DE102018117170A1

DE102018117170A1 - Batteriezelle mit vergrössertem laschenbereich und verfahren und vorrichtung zum herstellen derselben

Info

Publication number: DE102018117170A1
Application number: DE102018117170.6A
Authority: DE
Inventors: Sherman H. Zeng; Chih-Cheng Hsu
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2019-01-17
Also published as: US11171329B2; US20190020018A1; US20190355987A1; CN109273757A; US20190355986A1; US11171330B2; US10431816B2

Abstract

Die Zelle beinhaltet eine erste Elektrodenfolie, die einen ersten Körper und eine erste Lasche aufweist. Die Zelle beinhaltet eine erste Elektrodenfolie, die einen ersten Körper und eine erste Lasche aufweist. Der erste Körper weist lange Kanten auf, die eine Länge definieren und kurze Kanten, die eine Breite definieren. Ein Länge-Breiten-Verhältnis des ersten Körpers beträgt mindestens zwei, aber kann mindestens fünf betragen. Die erste Lasche erstreckt sich von einer der langen Kanten des ersten Körpers, und befindet sich vollständig zwischen einer der kurzen Kanten des ersten Körpers und einem Mittelpunkt der langen Kante. Eine erste Beschichtung wird aus entweder einem aus einem Anodenmaterial und einem Kathodenmaterial ausgebildet und deckt im Wesentlichen mindestens eine Seite des ersten Körpers der ersten Elektrodenfolie ab.

Description

EINLEITUNG
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen Lithiumionenbatterien, die eine Klasse von wiederaufladbaren Batterien sind, in denen Lithiumionen sich zwischen einer negativen Elektrode (d. h. Anode) und einer positiven Elektrode (d. h. Kathode) bewegen. Flüssige und Polymer-Elektrolyte können die Bewegung von Lithiumionen zwischen der Anode und der Kathode erleichtern.
KURZDARSTELLUNG
Eine Lithiumionenbatteriezelle oder ein Modul ist vorgesehen. Eine Vielzahl von Lithiumionenbatteriemodulen kann in einen Batteriesatz miteinbezogen werden. Der Batteriesatz kann mit einem Antriebsstrang verwendet werden. Die Zelle beinhaltet eine erste Elektrodenfolie, die einen ersten Körper und eine erste Lasche aufweist. Der erste Körper weist lange Kanten auf, die eine Länge definieren und kurze Kanten, die eine Breite definieren. Das Verhältnis zwischen der Länge und der Breite des ersten Körpers beträgt mindestens zwei. In einigen Konfigurationen beträgt das Verhältnis der Länge zur Breite des ersten Körpers jedoch mindestens fünf.
Die erste Lasche erstreckt sich von einer der langen Kanten des ersten Körpers. Die erste Lasche befindet sich vollständig zwischen einer der kurzen Kanten des ersten Körpers und einem Mittelpunkt der langen Kante. Eine erste Beschichtung ist aus einem Anodenmaterial und einem Kathodenmaterial ausgebildet und deckt im Wesentlichen mindestens eine Seite des ersten Körpers der ersten Elektrodenfolie ab.
Eine zweite Elektrodenfolie weist ähnliche strukturelle Merkmale wie die erste Elektrodenfolie auf. Eine zweite Beschichtung ist aus dem anderen des Anodenmaterials und des Kathodenmaterials ausgebildet und deckt im Wesentlichen den zweiten Körper der zweiten Elektrodenfolie ab. Eine zweite Lasche erstreckt sich aus einer der langen Kanten des zweiten Körpers. Die zweite Lasche der zweiten Elektrodenfolie ist gegenüber der ersten Lasche der ersten Elektrodenfolie ausgerichtet.
Eine Laschenlänge der ersten Lasche und der zweiten Lasche kann jeweils mindestens 45 Prozent der Länge des ersten Körpers und des zweiten Körpers betragen. Eine Laschenhöhe der ersten Lasche und der zweiten Lasche kann jeweils mindestens 20 Prozent der Breite des ersten Körpers und des zweiten Körpers betragen.
Ein Verfahren und eine zugeordnete Vorrichtung zum Ausbilden von Batterieelektroden sind ebenfalls vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Zuführen einer Folie oder Folienspule durch eine Beschichtungsmaschine. Die Bewegung der Folie definiert eine Folienrichtung.
Ein erstes Beschichtungsband wird auf die Folie aufgetragen, und ein zweites Beschichtungsband wird auf die Folie aufgetragen. Das zweite Beschichtungsband ist von dem ersten Beschichtungsband durch eine erste Laschenlücke beabstandet, die ein Abschnitt der Folie ist, der nicht von der Beschichtungsmaschine beschichtet wurde.
Die Folie wird im Wesentlichen senkrecht zur Folienrichtung geschnitten, um einen ersten beschichteten Rohling zu trennen. Der erste beschichtete Rohling wird geschnitten oder eingekerbt, um das erste Beschichtungsband und einen ersten Abschnitt der ersten Laschenlücke vom zweiten Beschichtungsband und einem zweiten Abschnitt der ersten Laschenlücke zu trennen. Daher wird eine erste Elektrode aus dem ersten Beschichtungsband und dem ersten Abschnitt der ersten Laschenlücke ausgebildet und eine zweite Elektrode wird aus dem zweiten Beschichtungsband und dem zweiten Abschnitt der ersten Laschenlücke ausgebildet.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile, sowie andere Merkmale und Vorteile des vorliegenden Gegenstands sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger bevorzugter Modi und anderer Konfigurationen zur Ausführung der offenbarten Strukturen, Verfahren oder beiden ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts einer Batterie oder Batteriezelle, die erste und zweite Monozellen, die aus ersten und zweiten Elektroden ausgebildet sind, veranschaulicht.
2A ist eine schematische Vorderansicht einer Monozelle, wie der in 1 dargestellten ersten Monozelle.
2B ist eine schematische Vorderansicht einer Monozelle, wie der in 1 dargestellten zweiten Monozelle.
2C ist eine schematische Vorderansicht eines Stapels von Monozellen, wie derjenigen, die in den 2A und 2B dargestellt werden, die durch Sammelschienen verbunden sind, um eine Batteriezelle auszubilden, die mit einem Modul verbunden werden kann.
3 sein schematisches Diagramm eines Antriebsstrangs, das einen Batteriesatz aufweist, der aus Batteriezellen, wie denjenigen, die in den 1-2C dargestellt werden, ausgebildet ist.
4 ist ein schematisches Verarbeitungsdiagramm, das ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Elektroden, wie derjenigen, die in den 1-2C dargestellt werden, veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bei einer Betrachtung der Zeichnungen ist festzustellen, dass in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen, wenn möglich, gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen. In 1 wird eine schematische Diagrammansicht eines Abschnitts einer Batteriezelle oder eines Batteriemoduls 10 dargestellt, bei der/dem es sich um eine Lithiumionenbatterie oder einen Abschnitt einer Lithiumionenbatterie handeln kann.
