CN1233053C - 一种用于棱柱形电池的电极组件 - Google Patents

Abstract

一种具有带活性表面区的电极的改进电池单元，所述活性表面区与导电体沿着整个边缘连接，由此使电阻最小化，允许电流以高比率向和从电池传输电流，从而电极平稳的放电。由多个电极产生电流，电极由附在导电基板上的活性材料形成。然后多个电极与多孔隔板层叠或卷绕成所希望的结构，上述多孔隔板将相邻电极与其它隔开。沿着在导电基板上所形成电极的整个边缘与基板的导电边缘部分连接，提供流入和流出电池的最大电流流动，同时减少在高电流应用中的热量。将最好由铜制成的细长的导电体连接到正负极边缘部分，与基本上整个电极的活性部分连接，以提供电流流入和流出电池的机构。

Description

一种用于棱柱形电池的电极组件

发明领域

本发明涉及一种把电能传输给电池外部并从电池外部传输电能、在电极和端子之间具有电传输的可再充电池，这将使两处之间的电流流动最大化。

发明背景

制造常规的电化学装置例如电池以向各种装置提供电能，满足上述装置对可靠方便的电供应的需要。这些电池装置向从手表到汽车的各种物品提供电能，结果，其价值主要在这些装置的能量密度或电储存容量以及它们持续地向电传输器件充分供应电流的能力。

对于更小的电池，在密封电池壳中制造的简易性和密封的需要促进了电池单元中柱形设计的采用。在典型的柱形结构中，正极和负极以薄板的型式机械地卷绕成具有夹在薄板电极之间的隔膜或吸收器的胶辊形态薄板电极。一个或多个导电片与电极连接，从这里将功率传输到与电池单元外部相联系的端子。许多时候含有电池的壳体用作端子之一。为了放在需要电池、但缺少用于柱形设计所需空间的电话机中或为了用于需要大电流的装置例如交通工具中的大电池，形成矩形或立方形的其它电池。

可再充电池广泛用于工业和商业应用的各领域以给交通工具、电子设备或相似装置提供功率。但由于需要电流以足量水平流到电池之外以提供功率到与电池连接的装置，因此必须考虑到可再充电池存在的另一问题。当给交通工具加速的情况时，有时此电流流动可能处于极度状态。但是一旦放电，可充电池还需要电流能够以足量水平流回到电池电极以给电池充电，但是不够快以至于破坏了从端子到电极的内部连接，使电池过热，甚至毁坏电池。

因此，将功率输出到特定元件的电池单元的选择，是对特定电池类型固有的不同状态的折中或平衡。在可再充电池中，例如，为了获得每单位重量更高功率输出，与那个电池中导电材料的量相比，需要更多的电解活性材料。相反，如果希望更高的功率输出，需要增加导电电极材料的量。

通常，在圆柱形可充电池中更厚的电极提供更高的能量容量，这是由于对于相同能量比率，电极比更薄的电极要短，因此需要更短的尺寸。较厚电极产生每单位体积更少的表面积，因此存在更多的活性材料。但是，在经常受到如何制造薄型电极的限制时，这将导致电池功率性能的降低。另外，柱形电池的直径也经常受到热处理问题的限制。

对于这种设计观念普遍的选择是通过棱形电池提供，此棱形电池设计成为适用于即将开始工作的功率和能量流动特性的恰当结合。棱形可充电池的常规设计具有以不连续的薄板形成的正极和负极，薄板被隔开地彼此相邻，形成电池组。导电片通过焊接或其它方式连接到形成正极和负极基础的极板的一个边缘的位置上，并与在相对端面上的正极或负极端子连接，以提供电池的外部连接。

在常规电池设计中，与两个端子最接近的各电极部分将进行最多的电解反应，相反，那些与电极最远的仅在接近耗尽的电极的最近部分参与反应。常规电池设计的另一个有问题的方面是常规电池设计源于如下事实：只要放置在正极和负极端子之间的电解质在电解反应中开始减少，电池内阻就会增加。更进一步说，当采用与电极连通的上述常规导电片和端子，在放电和充电期间，从电极到端子的高电流流动可能导致对于处理电流流动电极与端子的连接不充分而造成电池严重的损坏。

可以看到，在电极和端子传输之间的腐蚀应当减小到最低程度是必须的。另外，从电极到端子必须提供导电路径，除了抵抗高电流的需要，相对于从端子到电极的距离应当基本上均衡考虑，使在单个电极上反应面积最大，由此电流流动最大和热量最小。

迫切需要一种棱柱形电池，此电池具有补救有关上述常规设计问题的元件。这样的棱柱形电池将在两个电极和从电极传输电流到两个端子的集电体之间提供最大的传输面积，以便在两个方向上使传送电流最大并使热量最小。这种棱柱形构造的电池还具有在最小物理面积中的高容量并容易制造。

