的情况下，在电极叠层中相邻电极薄板在整个电池的寿命中保持着紧密的“接触”(也就是彼此很接近)。次优化的接触能够减少电池的总容量(总的可使用能量)，和会导致其它不理想的结果，例如在锂离子(LiION)电池充电过程中发生镀锂。在圆柱形电池中，电极和分离板的叠层一般被卷起放置在盒子内。卷起的叠层中的张力倾向于将叠层压向盒子的侧边(也就是向其未被卷起的状态运动)，而在相邻电极板面之间维持着轻微的压力。在棱柱形电池中，电极叠层或者卷起(如图3所示)或者来回地折叠起来(如图4所示)。图3的结构可以称为卷绕式扁平带卷(WFW)，而图4的结构可以称为扇形折叠或手风琴式折叠。在较长且较薄的棱柱形电池(在电极叠层的弯曲或折叠之间有着较大比例的距离的电池)中，叠层的弯曲或褶皱中的任何张力(倾向于将叠层压回平面状态)，在缺少壳体侧壁施加的正压力的情况下，都不足以维持在板之间、沿叠层平直部分的全长方向上的适当量的压力。通过使电池壳腔变得比整个叠层的名义的总厚度稍薄，或者在壳体内内插入一弹簧(例如一片簧)使叠层的平直部分一起偏移可以获得这种正压力。压向电极叠层平直部分的正压力一般倾向于将壳体的宽侧面向外弯曲。如果壳体的侧面建造得不能足以抵抗这个施加的弯距，上述作用就会加到内腔的压力的作用上而导致不理想的整个电池外形的形变。当然，通过增加壳体侧壁的厚度能提高它们的硬度，但通常会付出增加重量的代价，而且对于标准尺寸的电池来讲，会导致内腔体积的损失。内部的弹簧也会占据电池内部的体积，否则这个体积可以留给活性物质。本专利技术的目的是提供一种棱柱形电池构造，其中在防止壳体宽侧面向外过分弯曲的同时，能够在相邻电极板之间维持所需压力。按照本专利技术一方面，提供了一种电化学电池，具有密封棱柱形壳体，该壳体具有两个相对的内侧面(限定了在其之间的具有宽度和长度的内腔)，该电池还具有一个在壳体内腔的电极叠层(包括以面对面排列的正负电极板)。壳体的一侧面限定了一个凸形弧，电极叠层被放置在壳体的内侧面之间，使得叠层可以变形符合凸形弧来维持在正负电极板之间的压力。在一些实施例中，壳体的另一侧面具有一正对所述的一侧面凸形弧的中心部分，和向着上一侧面延伸并跨过凸形弧的元件。这些元件安排成将电极叠层保持在对着凸弧的变形位置。优选地，侧面在它们区域的中心附近，被小于内腔长度50％的距离分割。本专利技术的多个实施例包括一个或多个如下特征。凸形弧基本上跨过内腔的长度。另一侧面限定了一个正对着所述的一侧面的凸形弧的凹形弧。正负电极板被一多孔分离板分隔。每个正、负电极板各有添加的活性材料。第一和第二电极板都在一侧被涂上活性材料。变形的叠层的电极板沿一侧面的凸形弧被拉紧。壳体与上述所有电极板之间都绝缘(例如，电池是“中性的盒子”。)在一些实施例中，正电极板包括一个涂有包含金属氧化物的活性材料的第一导电板，负电极板包括一个涂有包含碳的活性材料的第二导电板，壳体也包括电解质。在一些例子中，金属氧化物是锂化物而电解质是有机物。在其它一些例子中，电解质是含水的。根据本专利技术建造的一些电池为绕线式扁平带卷结构，而一些为褶式折叠(如扇形折叠)结构。在一些结构中，壳体包括一个盒子和一个盖，其中盒子和盖的一个和另一个都分别具有两个相对的内侧面中的一个和另一个。在一个优选的结构中，盒子限定了凸形弧。在一些实施例中，每个盒子和盖都包含一单层模压金属。在另一些实施例中，每个盒子和盖各由塑料制成，并具有紧邻内侧面的基本上扁平的外侧面。根据本专利技术的另一方面，一个电化学电池具有两个相对的宽侧面(具有宽度和长度并限定了在其之间的一内腔)的密封棱柱形壳体，和一个在壳体内腔的电极叠层(包括以面对面排列的正负电极板)。壳体包括一限定了壳体的第一宽侧面的盒子，和一个限定了壳体的第二宽侧面的盖。