TW200952242A - Systems and methods for rechargeable battery collector tab configurations and foil thickness - Google Patents

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200952242 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種可再充電式伏打電池（下面稱為電池 單疋或電池），其包含至少一正電極與一負電極。更特定 吕之，本發明係關於用於從電池電極擷取更多容量之收集 器導電柄（tab)的組態及每一收集器箔之厚度以使得所產生 之電池可展現雨效能。 【先前技術】 ❹ Ο 可再充電式鋰電池之電池效能可取決於所使用電極之特 性。已藉由將導電柄黏接至電流收集器來製造電池單元， 而使得該等導電柄能夠從—電流收集器傳送電流。此類電 池單元之某些範例可包括：—矩形電池單元，纟 矩形電極係層壓或堆疊；或一圓柱形電池單元，其中帶形 電極係螺旋形纏繞》例如，—螺旋形纏繞的鐘電池可包 括：一正電極’其係藉由以—正電極活性材料塗布一帶形 收集器_來製造；複數個導電柄，其係黏接至該正電極之 -部分：-分離層；及一負電極’其係藉由以一負電極活 性材料塗布一帶形負收焦51 % A 、λ … 贡办貝收集器泊來製造；及複數個導電柄， 其係藉由該分離層與施加於該裝配件的頂部上之一第二八 :層而疊置於該正電極上。此等組件可以係以一螺旋形： 式成整體彎曲1藉由諸如超音波焊接、電阻焊接、雷射 焊接、、衝壓或壓接之財法將㈣柄純至—電極。 電池已包括藉由使用一金屬 隹屬泊製造之導電柄，該金屬箔 係已附著於該等正與負電極一 ^ 1：極。當給小尺寸電池 133606.doc 200952242 放電或再充電時，一電流可在該等導電柄之每—導電柄中 流動。可將一導電柄附著於一纏繞的帶形電極之前端、其 一尾端或介於其前端與尾端之間的一點處。 可將一帶形電極形成為一長而連續的物質且具有一較大 表面積。在此類情況下’有時已將複數個導電柄以間隔附 著於該等電極上，以使得放電與充電略微均勻地發生於該 等電極之整個長度上。在某些情況下，在該螺旋中已將導

❹ 電柄對齊，但在該繞組中心處的緊密使得難以在某些部分 將其對齊。 一 在一電極内沿該電極之長度存在一電阻。若垂直於該電 極之-電流的密度在該電極表面上並不均句，則高電^密 度區域之利用將會在低電流區域之利用之前完成。此可能 造成該電極之有效區域穩定地減小而阻抗增加，而使得該 電極之電流容量可能降低。 ^一電流收集器箱過薄，則沿該電極之電流收集器電阻 可能較高。若一電流收集器落過厚，則該電極區域可能較 小而電化學電阻可能較高。增加電流收集器電阻或電化學 電阻可能造成-電極之電流容量降低而_電池之效能 影響。 因此，需要一種導電柄組態並將電流收集器厚度最佳化 而使得該等電流收集器組態可引起電流收集器阻抗之減小 而同時保持該等電極之電流密度之最大均句度並使得該等 電極之間的電阻等化以便增加該電池之效能。 【發明内容】 133606.doc 200952242 本發明知供用於組離用於可$六雨 匕用於可再充電式電池之電流收集器 的系統及方法。此類组離可台--. 怎了包括導電柄配置及電流收集器 羯厚度。本文所說明的本發明之各種態樣可應用於下述特 定應用中的任何應用或用於任何其他類型的電池及發電機 ①件°本發明可以係、應用為—獨立式系統或方法，或一整 合的電池或發電系統之部分。應瞭解，可以個別、共同或 彼此組合的方式來瞭解本發明之不同態樣。 ❹ 本發明之-態樣提供-種包含至少一正電極與一負電極 之電池，每-電極具有-電流收集器。一電流收集器可具 有電連接^該收集器落之至少一導電柄。該收集器落可具 有預疋同度及厚度。或者亦可將稱為高度的該收集器羯 之尺寸稱為寬度。該導電柄可以係形成為具有一長度而使 得該導電柄可從該收集器落突伸並可以係與該電流收集器 續黏接成整體。 在本發明之某些具體實施例中，可在該收集器箱之表面 ® 丨形成—塗層。該塗層可包括活性材料，並可以係塗布於 該收集器箔之一或兩個表面上。 在本發明之某些其他具體實施例中，可以若干不同方式 纟配置該等電極及分離層。分離層可以係佈置於電極之間 以防止電極彼此接觸。例如，可將該電流收集器裝配件層 壓成使得負電流收集器表面可與該正電流收集器及任何分 離層齊平。 一電極之收集器箱可具有若干形狀及大小Μ列如，該收 集器羯可以係矩形形狀且可具有一特定高度、長度及厚 133606.doc 200952242 度。同樣，該收集器落可以係帶形(例如，類似於一矩 形，但其巾該長度可能遠遠_該高度及厚度卜該收集 器箔可以係由能夠傳導電流之不同材料製成。 八 可將一或多冑$電柄電連接至肖等電流收集器箱之每一 、 者。可藉由諸如將該等導電柄固定焊接至該電流收集器箔 (透料如超音波料、雷射焊接或電阻焊接之類方式）之 類方法或藉由將該等導電柄壓接至該電流收集㈣來 ❹ 冑接該等導電柄。在某些具體實施例中，可將該等導電柄 連接於該等$之前端、尾端或兩端附近。在其他具體實施 例中’可將該等導電柄連接至該等箱之未經塗布部分。本 發明之某些替代具體實施例提供由該等電流收集器落本身 製成之導電柄，例如，藉由切割該等羯或者以其他方式從 該笛將該等導電柄切斷或成形。 在本發明之一具體實施例中，可將一導電柄連接至一電 流收集益泊而使得該導電柄可從該電流收集器突伸。在此 ❹ 實施方案中，該導電柄之長度可能大於該收集器箔之高度 以使得該導電柄覆蓋該收集器之整個高度。或者，可將— ㈣柄連接至該電流收集器以使得可沿該電流收集器之中 ‘ 心'線相對於高度而對稱配置該導電柄。在此一情況下，若 一較短導電柄係對稱連接於該連接器之—半高度處，則可 使用該較短導電柄。 可^ 一電流收集器之長度以不同間隔配置導電柄。在本 發明之-具體實施例中，可將一負電極導電柄連接至在— 端之一負收集器羯，而可將一正電極導電柄連接至在另— 133606.doc 200952242 正收集器箱。例如，若一負電極導電柄位於—負笛 右7或左端，則該正電極導電柄可位於該正落之尾端或 ❹ ❹ :沿該等電流收集㈣之長度使用多個導電柄。在一具 中’若多個導電柄係沿長度方向關於該等收集器 '白之中〜對稱配置’則可使用該等多個導電柄。在 z實施方案中’可將該等收集㈣之—落連接至兩個導電 ，而同時可將另一收集器荡連接至一導電柄。例如，可 將兩個負電極導電柄連接於一負收集器箱之端，其中可將 :等端定義於縱向方向上’並可將其與一正電極導電柄組 。，該正電極導電柄可以係連接於一正收集器落之中心， 其t可將該中心定義於該縱向方向上。 一在本發明之另-實施方案中’該等電極之一電極可具有 三個導電柄’而另-電極可具有兩個導電柄。例如，:個 負山電極導電柄可以係在該長方向上連接於一負收集器羯之 端及該負收集器落之中心，而同時兩個正電極導電柄可以 係連接至-正收集器笛以使其與該正收集器箱之端及該正 收集器箔之中心係等距。 在其他實施方案中’可使用任何數目的導電柄，只要其 係關於該等電極之一電極之中心對稱配置即可，其中該中 〜係定義於該縱向方向上《類似於先前的實施方案，若一 ，極具有η個導電柄，則另一電極可具有關於該等收集器 箔之中心對稱配置之η_〗個導電柄。在其他實施方案中， 該等導電柄可能並非全部關於該中心對稱配置，而 電 133606.doc • 10· 200952242 柄的放置可能有一定變化。 在另一具體實施例中，可將該等導電柄配置成使其並非 沿該長度方向關於該等收集器箱之中心對稱。可將此類導 電柄配置成使其彼此均勻間隔。可在每一電極上使用相同 數目的導電柄。可將任何數目η的導電柄配置於每一電極 上，只要其係以一使得一電極在該電極之前端具有第一導 電柄、在PL/pn-Di 一距離處具有一第二導電柄、在 ❹ L/(2n丨）處具有一第二導電柄並依此類推直至分子中的 數字乘以該長度等於（2n_2)為止之方式對稱配置。該第二 電極可具有以相同方式從該電極的尾端配置之導電柄。例 如，若每-電極具有兩個導電柄，則可將一負電極導電柄 連接於該電極之前端及自該負電極 起2/3的長度 處’而可將-正電極導電柄連接於該正^極的尾端及自該 正電極的尾端起2/3的長度處。此配置可確保在一給定電 的反電極之突出部分恰好落在該給定電極的兩個相鄰 Ο 電柄之中點處，因此該電流收集係對稱。 2據本發明之—具體實施例，從該等收集器ft突伸的導 • 柄配置成使得所有該等負電極二例如，可將該等導電 . 声… 等負電極導電柄可沿該收集器簿之高 之古；^ A 电独等電柄可沿該收集器箔 μΓ 或者，從該等收集器箱突伸之所有導電 ，該等箔在相同方向上突伸。例如 (包括該等負與正有1荨導電柄 t貝與正電極導電柄）皆可沿 高度向上指明。在本發明之另-且體實施:、15泊之 v、體貫施例中，該等導電 133606.doc 200952242 柄可在不同方向之任何組合上從該等收集器箔突伸。例 如，可將該等導電柄配置成使得該等負電極導電柄之某些 導電柄可向上指明而某些導電柄可向下指明，而該等正電 極導電柄之某些導電柄可向上指明而某些導電柄可向下指 明。 在本發明之某些具體實施例中，可形成具有複數個配置 ‘ 於一堆疊中的電流收集器之一電池。在某些其他具體實施 Φ 例中，一帶形電流收集器可以係螺旋形纏繞成使得該帶形 電收集器之側可產生一齊平的纏繞端表面，例如一果凍卷 餅組態，以形成一電池。 可將該等正與負電流收集器箔選擇成使得該等正收集器 箔具有一預定厚度而該負收集器領具有一預定厚度。該等 正與負收集器箔可以係形成為具有該等預定厚度。可與該 等正與負收集器落之預定厚度成函數關係而提供該電流收 集器之冑定電池單元電阻。在一實施方案中，該預定電 Φ 阻可以係一電流收集器電阻與一電化學電阻之和。 若：收集器箔過薄’則沿該電流收集器之電流收集器電 • P可忐較冈。若-收集器箔過厚’則該收集器箔之一較小 . 長度可適配於—給定體積（例如一電池單元罐）内，並且該 電極面積可較小而該電化學電阻可較高。增加電流收集器 電阻或電化學電阻可能造成一電極之電流容量降低而一電 食<=*又到影響。因此，可能存在最佳厚度以使得電池 單元電阻最小化。 本發明之一態樣可提供藉由選擇具有-第一厚度之一正 133606.doc 200952242 收集器fi並選擇具有1二厚度之—負收集㈣來形成具 有-電池單7L電阻之—電池’其中該等正與負收集器箔之 第-及第二厚度可以係從—預定範圍選擇以為該電池提供 一訂製的總電池單元電阻。Μ些具體實施例中，可選擇 刀U第-厚度與一第二厚度之正與負收集器箔，而 使得該等正與負電極具有相同的電流收集器電阻。