发明概述

常规制造的棱柱形电池一般以多个叠层电极容纳在电池壳中、并与外部端子连接为特色。在常规棱柱形电池中，通过将正极活性材料放置在平的基板上形成的正极形成正极的正活性表面区域。以相同方式，通过将负极活性材料放置在平的基板上由此形成负极的负活性表面，从而形成的负极的负活性表面区。正极和负极与位于每个正、负极之间的多孔非导电材料的隔板以叠层设置在电池壳的内部。

通过各电极的正活性表面区域和负活性表面区域产生的电流通过导电片传输，导电片焊接或附在基板的边缘或角上，上述基板提供正极和负极活性区域的基础。所有负极的接片电连接并与电池的负极柱相连，与正极相连的接片彼此电连接并与电池的正极柱相连。

常规的接片的设置是为了达到电流流经或流到电极的需要。如果制成的电极将接片紧密的放置在一起，就可以以低电阻从电极的顶端收集电流。这样的优点是暂时的，因为顶部变为放电、然后电流必须穿过电极的中心，然后经过并达到电极的底端。一种想法可以让电极的宽度更窄一些，但是反应区将变窄并更长，迫使电流穿过越来越小的区域，这样需要区域移动到更长的电极。

改进的设置是这样的：经过的距离是电极叠层的宽度W。现在W可以减小到接近于零，这样电阻电阻可以减小到理想的低值。上述需要任一个或两个拐角接片或侧面的集流体具有比电极低得多的电阻。通过加厚连接在极板上面的导电体的厚度而减小极板的电阻将过度地减少电池的容量。因此，当与集电拐角接片或侧接片相比时，电极在电阻方面相对高。

另外，侧面或拐角集流体的材料总电阻必须异常的低，以达到非常高功率的装置所需要，使得设想成为现实。优选设计提供由镀镍保护的铜集流体以提供非常低的电阻。常规设计典型地采用抗蚀纯镍集流体，以避免需要优质无孔电镀，防止铜腐蚀。这存在由于在拐角接片设计中由更高的电阻引起的运送能量的损失。能量损失作为热量从电池组排出。这种热量产生可能引起非常高的温度和电池组的失效。

恒电流下进行评估，显示出优选结构优于传统结构。象征性的电阻用于拐角、侧接片的和叠层电极的评估(即，接片的电阻远远低于电极的电阻)。

在图2a中，显示了常规设计的电压分布。对于这种情况，总电压降是0.063V。

在图2b中，显示了电流将仅为在顶部叠层的电流的6％。这些使得电压降减少到最小程度。

在图3a中，显示了优选情况的电压分布。总电压降为0.022V。

在图3b中，在极板底部的电流至少是顶部电流的68％。

由优选设计的最初电压损失约为常规设计的36％。没有显示出的是当电池放电时增加的优势。常规设计将在顶部完全放电，当反应区向极板的底部移动时，反应距离和电压降将提高。

与常规棱柱形电池结构有关的上述和其它问题将通过这里公开的元件、它们的结构及其相互关系克服，以生产出改进的棱柱形电池，这种电池在两个电极和它们相连的端子之间具有最大的平衡电流。

此处的装置和公开的优选实施例特点在于电极组件的独特形成，此电极组件生产的平板、立方体和其它结构的棱柱形电池。改进设计的关键是采用将从电极边缘到端子的区域接触和电流传输最大化的电极装配。在公开的实施例中，两个电极与一个或多个端子接触并从它们全部的各边缘表面传输电流，由此与采用小的焊接条以提供这种电流传输的上述常规棱柱形电池相比，本实施例在效用方面有主要提高。通过所公开的设计不仅使电阻最小化，而且消除了现有技术所需要的将接片焊接到两个电极和端子上时的时间消耗和花费需要。

在矩形的实施例中，多个基本上平的导电基板材料的矩形板均用适量的活性材料混合物覆盖，上述活性材料在基板的涂覆表面上形成正极和负极。将作为正极的基板用最适于端子预期采用的活性材料覆盖。对将用作负极的基板进行相同处理。形成正极和负极的每个基板的一个边缘沿着整个边缘都没有被覆盖。

然后将形成正极的基板与形成负极的基板邻接层叠，但通过夹在之间的隔板纤维的矩形片隔开，但仅隔开由活性材料和邻接基板覆盖的区域，和在连接的每侧边缘上剩余所有的未覆盖边缘。当层叠完成时，形成正极的涂覆基板的所有未覆盖边缘放置在彼此邻接的叠层的一侧上，相对正极的未覆盖边缘放置未被涂覆的负极边缘。

