EA043346B1 - BATTERY CONNECTIONS AND METALLIZED FILM COMPONENTS IN INTERNALLY FUSED ENERGY STORAGE DEVICES - Google Patents

BATTERY CONNECTIONS AND METALLIZED FILM COMPONENTS IN INTERNALLY FUSED ENERGY STORAGE DEVICES Download PDF

Info

Publication number
EA043346B1
EA043346B1 EA202192436 EA043346B1 EA 043346 B1 EA043346 B1 EA 043346B1 EA 202192436 EA202192436 EA 202192436 EA 043346 B1 EA043346 B1 EA 043346B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
pantograph
energy storage
current collector
current
battery
Prior art date
Application number
EA202192436
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Брайан Г. Морин
Карл С. Ху
Original Assignee
Сотериа Бэттери Инновейшн Груп Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сотериа Бэттери Инновейшн Груп Инк. filed Critical Сотериа Бэттери Инновейшн Груп Инк.
Publication of EA043346B1 publication Critical patent/EA043346B1/en

Links

Description

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение относится к улучшениям структурных компонентов и физических характеристик литиевых аккумуляторных изделий. Например, традиционные литий-ионные аккумуляторы подвержены определенным явлениям, связанным с коротким замыканием, в результате чего они подвергаются воздействию высоких температур и могут в итоге воспламениться. Было обнаружено, что структурные свойства аккумуляторных компонентов являются одним из источников таких проблем. Улучшения, представленные в настоящем документе, включают в себя использование тонких металлизированных токоприемников (например, из алюминия и/или меди), материалов с высокой скоростью усадки, материалов, которые становятся непроводящими при воздействии высоких температур, и их комбинации. Такие улучшения обеспечивают возможность противостоять определенным недостаткам (дендритам, неожиданным скачкам электрического напряжения и т.д.) в конструкции целевого литиевого аккумулятора посредством обеспечения как будто бы внутреннего предохранителя в конструкции самих рассматриваемых литиевых аккумуляторов, который предотвращает нежелательные результаты воздействия высоких температур в случаях короткого замыкания. Аккумуляторные изделия и способы их использования, включающие в себя такие улучшения, также подпадают под объем настоящего изобретения.The present invention relates to improvements in the structural components and physical characteristics of lithium battery products. For example, traditional lithium-ion batteries are subject to certain short-circuiting events that expose them to high temperatures and can eventually ignite. The structural properties of battery components have been found to be one source of such problems. Improvements presented herein include the use of thin metallized current collectors (eg, aluminum and/or copper), materials with high shrink rates, materials that become nonconductive when exposed to high temperatures, and combinations thereof. Such improvements provide the ability to counteract certain shortcomings (dendrites, sudden surges in electrical voltage, etc.) in the design of the target lithium battery by providing an internal fuse in the design of the subject lithium batteries themselves, which prevents unwanted results from exposure to high temperatures in cases of short circuit . Battery products and methods for using them incorporating such improvements also fall within the scope of the present invention.

Особый интерес и важность представляют обеспечение элемента литиевого аккумулятора, который включает в себя необходимые язычки для обеспечения проводимости от его внутренней части наружу для питания рассматриваемого устройства, что может быть нетривиальным условием из-за тонкости электродов, и, вероятно, обеспечение того, чтобы две стороны электродного материала не могли быть проводящими друг с другом. В настоящем изобретении предусмотрены язычки, которые демонстрируют достаточные уровни безопасности в сочетании с отмеченными выше характеристиками внутреннего предохранителя, при этом одновременно обладая прочностью на разрыв, чтобы оставаться на месте при эксплуатации, а также полностью покрывая тонкопленочные металлизированные токоприемники для обеспечения такого результата электрической проводимости. Такие язычки дополнительно снабжены оптимальными сварными швами для обеспечения необходимых контактов при уровнях, которые представляют собой впечатляющие уровни силы тока и термостойкости для достижения базового результата внутреннего предохранителя с вышеупомянутой достаточной проводимостью для внешнего устройства. Благодаря такому компоненту в виде язычкового вывода и такой сварной структуре обеспечивается дополнительное улучшение в области производства литиевых аккумуляторов.Of particular interest and importance is providing a lithium battery cell that includes the necessary tabs to allow conduction from its inside to the outside to power the device in question, which may be a non-trivial condition due to the thinness of the electrodes, and likely ensuring that the two sides electrode material could not be conductive to each other. The present invention provides reeds that exhibit sufficient levels of safety in combination with the internal fuse characteristics noted above, while also having the tensile strength to remain in place during use, as well as completely covering the thin film metallized pantographs to provide this electrical conductivity result. Such tabs are further provided with optimal welds to provide the necessary contacts at levels that represent impressive levels of current and heat resistance to achieve the basic result of an internal fuse with the aforementioned sufficient conductivity for an external device. With this tongue-type component and this welded structure, further improvement is provided in the field of lithium battery production.

Кроме того, раскрытые в настоящем документе усовершенствования внутреннего предохранителя, представленные в виде чрезвычайно тонких структур токоприемников, дополнительно обеспечивают возможность выполнения в нем повторяющихся складок в пределах одного элемента. Такая возможность выполнения складок обеспечивает возможность соединения двух сторон токоприемника, который в противном случае мог бы быть электрически изолирован полимерным слоем, расположенным между двумя проводящими слоями, не приводя к необходимости повышения внутреннего веса и/или объема аккумулятора. По видимости, токоприемник со складками сохраняет характеристики внутреннего предохранителя, одновременно обеспечивая такое увеличение мощности, теоретически допуская любое количество увеличений мощности в пределах любого количества подобранных по размеру аккумуляторов без необходимости в вышеупомянутого повышения веса и объема, а также приводя к созданию новых аккумуляторных изделий для разных целей с заданными высокими уровнями мощности и максимально возможными преимуществами безопасности.In addition, improvements to the internal fuse disclosed herein, in the form of extremely thin pantograph structures, further enable it to be folded repeatedly within a single element. This folding capability allows the two sides of a susceptor, which might otherwise be electrically insulated by a polymer layer sandwiched between two conductive layers, to be connected without adding to the internal weight and/or volume of the battery. The gusseted current collector appears to retain the characteristics of the internal fuse while providing this increase in power, theoretically allowing any number of power increases within any number of sized batteries without the need for the aforementioned increases in weight and volume, and leading to the creation of new battery products for different targets with specified high power levels and the greatest possible safety benefits.

Уровень техникиState of the art

Литиевые аккумуляторы по-прежнему распространены во всем мире в качестве источника электроэнергии для множества изделий. Благодаря их надежности, отмеченной выше возможности перезарядки и долговечности использования литиевые аккумуляторы (с разными типами ионов) используются в качестве основного источника питания всюду: от перезаряжаемых электроинструментов до электронных автомобилей и широко распространенных сотовых телефонов (и подобных им планшетных компьютеров, портативных компьютеров и т.д.). Однако с такими широко используемыми источниками питания возникают определенные проблемы, некоторые из которых становятся все более серьезными. В частности, выявились проблемы безопасности, когда определенные недостатки в таких литиевых аккумуляторах, будь то вследствие первоначальных проблем, связанных с их производством, или проблем, связанных с их деградацией с течением времени, вызывают уязвимость перед напряжением возникновения возгорания во время короткого замыкания. В основном было обнаружено, что внутренние дефекты в проводящих материалах создают нежелательное сильное нагревание и, в конечном счете, приводят к возгоранию внутри таких аккумуляторных структур. В результате некоторые изделия, в которых применяются литиевые аккумуляторы - начиная от портативных компьютеризированных устройств (смартфон Samsung Galaxy Note 7, как одна печально известная ситуация) до целых самолетов (пассажирский самолет Boeing 787) - были запрещены к продаже и/или использованию до тех пор, пока не будут найдены решения для используемых в них скомпрометированных литиевых аккумуляторов и сопутствующих товаров (и даже до такой степени, что смартфон Samsung Galaxy Note 7 был запрещен к использованию в любых самолетах в определенных регионах). Даже линейка электромобилей компании Tesla продемонстрировала заметные проблемы с компонентами литиевых аккумуляторов, что привело к появлению громких иLithium batteries are still common throughout the world as a source of electricity for many products. Because of their reliability, rechargeability, and longevity noted above, lithium batteries (with a variety of ion types) are used as the primary power source in everything from rechargeable power tools to electronic cars to the ubiquitous cell phones (and similar tablets, laptops, etc.). d.). However, there are certain problems with such widely used power supplies, some of which are becoming more serious. In particular, safety issues have emerged where certain deficiencies in such lithium batteries, whether due to initial problems associated with their manufacture or problems associated with their degradation over time, cause vulnerability to fire voltage during a short circuit. Basically, it has been found that internal defects in conductive materials create unwanted high heat and ultimately lead to fires inside such battery structures. As a result, certain products that use lithium batteries—ranging from portable computer devices (the Samsung Galaxy Note 7 smartphone, in one notorious case) to entire aircraft (the Boeing 787 passenger jet)—were banned from sale and/or use until then. , until solutions are found for the compromised lithium batteries and related products they use (and even to the point where the Samsung Galaxy Note 7 smartphone was banned for use on any aircraft in certain regions). Even Tesla's line of electric vehicles has demonstrated noticeable problems with lithium battery components, resulting in loud and

- 1 043346 привлекающих к себе внимание историй, согласно которым такие дорогие транспортные средства взрываются как огненные шары из-за проблем с аккумуляторами. Таким образом, по сей день повсеместно происходят снятия с продаж или сохраняются прямые запреты, имеющие отношение к таким проблемам с литиевыми аккумуляторами, что приводит к значительной необходимости их преодоления.- 1,043,346 attention-grabbing stories of such expensive vehicles exploding like fireballs due to battery problems. Thus, to this day, there are widespread withdrawals or outright bans related to such problems with lithium batteries, which leads to a significant need to overcome them.

Эти проблемы в первую очередь существуют вследствие производственных дефектов, будь то связанные с отдельными аккумуляторными компонентами в том виде, в каком они изготовлены, или, по существу, с тем, что такие компоненты выполнены как отдельные аккумуляторы. При более внимательном рассмотрении, литиевые аккумуляторы в настоящее время изготавливаются из шести основных компонентов: катодного материала, катодного токоприемника (такого как алюминиевая фольга), на который нанесен катодный материал, анодного материала, анодного токоприемника (такого как медная фольга), на который нанесен анодный материал, сепаратора, расположенного между каждым анодным и катодным слоями и обычно выполненного из пластмассового материала, и электролита в виде проводящего органического растворителя, который насыщает другие материалы, тем самым обеспечивая механизм проводимости ионов между анодом и катодом. Эти материалы обычно сматываются вместе в металлическом контейнере, как показано на фиг. 1 из уровня техники, или укладываются один на другой. Существует множество других конфигураций, которые используются и могут быть использованы для таких целей производства аккумуляторов, включая пакетные элементы (pouch cells), призматические элементы, дисковые элементы, цилиндрические элементы, смотанные призматические элементы, смотанные пакетные элементы и т.д. При правильном изготовлении и бережном обращении эти аккумуляторные элементы могут выдавать энергию для различных применений в течение тысяч циклов зарядки-разрядки без каких-либо заметных нарушений безопасности. Однако, как упоминалось выше, определенные события и, в частности, определенные дефекты могут вызывать внутреннее короткое замыкание между внутренними проводящими материалами, которое может приводить к образованию тепла и внутреннему тепловому разгону, что, как известно, является основной причиной опасности возгорания в таких литиевых аккумуляторах. Как отмечено выше, такие события могут быть дополнительно вызваны внутренними дефектами, включающими в себя наличие металлических частиц внутри аккумулятора, заусенцев на материалах токоприемника, небольших точечных дефектов или отверстий в сепараторе (независимо от того, присутствуют ли они или возникли во время последующей обработки), несовпадений слоев аккумулятора (что оставляет отверстия для возникновения нежелательной проводимости), внешнего мусора, проникающего в аккумулятор (например, частицы дорожного полотна, ударяющиеся о движущееся транспортное средство), разрушение и/или дестабилизацию самого элемента (например, из-за несчастных случаев), зарядку элемента в замкнутом пространстве и т.п. Вообще говоря, известно, что эти типы дефектов вызывают образование небольшого канала с электронной проводимостью между анодом и катодом. Когда происходит такое событие, и если элемент при этом заряжается, такой проводящий канал может вызывать разряд элемента, что в итоге приводит к образованию чрезмерного количества тепла, тем самым нарушая структуру аккумулятора и подвергая опасности нижележащее устройство, которое таким образом получает питание. Было показано, что при использовании воспламеняющихся органических растворителей, используемых в качестве электролитов аккумулятора (которые обычно необходимы для работоспособности аккумулятора), такое чрезмерное количество тепла вызывает их возгорание, создавая в итоге очень опасную ситуацию. Такие проблемы трудно контролировать, как минимум, после их появления, и они привели к значительным травмам потребителей. Такую потенциально опасную ситуацию, безусловно, следует избегать за счет обеспечения аккумулятора, который выдает электроэнергию, не приводя при этом к такой проблеме с воспламеняющимся органическим электролитом.These problems primarily exist due to manufacturing defects, whether related to the individual battery components as they are manufactured or essentially to the fact that such components are designed as individual batteries. Taking a closer look, lithium batteries are currently made from six main components: a cathode material, a cathode current collector (such as aluminum foil) on which the cathode material is applied, an anode material, an anode current collector (such as copper foil) on which the anode material is applied. material, a separator located between each anode and cathode layers and usually made of a plastic material, and an electrolyte in the form of a conductive organic solvent that saturates the other materials, thereby providing a mechanism for ion conduction between the anode and cathode. These materials are usually wound together in a metal container, as shown in FIG. 1 from the prior art, or stacked one on top of the other. There are many other configurations that are and can be used for such battery manufacturing purposes, including pouch cells, prismatic cells, disk cells, cylindrical cells, coiled prismatic cells, coiled pouch cells, etc. When properly manufactured and handled with care, these battery cells can provide power for a variety of applications over thousands of charge-discharge cycles without any noticeable safety issues. However, as mentioned above, certain events and in particular certain defects can cause an internal short circuit between internal conductive materials, which can lead to heat generation and internal thermal runaway, which is known to be a major cause of fire hazard in such lithium batteries . As noted above, such events may additionally be caused by internal defects, including the presence of metal particles within the battery, burrs on pantograph materials, small pinhole defects or holes in the separator (whether present or caused during subsequent processing), mismatches between the layers of the battery (which leaves openings for unwanted conduction to occur), external debris entering the battery (for example, road particles striking a moving vehicle), destruction and/or destabilization of the cell itself (for example, due to accidents), charging an element in a confined space, etc. Generally speaking, these types of defects are known to cause the formation of a small electronically conductive channel between the anode and cathode. When such an event occurs, and if the cell is charged at the same time, such a conductive path can cause the cell to discharge, which ultimately leads to the generation of excessive heat, thereby damaging the structure of the battery and endangering the underlying device that is thus powered. It has been shown that when flammable organic solvents are used as battery electrolytes (which are normally required for battery performance), this excessive amount of heat causes them to ignite, ultimately creating a very dangerous situation. Such problems are difficult to control, at least once they occur, and have resulted in significant consumer injury. Such a potentially dangerous situation should certainly be avoided by providing a battery that produces electrical energy without introducing such a problem with flammable organic electrolyte.

Образование чрезмерного количества внутреннего тепла может дополнительно вызывать усадку пластмассового сепаратора, заставляя его отодвигаться, отсоединяться или иным образом увеличивать область короткого замыкания внутри аккумулятора. В такой ситуации большая открытая область короткого замыкания внутри аккумулятора может привести к непрерывному току и повышенному нагреву в нем, что приведет к появлению высокой температуры, которая вызывает значительное повреждение элемента, включая взрыв, сброс и даже воспламенение и возгорание. Такое повреждение особенно проблематично из-за вероятности возгорания, и, хуже того, оно возникает быстро и может привести к взрыву аккумулятора и, в принципе, нижележащего устройства, что также подвергает пользователя значительной опасности.The generation of excessive internal heat may further cause the plastic separator to shrink, causing it to move away, detach, or otherwise increase the short circuit area within the battery. In such a situation, a large open short circuit area within the battery can result in continuous current flow and increased heating within the battery, resulting in high temperatures that cause significant damage to the cell, including explosion, dumping, and even ignition and combustion. Such damage is particularly problematic due to the potential for fire, and worse, it occurs quickly and can lead to the explosion of the battery and, in principle, the underlying device, which also exposes the user to significant danger.

Литиевые аккумуляторы (многих различных типов) особенно подвержены проблемам, связанным с коротким замыканием. Обычные аккумуляторы склонны демонстрировать повышенные скорости разрядки при воздействии высоких температур, что иногда приводит к неконтролируемому (неуправляемому) возгоранию и воспламенению, как отмечено выше. Из-за этих возможностей были введены в действие определенные правила, регулирующие фактическую эксплуатацию, хранение и даже транспортировку таких аккумуляторных изделий.Lithium batteries (of many different types) are particularly susceptible to short circuit problems. Conventional batteries tend to exhibit increased discharge rates when exposed to high temperatures, sometimes resulting in runaway (uncontrollable) combustion and combustion, as noted above. Because of these capabilities, certain regulations have been put in place to govern the actual operation, storage, and even transportation of such battery products.

Возможность реализации надлежащего протокола для предотвращения таких неуправляемых событий, связанных с коротким замыканием, безусловно, имеет огромное значение. Однако остается следующая задача: как на самом деле решить такие проблемы, особенно когда производство компонентов осуществляется множеством поставщиков и из множества разных мест по всему миру.The ability to implement a proper protocol to prevent such uncontrollable short-circuit events is certainly of great importance. However, the next challenge remains: how to actually solve such problems, especially when component production is carried out by many suppliers and from many different locations around the world.

- 2 043346- 2 043346

Некоторые полностью сосредоточились на попытке использовать подходящие и/или улучшенные сепараторы в качестве средства, помогающего снизить вероятность таких возгораний литиевых аккумуляторов. Пластмассовые мембраны с низкой температурой плавления и/или скоростью усадки, повидимому, обеспечивают более высокие вероятности возникновения возгорания аккумуляторов. Общая идея при этом заключалась в том, чтобы нанести определенные покрытия на такие материалы сепаратора без снижения их способности отделения электролита во время фактической эксплуатации. Таким образом, керамические частицы, например, использовались в качестве покрытий из полипропиленовой и/или полиэтиленовой пленки, служащих как средство увеличения размерной устойчивости таких пленок (например, повышения температуры плавления). Связующие полимеры также были включены в качестве компонента улучшения когезии между керамическими частицами и адгезии к пластмассовой мембране (пленке). В действительности, однако, было обнаружено, что тепловое увеличение, придаваемое всей пленочной структуре с покрытиями из керамических частиц, относительно невелико, что делает основным фактором такой проблемы с сепаратором сам фактический материал (материалы) сепаратора.Some are completely focused on trying to use suitable and/or improved separators as a means to help reduce the likelihood of these lithium battery fires. Plastic membranes with low melting points and/or shrink rates appear to provide a higher likelihood of battery fires. The general idea here was to apply certain coatings to such separator materials without reducing their ability to separate electrolyte during actual operation. Thus, ceramic particles, for example, have been used as coatings on polypropylene and/or polyethylene films, serving as a means of increasing the dimensional stability of such films (eg, increasing the melting point). Binder polymers have also been included as a component to improve cohesion between ceramic particles and adhesion to the plastic membrane (film). In reality, however, it has been found that the thermal increase imparted to the entire ceramic particle coated film structure is relatively small, making the primary factor in this separator problem the actual separator material(s) itself.

В результате были разработаны и реализованы, по меньшей мере, до некоторой степени материалы сепаратора, которые являются гораздо более термостойкими, чем пористые пленки из полиэтилена и полипропилена, составляющие базовый слой таких обычных сепараторов с керамическим покрытием. Эти размерно-устойчивые сепараторы с низкой усадкой демонстрируют усадку менее 5% при воздействии температур по меньшей мере 200°С (вплоть до температур 250, 300 и даже выше), что намного лучше, чем высокие скорости усадки, демонстрируемые непокрытыми полимерными пленками (с усадкой примерно 40% при 150°С) и пленками с керамическим покрытием (более 20% при 180°С) (такие сравнения измерений усадки представлены на фиг. 2 из уровня техники). Такие материалы с низкой скоростью усадки могут изменять механизм термического разложения внутри целевого элемента при возникновении короткого замыкания. Вообще говоря, при возникновении короткого замыкания в таком аккумуляторном элементе всегда будет образовываться тепло. Если сепаратор не усаживается в связи с таким событием короткого замыкания, тепло будет продолжать образовываться и накапливаться до тех пор, пока другой материал внутри батареи не разложится. Это явление было смоделировано с помощью стандартного отраслевого теста на проникновение гвоздей. Например, даже с сепаратором, включающим в себя параарамидное волокно и демонстрирующим устойчивость к усадке до 550°С, рассматриваемый испытуемый аккумулятор показал склонность к короткому замыканию с уникальными внутренними результатами. Такой элемент был исследован более тщательно после такой обработки, при которой элемент был вскрыт, излишек электролита испарился, элемент был заполнен эпоксидной смолой и затем разрезан перпендикулярно гвоздю, оставшемуся в элементе. Затем были получены изображения сканирующего электронного микроскопа с использованием визуализации спектра обратно-рассеянных электронов (BEI), что позволило составить карту разных аккумуляторных элементов с целью показать эффект от такого воздействия путем проникновения гвоздя. Это показано на фиг. 3А и 3В из уровня техники.As a result, separator materials have been developed and marketed, at least to some extent, that are much more heat resistant than the porous films of polyethylene and polypropylene that comprise the base layer of such conventional ceramic-coated separators. These dimensionally stable, low shrinkage separators exhibit less than 5% shrinkage when exposed to temperatures of at least 200°C (up to temperatures of 250, 300 and even higher), which is much better than the high shrink rates exhibited by uncoated polymer films (with shrinkage). approximately 40% at 150°C) and ceramic coated films (more than 20% at 180°C) (such comparisons of shrinkage measurements are presented in FIG. 2 of the prior art). Such low shrinkage rate materials may alter the thermal decomposition mechanism within the target element when a short circuit occurs. Generally speaking, when a short circuit occurs, heat will always be generated in such a battery cell. If the separator does not shrink due to such a short circuit event, heat will continue to generate and accumulate until the other material inside the battery decomposes. This phenomenon was simulated using an industry standard nail penetration test. For example, even with a separator incorporating para-aramid fiber and demonstrating shrinkage resistance up to 550°C, the test battery in question showed a short-circuiting tendency with unique internal results. Such a cell was examined more closely after a treatment in which the cell was opened, excess electrolyte evaporated, the cell was filled with epoxy resin and then cut perpendicular to the nail remaining in the cell. Scanning electron microscope images were then obtained using backscattered electron imaging (BEI) spectra, allowing the different battery cells to be mapped to show the effect of such nail penetration. This is shown in Fig. 3A and 3B from the prior art.

Следует отметить, что на фиг. 3А из уровня техники, слои меди всегда подходят ближе к гвоздю, чем слои алюминия. Также следует отметить, что высокостабильный сепаратор между электродами все еще не поврежден. На фиг. 3В из уровня техники показан конец одного алюминиевого слоя при большем увеличении, при котором видно, что он заканчивается слоем потрескавшегося серого вещества. Оно было исследовано с помощью BEI, которая показала, что полученное вещество на самом деле было оксидом алюминия - изолирующей керамикой. Такие полученные данные привели к предполагаемому выводу о том, что, когда сам сепаратор является термостойким, алюминиевый токоприемник будет окисляться, эффективно разрывая цепь (и в результате останавливая любое короткое замыкание после образования изолирующего оксида алюминия). Как только цепь разрывается, ток перестает течь и больше не образуется тепло, что поворачивает вспять процесс, приводящий к тепловому разгону в случае с менее стабильными сепараторами.It should be noted that in FIG. 3A from the prior art, copper layers always come closer to the nail than aluminum layers. It should also be noted that the highly stable separator between the electrodes is still intact. In fig. Prior art 3B shows the end of one aluminum layer at higher magnification, where it can be seen to end in a layer of cracked gray matter. It was examined by BEI, which showed that the resulting substance was in fact aluminum oxide - an insulating ceramic. Such findings led to the proposed conclusion that when the separator itself is heat resistant, the aluminum pantograph will oxidize, effectively breaking the circuit (and as a result stopping any short circuit once the insulating alumina has formed). Once the circuit is broken, current stops flowing and no more heat is generated, reversing the process that leads to thermal runaway in the case of less stable separators.