❹ 若結合以下說明及附圖來考量，則會進一步明白及理解 本發明之其它目的及優點。儘管m㈣可包含說明本發 月之特疋具體實施例之特定細節，但不應將此解釋為對本 發明之範疇的限制而實際上應作為較佳具體實施例之一例 不。對於本發明之每一態樣，如本文所建議有許多為熟習 此項技術者所知習之變化方案可行。可在本發明之範疇内 進行各種更改及修改而不脫離其精神。 以引用方式併入之文獻 在本說明書中提到的所有公告案、專利案及專利申請案 皆係以引用的方式併入於此，乃至每一個別的公告案、專 利案或專利申請案似係明確而個別地指示為乃以引用的方 式併入。 【實施方式】 儘管本文已顯示並說明本發明之較佳具體實施例，但熟 習此項技術者會明白此類具體實施例僅係以範例的方式提 供。現在，熟習此項技術者將會明白各種變化、變更及替 代方案而不脫離本發明》應瞭解，在實作本發明時將採用 本文所說明的本發明之具體實施例之各種替代方案。 133606.doc -13- 200952242 依據本發明之一伏打電池單元（galvanic ceU)(其在本文 中亦可以係稱為一電池或電池單元)之一具體實施例可包 含以下組件：一或多個正電極與一或多個負電極及用於分 離該等電極之-或多個分離層。每一電極可由一具有包含 一活性材料之-塗層的電流收集㈣片組成。該等電流收 集器落片可包括附著於其之一或多個導電柄。該等導電柄 I以係以各種組態連接至連接Μ，而該等組件可經組合 為形成一電池。 門之各種組件可由此項技術中習知或後來開發的不 同材料製成。依據各種具體實施 一 一電極之導電柄、包括可施加Μ收隼 該收集器箔的活性材料之 層及該等为離層可包含不同材料。 導某些具體實施例中，該收集器荡可由能夠傳 -材：(:如1(例如一金屬請成。例如，該金屬羯可由 ❹ 某此具體實祐、錄、欽或不録鋼）製成。在本發明之 成：：：中’該等負與正收集器箱可由不同材料製 成例如，可藉由銅形成-負收集器落，而 正收隼酱饺 ,,^ 田姑形成一 成。、/ 5 ，該等負與正收集器笛可由相同材料製 負==:!極之導電柄可以係分別由與用於該“ 電連接至今收隼Γ金屬荡相同之金屬箱製成，並可以係 以係該收ΐ器在某些具體實施例中，該導電柄可 柄可由一不、2= 同金屬落之部分。或者，該導電 的金屬箱製成。用於該等導電柄之材料可包 133606.doc -14- 200952242 此且^ ’例如銅、銘、錄、欽或不錄鋼。在本發明之某 —體實施例中，該等導電柄可由互不相同的材料形成。 在本發明之某些具體實施财，可在__收集器箱之表面 上形成包含一活性材料之一塗層。該塗層可以係塗布於一 收集器荡之前表面、該收集器箱之後表面或該收集器落之 兩個表面上。包括該活性材料之塗層可覆蓋該荡的表面之 一部分或整個表面。該塗層可連續或不連續地覆蓋該收集 =之表面之部分。該電流收集器塗層可包括可使電流能 夠流動之活性材料。 例如，可藉由包括-活性材料(例如以鐘為主的氧化 物、-黏結劑及一導電材料)之一塗層來覆蓋一正收集器 笛。在某些具體實施例中，用於該正電極之塗層可以係鐘 過渡金屬氧化物之一粉末、一導電粉末及-黏結劑之-混 合物。該鐘過渡金屬氧化物可以係諸如以下材料：鍾銘氧 化物㈣吨）、鐘錄氧化物（LiNi〇2)、鐘猛氧化物 (LiMn204)或其中可向該活性材料的晶體添加其他元素或 可以其他元素來部分替代該活性材料的晶體之材料，該等 其他元素較佳的係鋰、錳、紹或其他3dsiud族的過渡元 素。該黏結劑可能不受特定限制。黏結劑之若干範例可包 括聚四氟㈣（PTFE) '聚偏二a乙稀（pvDF)或—非氣化黏 結劑，例如乙稀-丙稀·二烯基共聚物（EpDM)、苯乙稀-丁 二稀橡膠（sbr)m甲基纖維素（cmc)。可用的較佳導電 劑可包括碳黑、乙块炭黑、KET厕碳黑、導電碳黑 (SUPer-P)、純黑、天然石墨、合成石墨或擴展石墨。在某 133606.doc 200952242 些具體實施财，料導電射以係以上材料之一混合。 在某些具體實施例中’可將該混合物變成一漿料，而可藉 由該漿料來塗布該正收集器箔。 '

