CN107646148A - 非棱柱形的电化电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制造非棱柱形状的电化电池的方法。提供了一种细长、大体上平面的电极条，具有在其主表面的其中一者上的阴极，在其主表面的另一者上的阳极，以及在所述阴极和所述阴极之间的分离器，所述条在其沿着所述条的长度上在其平面内锥形化。所述电极条沿着从其长度而从较宽的端部到其较窄的端部卷起来。还提供了一种非棱柱的电池，用在该电池中的电极条和电池卷。

Description

非棱柱形的电化电池
技术领域
本发明涉及一种电化电池。更具体地，本发明涉及一种利用了“果冻卷”设计的非棱柱形的电化电池，一种用于制造电化电池的方法，以及用于用在该电池中的电池条和卷。
背景技术
可充电电池由阳极、阴极、分离器和电解质形成。阳极和阴极反应以产生电流，其中分离器防止层之间的接触，并且电解质允许离子在阳极和阴极之间运动。
用于可充电电池的最通常的电池几何形状为缠绕设计。阳极、分离器、以及阴极形成长的矩形条，并且置于彼此之上以形成“电极条”。它们的电极条螺旋缠绕以形成电极卷，也被称为“果冻卷”或“蛋糕卷”。圆柱电池自然地实现，并且其他棱柱形电池可以通过使得果冻卷平坦化而实现，或者通过将卷包裹在成型芯部的周围而实现。端子垂片被添加到阳极和阴极，其从卷伸出以形成电池的端子。电解质以液体或者凝胶的形式添加，以完成该电池。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造非棱柱形状的电化电池的方法。提供细长的、大体上平面的电极条，其具有在其主表面的其中一者上的阴极，在其主表面的另一者上的阳极，以及在所述阴极和所述阴极之间的分离器，所述条在其沿着所述条的长度上在其平面内锥形化；以及将所述电极条沿着从其长度而从较宽的端部到其较窄的端部卷起来；在非棱柱形状的外壳内提供卷起来的电极条，其具有的形状大体上对应于卷起来的电极条。
根据另一方面，提供了一种电化电池。电化电池包括电极卷和非棱柱形状的外壳，外壳具有多个外部电触点和大体上对应于电极卷的形状。电极卷包括电极条，所述电极条已经形成为卷，其宽端在卷的内部，而窄端在卷外部。电极条为细长形状，并且大体上为平面，并且在其主表面的一者上具有阴极，在其主表面的另一者上的阳极、以及在所述阴极和所述阳极之间的分离器，所述条在沿着所述条的长度上、在其平面内锥形化。所述电极卷位于非棱柱形状的外壳内部，并且阴极和阳极连接到非棱柱形成的外壳的各个触点。
根据另一方面，提供了一种用于制造非棱柱形状的电化电池的方法。提供细长的、大体上平面的电极条，其具有在其主表面的其中一者上的阴极，在其主表面的其中另一者上的阳极，以及在所述阴极和所述阴极之间的分离器，所述条在其沿着所述条的长度上在其平面内锥形化。将所述电极条沿着从其长度而从较宽的端部到其较窄的端部卷起来。
根据另一方面，提供了一种电极条，所述电极条用在非棱柱形状的电化电池中。所述电极条为细长形状，并且大体上为平面，并且在其主表面的其中一者上具有阴极，在其主表面的其中另一者上的阳极、以及在所述阴极和所述阳极之间的分离器，所述条在沿着所述条的长度上、在其平面内锥形化。
根据另一方面，提供了一种电极卷，所述电极卷用在非棱柱形状的电化电池中。所述电极卷包括上述方面的电极条，所述电极条已经在卷的内部上形成具有宽端，以及在卷的外部上形成具有窄端的卷。
根据另一方面，提供了一种电化电池。电化电池包括上述方面的电极卷和非棱柱形状的外壳，外壳具有多个外部电触点和大体上对应于电极卷的形状。电极卷置于非棱柱形状的外壳内部，并且所述阴极和阳极连接到非棱柱形状的外壳的各个触点。
其他的实施方式在所附权利要求书中进行了描述。
附图说明