Это возможное решение, однако, ограничивается простой заменой сепаратора на тот, что имеет более высокие характеристики скорости усадки. Хотя такое простое решение может показаться очень выгодным, все еще остаются другие производственные процедуры и определенные компоненты (такие как типы сепараторов с керамическим покрытием), которые широко используются, и их может быть трудно заменить в принятых аккумуляторных изделиях. Таким образом, несмотря на очевидные преимущества использования и включения термостойких сепараторов, нежелательные возгорания аккумуляторов все еще могут возникать, особенно когда изделия из сепараторов с керамическим покрытием считаются безопасными для таких целей. Таким образом, было определено, что имеется, по меньшей мере, другой, исключительно внутренний структурный механизм аккумуляторного элемента, который может исправить или, по меньшей мере, уменьшить вероятность образования тепла из-за внутреннего короткого замыкания, вдобавок к использованию таких высокотермостойких материалов сепаратора. В такой ситуации возникновение короткого замыкания в таком аккумуляторном элементе не приведет к разрушительному высокотемпературному повреждению вследствие прерывания замкнутой внутренней цепи за счет фактического создания внутреннего предохранителя. Однако до сих пор в области производства литиевых аккумуляторов не было представлено ничего, что решало бы с легкостью эти проблемы. НастоящееThis possible solution, however, is limited to simply replacing the separator with one that has higher shrinkage rate characteristics. While such a simple solution may seem very beneficial, there are still other manufacturing procedures and certain components (such as ceramic coated separator types) that are widely used and may be difficult to replace in established battery products. Thus, despite the obvious benefits of using and incorporating heat-resistant separators, unwanted battery fires can still occur, especially when ceramic-coated separator products are considered safe for such applications. Thus, it has been determined that there is at least another, purely internal, structural mechanism of the battery cell that can correct or at least reduce the likelihood of heat generation due to an internal short circuit, in addition to the use of such high temperature resistant separator materials. In such a situation, the occurrence of a short circuit in such a battery cell will not result in devastating high temperature damage due to interruption of the closed internal circuit by effectively creating an internal fuse. However, until now, nothing has been introduced in the lithium battery industry that easily solves these problems. The present

- 3 043346 изобретение обеспечивает столь желательное средство устранения этих проблем, которое делает литиевые аккумуляторные элементы чрезвычайно безопасными и надежными на многих рынках.- 3 043346 the invention provides a much desired remedy for these problems, which makes lithium battery cells extremely safe and reliable in many markets.

Дополнительный и особый интерес представляет рассмотрение надлежащего обеспечения проводимости электрического заряда от рассматриваемого литий-ионного аккумулятора к внешнему источнику. Обычно это достигается за счет использования язычка, который контактирует и прикрепляется к токоприемнику или, возможно, каким-то образом к анодному и катодному токоприемникам с целью обеспечения необходимого свойства проводимости с внешним источником. Язычок как будто бы функционирует как контакт с такими внутренними аккумуляторными компонентами и выходит за пределы корпуса аккумуляторного элемента с наличием точечных контактов для таких целей проводимости. Таким образом, язычок должен оставаться на месте и не отсоединяться от токоприемника (токоприемников) и обеспечивать непрерывный доступ к внешнему источнику без, опять же, смещения изнутри или отсоединения от него извне. Поскольку в области производства литий-ионных аккумуляторов не было никаких раскрытий относительно таких тонкопленочных токоприемников, также неизвестно ничего, что представляло бы собой попытку улучшить или оптимизировать такие проблемы с соединением язычков. Конечно, стандартные типы язычков хорошо известны и подсоединяются к большим токоприемникам стандартных аккумуляторных элементов; тем не менее, не представлено никаких соображений относительно защиты от воздействия тонкопленочных токоприемников (например, посредством внутреннего предохранителя), при этом в целом обеспечивая размерно-устойчивый результат для предотвращения выхода из строя аккумулятора из-за конструктивных нарушений. По существу, в уровне техники или отрасли производства литий-ионных аккумуляторов ничего подобного не обсуждалось и не раскрывалось. Настоящее изобретение тем не менее преодолевает такие парадигмы и обеспечивает результат, который до сих пор не был открыт и/или изучен в соответствующей отрасли.Of additional and special interest is consideration of proper conduction of electrical charge from the lithium-ion battery in question to an external source. This is usually achieved by the use of a tongue that contacts and attaches to the current collector, or perhaps in some way to the anode and cathode current collectors, to provide the required conductivity property with an external source. The tab appears to function as a contact with such internal battery components and extends beyond the battery cell body with point contacts for such conduction purposes. Thus, the tab must remain in place and not become detached from the pantograph(s) and provide continuous access to the external source without, again, being dislodged internally or disconnected from it externally. Since there has been no disclosure in the lithium-ion battery industry regarding such thin film current collectors, there is also nothing known that attempts to improve or optimize such reed connection problems. Of course, standard reed types are well known and connect to the large pantographs of standard battery cells; however, no considerations are presented regarding protection from the effects of thin film current collectors (eg, via an internal fuse) while generally providing a dimensionally robust result to prevent battery failure due to design flaws. As such, nothing like this has been discussed or disclosed in the prior art or lithium-ion battery industry. The present invention nevertheless overcomes such paradigms and provides a result that has not yet been discovered and/or studied in the relevant industry.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Явным преимуществом настоящего изобретения является возможность обеспечения посредством структурных компонентов механизма прерывания проводящего канала при возникновении внутреннего короткого замыкания, останавливая или значительно уменьшая поток тока, который может образовывать тепло внутри целевого аккумуляторного элемента. Другим преимуществом является возможность обеспечения такой защитной структурной компоновки внутри литиевого аккумуляторного элемента, которая также обеспечивает выгодное снижение веса и стоимости производства, транспортировки и эксплуатации элемента в целом. Таким образом, другим преимуществом является создание и сохранение структуры внутреннего предохранителя в целевом аккумуляторном элементе до тех пор, пока не возникнет необходимость в его активации. Другим преимуществом является обеспечение аккумулятора меньшего веса за счет использования тонкопленочного базового токоприемника, который предотвращает тепловой разгон во время короткого замыкания или подобного события. Еще одним преимуществом является возможность использования в аккумуляторе воспламеняющихся органических электролитов без какой-либо заметной склонности к их возгоранию во время короткого замыкания или подобного события. Другим явным преимуществом является возможность обеспечения достаточного проводящего язычкового компонента, приваренного или иным образом контактирующего с токоприемником, имеющим внутренний предохранитель, в частности, контактирующего как с его верхней, так и с его нижней поверхностью одновременно. Еще одним преимуществом является возможность создания складок внутри раскрытых в настоящем документе тонких компонентов токоприемника с целью обеспечения возможности выработки совокупной мощности последовательно из множества токопроводящих внутренних структур, чтобы обеспечивать надежные результаты аккумулятора по запросу, при этом не прибегая к измерению чрезмерного веса или объема.A distinct advantage of the present invention is the ability to provide, through structural components, a mechanism to interrupt the conductive path when an internal short circuit occurs, stopping or significantly reducing the flow of current that may generate heat within the target battery cell. Another advantage is the ability to provide a protective structural arrangement within a lithium battery cell that also advantageously reduces the weight and cost of manufacturing, shipping, and operating the overall cell. Thus, another advantage is the creation and retention of an internal fuse structure in the target battery cell until the need arises to activate it. Another advantage is the provision of a lighter battery by using a thin film base current collector, which prevents thermal runaway during a short circuit or similar event. Another advantage is the ability to use flammable organic electrolytes in the battery without any noticeable tendency for them to ignite during a short circuit or similar event. Another distinct advantage is the ability to provide a sufficiently conductive reed component welded or otherwise in contact with the internally fused pantograph, in particular in contact with both its top and bottom surfaces simultaneously. Another advantage is the ability to create folds within the thin susceptor components disclosed herein to allow aggregate power to be generated in series from a plurality of conductive internal structures to provide reliable battery results on demand without having to measure excessive weight or volume.

Таким образом, настоящее изобретение может охватывать устройство хранения энергии, содержащее анод, катод, по меньшей мере один полимерный или тканевый сепаратор, присутствующий между анодом и катодом, электролит и по меньшей мере один токоприемник, контактирующий по меньшей мере с одним из анода и катода; при этом либо анод, либо катод расположен между по меньшей мере частью токоприемника и сепаратором, причем токоприемник содержит проводящий материал, нанесенный на подложку из полимерного материала, и токоприемник перестает проводить в точке контакта открытой области короткого замыкания при рабочем напряжении устройства хранения энергии, при этом напряжение составляет по меньшей мере 2,0 В. Одним примером может быть плотность тока в точке контакта 0,1 ампер/мм2 при размером кончика 1 мм2 или менее. Конечно, для более крупных элементов требуемая пороговая плотность тока может быть выше, и элемент может перестать быть проводящим только при плотности тока по меньшей мере 0,3 ампер/мм2, такой как по меньшей мере 0,6 ампер/мм2 или даже по меньшей мере 1,0 ампер/мм2. Такая подложка из полимерного материала с покрытием также должна иметь общую толщину не более 25 мкм, как более подробно описано ниже. Способы использования такого полезного компонента токоприемника в устройстве хранения энергии (будь то аккумулятор, такой как литий-ионный аккумулятор, или конденсатор и т.п.) также подпадают под объем настоящего изобретения. Кроме того, такое аккумуляторное изделие с тонкопленочным токоприемником также может быть снабжено по меньшей мере одним язычком, контактирующим с базовым тонкопленочным токоприемником через 2-50 равномерно разнесенных и подобранных по размеру сварных швов, идущихThus, the present invention may encompass an energy storage device comprising an anode, a cathode, at least one polymer or fabric separator present between the anode and the cathode, an electrolyte, and at least one current collector contacting at least one of the anode and the cathode; wherein either an anode or a cathode is disposed between at least a portion of the susceptor and the separator, wherein the susceptor comprises a conductive material deposited on a substrate of polymeric material, and the susceptor ceases to conduct at the point of contact of the open short circuit region at the operating voltage of the energy storage device, wherein the voltage is at least 2.0 V. One example would be a current density at the point of contact of 0.1 ampere/mm 2 with a tip size of 1 mm 2 or less. Of course, for larger cells, the required threshold current density may be higher, and the cell may cease to conduct only at a current density of at least 0.3 amps/mm 2 , such as at least 0.6 amps/mm 2 or even more at least 1.0 ampere/mm 2 . Such coated polymeric material substrate should also have an overall thickness of no more than 25 µm, as described in more detail below. Methods of using such a useful susceptor component in an energy storage device (whether a battery such as a lithium-ion battery or a capacitor, etc.) also fall within the scope of the present invention. In addition, such a thin film current collector battery product may also be provided with at least one tongue contacting the base thin film current collector through 2-50 evenly spaced and sized welds extending

- 4 043346 по длине токоприемника, при этом по меньшей мере один язычок нанесен на тонкую пленку таким образом, чтобы указанный по меньшей мере один язычок имел открытую верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, контактирующую с покрытой поверхностью тонкопленочного токоприемника, причем сварные швы демонстрируют размещение проводящего материала, проходящего через язычок от его открытой верхней поверхности к покрытой поверхности тонкопленочного токоприемника. Кроме того, под объем настоящего изобретения также подпадает использование множества вышеописанных токоприемников, сложенных так, чтобы обеспечивать отдельные области выработки энергии, которые соединены последовательно в одном аккумуляторном изделии.- 4 043346 along the length of the pantograph, wherein at least one tab is applied to the thin film such that said at least one tab has an open top surface and a bottom surface in contact with the coated surface of the thin film pantograph, wherein the welds demonstrate the placement of conductive material , passing through the tongue from its open top surface to the coated surface of the thin film pantograph. Moreover, the use of a plurality of the above-described current collectors stacked to provide separate power generation areas that are connected in series within a single battery product is also within the scope of the present invention.

Другой аспект настоящего изобретения может представлять собой систему хранения энергии, включающую в себя анод, катод, по меньшей мере один сепаратор, присутствующий между анодом и катодом, и электролит. По меньшей мере один тонкопленочный токоприемник может контактировать по меньшей мере с одним из анода и катода. Токоприемник может содержать проводящий материал, нанесенный на подложку из непроводящего материала. Токоприемник может переставать быть проводящим в точке контакта короткого замыкания при рабочем напряжении устройства хранения энергии. Напряжение может составлять по меньшей мере 2,0 В. По меньшей мере один язычок может быть прикреплен к указанному по меньшей мере одному тонкопленочному токоприемнику. Соединительное средство может быть выполнено с возможностью прикрепления язычка к токоприемнику. Соединительное средство может иметь электрический контакт с открытой поверхностью язычка и тонкопленочным токоприемником. Либо анод, либо катод может быть расположен между по меньшей мере частью тонкопленочного токоприемника и сепаратором.Another aspect of the present invention may be an energy storage system including an anode, a cathode, at least one separator present between the anode and the cathode, and an electrolyte. At least one thin film current collector may contact at least one of the anode and cathode. The current collector may comprise a conductive material deposited on a substrate of non-conductive material. The current collector may cease to be conductive at the point of contact of the short circuit at the operating voltage of the energy storage device. The voltage may be at least 2.0 V. At least one tab may be attached to the at least one thin film current collector. The connecting means may be configured to attach the tab to the pantograph. The connecting means may be in electrical contact with the exposed surface of the tongue and the thin film current collector. Either an anode or a cathode may be located between at least a portion of the thin film current collector and the separator.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения соединительное средство может быть выбрано из группы, состоящей из сварных швов, ленты, скоб, промежуточных металлических полос, z-образно сложенных металлических полос, проводящих клеев и зажимов.In some or all embodiments of the present invention, the joining means may be selected from the group consisting of welds, tape, staples, intermediate metal strips, z-folded metal strips, conductive adhesives, and clamps.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения соединительное средство может состоять из 2-50 соединений, распределенных по токоприемнику для обеспечения равномерного протекания тока от электродных материалов к язычкам.In some or all embodiments of the present invention, the connecting means may consist of 2-50 connections distributed throughout the current collector to ensure uniform flow of current from the electrode materials to the reeds.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения токоприемник может быть сложен так, чтобы обеспечивать непосредственный контакт между противоположными сторонами токоприемника.In some or all embodiments of the present invention, the pantograph may be folded to provide direct contact between opposite sides of the pantograph.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения сепаратор может быть полимерным, нетканым, тканевым или керамическим.In some or all embodiments of the present invention, the separator may be polymeric, nonwoven, fabric, or ceramic.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения подложка из непроводящего материала может быть полимерной пленкой.In some or all embodiments of the present invention, the non-conductive material substrate may be a polymer film.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения электролит может быть воспламеняющимся органическим электролитом.In some or all embodiments of the present invention, the electrolyte may be a flammable organic electrolyte.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения язычок может быть первым язычком, контактирующим с верхней поверхностью токоприемника, и вторым язычком, контактирующим с нижней поверхностью токоприемника. Первый и второй язычки могут быть параллельны.In some or all embodiments of the present invention, the tongue may be a first tongue contacting the top surface of the pantograph and a second tongue contacting the bottom surface of the pantograph. The first and second tongues may be parallel.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения язычок может быть сложен поверх токоприемника так, чтобы первый выступ язычка контактировал с верхней поверхностью токоприемника, а второй выступ язычка контактировал с нижней поверхностью токоприемника. Первый выступ и второй выступ могут быть параллельны.In some or all embodiments of the present invention, the tab may be folded over the pantograph such that the first protrusion of the tab contacts the top surface of the pantograph and the second protrusion of the tab contacts the bottom surface of the pantograph. The first protrusion and the second protrusion may be parallel.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения токоприемник может иметь конфигурацию с двойными складками для создания двух электрически изолированных слоев.In some or all embodiments of the present invention, the current collector may be configured with double folds to create two electrically insulated layers.

В некоторых или во всех вариантах осуществления настоящего изобретения токоприемник может быть множеством токоприемников, соединенных последовательно, причем язычок прикреплен к конечному токоприемнику из множества токоприемников.In some or all embodiments of the present invention, a pantograph may be a plurality of pantographs connected in series, with a tab attached to a final pantograph of the plurality of pantographs.

Некоторые или все варианты осуществления настоящего изобретения могут включать в себя второй язычок, прикрепленный к первому токоприемнику из множества токоприемников. Язычок и второй язычок могут быть параллельны.Some or all embodiments of the present invention may include a second tab attached to a first pantograph of the plurality of pantographs. The tongue and the second tongue may be parallel.

Кроме того, гораздо большие плотности тока могут поддерживаться в течение очень короткого периода времени или в зонде с очень маленьким кончиком. В такой ситуации больший ток, например 5 А, 10 А или даже 15 А, может быть обеспечиваться в течение очень короткого периода времени [например, менее секунды, альтернативно менее 0,1 с или даже менее 1 млс (0,001 с)]. В рамках настоящего изобретения, хотя и можно измерить больший ток, время доставки для такого тока достаточно короткое, так что общая переданная энергия очень мала и недостаточна для образования достаточного количества тепла, чтобы вызвать событие теплового разгона в целевом аккумуляторном элементе. Например, известно, что короткое замыкание в элементе с традиционной архитектурой генерировало 10 ампер в течение 30 с при напряжении 4,2 В, в результате чего было доставлено 1200 Дж энергии в небольшую локальную область внутри такого аккумулятора. Это результирующее измерение может повысить температуру 1-граммовой секции исследуемого аккумулятора примерно на 300°С, т.е. до температуры, достаточно высокой для того, чтобы не только расплавить материал обычного сепаратора, присутствующий в нем, но и такжеAdditionally, much higher current densities can be maintained for a very short period of time or in a probe with a very small tip. In such a situation, a larger current, such as 5 A, 10 A, or even 15 A, can be provided for a very short period of time [e.g., less than a second, alternatively less than 0.1 s, or even less than 1 ms (0.001 s)]. In the context of the present invention, although a larger current can be measured, the delivery time for that current is short enough such that the total energy transferred is very small and insufficient to generate enough heat to cause a thermal runaway event in the target battery cell. For example, a short circuit in a conventional cell architecture has been known to generate 10 amps for 30 seconds at 4.2 V, resulting in 1200 J of energy being delivered to a small local area within such a battery. This resulting measurement can increase the temperature of a 1-gram section of the battery under test by approximately 300°C, i.e. to a temperature high enough to not only melt the conventional separator material present in it, but also

- 5 043346 привести весь элемент в состояние теплового разгона (что, как отмечено выше, может вызывать вышеупомянутое негативное влияние на материалы электролита, присутствующие в нем, и потенциальное разрушение не только рассматриваемого аккумулятора, но и устройства/приспособления, в котором он находится, а также окружающего пространства). Таким образом, несомненно, именно возможность сокращения продолжительности короткого замыкания, а также результирующих уровней доставляемой энергии, связанных с таким коротким замыканием, до низкого измеряемого уровня джоулей, может позволить избежать, если не предотвратить полностью, тепловой разгон (и связанную с ним потенциальную катастрофу). Например, уменьшение времени пребывания токоприемника в состоянии короткого замыкания до 1 млс или менее может впоследствии уменьшить количество доставляемой энергии до 0,04 Дж (в отличие от отмеченных выше 1200 Дж, которые приводят к чрезмерным 300°С или более, например, в пределах 1-граммовой локальной области рассматриваемого аккумулятора). Таким образом, такой низкий уровень вызовет повышение температуры только на 0,01°С в пределах такой 1-граммовой локальной области аккумулятора, тем самым предотвращая тепловой разгон в целевом элементе и, следовательно, в аккумуляторе в целом.- 5 043346 bring the entire cell into a state of thermal runaway (which, as noted above, can cause the aforementioned negative impact on the electrolyte materials present in it and the potential destruction of not only the battery in question, but also the device/appliance in which it is located, and also the surrounding space). Thus, it is certainly the ability to reduce the duration of a short circuit, as well as the resulting levels of delivered energy associated with such a short circuit, to low measurable joule levels that may allow thermal runaway (and the associated potential disaster) to be avoided, if not completely prevented. . For example, reducing the short-circuit time of a susceptor to 1 ms or less can subsequently reduce the amount of energy delivered to 0.04 J (as opposed to the 1200 J noted above, which would result in excessive 300°C or more, e.g. within 1 -gram local area of the accumulator in question). Thus, such a low level will only cause a temperature increase of 0.01°C within such a 1-gram local area of the battery, thereby preventing thermal runaway in the target cell and therefore the battery as a whole.

Таким образом, еще одно существенное преимущество настоящего изобретения состоит в обеспечении аккумулятора токоприемником, который резко ограничивает время доставки уровня тока, подаваемого на целевую поверхность токоприемника через кончик зонда (для контролируемой имитации эффекта внутреннего производственного дефекта, дендрита или внешнего события, которое вызывает внутреннее короткое замыкание в рассматриваемом аккумуляторе), до менее 1 с, предпочтительно менее 0,01 с, более предпочтительно менее 1 мс и наиболее предпочтительно, возможно, даже менее 100 мкс, особенно для гораздо больших токов. Конечно, такой ток будет ограничен внутренним напряжением элемента, которое может составлять 5,0, 4,5, 4,2 В или даже менее, например, 4,0 или 3,8 В, но минимум 2,0 В.Thus, another significant advantage of the present invention is to provide the battery with a susceptor that sharply limits the delivery time of the level of current delivered to the target surface of the susceptor through the tip of the probe (to controllably simulate the effect of an internal manufacturing defect, dendrite, or external event that causes an internal short circuit in the battery in question), to less than 1 s, preferably less than 0.01 s, more preferably less than 1 ms, and most preferably perhaps even less than 100 µs, especially for much higher currents. Of course, such current will be limited by the internal voltage of the cell, which may be 5.0, 4.5, 4.2 V or even less, such as 4.0 or 3.8 V, but a minimum of 2.0 V.

Такой новый компонент токоприемника фактически противоречит тем, которые обычно используются и встречаются сегодня в литиевых (и других типах) аккумуляторов и устройствах хранения энергии. Стандартные токоприемники представляют собой проводящие металлические структуры, такие как алюминиевые и/или медные панели с толщинами, которые, как считается, обеспечивают некоторый тип защиты всей структуры аккумулятора и т.д. Эти типичные структуры токоприемников спроектированы так, чтобы обеспечивать максимально возможную электрическую проводимость с учетом ограничений по весу и пространству. Однако похоже, что такое убеждение на самом деле было сформулировано ошибочно, в частности, потому что толстые панели, преобладающие в современных устройствах хранения энергии, на самом деле не только будут образовывать дугу при коротком замыкании, но и будут вносить значительный вклад в неуправляемое повышение температуры, если когда-либо возникнет такая ситуация. Такое короткое замыкание может быть вызвано, например, дендритным образованием внутри сепаратора. Такой дефект (образованный во время производства или вызванный в результате длительной эксплуатации и, следовательно, потенциальной деградации) может привести к неожиданному переходу напряжения от анода к катоду, тем самым создавая увеличение тока и, следовательно, температуры в месте, где это происходит. Действительно, одним потенциальным источником вызывающего короткое замыкание дефекта являются заусенцы, которые образуются на краях этих толстых типичных токоприемников, когда они разрезаются или режутся изношенными лезвиями во время повторяющихся процессов производства множества изделий (что является обычным явлением в наше время). Однако неоднократно рассмотрено и изучено, что стандартные материалы токоприемников попросту имеют склонность к искрообразованию и допускают повышение температуры, а также позволяют току, присутствующему во время такого явления, проходить через устройство, тем самым обеспечивая неограниченную генерацию и движение и исключая возможность предотвращения повышения уровня тока и, следовательно, температуры. Эта проблема приводит непосредственно к неуправляемым высокотемпературным результатам; в отсутствие каких-либо внутренних средств предотвращения такой ситуации, как правило, неминуема вероятность возникновения возгорания и, в конечном итоге, сожжения и разрушения устройства. Кроме того, путь тока (направление заряда) в стандартном токоприемнике остается довольно статичным как до, так и во время события короткого замыкания, в основном демонстрируя такое же потенциальное движение электрического заряда, как и ожидалось при движении от катода к аноду, а затем горизонтально вдоль токоприемника в определенном направлении. Однако при коротком замыкании этот путь тока не может предотвратить или, по меньшей мере, ограничить или задержать такое движение заряда, обеспечивая, другими словами, безудержную быструю разрядку во всем аккумуляторе. В сочетании с высокой температурой, связанной с такой быстрой разрядкой, возникают отмеченные выше катастрофические проблемы (возгорания, взрывы и т.д.).This new current collector component is actually contrary to those commonly used and found in lithium (and other types of) batteries and energy storage devices today. Standard pantographs are conductive metal structures such as aluminum and/or copper panels with thicknesses that are considered to provide some type of protection to the overall battery structure, etc. These typical pantograph structures are designed to provide the highest possible electrical conductivity within weight and space constraints. However, it appears that this belief has in fact been formulated in error, particularly because the thick panels prevalent in modern energy storage devices will in fact not only arc when short-circuited, but will also contribute significantly to the runaway temperature rise , if such a situation ever arises. Such a short circuit can be caused, for example, by dendritic formation inside the separator. Such a defect (formed during manufacturing or caused by long-term use and therefore potential degradation) can cause an unexpected voltage transition from the anode to the cathode, thereby creating an increase in current and therefore temperature at the location where it occurs. Indeed, one potential source of short-circuit-inducing defect is the burrs that form on the edges of these thick, typical pantographs when they are cut or nicked by worn blades during the repetitive processes of producing many products (as is commonplace these days). However, it has been repeatedly discussed and studied that standard pantograph materials simply have a tendency to spark and allow the temperature to rise, and also allow the current present during such an event to pass through the device, thereby allowing unlimited generation and movement and eliminating the possibility of preventing the current level from rising and , therefore, temperature. This problem leads directly to uncontrollable high temperature results; In the absence of any internal means to prevent such a situation, the likelihood of fire and eventual burning and destruction of the device is generally imminent. Additionally, the current path (direction of charge) in a standard pantograph remains fairly static both before and during a short-circuit event, essentially exhibiting the same potential movement of electrical charge as would be expected when moving from cathode to anode and then horizontally along pantograph in a certain direction. However, during a short circuit, this current path cannot prevent or at least limit or delay such charge movement, allowing, in other words, uncontrolled rapid discharge throughout the battery. Combined with the high temperature associated with such rapid discharge, the catastrophic problems noted above (fires, explosions, etc.) occur.

