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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine zylindrische Batterie.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine zylindrische
Batterie, die derart konfiguriert ist, dass sie die Wahrscheinlichkeit
von Schaden aufgrund von außen
aufgebrachten Drucks reduziert.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Im
Allgemeinen kann eine herkömmliche
zylindrische Batterie eine durch Wickeln interner Komponenten gebildete
Elektrodenanordnung, einen Becher mit zylindrischer Form, in den
die Elektrodenanordnung eingeführt
ist, in das Innere des Bechers injizierten Elektrolyten zum Ermöglichen
der Bewegung von Ionen sowie eine mit einem Ende des Bechers verbundene
Kappenanordnung zum Verhindern von Auslaufen des Elektrolyten und
Abtrennung der Elektrodenanordnung beinhalten.
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Herkömmliche
zylindrische Batterien können relativ
hohe Kapazitäten
aufweisen, z. B. 2000–2400 mA
im Fall einer Lithiumionen-Sekundärbatterie. Entsprechend können sie
in Geräten
installiert werden, die eine große Leistungskapazität benötigen, z.
B. Laptop-Computern, Digitalkameras, Camcordern usw. Zum Beispiel
kann eine gewünschte
Menge von Batterien in Reihe oder parallel geschaltet werden oder
in einer Hartpackung mit einer Schutzschaltung montiert werden,
um als Leistungsquelle der vorgenannten elektronischen Geräte verwendet
zu werden.
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Herstellen
einer herkömmlichen
zylindrischen Batterie kann die folgenden Operationen beinhalten.
Zuerst können
eine negative Elektrodenplatte, auf der eine vorbestimmte Aktivierungsmaterialschicht
ausgebildet ist, ein Separator sowie eine positive Elektrodenplatte,
auf der eine vorbestimmte Aktivierungsmaterialschicht ausgebildet
ist, miteinander gestapelt werden. Dann kann der Stapel mit einer Wickelachse
in Stabform kombiniert werden und in eine zylindrische Form gewickelt
werden, wodurch eine Elektrodenanordnung gebildet wird. Die Elektrodenanordnung
kann in einen zylindrischen Becher eingeführt werden, und dann kann Elektrolyt injiziert werden.
Eine Kappenanordnung kann an den oberen Teil des zylindrischen Bechers
geschweißt
werden, wodurch die Batterie vervollständigt wird.
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Um
Verformung der Elektrodenanordnung während des Ladens/Entladens
der Batterie zu verhindern, kann ein röhrenförmiger Mittelstift in der Mitte
der Elektrodenanordnung angeordnet sein. Der Mittelstift kann jedoch
durch äußeren Druck
verformt oder gebrochen werden. Wenn der Mittelstift verformt oder
gebrochen wird, kann der Separator in der Elektrodenanordnung auch
gebrochen werden. Dies kann zu einem Defekt des Separators führen, was
einen Kurzschluss zwischen den positiven und negativen Elektrodenplatten
erzeugen kann und zu Batterieversagen oder -explosion führen kann.
Wenn der Mittelstift durch äußeren Druck
verformt wird, insbesondere durch Druck in Längsrichtung, kann der Querschnittsumriss
des röhrenförmigen Mittelstiftes verformt
und ungleichmäßig werden.
Solche Ungleichmäßigkeit
des Querschnittsumrisses kann kritische Störungen des Separators erzeugen.
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US 2003/148175 A1 offenbart
einen Mittelstift mit einem Schlitz (Spalt) entlang seiner Länge. Die
den Schlitz definierenden gegenüberliegenden Kanten
sind vorwärts
zur Innenseite des Mittelstiftes gerichtet. Benachbarte Bereiche
der äußeren Oberflächen der
Kanten sind abgewinkelt, um Kurven zur Innenseite des Zylinders
hin zu beschreiben, so dass die von den äußeren Oberflächen gebildeten
Ebenen einen Winkel θ bilden,
der nicht größer als
140° ist.
US 5,882,815 (D2) offenbart
einen Mittelstift mit einer Öffnung
(Spalt) einer bestimmten Form entlang seiner Länge.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich daher auf eine zylindrische Batterie,
die eines oder mehrere der Probleme aufgrund der Beschränkungen
und Nachteile des Standes der Technik wesentlich überwindet.
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Es
ist daher ein Merkmal einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung, eine zylindrische Batterie bereitzustellen,
die derart konfiguriert ist, dass sie einen verbesserten Sicherheitsbereich
gegen interne Defekte bereitstellt, wenn sie äußerem Druck ausgesetzt ist.