Der Abschnitt des in 1 dargestellten Batteriemoduls 10, weist zwei Lithiumionenbatteriemonozellen, eine erste Monozelle 12 und eine zweite Monozelle 14 auf. Es versteht sich von selbst, dass das Batteriemodul 10 wahrscheinlich viele zusätzliche Monozellen beinhaltet. Abschnitte der ersten Monozelle 12 und der zweiten Monozelle 14 sind durch einen oder mehrere Separatoren 16 isoliert, die ebenflächig oder ein Z-Typ-Separator 16 sein können, wie durch die gestrichelten Abschnitte des Separators 16 veranschaulicht.
Wie hierin verwendet, betrifft der Begriff „Monozelle“ die grundlegende Einheit der Lithiumionenbatterie, die zwei Elektroden aufweist und in der Lage ist, als eine Batterie betrieben zu werden. In einigen Situationen kann auch der Begriff „Zelle“ verwendet werden, um sich auf die Grundeinheit zu beziehen, oder kann verwendet werden, um sich auf eine Anzahl von Monozellen zu beziehen, insbesondere wenn die Monozellen durch eine gemeinsame positive Busstruktur und eine gemeinsame negative Busstruktur parallel geschaltet sind. In einer derartigen Situation können mehrere Zellen seriell oder parallel geschaltete werden, um ein Modul auszubilden. Daher kann der Begriff Zelle in einigen Situationen hierin entweder als ein Äquivalent für die Verwendung von Monozellen oder als eine Zwischeneinheit zwischen Monozelle und Modul verwendet werden. Wie hierin verwendet, wird der Begriff „Modul“ verwendet, um eine Vielzahl von betriebsmäßig verbunden Monozellen zu bezeichnen, sodass 1 ein Modul veranschaulicht, das mehr als eine Monozelle aufweist. Im Allgemeinen betrifft der Begriff „Satz“ eine Vielzahl von betriebsmäßig verbundenen Modulen.
Ein Großteil der hierin vorliegenden Beschreibung betrifft Lithiumionenbatteriekomponenten. Die Strukturen, Verfahren und Vorrichtungen, die hierin beschrieben werden, können jedoch auch auf andere Batteriechemiearten angewendet werden.
Die Strukturen aus 1 sind grundlegende Veranschaulichungen, und der Abschnitt des veranschaulichten Batteriemoduls 10 kann ein Teil eines größeren Moduls zu sein. Das Modul, oder kleinere Abschnitte davon, können in einem Behälter ummantelt oder eingekapselt sein, der ein hartes (z. B. metallisches) Gehäuse oder eine weiche Tasche (z. B. mehrere Schichten von Polymer, mehrere Blechschichten, oder Kombinationen davon) sein kann. Ferner können die Abschnitte des dargestellten Batteriemoduls 10 von einem Elektrolyt umgeben sein. Mehrere Module können montiert werden, um betriebsmäßig verbunden werden, um einen Batteriesatz, wie einen, der in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug verwendet werden kann, auszubilden.
Obwohl sich die vorliegende Offenbarung auf spezifische Anwendungen oder Branchen bezieht, können Sachkundige auf dem betreffenden Fachgebiet die weitergehenden Anwendungsmöglichkeiten dieser Offenbarung erkennen. Mit einfachen Kenntnissen auf dem Fachgebiet erkennt man, dass Bezeichnungen, wie „über“, „unter“, „aufwärts“, „abwärts“ usw., nur beschreibend in den Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der Offenbarung darstellen, wie er in den angefügten Patentansprüchen festgelegt ist. Alle numerischen Bezeichnungen, wie „erstens“ oder „zweitens“, sind rein illustrativ und schränken den Umfang der Offenbarung in keiner Weise ein.
Merkmale, die in einer Figur dargestellt werden, können mit in anderen Figuren angegebenen Merkmalen kombiniert, sowie durch diese ersetzt oder geändert werden. Soweit nicht anders angegeben, schließen sich keine Eigenschaften, Elemente oder Einschränkungen gegenseitig durch andere Eigenschaften, Elemente oder Einschränkungen aus. Außerdem sind keine der Eigenschaften, Elemente oder Einschränkungen für den Betrieb unbedingt erforderlich. Alle spezifischen in den Figuren dargestellten Konfigurationen sind rein illustrativ und schränken die Patentansprüche oder Beschreibung in keiner Weise ein.
Jede der ersten Monozelle 12 zweiten Monozelle 14 beinhaltet eine positive Elektrode 22 und eine negative Elektrode 24. Die positive Elektrode 22 kann als die Katode bezeichnet werden und die negative Elektrode 24 kann als die Anode bezeichnet werden. Jede der Elektroden, oder Abschnitte davon, kann numerisch als zum Beispiel erste, zweite, dritte usw. bezeichnet werden. Die positive Elektrode 22 in die negative Elektrode 24 bestehen im Allgemeinen aus Folien- und Einlagerungsmaterialien, die als Beschichtungen auf die Folien aufgetragen sein können.
Eine erste Elektrodenfolie, die als eine Kathodenfolie oder eine positive Folie 30 bezeichnet werden kann, weist einen ersten Körper 32 und eine erste Lasche 34 auf. In einigen Konfigurationen kann die positive Folie 30 zum Beispiel und ohne Einschränkung aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehen. Eine erste Beschichtung, Kathodenbeschichtung oder positive Beschichtung 36 kann aus einem Kathodenmaterial ausgebildet sein und im Wesentlichen den ersten Körper 32 der positive Folie 30 abdecken. Wie in 1 dargestellt, kann die positive Beschichtung 36 auf beiden Seiten des ersten Körpers 32 aufgetragen werden, sodass die Elektronen sich zu und von beiden Seiten des ersten Körpers 32 bewegen können.
Eine zweite Elektrodenfolie, die als eine Anodenfolie oder eine negative Folie 40 bezeichnet werden kann, weist einen zweiten Körper 42 und eine zweite Lasche 44 auf. In einigen Konfigurationen kann die negative Folie 40 zum Beispiel und ohne Einschränkung aus Kupfer oder Kupferlegierungen ausgebildet sein. Eine zweite Beschichtung, Anodenbeschichtung oder negative Beschichtung 46 kann aus einem Anodenmaterial ausgebildet sein, das im Wesentlichen den zweiten Körper 42 der negativen Folie 40 abdeckt. Die positive Beschichtung 36 und die negative Beschichtung 46 sind Interkalationsmaterialien. Es versteht sich von selbst, dass die positive Beschichtung 36 und die negative Beschichtung 46 in 1 mit Klappenmarkierungen veranschaulicht werden, um die unterschiedlichen Materialien besser zu identifizieren. Die Ansicht aus 1 ist jedoch kein Querschnitt.