图1显示了椭圆体；
图2显示了根据实施方式的电化电池；
图3显示了根据实施方式的示例性的电极条；
图4显示了根据实施方式的电极条如何由片切割出；
图5显示了根据实施方式的电化电池的截面视图；
图6显示了根据实施方式的电化电池的剖面视图。
具体实施方式
出于简洁的目的，通过参考图1，椭圆体的以下特性现在将进行限定。
棱镜：这样的一种形状，其由其他面结合的两个全等的平行基部，使得平行于基部的所有横截面与基底全等。请注意，该定义包括平行基部不是多边形的情况-例如，它们是圆形(形成圆柱体)或更复杂的曲线形状。
非棱柱形状：不是棱镜的形状。
椭圆体：由以下等式定义的三维形状，其中x，y和z轴与椭圆体的主轴对准。椭圆体的任何横截面都是椭圆。
球体(也称为旋转的椭圆体)：a，b和c中任何两个相等的椭圆体体。球体将沿着一个轴线具有圆形横截面。球体是其中a，b和c中的所有三个都是相等的一种特殊情况。
旋转体：通过围绕轴(该轴处于该形状的平面内)旋转2维形状而获得的实心图形。
主轴：定义椭圆体的轴之一。每个椭圆体可以由三个垂直的主轴描述，其中一个主轴将是椭圆的最大直径，其中一个主轴将是椭圆体的最短直径。在球体的情况下，两个主轴的长度将相等，并且可以任意地放置在椭圆体赤道的平面上。在球体的情况下，所有主轴的长度相等，轴的取向是任意的。a，b和c是每个半主轴的长度(即每个主轴的长度的一半)。
本文中使用的术语“梯形”是指具有一对平行边(英文通常称为“梯形”)的四边形。等腰或对称梯形是非平行边具有相同长度的梯形，而右梯形或半梯形是其中一个非平行边与平行边成直角的梯形。为了本公开的目的，具有两对平行边(即平行四边形)的形状不被认为是梯形。梯形的“基部”在本文中用于指较长的平行边，并且“顶部”用于指较短的平行边。
除了上述关于梯形的以外，任何一般的几何术语都被认为包括任何适用的特殊情况，例如，球体是一种椭圆体，圆形是一种椭圆形。
非棱柱形电池在下文中提出，例如，用在电池单元中(例如GB2518196中公开的那些电池单元)。尽管可以将标准的果冻卷插入到非棱柱的壳体中，但是这可能导致了大量的空间的浪费。因此，提出新的几何形状以允许较大的电池适配在非棱柱的壳体内部。取代了矩形条，缠绕了其中宽度沿着条的长度减小的条，其中，较厚的端部形成了果冻卷的中心。如果果冻卷缠绕在圆形截面周围，则其将形成旋转实体(例如，具有围绕卷绕轴的旋转对称形的椎体、球体或者一些其他形状)。如果果冻卷缠绕在成型的芯部上，其他形状也可以实现，例如，椭圆形截面，或者更复杂的曲线。具有圆形截面的果冻卷可以通过将其在垂直于卷绕轴的方向上挤压而改变成具有椭圆形截面的果冻卷。
图2中示出了利用等腰梯形电极条的示例性电池。如从附图中可以看到，果冻卷比由圆柱果冻卷可能实现的而更接近于椭圆体外壳的形状，尽管该适配并非完美，因为通过卷绕梯形形成的曲线并非椭圆。利用非棱柱形状的果冻卷允许比通过圆柱果冻卷可能实现的而高得多的填充率，例如达电池的内部空间的75％到90％。
图3显示了在缠绕之前的用于电极条的可能的形状。1为等腰梯形。2为部分梯形，其可以视为接合到矩形的基部等腰梯形。3为这样的形状：其具有两个直的平行端部和边，其从基部到顶部而向内凸出地弯曲。选择该形状的合适的曲线允许最终的果冻卷更接近所需形状。如果曲线为凸的(如凹曲线相较于梯形电极条而运动远离椭圆形)，将通常获得良好的接近于椭圆体，并且条的宽度沿着其长度而减小。还可以使用非对称的电极条(例如，4中所示的非等腰梯形)，例如，以形成“蛋形状”的卷，或者在椭圆体的一端处给出更多的间隙，以允许电池的其他组件插入到壳体中。可以类似地使用部分凹条以给其他组件提供空间。通常，其中薄端部等于或者小于宽端的宽度的一半的电极条将给椭圆体的外壳提供合理的适配。
