[发明专利]高耐久性锂离子电池

说明书

发明领域

目的是制造高耐久性锂离子电池，所述高耐久锂离子电池用于大功率应用如电动或混合动力电动车辆。

背景

传统地，锂离子电池是圆柱形并且由绕组结构(winding structured)电极组成。然而，绕组技术具有限制电池尺寸(容量)和整体性的下述缺点：

1.在一定长度电极的平滑性问题：当电池尺寸增加时该问题变得更严重。如果不能将电极平滑性或厚度变化保持在一定水平，则绕组电极的尺寸将不一致并且这导致不能配合到电池箱中。

2.电极溶胀问题：这限制了电极设计、加工方法，因此限制了产率。

3.集流体定位问题：对于大功率应用，具有长电极的大绕组电池需要多个集流体接头。接头的适当对齐对于大型圆柱形绕组电池始终是一个问题。在长电极绕组的情况下的电极厚度变化导致接头的对齐差。差的对齐使得难以将电流接头焊接到电池顶部，并且引起电池差的可靠性。

4.散热问题：由于在径向热扩散路径上的散热困难，该因素限制了电池的最终尺寸。然而，由于大功率应用对高容量比的需要，散热问题将影响圆柱形电池在大功率应用中的适用性。其还可能导致严重的安全问题。

虽然层叠式结构电池具有优于上述缺点的优点，但是层叠工艺的层叠精密度和劳动强度大的特点使得层叠式结构电池昂贵并且难以在提高尺寸(对应于层数)的同时保持高的产量。

传统的层叠式结构电池显示在图1(a)中。阴极和阳极的集流体通常位于在电极的上部，而在所述电极之间设置隔板(请参看图1(b))。图1(a)和1(b)中所示电池结构的缺点列举如下：

1.电极是单个的片。这导致在每个层叠工序中的困难，因为在每个层叠工序中必须控制精密度。

2.每个单独电极上的集流接头是从金属基座箔的未涂覆部分冲压出来的或者将单独的金属带焊接在电极上。任一方式都增加组装过程的复杂化和成本。

3.在将多个电极接头焊接在一起并且在有限的顶部空间内将它们连接到电池盖下的主负极和正极柱时遭遇困难。当层叠层数增加时，该困难变得更严重。如果一个电极没有适当地焊接，或者如果一个电极的集流体部分(即，未涂覆基座如铜或铝箔)受损，则所得电池的性能和可靠性将受显著影响。由于此原因，层叠式电池的一致性变得无法预测，特别是当进行振动试验时。

4.对于大表面积的电极，如果每个电极上的集流体变得太小，则其将提供差的电流分布并且使所得电池表现差，这归因于源自每个电极的高电阻。

在本发明中，可以解决上述电极层叠问题，并且与传统层叠技术相比可获得更多的优点。

发明概述

本发明是用于可充电电池的电极册(electrode booklet)，所述电极册具有多个电极页(electrode pages)，每个电极页是具有关于中心线对称的形状并且具有上表面和下表面的箔，所述上表面和下表面在除了中心未涂覆部分以外的对称部分涂覆有活性电极材料，所述中心未涂覆部分在箔的边缘之间延伸并且包括中心线。至少一个总集流体沿多个电极页中至少一个的未涂覆部分设置。电极页为层叠体构造(stack arrangement)的形式且相似地定向，至少一个总集流体与全部多个电极页的未涂覆部分连接，以保持该多个电极页为层叠体构造的形式并且在全部多个电极页之间提供电连接。

本发明包括制造用于可充电电池的电极册的方法。所述方法包括：提供多个电极页，每个电极页是具有关于中心线对称的形状并且具有上表面和下表面的箔，所述上表面和下表面在除了中心未涂覆部分以外的两个相似部分涂覆有活性电极材料，所述中心未涂覆部分在箔的边缘之间延伸并且包括中心线；将所述多个电极页安置为层叠体，其中电极页相似地定向；提供至少一个总集流体，所述至少一个总集流体沿多个层叠电极页中至少一个的未涂覆部分设置；以及将全部多个电极页连接，以保持该多个电极页为层叠体构造的形式并且在全部多个电极页之间提供电连接。

附图简述

图1(a)和1(b)是现有技术的层叠式电极的实例；

图2(a)是具有两个带活性电极材料的部分和未涂覆中心部分的本发明的细长箔，其中线表示切割电极页；

图2(b)是本发明电极页的层叠体，其中涂覆部分在垂直定向上层叠；

图2(c)是具有连接到总集流体的层叠电极页的本发明电极册；

图2(d)是以折叠状态安置的图2(c)的电极册；

图3(a)是在制造层叠式电极组件初期阶段的本发明的阳极册和阴极册，所述层叠式电极组件在阳极和阴极的涂覆部分之间具有隔板材料；