具有无铜电极的电化学电池及其制造方法技术

本发明专利技术公开了具有无铜电极的电化学电池及其制造方法。提供了具有无铜电极的电化学装置、制造/使用此类装置的方法、和用于可再充电锂型电池组电池的基于锂合金的电极极耳和集流体。制造无铜电极的方法包括将铝工件（如铝板金属条带）进料到掩蔽装置中。该掩蔽装置随后将一系列电介质掩模（如环氧树脂条带或电介质带）施加到该工件的离散区域上以形成具有与未掩蔽区域交错的掩蔽区域的掩蔽的铝工件。随后将该掩蔽的工件进料到电解阳极化溶液（如硫酸）中以形成阳极化铝工件，其具有与在掩蔽区域的电介质掩模下方的未阳极化表面部分交错的在未掩蔽区域上的阳极化表面部分。去除该电介质掩模以显露未阳极化表面部分，并将阳极化铝工件分割成多个无铜电极。铝工件分割成多个无铜电极。铝工件分割成多个无铜电极。

【技术实现步骤摘要】
具有无铜电极的电化学电池及其制造方法


[0001]本公开大体上涉及电化学装置。更具体而言，本公开的方面涉及用于电动车辆的可再充电锂型电池组电池的无铜阳极化电极极耳和集流体。

技术介绍

[0002]当前生产的机动车辆（如当今的汽车）最初配备有动力总成，其运行以驱动车辆并向车辆的车载电子设备供电。例如，在汽车应用中，车辆动力总成通常以原动机为代表，所述原动机通过自动或手动换挡的动力传动装置将驱动扭矩传递至车辆的最终驱动系统（例如差速器、驱动轴、车轮等等）。由于往复活塞式内燃机（ICE）组件容易获得且成本相对低廉、重量轻和整体效率，汽车在历史上一直由其提供动力。作为一些非限制性实例，此类发动机包括压缩点火（CI）柴油发动机、火花点火（SI）汽油发动机、二冲程、四冲程和六冲程架构，以及转子发动机。另一方面，混合动力和全电动（统称为“电力驱动”）车辆利用替代动力源来驱动车辆，并由此最小化或消除对基于化石燃料的发动机的牵引力的依赖。
[0003]全电动车辆（FEV）——俗称“电动车”——是一种类型的电动车辆配置，其从动力总成系统中一并移除了内燃机和相关的外围组件，依靠可再充电能量储存系统（RESS）和牵引电动机用于车辆驱动。基于ICE的车辆的发动机组装件、燃料供应系统和排气系统被基于电池组的FEV中的单个或多个牵引电动机、牵引电池组和电池组冷却与充电硬件所代替。相比之下，混合动力车辆（HEV）动力总成采用多种牵引力来源以驱动车辆，最通常结合电池组供电或燃料电池供电的牵引电动机来运行内燃机组装件。由于混合动力型电动车辆能够从发动机之外的来源获得动力，当车辆由一个或多个电动机驱动时，HEV发动机可以完全或部分关闭。
[0004]许多市售混合动力车辆和全电动车辆采用可再充电的牵引电池组来储存和供应必要的电力，以便运行动力总成的一个或多个牵引电动机单元。为了以足够的车辆行驶里程和速度产生牵引力，牵引电池组比标准的12伏启动、照明和点火（SLI）电池组明显更大，更强劲，且容量更高（Amp
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hr）。与SLI电池组的单个电池相比，当今的牵引电池组将电池组电池堆叠成单独的电池组模块，该模块例如通过电池组外壳或支撑托盘安装到车辆底盘。堆叠的电化学电池组电池可以通过使用电互连板（ICB）串联或并联连接。单独的电池组电池的电极耳（其从模块外壳伸出）可以弯向并焊接到共用的母线板上。专用的电池组控制模块（BPCM）通过与动力总成控制模块（PCM）协同操作来调节电池组接触器的打开和关闭，以调节电池组用于向车辆的一个或多个牵引电动机供电的操作。
[0005]在电动车辆中使用四种主要类型的电池组：锂型电池组、镍
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金属氢化物电池组、超级电容器电池组和铅
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酸电池组。根据锂型设计，锂金属（一次）电池组和锂离子（二次）电池组构成商业锂电池组（LiB）构造的主体，其中Li离子电池组因其提高的稳定性、能量密度和可再充电能力而用于汽车应用。常规的锂离子电池由两个导电电极、电解质材料和渗透性隔离件组成，其均包括在电绝缘包装内部。一个电极充当正极（“阴极”），另一个电极充当负极（“阳极”）。可再充电的锂离子电池组通过在负极和正极之间可逆地来回传递锂离子来
运行。该隔离件（其通常由微孔聚合物膜组成）设置在两个电极之间以防止电短路，同时还允许离子电荷载体的传输。该电解质适于传导锂离子，并可以为固体形式（例如固态扩散）或液体形式（例如液相扩散）。锂离子在负载下在电池组放电过程中从负极向正极移动，并且当电池组充电时以相反方向移动。

