TWI459621B - 具非對稱端子之電池設計 - Google Patents

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Description

具非對稱端子之電池設計
本發明大體而言是關於一種電化學電池。特定而言，本發明是關於一種電化學電池之功率端子(power terminal)之設計。
電化學電池可例如為稜柱形電池或圓柱形電池。稜柱形電池(例如，稜柱形鋰離子電池(lithium ion cell))包含堆疊在一起之陰極以及陽極片或板，而在圓柱形電池中電極片(electrode sheet)捲成圓柱形結構。電極片由非導電層分離且密封於電池封殼(cell enclosure)內。通常，習知稜柱形電池具有兩個功率端子或延伸翼片(正端子以及負端子)，其安置在電池之一端或兩個相對端。延伸翼片可自附接至電極之集電翼片(current collecting tab)延伸。正與負延伸翼片通常由不同材料製成。舉例而言，延伸翼片常由鋁(正)以及銅(負)或鎳(負)製成。
習知稜柱形電池具有在大小上對稱之延伸翼片(即，正與負延伸翼片之尺寸相同)。圖1A、1B以及1C分別說明現有技術稜柱形電池102、104以及106。如圖示，延伸翼片(電池102之端子112a、112b、電池104之端子114a、114b以及電池106之端子116a、116b)之尺寸對於每一電池而言大致相同。
當電池之正延伸翼片以及負延伸翼片上之電流足夠高時，兩個延伸翼片中之焦耳加熱相對於向端子外之熱傳導帶來之熱傳遞而變顯著。因為兩個延伸翼片由具有不同電阻率以及熱傳導性之不同材料構成，所以由電流引起之兩個延伸翼片上之熱積聚不同。因此，由具有固有不同之熱以及電性質之材料製成的對稱延伸翼片之溫度將不同，且一個延伸翼片或端子在電池壽命期間將具有較高溫度。此溫度差取決於實際循環電流以及電池所暴露之熱環境，但可能較大且可能為電池效能相對於電池壽命及/或行為之限制性因數。此問題在電池經受諸如低電阻外部短路之惡劣條件時尤其顯著。因此，需要一種減小電池溫度差(及/或最大電池溫度)之電池設計。
本發明提供一種具有非對稱功率端子之電池。在一些實施例中，正端子以及負端子(以及對應之集電翼片)之大小經選擇為與其各自構造材料之電阻率以及熱傳導率成比例。此設計減小電化學電池內之溫度差。電化學電池內之最大溫度(即，電池中最熱點之溫度)亦減小。
在一些實施例中，稜柱形電池包含多個正電極以及負電極。附接至正電極之功率端子或延伸翼片可由與正電極之電以及化學性質相當之第一導電材料製成，且附接至負電極之功率端子或延伸翼片可由與負電極之電以及化學性質相當之第二導電材料製成。在鋰離子電池中，正延伸翼片可為鋁且負延伸翼片可為鎳或銅。對於這些延伸翼片組合(例如，Al/Cu或AlMi)，負延伸翼片之橫截面積可選擇為正延伸翼片之橫截面積的大約2/3。在一項實施例中，正與負延伸翼片之厚度相同，而負延伸翼片之寬度經選擇為正延伸翼片之寬度的大約2/3。稜柱形電池可例如為鋰離子電池。
根據本發明之例示性態樣，提供一種電化學電池，其具有多個正與負電極片。電極片各具有集電翼片。正端子或延伸翼片自所述正電極片之所述集電翼片延伸，且負端子或延伸翼片自所述負電極片之所述集電翼片延伸。所述正延伸翼片之橫截面積不同於所述負延伸翼片之橫截面積。電極片包含處於片之表面上的活性材料(active material)，而電極片之形成集電翼片之部分未由活性材料覆蓋。
根據本發明之另一例示性態樣，提供一種鋰電池，其包括具有集電翼片之多個正電極片以及具有集電翼片之多個負電極片。電池之電解質與正以及負電極片離子接觸。正端子或延伸翼片自所述正電極片之所述集電翼片延伸，且負端子或延伸翼片自所述負電極片之所述集電翼片延伸。袋封閉所述正電極片以及所述負電極片。所述袋圍繞所述正電極片以及所述負電極片密封，使得所述正延伸翼片以及所述負延伸翼片自內部延伸至所述袋之外。所述正延伸翼片之橫截面積不同於所述負端子之橫截面積。