❹ 可藉由包括從由碳材料組成的該群組中選擇之一活性材 料與一黏結劑之一塗層來覆蓋一負收集器荡。但是，可瞭 解’塗布於該收集器落上的此類材料可包括習知或後來開 發的其他材料。在某些具體實施例中，用於該負電極之塗 層可以係-碳粉末H结劑之—混合物。該活性材料可 包括可吸收並液化鐘離子之一材料，例如碳質材料或硫族 化口物及該些由輕金屬形成之材料。例如，此類碳質材料 可包括焦碳、碳纖維、解熱汽相生長碳質材料、石墨、樹 脂燒結產物及介相瀝青碳纖維或介相球形碳燒結產物。硫 族化合物可包括二硫化鈦（TiS2)、二硫化鉬（M〇S2)、硒化 鈮（NbSeO或低價過渡金屬氧化物（例如c〇〇)。較佳輕金屬 之範例可包括鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、矽、矽合金錫 及錫合金、鋰金屬及鋰合金。該等黏結劑可包括（例如）聚 四氟乙烯（PTFE)、聚偏二氟乙烯（PVDF)、乙烯_丙烯·二烯 基共聚物（EPDM)、苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR)及羧曱基纖 維素（CMC)。可將該混合物變成一漿料，而可藉由該漿料 來塗布該負收集器箔。 可將包括一活性材料之一塗層施加於一收集器箔。在某 些具體實施例中可藉由施加熱量或紅外線（IR)來乾燥經塗 布之收集器箔。 該等正與負收集器箔可具有在其上面施加並處理之塗層 133606.doc •16· 200952242 以至於該等正與負電極可具有各種孔隙率。該等正與負電 極可具有從約5%至80%之一孔隙率。例如，該等正與負電 極可約為5%孔隙率、1()%孔隙率、㈣孔隙率、㈣孔隙 率、40%孔隙率、6〇%孔隙率或8〇%孔隙率。在某些具體 實施例中，該等正與負電極可具有不同的孔隙率。例如， -正電極可具有一 4〇%孔隙率，而一負電極可具有一· 孔隙率。在替代具體實施例中，該等正與負電極 同的孔隙率。 該等正與負電極亦可包括在其上面施加並處理之-塗層 (其包括一活性材料)以使得該等正與負電極可具有各種負 載值。例如’ 一正電極可具有一約15 mgW之負載，而 一負電極可具有_約6.9 mg/cm2之負載。或者該等正與 負電極可具有相同的負載值。 在本發明之某些其他具體實施例中，一電池亦可包含分 ❹ =層’而可以若干不同方式來配置該等電極及分離層。該 電極可以係藉由其間的一或多個分離層來分離， 可將該等分離層佈置於一正電極與一負電極之間。在某也 施例中，—或多個分離層可以係與-正電極或負電 極相鄰而佈置。 该等分離層可由一可分離該等電極而同時允許離子穿過 薄I料製成。例如’該分離層可以係一很薄的多微孔塑膠 =離層可由一可藉由一電解質浸潰且可對 I有渗透性之材料形成，例如，一合成樹脂之一非 聚乙烯多孔膜、一聚丙烯多孔膜或3分支或4分支 133606.doc •17- 200952242 類型的PE〇-Pp〇此取^ 聚物類型之㈣。—分離層可以係藉由 …σ…、電子束、戊或紫外線（uv)來交聯而製備。 、在範例中’可藉由採用經乾燥的正與負電極而使其透 過一刀離層彼此面對、將—額外的分離層舖層、將其纏繞 進滾筒内、將該滾筒插入一電池護罩並添加一電解質來 製備一電池。 圖1定義針對一電流收集器之一座標集合。依據本發明 之-具體實施例’―電流收集器可具有一高度、長度及厚 度。該電流收集器可具有一座標集合，而使得_定義該 羯：高度，y轴定義其長度’而z軸定義其厚度。藉由該χ 袖定義之尺寸可稱為該電流收集器之高度，或者稱為其寬 度。 該電流收集器可具有若干形狀與尺寸。例如，該電流收 集器箱τ以係矩形形狀且可具有一特定高纟、長度及厚 度。同樣，該電流收集器笛可以係帶形（例如，其可類似 於一矩形，其中該長度可能遠遠超過該高度及厚度卜或 者，該電流收集器箔可具有可允許其在一電池内發揮功能 之任何形狀或組態。可選擇具有可使一電池能夠展現一較 高效能的預定厚度之電流收集器箔。下面可進一步說明電 流收集器箔厚度。 可將一或多個導電柄電連接至該等電流收集器。該等導 電柄亦可以係各種形狀或大小。在本發明之一具體實施例 中’該等導電柄可包含矩形條。 可藉由諸如透過諸如超音波焊接、電阻焊接或雷射焊接 133606.doc -18- 200952242 式將該等導電柄固定焊接至該電流收 法來連接該等導電柄。一超音波程序可能有利’因=方 太可能造成熱影響。其亦可增大黏接面 = 」精由將該等導電柄麼接至該電流收 戈精由將該專導電柄勒扯芬 v自上 黏貼至该電流收集m而料楚道 電柄連接至該等電流收集器笛。本發明之某 =提供由該等電流收集器箱本身製成之導電柄::實 ❹ ❹ =割及折*該等，或者以其他方式從“ 柄切斷或成形）。 矛等電 收施例中’可將該等導電柄連接至該等電流 :/月，φ或後表面。在其他具體實施例中，可將 °中電柄連接於該Μ之端。在某些替代具體實施例 可將該等導電柄嵌入該箱内或可透過該箱將其連接， 因此可將該等導電柄之部分連接於該前表面而可將部分連 接於該後表面0 :其：具體實施例中，可將該等導電柄連接至該等電流 :、器:白之未經塗布部分，此等部分可以係未藉由一活性 =來塗布的該電極之一部分。一收集器箱可在一側上具 -未經塗布部分，而該等導電柄可以係附著於該未經塗 。刀可在針對包括該等活性材料的塗層之一塗布程序 2預先製備該未經塗布部分。或者，可從該塗層上將該等 Α電柄黏接至該收集器荡’但此-操作可產生灰塵，並可 能導致該導電柄與該之間的—減小的黏接強度。 ° 《多個冑電柄連接至—電流收集器猪以便使不合 133606.doc 19 200952242 需要的電流收集器電阻最小化。對於高料U 箱傳導性在高放電速率時可能較明顯，從而可導致=導 性對高功率電池的明顯貢獻以提高電池效能。在一最佳情 況下，該電流可能係橫跨該收集器的整個長度而均勻，從 而可導致從該電極操取大多數容量。該收集器落之電流密 度可取決於佈置於該電極上的導電柄之組態。 例如，-正收集器荡可具有長度y%丨，而一正導電柄可 Ο ❹ 以係連接於”且可延伸該箱之整個長度，從而可使得 該系統關於該X軸對稱。一負電極可位於該正電極上且 可在各個方向上延伸超過該正電極一較小數量。在"， 該負電極導電柄可位於該負收集器0之左端處。 可將該系統分析如下。一通用歐姆定律可寫為： △C〜咖請㈣ ⑴ 其中Δν係總電壓降，而&係—表面元件之電化學阻抗， ”匕括因該等負與正收集器箔塗層及電解質路徑所致之 歐姆項’因兩個電極反應所致之動力阻抗及因在活性材料 粒子及該電解質中的鋰離子擴散所致之擴散阻抗。丨(幻可 以係可取決於在該收集器上的位置y之局部電流。Δν⑻丨係 因在該y點處的兩個收集器箔所致之電壓降。 因收集器箔所致之電壓降可以係藉由歐姆定律以兩個項 (針對每一收集器各一項）來表示，其中該等電子從在點 y=y°A1處的正電極導電柄流向該點y而接著流向在點y=〇處 的負電極導電柄： ^K〇u μ ~y)*pAX /{x°Al*zAl) + pCu*yl^Cu*^Cu)} [2] 133606.doc -20- [3] 200952242 可將此表達式重寫為： ΑΚ〇ιι =J*{^-y')+^*y'}*RAl 其中 Λ = (Pcu * X°Al * Z Al)l{pAl * X"Ca * £Qu) y~y/y°Ai [4] ^/=P^*y°A1/(x°A1*z〇A1) RA1可以係沿該落之整個長度的M之電阻，而可以係