В отличие от этого, что опять же в высшей степени неожиданно и нелогично для типичных структур и конфигураций литиевых аккумуляторов, по меньшей мере, использование токоприемника по настоящему изобретению приводит к измерению чрезвычайно высокой плотности тока (из-за уменьшенной толщины проводящего элемента) и предотвращению движения заряда (например, отсутствию направления заряда) в случае короткого замыкания. Другими словами, с конкретными конструктивными ограничениями, присущими раскрытому в настоящем документе компоненту токоприемника, плотность токаIn contrast, and again highly unexpected and counterintuitive for typical lithium battery structures and configurations, at the very least, use of the current collector of the present invention results in sensing extremely high current densities (due to the reduced thickness of the conductive element) and preventing movement charge (for example, lack of charge direction) in the event of a short circuit. In other words, with the particular design limitations inherent in the current collector component disclosed herein, the current density

- 6 043346 увеличивается до такой степени, что уровень сопротивления вызывает чрезвычайно высокую, но сдерживаемую высокую температуру, связанную с коротким замыканием. Таким образом, этот уровень сопротивления побуждает проводящий материал (такой как алюминий и/или медь, приведенные лишь в качестве примера) принимать заряд короткого замыкания, но вследствие структурного образования, раскрытого в настоящем документе, проводящий материал немедленно реагирует на такую высокую температуру, локализованный заряд. В сочетании с другими структурными особенностями такого компонента токоприемника, а именно фактическим отсутствием размерно-устойчивого полимерного материала, контактирующего с таким слоем проводящего материала, проводящий материал мгновенно окисляется в точке заряда на нем, оставляя, например, оксид алюминия или меди, оба из которых являются непроводящими материалами. При таком мгновенном образовании непроводящего материала заряд короткого замыкания, по-видимому, рассеивается, поскольку нет направления для его движения. Таким образом, благодаря только что описанному токоприемнику возникновение внутреннего короткого замыкания приводит к немедленному прекращению тока, эффективно используя непосредственный результат высокой температуры от такого короткого замыкания для создания барьера для дальнейшего движения заряда. По существу, отсутствие дополнительного тока во всем корпусе устройства хранения энергии (разумеется, в условиях короткого замыкания) заглушает такое нежелательное событие до такой степени, что короткое замыкание полностью устраняется, вследствие чего исключается появление неуправляемого тока или высокой температуры, и, что, возможно, важнее всего, токоприемник остается пригодным для своих первоначальных и защитных целей, поскольку присутствующий в этот момент локализованный непроводящий материал не вызывает какого-либо заметного уменьшения протекания тока, когда устройство хранения энергии (аккумулятор и т.д.) работает по назначению. Кроме того, относительно небольшая площадь образования непроводящего материала оставляет значительную площадь поверхности и т.д. на токоприемнике для дальнейшего использования без какой-либо необходимости в ремонте, замене или других корректирующих действиях. Необходимо обеспечивать такую ситуацию, которая, конечно, не всегда возникает, но в отсутствие только что раскрытых определенных мер предосторожности и исправлений вероятность такого события высокотемпературного воздействия и разрушения фактически остается намного выше, чем обычно приемлемо. Таким образом, весь токоприемник из-за его нестабильности в условиях короткого замыкания становится двумерным электрическим предохранителем, предотвращающим потенциально опасные высокие токи, связанные с короткими замыканиями, за счет использования мгновенного эффекта этого высокого тока для нарушения способности токоприемника проводить ток в точке короткого замыкания.- 6 043346 increases to such an extent that the resistance level causes an extremely high but contained high temperature associated with a short circuit. Thus, this level of resistance causes the conductive material (such as aluminum and/or copper, given by way of example only) to accept a short circuit charge, but due to the structural formation disclosed herein, the conductive material immediately responds to such high temperature, localized charge . In combination with other structural features of such a current collector component, namely the virtual absence of dimensionally stable polymer material in contact with such a layer of conductive material, the conductive material instantly oxidizes at the charge point on it, leaving, for example, aluminum oxide or copper oxide, both of which are non-conductive materials. With such instantaneous formation of non-conducting material, the short-circuit charge appears to dissipate as there is no direction for it to move. Thus, thanks to the current collector just described, the occurrence of an internal short circuit causes the current to cease immediately, effectively using the immediate result of the high temperature from such a short circuit to create a barrier to further movement of charge. Essentially, the absence of additional current in the entire enclosure of the energy storage device (under short circuit conditions, of course) dampens such an unwanted event to such an extent that the short circuit is completely eliminated, thereby eliminating the occurrence of runaway current or high temperature, and possibly Most importantly, the pantograph remains suitable for its original and protective purposes because the localized non-conductive material present does not cause any noticeable reduction in current flow when the energy storage device (battery, etc.) is operating as intended. In addition, the relatively small area of formation of non-conductive material leaves a significant surface area, etc. on the pantograph for further use without any need for repair, replacement or other corrective action. It is necessary to provide for such a situation, which of course does not always occur, but in the absence of the specific precautions and corrections just disclosed, the likelihood of such a high temperature exposure and destruction event actually remains much higher than usually acceptable. Thus, the entire pantograph, due to its instability under short circuit conditions, becomes a two-dimensional electrical fuse, preventing the potentially dangerous high currents associated with short circuits by using the instantaneous effect of this high current to disrupt the pantograph's ability to conduct current at the point of the short circuit.

Такие преимущества обеспечиваются в отношении такого нового токоприемника, который может быть получен посредством ряда разных альтернатив с достижением аналогичных конечных результатов. В любой из этих альтернативных конфигураций такой токоприемник, как описано в настоящем документе, как будто бы функционирует как внутренний предохранитель в целевом устройстве хранения энергии (например, литиевом аккумуляторе, конденсаторе и т.д.). Однако в каждом примере (альтернативе) имеется токоприемник, включающий в себя полимерный слой, который металлизирован с одной или обеих его сторон, при этом по меньшей мере одна металлизированная сторона контактирует с анодом или катодом целевого устройства хранения энергии. Тогда одна альтернатива состоит в том, что общая толщина всей металлизированной (покрытой) полимерной подложки токоприемника составляет менее 20 мкм, возможно, предпочтительно менее 15 мкм и, возможно, более предпочтительно менее 10 мкм, в каждом случае с измеряемым сопротивлением менее 1 Ом/квадрат, возможно, предпочтительно менее 0,1 Ом/квадрат и, возможно, более предпочтительно менее 50 Ом/квадрат. Типичные токоприемники могут обладать этими характеристиками, но имеют гораздо больший вес, чем те, которые изготовлены с армирующими полимерными подложками, и не обладают преимуществами безопасности, присущими раскрытому в настоящем документе варианту. Например, медная фольга толщиной 10 мкм может весить 90 г/м2. Однако покрытая медью фольга может весить всего 50 г/м2 или даже 30 г/м2, или даже менее 20 г/м2, при этом в каждом случае обеспечивая адекватные электрические характеристики, необходимые для функционирования элемента. В этой альтернативной структуре, однако, очень тонкий компонент также обеспечивает воздействие короткого замыкания на металлическое покрытие и в зависимости от общих уровней сопротивления генерирование при чрезмерно высокой температуре, вызванной всплеском тока во время такого короткого замыкания, локализованной области оксида металла, которая немедленно предотвращает дальнейшее движение тока из нее.Such advantages are provided with respect to such a new susceptor, which can be achieved through a number of different alternatives with similar end results. In any of these alternative configurations, such a current collector as described herein would appear to function as an internal fuse in the target energy storage device (eg, lithium battery, capacitor, etc.). However, in each example (alternative) there is a current collector including a polymer layer that is metalized on one or both sides thereof, with at least one metalized side in contact with the anode or cathode of the target energy storage device. One alternative then is for the total thickness of the entire metallized (coated) polymer pantograph substrate to be less than 20 µm, perhaps preferably less than 15 µm, and perhaps more preferably less than 10 µm, in each case with a measured resistance of less than 1 ohm/square , perhaps preferably less than 0.1 ohms/square and perhaps more preferably less than 50 ohms/square. Typical pantographs may have these characteristics, but are much heavier than those fabricated with reinforcing polymer substrates and do not have the safety benefits of the embodiment disclosed herein. For example, copper foil with a thickness of 10 microns can weigh 90 g/ m2 . However, the copper-clad foil can weigh as little as 50 g/m 2 or even 30 g/m 2 , or even less than 20 g/m 2 , and in each case provide adequate electrical performance required for cell function. In this alternative structure, however, a very thin component also ensures that a short circuit occurs on the metal coating and, depending on overall resistance levels, generates, at the excessively high temperature caused by the surge of current during such a short circuit, a localized region of the metal oxide that immediately prevents further movement current from it.

Другой возможной альтернативой для такого нового токоприемника является обеспечение металлического (или металлизированного) материала, зависящего от температуры, который либо дает усадку в направлении от источника тепла во время короткого замыкания, либо легко превращается в определенном месте материала в непроводящий материал (такой, например, как оксид алюминия из алюминиевого токоприемника, как указано выше другим способом). Таким образом, токоприемник становится термически слабым, в отличие от алюминиевых и медных токоприемников, которые используются сегодня и которые достаточно термостойки к высоким температурам. В результате сплав металла с более низкой собственной температурой плавления может разрушаться при более низких плотностях тока короткого замыкания, улучшая преимущества безопасности описанного в настоящем документе энергетического устAnother possible alternative for such a new current collector is to provide a temperature dependent metallic (or metallised) material that either shrinks away from the heat source during a short circuit or is easily converted at a specific location in the material to a non-conductive material (such as aluminum oxide from the aluminum pantograph, as described above in a different way). Thus, the pantograph becomes thermally weak, unlike the aluminum and copper pantographs used today, which are quite heat resistant to high temperatures. As a result, a metal alloy with a lower intrinsic melting point can fail at lower short-circuit current densities, enhancing the safety benefits of the energy device described herein.

- 7 043346 ройства на основе лития. Другой альтернативой является изготовление токоприемника путем нанесения слоя проводящего материала, например, меди или алюминия, на волокна или пленки, которые демонстрируют относительно высокие скорости усадки при относительно низких температурах. Их примеры включают в себя термопластические пленки с температурами плавления ниже 250 или даже 200°С и могут включать в качестве неограничивающих примеров полиэтилентерефталат, нейлон, полиэтилен или полипропилен. Другим возможным способом достижения такого результата является изготовление токоприемника путем нанесения слоя проводящего материала, например, меди или алюминия, как указано выше, на волокна или пленки, которые могут набухать или растворяться в электролите, когда материалы нагреваются до относительно высоких температур по сравнению с рабочими температурами элементов, но низких по сравнению с температурами, которые могут вызывать тепловой разгон. Примеры таких полимеров, которые могут набухать в литиево-ионных электролитах, включают в себя поливинилиденфторид и полиакрилонитрил, но есть и другие полимеры, известные специалистам в данной области техники. Еще один способ реализовать такой альтернативный процесс создания внутреннего электрического предохранителя состоит в нанесении на подложку металла, например, алюминия, который может окисляться при нагревании, при этом общая толщина металла намного меньше, чем обычно используемая для литиевых аккумуляторов. Например, очень тонкий алюминиевый токоприемник, который используется сегодня, может иметь толщину 20 мкм. При толщине покрытия менее 5 мкм цепь разорвется быстрее, а при толщине покрытия менее 2 мкм или даже менее 1 мкм цепь разорвется еще быстрее. Тем не менее, еще один способ реализовать разрыв в проводящем канале состоит в обеспечении токоприемника с ограниченной проводимостью, которая будет ухудшаться при высоких плотностях тока, окружающих место короткого замыкания, аналогично ухудшению, наблюдаемому сегодня в серийно производимых предохранителях. Это может быть достигнуто путем обеспечения токоприемника с удельным сопротивлением более 5 или 10 мОм/квадрат, или, возможно, предпочтительно более 20 мОм/квадрат, или, возможно, с более предпочтительным уровнем более 50 мОм/квадрат. Эти измерения могут наблюдаться на одной стороне или на обеих сторонах материала, покрытого с обеих сторон. Используемые токоприемники с разными удельными сопротивлениями могут быть дополнительно выбраны по-разному для аккумуляторов, которые предназначены для высокой мощности, которые могут использовать относительно низкое сопротивление по сравнению с элементами, предназначенными для более низкой мощности и более высокой энергии, и/или которые могут использовать относительно высокое сопротивление. Еще один способ реализовать разрыв в проводящем канале состоит в обеспечении токоприемника, который будет окисляться до непроводящего материала при температурах, которые намного ниже, чем у алюминия, что позволяет токоприемнику стать инертным в области короткого замыкания перед тем, как сепаратор деградирует. Некоторые сплавы алюминия окисляются быстрее, чем сам алюминий, и эти сплавы могут вызвать ухудшение проводящего канала быстрее или при более низкой температуре. В качестве возможных альтернатив в таком тонком слое может использоваться любой тип металла, который обладает электрической проводимостью, включая, но не ограничиваясь этим, золото, серебро, ванадий, рубидий, иридий, индий, платину и другие металлы (в основном, благодаря очень тонкому слою можно значительно снизить затраты, связанные с использованием такого металла, без ущерба для проводимости, при этом все еще обеспечивая защиту от вероятного теплового разгона во время короткого замыкания или подобного события). Также могут использоваться слои разных металлов или даже отдельные области из металла, осажденные внутри или как отдельные слоистые компоненты. Разумеется, также одна сторона такой покрытой подложки токоприемника может включать в себя виды металла, отличающиеся от тех, что используются на противоположной стороне, а также может иметь сравнительно разные толщины слоя.- 7 043346 lithium-based swarms. Another alternative is to make the susceptor by depositing a layer of conductive material, such as copper or aluminum, on fibers or films that exhibit relatively high shrink rates at relatively low temperatures. Examples thereof include thermoplastic films with melting points below 250 or even 200° C. and may include, but are not limited to, polyethylene terephthalate, nylon, polyethylene or polypropylene. Another possible way to achieve this result is to make a current collector by depositing a layer of conductive material, such as copper or aluminum, as above, on fibers or films that can swell or dissolve in the electrolyte when the materials are heated to relatively high temperatures compared to operating temperatures elements, but low compared to temperatures that can cause thermal runaway. Examples of such polymers that can swell in lithium-ion electrolytes include polyvinylidene fluoride and polyacrylonitrile, but there are other polymers known to those skilled in the art. Another way to implement this alternative process for creating an internal electrical fuse is to coat the substrate with a metal, such as aluminum, that can oxidize when heated, with an overall thickness of metal much thinner than that typically used for lithium batteries. For example, the very thin aluminum pantograph used today may be 20 µm thick. With a coating thickness of less than 5 microns, the chain will break faster, and with a coating thickness of less than 2 microns or even less than 1 micron, the chain will break even faster. However, another way to implement an open path is to provide a current collector with limited conductivity, which will degrade at high current densities surrounding the fault, similar to the degradation seen in commercially produced fuses today. This may be achieved by providing a current collector with a resistivity greater than 5 or 10 mOhm/square, or perhaps preferably greater than 20 mOhm/square, or perhaps more preferably greater than 50 mOhm/square. These measurements can be observed on one side or on both sides of the material coated on both sides. The different resistivity current collectors used may further be selected differently for batteries that are designed for high power, which can use relatively low resistance compared to cells designed for lower power and higher energy, and/or which can use relatively high resistance. Another way to implement a discontinuity in a conductive channel is to provide a susceptor that will oxidize to a non-conductive material at temperatures that are much lower than aluminum, allowing the susceptor to become inert in the short circuit region before the separator degrades. Some aluminum alloys oxidize faster than aluminum itself, and these alloys may cause the conductive path to degrade faster or at a lower temperature. As possible alternatives, any type of metal that is electrically conductive can be used in such a thin layer, including, but not limited to, gold, silver, vanadium, rubidium, iridium, indium, platinum and other metals (mainly due to the very thin layer it is possible to significantly reduce the costs associated with using such a metal without sacrificing conductivity, while still providing protection from likely thermal runaway during a short circuit or similar event). Layers of different metals, or even separate areas of metal deposited internally or as separate layered components, can also be used. Of course, also one side of such a coated susceptor substrate may include different types of metal than those used on the opposite side, and may also have relatively different layer thicknesses.

Одним из способов улучшения электрических свойств элемента могло бы быть обеспечение того, чтобы токоприемник с покрытием имел две стороны с проводящим покрытием, как будто бы обеспечивающие проводимость от покрытия на одной стороне к покрытию на другой стороне. Такой результат невозможен, например, для полимерной пленки без покрытия. Однако было найдено, что такая пропускная способность двусторонней проводимости может быть достигнута в одном неограничивающем примере с помощью нетканого материала, включающего в себя определенный процент проводящих волокон, или нетканого материала, наполненного проводящими материалами, или нетканого материала, изготовленного из проводящего материала (такого как углеродные волокна или металлические волокна) или, как отмечено выше, нетканого материала, содержащего волокна, покрытые проводящим материалом (например, волокна с металлическим покрытием на поверхности). Другим типом нового тонкого материала токоприемника, демонстрирующего проводимость сверху вниз, может быть пленка, которая сделана проводящей, например, за счет использования изначально проводящего материала (такого, например, как проводящие полимеры, такие как полиацетилен, полианилин или поливинилпирролидин) или посредством ее наполнения проводящим материалом (таким как графит или графен, или металлические частицы или волокна) во время или после изготовления пленки. Кроме того, другим возможным двусторонним материалом тонкого токоприемника является полимерная подложка с небольшими перфорированными отверстиями, стороны которых покрыты металлом (алюминием или медью) во время процесса металлизации. Такая проводимость, обеспечиваемая от одной стороны к другой, не должна быть такой же, как иOne way to improve the electrical properties of the cell would be to ensure that the coated current collector has two sides with a conductive coating, seemingly providing conductivity from the coating on one side to the coating on the other side. This result is not possible, for example, for an uncoated polymer film. However, it has been found that such bidirectional conductive capacity can be achieved in one non-limiting example using a nonwoven fabric including a certain percentage of conductive fibers, or a nonwoven fabric filled with conductive materials, or a nonwoven fabric made from a conductive material (such as carbon fibers). fibers or metallic fibers) or, as noted above, a nonwoven fabric containing fibers coated with a conductive material (eg, fibers with a metallic surface coating). Another type of new thin current collector material exhibiting top-down conductivity may be a film that is made conductive, for example by using an inherently conductive material (such as conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline or polyvinylpyrrolidine) or by filling it with conductive material. material (such as graphite or graphene, or metal particles or fibers) during or after film production. Additionally, another possible double-sided thin current collector material is a polymer substrate with small perforated holes, the sides of which are plated with metal (aluminum or copper) during the metallization process. Such conductivity provided from one side to the other need not be the same as

- 8 043346 у проводящих покрытий.- 8 043346 for conductive coatings.

Таким образом, такие альтернативные конфигурации, обеспечивающие как будто бы одни и те же результаты и физические свойства токоприемника, включают в себя следующие:Thus, such alternative configurations that appear to provide the same results and physical properties of the pantograph include the following:

а) общая толщина полимерной подложки с покрытием составляет менее 20 мкм при сопротивлении менее 1 Ом/квадрат,a) the total thickness of the coated polymer substrate is less than 20 microns with a resistance of less than 1 Ohm/square,

b) токоприемник содержит проводящий материал, нанесенный на подложку, содержащую полимерный материал, при этом полимерный материал демонстрирует термоусадку при 225°С не менее 5%,b) the current collector contains a conductive material deposited on a substrate containing a polymeric material, and the polymeric material exhibits a heat shrinkage at 225°C of at least 5%,

с) металлизированный полимерный материал токоприемника набухает в электролите аккумулятора, причем такое набухание увеличивается по мере того, как полимерный материал нагревается,c) the metallized polymer material of the current collector swells in the battery electrolyte, such swelling increasing as the polymer material heats up,

d) общая толщина проводящего материала токоприемника составляет менее 5 мкм при нанесении на полимерную подложку,d) the total thickness of the conductive material of the current collector is less than 5 µm when applied to a polymer substrate,

е) проводимость токоприемника составляет от 10 до 1 Ом/квадрат иe) the conductivity of the pantograph is from 10 to 1 Ohm/square and

f) металлизированная полимерная подложка токоприемника имеет пористость не более 60%.f) the metallized polymer substrate of the current collector has a porosity of no more than 60%.

Использование любой из этих альтернативных конфигураций в устройстве хранения энергии с сепаратором, демонстрирующим термоусадку менее 5% по истечении 1 ч при 225°С, также будет подпадать под объем настоящего изобретения. Общее использование (способ использования) этого типа устройства хранения энергии (аккумулятора, конденсатора и т.д.) также подпадает под объем настоящего изобретения.The use of any of these alternative configurations in an energy storage device with a separator exhibiting less than 5% thermal shrinkage after 1 hour at 225°C would also fall within the scope of the present invention. The general use (method of use) of this type of energy storage device (battery, capacitor, etc.) also falls within the scope of the present invention.

Хотя основным преимуществом настоящего изобретения является повышенная безопасность для элемента, существуют и другие преимущества, упомянутые выше, в том числе уменьшенный вес всего устройства хранения энергии за счет уменьшенного веса металла в таких компонентах токоприемника. Опять же, совершенно нелогично использовать тонкие полимерные слои с металлизированным покрытием, особенно с низкими размерно-устойчивыми характеристиками, для токоприемников внутри таких аккумуляторных изделий. Современное положение дел в этой отрасли сводится к мысли о том, что для достижения желаемых результатов защиты (особенно от возможных событий короткого замыкания) необходимы большие количества реальных металлических и/или изолирующих компонентов. Теперь неожиданно стало понятно не только то, что такая парадигма неверна, но и то, что эффективное средство от проблем короткого замыкания в литиевых аккумуляторах и т.д. состоит в уменьшении, а не увеличении количества металла, а также соединении его с термически нестабильными базовыми слоями. Таким образом, совершенно неожиданно стало понятно, что тонкие металлические слои в сочетании с такими нестабильными базовыми слоями обеспечивают возможность бороться с событиями разрядки во время коротких замыканий и эффективно останавливать их, при этом общий эффект заключается не только в гораздо более безопасном и надежном результате, но и в значительно уменьшенном общем весе и объеме таких комплектующих частей. Таким образом, неожиданные преимущества улучшенных свойств с пониженными требованиями к весу и объему изделий для хранения энергии (аккумуляторах и т.д.) соответствуют отрасли гораздо больше, чем предполагалось изначально.While the primary benefit of the present invention is increased safety for the cell, there are other benefits as mentioned above, including reduced weight of the entire energy storage device due to the reduced weight of metal in such susceptor components. Again, it is completely counterintuitive to use thin metalized polymer layers, especially those with poor dimensional stability properties, for current collectors inside such battery products. The current state of the art in this industry is that large quantities of actual metallic and/or insulating components are required to achieve the desired protection results (especially against possible short circuit events). Now it suddenly became clear not only that such a paradigm is incorrect, but also that an effective remedy for short circuit problems in lithium batteries, etc. consists of reducing, rather than increasing, the amount of metal, as well as combining it with thermally unstable base layers. Thus, quite unexpectedly, it became clear that thin metal layers in combination with such unstable base layers provide the ability to combat discharge events during short circuits and effectively stop them, with the overall effect being not only a much safer and more reliable result, but and in a significantly reduced overall weight and volume of such component parts. Thus, the unexpected benefits of improved properties with reduced weight and volume requirements for energy storage products (batteries, etc.) fit the industry much better than originally thought.

