CN104701567A - 可再充电电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了可以以各种形状被制造和使用的可再充电电池。可再充电电池的实施方式包括：电极组件，包括在隔板的相应的表面上的成对电极和从成对电极延伸的成对引线接头；袋，接收电极组件并使得引线接头突出到一侧，每个电极包括包含模制板的第一弯曲部，模制板包括集流体的金属纤维束和活性材料颗粒，袋包括第二弯曲部，第二弯曲部平行地叠置在电极上并包括具有相应于第一弯曲部的形状的模制片。

Description

可再充电电池及其制造方法
技术领域
根据本公开的实施方式的多个方面大体涉及可以以各种三维形状被制造和使用的可再充电电池及其制造方法。
背景技术
可再充电电池是配置为重复执行充电和放电的电池，其不同于并非设计为重复充电和放电的一次电池。小容量可再充电电池使用在小型的便携式电子器件中，诸如移动式电话、平板计算机、膝上型计算机和可携式摄像机。大容量可再充电电池用作用于驱动马达的电源，用于电动自行车、小型摩托车(scooter)、电动汽车、叉形起重机等等。
在此背景技术部分公开的以上信息仅用于增强对所描述的技术的背景技术的理解，因此它可能包含不形成在本国被本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
所描述的技术的实施方式的多个方面提出一种可以以各种三维形状被制造和使用的可再充电电池。此外，本发明的实施方式的多个方面提出一种用于制造可再充电电池的方法。
可再充电电池的实施方式包括：电极组件，包括在隔板的相应的表面上的成对电极和从成对电极延伸的成对引线接头；袋，接收电极组件并使得引线接头突出到一侧。每个电极包括包含模制板的第一弯曲部，模制板包括包含集流体的金属纤维束和活性材料颗粒的混合物。袋包括第二弯曲部，第二弯曲部平行地叠置在第二弯曲部上并包括具有相应于第一弯曲部的形状的模制片。
隔板可以是粘性的。成对电极和隔板可以堆叠在一起。成对电极的每个的厚度可以相同。
袋可以包括：凹入构件，具有接收电极组件的凹入部以至少部分地围绕电极组件的外部；平面构件，至少部分地覆盖电极组件并热熔结合到凹入构件的边缘。
第一弯曲部可以包括：第一弯曲，在成对电极的相应的第一平面部分的两侧的每个处成直角；第二弯曲，在连接到第一弯曲的侧部成直角，第二弯曲连接到平行于第一平面部的相应的延伸方向的第二平面部。
第二弯曲部可以包括：第三弯曲，在凹入构件和平面构件处并具有相应于第一弯曲部的第一弯曲的形状；第四弯曲，在凹入构件和平面构件处并具有相应于第一弯曲部的第二弯曲的形状。
成对电极可以包括正电极和负电极，正电极可以包括一片，负电极可以包括两片，负电极的每片位于正电极的该一片的相应的表面上并且使得隔板位于其间。
负电极的每片的厚度可以等于正电极的该片的厚度的1/2。
电极组件可以包括交替地堆叠的n个正电极和n+1个负电极，n是整数。
负电极可以包括：外部负电极，在电极组件的最外侧并具有等于n个正电极之一的厚度的1/2的厚度；内部负电极，在电极组件中并具有与n个正电极之一的厚度相同的厚度。
另一实施方式提供用于制造可再充电电池的方法，包括：通过混合活性材料颗粒与集流体的金属纤维束并压缩所得混合产物而制造板；通过利用电极模具挤压该板而模制具有设定形状的电极；利用具有相应于电极的设定形状的形状的袋模具而模制袋；以及通过在隔板的两个表面上设置电极并从电极延伸出引线接头而将电极与袋组装。
隔板的表面可以是粘性的，电极可以堆叠和附接在隔板的表面上。
电极可以包括两个或更多个电极，电极的厚度可以相同并且堆叠和附接在隔板的表面上。
电极可以包括包含一片的正电极和包含两片的负电极，隔板包括两个隔板，在电极组件的组装中，通过在正电极的相应的表面上堆叠隔板，负电极的片可以分别附接到隔板。
负电极的每片的厚度可以等于正电极的该片的厚度的1/2。