可知，由这样的多个正极和负极以这种新方式的装配形成的每个电极组件将从与活性材料相邻的一个整个边缘传输电流。

为了进一步使流到端子的电流最大，然后将所有暴露出的未覆盖电极侧连接到一对与正极和负极叠层的边缘相连的导电体，确保边缘彼此连接，连接到用于向装置外部进行电流传输的正极和负极端子。因此，来自各个和每个电极的电流基本上提供到整个边缘，以与端子连接，使流动最大并使热量最小。另外，因为从正极和负极上每个区域到它们各自的未覆盖边缘的用于电子收集的导电路径的距离是基本上相等的，上述电解反应沿着每个电极的整个表面区域是均匀的，因此减小了不均匀反应的严重后果。

因此，在此声明的本发明的目的是提供一种电极装配设计，此设计通过使每个电极与端子存在最大的接触，使电流向电极流入和电流从电极流出的电阻最小。

本发明的另一个目的是提供一种棱柱形电池，这种电池在没有损害的情况下提供最大化的电流传递。

本发明的再一个目的是提供一种棱柱形电池，此电池是以新型式构成以消除用于在电极和端子间连接的接片和金属丝的焊接。

本发明的还有一个目的是提供一种棱柱形电池，此电池使在短时间内的高电流流动引起的热问题最小化。

本发明的额外目的是提供一种棱柱形电池，此电池可以用一个或多个在此之间的连接很容易地连接到其它棱柱电池。

本发明的目的可以通过以下的方案实现：

即，本发明提供一种用于棱柱形电池的电极组件，所述棱柱形电池具有其中装有电解质的壳体，上述电极组件包括：以层叠关系设置的多个矩形的电极，电极的长度较宽度为大；包括至少一个正极的所述多个电极，所述正极具有与正极导电边缘部分连接的正极活性表面区；包括至少一个负极的所述多个电极，所述负极具有与负极导电边缘部分连接的负极活性表面区；基本上沿着所述正极的一个长度边缘形成并与正极集流体连接的所述正极导电边缘；基本上沿着所述负极的一个完整长度边缘形成并与负极集流体连接的所述负极导电边缘；多孔隔板，放置在每个所述正极的所述正极活性表面区和每个所述负极的所述负极活性表面区之间；以及，从所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分向所述电池外部的设备传输电流的装置，其特征在于，电极以卷绕层叠方式沿电极宽度卷绕而形成叠层，电极集流体则与电极一长度边缘连接。

另外，所述正极表面和所述负极表面可叠加，所述叠加限定反应平面；以及从在所述反应平面上的任意一点到所述正极导电边缘的距离和到所述负极导电边缘的距离之和基本上相等，其特征在于，电极集流体为金属导体，其沿电极长度延伸并在电极顶端向相对之电极集流体弯曲向内并在内曲向部分上形成与外界接触的接触器。

在所述多个电极中的每个电极还可由以下部分形成：具有位于所述导电基板的电解活性材料的导电基板；位于形成所述正极的所述导电基板上的所述电解活性材料区，所述电解活性材料区限定所述正极活性表面区；所述正极的所述正极导电边缘部分，此正极导电边缘部分是与所述正极活性表面区相邻的所述导电基板的区域；以及，位于形成所述负极的所述导电基板上的所述电解活性材料区，所述电解活性材料区限定所述负极活性表面区；以及，所述负极导电边缘部分，此负极导电边缘部分是与所述负极活性表面区相邻的形成所述负极的所述导电基板的区域。

有益的是，每个所述正极的所述正极导电边缘部分彼此相邻叠加；每个所述正极的所述正极导电边缘部分以基本上彼此对齐的方式彼此相邻的叠加由此形成的正极边缘部分；每个所述负极的所述负极导电边缘部分以基本上彼此对齐的方式彼此相邻的叠加由此形成的负极边缘部分；所述正极端部位于从所述负极边缘部分的所述电极组件的相对侧上。

还有，所述多个电极可层叠而成，所述正极的所述正极活性表面区偏置(offset)于所述负极的所述负极活性表面区、所述负极的所述负极活性表面区偏置于所述正极的所述正极导电边缘区。

或者，所述至少一个正极的所述正极活性表面区小于所述至少一个负极的所述负极活性表面区的形成尺寸。

有利的是，所述正极导电边缘部分和所述负极导电边缘部分位于所述电极组件的相邻侧，所述电极组件是通过将所述多个电极以所述层叠关系设置形成的。

再者，所述导电体与所述正极的所述正极导电边缘部分连接，并与所述负极的所述负极导电边缘部分连接，确保所述多个电极以所述层叠关系。

优选地，从所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分向所述电池外部的设备传输电流的所述装置包括：基本上分别贯穿到所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分的整个长度的细长的导电体，每个所述导电体与电池外部的端子连接。