В качестве дополнительного пояснения, алюминий с плотностью 2,7 г/см3 и толщиной 20 мкм будет весить 54 г/м2. Однако тот же металл, нанесенный с толщиной 1 мкм на полипропиленовую пленку толщиной 10 мкм (с плотностью 0,9 г/см3), будет весить 11,7 г/м2. Это уменьшение веса токоприемника может снизить вес всего устройства хранения энергии (например, аккумулятора), повысить мобильность, улучшить расход топлива или запас хода на электрической тяге и в целом повысить ценность мобильных электрических приложений.As further clarification, aluminum with a density of 2.7 g/cm 3 and a thickness of 20 microns would weigh 54 g/m 2 . However, the same metal deposited with a thickness of 1 micron on a polypropylene film with a thickness of 10 microns (with a density of 0.9 g/cm 3 ) will weigh 11.7 g/m 2 . This reduction in pantograph weight can reduce the weight of the entire energy storage device (e.g., battery), increase mobility, improve fuel consumption or electric range, and generally increase the value of mobile electric applications.

Кроме того, из-за высокой прочности пленок вышеприведенный пример также может быть сделан тоньше, с общей толщиной 11 мкм в сравнении с 20 мкм, например, снова уменьшая объем элемента и, тем самым, эффективно увеличивая плотность энергии. Таким образом, токоприемник с общей толщиной менее 15 мкм, предпочтительно менее 12, более предпочтительно менее 10 и наиболее предпочтительно менее 8 мкм, может быть изготовлен и использован с такой целью и функцией.Additionally, due to the high strength of the films, the above example could also be made thinner, with a total thickness of 11 µm compared to 20 µm, for example, again reducing the volume of the element and thereby effectively increasing the energy density. Thus, a pantograph with an overall thickness of less than 15 microns, preferably less than 12 microns, more preferably less than 10 microns, and most preferably less than 8 microns can be manufactured and used for such purpose and function.

При объемном удельном сопротивлении алюминия 2,7x10’8 Ом-м и меди 1,68x10’8 Ом-м можно получить тонкое покрытие с сопротивлением менее 1 Ом/квадрат или менее 0,5 Ом/квадрат, или даже менее 0,1 Ом/квадрат, или менее 0,05 Ом/квадрат. Толщина этих проводящих покрытий может составлять менее 5 мкм, предпочтительно менее 3 мкм, более предпочтительно менее 2 мкм, возможно, наиболее предпочтительно даже менее 1 мкм. Крайне нелогично, что, когда стандартные материалы, обычно используемые на рынке, содержат 10 мкм или большее количество металла, подходящие характеристики могут быть достигнуты с использованием гораздо меньшего количества металла. В действительности, большая часть металла, присутствующего в типичных устройствах хранения, используется для придания механических свойств, подходящих для высокоскоростной и автоматизированной обработки. Одним из преимуществ настоящего изобретения является использование полимерного материала с гораздо меньшей плотностью для обеспечения механических свойств, что позволяет уменьшить толщину металла до уровня, при котором безопасность элемента повышается из-за неспособности токоприемника поддерживать опасно высокие плотности тока, которые возникают из-за внутренних электрических коротких замыканий и приводят к тепловому разгону, задымлению и возгоранию.With a volume resistivity of aluminum of 2.7x10'8 ohm-m and copper of 1.68x10'8 ohm-m, it is possible to obtain a thin coating with a resistivity of less than 1 ohm/square or less than 0.5 ohm/square, or even less than 0.1 ohm /square, or less than 0.05 ohms/square. The thickness of these conductive coatings may be less than 5 microns, preferably less than 3 microns, more preferably less than 2 microns, perhaps most preferably even less than 1 microns. It is highly counterintuitive that when standard materials commonly used in the market contain 10 microns or more of metal, suitable performance can be achieved using much less metal. In fact, most of the metal present in typical storage devices is used to provide mechanical properties suitable for high-speed and automated processing. One of the advantages of the present invention is the use of a much lower density polymer material to provide mechanical properties, allowing the metal thickness to be reduced to a level where the safety of the element is increased due to the inability of the pantograph to support the dangerously high current densities that arise due to internal electrical shorts. short circuits and lead to thermal runaway, smoke and fire.

Кроме того, эти проводящие слои могут быть образованы множеством слоев. Например, слой алю- 9 043346 миния может быть базовым слоем, покрытым тонким слоем меди. Таким образом, объемная проводимость может быть обеспечена алюминием, который является легким, недорогим и может быть легко нанесен методами осаждения из паровой фазы. Медь может обеспечивать дополнительную проводимость и пассивацию анода, не вызывая при этом значительных дополнительных затрат и увеличения веса. Этот пример приведен просто для иллюстрации, и специалисты в данной области техники смогут привести множество других многослойных проводящих структур, любые из которых являются прекрасными примерами настоящего изобретения.Moreover, these conductive layers can be formed by a plurality of layers. For example, the aluminum layer may be a base layer covered with a thin layer of copper. Thus, volumetric conductivity can be provided by aluminum, which is lightweight, inexpensive, and can be easily deposited by vapor deposition methods. Copper can provide additional conductivity and passivation to the anode without causing significant additional cost or weight. This example is provided merely for illustration, and those skilled in the art will be able to cite many other multilayer conductive structures, any of which are excellent examples of the present invention.

Эти тонкие металлические покрытия в целом приводят к более высокому сопротивлению по сравнению с наблюдаемым в обычно используемых токоприемниках из алюминия или меди, что является отличительной особенностью настоящего изобретения. Такие новые подходящие токоприемники могут быть изготовлены с сопротивлением более 10 мОм/квадрат, предпочтительно более 20 мОм/квадрат, более предпочтительно более 50 мОм/квадрат и, возможно, наиболее предпочтительно даже более 100 мОм/квадрат.These thin metal coatings generally result in higher resistance than that observed in conventionally used aluminum or copper current collectors, which is a feature of the present invention. Such new suitable current collectors can be manufactured with a resistance greater than 10 mOhm/square, preferably greater than 20 mOhm/square, more preferably greater than 50 mOhm/square, and perhaps most preferably even greater than 100 mOhm/square.

Кроме того, элементы, изготовленные с использованием вышеописанных термически слабых токоприемников, могут быть еще более безопасными, если сепаратор имеет высокую термостойкость, например, возможно, демонстрируя низкую усадку при высоких температурах, включая усадку менее 5% после воздействия температуры 200°С в течение 1 ч, предпочтительно после воздействия 250°С в течение одного часа и, возможно, более предпочтительно после воздействия температуры 300°С в течение одного часа. Существующие сепараторы изготовлены из полиэтилена с температурой плавления 138°С и из полипропилена с температурой плавления 164°С. Эти материалы демонстрируют усадку > 50% при 150°С, как показано на фиг. 2; такой результат слишком высок для использования с тонким токоприемником, как теперь описано в настоящем документе. Для решения такой проблемы было установлено, что необходимо использовать определенные сепараторы, которые дают усадку менее 50% при 150°С или даже менее 30%, или менее 10%, согласно измерениям в соответствии с документом NASA TM-2010-216099, раздел 3.5. Даже сепараторы с керамическим покрытием демонстрируют значительную усадку при относительно умеренных температурах, либо полностью разрушаются, либо дают усадку более 20% при 180°С. Таким образом, желательно использовать сепаратор, который не разрушается во время испытания и не дает усадку более 20% при воздействии 180°С (по меньшей мере), более предпочтительно более 10%, при измерении в соответствии с тем же стандартом испытаний. Наиболее предпочтительным вариантом осуществления будет использование сепаратора, который дает усадку менее 10% при воздействии температуры 200, 250 или даже 300°С.Additionally, cells manufactured using the thermally weak susceptors described above may be even safer if the separator has high heat resistance, for example possibly exhibiting low shrinkage at high temperatures, including less than 5% shrinkage after exposure to 200°C for 1 h, preferably after exposure to 250°C for one hour and perhaps more preferably after exposure to 300°C for one hour. Existing separators are made of polyethylene with a melting point of 138°C and polypropylene with a melting point of 164°C. These materials exhibit >50% shrinkage at 150°C as shown in FIG. 2; this result is too high for use with a thin pantograph as now described herein. To solve this problem, it has been found that it is necessary to use certain separators that shrink less than 50% at 150°C, or even less than 30%, or less than 10%, as measured in accordance with NASA document TM-2010-216099, section 3.5. Even ceramic-coated cages exhibit significant shrinkage at relatively moderate temperatures, either collapsing completely or shrinking in excess of 20% at 180°C. Thus, it is desirable to use a separator that does not collapse during testing and does not shrink more than 20% when exposed to at least 180°C, more preferably more than 10%, when measured according to the same test standard. The most preferred embodiment would be to use a separator that shrinks less than 10% when exposed to temperatures of 200, 250 or even 300°C.

Любой из этих металлизированных подложек желательно иметь небольшую толщину, чтобы способствовать увеличению плотности энергии элемента. Для получения такой толщины можно использовать любые средства, включая каландрирование, сдавливание, горячее прессование или даже удаление материала с поверхности таким образом, чтобы уменьшить общую толщину. Эти процессы уменьшения толщины могут быть выполнены до или после металлизации. Таким образом, желательно иметь общую толщину металлизированной подложки менее 25 мкм, предпочтительно менее 20 мкм, более предпочтительно менее 16 мкм и, возможно, наиболее предпочтительно менее 14 мкм. Как было установлено, серийно производимые полиэфирные пленки имеют толщину не более 3 мкм и даже менее 1,2 мкм. Эти типы могут служить подходящими подложками и обеспечивать общую толщину токоприемника менее 10 мкм, предпочтительно менее 6 мкм и более предпочтительно менее 4 мкм. Такие ультратонкие токоприемники (с надлежащей проводимостью, как описано выше и на протяжении настоящего документа) могут обеспечивать гораздо более высокую плотность энергии с улучшенными характеристиками безопасности - результат, который до сих пор оставался неизученным.It is desirable for any of these metallized substrates to have a small thickness to help increase the energy density of the element. Any means can be used to achieve this thickness, including calendering, pressing, hot pressing, or even removing material from the surface so as to reduce the overall thickness. These thickness reduction processes can be performed before or after metallization. Thus, it is desirable to have an overall thickness of the metallized substrate of less than 25 microns, preferably less than 20 microns, more preferably less than 16 microns, and perhaps most preferably less than 14 microns. It has been established that commercially produced polyester films have a thickness of no more than 3 microns and even less than 1.2 microns. These types may serve as suitable substrates and provide an overall pantograph thickness of less than 10 μm, preferably less than 6 μm, and more preferably less than 4 μm. Such ultra-thin current collectors (with proper conductivity, as described above and throughout this document) can provide much higher energy densities with improved safety characteristics - a result that has until now remained unexplored.

Также желательно иметь малый вес этих металлизированных подложек. Это может быть достигнуто за счет использования полимерных материалов с низкой плотностью, таких как полиолефины или других полимеров с низкой плотностью, включая полиэтилен, полипропилен и полиметилпентен, приведенных исключительно в качестве примеров. Этого также можно достичь за счет наличия в подложке структуры с открытыми порами или даже за счет использования подложек с низкой базовой массой. Таким образом, плотность полимера, используемого в материале подложки, может быть менее 1,4 г/см3, предпочтительно менее 1,2 г/см3 и, возможно, более предпочтительно менее 1,0 г/см3. Кроме того, поверхностная плотность материала подложки может составлять менее 20 г/м2, предпочтительно менее 16 г/м2 и, возможно, наиболее предпочтительно менее 14 г/м2. Кроме того, поверхностная плотность полимерного материала подложки с металлическим покрытием может составлять менее 40 г/м2, предпочтительно менее 30 г/м2, более предпочтительно менее 25 г/м2 и, возможно, наиболее предпочтительно менее 20 г/м2.It is also desirable for these metallized substrates to be lightweight. This can be achieved through the use of low density polymeric materials such as polyolefins or other low density polymers including polyethylene, polypropylene and polymethylpentene, given by way of example only. This can also be achieved by having an open cell structure in the substrate or even by using low basis weight substrates. Thus, the density of the polymer used in the support material may be less than 1.4 g/cm 3 , preferably less than 1.2 g/cm 3 , and perhaps more preferably less than 1.0 g/cm 3 . In addition, the basis weight of the support material may be less than 20 gsm , preferably less than 16 gsm , and perhaps most preferably less than 14 gsm . In addition, the basis weight of the metal-coated polymer material may be less than 40 gsm , preferably less than 30 gsm , more preferably less than 25 gsm , and perhaps most preferably less than 20 gsm .

Малый вес также может быть достигнут с помощью пористой полимерной подложки. Однако для этих материалов пористость не должна быть слишком высокой, поскольку это приведет к низкой прочности и большой толщине, что фактически противоречит цели поставленных задач. Таким образом, такие базовые материалы будут иметь пористость ниже примерно 60%, предпочтительно ниже 50% и, возможно, более предпочтительно ниже 40%. Поскольку для этого типа токоприемника с металлическим покрытием могут использоваться твердые материалы, нижнего предела пористости нет.Low weight can also be achieved using a porous polymer substrate. However, for these materials, the porosity should not be too high, as this will lead to low strength and high thickness, which actually defeats the purpose of the objectives. Thus, such base materials will have a porosity below about 60%, preferably below 50%, and perhaps more preferably below 40%. Since hard materials can be used for this type of metal-clad pantograph, there is no lower limit to porosity.

- 10 043346- 10 043346

Высокая прочность требуется для того, чтобы материалы можно было обрабатывать на высоких скоростях в аккумуляторе. Это может быть достигнуто за счет использования удлиненных полимеров либо из вытянутых волокон, либо из пленок, вытянутых при одноосном или двухосном растяжении.High strength is required so that materials can be processed at high speeds in the battery. This can be achieved by using elongated polymers from either drawn fibers or uniaxial or biaxial stretched films.

Как представлено ниже в описании сопроводительных чертежей, изготовлено и, таким образом, обеспечено в соответствии с настоящим изобретением устройство хранения энергии, будь то аккумулятор, конденсатор, суперконденсатор и т.п., в котором все: по меньшей мере один токоприемник, который демонстрирует свойства, связанные с отсутствием заметного движения тока после контакта короткого замыкания с катодом, анодом, или два отдельных токоприемника, контактирующие с ними обоими, сепаратор и электролит, находятся и герметизированы в стандартном (подходящем) контейнере устройства хранения энергии. Все: катод, анод, контейнер, электролиты и в некоторых случаях сепаратор, компоненты, по большей части являются стандартными. Однако, как отмечено выше, токоприемник, используемый в настоящем изобретении, не только является новым и неизученным в данной области техники, но и его использование в качестве фактического компонента устройства хранения энергии является нелогичным. Это опять же более подробно описано ниже.As presented below in the description of the accompanying drawings, an energy storage device, whether a battery, a capacitor, a supercapacitor, or the like, is manufactured and thus provided in accordance with the present invention, wherein all of: at least one current collector that exhibits the properties associated with the absence of appreciable current movement after short circuit contact with the cathode, anode, or two separate current collectors in contact with both, the separator and the electrolyte, are located and sealed in a standard (suitable) energy storage device container. All the cathode, anode, container, electrolytes and in some cases separator components are mostly standard. However, as noted above, the current collector used in the present invention is not only new and unexplored in the art, but its use as an actual component of an energy storage device is counterintuitive. This is again described in more detail below.

Как отмечено выше, для уменьшения вероятности, если не полного предотвращения, теплового разгона внутри аккумуляторного элемента (особенно литий-ионного перезаряжаемого типа, но, разумеется, возможны и другие типы), необходимо средство, которое, в частности, вызывает какое-либо короткое замыкание в нем в основном в течение короткого периода времени, с уменьшенным временем пребывания внутри или на рассматриваемом токоприемнике, и в итоге выдает результирующий уровень энергии с минимальными значениями джоулей (т.е. менее 10, предпочтительно менее 1, а наиболее предпочтительно менее 0,01). Тогда, как упоминалось ранее, в такой ситуации, когда электрический путь идет от анода к катоду и через сепаратор в присутствии установленного тонкого проводящего токоприемника и воспламеняющегося органического электролита, было обнаружено, что тонкий токоприемник небольшого веса обеспечивает такой желаемый результат, в частности, с точки зрения рассеивания посторонних зарядов на поверхности токоприемника и отсутствия заметного повышения температуры, при котором воспламенение электролитного компонента было бы неизбежным. Удивительно, но без привязки к какому-либо конкретному научному объяснению или теории, считается, что свойство проводимости материала тонкого токоприемника позволяет электрическим зарядам короткого замыкания всего лишь достигать тонкого проводящего токоприемника и немедленно создавать событие короткого замыкания с высокой энергией, которое вступает в реакцию между металлом на поверхности токоприемника и самим электрическим зарядом, тем самым создавая оксид металла, который образуется в этой конкретной точке на поверхности токоприемника. Оксид металла обеспечивает изоляцию для дальнейшей электрической активности, и приложенный ток мгновенно рассеивается, оставляя потенциальную деформацию внутри самого токоприемника, но с присутствием вышеупомянутого оксида металла для защиты от любой дальнейшей активности электрического заряда в этом конкретном месте. Таким образом, оставшаяся часть токоприемника остается неповрежденной и может обеспечивать те же возможности, что и раньше, тем самым дополнительно обеспечивая такую защиту от любых других возможных коротких замыканий или подобных явлений. В случае теплового разгона в аккумуляторных изделиях из уровня техники анод, катод, токоприемники и сепаратор создают электрический путь, в котором образуется тепло и, например, обеспечивается искра для воспламенения элемента в ответ на короткое замыкание. Дальнейшее присутствие переносящих ионы воспламеняющихся электролитов, таким образом, может привести к существенным опасностям в результате воздействия высоких температур, связанных с такими неожиданными электрическими зарядами. По сути, тепло, образуемое в токоприемнике из уровня техники, вызывает начальные электрохимические реакции в электролитных материалах, что в итоге приводит к неконтролируемому воспламенению самих электролитных материалов. Таким образом, описанный здесь токоприемник по настоящему изобретению особенно ценен при использовании в аккумуляторных элементах, содержащих такие воспламеняющиеся электролиты. В качестве примеров такие электролиты обычно включают в себя органические растворители, такие как карбонаты, в том числе пропиленкарбонат, этиленкарбонат, этилметилкарбонат, диэтилкарбонат и диметилкарбонат, и другие. Эти электролиты обычно присутствуют в виде смесей вышеуказанных материалов, возможно, с другими материаламирастворителями, включающими в себя добавки различных типов. Эти электролиты также содержат компонент соли лития, примером которой является гексафторфосфат лития, LiPF6. Такие электролиты предпочтительны в производстве аккумуляторов, но, как уже отмечалось, потенциально способствуют возникновению опасных ситуаций. Опять же, токоприемник по настоящему изобретению в сочетании с другими аккумуляторными компонентами существенно и неожиданно устраняет эти проблемы.As noted above, to reduce the likelihood of, if not completely prevent, thermal runaway within a battery cell (especially the lithium-ion rechargeable type, but other types are of course possible), a means is required that, in particular, causes some kind of short circuit in it primarily for a short period of time, with reduced residence time in or on the pantograph in question, and ultimately produces a resulting energy level of minimal joule values (i.e. less than 10, preferably less than 1, and most preferably less than 0.01 ). Then, as mentioned earlier, in such a situation where the electrical path is from the anode to the cathode and through the separator in the presence of an installed thin conductive current collector and a flammable organic electrolyte, it has been found that a thin current collector of low weight provides such a desirable result, particularly in terms of from the point of view of the dispersion of foreign charges on the surface of the current collector and the absence of a noticeable increase in temperature at which ignition of the electrolyte component would be inevitable. Surprisingly, without being tied to any specific scientific explanation or theory, it is believed that the conductivity property of the thin pantograph material allows electrical short circuit charges to just reach the thin conductive pantograph and immediately create a high energy short circuit event that reacts between the metal on the surface of the pantograph and the electrical charge itself, thereby creating a metal oxide that forms at that particular point on the surface of the pantograph. The metal oxide provides insulation for further electrical activity, and the applied current is instantly dissipated, leaving potential deformation within the current collector itself, but with the presence of the aforementioned metal oxide to protect against any further electrical charge activity at that particular location. In this way, the remainder of the pantograph remains intact and can provide the same capabilities as before, thereby further providing such protection against any other possible short circuits or the like. In the case of thermal runaway in prior art battery products, the anode, cathode, current collectors, and separator create an electrical path in which heat is generated and, for example, provides a spark to ignite the cell in response to a short circuit. The continued presence of ion-carrying flammable electrolytes may therefore result in significant hazards due to exposure to high temperatures associated with such unexpected electrical charges. Essentially, the heat generated in the prior art current collector causes initial electrochemical reactions in the electrolyte materials, which ultimately leads to uncontrolled ignition of the electrolyte materials themselves. Thus, the current collector of the present invention described herein is particularly valuable when used in battery cells containing such flammable electrolytes. By way of example, such electrolytes generally include organic solvents such as carbonates, including propylene carbonate, ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate and dimethyl carbonate, and others. These electrolytes are usually present in the form of mixtures of the above materials, possibly with other solvent materials, including additives of various types. These electrolytes also contain a lithium salt component, an example of which is lithium hexafluorophosphate, LiPF 6 . Such electrolytes are preferred in battery production, but, as noted, they potentially contribute to hazardous situations. Again, the current collector of the present invention, in combination with other battery components, significantly and unexpectedly eliminates these problems.

Одним способом, посредством которого можно продемонстрировать полезность этого токоприемника, является следующее испытание. Источник тока с ограничениями как по напряжению, так и по току может быть настроен на предел напряжения, аналогичный рабочему напряжению рассматриваемого устройства хранения энергии. Затем можно отрегулировать ток и протестировать токоприемник в двух конфигурациях. В первой конфигурации короткую полоску токоприемника известной ширины приводят в контакт с двумя металлическими соединителями, которые обеспечивают контакт по всей ширине образца. Предел тока источника тока может быть увеличен, чтобы увидеть, существует ли предел способностиOne way in which the usefulness of this pantograph can be demonstrated is the following test. A current source with both voltage and current limitations can be set to a voltage limit similar to the operating voltage of the energy storage device in question. The current can then be adjusted and the pantograph can be tested in two configurations. In the first configuration, a short strip of susceptor of known width is brought into contact with two metal connectors that provide contact across the entire width of the sample. The current source current limit can be increased to see if there is a capacity limit

- 11 043346 материала проводить ток, который можно измерить как общий ток, деленный на ширину, с получением результата в А/см, что в настоящем документе обозначено как плотность горизонтального тока. Вторая конфигурация заключалась бы в контакте заземления источника тока с одним из металлических контактов по всей ширине, а затем в касании кончиком зонда, примерно 0,25 мм2, в месте вдоль полосы токоприемника. Если сила тока слишком велика, это приведет к выгоранию локальной области, и ток не будет течь. Если ток не слишком велик для токоприемника, то будет течь полный ток вплоть до предела источника тока. Результатом является предел тока в А/мм2, который в настоящем документе обозначен как плотность вертикального тока. Таким образом, токоприемник, который может достигать высокого тока в обеих конфигурациях, будет аналогичен имеющемуся в уровне техники, а токоприемник, который может поддерживать горизонтальный ток при контакте по всей ширине, но не может поддерживать аналогичный вертикальный ток при точечном контакте, был бы примером описанного в настоящем документе изобретения.- 11 043346 material to conduct a current that can be measured as the total current divided by the width to give a result in A/cm, which is herein referred to as the horizontal current density. The second configuration would be to make ground contact of the current source with one of the metal contacts across the entire width, and then touch the tip of the probe, approximately 0.25 mm 2 , at a location along the pantograph strip. If the current is too large, it will cause the local area to burn out and no current will flow. If the current is not too large for the pantograph, then full current will flow up to the limit of the current source. The result is a current limit in A/mm 2 , which is referred to herein as the vertical current density. Thus, a pantograph that can achieve high current in both configurations would be similar to that in the prior art, and a pantograph that can support horizontal current in full-width contact but cannot support similar vertical current in point contact would be an example of the described in the present invention document.