Wie hierin verwendet, betrifft der Begriff im Wesentlichen Beziehungen, die idealerweise einwandfrei oder vollständig sind, aber bei denen die Realität der Herstellung eine absolute Perfektion verhindert. Daher wird im Wesentlichen eine typische Varianz im Vergleich zu Perfektion dargestellt. Wenn die Höhe A zum Beispiel im Wesentlichen der Höhe B gleicht, wäre es vorzuziehen, dass die zwei Höhen zu 100,0 % äquivalent sind, aber die Herstellungsrealitäten tragen wahrscheinlich dazu bei, dass diese Entfernungen von einer derartigen Perfektion variieren. Erfahrene Fachleute würden die Menge der akzeptablen Varianz erkennen.
Zum Beispiel können Abdeckungen, Bereiche, oder Entfernungen im Allgemeinen innerhalb von 10% der Perfektion für eine wesentliche Äquivalenz liegen. Auf ähnliche Weise können relative Ausrichtungen, wie parallel oder senkrecht im Allgemeinen als innerhalb von 5% betrachtet werden.
Exemplarische betriebsmäßige und chemische Zusammensetzungen des Batteriemoduls 10 werden hierin beschrieben. Diese Einzelheiten dienen jedoch nur zu Veranschaulichungszwecken. Erfahrene Fachleute werden verschiedene alternative Materialien und Betriebsmechanismen erkennen und die Beschreibungen hierin schränken die ausdrücklich erörterten Konfigurationen nicht ein.
Die negative Elektrode 24 kann Lithium beinhalten und die positive Elektrode 22 kann Schwefel beinhalten. Im Allgemeinen ist die positive Beschichtung 36 in der Lage, Lithiumionen bei einem höheren elektrischen Potenzial als die negative Beschichtung 46 zu speichern. Die positive Folie 30 in die negative Folie 40 sind durch eine unterbrechbare, externe Schaltung verbunden, die erlaubt, dass elektrischer Strom zwischen der positiven Elektrode 22 in der negativen Elektrode 24 strömt, um die darauf bezogene Migration von Lithiumionen innerhalb des Batteriemoduls 10 elektrisch auszugleichen. Obwohl 1 die negative Beschichtung 46 und die positive Beschichtung 36 der Übersichtlichkeit halber schematisch veranschaulichen, können die negative Beschichtung 46 und die positive Beschichtung 36 eine exklusive Schnittstelle zwischen der jeweils negativen Elektrode 24 und der positiven Elektrode 22 und dem Elektrolyt sein.
Die negative Beschichtung 46 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung jedes Lithium-Host-Material beinhalten, das konfiguriert ist, um eine Lithiumioneninterkalation, Deinterkalation, Legierungbildung in ausreichendem Maße zu durchlaufen, während es als der Minuspol des Batteriemoduls 10 fungiert. Die negative Beschichtung 46 kann auch ein Polymer-Bindemittel beinhalten, um das Lithium-Host-Material strukturell zusammenzuhalten. Zum Beispiel kann die negative Beschichtung 46 in einer Konfiguration Graphit beinhalten, welches mit einem oder mehreren aus Polyvinyldienfluorid (PVdF), einem Ethylenpropylendienmonomer (EPDM)-Gummi, Carboxymethoxylcellulose (CMC), und Styren, 1,3-Butadienpolymer (SBR) vermischt ist.
Graphit und kohlenstoffhaltige Materialien können in der negativen Elektrode 24 verwendet werden, da sie wünschenswerte Eigenschaften bei der Interkalation und Deinterkalation von Lithiumionen aufweisen, relativ nicht-reaktiv sind, und in der Lage sind, Lithiumionen in Mengen zu speichern, die eine relativ hohe Energiedichte ergeben. Andere Materialien können auch verwendet werden, um die negative Beschichtung 46 einschließlich zum Beispiel und ohne Einschränkungen eines oder mehrerer aus Lithiumtitanat, Silizium, Siliziumoxid, Zinn und Zinnoxid auszubilden.
Die negative Folie 40 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung Kupfer, Aluminium, rostfreien Stahl oder ein anderes geeignetes elektrisch leitendes Material, das von erfahrenen Fachleuten anerkannt wird, beinhalten. Die negative Folie 40 kann mit elektrisch hochleitfähigen Materialien behandelt (z. B. beschichtet) werden, zu denen unter anderem auch eines oder mehrere leitfähigem Ruß, Graphit, Kohlenstoff-Nanoröhren, Kohlenstoff-Nanofasern, Graphen und Vapor Growth Carbon Fiber (VGCF) gehört.
Die positive Beschichtung 36 kann zum Beispiel und ohne Einschränkungen Lithium basiertes aktives Material beinhalten, das ausgestaltet ist, eine Lithiuminterkalation und - deinterkalation in ausreichendem Maße zu durchlaufen, während es als der Minuspol einer der Zellen des Batteriemoduls 10 fungiert. Die positive Beschichtung 36 kann auch ein Polymerbindemittelmaterial, ein Ethylen-Propylen-Diene-Monomer (EDPM) Gummi, Carboxymethoxylcellulose (CMC) und Styren, 1,3-Butadienpolymer (SBR) beinhalten, um das lithiumbasierte aktive Material strukturell zusammenzuhalten.
Die positive Beschichtung 36 kann aus geschichteten Lithium-Übergangsmetalloxide ausgebildet sein. In einigen Konfigurationen kann die positive Beschichtung 36 zum Beispiel ohne Einschränkung eine oder mehrere aus den Folgenden sein: Spinel-Lithium-Manganoxid (LiMn2O4), Lithium-Cobaltoxid (LiCoO2), ein Nickel-Mangan-Cobaltoxid [Li(NixMnyCoz)O2], oder ein Lithium-Eisen-Polyanionoxid, wie Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) oder Lithium-Eisen-Fluorophosphat (Li2FePO4F) welches mit mindestens einem aus dem Folgenden vermischt ist: Polyvinyl-Dien-Fluorid (PVdF), ein Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)-Kautschuk, Carboxy-Methoxyl-Cellulose (CMC), und Styren, 1,3-Buta-Dien-Polymer (SBR).
Andere Lithium basierte aktive Materialien können neben den bereits erwähnten ebenfalls verwendet werden. Alternative Materialien beinhalten sind aber nicht beschränkt auf Lithium-Nickeloxid (LiNiO2), Lithium-Aluminium-Manganoxid (LixAlyMn1-yO2) und Lithium-Vanadiumoxid (LiV2O5).
Die positive Folie 30 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung Aluminium oder ein anderes geeignetes elektrisches leitfähiges Material beinhalten, das von einem erfahrenen Fachmann anerkannt werden würde. Die positive Folie 30 kann mit elektrisch hochleitfähigen Materialien behandelt (z. B. beschichtet) werden: Dazu gehört unter anderem auch eines oder mehrere aus leitfähigem Ruß, Graphit, Kohlenstoff-Nanoröhren, Kohlenstoff-Nanofasern, Graphen und Vapor Growth Carbon Fiber (VGCF).