如上所述，根据本公开的实施方式的多个方面，可以通过如下方法制造各种三维形状的可再充电电池：形成具有活性材料颗粒和集流体的金属纤维束的所得混合产物的板；通过模制该板而形成电极；形成袋以具有相应于电极的形状从而将电极组件与袋组装。
例如，根据本公开的实施方式，通过制造在形状上相应于各种器件中可以允许(或容纳)的空间和形状的可再充电电池，可以更有效地使用可再充电电池(例如，比具有根据现有技术的形状的可再充电电池更有效)。
附图说明
附图与说明书一起示出本公开的实施方式，并与描述一起用来说明本公开的原理。
图1是示出用于制造根据实施方式的可再充电电池的方法的流程图。
图2是用于模制的板的实施方式的截面图，该板包括活性材料和集流体。
图3是示出使用实施方式的板用于模制电极的工艺的实施方式的一系列截面图。
图4是根据实施方式的可再充电电池的透视图。
图5是图4的可再充电电池的分解透视图。
图6是图4的可再充电电池沿线VI-VI的截面图。
图7是图6的可再充电电池的电极组件的一部分的截面图。
图8是根据另一实施方式的电极组件的一部分的截面图。
图9是根据又一实施方式的电极组件的一部分的截面图。
具体实施方式
在下文将参考附图更充分地描述本发明，在附图中通过图示的方式示出了本发明的某些实施方式。如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施方式可以以许多不同的方式被修改而不背离本发明的精神或范围。附图和描述将被认为本质上是说明性的而不是限制性的。在整个说明书中，相同的附图标记始终表示相同的元件。此外，在本申请的上下文中，当第一元件被称为“在”第二元件“上”时，它可以直接在第二元件上或间接地在第二元件上且一个或多个插入元件位于其间。
通常，可再充电电池形成为其中电极组件容纳在金属壳中的四边形(例如正方形)或圆形，或者袋形。因为可再充电电池具有圆形、四边形、或者袋形，所以可再充电电池在适当地对应于其中使用电池的器件的形状的能力方面存在限制。在下文，将描述根据本公开的实施方式，其涉及可以制造为形状相应于在各种器件中可允许(或者容纳)的空间和形状的可再充电电池以及用于制造该可再充电电池的方法。
图1是用于制造根据本发明的实施方式的可再充电电池的方法的流程图，图2是用于模制的板的实施方式的截面图，该板包括活性材料和集流体，图3是示出使用实施方式的板用于模制电极的工艺的实施方式的一系列截面图。
参考图1到图3，用于制造根据本发明的实施方式的可再充电电池的方法包括制造板10(ST1)、制造电极30(ST2)、模制袋(ST3)、以及电极组件与袋组装(ST4)。
在板的制造ST1中，板10通过混合活性材料11和包括金属纤维束的集流体12而制造(ST11)，活性材料包括活性材料颗粒(例如，处于颗粒状态的活性材料)。例如，板的制造ST1可以包括混合活性材料颗粒和金属纤维束(例如，它可以包括在集流体中嵌入活性材料颗粒)。然后，板的制造ST1还包括压缩所得的混合产物(ST12)。在板的制造(ST1)中，板10可以通过被压缩然后经历烧结过程而制造。
在板10中，活性材料11被集流体12以强的紧固力束缚(例如，活性材料11被集流体12支撑或者嵌入集流体12)。集流体12包括金属纤维束(例如，由其形成)，因此，集流体12(或者金属纤维束)形成为长于活性材料11的最大直径，使得电流在活性材料11的颗粒之间顺利地流动。板10是用于制造电极30的工艺的实施方式的中间产物。
在电极30的制造ST2中，板10位于具有预定(或者设定)形状的电极模具20之间(ST21)，板10被挤压(ST22)(例如，执行挤压)，然后被挤压的板10从电极模具20抽出，此时电极30具有相应于电极模具20的形状(ST23)。例如，电极30具有三维形状。
为了方便起见，根据本发明的本实施方式，图3示出具有弯曲形状的电极模具20，但电极模具20可以具有(例如，形成为)任何适当的形状，诸如具有凹入和/或凸出结构的各种三维形状。