Например, может быть желательно, чтобы токоприемник был способен поддерживать плотность горизонтального тока 0,1 А/см или 0,5 А/см, или 1 А/см, или 2 А/см, или даже 5 А/см. И для токоприемника, который может поддерживать вышеуказанную плотность горизонтального тока, было бы желательно не поддерживать плотность вертикального тока 0,1 А/мм2 или 0,5 А/мм2, или 1 А/мм2, или 2 А/мм2, или даже 5 А/мм2.For example, it may be desirable for a susceptor to be capable of supporting a horizontal current density of 0.1 A/cm or 0.5 A/cm or 1 A/cm or 2 A/cm or even 5 A/cm. And for a pantograph that can support the above horizontal current density, it would be desirable not to maintain a vertical current density of 0.1 A/ mm2 or 0.5 A/ mm2 or 1 A/ mm2 or 2 A/ mm2 . or even 5 A/mm 2 .

Как упоминалось выше, внутри литий-ионных аккумуляторных элементов также обычно приварен язычок для соединения внутренних компонентов, в частности токоприемников, вместе для соединения с язычковым выводом с целью передачи заряда внешнему источнику. В этой ситуации для токоприемников очень тонких типов крайне важно, чтобы язычковый вывод эффективно контактировал с внутренними фольговыми токоприемниками и оставался в достаточной степени на месте, чтобы также контактировать с внешним источником. Кроме того, из-за эффективности вышеупомянутых неожиданно хороших тонкопленочных токоприемников для обеспечения необходимых операций самого аккумуляторного элемента, а также возможности обеспечения характеристик внутреннего предохранителя с целью предотвращения неуправляемого тока во время возможной проблемы (образования дендритов и т.д.), такой язычок не должен демонстрировать какую-либо степень смещения или неэффективности для борьбы с теми же самыми потенциальными проблемами, связанными с неуправляемым зарядом. Другими словами, эффективность результатов внутреннего предохранителя не должна снижаться или ухудшаться из-за проблем с язычками. Неожиданно было установлено, что такие необходимые характеристики допустимы для таких язычковых компонентов.As mentioned above, lithium-ion battery cells also typically have a tab welded inside them to connect the internal components, particularly the current collectors, together to connect to the tab terminal for the purpose of transferring charge to an external source. In this situation, for very thin types of pantographs, it is critical that the reed lead effectively contacts the internal foil pantographs and remains sufficiently in place to also contact the external source. Additionally, due to the effectiveness of the aforementioned surprisingly good thin film current collectors in providing the necessary operations of the battery cell itself, as well as the ability to provide internal fuse characteristics to prevent runaway current during a possible problem (dendrite formation, etc.), such a tab should not demonstrate any degree of bias or ineffectiveness to combat the same potential runaway charge problems. In other words, the effectiveness of the internal fuse's results should not be reduced or impaired by problems with the reeds. Surprisingly, it has been found that such desirable characteristics are acceptable for such reed components.

Таким образом, к данному моменту стало понятно, что тонкопленочные токоприемники фактически обеспечивают эффективное и прочное приваривание язычка к ним с возможностью фактически обеспечивать проводимость с обеих сторон пленки. Сам язычок на самом деле толще, чем каждый отдельный токоприемник, и при контакте друг с другом сварной шов может выполняться на глубину, которая частично проходит через материал язычка, в зависимости от формы и глубины самого сварного шва. Однако неожиданным результатом является то, что сварной шов может фактически проходить через язычок тонкой струйкой или подобным образованием, тем самым обеспечивая проводимость через такой сварочный материал к язычку. Таким образом создается ограниченный, хотя и эффективный, канал проводимости, чтобы не только обеспечивать необходимую проводимость в месте сварного шва до язычка (а затем из корпуса аккумуляторного элемента к внешнему источнику), но также и обеспечивать средство ограничения действительной силы тока и температуры, создаваемых таким каналом проводимости в каждом месте сварного шва. Такой результат позволяет осуществлять вышеупомянутый контроль неуправляемой проводимости от металлизированных пленочных токоприемников в случае короткого замыкания (образования дендритов и т.д.), поскольку электрический заряд будет останавливаться на фактической поверхности токоприемника, и никакой другой путь для неуправляемого заряда не предусмотрен. Таким образом, сварные швы могут быть выполнены по длине язычкового компонента, проходящего вдоль токоприемника, например, в количестве до пяти штук с равномерным разнесением друг от друга, что обеспечивает эффективную проводимость от фольгового токоприемника (токоприемников) к язычку через корпус аккумулятора к внешнему источнику. Таким образом, ограниченное количество сварных швов также снижает количество возможных участков неуправляемого заряда; пусть даже каждый из таких участков и имеет ограниченную силу тока, в некоторых ситуациях уровни силы тока, безусловно, повышаются в присутствии множества таких участков. Однако для мощных или сильноточных аккумуляторов количество сварных швов на язычок может быть увеличено, чтобы приспособиться к большому току, необходимому для того, чтобы аккумулятор был эффективен при применении. В этом случае может потребоваться большее количество сварных швов, возможно, до 10, 20 или даже 50 сварных швов на язычок. В редких случаях в элементах с очень высокой мощностью или очень сильным током может потребоваться даже более 50 сварных швов. Сварные швы обеспечивают базовую прочность, а также предотвращают перемещение язычка во время использования. Стабильность и жесткость необходимы для обеспечения правильной работы аккумулятора в целом. Ограниченные сварные швы действительно обеспечивают определенный уровень надежности в этом отношении, в то время как добавление натяжной ленты поверх пленок токоприемника также способствует защите от таких потенциальных проблем.Thus, by now it has become clear that thin film pantographs actually provide efficient and strong welding of the tongue to them with the ability to actually provide conductivity on both sides of the film. The tongue itself is actually thicker than each individual pantograph, and when in contact with each other, the weld can be made to a depth that partially passes through the tongue material, depending on the shape and depth of the weld itself. However, an unexpected result is that the weld may actually pass through the tongue in a thin stream or similar formation, thereby allowing conduction through such weld material to the tongue. This creates a limited, albeit effective, conduction path to not only provide the necessary conductivity from the weld to the tongue (and then from the cell body to an external source), but also to provide a means of limiting the actual current and temperature generated by such conductivity channel at each location of the weld. This result allows the aforementioned control of runaway conduction from metallized film pantographs in the event of a short circuit (dendrite formation, etc.) since the electrical charge will stop at the actual surface of the pantograph and no other path for runaway charge is provided. Thus, welds can be made along the length of the reed component running along the pantograph, for example, in numbers of up to five, evenly spaced from each other, which provides effective conduction from the foil pantograph(s) to the tab through the battery body to an external source. Thus, the limited number of welds also reduces the number of possible runaway charge sites; Even though each of these sites has a limited current intensity, in some situations the current levels are certainly increased in the presence of many such sites. However, for high-power or high-current batteries, the number of welds per tab may be increased to accommodate the high current required for the battery to be effective in the application. In this case, a larger number of welds may be required, perhaps up to 10, 20 or even 50 welds per tongue. In rare cases, very high power or very high current components may require even more than 50 welds. Welded seams provide basic strength and also prevent tongue movement during use. Stability and rigidity are necessary to ensure proper operation of the battery as a whole. Confined welds do provide a level of reliability in this regard, while adding tension tape on top of the pantograph films also helps protect against such potential problems.

- 12 043346- 12 043346

На практике тонкопленочные токоприемники неожиданно хорошо подходят для предотвращения неуправляемых зарядов во время короткого замыкания. Однако необходимость нахождения язычковых выводов в достаточном контакте с такими токоприемниками для обеспечения эффективной проводимости вне аккумуляторного элемента требует структурных условий, при которых обеспечивается возможность использования такой тонкой пленки токоприемника со стандартными язычковыми компонентами. Как отмечено выше, оказалось сложно обеспечить возможность подбора подходящих размеров как пленки (пленок) токоприемника, так и язычков с соответствующими сварными швами для их эффективного присоединения и контакта с целью эффективного прохождения электрического тока при работе аккумулятора, при этом обеспечивая подходящую низкую вероятность неуправляемого заряда, особенно с учетом специфических и принятых сегодня в данной области техники толстых монолитных компонентов токоприемников. Этот неожиданно эффективный результат, особенно с учетом характеристик язычкового контакта и его прочности на разрыв, определенных, как указано выше, соответствует полностью литий-ионному аккумулятору, который может иметь меньший вес или большую внутреннюю емкость для других компонентов, без ущерба для выработки энергии аккумулятора при одновременном обеспечении полной защиты от неуправляемых зарядов во время событий короткого замыкания.In practice, thin film current collectors are surprisingly well suited for preventing runaway charges during a short circuit. However, the need for the reed terminals to be in sufficient contact with such pantographs to provide effective conduction outside the battery cell requires structural conditions that allow such thin film pantographs to be used with standard reed components. As noted above, it has proven difficult to ensure that both the current collector film(s) and the tabs with appropriate welds can be properly sized to effectively attach and contact them to efficiently pass electrical current during battery operation, while still providing a suitably low runaway charge probability. especially taking into account the specific and accepted in the field of technology today thick monolithic components of pantographs. This unexpectedly efficient result, especially taking into account the characteristics of the reed contact and its tensile strength determined as above, is consistent with an all-lithium-ion battery, which can have less weight or greater internal capacity for other components, without compromising the battery's energy production when while providing complete protection against uncontrolled charges during short circuit events.

Для таких тонких пленок литий-ионных аккумуляторов могут потребоваться определенные уникальные этапы обработки из-за их уникальных качеств. Однако также могут быть использованы многие этапы обработки, которые хорошо известны в данной области техники. В общем, способ производства литий-ионного аккумулятора с пленками по настоящему изобретению содержит этапы, на которых:These lithium-ion battery thin films may require certain unique processing steps due to their unique properties. However, many processing steps that are well known in the art can also be used. In general, a method for producing a lithium-ion battery with films of the present invention comprises the steps of:

а) Обеспечивают электрод, имеющий по меньшей мере одну металлизированную подложку с покрытием из материала для накопления ионов;a) Provide an electrode having at least one metallized substrate coated with an ion storage material;

b) Обеспечивают противоэлектрод;b) Provide a counter electrode;

с) Наносят слои электрода и противоэлектрода друг напротив друга, причем между электродом и противоэлектродом располагают сепараторный компонент;c) Layers of an electrode and a counter electrode are applied opposite each other, and a separator component is placed between the electrode and the counter electrode;

d) Обеспечивают материал корпуса, включающий в себя компонент электрического контакта, при этом контакт включает в себя часть, присутствующую внутри материала корпуса, и часть, находящуюся снаружи материала корпуса;d) Provide a housing material including an electrical contact component, wherein the contact includes a portion present within the housing material and a portion external to the housing material;

e) Осуществляют электрическое соединение электрического контакта с металлизированной подложкой;e) Electrically connecting the electrical contact to the metallized substrate;

f) Вводят по меньшей мере один жидкий электролит с ионами внутрь материала корпуса иf) Introduce at least one liquid electrolyte containing ions into the housing material and

g) Осуществляют герметизацию материала корпуса.g) The housing material is sealed.

Металлизированная подложка может быть любой подложкой, описанной в рамках настоящего изобретения.The metallized substrate can be any substrate described within the scope of the present invention.

Материал для накопления ионов может быть, например, катодным или анодным материалом для литий-ионных аккумуляторов, как хорошо известно в данной области техники. Катодные материалы могут включать в себя оксид лития-кобальта LiCoO2, фосфат лития-железа LiFePO4, оксид лития-марганца LiMn2O4, оксид лития-никеля-марганца-кобальта LiNixMnyCozO2, оксид лития-никеля-кобальтаалюминия LiNixCOyAlzO2 или другие смеси вышеуказанных и других материалов, известных в данной области техники. Анодные материалы могут включать в себя графит, титанат лития Li4Ti5Oi2, твердый углерод, олово, кремний или смеси указанных или других материалов, известных в данной области техники. Кроме того, материал для накопления ионов может включать в себя материалы, используемые в других устройствах хранения энергии, таких как суперконденсаторы. В таких суперконденсаторах материалы для накопления ионов будут включать в себя активированный уголь, волокна активированного угля, углерод на основе карбида, углеродный аэрогель, графит, графен и углеродные нанотрубки.The ion storage material may be, for example, a cathode or anode material for lithium-ion batteries, as is well known in the art. Cathode materials may include lithium cobalt oxide LiCoO2, lithium iron phosphate LiFePO 4 , lithium manganese oxide LiMn 2 O 4 , lithium nickel manganese cobalt oxide LiNi x Mn y Co z O2, lithium nickel cobalt aluminum oxide LiNi x CO y Al z O2 or other mixtures of the above and other materials known in the art. Anode materials may include graphite, lithium titanate Li 4 Ti 5 Oi2, hard carbon, tin, silicon, or mixtures of these or other materials known in the art. Additionally, the ion storage material may include materials used in other energy storage devices such as supercapacitors. In such supercapacitors, ion storage materials will include activated carbon, activated carbon fibers, carbide-based carbon, carbon airgel, graphite, graphene, and carbon nanotubes.

Способ нанесения покрытия может быть любым способом нанесения покрытия, который, как правило, известен в данной области техники. Технологии нож поверх валика (knife over roll) и шлицевая головка (slot die) - широко используемые способы нанесения покрытия для литий-ионных аккумуляторов, но также могут быть использованы другие способы, в том числе химическая металлизация. В способе нанесения покрытия материал для накопления ионов, как правило, смешивают с другими материалами, в том числе связующими, такими как поливинилиденфторид или карбоксиметилцеллюлоза, или другими пленкообразующими полимерами. Другие добавки к смеси включают в себя углеродную сажу и другие проводящие добавки.The coating method may be any coating method generally known in the art. Knife over roll and slot die technologies are widely used plating methods for lithium-ion batteries, but other methods, including chemical plating, can also be used. In the coating process, the ion storage material is typically mixed with other materials, including binders such as polyvinylidene fluoride or carboxymethylcellulose, or other film-forming polymers. Other additives to the mixture include carbon black and other conductive additives.

Противоэлектроды включают в себя другие электродные материалы, которые имеют отличающиеся от материалов для накопления ионов электрохимические потенциалы. В общем случае, если материал для накопления ионов представляет собой анодный материал с ионами лития, то противоэлектрод будет выполнен из катодного материала с ионами лития. В том случае, когда материал для накопления ионов представляет собой катодный материал с ионами лития, то противоэлектрод может быть анодным материалом с ионами лития. В том случае, когда материал для накопления ионов представляет собой материал суперконденсатора, противоэлектрод может быть выполнен из любого материала суперконденсатора, или в некоторых случаях из анодного или катодного материала с ионами лития. В каждом случае противоэлектрод будет включать в себя материал для накопления ионов, нанесенный на материал токоприемника, которым может быть металлическая фольга или металлизированная пленка по настоящему изобреCounter electrodes include other electrode materials that have different electrochemical potentials than ion storage materials. In general, if the ion storage material is a lithium ion anode material, the counter electrode will be made of a lithium ion cathode material. In the case where the ion storage material is a lithium ion cathode material, the counter electrode may be a lithium ion anode material. In the case where the ion storage material is a supercapacitor material, the counter electrode may be made from any supercapacitor material, or in some cases from a lithium ion anode or cathode material. In each case, the counter electrode will include an ion storage material deposited on a current collector material, which may be a metal foil or a metallized film of the present invention.

- 13 043346 тению.- 13 043346 teniu.

В процессе наслаивания на электрод по изобретению наносится слой противоэлектрода, причем электродные материалы обращены друг к другу и между ними расположен пористый сепаратор. Как широко известно в данной области техники, электроды могут иметь покрытие с обеих сторон, причем стопа электродов образована электродом по настоящему изобретению и противоэлектродами, между которыми поочередно располагается сепаратор. В качестве альтернативы, как также известно в данной области техники, полосы электродных материалов могут быть уложены в стопу, как указано выше, а затем смотаны в цилиндр.In the layering process, a counter electrode layer is applied to the electrode of the invention, with the electrode materials facing each other and a porous separator located between them. As is widely known in the art, the electrodes can be coated on both sides, the stack of electrodes being formed by the electrode of the present invention and counter electrodes, between which a separator is alternately located. Alternatively, as is also known in the art, strips of electrode materials can be stacked as above and then wound into a cylinder.

Материалы упаковки могут включать в себя твердые упаковки, такие как металлические контейнеры для цилиндрических элементов, уплощенные твердые футляры или полимерные пакеты. В каждом случае должно быть два средства создания электрического контакта через корпус, который можно удерживать при разных напряжениях и который может проводить ток. В некоторых случаях одна часть самого корпуса образует одно средство, а другим является другая часть корпуса, которая электрически изолирована от первой части. В других примерах корпус может быть непроводящим, но из него могут выходить два металлических проводника, часто называемых язычками.Packaging materials may include rigid packages such as metal cylindrical containers, flattened hard cases, or plastic bags. In each case there must be two means of making electrical contact through the housing which can be held at different voltages and which can conduct current. In some cases, one part of the housing itself forms one means, and the other is another part of the housing that is electrically isolated from the first part. In other examples, the housing may be non-conductive, but may have two metal conductors, often called tabs, extending from it.

Соединение средства создания электрического контакта с металлизированной подложкой может выполняться широко используемыми способами, такими как сварка, закрепление лентой, зажимом, скобами, клепка или другие механические средства. Поскольку металл металлизированной подложки может быть очень тонким, для получения области сопряжения, обеспечивающей протекание большого тока, обычно требуется непосредственный контакт, который обеспечивает большую площадь поверхности между средством создания электрического контакта через корпус и металлизированной подложкой. Для переноса достаточного тока эта площадь поверхности должна быть больше, чем 1 квадратный миллиметр (10-12 квадратных метров), но, возможно, должна быть выше, чем 3 квадратных миллиметра или даже 5 квадратных миллиметров или более предпочтительно 10 квадратных миллиметров.Connection of the means for making electrical contact to the metallized substrate may be accomplished by commonly used methods such as welding, taping, clamping, staples, riveting, or other mechanical means. Since the metal of the metallized substrate can be very thin, direct contact is typically required to provide a interface region that allows large current to flow, which provides a large surface area between the means for making electrical contact through the housing and the metallized substrate. To carry sufficient current, this surface area must be greater than 1 square millimeter (10 -12 square meters), but may need to be higher than 3 square millimeters or even 5 square millimeters, or more preferably 10 square millimeters.

Жидкий электролит обычно представляет собой комбинацию/смесь полярного растворителя и соли лития. Широко используемые полярные растворители включают в себя, как отмечено выше, пропиленкарбонат, этиленкарбонат, диметилкарбонат, диэтилкарбонат, но могут быть использованы и другие полярные растворители, в том числе ионные жидкости или даже вода. Соли лития, широко используемые в данной отрасли промышленности, включают в себя, но не ограничиваются: LiPF6, UPF4, UBF4, LiClO4 и другие. Электролит может также содержать добавки, которые известны в данной области техники. Во многих случаях электролиты могут быть воспламеняющимися, при этом защитные свойства токоприемников на основе металлизированной подложки по настоящему изобретению могут подходить для того, чтобы предотвращать опасные случаи теплового разгона, которые приводят к возгоранию и повреждению как элемента, так и всего, что вокруг него.The liquid electrolyte is usually a combination/mixture of a polar solvent and a lithium salt. Commonly used polar solvents include, as noted above, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, but other polar solvents can be used, including ionic liquids or even water. Lithium salts commonly used in this industry include, but are not limited to: LiPF 6 , UPF 4 , UBF 4 , LiClO 4 and others. The electrolyte may also contain additives that are known in the art. In many cases, electrolytes can be flammable, and the protective properties of the metallized substrate current collectors of the present invention may be suitable to prevent dangerous thermal runaway events that result in fire and damage to both the cell and its surroundings.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фиг. 1 показана архитектура смотанного элемента, такого как элемент 18650, в соответствии с уровнем техники.In fig. 1 shows the architecture of a wound cell, such as an 18650 cell, in accordance with the prior art.

На фиг. 2 показана зависимость усадки от температуры в соответствии с уровнем техники, которая была получена с помощью динамического механического анализа нескольких сепараторов литий-ионных аккумуляторов, измеренных в соответствии с документом NASA/TM-2010-216099 Процедуры определения характеристик и оценки сепараторов аккумуляторов для усовершенствованных литий-ионных аккумуляторов НАСА (Battery Separator Characterization and Evaluation Procedures for NASA's Advanced Lithium Ion Batteries), содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки (см. раздел 3.5). В частности, включены сепараторы первого поколения (Celgard PP, Celgard трехслойные), сепараторы 2-го поколения (керамический РЕ) и сепараторы 3-го поколения (Silver, Gold, Silver AR).In fig. 2 shows state-of-the-art shrinkage versus temperature that was obtained using dynamic mechanical analysis of several lithium-ion battery separators measured in accordance with NASA/TM-2010-216099, Procedures for Characterization and Evaluation of Battery Separators for Advanced Lithium-Ion Batteries. NASA's Battery Separator Characterization and Evaluation Procedures for NASA's Advanced Lithium Ion Batteries, the contents of which are incorporated herein by reference (see Section 3.5). In particular, first generation separators (Celgard PP, Celgard three-layer), 2nd generation separators (ceramic PE) and 3rd generation separators (Silver, Gold, Silver AR) are included.

На фиг. 3А показана микрофотография поперечного сечения пакетного элемента уровня техники, который прошел испытание на проникновение гвоздя, полученная на сканирующем электронном микроскопе (SEM). Слои состоят из алюминия и меди, как показано с помощью BEI (визуализации спектра обратно рассеянных электронов). Гвоздь расположен вертикально с левой стороны. В каждом случае слой алюминия отходил от гвоздя, оставляя после себя корку из оксида алюминия, т.е. изолятор.In fig. 3A shows a cross-sectional scanning electron microscope (SEM) micrograph of a prior art stack element that has passed a nail penetration test. The layers are composed of aluminum and copper, as shown by BEI (backscattered electron imaging). The nail is located vertically on the left side. In each case, the aluminum layer came away from the nail, leaving behind a crust of aluminum oxide, i.e. insulator.

На фиг. 3В показано увеличение одного из слоев с изображения по фиг. 3А уровня техники. На этой фигуре показано увеличенное изображение слоя оксида алюминия, а также то, что сепаратор совсем не дал усадки и все еще разделяет электроды до самого края.In fig. 3B shows an enlargement of one of the layers from the image of FIG. 3A level of technology. This figure shows a close-up view of the aluminum oxide layer and shows that the separator has not shrinked at all and is still separating the electrodes all the way to the edge.

На фиг. 4 показано изобретение, в котором тонкий слой проводящего материала находится снаружи, а центральная подложка представляет собой слой, который термически нестабилен при температурах, необходимых для теплового разгона. Эта подложка может быть плавким слоем, усадочным слоем, растворяющимся слоем, окисляющимся слоем или другим слоем, который будет демонстрировать термическую нестабильность при температуре от 100 до 500°С.In fig. 4 shows an invention in which a thin layer of conductive material is on the outside and the central substrate is a layer that is thermally unstable at temperatures required for thermal runaway. This substrate may be a fusible layer, a shrink layer, a dissolving layer, an oxidizing layer, or another layer that will exhibit thermal instability at temperatures ranging from 100 to 500°C.

На фиг. 5А показан толстый алюминиевый токоприемник с толщиной, как правило, 12-20 мкм в соответствии с уровнем техники.In fig. 5A shows a thick aluminum current collector, typically 12-20 µm thick in accordance with the prior art.

На фиг. 5В показано настоящее изобретение, содержащее подложку с толщиной 14 мкм и с 1 мкм алюминия на каждой стороне. Токоприемник по настоящему изобретению не способен переносить высо- 14 043346 кие токи, связанные с коротким замыканием, в то время как толстые токоприемники из уровня техники способны на это и делают это.In fig. 5B shows the present invention comprising a 14 µm thick substrate with 1 µm of aluminum on each side. The pantograph of the present invention is not capable of carrying the high currents associated with a short circuit, while the thick pantographs of the prior art are capable and do so.

На фиг. 6 и 6А показаны изображения сравнительных примеров 1-2, каждое из которых получено после прикосновения кончиком горячего паяльника. Сравнительные примеры не меняются после прикосновения горячим паяльником.In fig. 6 and 6A show images of Comparative Examples 1-2, each of which was obtained after touching the tip of a hot soldering iron. Comparative examples do not change after being touched with a hot soldering iron.

На фиг. 7, 7А и 7В показаны изображения примеров 1-3, каждое из которых получено после прикосновения кончиком горячего паяльника. Все примеры 1-3 демонстрируют усадку, описанную в рамках настоящего изобретения для подлежащих металлизации подложек.In fig. 7, 7A and 7B show images of examples 1-3, each of which was obtained after touching the tip of a hot soldering iron. All examples 1-3 demonstrate the shrinkage described within the scope of the present invention for substrates to be metallized.