根據本發明之又一例示性態樣，提供一種製造電化學電池之方法。所述方法包括提供具有集電翼片之多個正電極片，以及提供具有集電翼片之多個負電極片。所述方法更包含：自所述正電極片之所述集電翼片延伸正端子或延伸翼片；以及自所述負電極片之所述集電翼片延伸負端子或延伸翼片。基於用於所述延伸翼片之材料的諸如電阻率以及熱傳導率之性質將所述正延伸翼片之橫截面積選擇為不同於所述負延伸翼片之橫截面積。
在一實施例中，所述正與負延伸翼片之尺寸包括寬度以及厚度。所述正延伸翼片之寬度可不同於所述負延伸翼片之寬度。類似地，所述正延伸翼片之厚度可不同於所述負延伸翼片之厚度。
在一實施例中，所述正電極片之所述集電翼片焊接在一起以提供焊接部分。所述負電極片之所述集電翼片亦焊接在一起以提供另一焊接部分。正延伸翼片焊接於正集電翼片之焊接部分處，且負延伸翼片焊接於負集電翼片之焊接部分處。
在一實施例中，密封劑材料可安置於所述正延伸翼片以及所述負延伸翼片上以形成與所述袋之密封。所述袋材料可包括例如包括聚乙烯、耐綸以及鋁箔中之至少一者的疊合層。
在一實施例中，所述正延伸翼片安置於所述正電極片之所述集電翼片中的最外部一者上；以及所述負延伸翼片安置於所述負電極片之所述集電翼片中的最外部一者上。
在一實施例中，所述正延伸翼片可包括鋁且所述負延伸翼片可包括銅，使得所述正延伸翼片為大約60mm厚，且所述負延伸翼片為大約40mm厚。
在一實施例中，分離片插入於所述正電極片與所述負電極片之間。所述分離片可為在所述正電極片與所述負電極片之間摺疊的連續片。
根據本發明之一態樣，所述正延伸翼片具有預定橫截面積，且所述負延伸翼片具有不同之預定橫截面積，使得在使用期間所述正延伸翼片具有第一溫度且所述負延伸翼片具有第二溫度，以在所述正延伸翼片溫度與所述負延伸翼片溫度之間形成最佳溫度差。所述最佳溫度差將不會藉由改變所述正延伸翼片之所述橫截面積與負延伸翼片之所述橫截面積之比率而進一步減小。
描述具有非對稱功率端子之電池。一些實施例提供具有端子或延伸翼片之電池，所述端子或延伸翼片之大小與其各自之電以及熱性質成比例。此允許減小電池中最熱點處之溫度，以及電池之溫度梯度(temperature gradient)(即，電池中最大溫度與最小溫度之間的差)。因為電池效能以及安全性一般受到電池中最熱點之溫度的限制，所以具有大小成比例於其各自之電以及熱性質之延伸翼片的電池允許在增加之速率、增加之電池壽命、增加之電池安全性及/或這些效應之某種組合下而循環。
圖2A為根據各種實施例之稜柱形電池200之正視圖。圖2B為圖2A所示稜柱形電池之側視圖。電池200具有大小非對稱之正功率端子或延伸翼片202a以及負功率端子或延伸翼片202b。非對稱端子(自電極片之集電翼片延伸)可實際上適於任何使用相對薄電極之電池化學品(cell chemistry)。非對稱延伸翼片之熱特徵有用於經設計而以相對高速率操作之電池。以高速率執行之典型電池化學品可能為鎳/金屬氫化物或鎳/鎘。電池200可例如為鋰離子電池。在一些實施例中，延伸翼片202a可附接至正電極之集電翼片，且延伸翼片202b可附接至負電極之集電翼片。正電極之集電翼片可由鋁製成，且負電極之集電翼片可由銅或鎳製成。
構造電化學電池之集電器(current collector)以及延伸翼片之材料一般限於與電池之電解質以及電壓電化學相容之材料。在具有以3V至5V開路電位操作之基於有機溶劑之電解質的鋰離子電池之情況下，正集電器、正翼片以及因被電解質濕潤而處於正電極電位下之任何其他導電元件之材料應在正電極電位之電位下抵抗電化學腐蝕(electrochemical corrosion)。趨於抵抗鋰離子電池之正電極電位下之電化學腐蝕的材料包含鋁、鉬、鈦以及例如某些不鏽鋼合金。這些材料中，鋁具有最高之電以及熱的傳導性與消耗比率(conductivity to cost ratio)，使得其為在正電極電位下使用之例示性材料。在具有以3V至5V開路電位操作之基於有機溶劑之電解質的鋰離子電池之情況下，負集電器、負翼片以及因被電解質濕潤而處於負電極電位下之任何其他導電元件之材料應抵抗在負電極電位之電位下與鋰熔合。舉例而言，趨於抵抗在鋰離子電池之負電位下與鋰熔合的材料包含例如銅、鎳以及鐵。這些材料中，銅具有最佳之電以及熱傳導性，使得其為在鋰離子電池中負電極電位下使用之例示性材料。