板10包括(例如，由其形成)处于颗粒状态的活性材料11和集流体12的金属纤维束，因此，板被模制(或者变形)以具有相应于电极模具20的形状的形状，由此模制电极30。当板10被模制(或者变形)为电极30时，活性材料11和集流体12流动(例如，一起流动)。然而，因为集流体12(或者金属纤维束)仍然具有长于活性材料11的直径的长度，所以由于集流体12的存在，模制电极30可以保持在活性材料颗粒之间的传导结构(例如，导电结构)，且电极30可以具有高能量密度。
在袋的模制ST3中，袋40使用相应于电极30的三维形状的袋模具被模制。与电极30的模制一样，在袋的模制ST3中，片位于袋模具之间，片被挤压，然后被挤压的片被抽出，由此获得具有相应于袋模具的形状的形状的袋40(如图4-6所示)。例如，袋40具有三维形状。
袋40被配置(或形成)为接收包括电极30的电极组件50(如图5所示)以及电解液。此外，袋模具具有相应于模制电极30和电极模具的形状的形状，并可以具有任何适当的形状，诸如具有凹入和/或凸出结构的各种三维形状。
在电极组件的组装ST4中，模制电极30位于隔板33的两个表面上，包括从电极30延伸的引线接头60的电极组件50与袋40组装(如图5所示)。
电极组件的组装ST4包括将电极组件50插入到袋40中，热熔结合并密封袋40的边缘。此外，在电极组件的组装ST4中，在密封袋40之前和/或在密封袋40之后电解液可以通过本领域通常使用的任何适当的方法注入到袋40中。
在下文，将更具体地描述电极30、袋40和电极组件50的构造，同时描述可再充电电池100的构造。
图4是根据本发明的实施方式的可再充电电池的透视图，图5是图4的可再充电电池的分解透视图。参考图4和图5，可再充电电池100包括能充电和放电的电极组件50、以及用于接收电极组件50的袋40。
电极组件50包括隔板33、分别在隔板33的两个表面(例如，两者)上的成对(例如，两个或更多个)电极30(例如，负电极31和正电极32)、以及成对(例如，两个或更多个)引线接头60(例如，分别从负电极31和正电极32延伸的负电极引线接头61和正电极引线接头62)。
例如，电极组件50具有(例如，形成为)相应于模具电极30(例如，负电极31和正电极32)的形状的三维结构并将负电极引线接头61和正电极引线接头62引出到其一侧。隔板33可以包括(例如，由其形成)锂离子可以穿过其的高分子膜。
负电极31和正电极32具有通过模制(或变形)板10而形成的第一弯曲部C1，该板10通过混合颗粒状态的活性材料11(例如，活性材料颗粒)和集流体12的金属纤维束(或通过在集流体中嵌入活性材料颗粒)并挤压所得混合产物而形成。负电极引线接头61和正电极引线接头62被附接到负电极31和正电极32的一侧，因此电连接到集流体12。
如上所述，负电极31和正电极32由厚于根据现有技术的由铝或铜薄膜形成的比较电极的膜形成，由此本公开的实施方式实现可再充电电池100的高容量和高效率。
第一弯曲部C1是设置负电极31和正电极32处的基于平面的高度差的部件。作为存在第一弯曲部C1的结果，负电极31和/或正电极32的一部分位于一平面内而负电极31和/或正电极32的其他部分位于该平面外。例如，第一弯曲部C1允许负电极31和正电极32具有任何适当的形状，诸如偏离平面状态的各种三维形状。第一弯曲部可以包括多个(例如，两个或更多个)弯曲，其中多个弯曲连接到彼此，因此可以凹入地和/或凸出地形成(例如，可以具有凹入的和/或凸出的形状)类似人脸形状。
例如，负电极31和正电极32的第一弯曲部C1包括第一弯曲C11和第二弯曲C12。第一弯曲部C1具有在负电极31和正电极32的第一平面部分311和321的两侧(例如，两边)的第一弯曲C11。第一弯曲C11关于负电极31和正电极32的第一平面部分311和321具有一角度(例如，直角)(例如，以该角度弯曲)。第一弯曲部C1还具有连接到第一弯曲C11的第二弯曲C12，该第二弯曲C12与侧部313和323具有一角度(例如，直角)(例如，以该角度弯曲)，以将与第一平面部分311和321的延伸方向平行(例如，基本上平行)的第二平面部分312和322连接到侧部313和323。