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Es
ist daher ein weiteres Merkmal einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,
eine zylindrische Batterie bereitzustellen, die einen röhrenförmigen Mittelstift
aufweist, der derart konfiguriert ist, dass er sich in einer kontrollierten
Weise verformt, wenn er einem vorbestimmten Niveau von äußerem Druck
ausgesetzt ist.
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Mindestens
eines der obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung kann durch Bereitstellen einer zylindrischen Batterie mit
einer gewickelten Elektrodenanordnung und einem in einem Mittelraum
der Elektrodenanordnung angeordneten Mittelstift verwirklicht werden,
wobei der Mittelstift einen Spalt entlang seiner Länge aufweist
und der Spalt durch gegenüberliegende
Kanten des Mittelstiftes definiert ist, wobei mindestens eine der
gegenüberliegenden
Kanten in Richtung einer äußeren Oberfläche des
Mittelstiftes geneigt ist.
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Jede
der gegenüberliegenden
Kanten kann geneigt sein. Virtuelle Verlängerungslinien, die sich von
den geneigten Oberflächen
zweier gegenüberliegender
Kanten erstrecken, können
sich in einem Innenraum des Mittelstiftes kreuzen, und ein Kreuzungswinkel
zwischen den Verlängerungslinien
kann größer oder
gleich 60° sein.
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Ein
Bereich des Mittelstiftes, der an den Spalt angrenzt, kann bezüglich eines
kreisförmigen Querschnittsumrisses
des Mittelstiftes nach innen abweichen. Der Bereich des Mittelstiftes,
der an den Spalt angrenzt, kann im Wesentlichen flach sein. Der Spalt
kann in dem im Wesentlichen flachen Bereich zentriert sein. Ein
durch einen Schnitt einer äußeren Oberfläche des
nach innen abweichenden Bereichs mit einer Oberfläche der
mindestens einen geneigten gegenüberliegenden
Kante definierter Winkel kann größer oder
gleich 120° sein.
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Eine
Höhe des
Mittelstiftes kann 90 bis 110% einer Höhe der Elektrodenanordnung
betragen. Enden des Mittelstiftes können verjüngt sein. Die zylindrische
Batterie kann eine zylindrische Lithium-Sekundärbatterie sein.
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Die
gewickelte Elektrodenanordnung kann eine erste Elektrodenplatte,
eine zweite Elektrodenplatte und einen zwischen den ersten und zweiten Elektrodenplatten
eingefügten
Separator beinhalten, wobei die gewickelte Elektrodenanordnung in
einer Spirale gewickelt ist, und der Mittelstift kann gegen eine
Oberfläche
der zweiten Elektrodenplatte angeordnet sein.
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Mindestens
eines der obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung kann außerdem
durch Bereitstellen einer zylindrischen Batterie mit einer gewickelten
Elektrode und einem in einem Mittelraum der Elektrodenanordnung angeordneten
Mittelstift verwirklicht werden, wobei der Mittelstift einen Spalt
entlang seiner Länge
aufweist und der Spalt durch gegenüberliegende Kanten des Mittelstiftes
definiert ist, wobei eine Oberfläche mindestens
einer der gegenüberliegenden
Kanten und eine innere Oberfläche
des Mittelstiftes einen spitzen Winkel definieren.
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Der
spitze Winkel kann kleiner als oder gleich ungefähr 60° sein. Der spitze Winkel kann
zwischen 45° und
60° sein.
Ein Bereich des Mittelstiftes, der an den Spalt angrenzt, kann bezüglich eines kreisförmigen Querschnittsumrisses
des Mittelstiftes nach innen gebogen sein. Der gebogene Bereich kann
flach sein. Der Spalt kann in dem flachen Bereich zentriert sein.
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Mindestens
eines der obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung kann ferner durch Bereitstellen einer zylindrischen Batterie
mit einer gewickelten Elektrodenanordnung und einem in einem Mittelraum
der Elektrodenanordnung angeordneten Mittelstift verwirklicht werden, wobei
der Mittelstift einen Spalt entlang seiner Länge aufweist und der Spalt
durch gegenüberliegende Kanten
des Mittelstiftes definiert ist, wobei mindestens eine der gegenüberliegenden
Kanten geneigt ist oder wobei eine Oberfläche mindestens einer der gegenüberliegenden
Kanten und eine innere Oberfläche
des Mittelstiftes einen spitzen Winkel definieren.
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Der
Mittelstift kann röhrenförmig ausgebildet sein.
Der spitze Winkel kann kleiner oder gleich 60° sein. Der spitze Winkel kann
zwischen 45° und
60° sein.
Ein Bereich des Mittelstiftes, der an den Spalt angrenzt, kann bezüglich eines
kreisförmigen
Querschnittsumrisses des Mittelstiftes nach innen gebogen sein.