沿該落之—無因次長度。當該無因次參數；I等於4，在等 式m中的f㈣内之表達式可與y，之值無關，而因此該電 流可以係橫跨該收㈣之整個長度而盡可能均勾，此會係 :最佳情況’尤錢對於高電流，因為可從該電極操取大 多數容量。此可以係藉由在正電極與負電極兩者的高度係 固定時正電極與負_厚度之比率來控制，而可以係表 示為下式： Z〇a,=Z°Cu*(Pai*x〇Cu)/( PCu*X〇ai) [5] 其中z〇AI係該正收集器羯之厚度，z、係該負收集器猪 :厚度，PAI係該正收集_料之電阻率，Μ係該負收 集“材料之電阻率，X、係該負電極之高度，而心係 該正電極之高度。 在某些具體實施例中，λ之值可以係〇 j、〇 2、〇 5、 200952242 〇·1、0.2、0.5歐姆《此類值可取自針對脈衝4之測量出的 總極化（在10s)並扣除收集器電阻。 可將一導電柄連接至一電流收集器箔而使得該導電柄可 從該電流收集器突伸。在一實施方案中，可將一導電柄連 接至該連接器箔而使得該導電柄之長度可平行於該x轴， 從而可導致該導電柄之長度與該收集器箔之長度正交。在 此實施方案中，該導電柄之長度可能大於該收集器箔之高 Ο ❹ 度以使得該導電柄可覆蓋該收集器之整個高度，並可突伸 超過該收集器箔之高度。 在一實施方案中’該導電柄可突伸超過該收集器箔之高 度以使其僅在一側上突伸。例如，若該收集器箔之高度為 2 cm，而該導電柄之長度為3 cm，則該導電柄之長度之^ cm可覆蓋該收集器箔而該導電柄之lcm可從該收集器箔突 伸，而不論該導電柄之丨cm可沿該χ轴突伸於該向上方向 上還係該向下方向上。 在一替代實施方案中，該導電柄可突伸超過該收集器箔 之尚度以使其在兩側上突伸。例如，若該收集器箔之高度 為2 cm，而該導電柄之長度為3 em，則該導電柄之長度之 2 cm可覆蓋該收集器箔而該導電柄之丨cm可從該收集器箔 突伸，以使得該導電柄之〇·5 em可沿該χ軸突伸於該向2 方向上而該導電柄之〇5 (：111可突伸於該向下方向上。戋 者，該導電柄可能不必以一對稱數量突伸，因此，例如， 沿該X轴，該導電柄之0·25 cm可突伸於該向上方向上而該 導電柄之0.75 cm可突伸於該向下方向上。 133606.doc -22- 200952242 在本發明之—替代具體實施例中，可將—導電柄連 = :=1^以使得可沿該羯之中心線相對於高度來對 〜、電柄。在此一情況下，若一較短導電柄係對稱 。於該連接器之一半高度處，則可使用該較短導電柄。 可使用任何長度之一導電柄，只要其係關於該收集器落之 =稱即可，，若該收集器箱之高度係，而該 ❹ 之長度係i cm，便可將該導電柄附著於該箱而使其 係關於該y軸對稱，而走 、 過該導電柄。^使得泊之。…能係在任-端超 收集器、’白的端上之導電柄若係處於一負與正電極之 :貝ί上’或者若其係處於該等電極之相對側上 能不保持此對稱。例如，若一 I、了 右导電柄處於一電極之頂部 上’而一導電柄處於另一電極 稱。此可導致在U 極之底#上’則可能不保持對 導致在Χ方向上該電流收集器電阻之一增加。 =本發明之—替代具體實施例中，可將該等導電柄連接 至該電流收集器以使其與 — 導電柄可包含連接例如，該等 X軸偏仃10度。或者， 如，連接至”二 身可能並非筆直。例 X軸，但從該收集器箱千：於該 為與該χ軸成—定““電柄之4分可以係定向 的電池單元内 ^ 、些實施方案中’在-經裝配 該電池單元時。们士人 矛零曲或捲曲’例如在裝配 , ^、〇σ可能並非完全正交的導電柄而應用 本發明之任何具體實施例。 等電柄而應用 133606.doc -23· 200952242 t在本發明之某些具體實施例中，任何導電柄之長度可能 皆相同。在本發明之—替代具體實施例中，該等導電柄之 長度可能變化’即使在該等導電柄可以係連 情況下》 沒心 圖2顯示依據本發明之一 具體實施例包括一對收集器箔 /、 對連接至該等荡的導雷；φ n夕且电 $電柄之-電池。可沿-電流收集 之長度以同間隔配置㈣柄。在本發 Ο 施例中，可將-導電柄連接至—收集㈣。—具體實 在本發明之一具體實施 至在-端之—負收隼^ ^㈣極導電柄連接 …可將-正電極導電柄連接至 在另一端之一正收集器謂。例如，若一負 一負箔之前端或左端， 電柄位於 尾端或右端。或者，若一負雷搞… J位於4正泊之 附著於-負落，則可蔣_電極導電柄係於該尾端或右端 接至令正二乂士 正電極導電柄於該前端或左端連 接至》亥正泊。在本發明之一 柄連接至亨笔夕n U實施例中’可將導電 正電極導電柄兩者分別連^二將—負電極導電柄與-端。 刀別連接至該負箱與正箱之前端或左 ::本發明之另一具體實施例，從 導電柄可沿不同ig尤& ^ + 寸叹果洎犬伸的 … 相反方向上突伸。例如，可將，望道 電柄配置成使得所有該等負電 、了將該專導 X軸向下指明& 、 電柄可沿该收集器箔之 ㈣下心明而同時所有該等正 荡之X軸向上指明。在 》電柄了沿該收集器 成使得所有該等負電m 例中’可將該等導電柄配置 等負電極導電柄可沿該收集器 i33606.doc -24- 200952242 月而同時所有該等正電極導電八 向下指明。 可沿該收集器箔之X轴 相=向從：㈣:㈣伸之所有導電柄可沿_在 正導電柄)可:二:：，所有該等導電-(咖 該等電流收隼 所有該等導電柄（包括該等;與正^向上指明。同樣’ 流收集器箱之X軸向下指明 電極導電柄)可沿該等電 =發明之另一具體實施例中，該等導電柄可在不同方 向之任何組合上從該等收 φ ^ g? „ 、 突伸。例如，可將該等導 =成使得該等負電極導電柄之某些導電柄可向上二 導電而該等正電極導電柄之某些 導電柄可向上指明而某些導電柄可向下指明。 至二:Γ:具體實施例中，可將一負電極導電柄連接 在端之一負電極而可將-正電極導電柄連接至在另一 端之:正電極，而使得該負電極導電柄沿該電極之X轴突 伸於-方向上’而該正電極導電柄沿該電極之X轴突伸於 另一方向上。例如’如圖2所示’一陽極導電柄可以係連 接於該陽極之左端並可以係向下指明，而同時一陰極導電 柄可以係連接於一陰極之右端並可以係向上指明。 圖3顯示依據本發明之一具體實施例包括一對收集器 箔、一對連接至該等收集器箔的導電柄及將該等收集器箔 分離的分離層之一電池β ' 該等電極可以係藉由該等電極之間的一或多個分離層來 分離，以使得可將該等分離層佈置於一正收集器箔與一負 133606.doc 25· 200952242 收集器落之間。在某些 以係與一正收隼；：體實施例中’-或多個分離層可 3解說連接至具有一塗居：集器难相鄰而佈置。例如’圖 ^ Ur 、層之一陽極收集器箔之一陽極導電 柄該陽極收集器箔係與—分 具有-陰極導電柄一離層相鄰’該分離層亦係與 丢極收集器箔相鄰，該陰極收集器 >白亦係與另一分離層相鄰。 大層可具有防止該正電極與負電極彼此接觸之一 /、= 例如，在其中該等電極係矩形形狀之-情況 下，該等分離層可以係具有 寸的矩形形狀以令該等 電=彼此不接觸。在另-範例中，在其中該等電極係 一:狀m下’該等分離層可以係具枝夠尺寸之 :帶形狀以令該等電極保持不接觸。該等分離層可由一可 =離該等電極而同時允許離子穿過之材料製成。該等分離 係藉由—可對離子（例如鍾離子）具有滲透性之電解 質來k潰。 Ο 在本發明之-具體實施例中，1流路徑可使得一電流 可從-導電柄流經一連接的收集器落，接著流經一分離 層，接著透過另一收集器荡流向另一導電柄。流動方向可 取決於-電池係正在充電還係正在放電。例如，當一電池 正在充電時’該電流可透過該正電極導電柄流入，而驅使 在該正電極上的正離子透過該分離層移動至該負電極從 而可進-步驅使該電流流經該負電極導電柄，因為電子在 相反方向上流動。當該電池正在放電時，該電流可在相反 方向上流動，因此該電流可透過該負電極導電柄流入到該 -26- 133606.doc 200952242 負電極内’而驅使正離子透過該分離層流向該正電極 而可進-步驅使該電流流經該正電極導電柄，因該等電= 在相反方向上流動。在本發明之某些具體實施例中， 正離子可以係鐘離子。 圖4顯示依據本發明之-具體實施例包括一對電極之一 次要電池，其中該等電極之—電極具有兩個導電柄，而另 一電極具有一導電柄。 ❹ 可將一或多個導電柄連接至-電極以便使不合需要的電 流收集器電阻最小化。在一最 跨該電極的整個長度…：=，該電流可能係橫 旦 滅均勾從而可導致從該電極操取大 多數谷里。該收集器笛之電流密度可取決於佈置於該電極 上的導電柄之組態。若多個導電柄係在該縱向方向上 該則關於該電極之中心對稱配置，則可使用多個導電 柄。因此’可沿該等電極之長度使用多個導電柄。 一在具體實施例中，可沿該縱向方向而關於該等電極之 I電極之中心對稱配置多個導電柄。例如，該等電極之一 極可具有兩個導電柄，而另一電極可具有一導電柄。例 等端ϋ兩個負電極導電柄連接於一負電極之端，其尹該 極的:疋義於該乂轴方向上。可將此配置與連接於一正電 ㈣方向上。或者二合，其中該中心係定義於該 極之端，而可將者—負可:兩個正電極導電柄連接於一正電 在 負電極連接於一負電極之中心。 接於—實施方案中’可將兩個負電極導電柄沿該y方向連 負電極之端而使得該等兩個負電極導電柄沿該X方 I33606.doc -27· 200952242 向:下突伸，而同時可將一正電極導電柄沿”方向連接 於一正電極之中心而使得該正電極導電柄可沿心 下指明。 。在=發明之_具體實施例中，—電流路徑可使得一電流 彳從—導電相流經一連接的電極，接著流經-分離層，接 #透過另-電極流向該另一電極之另一導電柄。當存在多 狄導電二時，一電流可從一電極之導電柄流向該收集器 ❻ *著流經-分離層’接著透過該另-電極流向該另一 電極之其他導電柄。 該流動方向可取決於一電池係正在充電還係正在放電。 |]如$ 1；池正在充電時，該電流可透過該正電極導電 柄流入，而驅使在該正電極上的正離子透過該分離層移動 至該負電極，從而可進一步驅使該電流透過該負電極流向 在任一端處的兩個負電極導電柄，因為該等電子在相反方 向上流動。當該電池正在放電時，該電流可在相反方向上 ❹ &動，因此該電流可透過在該負電極之兩端處的負電極導 電柄机入到該負電極内，而.驅使正離子透過該分離層流向 豸正電極’從而可進-步驅使該電流透過該正電極流向位 於該電極的中心之正電極導電柄，因該等電子在相反方向 上流動。 圖5顯示依據本發明之另-具體實施例包括-對電極之 一次要電池’其中三個導電柄係連接至該等電極之一電 極，而兩個導電柄係連接至另一電極。例如，三個負電極 導電柄可以係連接於-負電極之端及該負電極之中心而 133606.doc -28- 200952242 同時兩個正電極導電柄可以係連接至一正電極以使其鱼該 正電極之端及該正電極之中 道帝， “係等距。或者，三個負電極 :電：可以係在該長方向上連接於一正電極之端及該正電 極之中心，而同時兩個負電極導電柄可以係連接至一負電 極以使其與該負電極之端及該負電極之中心係等距。、