例如，负电极31和正电极32形成为具有第一弯曲C11和第二弯曲C12、在第一平面部分311和321的两侧(例如，两边)的侧部313和323、以及分别连接到侧部313和32的第二平面部分312和323。
袋40接收包括负电极31和正电极32的电极组件50并配置(或形成)为引出负电极引线接头61和正电极引线接头62到一侧。此外，袋40接收电极组件50，其状态为袋40与电极组件50叠置并且配置电极组件50的负电极31和正电极32彼此平行(例如，基本上平行)。例如，袋40接收电极组件50，其方式为袋40的形状与电极组件50以及负电极31和正电极32的形状重叠，该形状是彼此平行(例如，基本上平行)的。
例如，袋40与彼此平行(例如，基本上平行)的负电极31和正电极32叠置，并具有通过模制(或变形)用于形成袋的板而形成的第二弯曲部C2以具有相应于第一弯曲部C1的形状。因此，可再充电电池100具有其中第一弯曲部C1和第二弯曲部C2彼此叠置的形状，并具有相应于彼此的形状。
例如，袋40包括接收电极组件50的凹入构件41和平面构件42。凹入构件41具有凹入部411，其接收电极组件50以围绕(例如，至少部分地围绕)电极组件50的外部。平面构件42覆盖(例如，至少部分地覆盖)电极组件50并热熔结合到凹入构件41的边缘412以形成密封的袋40。
袋40具有(例如，形成为具有)多层的片状结构并包括形成袋40的内表面用于绝缘和热熔结合作用的例如聚合物片121，以及形成外表面用于保护的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片、尼龙片或PET-尼龙复合片122。
例如，袋40还包括位于聚合物片121与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片、尼龙片或PET-尼龙复合片122之间的金属片123以提供机械强度。例如，金属片123可以包括(例如，由其形成)铝片。
负电极引线接头61和正电极引线接头62被引出(例如突出)到电极组件50的相同侧，但本公开不限于此。例如，负电极引线接头和正电极引线接头可以引出(例如，突出)到电极组件的相反两侧。
因为负电极引线接头61和正电极引线接头62突出到被热熔结合的袋40外部，所以电极组件50可以电连接到袋40的外部。在这种情况下，绝缘构件161和162可以在袋40上分别覆盖负电极引线接头61和正电极引线接头62以将负电极引线接头61和正电极引线接头62与袋40电绝缘并改善负电极引线接头61和正电极引线接头62之间的绝缘。
第二弯曲部C2是设置凹入构件41和平面构件42处的基于平面的高度差的部件，使得第二弯曲部C2与第一弯曲部C1叠置并具有与第一弯曲部C1相应的形状。作为存在第二弯曲部C2的结果，凹入构件41和平面构件42的一部分位于一平面内而凹入构件41和平面构件42的其他部分位于该平面外。例如，第二弯曲部C2允许凹入构件41和平面构件42具有任何适当的形状，诸如偏离平面形状的各种三维形状。第二弯曲部也可以凹入地和/或凸出地形成类似于人脸形状，并具有与第一弯曲部相应的形状。
例如，凹入构件41和平面构件42的第二弯曲部C2包括第三弯曲C21和第四弯曲C22。第三弯曲C21在凹入构件41和平面构件42处发生(例如，弯曲)以具有相应于第一弯曲C11的形状，第四弯曲C22在凹入构件41和平面构件42处发生(例如，弯曲)以具有相应于第二弯曲C12的形状。为了方便起见，在图5中，仅在凹入构件41处示出用于第二弯曲部C2、第三弯曲C21和第四弯曲C22的附图标记而没有在平面构件42处示出。
图6是图4的可再充电电池沿线VI-VI截取的截面图，图7是图6的电极组件的一部分的截面图。参考图6和图7，在电极组件50中，隔板33可以具有粘性(例如，隔板可以是粘合剂或包括粘合剂)。在这种情况下，根据用于制造可再充电电池的方法，在电极组件的组装ST4中，负电极31和正电极32被分别堆叠和附接在具有粘性的隔板33的两个表面(例如，两者)上。例如，负电极31可以附接到隔板33的一表面，正电极32可以附接到隔板33的另一表面。