Der gebogene Bereich kann flach sein. Der Spalt kann in dem flachen
Bereich zentriert sein.
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Mindestens
eines der obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung kann ferner durch Bereitstellen einer zylindrischen Batterie
mit einer gewickelten Elektrodenanordnung verwirklicht werden, wobei
ein Stift einen Teil der gewickelten Elektrode durchdringt, wobei
der Stift einen darin ausgebildeten Spalt aufweist, wobei der Stift eine
innere Oberfläche,
eine äußere Oberfläche, eine erste
Kante und eine zweite Kante aufweist, wobei die erste Kante einen
ersten Teil der inneren Oberfläche
mit einem ersten Teil der äußeren Oberfläche verbindet,
wobei die zweite Kante einen zweiten Teil der inneren Oberfläche mit
einem zweiten Teil der äußeren Oberfläche verbindet,
wobei der Spalt zwischen den ersten und zweiten Kanten definiert
ist und sich von der inneren Oberfläche zu der äußeren Oberfläche erstreckt
und wobei der Spalt eine erste Abmessung entlang der inneren Oberfläche aufweist, der
Spalt eine zweite Abmessung entlang der äußeren Oberfläche aufweist
und die erste Abmessung von der zweiten Abmessung verschieden ist.
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Jede
der inneren und äußeren Oberflächen des
Stiftes kann einen im Wesentlichen kreisförmigen Teil und einen im Wesentlichen
linearen Teil beinhalten, der Spalt kann zwischen den im Wesentlichen
linearen Teilen definiert sein, und die im Wesentlichen linearen
Teile können
sich entlang einer selben Sehne eines Kreises erstrecken, die durch den
im Wesentlichen kreisförmigen
Teil definiert ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden dem Durchschnittsfachmann ersichtlicher, indem Ausführungsbeispiele
derselben mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen im Detail
beschrieben werden:
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1A illustriert
eine Perspektivansicht einer zylindrischen Batterie gemäß einer
Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
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1B illustriert
eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A von 1A;
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1C illustriert
eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B von 1A;
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2A illustriert
eine Perspektivansicht eines Mittelstiftes einer zylindrischen Batterie
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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2B illustriert
eine Querschnittsansicht entlang einer Linie C-C von 2A;
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3 illustriert
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer zylindrischen
Batterie gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung; und
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4A–4D illustrieren
Stadien in einem Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Batterie
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun nachstehend vollständiger mit
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch in verschiedenen
Formen ausgeführt
werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungen
beschränkt
interpretiert werden. Diese Ausführungen
werden vielmehr bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und
vollständig
ist, und werden dem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig vermitteln.
In den Figuren sind die Dimensionen von Schichten und Bereichen
im Sinne der Klarheit der Illustration übertrieben. Es versteht sich auch,
dass, wenn eine Schicht als sich „auf" einer anderen Schicht oder einem anderen
Substrat befindend bezeichnet wird, sie sich direkt auf der anderen Schicht
oder dem anderen Substrat befinden kann oder auch dazwischen liegende
Schichten vorhanden sein können.
Ferner versteht sich auch, dass wenn eine Schicht als sich „unter" einer anderen Schicht
befindend bezeichnet wird, sie sich direkt darunter befinden kann
und auch eine oder mehrere dazwischen liegende Schichten vorhanden
sein können.
Ferner versteht sich auch, dass wenn eine Schicht als sich „zwischen" zwei Schichten befindend bezeichnet
wird, sie die einzige Schicht zwischen den beiden Schichten sein
kann oder auch eine oder mehrere dazwischen liegende Schichten vorhanden sein
können. Ähnliche
Bezugszahlen beziehen sich durchweg auf ähnliche Elemente.
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In
einer zylindrischen Batterie gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung können
gegenüberliegende
Kanten eines Mittelstiftes, die einen Spalt definieren, nach innen
zueinander gedrückt werden,
wenn der Mittelstift durch ein vorbestimmtes Niveau von äußerem Druck
verformt wird. Daher kann der Widerstand des Mittelstiftes gegenüber äußerem Druck
verbessert werden. Mindestens eine der gegenüberliegenden Kanten kann geneigt
sein, um für
kontrollierte Verformung des Mittelstiftes zu sorgen, wenn er äußerem Druck
ausgesetzt ist. Daher kann es möglich
sein, eine Störung
eines Separators in einer Elektrodenanordnung und einen Kurzschluss
in der Elektrodenanordnung zu verhindern. Daher kann die Batterie
einen verbesserten Sicherheitsbereich gegen interne Defekte aufweisen,
wenn sie externem Druck ausgesetzt ist. Eine Batterie gemäß der vorliegenden
Erfindung kann besonders zur Verwendung als zylindrische Lithiumionen-Sekundärbatterie,
z. B. Lithiumionenbatterie, geeignet sein.