所述导电体可具有低于10e-6Ω·cm的体电阻率。

所述导电体可为铜或所述导电体是镀镍的。

可以将由正负极集流体之间的距离产生的电阻减小，以达到电极叠层所需电阻的理想的低水平。

另外，还提供一种用于棱柱形电池的电极组件，包括：以卷绕关系设置的多个平行揩叠的电极；电极包含大致平行的矩形电极片，矩形电极片以卷绕层叠方式沿电极宽度卷绕而形成叠层；包括至少一个正极的所述多个电极，所述正极具有与正极导电边缘部分连接的正极活性表面区；包括至少一个负极的所述多个电极，所述负极具有与负极导电边缘部分连接的负极活性表面区；基本上沿着所述正极的一个完整边缘形成正极集流体的每个所述正极导电边缘；基本上沿着所述负极的一个完整边缘形成负极集流体的每个所述负极导电边缘；放置在每个所述正极的所述正极活性表面区和每个所述负极的所述负极活性表面区之间的多孔隔板；以及，从所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分向所述电池外部的设备传输电流的装置。

其中，所述多个电极可围绕心轴以所述卷绕关系设置。

有利的是，从在所述正极表面区上的任意一点到所述正极导电边缘的距离和到所述负极导电边缘的距离之和基本上相等；以及从在所述负极表面区上的任意一点到所述正极导电边缘的距离和到所述负极导电边缘的距离之和基本上相等。

优选地，从所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分向所述电池外部传输电流的所述装置包括：基本上分别贯穿到所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分的整个长度的细长的导电体，当以所述卷绕关系时，每个所述导电体与电池外部上的端子连接。

所述导电体可具有低于10e-6Ω·cm的体电阻率。

其中，所述导电体可为铜，或所述导电体是镀镍的。

有利地，所述导电体的每一个具有多个所述端子，所述端子沿着所述电极组件的侧边缘与之连接。

本发明更进一步的目的将在下述具体说明部分显示出，其中详细描述是出于更全面的公开本发明的目的，但是本发明并不限制于此。

附图的简要说明

结合其中并形成此具体描述的一部分的附图说明解释了所公开装置的优选实施例，用于与具体说明一起揭示本发明的原理。

图1是现有技术的描述，描述了具有焊接或连接到电极的接片的常规棱柱形电池的分解图。

图2是现有技术的棱柱形电池的示意图。

图2a描述由于焊接片设计限制电流从电极的流动而导致整体的更高电压降。

图2b用图形描述了即使在叠层的顶部一定出现电流重新分布，也会导致高电压损失。

图3是本发明的棱柱形电池的示意图。

图3a描述由公开装置提供的更低的总电压损失。

图3b显示所公开装置的电流分布更加平稳并将保持其低电压损失长达放电。

图4显示了装置，此装置的特点在于：在相对侧面具有未覆盖边缘的多个矩形电极用在活性覆盖区域和导电基板的邻接板之间的隔板一起层叠。

图5描述多个层叠的电极。

图6描述用细长的的汇流条将电极的正极和负极导电边缘紧密配合的装置的实施例。

图6a描述用多个接触器连接到多个电极叠层的正极和负极导电边缘的不同实施例。

图7-10描述采用与多个端子连接的多层的装置的形成卷绕的实施例。

图11显示了用在每一侧上的多个电接触器将所公开的装置围住的优选实施例的侧切面图。

图12描述了一实施例，其特点在于在装置每一侧的单独接触器与细长的导电体连接。

图13显示一装置实施例的截面图，此装置的特点在于安装接触器的顶部与沿着两侧的每一侧伸展的导电体连接。

图14描述图13的底视图。

图15描述了具有在用于将电能传入电极并从电极传出的每个侧边上的多个侧安装接触器的封装后的叠层电极。

图16显示了封装后叠层电极实施例，此实施例具有单独的侧安装接触器，此接触器用于将电能传入电极并从电极传出。

所公开装置优选实施例的详细说明

现在参考描述图1-2，描述常规制造的棱柱形电池的现有技术。图1描述分解图，显示了形成常规构成的棱柱形电池单元11的多个叠层电极13。在常规棱柱形电池11中，正极14是通过将正极活性材料18放置在基板16上以形成正极活性表面区20而形成的。

负极24通过将负极活性材料19放置在基板17上由此形成负极活性表面区26形成的。正极12和负极24以层叠排列的方式放置，并将非导电性材料的隔板30放置在多个正极14和负极24的每个之间，上述隔板有充分多的孔以提供所选择的电解液在此通过的路径。