负电极31和正电极32与隔板33彼此堆叠。在这种情况下，隔板33的粘性可以将负电极31和正电极32固定到隔板33的两个表面(例如，两者)。因此，容易地执行负电极31和正电极32与隔板33的堆叠工艺。
负电极31和正电极32可以形成为相同(例如，基本上相同)的厚度。因此，负电极31和正电极32可以通过相同(例如，基本上相同)的工艺制造，由此简化制造工艺。在这种情况下，在电极组件的组装ST4中，负电极31和正电极32形成为相同(例如，基本上相同)的厚度并可以堆叠和附接在隔板33的两个表面(例如，两者)上。
在下文，将描述本发明的另一实施方式。这里将不会再描述本实施方式的与以上所述的相同(例如，基本上相同)的部件，而是将描述不同的部件。
图8是本发明的另一实施方式的电极组件的一部分的截面图。参照图8，在电极组件250中，正电极72包括(例如，由其形成)一片，负电极71包括(例如，由其形成)两片。
例如，电极组件250通过在一片正电极72的两个表面(例如，两者)上分别设置隔板73并在每个隔板73上设置负电极71之一而形成。在这种情况下，根据用于制造可再充电电池的方法的本实施方式，在电极组件的组装ST4中，隔板73分别堆叠在正电极72的两个表面(例如，两者)上，负电极71分别附接到隔板73。
例如，负电极71的厚度T1形成为是正电极72的厚度T2的1/2(例如，T1＝T2/2)。在这种情况下，在电极组件的组装ST4中，负电极71的厚度T1形成为是正电极72的厚度T2的1/2(例如，T1＝T2/2)，负电极71附接到隔板73。
负电极71和正电极72形成为厚膜以实现(或提供)大容量，但由于随着电极厚度增加的电流和离子导电特性的限制可能导致性能变差。在这种情况下，薄的负电极71位于厚的正电极72的两个表面(例如，两者)上，由此克服电流和离子导电特性的限制。此外，可以防止(或减轻)由于负电极71的过大的厚度导致的负电极71中的一部分活性材料和集流体不工作(或不提供实质的功能)而造成的活性材料和集流体的浪费。
根据本发明的本实施方式的电极组件250包括一个正电极72和两个负电极71，但本公开不限于此。例如，电极组件可以包括n个正电极72和n+1个堆叠的负电极71并获得与最外面的本发明的实施方式相同(例如，基本上相同)的效果。根据本公开的实施方式，n可以是任何适当的整数。
图9是根据本发明的又一实施方式的电极组件的一部分的截面图。参照图9，电极组件350通过交替地堆叠负电极81和正电极82而形成，同时具有位于其间的隔板83。
例如，存在n个正电极82并存在n+1个负电极81。根据本公开的实施方式，n可以是任何适当的整数。在这种情况下，负电极81包括外部负电极811和内部负电极812。外部负电极811位于电极组件350的两个(例如，两者)最外侧并具有(例如，形成为)厚度T1，该厚度T1是正电极82的厚度T2的1/2(例如，T1＝T2/2)。内部负电极812位于电极组件350中(例如，在电极组件350的内部)并具有(例如，形成为)厚度T11，该厚度T11与正电极82的厚度T2相同(例如，基本上相同)(例如，T11＝T2)。
堆叠在电极组件350中并彼此面对的内部负电极812和正电极82每个都是(例如，形成为)具有相同(例如，基本上相同)厚度的厚膜(T11＝T2)，但电流和离子在具有厚度T11和T2的两侧(例如，两者)的1/2部分(例如，T11/2，T2/2)处传导以克服电流和离子导电特性的限制。
此外，堆叠在电极组件350的最外侧并彼此面对的外部负电极811具有(例如，形成为)厚度T1，该厚度T1是正电极82的厚度的1/2(例如，T1＝T2/2)，使得外部负电极811和正电极82可以克服其间的电流和离子导电特性的限制。此外，可以防止(或减轻)由于外部负电极811的过大的厚度导致的外部负电极811中的一部分活性材料和集流体不工作(或不提供实质的功能)而造成的活性材料和集流体的浪费。