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1A illustriert
eine Perspektivansicht einer zylindrischen Batterie gemäß einer
Ausführung der
vorliegenden Erfindung, 1B illustriert
eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A von 1A,
und 1C illustriert eine Querschnittsansicht entlang
einer Linie B-B von 1A. Unter Bezug auf 1A–1C kann
eine zylindrische Batterie 100 gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung eine Elektrodenanordnung 200 zum
Erzeugen eines Spannungsunterschiedes während des Entladens und/oder
Ladens der zylindrischen Batterie 100, ein zylindrisches
Gehäuse 300 zur
Unterbringung der Elektrodenanordnung 200, eine Kappenanordnung 400,
die, wenn sie mit dem oberen Teil des zylindrischen Gehäuses 300 verbunden
ist, Abtrennung der Elektrodenanordnung 200 verhindert,
sowie einen in der Mitte der Elektrodenanordnung angeordneten Mittelstift 500 beinhalten.
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Die
Elektrodenanordnung 200 kann eine erste Elektrodenplatte 210 beinhalten,
auf der positive oder negative Elektrodenaktivierungsmaterialien
aufgetragen sind, z. B. ein positives Elektrodenaktivierungsmaterial.
Die Elektrodenanordnung 200 kann außerdem eine zweite Elektrodenplatte 220 beinhalten,
auf der das Verbleibende der positiven oder negativen Elektrodenaktivierungsmaterialien
aufgetragen ist. Ein oder mehrere Separatoren 230 können zwischen
der ersten Elektrodenplatte 210 und der zweiten Elektrodenplatte 220 eingefügt sein,
um einen Kurzschluss dazwischen zu verhindern. Der Separator 230 kann
Ionen erlauben, sich zwischen der ersten Elektrodenplatte 210 und
der zweiten Elektrodenplatte 220 zu bewegen. Die erste
Elektrodenplatte 210, die zweite Elektrodenplatte 220 und
der Separator 230 können
spiralförmig
in eine zylindrische Form gewickelt sein und in dem zylindrischen
Gehäuse 300 untergebracht
sein.
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Ein
erster Elektrodenzapfen 215 kann mit der ersten Elektrodenplatte 210 verbunden
sein und kann sich in Richtung der Kappenanordnung 400 erstrecken.
Der erste Elektrodenzapfen 215 kann z. B. aus einem Metall,
wie zum Beispiel Aluminium (Al), gebildet sein. Ein zweiter Elektrodenzapfen 225 kann mit
der zweiten Elektrodenplatte 220 verbunden sein und kann
sich in Richtung des unteren Endes der Batterie 100, d.
h. des Endes, das gegenüber
der Kappenanordnung 400 liegt, erstrecken. Der zweite Elektrodenzapfen 225 kann
z. B. aus einem Metall, wie zum Beispiel Nickel (Ni), gebildet sein.
Eine obere Isolationsplatte 241 und eine untere Isolationsplatte 245 können an
oberen und unteren Enden der Elektrodenanordnung 200 bereitgestellt
sein, um direkten Kontakt zwischen der Elektrodenanordnung 200,
der Kappenanordnung 400 und dem zylindrischen Gehäuse 300 zu
vermeiden.
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Das
zylindrische Gehäuse 300 kann
eine zylindrische Oberfläche 310 mit
einem vorbestimmten Durchmesser aufweisen, die einen Innenraum definiert,
um die Elektrodenanordnung 200 unterzubringen. Das zylindrische
Gehäuse 300 kann
außerdem eine
untere Oberfläche 320 aufweisen,
die den unteren Teil der zylindrischen Oberfläche 310 schließt, wobei
der obere Teil der zylindrischen Oberfläche 310 offen sein
kann, um Einführen
der Elektrodenanordnung 200 zu ermöglichen. Das zylindrische Gehäuse 300 kann
z. B. aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium, Eisen usw. oder
einer Legierung derselben gebildet sein.
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Der
erste Elektrodenzapfen 215 oder der zweite Elektrodenzapfen 225 der
Elektrodenanordnung 200, z. B. der zweite Elektrodenzapfen 225, kann
mit der Mitte der unteren Oberfläche 320 des zylindrischen
Gehäuses 300 verbunden
sein, so dass das zylindrische Gehäuse 300 selbst als
ein Anschluss mit derselben Polarität wie die zweite Elektrodenplatte 220,
z. B. ein negativer Anschluss, fungieren kann.
