CN110870099B - 能量存储装置 - Google Patents

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Abstract

一种电化学存储装置，包括容器、阴极材料片、阳极材料片和分隔件材料。电极片围绕绕组轴线缠绕在容器中，以提供具有弯曲侧壁和两个端面的圆柱形电化学电池组件。阳极材料片或阴极材料片中的至少一个具有从圆柱形电化学电池组件的一个端面延伸的多个接片。接片围绕绕组轴线螺旋地布置在所述端面上。

Description

能量存储装置
技术领域
本发明涉及电化学能量存储装置。更具体地，本发明涉及用于缠绕的电化学能量存储装置的导电材料片的布置。
背景技术
缠绕的电池通常设计成具有有限数量的连接。导电材料片(例如集电器材料片或电极)可以设置有连接接片或者从导电材料片切出的接片。从片上切下接片是改善电池导热率的一种方法。与具有单个接片的系统相比，由于将材料切掉并丢弃以形成接片，所以从片上切割多个接片还减少了废料的量。另外，在导电片上具有多个接片还可以减小欧姆电阻，防止高电流速率下的大电压降，并且改善电化学能量存储装置的总能量。
因此，有增加接片数量的动机。然而，增加接片数量会带来不同的挑战，比如包装和折叠接片中多余材料的方法。图1和2示出了具有接片的卷绕的导电材料片的端面的现有技术示例。接片布置成用于折叠，使得当接片折叠成电化学装置时将彼此电接触。然而，被折叠的接片占据的空间体积是累积的，使得当折叠时组合的接片的厚度影响电化学装置的尺寸。另外，折叠图1和2中的布置所示的材料量的困难也限制了接片数量。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种用于能量存储装置的导电材料片，所述片包括从片的纵向侧延伸的多个接片，所述片可围绕垂直于该纵向侧的绕组轴线缠绕以产生多个绕组；其中，所述接片沿着纵向侧间隔开，使得当所述片围绕绕组轴线缠绕时，接片围绕绕组轴线螺旋地布置。
在第二方面，本发明提供了一种电化学能量存储装置，包括容器、阴极材料片、阳极材料片和分隔件材料；所述片围绕绕组轴线缠绕在容器中，以提供具有弯曲侧壁和两个端面的圆柱形电化学电池组件；所述阳极材料片或阴极材料片中的至少一个具有从圆柱形电化学电池组件的一个端面延伸的多个接片；其中，所述接片围绕绕组轴线螺旋地布置在所述端面上。
围绕导电材料片的绕组轴线以螺旋形状布置的接片使得接片易于折叠，同时还极大地改善了跨电池的热传递。螺旋状的接片由于彼此偏置而更容易折叠。另外，设置在导电材料片上的接片数量最终不受接片折叠在一起时其整体所占据的体积的限制。因此，与现有技术的电化学装置相比，绕组数量可以增加，从而增加了本发明的电化学装置的能量密度和容量。接片数量也可以增加，从而为装置提供了降低的电压降、改善的热梯度和电流密度分布以及增加的导热性。
接片可以沿着纵向侧间隔开，使得当沿着绕组轴线观看卷绕的片时，每个接片的一部分长度与相邻的接片重叠。也就是说，接片可以沿着阳极或阴极片间隔开，使得当沿着绕组轴线观看圆柱形电化学电池组件的所述端面时，每个接片的一部分长度与相邻的接片重叠。在该特定实施例中，每个接片的边缘占据相邻螺旋状接片的一部分长度，使得当折叠时，接片彼此接触并有助于接片的折叠。这改善了电化学装置的组装的容易性，同时还提供了组装的接片之间的电接触。接片之间的电连接可以通过例如点焊或超声焊接来提供。
接片可以与导电材料片即阴极或阳极片或集电器片是一体的。为了防止浪费材料，可以通过将单独的金属条直接焊接到导电材料的未涂覆区域上来组装接片，而不是从导电材料片上切割接片。然而，增加焊接接片的数量导致更大的未涂覆区域，因此降低了电化学装置的总容量。另外，由于没有与由金属条构成的焊接接片相关的偏置或不连续性，因此提高了导电材料卷的绕组效率。由于当片被缠绕时接片呈螺旋状，因此与常规的带接片的片相比，接片的数量可以增加。这意味着产生更少的浪费的材料，因为更多的用于接片的材料可以保留在导电材料片的纵向边缘上。
每个接片沿着纵向侧的长度可以随着接片之间的间隔的增加而增加。接片的长度与热导率有关，使得增加的接片长度改善了热的导热。因此，在导电片的一端具有较长长度的接片允许沿特定方向的热传导。以类似的方式，每个接片的远离纵向侧延伸的高度可以不同。接片沿着纵向侧的高度可以随着接片之间的间隔的增加而增加。除了有助于导热之外，可以将较大高度的接片向内折叠在较小长度的接片上，以确保所有接片重叠。这些尺寸上的差异可以单独使用或结合使用。在特定实施例中，接片的螺旋可以沿顺时针方向向外延伸，使得具有最短长度和高度的接片最接近绕组轴线。换句话说，螺旋从最外侧接片到最内侧接片沿顺时针方向行进。该特定实施例在卷绕的基板的外绕组上提供较大的接片，从而将热量从电化学装置的中心带走。此外，较大的接片可以折叠并且将会到达装置的中心。在另一实施例中，片可以被卷绕，使得在端面上形成接片的一个以上螺旋。