技术实现思路

[0006]本文中提供了具有无铜电极的电化学装置、制造和使用此类装置的方法、以及用于可再充电锂型电池组电池的基于锂合金的电极极耳和集流体。作为实例而非限制，提供了具有无铜阳极化锂
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铝（LiAl）合金电极的锂离子软聚合物（LiPo）袋式电池、选择性阳极化LiAl电极极耳的制造方法、和用于在组装LiPo袋式电池的过程中内部/外部焊接阳极化LiAl电极极耳的技术。例如，采用选择性阳极化方法向LiAl合金阳极的离散区域施加阳极化氧化铝（AAO）表面涂层。在阳极化之前，将电介质带或环氧树脂的掩模以计量方式在预定间隔处轧压或喷涂到铝板金属的表面上。随后将掩蔽的铝板转移到例如硫酸的电解阳极化溶液的化学浴中以进行暴露的金属板表面的阳极化。一旦阳极化，将掩模材料溶解、剥离或以其它方式从铝表面上去除以暴露未阳极化的表面区域。随后沿着金属板的长度以所选间隔施加横向密封条；随后将金属板条带切割成单独的极耳。将各极耳插入电池袋中，并连接到相应的无铜集流体上；随后用密封条将该袋密封。相邻LiAl电极极耳的未阳极化区域例如经由激光焊接电互连。
[0007]公开的概念中的至少一部分的附带益处包括无铜电极极耳和集流体，其相对于对应的基于铜的电化学电池降低了电池重量并提高了电池能量密度。此外，将多孔阳极化氧化铝表面涂层用于电池极耳有助于改善极耳的机械防护，并促进电解质电荷转移。LiAl合金电池极耳的不同区域的选择性阳极化有助于改进焊接品质，并同时降低焊缝脆性和电阻率。通过使用公开的无铜电池极耳可以实现附加的成本节约和电池重量降低，该无铜电池极耳能够减小极耳长度，并能实现直接的电池
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电池连接，由此消除电池间的母线。其它附带的益处包括能够容易地放大LiPo电池组电池制造并降低相关的制造成本。
[0008]本公开的方面涉及用于制造和/或使用用于可再充电锂型电池组电池的基于锂合金的电极极耳与集流体的制造技术、控制逻辑和计算机可读介质（CRM）。在一个实例中，提供了制造用于电化学装置的无铜电极的方法。以任何顺序并与任何上文和下文公开的选项和特征任意组合，该代表性方法包括：将无铜金属工件进料到掩蔽装置；经由该掩蔽装置将一系列电介质掩模施加到该金属工件的离散区域上以形成具有与未掩蔽表面区域交错的掩蔽表面区域的掩蔽的金属工件；将掩蔽的工件进料到阳极化溶液中以形成阳极化金属工件，其在未掩蔽表面区域上具有阳极化表面部分并且所述阳极化表面部分与掩蔽表面区域的电介质掩模下方的未阳极化表面部分交错；去除该电介质掩模以显露未阳极化表面部分；并将阳极化金属工件分割成多个无铜电极。
[0009]本公开的附加方面涉及具有基于锂合金的电极极耳和集流体的锂型电池组电池、采用此类锂型电池组电池的可再充电电池组、和装备有此类电池组的电动车辆。本文中所用的术语“车辆”和“机动车辆”可以互换且同义地使用，包括任何相关的车辆平台，如客运车辆（HEV、FEV、燃料电池、全自动和半自动驾驶车辆等等）、商用车辆、工业车辆、履带式车辆、越野和全地形车辆（ATV）、摩托车、农用设备、船只、飞行器、电动自行车、电动踏板车等
等。对于非车辆应用，公开的概念可以对任何逻辑上相关的用途来实施，包括独立式发电站和便携式电源组、光伏系统、手持式电子设备、泵送设备、机床、电器等等。
[0010]本公开的方面还涉及电池组电池生产设施和组装线以用于制造具有基于锂合金的电极极耳和集流体的锂型电池组电池。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.制造用于电化学装置的无铜电极的方法，所述方法包括：将无铜金属工件进料到掩蔽装置中；经由所述掩蔽装置将一系列电介质掩模施加到所述金属工件的离散区域上以形成具有掩蔽和未掩蔽区域的掩蔽的金属工件；将所述掩蔽的金属工件进料到阳极化溶液中以形成阳极化金属工件，其具有在未掩蔽区域上的阳极化表面部分和在掩蔽区域的电介质掩模下方的未阳极化表面部分；去除所述电介质掩模以显露未阳极化表面部分；和将所述阳极化金属工件分割成无铜电极。2.权利要求1的方法，其中所述掩蔽装置包括带有电介质带的卷的供应卷轴，并且其中所述一系列电介质掩模中的每个电介质掩模包括来自电介质带的卷的相应电介质条带。3.权利要求2的方法，其中所述掩蔽装置进一步包括带材进料辊，并且其中将电介质掩模施加到金属工件上包括所述带材进料辊从供应卷轴上的电介质带的卷中拉取电介质带的进料，并将电介质带的进料压到金属工件的离散区域上。4.权利要求2的方法，其中去除所述电介质掩模包括将有机溶液施加到阳极化金属工件上以溶解电介质条带或从阳极化金属工...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖兴成，王宏亮，何美楠，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：