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Das
zylindrische Gehäuse 300 kann
eine oder mehrere gefalzte oder gewalzte Merkmale darin ausgebildet
haben, um die Kappenanordnung 400 zu erfassen. Zum Beispiel
kann das zylindrische Gehäuse 300 einen
oberen gewalzten Teil 330 an dem oberen Ende des zylindrischen
Gehäuses 300 beinhalten.
Der obere gewalzte Teil 330 kann durch Verformen eines
Teils des zylindrischen Gehäuses 300 gebildet
sein, so dass er in einer vorbestimmten Richtung, d. h. in Richtung
der Mitte des zylindrischen Gehäuses 300,
gebogen ist, um auf die Kappenanordnung 400 Druck nach
unten auszuüben.
Das zylindrische Gehäuse 300 kann
ferner einen unteren gewalzten Teil 340 beinhalten. Der
untere gewalzte Teil 340 kann durch Verformen eines Teils
des zylindrischen Gehäuses 300 nach
innen gebildet sein, so dass der untere gewalzte Teil zum Inneren
des zylindrischen Gehäuses 300 hin
gesenkt ist, d. h. in dieser Richtung herausragt, um auf die Kappenanordnung 400 Druck
nach oben auszuüben.
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Die
Kappenanordnung 400 kann eine an den ersten Elektrodenzapfen 215 geschweißte leitende Sicherheitsentlüftung 410 beinhalten,
die invertieren kann, um Druck abzubauen, wenn die Batterie überladen
oder überhitzt
ist. Die Kappenanordnung 400 kann außerdem eine gedruckte Schaltung
(PCB) 420 beinhalten, die elektrisch und/oder mechanisch
mit dem oberen Teil der leitenden Sicherheitsentlüftung 410 verbunden
sein kann und ausgeschaltet werden kann, wenn die Sicherheitsentlüftung 410 invertiert wird.
Ein Thermistor 430 kann elektrisch und/oder mechanisch
mit dem oberen Teil der gedruckten Schaltung 420 verbunden
sein, um die Schaltung auszuschalten, wenn die Batterie überhitzt
oder eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
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Eine
leitende Elektrodenkappe 440 kann elektrisch und mechanisch
mit dem oberen Teil des Thermistors 430 verbunden sein,
um von der Batterie generierten elektrischen Strom nach außen bereitzustellen.
Die Elektrodenkappe 440 kann mit dem ersten Elektrodenzapfen 215 oder
dem zweiten Elektrodenzapfen 225, z. B. dem ersten Elektrodenzapfen 215,
verbunden sein, um als ein Anschluss mit derselben Polarität wie die
erste Elektrodenplatte 210, z. B. ein positiver Anschluss,
zu fungieren. Eine Isolationsdichtung 450 kann die Sicherheitsentlüftung 410, die
gedruckte Schaltung 420, den Thermistor 430 sowie
die Elektrodenkappe 440 halten und isolieren und sie dabei
von dem zylindrischen Gehäuse 300 isolieren.
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Ein
Elektrolyt (nicht gezeigt) zum Erlauben der Bewegung von Ionen in
der Elektrodenanordnung 200 kann in das zylindrische Gehäuse 300 injiziert
sein. Der Elektrolyt fungiert als Medium zum Übertragen von durch elektrochemische
Reaktion in sowohl den positiven als auch den negativen Elektroden
während
des Entladens und/oder Ladens der Batterie 100 generierten
Ionen. Der Elektrolyt kann z. B. ein nichtwässriger organischer Elektrolyt
zum Transportieren von Lithiumionen sein, z. B. eine Mischung aus
Lithiumsalz und einem hochreinen organischen Lösungsmittel. Der Elektrolyt
kann ein Polymer beinhalten.
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2A illustriert
eine Perspektivansicht eines Mittelstiftes einer zylindrischen Batterie
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung, und 2B illustriert
eine Querschnittsansicht entlang einer Linie C-C von 2A.
Unter Bezug auf 2A und 2B ist
der Mittelstift 500 in einem Mittelraum der gewickelten
Elektrodenanordnung 200 angeordnet, um Lockerung und Verformung
der gewickelten Elektrodenanordnung 200 zu verhindern,
welche durch äußeren Druck
verursacht werden können.
Der Mittelstift 500 kann allgemein röhrenförmig oder ringförmig ausgebildet
sein. Der Mittelstift 500 kann im Wesentlichen hohl sein.
Ein Spalt 510 ist entlang einer Länge des Mittelstiftes 500 ausgebildet.
Der Spalt 510 ist durch gegenüberliegende Kanten 520 des Mittelstiftes 500 definiert.
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Obere
und untere Enden des Mittelstiftes 500 können verjüngt sein.