通过焊接在每个正极基板16和负极基板17的边缘或拐角上的接片21提供从正极活性表面区20、负极活性表面区26以及通过隔板30在此之间进行传送的电解液的电流传输。在单独的正极14的情况下或者在接着将多个正极14全部连接到用作电池单元11的正极端子25的导电体23的情况下，焊接或连接到叠层的正极基板16的接片21形成正极端子25。在采用一个负极24的情况下、更普遍的是采用多个负极24的情况下，连接条21同样焊接或连接到负极基板17，由此形成负极端子27，它们被同样地连接并固定到导电体23，由此形成电池11的负极端子27。导电体23与外部接触器44连接将允许这种接触器44在充电器件或电池11外部的电池供能设备与正极端子25和负极端子27之间进行连接。

这种常规设计的固有缺陷在于焊接到正极和负极基板16和17的小区域的连接片21与优选设计相比，建立了更长和更高电阻率的路径。对于这种增加距离的需要在常规设计中在先进行了描述。更进一步说，在充放电循环期间，迫使所有电流由此额外距离从电极流进、流出而产生的热量由电池11迅速的增加。

在图3-6中描述了所公开装置10的电极结构，此装置克服了现有技术的缺点。如图3中所述，所公开装置10的特征在于：以至少一个正极14和一个负极24型式的多个电极形成矩形平面型式。应当理解多个电极基本上具有形成装置10的多个正极14和多个负极24，在装置10中的多个电极中的正极和负极的数量不一定相等，如所描述那样，在许多情况下，采用的正极14和负极24的数量也可以不相等。

在此描述的本装置的这个和其它实施例中，一个或多个电极叠层由多个电极形成，每个叠层由基本上形成矩形形状的、彼此相邻叠加的一个或多个正极14和一个或多个负极24形成。形成正极14的材料的特点在于：具有在其上形成的正极活性表面区20的矩形正极基板16，上述正极活性表面区20是通过将以电解的正极活性材料18粘接到正极基板16的一个或两个侧面，由此形成正极14的正极活性表面区20。通过电解活性材料18，留下基板16的一个完整的边缘表面不覆盖，由此限定正极导电边缘22和正极集流体，正极集流体基本上与正极活性表面区20的整个边缘电连接。如上所述，都具有长度比宽度要长的正极14和负极24的矩形形状是优选的形成方案。

形成负极24的矩形基板17的材料由形成其上的负极活性表面区26形成，上述负极活性表面区是通过将以适于负极24的电解活性材料19粘接到形成负极25的基板17一个或两个侧面形成的。此外，通过电解活性材料19，留下负极基板17的基本上完整的边缘表面不覆盖，由此限定负极导电边缘28和负极集流体，负极集流体基本上与负极活性表面区26的整个边缘电连接。

如图4所示，通过允许在正极导电边缘22的基本上整个长度和正极活性表面区之间进行电连接，由于正极和负极集流体的空间紧密，来自正极14的电流流动的阻力最小化。以相同型式构成的负极24的原理是相同的。基本上全部的正极导电边缘22与正极活性表面区20、基本上全部负极边缘28与负极活性表面区26延长的接触，由此解决了现有技术中所关注的、导电路径更长、并且由此导致的限制了从电极的电流流动的问题。基本相邻的均等的成型尺寸的电极的正负极的叠加所形成的区域称为反应平面。在两个电极上的反应区是最大的，这是因为在形成正极集流体的正极导电边缘22和形成负极集流体的负极导电边缘28之间的距离的量对于在这个反应平面中的每一点是基本上相等的。在装置10的充放电期间内，由于电极的导电距离的最小化，相同的结构减少了装置10产生的热量。

如上所述，以基本为矩形型式形成的多个电极以彼此紧密相邻的层叠关系放置，并将具有足够多孔的非导电材料的隔板30放置在多个正极和负极14和24的每一个之间以使所选择的电解液流过，这样层叠。在本优选的矩形实施例的样式中，所有的正极导电边缘22基本上相当于形成尺寸，当在叠层设置中，所有正极导电边缘22彼此相邻、紧密放置、从电极中的任何负极24的负极活性表面区偏置，这样层叠。负极导电边缘28也是同样的，负极导电边缘28也最好在尺寸上与形成尺寸基本相同以使导电表面区最大化，并将负极导电边缘28放置在层叠的多个电极的相对侧边，从多个电极12的正极14构件的正极活性表面区偏置。