На фиг. 8, 8А и 8В показаны изображения примеров 4-6, каждое из которых получено после прикосновения кончиком горячего паяльника. Пример 4 демонстрирует усадку, описанную в рамках настоящего изобретения для подлежащих металлизации подложек. В примере 5 есть волокно, которое при нагревании растворяется в ионно-литиевых электролитах. Пример 6 представляет собой пример термостойкой подложки, для которой потребуется тонкий проводящий слой для функционирования в соответствии с настоящим изобретением.In fig. 8, 8A and 8B show images of examples 4-6, each of which was obtained after touching the tip of a hot soldering iron. Example 4 demonstrates the shrinkage described within the scope of the present invention for substrates to be metallized. Example 5 contains a fiber that dissolves in lithium ion electrolytes when heated. Example 6 is an example of a heat-resistant substrate that would require a thin conductive layer to function in accordance with the present invention.

На фиг. 9, 9А и 9В показаны SEM-фотографии при разном увеличении в поперечном сечении, на одной из которых показана металлизированная поверхность одного возможного варианта осуществления одного токоприемника, описанного в примере 9. Металл явно намного тоньше, чем исходная подложка, которая была толщиной 20 мкм.In fig. 9, 9A and 9B show cross-sectional SEM photographs at various magnifications, one of which shows the metallized surface of one possible embodiment of the single current collector described in Example 9. The metal is clearly much thinner than the original substrate, which was 20 µm thick.

На фиг. 10 и 10А показаны оптические микрофотографии сравнительных примеров 3 и 4 после короткого замыкания, показывающие абляцию области вокруг короткого замыкания, но без отверстия.In fig. 10 and 10A are optical micrographs of Comparative Examples 3 and 4 after a short circuit, showing ablation of the area around the short circuit but without a hole.

На фиг. 11 и 11А показаны оптические микрофотографии двух областей из примера 14 после короткого замыкания, показывающие четкие отверстия в материале, обусловленные высокой плотностью тока короткого замыкания.In fig. 11 and 11A show optical micrographs of two regions from Example 14 after a short circuit, showing clear holes in the material caused by the high short circuit current density.

На фиг. 12 показаны размер и форма токоприемника, используемого в примерах, указанных ниже.In fig. 12 shows the size and shape of the pantograph used in the examples below.

На фиг. 13 показан вид сбоку в перспективе однослойного токоприемника с приварным язычком в качестве одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 13 is a side perspective view of a single-layer pantograph with a welded tongue as one potentially preferred embodiment.

На фиг. 14 показан вид сбоку в перспективе однослойного токоприемника с заклеенным лентой язычком в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 14 is a side perspective view of a single layer pantograph with a taped tab as another potentially preferred embodiment.

На фиг. 15 показан вид сбоку в перспективе однослойного токоприемника со скрепленным скобами язычком в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 15 is a side perspective view of a single layer pantograph with a stapled tab as another potentially preferred embodiment.

На фиг. 16 показан вид сбоку в перспективе однослойного токоприемника с единственной закругленной складкой и заклеенным лентой язычком в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 16 is a side perspective view of a single layer pantograph with a single curved fold and a taped tab as another potentially preferred embodiment.

На фиг. 17 показан вид сбоку в перспективе однослойного токоприемника с двойными закругленными складками и заклеенным лентой язычком в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 17 is a side perspective view of a single layer pantograph with double curved folds and a taped tab as another potentially preferred embodiment.

На фиг. 18 показан вид сбоку в перспективе однослойного токоприемника с двумя параллельными приварными язычками в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 18 is a side perspective view of a single layer pantograph with two parallel welded tabs as another potentially preferred embodiment.

На фиг. 19 показан вид сбоку в перспективе однослойного токоприемника с одним сложенным приварным язычком в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 19 is a side perspective view of a single layer pantograph with a single folded weld tab as another potentially preferred embodiment.

На фиг. 20 показан вид сбоку в перспективе однослойного токоприемника с двойными закругленными складками и приварным язычком в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 20 is a side perspective view of a single layer pantograph with double curved folds and a welded tab as another potentially preferred embodiment.

На фиг. 21 показан вид сбоку в перспективе множества однослойных токоприемников, каждый из которых имеет двойную закругленную складку и приварной язычок, в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 21 is a side perspective view of a plurality of single layer pantographs, each having a double fold and a welded tab, as another potentially preferred embodiment.

На фиг. 22 показан вид сбоку в перспективе множества однослойных токоприемников, каждый из которых имеет двойную закругленную складку и два противолежащих приварных язычка, в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 22 is a side perspective view of a plurality of single-layer pantographs, each having a double fold and two opposing welded tabs, as another potentially preferred embodiment.

На фиг. 23 показан вид сбоку в перспективе множества однослойных токоприемников, контактирующих с множеством Z-образно сложенных зажимных язычков, в качестве еще одного потенциально предпочтительного варианта осуществления.In fig. 23 is a side perspective view of a plurality of single-layer pantographs contacting a plurality of Z-folded clamping tabs, as another potentially preferred embodiment.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Нижеследующие описание и примеры просто представляют собой потенциальные варианты осуществления настоящего изобретения. Исходя из формулы изобретения, приведенной ниже, специалистам в данной области техники будут хорошо понятны объем такого изобретения и его широта.The following description and examples merely represent potential embodiments of the present invention. Based on the claims below, those skilled in the art will clearly understand the scope of such an invention and its breadth.

Как отмечено выше, настоящее изобретение представляет собой существенный сдвиг и противоречит всем предыдущим представлениям и средствам исправления, предпринимаемым в области производства литиевых батарей (и других устройств хранения энергии). Напротив, описанные в настоящем документе новые устройства обеспечивают ряд полезных результатов и свойств, которые до сих пор не исследовались и даже не ожидались в данной области техники. Тем не менее, вначале, в целях сравнения, важно отметить резкие различия между устройствами из уровня техники и устройствами, которые рас- 15 043346 крыты и широко освещаются в настоящем документе.As noted above, the present invention represents a significant shift and is contrary to all previous concepts and remedies undertaken in the field of lithium batteries (and other energy storage devices). On the contrary, the new devices described herein provide a number of useful results and properties that have not yet been explored or even expected in the art. However, first, for purposes of comparison, it is important to note the stark differences between the devices of the prior art and the devices that are disclosed and extensively covered herein.

Примеры события короткого замыканияExamples of a short circuit event

Сравнительный пример 1.Comparative example 1.

Катод для литий-железо-фосфатного аккумулятора был получен от компании GB Systems в Китае. Алюминиевый язычок был удален в качестве примера серийно выпускаемого токоприемника, и были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление, которые показаны в табл. 1 ниже. Затем к алюминиевой фольге прикоснулись горячим паяльником в течение 5 с, при этом с помощью инфракрасного термометра было измерено, что температура составляла от 500 до 525°F. Никакого эффекта от прикосновения паяльника к токоприемнику не наблюдалось. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление. Материал был помещен в печь при 175°С на 30 мин, и была измерена усадка. Сделанная фотография представлена на фиг. 6. На фиг. 5 показан традиционный токоприемник в таком сравнительном аккумуляторе.The lithium iron phosphate battery cathode was obtained from GB Systems in China. An aluminum tongue was removed as an example of a commercially available pantograph, and the thickness, areal density and resistance were measured and are shown in Table 1. 1 below. The aluminum foil was then touched with a hot soldering iron for 5 seconds and the temperature was measured to be between 500 and 525°F using an infrared thermometer. No effect was observed from touching the soldering iron to the current collector. Thickness, areal density and resistance were measured. The material was placed in an oven at 175°C for 30 minutes and shrinkage was measured. The photograph taken is shown in Fig. 6. In FIG. 5 shows a conventional current collector in such a comparative battery.

Сравнительный пример 2.Comparative example 2.

Анод для литий-железо-фосфатного аккумулятора был получен от компании GB Systems в Китае. Медный язычок был удален в качестве примера серийно выпускаемого токоприемника, и были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление, которые показаны в табл. 1 ниже. Затем к медной фольге прикоснулись горячим паяльником так же, как и в примере 1. Никакого эффекта от прикосновения паяльника к токоприемнику не наблюдалось. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление. Материал был помещен в печь при 175°С на 30 мин, и была измерена усадка. Сделанная фотография представлена на фиг. 6. Как и в сравнительном примере 1, на фиг. 5 представлена внутренняя структура такого аккумулятора. Толщина токоприемника имеет большое значение, поскольку это монолитная металлическая структура, а не раскрытая в настоящем документе тонкая структура.The anode for the lithium iron phosphate battery was obtained from GB Systems in China. The copper tab was removed as an example of a commercially produced pantograph, and the thickness, area density and resistance were measured and shown in Table. 1 below. Then the copper foil was touched with a hot soldering iron in the same way as in example 1. No effect was observed from touching the soldering iron to the current collector. Thickness, areal density and resistance were measured. The material was placed in an oven at 175°C for 30 minutes and shrinkage was measured. The photograph taken is shown in Fig. 6. As in Comparative Example 1, FIG. Figure 5 shows the internal structure of such a battery. The thickness of the pantograph is important because it is a monolithic metal structure rather than the thin structure disclosed herein.

Пример 1.Example 1.

Полипропиленовый материал для сепаратора литиевого аккумулятора был получен от компании MTI Corporation. Материал был произведен компанией Celgard под серийным номером изделия 2500. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление, которые показаны в табл. 1 ниже. Затем к сепаратору прикоснулись горячим паяльником так же, как и в примере 1. Прикосновение термометра к токоприемнику образовало небольшое отверстие. Диаметр был измерен и указан в табл. 1. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление. Материал был помещен в печь при 175°С на 30 мин, и была измерена усадка. Сделанная фотография представлена на фиг. 7.The polypropylene material for the lithium battery separator was obtained from MTI Corporation. The material was manufactured by Celgard under product serial number 2500. Thickness, areal density and resistance were measured and are shown in Table 1. 1 below. The separator was then touched with a hot soldering iron in the same way as in example 1. Touching the thermometer to the pantograph created a small hole. The diameter was measured and indicated in the table. 1. Thickness, areal density and resistance were measured. The material was placed in an oven at 175°C for 30 minutes and shrinkage was measured. The photograph taken is shown in Fig. 7.

Пример 2.Example 2.

Полиэтиленовый материал с керамическим покрытием для сепаратора литиевого аккумулятора был получен от компании MTI Corporation. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление, которые показаны в табл. 1 ниже. Затем к сепаратору прикоснулись горячим паяльником так же, как и в примере 1. Прикосновение паяльника к токоприемнику образовало небольшое отверстие. Диаметр был измерен и указан в табл. 1. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление. Материал был помещен в печь при 175°С на 30 мин, и была измерена усадка. Сделанная фотография представлена на фиг. 7А.The ceramic coated polyethylene material for the lithium battery separator was obtained from MTI Corporation. Thickness, areal density and resistance were measured and shown in Table. 1 below. The separator was then touched with a hot soldering iron in the same way as in example 1. Touching the soldering iron to the pantograph created a small hole. The diameter was measured and indicated in the table. 1. Thickness, areal density and resistance were measured. The material was placed in an oven at 175°C for 30 minutes and shrinkage was measured. The photograph taken is shown in Fig. 7A.

Пример 3.Example 3.

Полипропиленовый материал с керамическим покрытием для сепаратора литиевого аккумулятора был получен от компании MTI Corporation. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление, которые показаны в табл. 1 ниже. Затем к сепаратору прикоснулись горячим паяльником так же, как и в примере 1. Прикосновение паяльника к токоприемнику образовало небольшое отверстие. Диаметр был измерен и указан в табл. 1. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление. Материал был помещен в печь при 175°С на 30 мин, и была измерена усадка. Сделанная фотография представлена на фиг. 7В.The ceramic coated polypropylene material for the lithium battery separator was obtained from MTI Corporation. Thickness, areal density and resistance were measured and shown in Table. 1 below. The separator was then touched with a hot soldering iron in the same way as in example 1. Touching the soldering iron to the pantograph created a small hole. The diameter was measured and indicated in the table. 1. Thickness, areal density and resistance were measured. The material was placed in an oven at 175°C for 30 minutes and shrinkage was measured. The photograph taken is shown in Fig. 7B.

Пример 4.Example 4.

Алюминизированная двуосно-ориентированная полиэфирная пленка была получена от компании All Foils Inc., пленка предназначена для использования в наполняемых гелием воздушных шарах для вечеринок. Алюминиевое покрытие дольше удерживает гелий, обеспечивая более длительный срок хранения воздушных шаров для вечеринок. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление, которые показаны в табл. 1 ниже. Затем к пленке прикоснулись горячим паяльником так же, как и в примере 1. Прикосновение паяльника к токоприемнику образовало небольшое отверстие. Диаметр был измерен и указан в табл. 1. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление. Материал был помещен в печь при 175°С на 30 мин, и была измерена усадка. Сделанная фотография представлена на фиг. 8. По сравнению с серийно выпускаемым алюминиевым токоприемником из сравнительного примера 1 этот материал на 65% тоньше и на 85% легче, а также дает усадку при нагреве, что в ионно-литиевом элементе с внутренним коротким замыканием могло бы привести к прекращению внутреннего короткого замыкания.The aluminized biaxially oriented polyester film was obtained from All Foils Inc. and is intended for use in helium-filled party balloons. The aluminum coating holds the helium longer, giving party balloons a longer shelf life. Thickness, areal density and resistance were measured and shown in Table. 1 below. The film was then touched with a hot soldering iron in the same way as in example 1. Touching the soldering iron to the pantograph created a small hole. The diameter was measured and indicated in the table. 1. Thickness, areal density and resistance were measured. The material was placed in an oven at 175°C for 30 minutes and shrinkage was measured. The photograph taken is shown in Fig. 8. Compared with the commercially available aluminum pantograph of Comparative Example 1, this material is 65% thinner and 85% lighter, and also shrinks when heated, which in a lithium ion cell with an internal short circuit would cause the internal short circuit to cease .

Пример 5.Example 5.

Был получен коммерческий сепаратор Dreamweaver Silver 25 для литий-ионного аккумулятора. Он изготовлен из смеси нановолокон целлюлозы и полиакрилонитрила и полиэфирных микроволокон вA commercial Dreamweaver Silver 25 lithium-ion battery separator was obtained. It is made from a mixture of cellulose and polyacrylonitrile nanofibers and polyester microfibers in

- 16 043346 процессе производства бумаги и каландрирован до небольшой толщины. Затем к сепаратору прикоснулись горячим паяльником так же, как и в примере 1. Прикосновение термометра к токоприемнику не привело к образованию отверстия. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление. Материал был помещен в печь при 175°С на 30 мин, и была измерена усадка. По сравнению с уровнем техники, т.е. сравнительными примерами 3-5, эти материалы имеют то преимущество, что они не плавятся и не дают усадку при нагреве, и поэтому в ионно-литиевом аккумуляторе с внутренним коротким замыканием они не будут создавать равномерную более крупную область внутреннего короткого замыкания. Это показано на фиг. 8А.- 16 043346 paper production process and calendered to a small thickness. The separator was then touched with a hot soldering iron in the same way as in example 1. Touching the thermometer to the pantograph did not result in the formation of a hole. Thickness, areal density and resistance were measured. The material was placed in an oven at 175°C for 30 minutes and shrinkage was measured. Compared to the state of the art, i.e. Comparative Examples 3-5, these materials have the advantage that they do not melt or shrink when heated, and therefore in an internally shorted lithium ion battery they will not create a uniformly larger internally shorted area. This is shown in Fig. 8A.

Пример 6.Example 6.

Был получен серийно выпускаемый прототип сепаратора Dreamweaver Gold 20 для литий-ионного аккумулятора. Он изготовлен из смеси целлюлозных и параарамидных нановолокон и полиэфирных микроволокон в процессе производства бумаги и каландрирован до небольшой толщины. Затем к сепаратору прикоснулись горячим паяльником так же, как и в примере 1. Прикосновение термометра к токоприемнику не привело к образованию отверстия, как показано на фиг. 8В. Были измерены толщина, поверхностная плотность и сопротивление. Материал был помещен в печь при 175°С на 30 мин, и была измерена усадка. Преимущества этого сепаратора по сравнению с сепараторами из уровня техники такие же, как и в примере 2.A commercially available prototype of the Dreamweaver Gold 20 lithium-ion battery separator has been produced. It is made from a mixture of cellulose and para-aramid nanofibers and polyester microfibers during the papermaking process and calendered to a small thickness. The separator was then touched with a hot soldering iron in the same way as in example 1. Touching the thermometer to the pantograph did not result in the formation of a hole, as shown in Fig. 8B. Thickness, areal density and resistance were measured. The material was placed in an oven at 175°C for 30 minutes and shrinkage was measured. The advantages of this separator compared to separators from the prior art are the same as in example 2.

Таблица 1Table 1

Пример Example Материал Material Толщина Thickness Поверхностная плотность Surface density Сопротивление Resistance Усадка (175°С) Shrinkage (175°C) Размер отверстия, полученного кончиком паяльника The size of the hole made by the tip of the soldering iron Ср. пример 1 Wed. example 1 Алюминий Aluminum 30 мкм 30 µm 80 г/м2 80 g/ m2 <0,1 мОм/квадрат <0.1 mOhm/square 0% 0% Нет отверстия No hole Ср. пример 2 Wed. example 2 Медь Copper 14 мкм 14 µm 125 г/м2 125 g/ m2 <0,1 мОм/квадрат <0.1 mOhm/square 0% 0% Нет отверстия No hole Пример 1 Example 1 РР RR 24 мкм 24 µm 14 г/м2 14 g/ m2 Бесконечное Infinite Расплавился Melted 7,5 мкм 7.5 µm Пример 2 Example 2 РР керамика PP ceramics 27 мкм 27 µm 20 г/м2 20 g/ m2 Бесконечное Infinite Расплавился Melted 2 мкм/1 мкм 2 µm/1 µm Пример 3 Example 3 РЕ керамика PE ceramics 27 мкм 27 µm 20 г/м2 20 g/ m2 Бесконечное Infinite Расплавился Melted 5 мкм/2 мкм 5 µm/2 µm Пример 4 Example 4 Алюминизир ованный РЕТ Aluminized PET 13 мкм 13 µm 12 г/м2 12 g/ m2 6,3 Ом/квадрат 6.3 ohms/square 33% 33% 2 мкм 2 µm Пример 5 Example 5 Смесь волокон Fiber blend 27 мкм 27 µm 16 г/м2 16 g/ m2 Бесконечное Infinite 2% 2% Нет отверстия No hole Пример 6 Example 6 Смесь волокон Fiber blend 23 мкм 23 µm 16 г/м2 16 g/ m2 Бесконечное Infinite 0% 0% Нет отверстия No hole

Сравнительные примеры 1, 2 представляют собой существующие материалы токоприемников, демонстрирующие очень низкое сопротивление, высокую поверхностную плотность и отсутствие либо реакции на воздействие кончика горячего паяльника, либо усадки при 175°С.Comparative Examples 1, 2 are existing susceptor materials that exhibit very low resistance, high areal density, and no either hot tip reaction or shrinkage at 175°C.

Примеры 1-3 представляют собой материалы, которые обладают бесконечным сопротивлением, имеют низкую поверхностную плотность и плавятся при воздействии температуры 175°С или кончика горячего паяльника. Они являются отличными подложками для металлизации согласно настоящему изобретению.Examples 1-3 are materials that have infinite resistance, have low surface density and melt when exposed to a temperature of 175°C or the tip of a hot soldering iron. They are excellent substrates for metallization according to the present invention.

Пример 4 представляет собой пример алюминизированной полимерной пленки, которая показывает умеренное сопротивление, низкую поверхностную плотность и дает усадку при воздействии температуры 175°С или кончика горячего паяльника. Она представляет собой пример композитной пленки потенциального катодного токоприемника по настоящему изобретению. На практике, и как показано в дополнительных примерах, может быть желательно придать более высокий уровень металлического покрытия для более мощных аккумуляторов.Example 4 is an example of an aluminized polymer film that exhibits moderate resistance, low areal density and shrinks when exposed to a temperature of 175°C or the tip of a hot soldering iron. This is an example of a composite film of a potential cathode current collector according to the present invention. In practice, and as shown in additional examples, it may be desirable to provide a higher level of metal coating for higher power batteries.

Примеры 5, 6 представляют собой материалы, которые имеют бесконечное сопротивление, низкую поверхностную плотность, но обладают очень низкой усадкой при воздействии температуры 175°С или кончика горячего паяльника. Они являются примерами полимерной подложки по настоящему изобретению, когда толщина металлизированного покрытия достаточно мала, так что металлизированное покрытие разрушается в условиях высокого тока, связанного с коротким замыканием. Кроме того, нановолокна целлюлозы и полиэфирные микроволокна будут окисляться, сжиматься и подвергаться абляции при температурах, намного более низких, чем температуры плавления металлических токоприемников, применяемых в настоящее время на практике.Examples 5, 6 are materials that have infinite resistance, low surface density, but have very low shrinkage when exposed to a temperature of 175°C or the tip of a hot soldering iron. These are examples of the polymer substrate of the present invention where the thickness of the metallized coating is sufficiently small that the metallized coating fails under high current conditions associated with a short circuit. In addition, cellulose nanofibers and polyester microfibers will oxidize, shrink, and ablate at temperatures much lower than the melting temperatures of metal current collectors currently used in practice.

Пример 5 дополнительно изготовлен из волокна, полиакрилонитрила, которое набухает при воздействии традиционных электролитов из карбоната лития, что также является примером полимерной подложки по настоящему изобретению, если набухание будет увеличиваться при нагревании и создавать трещины в металлизированном покрытии, которые будут прерывать проводящий канал, тем самым повышая безопасность элемента за счет устранения или значительного уменьшения равномерного проводящего канала токоприемника под воздействием нагрева внутри аккумулятора.Example 5 is further made from a fiber, polyacrylonitrile, which swells when exposed to traditional lithium carbonate electrolytes, which is also an example of a polymer substrate of the present invention, if the swelling would increase with heating and create cracks in the metallized coating that would interrupt the conductive channel, thereby increasing the safety of the cell by eliminating or significantly reducing the uniform conductive channel of the current collector under the influence of heat inside the battery.

Пример 7.Example 7.

Материал, использованный в примере 5, был помещен в положение осаждения системы вакуумного осаждения MBraun с использованием интерметаллического тигля и алюминиевых гранул. Камера былаThe material used in Example 5 was placed in the deposition position of an MBraun vacuum deposition system using an intermetallic crucible and aluminum pellets. The camera was

- 17 043346 откачана до 3х10-5 мбар. Мощность увеличивалась до тех пор, пока алюминий не расплавился, а затем мощность устанавливалась так, чтобы скорость осаждения составляла 3 ангстрем/с. Осаждение проводили в течение 1 ч с четырьмя образцами, вращающимися на пластине для осаждения. Процесс повторяли трижды, поэтому общее время осаждения составило 4 ч. Были измерены вес, толщина и сопротивление образцов (постоянный ток и 1 кГц, полоса длиной 1 дюйм, измеренная между электродами на расстоянии 1 дюйма друг от друга), которые показаны в табл. 2 ниже. Точечное сопротивление также измерялось с помощью тестера Hioki 3555 Battery HiTester на частоте 1 кГц с кончиками зондов на расстоянии 1 дюйма друг от друга. Вес добавленного алюминия рассчитывали путем деления веса, добавленного во время процесса, на площадь образца. Его делят на плотность материала, чтобы получить среднюю толщину покрытия.- 17 043346 evacuated to 3x10 -5 mbar. The power was increased until the aluminum melted, and then the power was adjusted so that the deposition rate was 3 angstroms/s. Deposition was carried out for 1 h with four samples rotating on the deposition plate. The process was repeated three times, resulting in a total deposition time of 4 hours. The weight, thickness and resistance of the samples were measured (constant current and 1 kHz, 1 inch strip measured between electrodes 1 inch apart) and are shown in Table 1. 2 below. Point resistance was also measured using a Hioki 3555 Battery HiTester at 1 kHz with probe tips 1 inch apart. The weight of added aluminum was calculated by dividing the weight added during the process by the area of the sample. It is divided by the density of the material to obtain the average coating thickness.

Пример 8.Example 8.