Das untere Ende des Mittelstiftes 500 kann auf dem zweiten
Elektrodenzapfen 225 angeordnet sein. Eine Höhe des Mittelstiftes 500 kann
90 bis 110% der Höhe
der Elektrodenanordnung 200 betragen. Wenn die Höhe des Mittelstiftes 500 weniger
als 90% der Höhe
der Elektrodenanordnung 200 beträgt, kann eine Kraft zum Fixieren und
Unterstützen
der Elektrodenanordnung 200 schwach sein, wobei, wenn die
Höhe des
Mittelstiftes 500 mehr als 110% beträgt, der Mittelstift 500 mit Komponenten
der Kappenanordnung 300 in Kontakt stehen kann, was unerwünscht sein
kann.
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In
der zusammengebauten Batterie 100 können die gegenüberliegenden
Kanten 520 des Mittelstiftes 500, die den Spalt 510 definieren,
einander über
den Spalt 510 hinweg nahe gegenüberstehen, wenn der Mittelstift 500 in
der Elektrodenanordnung 200 installiert ist. Die gegenüberliegenden
Kanten 520 können
durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt bleiben.
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Wie
in 2B gezeigt kann jede der gegenüberliegenden Kanten 520 eine
innere Oberfläche 522 des
Mittelstiftes 500 mit einer äußeren Oberfläche 523 des
Mittelstiftes 500 verbinden. Jede der gegenüberliegenden
Kanten 520 kann einen inneren Teil 524 und einen äußeren Teil 525 beinhalten. 2B illustriert
gegenüberliegende
Kanten 520, die im Wesentlichen flach sind, wobei die gegenüberliegenden
Kanten 520 andere geeignete Formen, einschließlich z.
B. Kurven, aufweisen können.
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Ein
Bereich des Mittelstiftes 500 in der Nähe der gegenüberliegenden
Kanten 520 kann bezüglich des
kreisförmigen
Querschnittsumrisses des Mittelstiftes 500 abweichen oder
nach innen gebogen sein, so dass der Bereich in Richtung der Mitte
des Mittelstiftes 500 abgewinkelt ist. In einer Ausführung kann der
Mittelstift 500 einen abgeflachten Bereich 530, der
nach innen gebogen ist und um den Spalt 510 herum abgeflacht
ist, aufweisen, so dass der Querschnitt des Mittelstiftes 500 auf
beiden Seiten des Spalts 510 flach ist, wie bei dem unteren
Teil von 2B illustriert. Der Bereich
muss jedoch nicht flach sein, und andere geeignete Formen können verwendet
werden.
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Eine
oder mehrere der gegenüberliegenden Kanten 520,
die den Spalt 510 definieren, können geneigt sein. Die Kante 520 kann
in Richtung einer äußeren Oberfläche des
Mittelstiftes geneigt sein, wie in 2A und 2B illustriert.
Wahlweise kann die Kante 520 in Richtung einer inneren
Oberfläche
des Mittelstiftes (nicht gezeigt) geneigt sein. In einer Ausführung ist
jede der gegenüberliegenden
Kanten 520 geneigt. Die Neigung der geneigten Oberflächen der gegenüberliegenden
Kanten 520 kann bezüglich
virtueller Verlängerungslinien
festgelegt sein. Die virtuellen Verlängerungslinien können sich
in dem Innenraum des Mittelstiftes 500 treffen und bezüglich einander
in einem eingeschlossenen Winkel, d. h. einem Kreuzungswinkel, α stehen.
Der Kreuzungswinkel α der
Verlängerungslinien
der gegenüberliegenden Kanten 520 kann
größer oder
gleich 60° sein.
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Für jede der
gegenüberliegenden
Kanten 520 treffen sich die geneigte Oberfläche der
Kante 520 und die innere Oberfläche des abgeflachten Bereichs 530,
um einen Innenwinkel γ festzulegen.
Der Innenwinkel γ kann
ein spitzer Winkel sein. In einer Ausführung kann der Innenwinkel γ ungefähr 60° oder weniger
sein. In einer Ausführung
kann der Innenwinkel γ zwischen
ungefähr
45° und
ungefähr
60° sein.
Für jede
der gegenüberliegenden
Kanten 520 legen die geneigte Oberfläche der Kante 520 und
die äußere Oberfläche des
abgeflachten Bereichs 530 außerdem einen Außenwinkel
fest. Der Außenwinkel β kann ein
stumpfer Winkel sein. In einer Ausführung kann der Außenwinkel β ein Komplementwinkel
sein, der größer als
oder gleich ungefähr
120° ist.