一旦由正极14和负极24形成的多个电极是层叠的关系，并具有放在每个构件之间的隔板30，利用正极边缘部分和负极边缘部分与各自的导电体36连接的方式，将设置在装置10每一侧的形成正极边缘部分40的相邻正极导电边缘22和形成负极边缘部分42的相邻负极导电边缘28分别与细长的导电体36连接成电接触。在利用经正极边缘部分40和负极边缘部分42分别连接的导电体36和坚固件38的最佳实施例中，完成这种连接。在本的最佳实施方式中，在此描述的所有实施例的导电体36和用于它们连接的任何元件最好由金属制成。其中体电阻率低于10e-6Ω·cm。例如在此最佳实施方式中，优选采用铜是1.7e-6Ω·cm。另外，形成导电体36并连接元件的材料最好是由防腐蚀或用导电的防腐蚀材料覆盖的材料制成，在本装置的最佳实施方式中，出于此目的，导电体是镀镍的。应注意，在本最佳实施方式中，通过紧固件38分别连接正极边缘部分40和负极边缘部分42，完成导电体36对边缘部分的连接。但是焊接的紧固件或咬口夹或其他连接方式也可以在某些情况下采用，这是可以预料到的。与紧固件配合的末端是由配合设置的末端紧固件39保证，在描述的实施方式中末端紧固件39是带由内螺纹的螺帽，在配合的紧固件38的末端上设置相似的螺纹，然后可以将螺帽紧密的啮合在与之配合的紧固件38之上以用导电体36压紧正极边缘部分40和负极边缘部分42，由此获得优异的导电接合。

在优选实施方式中，将导电体36成形为由基本为正极边缘部分40的整个长度上形成的连接附件，导电体36在它与负极边缘部分42的连接中也是这样的。通过利用这种连接结构，使分别从正极边缘部分40和负极边缘部分42进出正极活性表面区20的电流和进出负极活性表面区26的电流最大化而且相等，由此产生上述减少热量和扩大电流流动的优点。随后，形成装置10的正负极14和24的多个电极的能力被迅速增加，以在峰电流拉出(draw)期间提供高电流流动并允许来自充电装置的高转化电流流动以快速充电。

如图6所示，导电体36提供与接触器44的电连接，由此进出器件10装配的多个电极的电能可以连接到引线或相似的电连接的常规方式。在图6中，显示了在每个导电体36上的一个接触器44；但是可以预料在高电流应用或充电环境中例如给汽车提供能量，在每个导电体36上还可以提供多个接触器44以允许多个连接点，以传输能量出、入器件10。当装配多个电池以给大设备提供能量例如汽车、电池需要以串联或并联的方式彼此电连接以达到所希望的电压和电流流动以给交通工具供应能量时，具有多个接触器44的多个连接点将使特别有帮助的。这种电池设置能够通过在所提供的多个接触点之间的导线而很容易的连接。当然接触器44可以采取各种常规形状和形式，以便容纳导线或连接器，上述导线或连接器或共同用于与接触器44相配合，这是可以预料到的。

在图7-10中描述了本装置的另一个优选实施例，图7-10显示了形成此实施例的方法和结构，其特点在于：图7中形成基本为矩形型式的多个电极，并且多个电极的长度与它们的宽度相比基本上更长。本实施例采用至少一个正极和负极14和24的相同的叠层结构，上述正负极14、15形成具有叠盖的反应区的多个电极，并且在形成叠层的多个电极构件的每个之间具有隔板。但是，胜于具有排列起以形成叠层的多个单独的电极，本实施例通过形成多个延长的电极、并与它们之间隔板30以卷绕层叠的方式卷绕在心轴46上而形成叠层。最好采用从负极活性表面区26的正极导电边缘22和从正极活性表面区20的负极导电边缘28的相同偏置。

一旦围着心轴46卷绕，叠层将由所有相邻的相似尺寸加工的正极导电边缘22形成相同的正极边缘部分40，并将由所有相邻的相似尺寸加工的负极导电边缘28形成相同的负极边缘部分42。当卷绕在心轴46上并确保其在上面时，可以在正极导电边缘22和负极导电边缘28的顶部和底部的多个电极构件的拐角处切成选择性的凹槽48，以形成更加平整的所限定的正极边缘部分40和负极边缘部分42。当卷绕时，通过在围绕心轴46卷绕的多个电极的外面放置额外条的隔膜30，本实施例中的隔膜30还可以用作形成装置10的外部绝缘体50。

如图7-10所述，卷绕实施例采用细长的导电体36，导电体36在长度上基本等于所形成的正极边缘部分40和负极边缘部分42，或如已经描述的那样，采用放置在缝隙49中的一个或多个接触器44，上述缝隙49形成在一对正极边缘部分40之间和一对负极边缘部分42之间。缝隙形成尺寸由心轴46的厚度限定并且是卷绕工艺的自然结果。在此实施例中，采用配合紧固件38将正极边缘部分40和负极边缘部分42与位于缝隙49中的接触器44连接，将正极边缘部分40固定。