Нетканая полимерная подложка была изготовлена путем взятия микроволокна полиэтилентерефталата с плоским поперечным сечением и изготовления ручных листов плотностью 20 г/м2 с использованием процесса Tappi T206. Затем эти ручные листы каландрировали со скоростью 10 м/мин, давлением 2000 фунтов/дюйм с использованием закаленных стальных валков при температуре 250°F. Этот материал был металлизирован в соответствии с процессом из примера 7, и были выполнены такие же измерения, которые приведены в табл. 8.The non-woven polymer backing was made by taking polyethylene terephthalate microfibers with a flat cross section and making hand sheets of 20 gsm using the Tappi T206 process. These hand sheets were then calendered at 10 m/min, 2000 psi using hardened steel rolls at 250°F. This material was metallized according to the process of Example 7, and the same measurements were made as shown in Table 1. 8.

Пример 9.Example 9.

Материал по примеру 5 был нанесен в соответствии с процессом из примера 7, за исключением того, что покрытие было выполнено при настройке 5 ангстрем/с в течение 60 мин. Образцы переворачивали и наносили покрытие на обратную сторону таким же способом. С помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) были получены изображения как поверхности, так поперечного сечения этих материалов, причем эти изображения представлены на фиг. 9, 9А и 9В.The material of Example 5 was applied according to the process of Example 7, except that the coating was performed at a setting of 5 angstroms/s for 60 minutes. The samples were turned over and the reverse side was coated in the same manner. Scanning electron microscopy (SEM) images of both the surface and cross-section of these materials were obtained, and these images are shown in FIG. 9, 9A and 9B.

Пример 10.Example 10.

Материалы были приготовлены в соответствии с процедурой из примера 9, за исключением того, что осаждение на каждой стороне длилось всего 20 мин.The materials were prepared according to the procedure of Example 9, except that deposition on each side lasted only 20 minutes.

Пример 11.Example 11.

Была приготовлена полимерная подложка из примера 8, за исключением того, что листы не были каландрированы. Осаждение алюминия происходит со скоростью 5 ангстрем/с в течение 20 мин с каждой стороны. Поскольку материалы не были каландрированы, пористость очень высока, что дает очень высокие значения сопротивления при тонком покрытии. Сравнение примера 11 с примером 8 показывает неожиданно высокие преимущества каландрирования.The polymer substrate of Example 8 was prepared, except that the sheets were not calendered. Aluminum deposition occurs at a rate of 5 angstroms/s for 20 minutes on each side. Because the materials have not been calendered, the porosity is very high, giving very high resistance values when the coating is thin. A comparison of Example 11 with Example 8 shows the unexpectedly high benefits of calendering.

Таблица 2table 2

Образец Sample Добавленн ый вес Added weight Сопротивле ние по постоянному току DC resistance Сопротивлени е при 1 кГц Resistance at 1 kHz Точечное сопротивлени е при 1 кГц Point resistance at 1 kHz Средняя толщина покрыти я Average coating thickness Единица измерения Unit г/м2 g/m 2 Ом/квадрат Ohm/square Ом/квадрат Ohm/square Ом Ohm Микрон Micron Пример 7 Example 7 3,5 3.5 0,7 0.7 0,5 0.5 0,1 0.1 1,3 1.3 Пример 8 Example 8 2,0 2.0 7 7 7 7 0,4 0.4 0,7 0.7 Пример 9 Example 9 2,2 2.2 0,2 0.2 0,8 0.8 Пример 10 Example 10 0,8 0.8 1,7 1.7 о,з o, s Пример 11 Example 11 0,8 0.8 100 100 о,з o, s

Пример 12.Example 12.

Полимерная подложка с алюминиевым покрытием из примера 9 была покрыта смесью из 97% катодного материала NCM (NCM523, полученного от компании BASF), 1% углеродной сажи и 2% связующего PVDF в растворе N-метuл-2-пuрролuдона. Вес покрытия составлял 12,7 мг/см2 при толщине 71 микрон. Этот материал был вырезан, чтобы соответствовать дисковому элементу 2032, и соединен с графитовым анодом, нанесенным на токоприемник из медной фольги (6 мг/см2, 96,75% графита (BTR), 0,75% углеродной сажи, 1,5% SBR и 1% CMC). Однослойный дисковый элемент был изготовлен путем помещения анода, сепаратора (Celgard 2320) и материала с покрытием NCM в элемент, заливки электролита (60 мкл, 1,0М LiPF6 в EC:DEC:DMC=4:4:2 об.+2 вес.% VC) и герметизации элемента путем обжатия оболочки. Чтобы получить адекватную проводимость, часть полимерной подложки с алюминиевым покрытием из примера 9 не покрыли катодным материалом и сложили так, чтобы обеспечить контакт с оболочкой дискового элемента, тем самым завершая канал проводимости. Элемент формировали путем зарядки при постоянном токе 0,18 мА до 4,2 В, затем при постоянном напряжении (4,2 В) до тех пор, пока ток не упал до 0,04 мА. Элемент был трижды переключен между 4,2 В и 3,0 В при 0,37 мА и показал среднюю разрядную емкость 1,2 мАч.The aluminum-coated polymer substrate of Example 9 was coated with a mixture of 97% NCM cathode material (NCM523 obtained from BASF), 1% carbon black and 2% PVDF binder in a solution of N-methyl-2-pyrrolidone. The coating weight was 12.7 mg/cm 2 with a thickness of 71 microns. This material was cut to fit the 2032 disk cell and bonded to a graphite anode deposited on a copper foil current collector (6 mg/ cm2 , 96.75% graphite (BTR), 0.75% carbon black, 1.5% SBR and 1% CMC). A single-layer disk cell was fabricated by placing an anode, separator (Celgard 2320) and NCM coated material into the cell, pouring electrolyte (60 µL, 1.0 M LiPF6 in EC:DEC:DMC=4:4:2 vol+2 wt). % VC) and sealing the element by compressing the shell. To obtain adequate conductivity, a portion of the aluminum-coated polymer substrate of Example 9 was not coated with cathode material and folded to provide contact with the disk element shell, thereby completing the conduction channel. The cell was formed by charging at a constant current of 0.18 mA to 4.2 V, then at a constant voltage (4.2 V) until the current dropped to 0.04 mA. The cell was switched three times between 4.2V and 3.0V at 0.37mA and showed an average discharge capacity of 1.2mAh.

Пример 13.Example 13.

Элемент был изготовлен в соответствии с процедурой и с использованием материалов из примера 12 за исключением того, что в качестве сепаратора использовался Dreamweaver Silver 20. Элемент былThe element was manufactured following the procedure and materials of Example 12 except that Dreamweaver Silver 20 was used as the separator. The element was

- 18 043346 сформирован путем зарядки при постоянном токе 0,18 мА до 4,2 В, затем при постоянном напряжении (4,2 В) до тех пор, пока ток не упал до 0,04 мА. Элемент был трижды переключен между 4,2 и 3,0 В при- 18 043346 is formed by charging at a constant current of 0.18 mA to 4.2 V, then at a constant voltage (4.2 V) until the current drops to 0.04 mA. The element was switched three times between 4.2 and 3.0 V at

0,37 мА и показал среднюю разрядную емкость 0,8 мАч. Таким образом, в этом и предыдущем примерах рабочие перезаряжаемые литий-ионные элементы были изготовлены с использованием алюминия толщиной менее 1 мкм.0.37 mA and showed an average discharge capacity of 0.8 mAh. Thus, in this and the previous examples, the working rechargeable lithium-ion cells were made using aluminum less than 1 micron thick.

Сравнительный пример 3.Comparative example 3.

Алюминиевый язычок из сравнительного примера 1 размером приблизительно 2 смх4 см был соединен с заземлением источника тока через металлический соединитель, контактирующий по всей ширине с образцом. Предел напряжения был установлен на 4,0 В, а предел тока - на 1,0 А. Зонд, соединенный с выходом высокого напряжения источника тока, сначала касался металлического соединителя, контактирующего по всей ширине с образцом, а затем множество раз касался алюминиевого язычка, вызывая короткое замыкание при 1,0 А. Кончик зонда имел площадь приблизительно 0,25 мм2. При контакте по всей ширине ток протекал нормально. При первоначальном прикосновении зонда к язычку образовывались искры, указывающие на очень высокую начальную плотность тока. Возникающие в результате дефекты в токоприемнике только иногда приводили к образованию отверстий, а в остальных случаях происходила абляция, но токоприемник оставался неповрежденным. Во всех случаях цепь оставалась замкнутой при токе 1,0 А. Сделанная микрофотография удаленного дефекта без отверстия показана на фиг. 10. Эксперимент был повторен с пределом источника тока, установленным на 5,0 А, 3,0 А, 0,6 А, 0,3 А и 0,1 А, и во всех случаях результатом был непрерывный ток на пределе испытательного тока как при контакте по всей ширине токоприемника, так и при использовании точечного зонда с размером кончика приблизительно 0,25 мм2.The aluminum tongue of Comparative Example 1, measuring approximately 2 cm x 4 cm, was connected to the current source ground via a metal connector in full width contact with the sample. The voltage limit was set to 4.0 V and the current limit to 1.0 A. The probe, connected to the high voltage output of the current source, first touched a metal connector in full width contact with the sample, and then touched an aluminum tab numerous times. causing a short circuit at 1.0 A. The tip of the probe had an area of approximately 0.25 mm 2 . When contact was made across the entire width, the current flowed normally. When the probe initially touched the tongue, sparks were generated, indicating a very high initial current density. The resulting defects in the pantograph only sometimes resulted in the formation of holes, and in other cases ablation occurred but the pantograph remained intact. In all cases the circuit remained closed at 1.0 A. A micrograph taken of the removed defect without a hole is shown in FIG. 10. The experiment was repeated with the current source limit set to 5.0 A, 3.0 A, 0.6 A, 0.3 A and 0.1 A, and in all cases the result was a continuous current at the test current limit as when making contact across the entire width of the pantograph, and when using a point probe with a tip size of approximately 0.25 mm 2 .

Сравнительный пример 4.Comparative example 4.

Медный язычок из сравнительного примера 2 с аналогичными размерами был испытан таким же образом, как и в сравнительном примере 3. При контакте по всей ширине ток протекал нормально. При первоначальном прикосновении зонда к язычку образовывались искры, указывающие на очень высокую начальную плотность тока. Возникающие в результате дефекты в токоприемнике только иногда приводили к образованию отверстий, а в остальных случаях происходила абляция, но токоприемник оставался неповрежденным. Во всех случаях цепь оставалась замкнутой при токе 0,8 А. Сделанная микрофотография удаленного дефекта без отверстия показана на фиг. 10А. Эксперимент был повторен с пределом источника тока, установленным на 5,0 А, 3,0 А, 0,6 А, 0,3 А и 0,1 А, и во всех случаях результатом был непрерывный ток на пределе испытательного тока как при контакте по всей ширине токоприемника, так и при использовании точечного зонда с размером кончика приблизительно 0,25 мм2.The copper tongue of Comparative Example 2 with similar dimensions was tested in the same manner as Comparative Example 3. Current flowed normally when in full width contact. When the probe initially touched the tongue, sparks were generated, indicating a very high initial current density. The resulting defects in the pantograph only sometimes resulted in the formation of holes, and in other cases ablation occurred but the pantograph remained intact. In all cases, the circuit remained closed at a current of 0.8 A. A micrograph taken of the removed defect without a hole is shown in FIG. 10A. The experiment was repeated with the current source limit set to 5.0 A, 3.0 A, 0.6 A, 0.3 A and 0.1 A, and in all cases the result was a continuous current at the test current limit as on contact across the entire width of the pantograph, and when using a point probe with a tip size of approximately 0.25 mm 2 .

Пример 14.Example 14.

Материал полимерной подложки с алюминиевым покрытием по изобретению из примера 7 с аналогичными размерами был испытан с использованием того же способа, что и в сравнительных примерах 34. При контакте по всей ширине ток протекал нормально. В каждом случае непосредственного прикосновения зонда к токоприемнику по изобретению образовавшихся искр было намного меньше, и ток прекращал течь после первоначальных искр, оставляя разомкнутую цепь. Во всех случаях возникшим дефектом было отверстие. Микрофотографии нескольких примеров отверстий показаны на фиг. 11 и 11А. Эксперимент был повторен с пределом источника тока, установленным на 5,0 А, 3,0 А, 0,6 А, 0,3 А и 0,1 А, и во всех случаях результатом был непрерывный поток тока при контакте по всей ширине соединителей, а также отсутствие тока, протекающего в примере по настоящему изобретению при непосредственном контакте от зонда к примерному токоприемнику по настоящему изобретению.The inventive aluminum-coated polymer substrate material of Example 7 with similar dimensions was tested using the same method as Comparative Examples 34. When contacted across the entire width, current flowed normally. In each case of direct contact of the probe with the current collector of the invention, the resulting sparks were much smaller, and the current stopped flowing after the initial sparks, leaving an open circuit. In all cases, the resulting defect was a hole. Photomicrographs of several example holes are shown in FIG. 11 and 11A. The experiment was repeated with the current source limit set to 5.0 A, 3.0 A, 0.6 A, 0.3 A and 0.1 A, and in all cases the result was a continuous flow of current at contact across the entire width of the connectors , and the absence of current flowing in the example of the present invention in direct contact from the probe to the exemplary pantograph of the present invention.

Ключевым в нестоящем изобретении является то, что при воздействии короткого замыкания, как в сравнительных примерах 3-4 и в примере 14, в соответствии с уровнем техники результатом является продолжающееся короткое замыкание, тогда как в соответствии с материалом по настоящему изобретению результатом является разомкнутая цепь, при которой не течет непрерывный ток (т.е. нет заметного движения тока). Таким образом, короткое замыкание в соответствии с уровнем техники может образовывать и действительно образовывает тепло, которое может расплавить сепаратор, растворить слой SEI и привести к тепловому разгону элемента, тем самым воспламеняя электролит. Разомкнутая цепь токоприемника по настоящему изобретению не будет образовывать тепло и, таким образом, обеспечивает элемент, который может выдерживать воздействие внутренних коротких замыканий, не допуская теплового разгона и возникающих в результате дыма, тепла и воспламенения.The key to the present invention is that when subjected to a short circuit, as in Comparative Examples 3-4 and Example 14, according to the prior art the result is a continuing short circuit, whereas according to the material of the present invention the result is an open circuit, in which no continuous current flows (i.e., there is no noticeable movement of current). Thus, a short circuit in accordance with the prior art can and does generate heat that can melt the separator, dissolve the SEI layer and cause thermal runaway of the cell, thereby igniting the electrolyte. The open circuit current collector of the present invention will not generate heat and thus provides an element that can withstand the effects of internal short circuits without allowing thermal runaway and resulting smoke, heat and combustion.

Примеры 15 и 16 и сравнительные примеры 5 и 6.Examples 15 and 16 and comparative examples 5 and 6.

Две металлизированные пленки были изготовлены на 10-микронной полиэтилентерефталатной пленке посредством рулонной технологии. Согласно этой технологии рулон пленки помещали в технологическую машину для вакуумной металлизации (примером которой является TopMet 4450, поставляемая компанией Applied Materials), причем камеру откачивали до низкого давления. Валок пропускали над нагретыми лодочками, содержащими расплавленный алюминий, с высокой скоростью, например 50 м/мин. Над нагретыми лодочками, содержащими расплавленный алюминий, находится шлейф газообразного алюминия, который осаждается на пленке, причем скорость осаждения регулируется скоростью и температурой алюминия. Рулон длиной приблизительно 500 м и шириной 70 см был изготовлен заTwo metallized films were produced on 10-micron polyethylene terephthalate film using roll-to-roll technology. In this technique, a roll of film is placed in a vacuum metallization machine (an example of which is the TopMet 4450, available from Applied Materials) and the chamber is evacuated to a low pressure. The roll was passed over heated boats containing molten aluminum at a high speed, for example 50 m/min. Above the heated boats containing molten aluminum is a plume of aluminum gas, which is deposited on the film, the rate of deposition being controlled by the speed and temperature of the aluminum. The roll, approximately 500 m long and 70 cm wide, was produced in

- 19 043346 множество проходов до тех пор, пока алюминиевое покрытие не достигло приблизительно 300 нм. Процесс нанесения покрытия повторяли для покрытия другой стороны пленки, причем полученное изделие упоминается в настоящем документе как пример 15 (при этом токоприемник по настоящему изобретению, показанный на фиг. 4, представляет собой тот, что использовался в этом примере). Таким образом, пример 16 был изготовлен таким же образом, за исключением того, что металлом в лодочке была медь (при этом на фиг. 5В показан токоприемник, используемый в этой конструкции по настоящему изобретению). Были измерены базовый вес, толщина и проводимость каждой пленки, которые представлены ниже в табл. 3. Вес покрытия рассчитывали вычитанием 13,8 г/м2, что соответствует базовому весу 10микронной полиэтилентерефталатной пленки. Расчетную толщину покрытия определяли путем деления веса покрытия на плотность материалов (2,7 г/см3 для алюминия, 8,96 г/см3 для меди), предполагая равномерное покрытие с каждой стороны.- 19 043346 many passes until the aluminum coating has reached approximately 300 nm. The coating process was repeated to coat the other side of the film, and the resulting product is referred to herein as Example 15 (wherein the current collector of the present invention shown in FIG. 4 is the one used in this example). Thus, Example 16 was made in the same manner, except that the metal in the boat was copper (whereas FIG. 5B shows the current collector used in this design of the present invention). The basis weight, thickness and conductivity of each film were measured and are presented in the table below. 3. The coating weight was calculated by subtracting 13.8 g/ m2 , which corresponds to the base weight of 10 micron polyethylene terephthalate film. The design thickness of the coating was determined by dividing the weight of the coating by the density of the materials (2.7 g/cm 3 for aluminum, 8.96 g/cm 3 for copper), assuming uniform coating on each side.

Сравнительный пример 5 представляет собой коммерчески доступную алюминиевую фольгу толщиной 17 мкм. Сравнительный пример 6 представляет собой коммерчески доступную медную фольгу толщиной 50 мкм. Сравнительный пример 7 представляет собой коммерчески доступную медную фольгу толщиной 9 мкм.Comparative Example 5 is a commercially available aluminum foil with a thickness of 17 μm. Comparative Example 6 is a commercially available copper foil with a thickness of 50 μm. Comparative Example 7 is a commercially available copper foil with a thickness of 9 μm.

Таблица 3Table 3

Образец Sample Базовый вес Base weight Вес покрытия Cover weight Толщина Thickness Сопротивление по постоянному току DC resistance Расчетная толщина покрытия Design coating thickness Единица измерения Unit г/м2 g/m 2 г/м2 g/m 2 Микрон Micron Ом Ohm Микрон Micron Пример 15 Example 15 17 17 3 3 И AND 0,081 0.081 0,5 0.5 Пример 16 Example 16 24 24 10 10 И AND 0,041 0.041 0,5 0.5 Сравнительный пример 5 Comparative Example 5 46 46 17 17 Сравнительный пример 6 Comparative Example 6 448 448 50 50 Сравнительный пример 7 Comparative example 7 81 81 9 9

Пример 15, пример 16, сравнительный пример 5 и сравнительный пример 6 были подвергнуты дополнительному испытанию на их способность переносить очень высокие плотности тока. Было изготовлено испытательное устройство, которое удерживало полированный медный провод радиусом 0,51 мм (калибром 24 в соответствии с Американским калибром проводов (AWG)) в контакте с пленкой или фольгой токоприемника. Испытуемую пленку или фольгу заземляли с помощью алюминиевого контакта, соприкасающегося с испытуемой пленкой или фольгой с площадью контакта > 1 квадратного сантиметра. Зонд был соединен последовательно с резистором высокой мощности 400 Вт и номиналом 0,335 Ом и подключен к источнику питания Volteq HY3050EX, настроенному на контроль тока. Подлежащий измерению токоприемник помещался в установку, при этом полированный провод контактировал с поверхностью токоприемника при нулевом входном токе. Ток увеличивали с шагом 0,2 ампера и удерживали в течение 30 с для каждого шага, при этом измеряя напряжение на резисторе. Когда напряжение падало до нуля, что означало, что ток больше не течет, это говорило о том, что образец вышел из строя. Испытывали каждый из примера 15, примера 16, сравнительного примера 5 и сравнительного примера 6. Пример 15 вышел из строя при токе 7 А (среднее значение двух измерений). Пример 16 вышел из строя при токе 10,2 А (среднее значение двух измерений). Ни сравнительный пример 5, ни сравнительный пример 6 не выходил из строя при токе ниже 20 А. Как в примере 15, так и в примере 16 были обнаружены отверстия в токоприемнике с радиусом > 1 мм, в то время как ни в одном из сравнительных примеров 5 или 6 не было обнаружено никакого повреждения фольги. В этом примерном испытании было бы выгодно иметь токоприемник, который не может пропускать ток более 20 А, предпочтительно более 15 А или более предпочтительно более 12 А.Example 15, Example 16, Comparative Example 5 and Comparative Example 6 were further tested for their ability to tolerate very high current densities. A test device was fabricated that held a 0.51 mm radius polished copper wire (24 gauge American Wire Gauge (AWG)) in contact with the pantograph film or foil. The test film or foil was grounded using an aluminum contact in contact with the test film or foil with a contact area of >1 square centimeter. The probe was connected in series with a high power 400 W 0.335 ohm resistor and connected to a Volteq HY3050EX power supply set to monitor current. The pantograph to be measured was placed in the setup with the polished wire in contact with the surface of the pantograph at zero input current. The current was increased in 0.2 ampere steps and held for 30 s for each step while the voltage across the resistor was measured. When the voltage dropped to zero, meaning no more current was flowing, the sample had failed. Example 15, Example 16, Comparative Example 5, and Comparative Example 6 were each tested. Example 15 failed at 7 A (average of the two measurements). Example 16 failed at 10.2 A (average of two measurements). Neither Comparative Example 5 nor Comparative Example 6 failed at currents below 20 A. Both Example 15 and Example 16 were found to have holes in the pantograph with a radius > 1 mm, while neither Comparative Example 5 or 6, no damage to the foil was detected. In this example test, it would be advantageous to have a current collector that cannot carry more than 20 A, preferably more than 15 A, or more preferably more than 12 A.

В другом испытании, предназначенном для моделирования использования этих токоприемников по изобретению в качестве язычка, соединяющего электродную батарею элемента с используемыми электрическими устройствами (внутри или снаружи элемента), примеры 15 и 16 и сравнительные примеры 5 и 6 были подвергнуты испытанию на токовую нагрузку вдоль полосы. Чтобы подготовить образцы для испытания, токоприемники были вырезаны по форме, показанной на фиг. 12, и состояли из полосы материала размером четыре сантиметра на сантиметр (4 смх1 см), причем концы полосы заканчиваются усеченными прямоугольными равнобедренными треугольниками со стороной 4 см. Каждый из треугольников испытательного образца контактировал через алюминиевый элемент с площадью контактной поверхности > 1 см. Одна сторона была подключена через резистор 400 Вт, 0,335 Ом, и эта цепь была соединена с источником питания Volteq HY3050EX. Напряжение измерялось на резисторах с целью измерения тока, и было показано, что элемент вышел из строя, когда это напряжение упало до нуля. Для каждого испытания элемент был соединен с источником питания, установленным на нулевой ток, который затем увеличивался с шагом 0,2 А и выдерживался в течение 30 с при каждом новом напряжении до тех пор, пока образец не выходил из строя и протекающий ток не падал до нуля. Испытание было организоIn another test designed to simulate the use of these current collectors of the invention as a tongue connecting the electrode stack of a cell to the electrical devices being used (inside or outside the cell), Examples 15 and 16 and Comparative Examples 5 and 6 were subjected to a current load test along the strip. To prepare the specimens for testing, the pantographs were cut to the shape shown in FIG. 12, and consisted of a strip of material measuring four centimeters by centimeter (4 cm x 1 cm), with the ends of the strip ending in truncated right-angled isosceles triangles with a side of 4 cm. Each of the triangles of the test sample was in contact through an aluminum element with a contact surface area > 1 cm. One side was connected through a 400W, 0.335 ohm resistor and this circuit was connected to a Volteq HY3050EX power supply. Voltage was measured across resistors to measure current, and the element was shown to fail when this voltage dropped to zero. For each test, the cell was connected to a power supply set to zero current, which was then increased in 0.2 A increments and held for 30 s at each new voltage until the sample failed and the current flow dropped to zero. The test was organized

- 20 043346 вано таким образом, чтобы можно было измерять металлизированные токоприемники с помощью контакта либо на одной стороне, либо на обеих сторонах металлизированного токоприемника. Токи при выходе из строя показаны ниже в табл. 4. Для материалов, испытанных в полосе 4 смх1 см, было выгодно предусмотреть внутренний предохранитель, ограничив величину тока, который может протекать, до менее 20 А или предпочтительно менее 15 А, или более предпочтительно менее 10 А, для каждого случая с односторонним или двусторонним контактом.- 20 043346 is designed in such a way that it is possible to measure metallized pantographs using a contact either on one side or on both sides of the metallized pantograph. Failure currents are shown in the table below. 4. For materials tested in a 4 cm x 1 cm strip, it was advantageous to provide an internal fuse, limiting the amount of current that could flow to less than 20 A, or preferably less than 15 A, or more preferably less than 10 A, for each case with one-way or two-way contact.