虽然已经结合目前被认为是实用的实施方式描述了本发明，但将理解，本发明不局限于所公开的实施方式，而是相反，旨在涵盖包括在权利要求及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (16)

1.一种可再充电电池，包括：
电极组件，包括在隔板的相应表面上的成对电极以及从该成对电极延伸的成对引线接头；以及
袋，接收所述电极组件并使得所述引线接头突出到一侧，
其中每个电极包括包含模制板的第一弯曲部，所述模制板包括集流体的金属纤维束和活性材料颗粒的混合物，
所述袋包括第二弯曲部，所述第二弯曲部平行地叠置在所述电极上并包括具有相应于所述第一弯曲部的形状的模制片。
2.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述隔板是粘性的。
3.如权利要求2所述的可再充电电池，其中所述成对电极和所述隔板堆叠在一起。
4.如权利要求3所述的可再充电电池，其中所述成对电极的每个的厚度是相同的。
5.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述袋包括：
凹入构件，具有接收所述电极组件的凹入部以至少部分地围绕所述电极组件的外部；和
平面构件，至少部分地覆盖所述电极组件并热熔结合到所述凹入构件的边缘。
6.如权利要求5所述的可再充电电池，其中所述第一弯曲部包括：
第一弯曲，在所述成对电极的相应的第一平面部的两侧的每个处成直角；以及
第二弯曲，在连接到第一弯曲的侧部成直角，第二弯曲连接到平行于所述第一平面部的相应的延伸方向的第二平面部。
7.如权利要求6所述的可再充电电池，其中所述第二弯曲部包括：
第三弯曲，在所述凹入构件和所述平面构件处并具有相应于所述第一弯曲部的第一弯曲的形状；和
第四弯曲，在所述凹入构件和所述平面构件处并具有相应于所述第一弯曲部的第二弯曲的形状。
8.如权利要求1所述的可再充电电池，其中：
所述成对电极包括正电极和负电极，
所述正电极包括一片，
所述负电极包括两片，每片所述负电极位于所述一片正电极的相应的表面上并使得所述隔板位于其间。
9.如权利要求8所述的可再充电电池，其中每片所述负电极的厚度等于所述一片正电极的厚度的1/2。
10.如权利要求9所述的可再充电电池，其中所述电极组件包括交替地堆叠n个正电极和n+1个负电极，n是整数。
11.如权利要求10所述的可再充电电池，其中所述负电极包括：
外部负电极，在所述电极组件的最外侧并具有等于所述n个正电极之一的厚度的1/2的厚度；和
内部负电极，在所述电极组件中并具有与所述n个正电极之一相同的厚度。
12.一种用于制造可再充电电池的方法，所述方法包括：
通过混合包括活性材料颗粒的活性材料与集流体的金属纤维束并压缩所得混合产物而制造板；
通过利用电极模具挤压所述板而模制具有设定形状的电极；
利用具有相应于所述电极的设定形状的形状的袋模具而模制袋；以及
通过在隔板的两个表面上设置电极并从所述电极延伸出引线接头而将电极组件与所述袋组装。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述隔板的表面是粘性的，所述电极堆叠并附接在所述隔板的表面上。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述电极包括两个或更多个电极，所述电极的厚度相同，所述电极堆叠并附接在所述隔板的表面上。
15.如权利要求13所述的方法，其中：
所述电极包括包含一片的正电极和包含两片的负电极，
所述隔板包括两个隔板，
在所述电极组件的组装中，所述负电极的片分别附接到所述隔板，所述隔板堆叠在所述正电极的相应的表面上。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述负电极的每片具有的厚度为所述正电极的所述片的厚度的1/2。
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