Die in den Figuren dargestellten Komponenten können sich mit einer entsprechenden Elektrolytlösung in Kontakt befinden, die ausgebildet ist, Lithiumionen zwischen der negativen Elektrode 24 und der positiven Elektrode 22 innerhalb des Batteriemoduls 10 zu leiten. In einer Konfiguration kann die Elektrolytlösung eine nicht wässrige flüssige Elektrolytlösung sein, die zum Beispiel und ohne Einschränkung ein Lithiumsalz beinhaltet, das in einem organischen Lösungsmittel oder einem Gemisch organischer Lösungsmittel aufgelöst ist. Die erläuternden Lithiumsalze, die in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst werden können, um die nicht wässrige flüssige Elektrolytlösung auszubilden, beinhalten zum Beispiel und ohne Einschränkung: LiClO4, LiAlCl4, LiI, LiBr, LiSCN, LiBF4, LiB(C6H5)4 LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiPF6, und Mischungen oder Kombinationen davon. Die erläuternden organischen Lösungsmittel beinhalten zum Beispiel und ohne Einschränkung: zyklische Karbonate (Ethylenkarbonat, Propylenkarbonat, Butylenkarbonat), acyklische Karbonate (Dimethylkarbonat, Diethylkarbonat, Ethylmethylkarbonat), aliphatische Karbonsäureester (Methylformiat, Methylacetat, Methylpropionat), γ-Lactone (γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton), Kettenstrukturether (1,2-Dimethoxyethan, 1,2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan), zyklische Ether (Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran) und Mischungen aus diesen.
Der Separator 16 kann ein mikroporöses Polymer einschließlich und zum Beispiel ohne Einschränkung ein Polyolefin sein. Das Polyolefin kann ein Homopolymer (abgeleitet von einem einzelnen Monomerbestandteil) oder ein Heteropolymer (abgeleitet von mehr als einem Monomerbestandteil) sein und kann entweder linear oder verzweigt sein. Zum Beispiel und ohne Einschränkung, kann das Polyolefin Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder eine Mischung aus PE und PP sein. Der Separator 16 kann unter anderem gegebenenfalls mit Materialen einschließlich, zum Beispiel und ohne Einschränkung einem oder mehreren aus einem keramikartigen Aluminiumoxid (z. B. Al2O3) und lithiiertem zeolithartigem Oxid keramikbeschichtet sein. Lithiierte zeolithartige Oxide können verwendet werden, um die Sicherheit und Lebensdauer von Lithiumionenbatterien, wie dem Batteriemodul 10, verbessern.
Der Separator 16 kann eine einzelne Schicht oder ein mehrschichtiges mikroporöses Polymerlaminat aus entweder einem trockenen oder nassen Verfahren sein. So kann beispielsweise in einer Konfiguration eine einzelne Schicht des Polyolefins den gesamten Separator 16 ausbilden. In anderen Konfigurationen kann der Separator 16 jedoch auch aus mehreren getrennten Schichten des gleichen oder eines ähnlichen Polyolefins zusammengesetzt sein. Der Separator 16 kann neben dem Polyolefin auch andere Polymere beinhalten, wie zum Beispiel, jedoch nicht beschränkt auf, Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylidenfluorid (PVdF) und/oder ein Polyamid (Nylon). Die Schicht aus Polyolefin und andere optionale Polymerschichten können außerdem im Separator 16 als eine faserige Schicht enthalten sein, um den Separator 16 mit geeigneten Struktur- und Porositäts-Charakteristika auszustatten.
Allgemein basiert die Funktion des Batteriemoduls 10 auf dem reversiblen Durchleiten von Lithiumionen zwischen der negativen Elektrode 24 und der positiven Elektrode 22. Lithiumionen bewegen sich während des Aufladevorgangs von der positiven Elektrode 22 zur negativen Elektrode 24 und bewegen sich während des Entladevorgangs von der negativen Elektrode 24 zur positiven Elektrode 22. Zu Beginn eines Entladevorgangs enthält die negative Elektrode 24 im Allgemeinen eine hohe Konzentration von interkalierten Lithiumionen während die positive Elektrode 22 relativ leer ist, sodass das Etablieren eines geschlossenen externen Schaltkreises zwischen der negativen Elektrode 24 und der positiven Elektrode 22 unter derartigen Bedingungen bewirkt, dass interkalierte Lithiumionen von der negativen Elektrode 24 extrahiert werden. Die extrahierten Lithiumionen werden in Lithiumionen und Elektronen aufgespalten, während sie einen Einlagerungshost am Übergang von der Elektrode zum Elektrolyt verlassen.
Die Lithiumionen werden durch die Mikroporen des Separators 16 von der negativen Elektrode 24 zur positiven Elektrode 22 durch den ionisch leitfähigen Elektrolyt getragen, während die Elektronen gleichzeitig durch die externe Schaltung von der negativen Elektrode 24 zur positiven Elektrode 22 übertragen werden, um die elektrochemische Zelle insgesamt auszugleichen. Der Elektronenfluss durch die externe Schaltung kann genutzt werden und solange in eine Aufladevorrichtung gespeist werden, bis das Niveau des in der negativen Elektrode eingelagerten Lithiums unterhalb eines Mindestniveaus fällt, oder falls kein Bedarf an Energie mehr besteht.
Das Batteriemodul 10 kann nach einer teilweisen oder vollen Entladung ihrer verfügbaren Kapazität wieder aufgeladen werden. Zum Aufladen oder zur erneuten Versorgung der Lithiumionen-Batteriezellen des Batteriemoduls 10 mit Strom wird eine externe Stromquelle zwischen der positiven Elektrode 22 und die negative Elektrode 24 angeschlossen, um die elektrochemischen Reaktionen der Entladung in umgekehrter Reihenfolge wieder auszuführen. Das bedeutet dass die externe Stromquelle während des Aufladens die in der positiven Elektrode 22 vorhandenen Lithiumionen extrahiert, um Lithiumionen und Elektronen zu produzieren. Die Lithiumionen werden durch den Separator 16 durch die Elektrolytlösung zurückgetragen, und die Elektronen werden durch die externe Schaltung zurückgetrieben, beide Male in Richtung der negativen Elektrode 24. Die Lithiumionen und die Elektronen und werden schließlich an der negativen Elektrode wieder zusammengeführt, wodurch in dieser wieder Lithium zum zukünftigen Entladen der Zelle eingelagert wird.