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Wie
oben beschrieben kann gemäß der vorliegenden
Erfindung der Innenwinkel γ ungefähr 60° oder weniger
sein und der Außenwinkel β kann ungefähr 120° oder mehr
sein. Entsprechend kann eine zylindrische Batterie gemäß der vorliegenden
Erfindung weniger anfällig
für Störungen der
Elektrodenanordnung und Kurzschlüsse
sein, da der abgeflachte Bereich 530 und die geneigten
gegenüberliegenden Kanten 520 des
Spalts 510 derart konfiguriert sind, dass sie dem Mittelstift 500 erlauben,
sich in Richtung einer vorbestimmten Richtung zu verformen, wenn
der Mittelstift 500 durch ein vorbestimmtes Niveau von äußerem Druck
verformt wird. Insbesondere kann sich der Mittelstift 500 nach
innen in Richtung des innerhalb des Mittelstiftes 500 definierten
Raumes verformen. Das heißt,
die Verformung kann kontrolliert werden, so dass sie in einer vorbestimmten Richtung
erfolgt, d. h. nach innen, womit Verformung nach außen, die
sich auf die Elektrodenanordnung 200 schädlich auswirken
könnte,
verhindert wird.
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Würden sich
die gegenüberliegenden
Kanten 520 nach außen
biegen, wenn der Mittelstift 500 verformt wird, so könnte ein
Teil des Mittelstiftes 500 mit dem Separator 230 der
Elektrodenanordnung 200 in Kontakt kommen, wodurch der
Separator 230 brechen und einen Kurzschluss erzeugen würde. Insbesondere
in dem Fall, in dem sich die gegenüberliegenden Kanten 520 nahe
beieinander befinden, können
die gegenüberliegenden
Kanten 520 miteinander in Kontakt kommen, wenn der Innenwinkel γ größer als
90° ist
(und der Außenwinkel β kleiner
als 90° ist). Der
Kontakt zwischen den gegenüberliegenden
Kanten 520 könnte
verursachen, dass die Verformung des Mittelstiftes 500 unkontrolliert
wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens einer Störung der Elektrodenanordnung
und eines Kurzschlusses aufgrund von Verformung des Mittelstiftes 500 erhöht wird.
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Im
Gegensatz dazu sind gemäß der vorliegenden
Erfindung der abgeflachte Bereich 530 und die gegenüberliegenden
Kanten 520 so konfiguriert, dass sie die Wahrscheinlichkeit,
dass ein Kurzschluss aufgrund von Verformung des Mittelstiftes 500 geschieht,
reduzieren oder verhindern. Insbesondere in dem Fall, in dem sich
die gegenüberliegenden
Kanten 520 nahe beieinander befinden, kann Verformung des
Mittelstiftes 500 verursachen, dass sich der abgeflachte
Bereich 530 nach innen bewegt. Diese Bewegung kann die
relative Positionierung der gegenüberliegenden Kanten 520 derart ändern, dass der
Kreuzungswinkel α verringert
wird. Wenn jedoch der Innenwinkel γ und der Außenwinkel β wie oben dargestellt konfiguriert
sind, kann der Kreuzungswinkel α größer als
0° bleiben,
so dass die gegenüberliegenden
Kanten 520 getrennt bleiben und Kontakt miteinander vermeiden
können,
wodurch für
eine kontrollierte Verformung, die nach innen, von der Elektrodenanordnung 200 hinweg,
verformt, gesorgt ist.
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3 illustriert
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer zylindrischen
Batterie gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung, und 4A–4D illustrieren
Stadien in einem Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Batterie
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezug auf 3 kann ein
Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Batterie gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung Ausbilden der Elektrodenanordnung 200 (S1),
Verbinden der Elektrodenanordnung 200 (S2), Einführen des Mittelstiftes 500 (S3),
Injizieren von Elektrolyt (S4) sowie Verbinden der Kappenanordnung
(S5) beinhalten.
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Unter
Bezug auf 3 und 4A–4D wird
nun ein Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Batterie gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Unter Bezug auf 4A können in
Operation S1, Ausbilden der Elektrodenanordnung, die erste Elektrodenplatte 210,
der Separator 230 und die zweite Elektrodenplatte 220 in Folge
gestapelt werden. Dann kann eine Wickelachse 700 an einem
Ende des Stapels befestigt werden, und die Elektrodenanordnung 200 kann
in eine zylindrische Form gewickelt werden. Vor dem Wickeln des Stapels
können
der erste Elektrodenzapfen 215 und der zweite Elektrodenzapfen 225 an
der ersten Elektrodenplatte 210 beziehungsweise der zweiten
Elektrodenplatte 220 befestigt werden.
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Unter
Bezug auf 4B kann in Operation S2, Verbinden
der Elektrodenanordnung, die Elektrodenanordnung 200 mit
dem zylindrischen Gehäuse 300 verbunden
werden. Das zylindrische Gehäuse 300 kann
zuerst mit der unteren Isolationsplatte 245 (nicht in 4B gezeigt)
ausgestattet worden sein. Nach Verbinden der Elektrodenanordnung 200 mit dem
zylindrischen Gehäuse 300 kann
die Wickelachse 700 von der Elektrodenanordnung 200 getrennt werden.