阳极材料片和阴极材料片均可包括多个接片。阳极材料片的接片可以占据一个端面，而阴极材料片的接片可以占据另一端面。术语阳极片和阴极片用于描述导电材料，其是电化学装置的负电极或正电极或者形成其一部分。例如，术语阳极片将覆盖集电器片、电极片或复合片。当阳极片和阴极片都具有接片时，随着电压降的减小，装置的整体性能得到改善，以及热梯度和电流密度分布。另外，还提高了电化学装置的热导率。
该装置还可以包括在圆柱形电化学电池组件的端面上的至少一个垫圈，该垫圈包括用于收集阳极或阴极材料片的接片的螺旋狭槽。与用于装配在现有技术的接片布置上的垫圈相比，在垫圈上设置螺旋狭槽还允许覆盖更大面积的端面，从而提高了短路的安全性。垫圈可以由一个以上部分形成，使得当折叠接片时，垫圈的各部分保持在适当位置。
附图说明
为了更好地理解本发明，并更清楚地示出如何实施本发明，现在将参考以下附图以示例的方式描述本发明：
图1是形成现有技术的用于电化学装置的圆柱形组件的透视图；
图2是示出图1的圆柱形组件的端面的俯视图；
图3是用于本发明的电化学装置的圆柱形组件的透视图；
图4是示出图3的圆柱形组件的端面的俯视图；
图5是示出本发明的替代圆柱形组件的端面的俯视图；
图6是根据本发明的导电材料片的示意图；以及
图7是用于本发明的电化学装置的垫圈的示意图。
具体实施方式
图1和2示出了形成现有技术的一部分的果冻卷圆柱形组件1的示意图。圆柱形组件1a可以形成电化学装置的一部分，并且包括导电材料片2a，其绕着绕组轴线3a缠绕，以提供具有多个绕组4a的圆柱形卷。每个绕组4a具有接片5a。当缠绕时，接片5a组装并聚集在卷绕的导电材料片2a的顶面(图2中以俯视图示出)上的扇区6a中。接片5a然后可以彼此折叠并焊接到电化学装置的一部分上。
可以将垫圈(未示出为装置的一部分)放置在绕组的顶部，以隔离电化学装置的一部分。垫圈形成为使得其大体上是圆形的，去除了材料扇区，以容纳组装的接片6a的扇区。
图3至5示出了根据本发明的果冻卷圆柱形组件1的示意图。圆柱形组件1可以形成电化学装置的一部分。图6和7示出了电化学装置的复合部分，特别是图6示出了导电材料片，图7示出了垫圈。
图3和4示出了圆柱形组件1，其包括导电材料片2，该导电材料2绕着绕组轴线3缠绕以提供具有多个绕组4的圆柱形卷。绕组4具有至少一个接片5。当缠绕时，接片5在卷绕的导电材料片2的顶面上(图4中以俯视图示出)组装成螺旋形。接片5的间隔和大小使得当沿着绕组轴线3观看卷绕的片时每个接片5的一部分长度与相邻的接片5重叠。这在图3和4中示出。当螺旋6朝圆柱形组件1的外表面延伸时，接片5的高度Y和长度Z增加。然后可以将接片5折叠并焊接到电化学装置的一部分。图5中示出了具有不同形式的螺旋接片5的替代圆柱形组件100，其中接片布置成形成从绕组轴线3辐射出的两个螺旋。
图6中更详细地示出了导电材料片2。片2具有纵向长度L和纵向侧7。片2包括沿着片的一个纵向侧7间隔开的多个接片5。相邻接片之间的间隔沿着片的纵向长度L在一个方向上增加。如图6所示，沿着纵向侧7从左到右读取，第一接片8和第二接片9之间的间隔X小于第二接片9和第三接片10之间的间隔X'。此外，第二接片9和第三接片10之间的间隔X'小于第三接片10和第四接片11之间的空间X”。对接片5之间的间隔X、X'、X”的增加进行计算，使得当围绕绕组轴线3卷绕时，片2上的接片5以螺旋形式布置在圆柱形组件1的顶面上。
除了沿片2的纵向长度L改变接片5之间的间隔之外，接片5本身在高度Y和长度Z上都变化。具体地，随着接片5之间的空间增加，接片5沿纵向长度L在高度Y和长度Z上都增加。换句话说，第一接片8的高度和长度小于其相邻接片9的高度和长度以及沿片2的纵向侧7的每隔一个接片10、11。接片5之间的间隔及其高度和长度使得当片2围绕绕组轴线3缠绕时，接片5可以布置成具有足够的接片重叠的有序螺旋6。
圆柱形组件1可以包括第二导电材料片2。该第二片2可以采用集电器或电极的形式。当将两个片2缠绕并组合成圆柱形组件1时，接片5可占据两个端面(即顶面和底面)。两个接片5布置均可呈螺旋6。
图7示出了可以放置在圆柱形组件1的端面上的垫圈12。垫圈12具有螺旋形狭槽13，当片2围绕绕组轴线3缠绕时，该螺旋形狭槽13可以容纳接片5的螺旋6。将接片5布置成使得当将垫圈12围绕螺旋6放置并馈送到圆柱形组件1的端面上时，接片5可从外部绕组4折叠到彼此顶部。
圆柱形组件1如下制造。切割导电材料片2，使得接片5沿纵向侧7保留。每个接片5的长度和高度变化，使得长度和高度均沿纵向侧7增加，并且接片之间的间隔沿片2的纵向长度L增加。
切割的片2围绕绕组轴线2卷绕。接片5切割成使得当片2卷绕时，接片5以螺旋6在卷绕片2的顶面上对准。卷绕的导电片2还将包括其他材料，比如电极片和电解质材料。一旦片2被卷绕，便将垫圈12装配到带有接片5的片2的端面上，使得接片通过螺旋狭槽13被馈送。接片5然后可以在垫圈12上折叠并且焊接到能量存储装置的另一部分上。