Das Lithiumionenbatteriemodul 10, oder ein Batteriemodul oder -satz, welches (welcher) eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind, können verwendet werden, um eine zugeordnete Aufladevorrichtung reversibel mit Strom und Energie zu versorgen. Lithiumionenbatterien können unter anderem auch in verschiedenen elektronischen Verbrauchervorrichtungen (z. B., Laptop-Computer, Kameras, militärischer Elektronik, Radios, Minendetektoren, und Mobiltelefonen/Smartphones), Flugzeugen, und Satelliten verwendet werden. Lithiumionenbatterien, Module und Sätze können in Fahrzeuge, wie ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV), ein Plug-In HEV., oder ein Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite (EREV) integriert werden, um genügend Strom und Energie zu erzeugen, um ein oder mehrere Systeme des Fahrzeugs zu betreiben. Zum Beispiel können Batteriezellen, Module und Pakete in Kombination mit einem Benzin- oder Diesel-Verbrennungsmotor verwendet werden, um das Fahrzeug anzutreiben (wie in Hybrid-Elektrofahrzeuge), oder kann alleine verwendet werden, um das Fahrzeug anzutreiben (wie in batteriebetriebenen Fahrzeugen).
Das Batteriemodul 10 kann in jeder rollenden Plattform einschließlich und ohne Einschränkung, Motorrädern, Booten, Traktoren, Bussen, Motorrädern, mobilen Häusern, Wohnmobilen, und Tanks verwendet werden. Ferner können die hierin beschriebenen Komponenten auch in einer Vielzahl anderer Branchen und Anwendungen verwendet werden, einschließlich in ohne Einschränkung, in Luft- und Raumfahrtanwendungen, Konsumgütern, industriellen und Baumaschinen, Landwirtschaftsausrüstung, oder schweren Maschinen.
Unter Bezugnahme auf die 2A, 2B und 2C, und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 werden zusätzliche Ansichten der Abschnitte des Batteriemoduls 10, das in 1 dargestellt wird, dargestellt. 2A veranschaulicht auf schematische Art und Weise eine Seitenansicht der ersten Monozelle 12, und 2B veranschaulicht auf schematische Art und Weise eine Seitenansicht der zweiten Monozelle 14. 2C veranschaulicht auf schematische Art und Weise eine Seitenansicht einer Vielzahl von Monozellen.
2A zeigt eine Seitenansicht der ersten Monozelle 12, mit nur dem Separator 16 zwischen der positiven Elektrode 22 und der negativen Elektrode 24. Der erste Körper 32 der positiven Folie 30 weist lange Kanten 50 auf, die eine Länge 52 definieren und kurze Kanten 54, die eine Breite 56 definieren. Auf ähnliche Art und Weise weist der zweite Körper 42 der negativen Folie 40 lange Kanten 50 auf, welche die Länge 52 definieren und kurze Kanten 54, welche die Breite 56 definieren.
Es versteht sich von selbst, dass in der Ansicht der 2A und 2B die Beschichtungen die Sicht auf die Körper blockieren. Insbesondere deckt die negative Beschichtung 46 im Wesentlichen den zweiten Körper 42 derart ab, dass weder der erste Körper 32 noch der zweite Körper 42 in den 2A und 2B sichtbar sind. Die langen Kanten 50 und die kurzen Kanten 54 stimmen jedoch im Wesentlichen mit der negativen Beschichtung 46 überein. Daher kann die Länge 52 und die Breite 56 von der negativen Beschichtung 46 gemessen werden, da sie im Wesentlichen dieselbe Abmessung wie der zweite Körper 42 und der erste Körper 32 aufweisen.
Ein Verhältnis zwischen der Länge 52 und der Breite 56 des ersten Körpers 32 und des zweiten Körpers 42 beträgt mindestens drei. In vielen Konfigurationen, wie denjenigen, die in den 2A und 2B dargestellt werden, ist das Verhältnis zwischen der Länge 52 und der Breite 56 jedoch größer als fünf. Die Gesamtlänge der ersten Monozelle 12 und der zweiten Monozelle 14 kann zum Beispiel ungefähr 600 mm betragen. In einer derartigen Konfiguration kann die Länge 52 ungefähr 590 mm und die Breite 56 kann ungefähr 110 mm betragen.
Wie in 2A ersichtlich, erstreckt sich die erste Lasche 34 aus einer der langen Kanten 50 des ersten Körpers 32 heraus. Die erste Lasche 34 befindet sich vollständig zwischen einer der kurzen Kanten 54 und einem Mittelpunkt 60 der langen Kante 50. Daher ist die erste Lasche 34 asymmetrisch um den ersten Körper 32 herum angeordnet.
Auf ähnliche Art und Weise erstreckt sich die zweite Lasche 44 aus einer der langen Kanten 50 des zweiten Körpers 42 heraus. Die zweite Lasche 44 befindet sich vollständig zwischen einer der kurzen Kanten 54 und einem Mittelpunkt 60 der langen Kante 50, sodass die zweite Lasche 44 auch asymmetrisch um den zweiten Körper 42 herum angeordnet ist. Es ist zu beachten, dass sich die zweite Lasche 44, wenn sie in die erste Monozelle 12 eingebaut ist, auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Monozelle 12 von der ersten Lasche 34 relativ zu den entsprechenden Beschichtungen und den Körpern befindet.
Durch Ausrichten der ersten Lasche 34 und der zweiten Lasche 44 an den langen Kanten 50 kann die Entfernung, die von den Elektronen durch die positive Folie 30 und die negative Folie 40 entsprechender Weise zurückgelegt werden muss, relativ zu anderen Konfigurationen verringert werden. Zum Beispiel können andere Konfigurationen Laschen aufweisen, die sich aus den kurzen Kanten 54 heraus erstrecken, sodass die Elektronen gezwungen sein können die gesamte Länge 52 zurückzulegen, um die erste Lasche 34 der zweiten Lasche 44 zu erreichen und in die externe Schaltung getragen zu werden.
Wie in 2B ersichtlich, weist die zweite Monozelle 14 im Wesentlichen dieselben Merkmale auf. Die positive Elektrode 22 und die negative Elektrode 24 der zweiten Monozelle 14 werden jedoch horizontal (wie in den FIGS. ersichtlich) relativ zur Ausrichtung der ersten Monozelle 12 umgeklappt. Es ist zu beachten, dass die erste Lasche 34 und die zweite Lasche 44 der ersten Monozelle 12 aus der Sichtweise von 1 sich im Vordergrund befinden, während die erste Lasche 34 und die zweite Lasche 44 der zweiten Monozelle 14 sich im Hintergrund befinden.
Wie hierin beschrieben, kann die positive Elektrode 22 und die negative Elektrode 24 auf eine derartige Art und Weise hergestellt werden, dass sie trotz der asymmetrischen Natur der ersten Lasche 34 und der zweiten Lasche 44, in jeder der hierin dargestellten Ausrichtungen platziert werden können. Dies erlaubt der gemeinsamen Ausrüstung die positive Elektrode 22 für entweder die erste Monozelle 12 oder die zweite Monozelle 14 herzustellen und die negative Elektrode 24 für entweder die erste Monozelle 12 oder die zweite Monozelle 14 herzustellen.