Es wird angemerkt, dass die Wickelachse 700 getrennt werden
kann, bevor die Elektrodenanordnung 200 mit dem zylindrischen
Gehäuse 300 verbunden
wird, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese bestimmte
Operationenfolge beschränkt.
Das Entfernen der Wickelachse 700 kann einen zylindrischen
Raum in der Mitte der Elektrodenanordnung 200 hinterlassen.
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Unter
Bezug auf 4C kann in Operation S3, Einführen des
Mittelstiftes, der Mittelstift 500 in den Mittelraum der
Elektrodenanordnung, der nach Trennen der Wickelachse 700 geblieben
ist, eingeführt
werden. Vor dem Einführen
des Mittelstiftes 500 kann der erste Elektrodenzapfen 215 oder
der zweite Elektrodenzapfen 225 (z. B. der zweite Elektrodenzapfen 225),
der zuvor mit der Elektrodenanordnung 200 befestigt worden
sein kann, mit der unteren Oberfläche 320 des zylindrischen
Gehäuses 300 z. B.
durch Schweißen
oder dergleichen verbunden werden. Daher kann, wie in 1B gezeigt,
der Mittelstift 500 auf dem zweiten Elektrodenzapfen 225 angeordnet
werden und kann mit ihm in Kontakt sein. Außerdem kann der Mittelstift 500 dazu
dienen, die Verbindung zwischen dem zweiten Elektrodenzapfen 225 und
dem zylindrischen Gehäuse 300 zu
verstärken.
Wie oben beschrieben kann die Höhe
des Mittelstiftes 500 ungefähr 90–110% der Höhe der Elektrodenanordnung 200 betragen.
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In
Operation S4, Injizieren von Elektrolyt, kann der Elektrolyt in
die Elektrodenanordnung 200 injiziert werden, bis das Niveau
des injizierten Elektrolyten das obere Ende der Elektrodenanordnung 200 erreicht.
Der Elektrolyt erlaubt die Bewegung von Ionen in der Elektrodenanordnung 200,
d. h. zwischen der ersten Elektrodenplatte 210 und der
zweiten Elektrodenplatte 220, während des Entladens und/oder
Ladens der Batterie 100.
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Unter
Bezug auf 4D kann in Operation S5, Verbinden
der Kappenanordnung, die Kappenanordnung 400, die eine
Vielzahl von Komponenten beinhalten kann, mit dem oberen Teil des
zylindrischen Gehäuses 300 verbunden werden,
so dass sich die Elektrodenanordnung 200, der Mittelstift 500 und
der Elektrolyt nicht von der Batterie 100 abtrennen beziehungsweise
aus dieser auslaufen.
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Insbesondere
kann eine Isolationsdichtung 450, z. B. eine ringförmige Dichtung,
mit dem oberen Teil des zylindrischen Gehäuses 300 verbunden
werden. Dann können
ein leitende Sicherheitsentlüftung 410,
eine gedruckte Schaltung 420, ein Thermistor 430 sowie
eine Elektrodenkappe 440 in Folge installiert werden. Die
leitende Sicherheitsentlüftung 410 kann
elektrisch mit dem ersten Elektrodenzapfen 215 oder dem
zweiten Elektrodenzapfen 225 (z. B. dem ersten Elektrodenzapfen 215)
verbunden sein, der zuvor mit der Elektrodenanordnung 200 verbunden worden
sein kann.
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Anschließend kann
ein nach innen herausragender unterer gewalzter Teil 340,
der nach innen herausragt und dem unteren Teil der Isolationsdichtung 450 entspricht,
durch z. B. Walzen eines Teils des zylindrischen Gehäuses 300 gebildet
werden, und ein oberer gewalzter Teil 330 an dem oberen
Ende des zylindrischen Gehäuses 300 kann
durch z. B. Falzen gebildet werden, so dass die Kappenanordnung 400 fest
ist und nicht leicht von dem zylindrischen Gehäuse 300 abgetrennt
wird.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung wurden hierin offenbart, und obwohl bestimmte
Begriffe verwendet werden, werden sie lediglich in einem allgemeinen
und beschreibenden Sinn verwendet und sollen in diesem Sinn und
nicht zum Zweck der Einschränkung
interpretiert werden. Entsprechend wird der Durchschnittsfachmann
verstehen, dass verschiedene Änderungen
in Form und Details vorgenommen werden können, ohne von dem in den folgenden
Patentansprüchen
dargelegten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.