宽侧面的一个和另一个都相应地限定了基本上跨过侧面长度的凸形弧和凹形弧。凸形弧和凹形弧被正对地放置，这样内腔的纵向中心线就限定了一对应的弧。正负电极板被一多孔分离板分隔，而且电极叠层放置在壳体的宽侧面之间，使得叠层可以随着凸形弧和凹形弧变形来维持在正负电极板之间的压力。根据本专利技术的另一方面，电极叠层被放置在上述壳体的侧表面之间，这样叠层被保持在一侧表面和另一侧表面的延伸元件之间，并且张紧在凸形弧上来维持在正负电极板之间的接触压力。根据另一方面，一个电化学电池具有一个形成内腔的壳体，和一个包含在壳体内腔的电极叠层，内腔由一弯曲面限定在一个侧面上。电极叠层包括以面对面方式放置的正负电极板，该正负电极板被安置在张力状态下横穿板的区域，并设成沿着限定内腔的弯曲面的曲线。本专利技术的另一方面提供了一种构造上述电化学电池的方法。该方法包括如下步骤(1)将电极叠层放置在盒子和盖之间，使得电极叠层在壳体腔体内放置成叠层的一面与凸形弧相接触；(2)将盒子和盖压在一起，使得电极叠层沿凸形弧变形，在正负电极板之间产生接触压力。(3)在电极叠层处在变形状态时，将盒子加上盖。在一些实施例中，该方法包括在放置电极叠层的步骤前，将电极叠层折叠成扇形折叠结构，或者将电极叠层缠绕成绕线式扁平带卷结构。下面从图例说明和权利要求中会很明显地看出其它特点和优点。附图的简要说明，附图中附图说明图1为具有一模压壳体的棱柱形电池的透视图。图2为沿图1中2-2线的截面图。图3示出一卷绕式扁平带卷的电极结构。图4示出一扇形折叠(手风琴式折叠)的电极结构。图5示意地说明一沿弧形伸展的电极叠层。图6示出一沿紧邻的弧形伸展的电极叠层。图7为图2中电池的卷绕式扁平带卷结构的实施例。图8为图2中电池的扇形折叠结构。图9为一具有一模压壳体的棱柱形电池透视图。图10为沿图9中10-10线的截面图。图1中棱柱形电池10具有一由盒子12和盖14组成的外壳。壳体长度L为4毫米，宽度W为48毫米，总厚度T为42毫米。在电池的安装过程中，盖14被压进盒子12中同时沿接头16焊接来密封住电池。安装在盖14上的孔中的接点18a和18b分别相应地与电池中的正负电极板相互连通。接点都与壳体绝缘，这样电池是“中性的盒子”。盖14和盒子12都是模压304不锈钢。如图2所示，为清楚起见图中电池内的容纳物已被移走，盒子12的底部向内，基本上通过其总长形成一弧度不大的、平滑的、半径R约为234毫米的弧20。除了在盒子的边缘，盒子的底部隆起跨过其总宽，这样实际上盒子的整个底部向内隆起，盒子的底部的内表面是凸形的。盒子底部的名义厚度t2为0.25毫米。在盒子的上边缘设有一凸肩22用来安放盖14的外缘，这样在安装时盖子底部就盖在凸肩22上。将盖14模压成在四周具有一个高起的、窄的凸缘24。被凸缘限定的区域(超过盖子区域的90％)向外隆起形成弧度不大的、平滑的、对着盒子底部弧20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池，包括：一个具有两个相对内侧面的密封棱柱形壳体，两个内侧面之间限定了具有宽度和长度的内腔，上述的其中一侧面限定了一个凸形弧；和一个安装在所述的壳体内腔的电极叠层，该电极叠层包括面对面排列的正、负电极板，该电极叠层被放置 在壳体的上述内侧面之间，使得叠层可以变形以符合凸形弧而维持在正、负电极板之间的接触压力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：维耶H乌，亚历山大卡普兰，威廉T姆丘夫，
申请(专利权)人：杜拉塞尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]