Wie in den 2A und 2B veranschaulicht, definiert die erste Lasche 34 eine erste Laschenlänge 62, und die zweite Lasche 44 definiert eine zweite Laschenlänge 64. Die erste Laschenlänge 62 kann mindestens 45 Prozent der Länge 52 des ersten Körpers 32 betragen und die zweite Laschenlänge 64 kann mindestens 45 Prozent der Länge 52 des zweiten Körpers 42 betragen.
Die relativ lange Länge der ersten Lasche 34 und der zweiten Lasche 44 reduziert die Stromdichte, die durch die erste Lasche 34 und die zweite Lasche 44 während des Betriebs des Batteriemoduls 10 fließt. Darüber hinaus reduziert, wie hierin beschrieben, die Tatsache dass die erste Lasche 34 und die zweite Lasche 44 sich bei fast der Hälfte der Länge 52 der entsprechenden Körper befindet, die Menge des Abfalls, der durch das Herstellen der positiven Elektrode 22 und der negativen Elektrode 24 entsteht.
Wie in den 2A und 2B veranschaulicht, beträgt eine erste Laschenhöhe 66 der ersten Lasche 34 mindestens 20 Prozent der Breite 56 des ersten Körpers 32. Auf ähnliche Art und Weise beträgt die zweite Laschenhöhe 68 der zweiten Lasche 44 mindestens 20 Prozent der Breite 56 des zweiten Körpers 42. Die relativ große Laschenhöhe stellt Platz zum Verschweißen der ersten Lasche 34 und der zweiten Lasche 44 an die Sammelschienenstrukturen und verbessert die Ableitung der Wärme von der positiven Folie 30 und der negativen Folie 40.
Wie in 2C dargestellt, kann die erste Monozelle 12, die zweite Monozelle 14 und eine Vielzahl von zusätzlichen Zellen gestapelt werden, um einige oder alle Teile des Batteriemoduls 10 auszubilden. Wiederholte Einheiten der ersten Monozelle 12 und der zweiten Monozelle 14 können verwendet werden, um das Batteriemodul 10 auszubilden, welches dann in eine Taschenstruktur eingeschlossen werden kann oder mit einer Vielzahl von anderen Batteriemodulen positioniert werden kann, um einen Batteriesatz auszubilden.
Ein positiver Bus, oder eine Sammelschiene, die als ein erster Bus 72 bezeichnet werden kann, verbindet die ersten Laschen 34 der positiven Folien 30 auf elektrische Art und Weise miteinander. Ein negativer Bus, oder eine Sammelschiene, die als ein zweiter Bus 74 bezeichnet werden kann, verbindet die zweiten Laschen 44 der negativen Folien 40 auf elektrische Art und Weise miteinander. Die ersten Laschen 34 und die zweiten Laschen 44 können zusammen geschweißt werden und dann jeweils an den ersten Bus 72 und den zweiten Bus 74 angeschweißt werden. Alternativ können die ersten Laschen 34 und die zweiten Laschen 44 jeweils nur direkt an den ersten Bus 72 und den zweiten Bus 74 angeschweißt werden. Der erste Bus 72 und der zweite Bus 74 stellen Verbindungen für mehrere Elektroden zu Batteriesteuerungen und externe Schaltungen, wie Lasten, Generatoren oder Kombinationen davon bereit.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 3 und weiterer Bezugnahme auf die 1-2C gibt es einen schematisch veranschaulichten Antriebsstrang 80, der in viele Arten von Fahrzeugen einschließlich den hierin beschriebenen miteinbezogen werden kann. Der Antriebsstrang 80 ist hoch schematisch und würde wahrscheinlich zahlreiche andere Komponenten und Elemente beinhalten.
Ein Batteriesatz 82 besteht aus mehreren Einheiten von Batteriemodulen 10 in verschiedenen Kombinationen von seriellen und parallelen Verbindungen, und kann innerhalb des Antriebsstrangs 80 verwendet werden. Zum Beispiel kann der Batteriesatz 82 ohne Einschränkung in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder einem Plugin-Hybridfahrzeug verwendet werden. Der Batteriesatz 82 kann betriebsmäßig mit einem Motor und einem Generator, oder mit einem kombinierten Motor-Generator 86, wie etwa durch ein Antriebsstrangsteuermodul 84, verbunden werden. Daher kann der Batteriesatz 82 elektrische Energie von entweder einem Gitter oder durch Umwandlung von kinetischer Energie im Motor/Generator 86 erhalten oder speichern, oder kann elektrische Energie ausgeben, die durch den Motor/Generator 86 in kinetischer Energie umgewandelt wird. Eine oder mehrere Traktionsvorrichtungen 88 sind zum Beispiel und ohne Einschränkung für die Räder oder die Laufflächen repräsentativ.
Ein Batteriesatz 82 besteht aus mehreren Einheiten vom Batteriemodulen 10 in verschiedenen Kombinationen von seriellen und parallelen Verbindungen und können durch Lithium-Metallbatterien (z. B. Li-S Batterien) und Lithiumionenbatterien verwendet werden, und diesen zahlreiche Vorteile , einschließlich verbesserter (d. h. gleichmäßigere) Stromverteilung bieten, die unter anderem ein schnelles Laden und Entladen, eine erhöhte Wärmeableitung, einen verringerten Widerstand, oder ein reduziertes oder beseitigtes Lithium-Plating erlauben. Die kürzeste zurückzulegende Entfernung des Elektrons zwischen dem Minus- und dem Pluspol fördert das schnelle Aufladen und Entladen von Lithium und Lithiumionen in der Batterie. Im Allgemeinen kann die Leichtigkeit, mit der Lithiumionen reduziert werden ein nicht erwünschtes Lithium-Plating innerhalb von lithiumbasierten Batterien erzeugen.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 und weiterer Bezugnahme auf die 1-3 gibt es eine Vorrichtung 110 und ein Verfahren zum Ausbilden von Batterieelektroden, wie derjenigen, die in den 1-3 dargestellt werden, die auf schematische Art und Weise veranschaulicht werden. 4 ist hochschematisch und Abschnitte davon können nicht im selben Maßstab wie andere Abschnitte veranschaulicht werden. Die Vorrichtung 110 beinhaltet eine Beschichtungsmaschine 112 und mehrere Trimm-, Schneide- oder Einkerbungskomponenten. Die Schneidekomponenten werden durch Schneidelinien veranschaulicht, aber nicht separat dargestellt.
Die Vorrichtung 110 und Verfahren zum Verwenden derselben können relativ zu der positiven Elektrode 22 und der negativen Elektrode 24, die in den 1-3 dargestellt und erörtert werden, beschrieben werden. Die Vorrichtung 110 kann jedoch verwendet werden, um andere Strukturen herzustellen und die positive Elektrode 22 und die negative Elektrode 24 können über andere Mittel hergestellt werden.