在實施方案中，可將二個陽極導電柄沿該y方向連接 於一陽極收集㈣之端而使得該等三個陽極導電柄沿心 方向向下突伸’而同時可㈣個陰極導電柄連接於一陽極 而使其沿”方向與該陰極收集器的端及該陰極的中心係 等距’以使得該等陰極導電柄可沿該#向向上指明。該 等距離可使得可將該等陰極導電柄配置成使a=w 而可將該等陽極導電柄配置成使E=Fe 在本發明之其他具體實施例中，可使用任何數目的導電 柄，只要其係沿該長度方向關於料電極之—電極之中心 對稱配置即可。具有多個導電柄之類似配置可引起電流收 集器阻抗之進-步降低’而同時保持針對該等電極之一實 質上均勻的電流密度。 類似於先前實施方案，若一電極具有n個數目的導電 柄，其中η係任何大於1的整數，則3 一電極可具有沿該長 度方向關於該等電極的中心對稱配置之n-1個數目的導電 柄。因此，類似於先前實施方案，可將一對電極分別連接 至五個導電柄與四個導電柄、分別連接至九個導電柄與八 個導電柄、分別連接至十五個導電柄與十四個導電柄、分 別連接至二十個導電柄與十九個導電柄、分別連接至三十 133606.doc -29- 200952242 至五十個與四十 個導電柄與二十九個導電柄或者分別連接 九個導電柄。 :沿該y軸對稱配置此類多個導電柄。在某些具體實施 /，連接至-第-電極的導電柄可被定位以與電連接至 δ亥第二電極的導電柄相對 产甘Λ ^丨於具之間。在某些具體實施 例中，在該第-電極上的導電柄可以係介於連接至該第二 電極的導電柄之間以使其與在該另—電極上的最近導電柄

在某些替代具體實施例中’可將導電柄位置修改一定數 量以使其並非沿該y軸對稱配置。可因一果凍卷餅之内部 與外部纏繞之不對稱而修改該等導電柄位置。可以一在導 電柄之間可存在相等的電極堆疊之方式修改該等導電柄位 置。選擇導電柄位置之方法可受該等電極及分離層的厚度 之影響。例如，可將該導電柄位置選擇成使得在纏繞後該 等導電柄可位於該果柬卷餅的周邊之相同區段。 在本發明之另一具體實施例中，可將該第一電流收集器 及該第二電流收集器連接至11個數目的導電柄，其中n係任 何大於零之整數。在該等第一及第二電極上的導電柄可以 係附著成使其係均勻間隔開^該等電極可具有一前端與一 尾端，其中該前端與該尾端係處於該等電極之相對端。例 如，長度L的第一電極可具有於該電極之前端連接至其之 一導電柄。一第二導電柄可以係於2*Ll(2n-l)之一距離處 連接至該第一電極。一第三導電柄可以係於 之一距離處連接至該第一電極，以此類推。因此，在p係 133606,doc -30· 200952242 從1至η的導電柄數目時， 今I 則第Ρ個導電柄可以係放置於自 該第-電極的刖端起2、·—“ ”處。 導電柄可以係配置於該筮_ 第一電極上而使其係自 尾端起以相同方式配置。因此“、 柄可舻拣姑甚执ώ 該第一電極之第ρ個導電 柄了靶係放置於自該第 氣He哲 電極的尾端起2*(ρ-1)π/(2η-υ 處觀看該第二電極的導電 該第ρ個導電柄放置於㈣第方式可以係可將 ❹ ❹ ”第—電極的前端起（2 (2η-1)處。因此，可传媒道 導電柄交替地均勻間隔於該等第 一與第二電極之間。 圖6顯示其中一次要電池包括—對電極之—實施方案， ^中依據本發明之另一實施方案兩個導電柄係連接至該等 玉之-電極而兩個導電柄係連接至另一電流電極。例 如’可將兩個負導電柄於—自带 守电柄於負電極之前端及自該電極的前 端（2/3的長度處連接至該負電極而同時可將兩個正導 電柄連接至-正電極以使其處於該正電極之尾端及自該正 電極的尾端起2/3的長度處。該等導電柄可經配置成使其 係交替地均勻間隔於該等負與正電極之間而使得A=b=c。、 圖7顯示其中一次要電池包括一對電極之另一實施方 案γ其中依據本發明之另一實施方案三個導電柄係連接至 該等電極之一電極而三個導電柄係連接至另一電極。例 =，三個負導電柄可以係於一負電極之前端、自該電極的 前端起2/5的長度處及自該電極的前端起4/5的長度處連接 至該負電極，而三個正導電柄可以係連接至一正電極而使 其係處於該正電極之尾端、自該正電極的尾端起2/5的長 133606.doc 200952242 度處及自該電極的尾端起4/5的長度處。該等導電柄可經 配置成使其係交替地均勾間隔於該等負與正電極之間而使 得 A=B=C=D==E 〇 在本發明之另-替代具體實施例中’若—第—電極具有 η個數目的導電柄，其中係 - Υ η係任何大於1的整數，則一第二 電極可具有η個數目的導電柄 守电柄，其中m係任何小於或等於η 而大於零的整數β例如，可技 u. ja J 了將一對收集器導電柄分別連接 至6個導電柄與3個導雷細、八& 0 守€柄刀別連接至6個導電柄與2個導 電柄、分別連接至8個導電柄與4個導電柄以此類推，不 逐一列舉。 本發明可提供可由且右遵l ，、有等電柄的兩個或更多電極形成之 -電池。該等電極在若干不同配置中可具有一塗層且可以 係配置有分離層。 在本發明之某些具體實施例中’可形成具有複數個配置 於一堆疊中的電極之-電池。此類堆叠可以係配置成使得 〇 彳存在具有至少-導電柄之-正電極、-分離層、具有至 夕一導電柄之-負電極、另__分離層並接著重複之交替的 層。圖8顯示自該側起及自該頂部起的堆疊電極之一範 Μ。此類電極堆疊可併人本文所述的該等導電柄組態之任 何組態及其組合。圖9顯示具有各種導電柄組態的電極之 範例Α與Β。此類電極可以係配置於一堆疊中。 在某些其他具體實施例中，一帶形電極可以係將其自身 螺旋形纏繞成使得該帶形電收集器之側產生一齊平的纏繞 端表面來層壓於一果凍卷餅組態中以形成一電池。此類帶 133606.doc -32- 200952242 可以係不同尺寸，例如長度及厚度及高度，此可產生在一 變化直徑的果凍卷餅組態中之一電池。例如，螺旋形纏繞 的果凍卷餅電池可具有範圍從n mm至10 cm之直徑。電 池可具有約 0.1 mm、1 mm、5 mm、10 mm、17.4 mm、26 mm、3 1 mm ' 41 mm、50 mm或10 cm之直徑。在本發明之 某些具體實施例中，該等果凍卷餅電池可以係圓形斷面， 或者可以係與其他斷面（例如橢圓、矩形或任何其他形狀） ❹ 螺旋形纏繞。螺旋形纏繞的電流收集器可併入本文所述的 該等導電柄組態之任何組態及其組合。 圖10A及圖10B顯示具有在一第一電極上的兩個導電柄 與在一第二電極上的一導電柄之一果凍卷餅組態之一範 例，其中在該第一電極上的導電柄突伸於一方向上，而在 該第二電極上的導電柄突伸於另一方向上。圖1〇c及圖 10D顯示具有在一第一電極上的三個導電柄與在一第二電 極上的兩個導電柄之一果凍卷餅組態之另一範例，其中在 Ο 該第一電極上的導電柄突伸於一方向上，而在該第二電極 上的導電柄突伸於另一方向上。 在本發明之某些具體實施例中，該電池可以係可再充電 4電池，例如一鋰離子電池、—鋰聚合物電池、一鎳鎘電 池、一錄金屬A化物電池或1酸電池。在某些實例中， 該電池可具有一圓柱形電池格式，或一棱形電池單元格式 (w如I8650圓柱形電池單元格式、26650圓柱形電池單 格式31650圓柱形電池單元格式或63345〇棱形電池單 元格式》) 133606.doc -33· 200952242 如先前所述，-電池之電流收集器猪可具有若干形狀及 大小。例如’該電流收集器箔可以係矩形形狀且可具有一 特疋阿度、長度及厚度。同#，該電流收集器羯可以係帶 形’其可類似於其中-該長度可能遠遠超過該高度及厚度 之矩形。或者’該收集器箔可具有可允許其在一電池内發 揮功此之任何形狀或組態。 ❹