Таблица 4Table 4

Образец Единица измерения Пример 15 Пример 16 Sample Unit Example 15 Example 16 Напряжение при выходе из строя для одностороннего контакта В 2,7 24 Failure voltage for single-sided contact V 2.7 24 Напряжение при выходе из строя для двустороннего контакта В 4,5 10 Failure voltage for two-way contact V 4.5 10 Сравнительный пример 5 Comparative Example 5 Нет выхода из строя ниже 20 А No failure below 20A Нет выхода из строя ниже 20 А No failure below 20A Сравнительный пример 6 Comparative Example 6 Нет выхода из строя ниже 20 А No failure below 20A Нет выхода из строя ниже 20 А No failure below 20A

Примеры 17-19 и сравнительный пример 8.Examples 17-19 and comparative example 8.

Элементы были изготовлены путем нанесения электродных материалов на стандартные токоприемники из фольги и металлизированные токоприемники из ПЭТ-пленки из примеров 15 и 16. Катодные материалы NMC 523 были приготовлены с использованием NMC523 (97%) от компании BASF, углеродной сажи (2%) и PVDF (1%) в растворителе NMP и нанесены на алюминиевый токоприемник (15микронный алюминиевый токоприемник) и пример 15 при базовом весе 220 г/м2, что соответствует плотности загрузки катода 3,3 мАч/см2. Анодные материалы были приготовлены посредством использования графита BTR-918S (94%), углеродной сажи (5%) и PVDF (1%) в растворителе NMP и нанесения на медный токоприемник (18-микронный медный токоприемник) с плотностью 118 г/м2, что соответствует плотности загрузки анода 4,0 мАч/см2. Были изготовлены четыре двусторонних катода, три двусторонних анода и два односторонних анода. Их уложили друг на друга, используя сепаратор Celgard 2500, чтобы сформировать небольшие пакетные элементы, которые затем были заполнены электролитом и герметизированы с расчетной емкостью 1 Ач. Четыре типа элементов были изготовлены из разных комбинаций фольгированных материалов, и емкость была измерена при С/10 и С/5 (т.е. 0,1 А и 0,2 А). Элементы были сформированы путем зарядки при 100 мА до 4,2 В и удержании при 4,2 В до тех пор, пока ток не падал до 10 мА. Затем полностью сформированные элементы были взвешены и испытаны на емкость путем разрядки при С/10, затем зарядки при С/10 и разрядки при С/5. Эти результаты показаны в табл. 5 ниже.The cells were prepared by depositing electrode materials onto standard foil current collectors and metallized PET film current collectors from Examples 15 and 16. NMC 523 cathode materials were prepared using NMC523 (97%) from BASF, carbon black (2%) and PVDF (1%) in NMP solvent and applied to an aluminum current collector (15 micron aluminum current collector) and example 15 at a base weight of 220 g/m 2 , which corresponds to a cathode loading density of 3.3 mAh/cm 2 . The anode materials were prepared by using BTR-918S graphite (94%), carbon black (5%) and PVDF (1%) in NMP solvent and applied to a copper pantograph (18 micron copper pantograph) with a density of 118 g/ m2 . which corresponds to an anode loading density of 4.0 mAh/cm 2 . Four double-sided cathodes, three double-sided anodes, and two single-sided anodes were manufactured. They were stacked on top of each other using a Celgard 2500 separator to form small stacked cells, which were then filled with electrolyte and sealed to a design capacity of 1 Ah. Four types of cells were made from different combinations of foil materials, and the capacitance was measured at C/10 and C/5 (i.e. 0.1 A and 0.2 A). The cells were formed by charging at 100 mA to 4.2 V and holding at 4.2 V until the current dropped to 10 mA. The fully formed cells were then weighed and tested for capacity by discharging at C/10, then charging at C/10 and discharging at C/5. These results are shown in table. 5 below.

Таблица 5Table 5

Образец Sample Катодный токоприемник Cathode pantograph Анодный токоприемник Anode pantograph Вес элемента Element weight Емкость С/10 Capacity C/10 Емкость С/5 Capacity C/5 Единица измерения Unit г G мАч mAh мАч mAh Сравнительный пример 8 Comparative Example 8 Алюминиевая фольга Aluminium foil Медная фольга Copper foil 27 27 924 924 615 615 Пример 17 Example 17 Пример 15 Example 15 Медная фольга Copper foil 26,8 26.8 1049 1049 751 751 Пример 18 Example 18 Алюминиевая фольга Aluminium foil Пример 16 Example 16 24,7 24.7 1096 1096 853 853 Пример 19 Example 19 Пример 15 Example 15 Пример 16 Example 16 24,7 24.7 1057 1057 848 848

Таким образом, было показано, что приведенные выше примеры демонстрируют желаемые толщину, металлическое покрытие и результаты проводимости, необходимые для предотвращения теплового разгона внутри электролитсодержащего аккумулятора, тем самым обеспечивая не только гораздо более безопасный и надежный тип аккумулятора, но и требуя гораздо менее тяжелых внутренних компонентов, чем когда-либо прежде, без ущерба для безопасности, а, по сути, обеспечивая ее улучшение.In summary, the above examples have been shown to demonstrate the desired thickness, metal plating and conductivity results required to prevent thermal runaway within an electrolyte-containing battery, thereby providing not only a much safer and more reliable type of battery, but also requiring much less heavy internal components than ever before, without compromising security, but in fact improving it.

Как отмечено выше, возможность не только обеспечивать такой тонкий токоприемник (в качестве внутреннего предохранителя внутри литиевого аккумуляторного изделия), но и также необходимые преимущества структуры с язычками для обеспечения передачи генерируемого напряжения за пределы рассматриваемого аккумуляторного элемента, лежит в основе настоящего изобретения. Кроме того, возможность дополнительно использовать вышеуказанные полезные тонкие структуры токоприемника позволяет использовать любое количество бесчисленных конфигураций в пределах самого аккумуляторного изделия, потенциально вырабатывая совокупные уровни мощности в присутствии полезного внутреннего предохранительного компонента (компонентов). Это более подробно показано на фиг. 12-22.As noted above, the ability to not only provide such a thin current collector (as an internal fuse within a lithium battery product), but also the necessary advantages of the tab structure to allow the generated voltage to be transferred beyond the battery cell in question, is at the core of the present invention. In addition, the ability to further utilize the above useful thin current collector structures allows for any number of innumerable configurations to be used within the battery product itself, potentially generating aggregate power levels in the presence of useful internal safety component(s). This is shown in more detail in FIG. 12-22.

На фиг. 13 показан одиночный тонкопленочный язычок/токоприемник 600 с металлизированным пленочным слоем 614 и нижним неметаллическим слоем 616. Также предусмотрен проводящий язычок 610 (для подключения к внешнему компоненту передачи энергии аккумулятора), выровненный перпендикулярно токоприемнику и соединенный с ним сварными швами 612.In fig. 13 shows a single thin film tab/susceptor 600 with a metallized film layer 614 and a bottom non-metallic layer 616. Also provided is a conductive tab 610 (for connection to an external battery power transfer component) aligned perpendicular to the pantograph and connected thereto by welds 612.

На фиг. 14 показан аналогичный токоприемник 620, но с язычком 622 с лентой 624, соединяющейIn fig. 14 shows a similar pantograph 620, but with a tab 622 with a tape 624 connecting

- 21 043346 язычок 622 с токоприемником 634 с целью обеспечения проводимости. Как указано выше, язычок/токоприемник 620 имеет металлизированный пленочный слой 626 и нижний неметаллический слой- 21 043346 tongue 622 with pantograph 634 to ensure conductivity. As stated above, tongue/susceptor 620 has a metallized film layer 626 and a bottom non-metallic layer

632. Ленточный компонент 622 предусмотрен на внешней поверхности 628 язычка и ведет к неметаллическому слою 626 токоприемника, при условии, что способность адгезионной прочности на сдвиг позволяет язычку оставаться закрепленным подходящим образом с целью обеспечения проводимости.632. A tape component 622 is provided on the outer surface 628 of the tongue and leads to a non-metallic pantograph layer 626, provided that the adhesive shear strength capability allows the tongue to remain suitably secured to provide conductivity.

На фиг. 15 представлен другой язычок/токоприемник 640, показывающий другой способ соединения язычка 642 с одним тонким токоприемником 648 (с металлизированным пленочным слоем 644 и нижним неметаллическим слоем 650) посредством соединения двух компонентов с помощью проводящих скоб 646.In fig. 15 is another tab/pantograph 640, showing another method of connecting tab 642 to one thin pantograph 648 (with a metallized film layer 644 and an underlying non-metallic layer 650) by connecting the two components using conductive staples 646.

Такие плоские структуры токоприемников допускают типичную конфигурацию аккумулятора с компактными аккумуляторными структурами (такими как те, что показаны, например, на фиг. 1). На фиг. 16 показан язычок/токоприемник 700 с одной складкой 710 и с одним язычком 702 с лентой, прикрепленным к металлизированной поверхности 712 пленки (которая покрывает, как указано выше, неметаллический слой 708). Таким образом, токоприемник 704 с одной складкой 710 обеспечивает в результате возможность увеличения выработки энергии внутри аккумуляторного элемента, хотя и с необходимостью небольшого увеличения размера аккумулятора по сравнению с плоской структурой.Such planar current collector structures allow for typical battery configurations with compact battery structures (such as those shown, for example, in FIG. 1). In fig. 16 shows a tab/susceptor 700 with one fold 710 and one tape tab 702 attached to a metallized film surface 712 (which covers, as above, a non-metallic layer 708). Thus, the current collector 704 with a single fold 710 results in the ability to increase power production within the battery cell, although at the cost of slightly increasing the size of the battery compared to a flat structure.

На фиг. 17 показан язычок/токоприемник 720 с двойными складками 732, использующий одну и ту же тонкую структуру 724 токоприемника. Таким образом, такая двойная складка 732 дополнительно обеспечивает возможность соединения двух сторон 726, 728 токоприемника 724, которые в противном случае могли бы быть электрически изолированы полимерной пленкой, расположенной между двумя электропроводящими слоями. Язычок 722 прикрепляется к поверхности 730 токоприемника с целью обеспечения проводимости при такой двойной складке 732.In fig. 17 shows a tongue/pantograph 720 with double folds 732 using the same thin pantograph structure 724. Thus, such double fold 732 further provides the ability to connect two sides 726, 728 of pantograph 724 that might otherwise be electrically insulated by a polymer film sandwiched between two electrically conductive layers. A tab 722 is attached to the surface 730 of the pantograph to provide conductivity through the double fold 732.

На фиг. 18 также показан плоский язычок/токоприемник 750 с верхней поверхностью 758 и нижней поверхностью 762 того же типа, что и выше. В этом примере язычок 752, 754 выполнен в виде двух параллельных структур, находящихся в контакте как с верхней поверхностью 758, так и с нижней поверхностью 760 токоприемника 762. Такой язычок 752, 754 включает в себя сварные швы 756 для соединения с обеими поверхностями 758, 760.In fig. 18 also shows a flat tongue/susceptor 750 with a top surface 758 and a bottom surface 762 of the same type as above. In this example, the tongue 752, 754 is configured as two parallel structures in contact with both the top surface 758 and the bottom surface 760 of the pantograph 762. Such tongue 752, 754 includes welds 756 for connection with both surfaces 758, 760.

На фиг. 19 показана структура 780, аналогичная показанной на фиг. 16, но с наличием одного сложенного язычка 794, который контактирует с обеими поверхностями 788, 790 токоприемника 792 посредством сварных швов 786, причем от сложенного язычка 794 отходят два удлиненных выступа 782, 784.In fig. 19 shows a structure 780 similar to that shown in FIG. 16, but with a single folded tongue 794 that contacts both surfaces 788, 790 of the pantograph 792 through welds 786, with two elongated projections 782, 784 extending from the folded tongue 794.

На фиг. 20 показан язычок 802, приваренный посредством сварных швов 804 к язычку/токоприемнику 800 с двойными складками, таким образом демонстрируя ту же способность соединять электрически изолированные слои 808, 812, которая была указана выше в отношении токоприемника 806, но с наличием более безопасных сварных швов 804, которые более надежны и потенциально более эффективны для целей передачи энергии.In fig. 20 shows tongue 802 welded via welds 804 to double-pleated tongue/pantograph 800, thereby demonstrating the same ability to connect electrically insulated layers 808, 812 as discussed above with pantograph 806, but with safer welds 804 , which are more reliable and potentially more efficient for power transmission purposes.

На фиг. 21, таким образом, показана структура 820 композитного язычка/множества токоприемников, содержащая множество (в данном случае - пять) таких токоприемников 826, 828, 830, 832, 834 с закругленными двойными складками 856, а также с металлизированными пленочными слоями 858, 860, 862, 864, 866 и нижними неметаллическими слоями 846, 848, 850, 852, 854, соединенными последовательно для еще большей возможности соединения электрически изолированных слоев с целью обеспечения проводимости через одиночный язычок 822 со сварными швами 824, соединяющимися для обеспечения проводимости с верхним токоприемником 826 с закругленными двойными складками. Приварной язычок 822 также прочно остается на месте для повышения надежности.In fig. 21 thus shows a composite tongue/multiple pantograph structure 820 comprising a plurality (in this case five) of such pantographs 826, 828, 830, 832, 834 with rounded double folds 856, as well as metallized film layers 858, 860, 862, 864, 866 and lower non-metallic layers 846, 848, 850, 852, 854 connected in series to further enable electrically insulated layers to be connected for conductivity through a single tab 822 with welds 824 connecting for conductivity to the upper pantograph 826 with rounded double folds. The 822 weld tongue also stays firmly in place for increased reliability.

Второй противолежащий язычок 904, приваренный посредством сварных швов 906, показан на фиг. 22 с наличием такого массива из множества токоприемников 908, 910, 912, 914, 916 с многократными закругленными складками 938. Такая структура 900 язычков/токоприемников позволяет увеличивать выработку энергии без необходимости увеличения веса или объема рассматриваемого аккумуляторного элемента посредством двух язычков 902, 904, сконфигурированных и соединенных с двумя внешними токоприемниками 908, 916, как отмечено ранее. Металлизированные пленочные слои 940, 942, 944, 946, 948, как указано выше, снабжены противолежащими неметаллическими слоями 928, 930, 932, 934, 936, как и в других подобных примерах токоприемников.A second opposing tongue 904 welded by welds 906 is shown in FIG. 22 having such an array of multiple pantographs 908, 910, 912, 914, 916 with multiple rounded folds 938. This tab/pantograph structure 900 allows for increased power production without the need to increase the weight or volume of the battery cell in question through two tabs 902, 904 configured and connected to two external pantographs 908, 916, as noted previously. The metallized film layers 940, 942, 944, 946, 948, as described above, are provided with opposing non-metallic layers 928, 930, 932, 934, 936, as in other similar examples of current collectors.

Как показано на фиг. 23, в качестве еще одного неограничивающего примера структуры 960 язычка/токоприемника язычок 962 с множеством Z-образных складок 972 прикреплен к набору параллельных плоских тонких токоприемников 964, 966, 968, 970 (в данном случае - четырех) (как описано выше), при этом металлизированные пленочные слои 974, 978, 982, 986 и нижние неметаллические слои 976, 980, 982, 984, опять же, предусмотрены для обеспечения другого способа выработки совокупной мощности последовательно, хотя и с плоскими тонкими токоприемниками 964, 966, 968, 970 (функционирующими как множество внутренних предохранителей).As shown in FIG. 23, as another non-limiting example of a tongue/pantograph structure 960, a tongue 962 with a plurality of Z-folds 972 is attached to a set of parallel flat thin pantographs 964, 966, 968, 970 (four in this case) (as described above), with In this case, the metallized film layers 974, 978, 982, 986 and the lower non-metallic layers 976, 980, 982, 984 are again provided to provide another method of generating total power in series, albeit with flat thin current collectors 964, 966, 968, 970 ( functioning as multiple internal fuses).

Следовательно, такие структуры по фиг. 13-23 допускают разные внешние соединения с внутренними предохранительными компонентами стоячего литиевого аккумулятора.Therefore, such structures as shown in FIG. 13-23 allow for different external connections to the internal fuse components of a stand-up lithium battery.

После подробного описания изобретения становится очевидным, что специалист в данной областиHaving described the invention in detail, it will be apparent that one skilled in the art

--

Claims (11)

техники сможет внести в него изменения и модификации, не выходя за пределы объема настоящего изобретения. Соответственно, объем настоящего изобретения должен определяться только прилагаемой формулой изобретения.technicians will be able to make changes and modifications thereto without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined only by the appended claims. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Устройство хранения энергии, содержащее анод, катод, по меньшей мере один сепаратор, присутствующий между анодом и катодом, электролит, по меньшей мере один тонкопленочный токоприемник, контактирующий по меньшей мере с одним из анода и катода, и по меньшей мере один язычок, прикрепленный к указанному по меньшей мере одному тонкопленочному токоприемнику, при этом:1. An energy storage device comprising an anode, a cathode, at least one separator present between the anode and the cathode, an electrolyte, at least one thin film current collector contacting at least one of the anode and the cathode, and at least one reed, attached to said at least one thin-film current collector, wherein: a) язычок прикреплен к токоприемнику с помощью соединительного средства, при этом соединительное средство выбрано из группы, состоящей из адгезивной ленты, скоб, проводящих клеев и зажимов;a) the tab is attached to the pantograph by means of a connecting means, wherein the connecting means is selected from the group consisting of adhesive tape, staples, conductive adhesives and clips; b) соединительное средство имеет электрический контакт с открытой поверхностью язычка и тонкопленочного токоприемника;b) the connecting means is in electrical contact with the exposed surface of the tongue and the thin film pantograph; c) либо анод, либо катод помещен между по меньшей мере частью тонкопленочного токоприемника и сепаратором;c) either an anode or a cathode is placed between at least a portion of the thin film current collector and the separator; d) токоприемник содержит проводящий материал, нанесенный на подложку из непроводящего материала;d) the current collector contains a conductive material deposited on a substrate of non-conductive material; e) токоприемник перестает проводить в точке контакта короткого замыкания при рабочем напряжении устройства хранения энергии иe) the pantograph ceases to conduct at the short-circuit contact point at the operating voltage of the energy storage device, and f) напряжение составляет по меньшей мере 2,0 В.f) the voltage is at least 2.0 V. 2. Устройство хранения энергии по п.1, в котором указанные зажимы зажимают промежуточные металлические полосы или z-образно сложенные металлические полосы.2. The energy storage device according to claim 1, wherein said clamps clamp intermediate metal strips or z-folded metal strips. 3. Устройство хранения энергии по п.1, в котором соединительное средство состоит из 2-50 соединений, распределенных по токоприемнику так, чтобы обеспечивать равномерное протекание тока от электродных материалов к язычку соответственно.3. The energy storage device according to claim 1, wherein the connecting means consists of 2-50 connections distributed throughout the current collector so as to ensure uniform flow of current from the electrode materials to the reed, respectively. 4. Устройство хранения энергии по п.1, в котором сепаратор выполнен из полимера, нетканого материала, ткани или керамики.4. The energy storage device according to claim 1, wherein the separator is made of a polymer, non-woven material, fabric or ceramic. 5. Устройство хранения энергии по п.1, в котором подложка из непроводящего материала представляет собой полимерную пленку.5. The energy storage device according to claim 1, wherein the non-conductive material substrate is a polymer film. 6. Устройство хранения энергии по п.1, в котором электролит представляет собой воспламеняющийся органический электролит.6. The energy storage device according to claim 1, wherein the electrolyte is a flammable organic electrolyte. 7. Устройство хранения энергии по п.1, в котором язычок представляет собой первый язычок, контактирующий с верхней поверхностью токоприемника, и второй язычок, контактирующий с нижней поверхностью токоприемника, причем первый язычок и второй язычок параллельны.7. The energy storage device of claim 1, wherein the tongue is a first tongue contacting an upper surface of the pantograph and a second tongue contacting a bottom surface of the pantograph, the first tongue and the second tongue being parallel. 8. Устройство хранения энергии по п.1, в котором язычок сложен поверх токоприемника таким образом, чтобы первый выступ язычка контактировал с верхней поверхностью токоприемника, а второй выступ язычка контактировал с нижней поверхностью токоприемника, причем первый выступ и второй выступ параллельны.8. The energy storage device of claim 1, wherein the tab is folded over the pantograph such that the first protrusion of the tab contacts the top surface of the pantograph and the second protrusion of the tab contacts the bottom surface of the pantograph, the first protrusion and the second protrusion being parallel. 9. Система хранения энергии, содержащая по меньшей мере одно устройство хранения энергии, содержащее анод;9. An energy storage system comprising at least one energy storage device comprising an anode; катод;cathode; по меньшей мере один сепаратор, присутствующий между анодом и катодом;at least one separator present between the anode and the cathode; электролит;electrolyte; по меньшей мере один тонкопленочный токоприемник, контактирующий по меньшей мере с одним из анода и катода, причем токоприемник содержит проводящий материал, нанесенный на подложку из непроводящего материала, при этом токоприемник перестает проводить в точке контакта короткого замыкания при рабочем напряжении системы хранения энергии, причем напряжение составляет по меньшей мере 2,0 В;at least one thin film current collector contacting at least one of an anode and a cathode, wherein the current collector comprises a conductive material deposited on a substrate of non-conductive material, wherein the current collector ceases to conduct at the short circuit contact point at an operating voltage of the energy storage system, wherein the voltage is at least 2.0 V; по меньшей мере один язычок, прикрепленный к указанному по меньшей мере одному тонкопленочному токоприемнику; и соединительное средство, выполненное с возможностью прикрепления язычка к токоприемнику, при этом соединительное средство имеет электрический контакт с открытой поверхностью язычка и тонкопленочного токоприемника и при этом соединительное средство выбрано из группы, состоящей из адгезивной ленты, скоб, проводящих клеев и зажимов;at least one tab attached to said at least one thin film pantograph; and a connecting means configured to attach the tab to the pantograph, wherein the connecting means is in electrical contact with an exposed surface of the tab and the thin film pantograph, and wherein the connecting means is selected from the group consisting of adhesive tape, staples, conductive adhesives, and clips; при этом либо анод, либо катод расположены между по меньшей мере частью тонкопленочного токоприемника и сепаратором.wherein either the anode or the cathode is located between at least a portion of the thin film current collector and the separator. 10. Система хранения энергии по п.9, в которой зажимы зажимают промежуточные металлические полосы или z-образно сложенные металлические полосы.10. The energy storage system of claim 9, wherein the clamps clamp the intermediate metal strips or z-folded metal strips. 11. Система хранения энергии по п.9, в которой соединительное средство состоит из 2-50 соедине-11. The energy storage system according to claim 9, wherein the connecting means consists of 2-50 connecting means --
EA202192436 2019-03-22 2020-03-20 BATTERY CONNECTIONS AND METALLIZED FILM COMPONENTS IN INTERNALLY FUSED ENERGY STORAGE DEVICES EA043346B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/361,216 2019-03-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA043346B1 true EA043346B1 (en) 2023-05-16

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7396981B2 (en) Lithium energy storage device with internal fuse
US11799087B2 (en) Battery connections and metallized film components in energy storage devices having internal fuses
US20220045403A1 (en) Energy storage device having a current collector with inherent current limitations
US11799125B2 (en) Lithium storage device with improved safety architecture
US10700339B2 (en) Method of manufacture of an energy storage device having an internal fuse
US11482711B2 (en) Tabless cell utilizing metallized film current collectors
US11139510B2 (en) Battery connections and metallized film components in energy storage devices having internal fuses
KR20220122644A (en) Battery contacts and metallized film components for energy storage with internal fuses
JP2022527140A (en) Battery connection and metallized film components of power storage devices with internal fuses
TWI818417B (en) Tabless cell utilizing metallized film current collectors
US20220131201A1 (en) Battery connections and metallized film components in energy storage devices having internal fuses
EA043346B1 (en) BATTERY CONNECTIONS AND METALLIZED FILM COMPONENTS IN INTERNALLY FUSED ENERGY STORAGE DEVICES
EA043036B1 (en) BATTERY CONNECTIONS AND METALIZED FILM COMPONENTS IN POWER STORAGE DEVICES THAT HAVE INTERNAL FUSES