Die Vorrichtung 110 führt eine Folie 114 durch die Beschichtungsmaschine 112 zu. Die Folie 114 kann als eine Rolle ausgestaltet werden. Während die Folie 114 sich bewegt, lagert die Beschichtungsmaschine 112 Schichten von Beschichtungen auf die Folie 114 ab. Die Bewegung der Folie 114 definiert eine Folienrichtung 116. Die Folie 114 kann aus dem Grundmaterial für entweder die positive Folie 30 oder die negative Folie 40 ausgebildet werden.
Die Beschichtungsmaschine 112 trägt mindestens ein erstes Beschichtungsband 122 und ein zweites Beschichtungsband 124 auf die Folie 114 auf. Das zweite Beschichtungsband 124 ist von dem ersten Beschichtungsband 122 durch eine erste Folienlücke oder erste Laschenlücke 132 beabstandet, die ein unbeschichteter Abschnitt der Folie 114 ist.
Die Materialien des ersten Beschichtungsbands 122 und des zweiten Beschichtungsbands 124 können entweder die positive Beschichtung 36 oder die negative Beschichtung 46 sein. Darüber hinaus können die Beschichtungen aufgebaut werden, sodass die Beschichtungsmaschine 112 mehrere, dünne, Schichten der Folie 114 ablagert.
Die Vorrichtung 110 schneidet die Folie 114 im Wesentlichen senkrecht zur Folienrichtung 116 ab. Dies trennt den ersten beschichteten Rohling 142 von der Folie 114 ab. Der erste beschichtete Rohling 142 beinhaltet das erste Beschichtungsband 122, das zweite Beschichtungsband 124 - oder, wie in 2 dargestellt, einen Abschnitt des zweiten Beschichtungsbands 124 - und die erste Laschenlücke 132. Darüber hinaus können kantentrimmende Vorgänge überschüssige Abschnitte von der Folie 114 abschneiden, während die Beschichtungen, wie in 4 dargestellt, aufgetragen werden.
Der erste beschichtete Rohling 142 kann dann geschnitten oder eingekerbt werden, wie zum Beispiel mit einer Laser- oder einer Matritzenschneidepresse. Das Einkerben des ersten beschichteten Rohlings 142 trennt das erste Beschichtungsband 122 und einen ersten Abschnitt der ersten Laschenlücke 132 von dem zweiten Beschichtungsband 124 und einem zweiten Abschnitt der ersten Laschenlücke 132. An dieser Stelle ist eine erste Elektrode 152 aus dem ersten Beschichtungsband 122 und dem ersten Abschnitt der ersten Laschenlücke 132 ausgebildet, und eine zweite Elektrode 154 ist aus dem zweiten Beschichtungsband 124 und dem zweiten Abschnitt der ersten Laschenlücke 132 ausgebildet.
Die erste Elektrode 152 und die zweite Elektrode 154 sind im Wesentlichen identisch und können sich entweder in identischen Positionen befinden oder in diese hineingedreht werden. Falls im Wesentlichen dieselbe Beschichtung auf sowohl der Vorder- als auch der Rückseite (wie relativ zur Ausrichtung von 2A und 2B betrachtet) der Folie 114 aufgetragen wird, dann kann die erste Elektrode 152 und die zweite Elektrode 154 ferner auch ohne Änderungsfunktion umgeklappt werden. Daher kann sowohl die erste Elektrode 152 als auch die zweite Elektrode 154, zum Beispiel die positive Elektrode 22, für entweder die erste Monozelle 12 oder die zweite Monozelle 14 sein, da der Ort der ersten Lasche 34 entweder zur linken Seite (erste Monozelle 12) oder zur rechten Seite (zweite Monozelle 14) umgeklappt werden kann.
Die erste Elektrode 152 und die zweite Elektrode 154 können im Wesentlichen ähnlich zu entweder der positiven Elektrode 22 oder der negativen Elektrode 24 sein, die in den 1-3 dargestellt werden. Eine Länge der ersten Elektrode 152 und der zweiten Elektrode 154 ist mit der Folienrichtung 116 ausgerichtet und kann im Wesentlichen gleich mit der Länge 52 der positiven Elektrode 22 oder der negativen Elektrode 24 sein. Eine Breite der ersten Elektrode 152 und der zweiten Elektrode 154 ist im Wesentlichen senkrecht zur Folienrichtung 116, und kann im Wesentlichen gleich zur Breite 56 der positiven Elektrode 22 oder der negativen Elektrode 24 sein. Daher weist die erste Elektrode 152 und die zweite Elektrode 154 auch ein Längen-Breiten-Verhältnis von mindestens fünf auf.
Wie in 4 dargestellt, ist der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der ersten Laschenlücke 132 im Wesentlichen gleich mit dem gesamten ersten Laschenlücke 132. Daher sind die zwei resultierenden Laschen, die äquivalent zur ersten Lasche 34 oder zur zweiten Lasche 44, die in den 1-3 dargestellt werden, sind, an der ersten Elektrode 152 und der zweiten Elektrode 154 mit wenig oder gar keinem Abfall der Folie 114 ausgebildet.
Wie in 4 dargestellt, ist das zweite Beschichtungsband 124 mindestens doppelt so breit wie das erste Beschichtungsband 122. Daher können zusätzliche Elektroden aus derselben Folie 114 ausgebildet werden, die sich in dieselbe Folienrichtung 116 bewegt.
Die Beschichtungsmaschine 112 trägt auch ein drittes Beschichtungsband 126 auf, welches vom zweiten Beschichtungsband 124 durch eine zweite Folienlücke oder zweite Laschenlücke 134 beabstandet ist. Die Vorrichtung 110 schneidet oder schlitzt das zweite Beschichtungsband 124 im Wesentlichen parallel zur Folienrichtung 116 auf. Das Sitzen durch das zweite Beschichtungsband 124 trennt das erste Beschichtungsband 122, die erste Laschenlücke 132, und einen Abschnitt des zweiten Beschichtungsbands 124 in eine erste Rolle und trennt das dritte Beschichtungsband 126, die zweite Laschenlücke 134 und den Rest eines zweiten Beschichtungsbands 124 in eine zweite Rolle.
Die zweite Rolle wird im Wesentlichen senkrecht zur Folienrichtung 116 geschnitten, um einen zweiten beschichteten Rohling 144 zu trennen. Der zweite beschichtete Rohling 144 wird dann eingekerbt, um das dritte Beschichtungsband 126 und einen dritten Abschnitt der zweiten Laschenlücke 134 von dem Rest des zweiten Beschichtungsbands 124 und einem vierten Abschnitt der zweiten Laschenlücke 134 zu trennen.