电池通常还将包括控制电路和连接到外部触板的连接部。果冻卷的配置可被调节，以便允许这些适配在壳体中。例如，果冻卷可以以包裹以便在中间留下足以插入控制电路的间隙(图2中的C)的方式，或者控制电路和触头可以插入到果冻卷并不怎么适配的外壳中的区域中。为了在果冻卷中形成间隙，该卷可以卷绕在芯部周围，并且一旦完成该卷，即将芯部移除。
根据现有技术的电极条通常通过以下步骤而制造：形成阴极、阳极和分离器中的每一者的长卷，将该卷切割成所需的宽度，然后，由每一卷切割出多个长度，并且将它们放置在一起以形成非矩形的电极条。一种可能性是将阴极/阳极/分离器的矩形条修剪成所需的形状。然而，这可能导致了大量的浪费。另一种可能性是将每一卷首先切割成所需长度而给出片(其对于单个电池来说足够长)，但是多个电池的宽度，然后，由该片切割出所需的形状。这允许该条如图4所示地镶嵌，以便减少浪费。在图4中所示的情况下，对于等腰梯形的条，仅仅浪费了由对角线遮住的区域。对于不精确地镶嵌的的条(例如，图3中的2和3)，在每一条之间将有一定程度的浪费。
为了构造完整的电池，将果冻卷提供到非棱柱外壳中。例如，通过使外壳围绕果冻卷的周围形成，果冻卷可以插入到外壳中，例如，将外壳的多段双色模制或者附接在果冻卷的周围，或者果冻卷可以插入到完整的外壳中。外壳具有至少两个外部电触点，并且果冻卷的阴极和阳极连接到各个触点。然后，电力可以从电池经由触点提供。
可以使用控制器例如提供各种安全特征，例如电流控制、电压监控和紧急断开或者改变阴极和阳极所连接的触头(例如，如在GB2518196中所描述的)。阴极和阳极连接到控制器，并且控制器然后连接到触点，取代了直接连接到触点的阴极和阳极。
控制器可以插入到外壳中，例如，在果冻卷和外壳之间留下的空间中，或者果冻卷可以在中心中形成空的区域(例如，通过将其卷绕为一定尺寸的主轴以留下该区域)，并且控制器可以置于如图5所示的空区域中。可替选地，果冻卷可以卷绕在控制器本身的周围。控制器可以安装在印刷电路板(PCB)上，或者其可以包括多个连接的PCB。
图5显示了电化电池的详尽的截面图，其中，果冻卷具有定位在中心中的控制器。果冻卷详尽地显示为包括阴极A1、阳极A2和分离器A3。图5的下面部分为图5的上面部分的中心的放大图。
阴极和阳极可以通过电线而连接到控制器(类似于电流电池)，或者可替选地，阴极A1和阳极A2可以直接地连接到控制器C的触点(如图5所示)。如果果冻卷卷绕在控制器的周围，则这是特别吸引人的方案。
图6显示了完整的电化电池的剖面图，其中，移除了外壳B的一半。可以清晰地看到的是，果冻卷A相对于任何圆柱卷而言可以更好地适配在外壳B中。未显示控制器C和触点D之间的连接部。
尽管本发明已经针对上面所提出的优选实施方式而进行了描述，但是应当理解的是，这些实施方式仅仅是说明性的，并且权利要求书不限于这些实施方式。本领域的技术人员考虑了公开内容将能够进行变型和替选，其被视为落入所附权利要求书的范围内。本说明书中公开或者示出的每一特征可以并入到本发明中，无论单独地或者以与本文中公开或者示出的任何其他特征任何合适的组合。

Claims (18)

1.一种用于制造非棱柱形状的电化电池的方法，所述方法包括以下步骤：
提供细长的、大体上平面的电极条，其具有在其主表面的其中一者上的阴极，在其主表面的另一者上的阳极，以及在所述阴极和所述阴极之间的分离器，所述条在其沿着所述条的长度上在其平面内锥形化；以及
将所述电极条沿着从其长度而从较宽的端部到其较窄的端部卷起来；