图11显示所公开的装置10的优选实施例的侧切面图，装置10包括连接壳体52的每一侧的边多个电接触器44，利用配合紧固件38和末端紧固件39来提供一种用于向正极导电边缘22和负极导电边缘28对导电体36的施压接合进行最可靠的连接的装置，电接触器44电连接到导电体36。当然，在壳体52中的多个电极可以是单层设置、多层设置或围绕轴心46卷绕的实施例。

图12表示特点在于在装置的每一侧具有单独的接触器44的实施例，每个接触器与细长的导电体36连接，上述细长的导电体36在分别与正极导电边缘22和负极导电边缘28压紧的共同接合中。在壳体52中多个电极结构的选择当然可以是一个叠层、多个叠层或如例子中那样卷绕在心轴46上。

图13和14显示一个装置的实施例，该装置的特征在于在顶部安装接触器44，接触器44与在两侧的每一侧延伸的细长的导电体36相连。将由多个电极形成的一个或多个叠层固定并与在正极边缘部分40和负极边缘部分42上的导电体36都连接。将层叠的电极装入壳体52中，提供填充路径54以向壳体52的内部提供电解液。如前所述，在壳体52中多个电极结构的选择可以是一个或多个电极叠层或卷绕在心轴46上。

图15描述了装入壳体后的图11的叠层电极，其具有多个侧安装的正极接触器44，此接触器通过壳体52与多个层叠的、以上述方式放置在壳体内的多个电极连接。将第二多个负极侧安装接触器44放置在外壳52的相对侧的边缘上以同样的方式提供与负极的电连接。

图16示出装入壳体后的图12的叠层电极的实施例，用单独安装的接触器44向和从正极和负极传输电能。

应当理解，此处所公开的装置的最佳实施例采用对于在棱柱形电池中平面电极的结构、形成、位置的各个方面均进行了改进。但是，利用此处所公开的一种或更多的单独改进也可以取得明显的改进性能和实用性，这是可以预料的。另外，参考特别的实施例及其组成，已经在此对本装置和方法进行了描述，所进行修改、各种变化和替换的范围也在上述公开的范围内，在某些情况下，装置的某些特点是显而易见的，在没有脱离前述装置和方法的范围、没有其他特征的相应采用的条件下，可以采用以改善所存在的电池。因此，所有这样的变化和修改都包括在本发明的范围内，正如由下述权利要求所限定的。

Claims (29)

1.一种用于棱柱形电池的电极组件，所述棱柱形电池具有其中装有电解质的壳体，上述电极组件包括：

以层叠关系设置的多个矩形的电极，电极的长度较宽度为大；

包括至少一个正极的所述多个电极，所述正极具有与正极导电边缘部分连接的正极活性表面区；

包括至少一个负极的所述多个电极，所述负极具有与负极导电边缘部分连接的负极活性表面区；

基本上沿着所述正极的一个长度边缘形成并与正极集流体连接的所述正极导电边缘；

基本上沿着所述负极的一个完整长度边缘形成并与负极集流体连接的所述负极导电边缘；

多孔隔板，放置在每个所述正极的所述正极活性表面区和每个所述负极的所述负极活性表面区之间；以及

从所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分向所述电池外部的设备传输电流的装置，其特征在于，电极以卷绕层叠方式沿电极宽度卷绕而形成叠层，电极集流体则与电极一长度边缘连接。

2.根据权利要求1所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于，所述正极表面和所述负极表面叠加，所述叠加限定反应平面；以及

从在所述反应平面上的任意一点到所述正极导电边缘的距离和到所述负极导电边缘的距离之和基本上相等，其特征在于，电极集流体为金属导体，其沿电极长度延伸并在电极顶端向相对之电极集流体弯曲向内并在内曲向部分上形成与外界接触的接触器。

3.根据权利要求1所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于，在所述多个电极中的每个电极由以下部分形成：

具有位于所述导电基板的电解活性材料的导电基板；

位于形成所述正极的所述导电基板上的所述电解活性材料区，所述电解活性材料区限定所述正极活性表面区；

所述正极的所述正极导电边缘部分，此正极导电边缘部分是与所述正极活性表面区相邻的所述导电基板的区域；以及

位于形成所述负极的所述导电基板上的所述电解活性材料区，所述电解活性材料区限定所述负极活性表面区；以及

所述负极导电边缘部分，此负极导电边缘部分是与所述负极活性表面区相邻的形成所述负极的所述导电基板的区域。

4.根据权利要求1所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于每个所述正极的所述正极导电边缘部分彼此相邻叠加；

每个所述正极的所述正极导电边缘部分以基本上彼此对齐的方式彼此相邻的叠加，由此形成的正极边缘部分；

每个所述负极的所述负极导电边缘部分以基本上彼此对齐的方式彼此相邻的叠加，由此形成的负极边缘部分；以及

所述正极端部位于从所述负极边缘部分的所述电极组件的相对侧上。

5.根据权利要求2所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于每个所述正极的所述正极导电边缘部分彼此相邻叠加；