Der dritte Abschnitt und der vierte Abschnitt der zweiten Laschenlücke 134 sind im Wesentlichen gleich mit der gesamten ersten Laschenlücke 132. Daher ist eine dritte Elektrode 156 aus dem dritten Beschichtungsband 126 und dem dritten Abschnitt der zweiten Laschenlücke 134 ausgebildet, und eine vierte Elektrode 158 ist aus dem Rest des zweiten Beschichtungsbands 124 und dem dritten Abschnitt der zweiten Laschenlücke 134 ausgebildet.
Die Vorrichtung 110 kann trotz der Tatsache, dass die betriebsmäßige Breite der Beschichtungsmaschine 112 weniger als 600 mm betragen kann, verwendet werden, um mehrere Elektroden herzustellen, die eine Länge von fast 600 mm aufweisen. Durch Ausrichten der Elektrodenlänge an die Folienrichtung 116 ist die Vorrichtung 110 in der Lage, Elektroden herzustellen, die große Längen-Breiten-Verhältnisse aufweisen. Darüber hinaus ist die Vorrichtung 110 durch Einkerben der ersten Laschenlücke 132 und der zweiten Laschenlücke 134 in der Lage, Elektroden mit großen Laschen herzustellen, während die Menge von Abfall aus der Folie 114 im Wesentlichen verringert oder nahezu eliminiert wird.
Die in 4 veranschaulichten Verfahren können vollständig linear, durchgehend oder beides sein. Alternativ können die Vorgänge Unterbrechungen aufweisen und die Verfahren können auf verschiedene Linien oder Pfade gespalten oder verteilt werden. Zum Beispiel kann die erste und die zweite Folien nach dem Trennen der beschichteten Folie 114 aufgespult und zu einer getrennten Maschinerie bewegt werden, um von dem ersten beschichteten Rohling 142, dem zweiten beschichteten Rohling 144, dem Einkerben oder Kombinationen davon getrennt zu werden.
Die detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen und Figuren unterstützen und beschreiben den hierin erörterten Gegenstand. Es wurden einige der besten Modi und sonstigen Ausführungsformen ausführlich beschrieben; dennoch gibt es weitere verschiedene alternative Designs, Ausführungsformen und Konfigurationen.

Claims

Batteriezelle, Folgendes umfassend: eine erste Elektrodenfolie, beinhaltend: einen ersten Körper, der lange Kanten aufweist, die eine Länge definieren, und der kurze Kanten aufweist, die eine Breite definieren, worin ein Verhältnis der Länge zur Breite mindestens zwei beträgt; und eine erste Lasche, die sich aus den langen Kanten erstreckt, worin die erste Lasche sich vollständig zwischen einer aus den kurzen Kanten und einem Mittelpunkt der langen Kante befindet; und eine erste Beschichtung, die aus entweder einem Anodenmaterial oder einem Kathodenmaterial ausgebildet ist, und im Wesentlichen den ersten Körper der ersten Elektrodenfolie abdeckt.
Batteriezelle nach Anspruch 1, worin das Verhältnis der Länge zur Breite des ersten Körpers mindestens fünf beträgt.
Batteriezelle nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine zweite Elektrodenfolie, beinhaltend: einen ersten Körper, der lange Kanten aufweist, die eine Länge definieren, und der kurze Kanten aufweist, die eine Breite definieren, worin ein Verhältnis der Länge zur Breite mindestens fünf beträgt; und eine zweite Lasche, die sich von einer der langen Kanten erstreckt, worin die zweite Lasche sich vollständig zwischen einer der zwei Kanten und einem Mittelpunkt der langen Kante befindet, und worin die zweite Lasche der zweiten Elektrodenfolie sich gegenüber der ersten Lasche der ersten Elektrodenfolie befindet; und eine zweite Beschichtung, die aus dem jeweils anderen Anodenmaterial und dem Kathodenmaterials ausgebildet ist, und im Wesentlichen den zweiten Körper der zweiten Elektrodenfolie abdeckt.
Batteriezelle nach Anspruch 3, worin eine erste Laschenlänge der ersten Lasche mindestens 45 Prozent der Länge des ersten Körpers beträgt und eine zweite Laschenlänge der zweiten Lasche mindestens 45 Prozent der Länge des zweiten Körpers beträgt.
Batteriezelle nach Anspruch 4, worin eine erste Laschenhöhe der ersten Lasche bei mindestens 20 Prozent der Breite des ersten Körpers beträgt, und eine zweite Laschenhöhe der zweiten Lasche mindestens 20 Prozent der Breite des zweiten Körpers beträgt.
Batteriezelle nach Anspruch 1, worin das Material der ersten Elektrodenfolie entweder eine Aluminiumlegierung oder eine Kupferlegierung ist.
Batteriezelle nach Anspruch 6, worin das Material der zweiten Elektrode entweder eine Aluminiumlegierung oder eine Kupferlegierung ist.
Batteriezelle nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zweite Elektrodenfolie beinhaltend: einen ersten Körper, der lange Kanten aufweist, die eine Länge definieren, und der kurze Kanten aufweist, die eine Breite definieren, worin ein Verhältnis der Länge zur Breite mindestens fünf beträgt; und eine zweite Lasche, die sich von einer der langen Kanten erstreckt, worin die zweite Lasche sich vollständig zwischen einer der zwei Kanten und einem Mittelpunkt der langen Kante befindet, und worin die zweite Lasche der zweiten Elektrodenfolie sich gegenüber der ersten Lasche der ersten Elektrodenfolie befindet; und eine zweite Beschichtung, die aus dem jeweils anderen Anodenmaterial und dem Kathodenmaterials ausgebildet ist, und im Wesentlichen den zweiten Körper der zweiten Elektrodenfolie abdeckt.
Batteriezelle nach Anspruch 8, worin das Material der ersten Elektrodenfolie eine Aluminiumlegierung ist und das Material der zweiten Elektrodenfolie eine Kupferlegierung ist.
Verfahren zum Ausbilden der Batterieelektroden, umfassend: das Zuführen einer Folie durch eine Beschichtungsmaschine, worin die Bewegung der Folie eine Folienrichtung definiert; das Aufbringen des ersten Beschichtungsbands auf die Folie; das Aufbringen eines zweiten Beschichtungsbands auf die Folie, worin das zweite Beschichtungsband von dem ersten Beschichtungsband durch eine erste Laschenlücke beabstandet ist; ds Schneiden der Folie im Wesentlichen senkrecht zur Folienrichtung, um einen ersten beschichteten Rohling des ersten beschichteten Rohlings zu trennen, und das Schneiden des ersten beschichteten Rohlings, um: das erste Beschichtungsband und einen ersten Abschnitt der ersten Laschenlücke zu trennen; und das Trennen des zweiten Beschichtungsbands und eines zweiten Abschnitts der ersten Laschenlücke, worin eine erste Elektrode aus dem ersten Beschichtungsband und dem ersten Abschnitt der ersten Laschenlücke ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode aus dem zweiten Beschichtungsband und dem zweiten Abschnitt der ersten Laschenlücke ausgebildet ist.