在非棱柱形状的外壳内提供卷起来的电极条，其具有的形状大体上对应于卷起来的电极条。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述卷起来的电极条以大于75％的填充量填充所述外壳。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述外壳大体上为椭圆体。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，并且包括将所述阴极和所述阳极连接到控制器，并且将所述控制器连接到触点中的每一个，其中，所述控制器被配置成控制所述阴极、所述阳极和所述外壳的外电子触点之间的电连接。
5.如权利要求4所述的方法，并且包括将所述电极条围绕芯部卷绕，将所述芯部移除，以便沿着所述卷的轴留下空区域，并且将所述控制器置于所述空区域中。
6.如权利要求4所述的方法，并且包括将所述电极条卷绕在所述控制器周围。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电极条卷绕以形成果冻卷，所述果冻卷具有垂直于所述卷的轴的大体上椭圆截面。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述电极条卷绕以形成果冻卷，所述果冻卷具有垂直于所述卷的轴的大体上圆形的截面。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电极条的所述平面截面形状为：
椭圆形；
等腰梯形；
由在较宽端部处的矩形区域，以及在矩形和较窄端部之间的梯形构成的形状；
由具有连接较宽端部和较窄端部的凸曲线边缘构成的形状，其中，所述曲线为：在沿着条的长度的任何区域处，所述条的宽度或者恒定或者朝向窄端减小。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电极条的较窄端的宽度小于所述电极条的较宽端的宽度的一半。
11.一种电化电池，包括：
电极卷，包括电极条，所述电极条为细长形状，并且大体上为平面，并且在其主表面的其中一个上具有阴极，在其主表面的其中另一个上具有阳极、以及在所述阴极和所述阳极之间的分离器，所述条在沿着所述条的长度上、在其平面内锥形化，所述电极条已经在卷的内部上形成具有宽端，以及在卷的外部上形成具有窄端的卷；
非棱柱形状的外壳，其具有多个外部电触点，和大体上对应于所述电极卷的形状；所述电极卷位于外壳的内部。
12.如权利要求11所述的电化电池，其中，所述电极条的主表面为以下中的任一者：
梯形，其中，所述电极条的较宽端和较窄端为梯形的平行边；
等腰梯形，其中，所述较宽端和较窄端为梯形的平行边；
条，所述条由以下构成：接近于所述较宽端的矩形区域、在所述矩形区域和较窄端之间的梯形区域，其中，所述矩形区域的较窄端和边缘为梯形的平行边；
条，所述条具有连接较宽端和所述较窄端的凸曲线边缘，其中，所述曲线为在沿着条的长度的任何区域处，所述条的宽度或者恒定或者朝向窄端减小。
13.如权利要求11或12所述的电化电池，其中，所述电极卷具有垂直于所述卷的轴的大体上椭圆的截面。
14.如权利要求13所述的电化电池，其中，所述电极卷具有垂直于所述卷的轴的大体上圆形的截面。
15.如权利要求11至14中任一项所述的电化电池，其中，所述电极卷在所述卷的轴处具有空区域。
16.如权利要求11至15中任一项所述的电化电池，并且包括控制器，其中，所述阴极和所述阳极连接到控制器，并且所述控制器连接到触点中的每一个，其中，所述控制器被配置成控制所述阴极、所述阳极和所述触点之间的电连接。
17.如权利要求16所述的电化电池，其中，所述控制器位于电极卷的轴处的空区域内部。
18.如权利要求17所述的电化电池，其中，在电极条的宽端部处的阴极和阳极的部分直接连接到控制器的各个触点。
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