每个所述正极的所述正极导电边缘部分以基本上彼此对齐的方式彼此相邻的叠加由此形成的正极边缘部分；

每个所述负极的所述负极导电边缘部分以基本上彼此对齐的方式彼此相邻的叠加由此形成的负极边缘部分；

所述正极端部位于从所述负极边缘部分的所述电极组件的相对侧上。

6.根据权利要求1所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于，所述多个电极层叠而成，所述正极的所述正极活性表面区偏置于所述负极的所述负极活性表面区、所述负极的所述负极活性表面区偏置于所述正极的所述正极导电边缘区。

7.根据权利要求5所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于，所述多个电极层叠而成，所述正极的所述正极活性表面区偏置于所述负极的所述负极活性表面区、所述负极的所述负极活性表面区偏置于所述正极的所述正极导电边缘区。

8.根据权利要求6所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述至少一个正极的所述正极活性表面区小于所述至少一个负极的所述负极活性表面区的形成尺寸。

9.根据权利要求7所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述至少一个正极的所述正极活性表面区小于所述至少一个负极的所述负极活性表面区的形成尺寸。

10.根据权利要求1所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述正极导电边缘部分和所述负极导电边缘部分位于所述电极组件的相邻侧，所述电极组件是通过将所述多个电极以所述层叠关系设置形成的。

11.根据权利要求1所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体与所述正极的所述正极导电边缘部分连接，并与所述负极的所述负极导电边缘部分连接，确保所述多个电极以所述层叠关系。

12.根据权利要求1所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于从所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分向所述电池外部的设备传输电流的所述装置包括：基本上分别贯穿到所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分的整个长度的细长的导电体，每个所述导电体与电池外部的端子连接。

13.根据权利要求2所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于从所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分向所述电池外部的设备传输电流的所述装置包括：基本上分别贯穿到所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分的整个长度的细长的导电体，每个所述导电体与电池外部的端子连接。

14.根据权利要求12所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体具有低于10e-6Ω·cm的体电阻率。

15.根据权利要求14所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体具有低于10e-6Ω·cm的体电阻率。

16.根据权利要求15所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体是铜。

17.根据权利要求13所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体是铜。

18.根据权利要求16所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体是镀镍的。

19.根据权利要求17所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体是镀镍的。

20.根据权利要求1所述的棱柱形电池的电极组件，其特征在于可以将由正负极集流体之间的距离产生的电阻减小，以达到电极叠层所需电阻的理想的低水平。

21.一种用于棱柱形电池的电极组件，包括：

以卷绕关系设置的多个平行揩叠的电极；电极包含大致平行的矩形电极片，矩形电极片以卷绕层叠方式沿电极宽度卷绕而形成叠层；

包括至少一个正极的所述多个电极，所述正极具有与正极导电边缘部分连接的正极活性表面区；

包括至少一个负极的所述多个电极，所述负极具有与负极导电边缘部分连接的负极活性表面区；

基本上沿着所述正极的一个完整边缘形成正极集流体的每个所述正极导电边缘；

基本上沿着所述负极的一个完整边缘形成负极集流体的每个所述负极导电边缘；

放置在每个所述正极的所述正极活性表面区和每个所述负极的所述负极活性表面区之间的多孔隔板；以及

从所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分向所述电池外部的设备传输电流的装置。

22.根据权利要求21所述的用于棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述多个电极围绕心轴以所述卷绕关系设置。

23.根据权利要求21所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于从在所述正极表面区上的任意一点到所述正极导电边缘的距离和到所述负极导电边缘的距离之和基本上相等；以及

从在所述负极表面区上的任意一点到所述正极导电边缘的距离和到所述负极导电边缘的距离之和基本上相等。

24.根据权利要求22中所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于从在所述正极表面区上的任意一点到所述正极导电边缘的距离和到所述负极导电边缘的距离之和基本上相等；以及

从在所述负极表面区上的任意一点到所述正极导电边缘的距离和到所述负极导电边缘的距离之和基本上相等。

25.根据权利要求21中所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于从所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分向所述电池外部传输电流的所述装置包括：基本上分别贯穿到所述正极的所述正极导电边缘部分和所述负极的所述负极导电边缘部分的整个长度的细长的导电体，当以所述卷绕关系时，每个所述导电体与电池外部上的端子连接。

26.根据权利要求25所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体具有低于10e-6Ω·cm的体电阻率。

27.根据权利要求26所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体是铜。

28.根据权利要求26所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体是镀镍的。

29.根据权利要求25中所限定的棱柱形电池的电极组件，其特征在于所述导电体的每一个具有多个所述端子，所述端子沿着所述电极组件的侧边缘与之连接。

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