在某些具體實施例中，該等收集器羯可具有各種尺寸。 一收集器羯可以係可使其能夠在—電池内發揮功能之任何 大小。在某些具體實施例中，該等正與負收集器箔可具有 不同：度。例如，-正落收集器可具有-54 mm之高度而 負治收集器可具有-56 mm之高度。在替代具體實施例 中’該等正與負收集器箱可具有相同高度。 在某些具體實施例中，該等正與負收集器可具有不同 長度例如，一正箔收集器可具有一 6〇〇 mm之長度而一負 泊收集器可具有一 632 mm之長度。在替代具體實施例中， 該等正與負收集器羯可具有相同長度。在本發明之某些具 實施例中，該等正與負收集器箱之長度可使得可令該等 電極螺旋形纏繞以形成—果;東卷餅組態以至於該等果束卷 餅電池可具有各種直徑，如先前所述。果;東卷餅直徑亦可 Μ有不同斷面形狀之職形纏繞電極。例如，一概 圓形果東卷餅可具有一 6 mm之短直徑與-36 mm之長直 徑。 該等刀離層可具有防止該正電極與負電極彼此接觸之一 大】及形狀。例如，在其中該等收集器猪係矩形形狀之- 133606.doc -34- 200952242 慣沉下，該等分離層亦可以係矩形形狀且可具有足 以令該等電極保持彼此不接觸。在另—範例中，在其中該 等電極係-帶形狀之_情況下，該等分離層亦可以係 足夠尺寸之一帶形狀以令該等電極保持不接觸。該等㈣ 層可以係各種厚度。例如，一分離層可具有範圍從5 _至 _ ㈣之-厚度，例如約 5μιη、10μπι、20μηι、25μιη、 3〇 μιη、40 μηι、7〇 帥或 1〇〇 μιη之—厚度。 ❹ ❹ 一電池可包括-正電極與—負電極。本發明之 Γ經選擇成使㈣正收集^有-狀厚度且該負^ 集器落具有:預定厚度之正與負收集器羯，接著塗布該等 广該等正與負收_可以係形成為具有 數關°可與該等正與負㈣^之預定厚度成函 U ^儿之預定電阻。在-具體實施例 1 Μ定該電池單元電阻之函數可使得該電池單 阻係-電流收集器電阻與一電化學電阻之和。 阻一：流收集器電阻可以係沿-收集器荡流動的電流之電 一電流收集器電阻可取決於收集器簿厚度。一電化學 電阻可包括來自在一雷姊留学 與非法拉… 各種法拉第(Faradaic)

序之歐姆（ohmic)與非歐姆阻抗。此類阻抗 可包括固相傳導、知工M 子間連接、電解質電阻及濃差極化效 攀器學電阻可取決於收集器落厚度，以至於若一收 杲器泊過厚則該收集器箔之一 積（例如-電池單元罐W 較】長度了適配於-給定體 學電阻… 且該電極面積可較小而該電化 同。增加電流收集器電阻或電化學電阻可增加 133606.doc -35- 200952242 電池單元電阻並造成—電極之電 能受到影響。該等收集器落之 =低而一電池之效 令該電池單元電阻最小化。 又可經選擇成使得可 一正電極與一負電椏可… 而具有-相等電阻。例如，針對：：正與負收集器落厚度 負笛厚度，一正收集器笛之收集器=正难厚度及特定的 器箔之收集器箔電阻 …’電可等於-負收集

正荡之厚度騎” #明之某些具體實施例中，該 與負電極產生相等的電阻。 冑針對該等正 在某些實施方Μ，該關係可以係線性，而 Υ-α^Χ 其中X係正收隼炫度 收杲“厚度，而γ係負收集器 af物至™— .7之範圍内。 ❹ 了依據所選擇的收集器箔材料而變化。例如，在其 中該正收集器簿為紹而該負收集器笛為銅的本發明之一較 佳具體實施例中，a可以係0.6而使得γ=0.6*Χβ 如先前所不’圖1定義針對-收集器箔之-座標集合。 ，如早先針對等式⑴至[5]所述，當無因次參數k等於i 時:該等表達式可能與該收集㈣之長度無關，而因此該 電机可以係橫跨該收集器之整個長度而均勻。具有橫跨一 :極的長度之-均勻電流可能係一最佳情況，尤其係對於 同電流而言，因為可從該電極擷取大多數容量。此可以係 藉§^正電極與負電極箔厚度之比率來控制，如等式[5]所 ° 133606.doc •36- 200952242 電机在該等電極上的分佈可能受該電池之設計因數的影 響可能需I-均勻的電流分佈。該電流分佈彳能受針對 一給定大小電池單元的電池設計因數（例如，導電柄組 態：收集器落厚度及電極長度）之影響。一特定的導電柄 組態可以係在每-電極上之一單一導電柄，而該等導電柄 可處於該等電極之相對端。藉由此特定組態，電池設計之 程=可涉及決定兩個電極的負載與孔隙率及該等兩個收集 :自的厚纟旦決定此等項目，便可依據該電池單元外 殼的内部體積計算出可適配進一電池單元外殼的電極之最 大長度。收集器厚度之選擇可影響該電極之長度及該電極 ;面積’此進而可影響該電池之電化學阻抗及其他效能特 性，例如最大電流載送能力。 本發明之-態樣可提供藉由選擇具有—第—厚度之—正 收集器箔而選擇具有一笛_ ^ 第一厚度之一負收集器箔來形成具 ❹ =第製的::單元電阻之-電池，•中該等正與負收集 或更均勻的電流密度。該訂製的總 電阻與該電化學電阻其可以係該電流收集器 集器落厚度選接近^某下，當將正與負收 小化。 《接近1時’可使得電流收集器電阻最 在某些具體實施例中， 與該等正及負收集器藉由查看該訂製電池單元電阻 單元電阻。可選擇任又之間的關係來決㈣訂製電池 可正收集器箔厚度及負收集器箔厚 133606.doc •37· 200952242 度’以便產生一所需的訂製電池單元 π电心平冤阻。在某些具體實 施例中’該所需訂製電池單元電阻係 电丨1乐針對具有特定性質的 正及負電極之最小化的電池單元電阻。 範例 範例1