Claims (10)

1.一种用于能量存储装置的导电材料片，所述片包括从片的纵向侧延伸的多个接片，所述片可围绕垂直于该纵向侧的绕组轴线缠绕以产生多个绕组；
其中，所述接片沿着纵向侧间隔开，使得当所述片围绕绕组轴线缠绕时，接片围绕绕组轴线以多于一个螺旋布置，
其中，所述接片沿着纵向侧间隔开，使得当沿着绕组轴线观看卷绕的片时，每个接片的一部分长度与相邻的接片重叠，其中，每个接片的边缘占据相邻螺旋状接片的一部分长度，使得当折叠时，接片彼此接触并有助于接片的折叠，其中，设置在导电材料片上的接片数量最终不受接片折叠在一起时其整体所占据的体积的限制，
其中，每个接片沿着纵向侧的长度随着接片之间的间隔的增加而增加，
其中，每个接片的远离所述纵向侧延伸的高度是不同的，
其中，所述接片沿着纵向侧的高度随着接片之间的间隔的增加而增加。
2.根据权利要求1所述的片，其中，所述接片与导电材料片是一体的。
3.根据权利要求1所述的片，其中，当所述片被缠绕时，所述接片的螺旋向外延伸，使得具有最短长度和/或高度的接片最接近绕组轴线。
4.一种电化学能量存储装置，包括容器、阴极材料片、阳极材料片和分隔件材料；所述片围绕绕组轴线缠绕在容器中，以提供具有弯曲侧壁和两个端面的圆柱形电化学电池组件；
所述阳极材料片或阴极材料片中的至少一个具有从圆柱形电化学电池组件的一个端面延伸的多个接片；
其中，所述接片围绕绕组轴线以多于一个螺旋布置在所述端面上，
其中，所述接片沿着阳极或阴极片间隔开，使得当沿着绕组轴线观看圆柱形电化学电池组件的所述端面时，每个接片的一部分长度与相邻的接片重叠，
其中，每个接片的边缘占据相邻螺旋状接片的一部分长度，使得当折叠时，接片彼此接触并有助于接片的折叠，其中，设置在导电材料片上的接片数量最终不受接片折叠在一起时其整体所占据的体积的限制，
其中，每个接片沿着纵向侧的长度随着接片之间的间隔的增加而增加，
其中，每个接片的远离所述端面延伸的高度是不同的，
其中，所述接片沿着纵向侧的高度随着接片之间的间隔的增加而增加。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述接片与所述阳极或阴极材料片中的至少一个是一体的。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述接片的高度和长度从所述端面的中心围绕螺旋增加，使得具有最短长度和高度的接片最接近绕组轴线。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其中，所述阳极和阴极材料片均包括多个接片。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述阳极材料片的接片占据一个端面，所述阴极材料片的接片占据另一端面。
9.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括在圆柱形电化学电池组件的端面上的至少一个垫圈，所述垫圈包括用于收集所述阳极或阴极材料片的接片的螺旋狭槽。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个垫圈和接片布置成使得当至少一个垫圈放置并馈送到圆柱形电化学电池组件的端面上时，接片能够从外部绕组折叠到彼此顶部。
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