對於-電池單元群組，該正收集器係__。該正收集 器之高度係54mm ’厚度係27μηι’而電阻率〜係2 82前 6歐姆/，該負收集器係銅箱。該負收集器之高度係％ mm，厚度係16 μιη，而電阻率卩以係丨72χ1〇·6歐姆/cm。如 等式[4]所定義U係〇.98。該正收集器係塗布有—活性材 料，按重量計，該活性材料含有87 5%的uc〇〇2(i44 mAh/g可逆，d=5.05 g/cm3)、5% 的碳黑（d=19〇 §/咖3)及 7·5%的PVDF(d=1.73 g/cm3)。具有該塗層的正電極具有— 39%之孔隙率及15.4 mg/cm2之負載。該正電極具有一 54 mm之高度。該負箔收集器係塗布有一活性材料按重量 計，該活性材料含有91%的石墨（32〇 mAh/g可逆，d=222 g/cm3)、2% 的碳黑（0 mAh/g可逆，d=1 9〇 g/cm3)及 7%的 PVDF(d-l_73 g/cm3)。具有該塗層的負電極具有一 44%之 孔隙率及6·84 mg/cm2之負載。該負電極具有一 ％ mm之高 度。該分離層係25 μιη厚。該等電極及該等分離層係螺旋 形纏繞成一果凍卷餅組態，其内部直徑為3 mm而外部直徑 為17.4 mm。將該果凍卷餅插入一電池單元外殼。將該等 導電柄焊接至該等端子。藉由含有在EC/EMC(按重量計為 3:7)中之1.2 M LiPF0的7.5 g電解質來填充該電池單元外 133606.doc -38- 200952242 殼。密封該電池單元。 該電池單元經歷1 0秒鐘的直流電放電脈衝測試條件。該 等測試條件包括在一給定電流之十秒鐘脈衝及接下來在各 脈衝之間的120秒鐘閒置直至放電電壓達到2.5 V。脈衝數 目係用作該電池單元效能之一指示。藉由以下脈衝電流與 功率設定之每一者來測試在該群組中的八個電池單元： 30A、20A、1800 W/kg、1200 W/kg及 600 W/kg。30A、 20A及1800 W/kg之每一高汲取測試使用兩個電池單元而 600 W/kg與1200 W/kg之每一中等汲取測試使用一電池單 元。表1列出脈衝數目或平均數目之結果。 表1 名稱 Cu箔 厚度 A1箔 厚度 λ 30Α #的脈衝 20Α #的脈衝 1800 W/kg #的脈衝 1200 W/kg #的脈衝 600 W/kg #的脈衝 範例1 16 27 0.98 11.75 18.8 14.5 25.4 55.4 範例2 20 40 1.16 10.9 17.8 13.9 23.4 49.6 範例3 20 27 0.78 9.68 15.8 - - ❹ 範例2 對於一電池單元群組，該正收集器係一铭箔。該正收集 器之高度係54 mm，厚度係40 μπι，而電阻率pAI係2,82χ1(Γ6 歐姆/cm。該負收集器係銅箔。該負收集器之高度係56 111111，厚度係2〇0111，而電阻率？(：11係1.72父1〇4歐姆/(：111。如 等式[4]所定義之λ係1 · 1 6。該正收集器係塗布有一活性材 料，按重量計’該活性材料含有87.5°/()的LiCo02(144 mAh/g可逆，d=5.05 g/cm3)、5¾ 的碳黑（d=1.90 g/eni3)及 133606.doc -39- 200952242 7·5%的PVDF(d=1.73 g/cm3)。具有該塗層的正電極具有一 38.40/0之孔隙率及15·4 mg/cm2之負載。該正電極具有一 μ mm之高度。該負羯收集器係塗布有一活性材料按重量 計，該活性材料含有91%的石墨（32〇 mAh/g可逆，d=222 • g/Cm3)、2% 的碳黑（〇 mAh/g可逆，d=1.90 g/cm3m7% 的 PVDF(d=1.73 g/cm3)。具有該塗層的負電極具有一 45 8〇/。 之孔隙率及5.9 mg/cm2之負載。該負電極具有一 ％爪瓜之 〇 高度。該分離層係25 厚8該等電極及該等分離層係螺 旋形纏繞成一果凍卷餅組態，其内部直徑為3 mm而外部直 徑為17.4 mm。將該果凍卷餅插入一電池單元外殼。將該 等導電柄焊接至該等端子。藉由含有在EC/EMC(按重量計 為3:7)中之1.2 M LiPF6的7.46 g電解質來填充該電池單元 外殼。密封該電池單元。 s亥電池單元經歷1 〇秒鐘的直流電放電脈衝測試條件。該 等測試條件包括在一給定電流之十秒鐘脈衝及接下來在各 〇 脈衝之間的120秒鐘閒置直至放電電壓達到2.5 V。脈衝數 目係用作該電池單元效能之一指示。藉由以下脈衝電流與 功率設定之每一者來測試在該群組中的九個電池單元： 30A、20A、1800 W/kg、1200 W/kg及 600 W/kg » 30A、 2〇A、1200 W/kg及1800 W/kg之每一高汲取測試使用兩個 電池單元而600 W/kg之中等汲取測試使用一電池單元。表 1列出脈衝數目或平均數目之結果。該3〇A脈衝測試使用5 個電池單元，而該2〇a脈衝測試使用兩個電池單元。表1列 出脈衝數目或平均數目之結果。 133606.doc 200952242 範例3 對於一電池單元群組，該正收集器係鋁箔。該正收集器 之高度係54 mm，厚度係40 μιη，而電阻率ρΑ[係2 82χΐ〇·6 歐姆/cm。該負收集器係銅荡。該負收集器之高度係％ mm，厚度係20 ，而電阻率Pcu係^2x^6歐姆/cm。如 等式[4]所定義之^係〇_78。該正收集器係塗布有一活性材 料’按重量計，該活性材料含有87 5%的uc〇〇2(i44 mAh/g可逆，扣5.05 g/cm3)、5%的碳黑（d=19〇 g/cm3)及 7.5%的PVDF(d吐73 g/cm3)。具有該塗層的正電極具有一 40%之孔隙率及15.0 mg/cm2之負載。該正電極具有一 mm之高度。該負箔收集器係塗布有一活性材料按重量 計，該活性材料含有91%的石墨（320 mAh/g可逆，d=222 g/cm )、2% 的碳黑（〇 mAh/g可逆，d=1.90 g/cm3)及 7%的 PVDF(d=1.73 g/cm3)。具有該塗層的負電極具有一45%之 孔隙率及5.8 mg/cm2之負載。該負電極具有一 56 mm之高 φ 度。該分離層係25 厚。該等電極及該等分離層係螺旋 纏繞成一果凍卷餅組態，其内部直徑為3 mm而外部直徑為 17·4 mm。將該果凍卷餅插入一電池單元外殼。將該等導 電柄焊接至該等端子。藉由含有在EC/EMC(按重量計為 3:7)中之1.2 M LiPFe的8.15 g電解質來填充該電池單元外 殼。密封該電池單元。 該電池單元經歷1 〇秒鐘的直流電放電脈衝測試條件。該 等測試條件包括在一給定電流之十秒鐘脈衝及接下來在每 一脈衝之間的120秒鐘閒置直至放電電壓達到2 5 v。該脈 133606.doc -41 - 200952242 衝數目係用作該電池單元效能之一指示。藉由以下脈衝電 流及功率設定之每一者來測試在該群組中的七個電池單 元：30Α與20Α。該30Α脈衝測試使用5個電池單元，而詨 20 Α脈衝測試使用兩個電池單元。表1列出脈衝平均數目之 結果。 如先前所述，當λ等於一時’該電流係橫跨一收集器之 長度而盡可能均勻。一其中；1盡可能緊密接近丨之電池單元 ❹ 可能較佳，尤其對於高電流而言，在此情況下可從該電極 擷取大多數容量。該收集器箔厚度可經選擇為使λ最佳 化。 從前述内容可瞭解，儘管已解說並說明特定實施方案， 但可對其作各種修改，而本文預期各種修改。亦不期望本 發明受限於本說明書内所提供之特定範例。儘管已參考前 述說明書來說明本發明，但本文對該等較佳具體實施例之 說明及解說並非旨在從一限制角度加以解釋。此外應瞭 Φ 解，本發明之所有態樣不限於該等特定說明、本文所提出 取決於各種條件及變數的組態或相對比例。熟習此項技 術者會明白本發明之具體實施例之形式及細節之各種修 改因此，預期本發明亦將涵蓋任何此類修改、變更及等 ' 效方案。 【圖式簡單說明】 可藉由參考提出解說性具體實施例之以下詳細說明及附 圖來進一步說明本發明之特徵及優點。 圖1定義針對一收集器箔之一座標集合。 133606.doc •42· 200952242 圖2顯示包括一對收集器落與一對連接至該等荡的導電 柄之一電池。 圖3顯示包括-對收集器落、—對連接至該等收集器笛 的導電柄及將該等收集！^分離的分離層之―電池了… 圖4顯示包括一對電流收集器落之一次要電池，其中兩 個導電柄係連接至該等電流收集器羯之一者，而—導電柄 係連接至另一電流收集器箔。

圖5顯示包括-對電流收集器笛之一次要電池，其中三 個導電柄係連接至該等電流收华 队呆，自之者，而兩個導電 柄係連接至另一電流收集器落。 圖6顯示包括一對電極之一 次要電池，其中兩個導電柄 係連接至該等電流收集器之一者 考而兩個導電柄係連接至 另一電流收集器。 圖7顯示包括-對電極之—次要電池，其中三個導電柄 係連接至該等電流收㈣之—者，而三個導電柄 另一電流收集器。 圖8顯示正電極、負㈣及分離層的堆叠之-範例 圖9顯示具有導電柄的收集器箔之一堆疊之範例。 電柄 一範 圖及圖刚顯示具有在一收集器箱上的兩個 與在另-收集器荡上的一導電柄之，卷 例。 收集器箔上的三個導電柄 柄之一果凍卷餅組態之另 圖10C及圖10D顯示具有在一 與在另一收集器箔上的兩個導電 一範例。 133606.doc -43·

Claims (1)

1. 200952242 十、申請專利範圍： 1 · 一種電池，其包含： 一對電流收集器箔，其包括一負收集器箔與一正收集 器/自母一 ··治係形成為具有一個別高度（匕）；以及 電連接至該對電流收集器落之一電流收集器落的複數 個導電柄，及電連接至該對電流收集器fg之該另一電流 ❹ 收集器箱的複數個導電柄，該等導電柄係形成為具有一 長度⑴並從該對收集器箔突伸。 2. 如請求項1之電池，盆 八中該等導電柄之該長度⑴大於該 對電流收集器箔之該高度（h)。 3. 如請求们之電池’其中該負收集器羯係由銅形成。 4. 如請求们之電池，其中該正收集器落係由銘形成。 5. ::求項1之電池’其中該等收集器簿之-者係形成為 具有五（5)個導電柄，而該 妙 ⑷個導電柄。 收集“係形成為具有四 “請求们之電池，其中該等收集器落 具有五（4)個導電柄， ㈣$成為 ⑺個導電柄。"該另-收集器㈣形成為具有四 :求項1之電池’其中該等收集器箔之一者係 具有三個(3)導電柄，而該另— 、成為 個（2)導電柄。 ό冶係形成為具有兩 8.如請求項丨之電池，其 具有兩個⑺導電柄，而；集器荡之一者係形成為 個⑺導電柄。 〜另―收集器箱係形成為具有兩 133606.doc 200952242 9.如請求項5、6、7或8之電池，其中該等導電柄係彼此等 距地交替配置。 如請求们之電池，其中來自該等收集器笛之一者的該 等導電柄係在相對於來自該另一收集器箔的該等導電柄 之該相反方向上突伸。 η·如請求項1之電池，Μ該對電流收集器荡係捲成一 18 mm直徑果凍卷餅組態。 〇 I2.如請求項1之電池，其中該對電流收集器羯係捲成一25 至26 mm直徑果凍卷餅組態。 13.如請求項丨之電池，其中該對電流收集器箔係捲成一31 mm直徑果凍卷餅組態。 14_如請求之電池，其中該對電流收集器箔係捲成一41 mm直徑果凍卷餅組態。 15.如凊求項丄之電池，其中該電流收集器係捲成在一 i865〇 電池單元内之一圓柱形果凍卷餅組態。 〇 16.如請求項1之電池’其中該電流收集器係捲成在一 633450稜形電池單元内之一橢圓形果凍卷餅組態。 17_如請求項丨之電池，其中該電流收集器進一步包含介於 電流收集器箔之間的至少一分離層。 18.如請求項丨之電池，其中如上所述之複數個電流收集器 白係配置於一堆叠中。 19·如請求項1之電池，其中該等收集器箔之至少一者進一 步包含至少一個塗層，該至少一個塗層包括一活性材 料0 133606.doc -2 - 200952242 20. —種次要電池，其包含： 一第一電流收集器箔與—第一雷& 弗—電机收集器箔；以及 電連接至該第一電流收隼g 电飞叹m器治之至少兩個導電柄， 電連接至該第二電流收隼罴炫 印电肌叹果器泊之至少兩個導電柄，其中 電連接至該第—電流㈣Μ之該等導電柄經以立而與 電連接至該m收集器㈣該等導電柄相對且介於 其之間。 © 21.如請求項20之次要電池，其中該第-電流收集器箱及該 第-電流收集器羯係彼此相對而定位並組合為形成一電 流收集器單元。 22·如請求項21之次要電池’其中該電流收集器單元之該等 導電柄係沿一沿該電流收集器單元之一長度形成的丫袖 而等距間隔開’而其中該等導電柄係交替指向於背離該 電流收集器單元之實質上相對的方向。 23.如請求項21之次要電池，其中該電流收集器單元包括定 〇 位於一交替上下組態中之等距間隔開的導電柄。 24·如請求項21之次要電池，其中該電流收集器單元係捲成 一果凍卷餅組態。 25.如凊求項21之次要電池，其中來自該第一電流收集器箔 與該第—電流收集器之該等導電柄係沿一沿該電流收集 器單疋的該長度形成之y軸的彼此之非鏡面反射影像。 26_如請求項2〇之次要電池，其中該等導電柄係定位成使得 在該等導電柄之間存在相等的電極堆叠。 27.如請求項2〇之次要電池，其中該等收集器箔之一者係形 133606.doc 200952242 成為具有五（5)個導電柄， 四（4)個導電柄。 而另 一收集器箔係形 成為具有 28. ' 29. ❹30. 3 1. 32. Ο 33. 34. 35. 36. 其中該等收集器箔之〜玉 又者係形 而另-收集器箔係形成為具有 如請求項20之次要電池， 成為具有五（4)個導電柄， 四（3)個導電柄。 如請求項20之次要電池 成為具有三（3)個導電柄 有兩（2)個導電柄。 如請求項20之次要電池 成為具有兩（2)個導電柄 有兩（2)個導電柄。 其中該等收集以之—者係形 而該另一收集器箱係形成為具 其中該等㈣Μ之—者係形 而該另一收集器箱係 '形成為具 如請求項20之次要電池，其 ± e ^ 導電柄係形成為具 有一長度⑴且從一收隼^ L 叹溧I白犬伸，其中該導電柄之 度⑴係大於該電流收集器落之該高度（h)。 -種製造-電池之方法，其包含下列步驟： 選擇一負收集器猪與一正收集器落；以及 分別形成具有預定厚度之哕备必隹明斤^ 叶又<这負收集器箔與該正收集器 络，其中該負收集器箔與正收隼哭吱目士念# 怃果器泊具有實質上相等的 收集器箔電阻。 如請求項32之方法，其中該負收集器ϋ係由銅形成。 如请求項32之方法，其中該正收集器落係由紹形成。 如請求項32之方法，其中該負收集器箱之該厚度係該正 收集器箔之該厚度的60%。 一種製造一電池之方法，其包含下列步驟： 133606.doc 200952242 選擇一負收集器箔與一正收集器箔；以及 #分別形成具有預定厚度之該負收集器猪與該正收集器 /1其中該負收集器箱與正收集器羯之該電流係橫跨其 整個長度而實質上均勻。 37· -種形成具有一訂製的總電池單元電阻之一次要電池的 方法’其包含該等下列步驟： 選擇以一厚度（tl)形成之一負電極； ❹ G 選擇以厚度（t2)形成之一正電極；以及 其中（tl)及（t2)係歸於預定範圍内之選定厚度以提供 對該次要電池之一訂製的總電池單元電阻。 38·如請求項37之方法，其中該負電極係由-負收集器落盘 一負塗層所形成。 〜 39.如^項37之方法，其中該正電極係由一正收集 一正塗層所形成。 ，、 40.2求項37之方法，其t(u)與⑼係選擇成 與該正電極具有相等的收集器笛電阻。 員電極 41.如請求項37之方法，其中（U)與（t2)传選擇成 蹈電阻成使該負電極 ” f f 之9〇%，或該正電極落電阻係 通貝電極洎電阻之9〇%。 尔 月求項3 7之方法，其中⑴）與（t2)係選擇成使节g 箔電阻悍珉便該負電極 亨倉雷/ 箱電阻之95%，或該正電極箱電阻你 該負電極箔電阻之95%。 電阻係 :求項37之方法，其中（tl)=〇.6*(t2)。 44.如請求項 方法，其中（tl)與（t2)係選擇成使—^參數 133606.doc 200952242 外〕·如靖 , 37 + 總電池置-方法’其中（tl)與（t2)係選擇成使該訂製的 乎元電阻最小化。 46·如請衣項37之 可以係橫&&法，其中（tl)與（t2)係選擇成使得該電流 勻。 、電極與該正電極的該整個長度而實質上均

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