如圖示，延伸翼片202a以及202b大小不同。在一些實施例中，負延伸翼片202b之寬度可選擇為正延伸翼片202a之寬度的大約2/3，而延伸翼片之厚度可相同。在此情況下，負延伸翼片202b之橫截面積亦為正延伸翼片202a之橫截面積的大約2/3。此非對稱端子設計減小例如在延伸翼片202a由鋁製成且延伸翼片202b由銅或鎳製成之情況下使用電池時兩個功率延伸翼片202a與202b之溫度差以及熱梯度。在某些時間點處電池之最大溫度(即，電池最熱點處之溫度)亦減小。
若延伸翼片202a與202b由除了鋁、銅或鎳以外之材料製成，則可為延伸翼片選擇不同尺寸以減小電池之最大溫度以及溫度梯度。延伸翼片之橫截面積為延伸翼片之溫度的決定因數，其可影響電池之最大溫度以及溫度梯度。若兩個延伸翼片之厚度經選擇為相同，則可調整延伸翼片之寬度以達成最佳效應。然而，兩個端子之厚度無需選擇為相同。
圖3為說明根據一些實施例之稜柱形電池之陰極與陽極片302a、302b以及附接之集電翼片304a、304b的圖。電極片之尺寸可具有任何範圍，所述範圍將提供所需之熱以及電性質，且將與電池之體積要求(例如，可用空間)相容。作為實例，陰極片可為大約143mm寬以及198mm長，且陽極片可為大約145mm寬以及200mm長。所描繪之集電翼片304b具有大約為集電翼片304a之寬度之2/3的寬度。舉例而言，集電翼片304a之寬度可選擇為大約56.5mm，且集電翼片304b之寬度可選擇為大約36.0mm。可在製造過程期間切割集電翼片以提供合適高度。
電極片302a包括此項技術中已知之第一活性材料306a。電極片302a之集電翼片304a為電極片302a之未由活性材料306a覆蓋的延伸部分。類似地，電極片302b包括活性材料306b。負電極片302b之集電翼片304b為負電極片302b之未由材料306b覆蓋的延伸部分。
圖4為說明在裝配至稜柱形電池中之前安置於分離片404之一部分上之一系列陰極以及陽極片(例如，302a、302b)的圖。具有電極片(例如，302a、302b)之分離片404可水平摺疊(例如以風箱褶(accordion pleat)方式)，使得電極片堆疊於彼此之上且由分離片404分離。此摺疊過程可稱為堆疊捲繞(stack-winding)。電極302a、302b之相對位置經選擇以用於在分離片之間適當堆疊以及對準電極。分離片之尺寸可具有任何範圍，所述範圍對於分離電極而言為必要的且將與電池的體積要求(例如，可用空間)相容。舉例而言，假定電極為143mm至145mm寬，分離片可為大約206mm寬以及0.025mm厚，且當置放於分離片上時電極之間的距離可為大約145mm。
陽極片(例如，電極302b)上集電翼片(例如，翼片304b)之相對位置經形成以使得翼片將在堆疊捲繞之後彼此垂直對準。類似地，陰極片(例如，電極302a)上集電翼片(例如，翼片304a)之位置亦經選擇以使得翼片將在堆疊捲繞之後彼此垂直對準。在一些實施例中，在稜柱形電池中可存在大約20個至30個陽極片以及20個至30個陰極片。在堆疊捲繞之後，可密封電池之內部組件(例如，電極以及分離片)。在一項實施例中，內部組件可密封於由袋狀材料(pouch material)製成之封殼內。典型之電池袋狀材料包括聚乙烯(polyethytene)、耐綸(nylon)以及鋁箔(aluminum foil)之疊合層。然而，任何其他合適封殼可用於密封電池之內部組件。
延伸翼片焊接或以其他方式附著至集電翼片。延伸翼片可包含如下文更詳細論述之用於密封目的之材料條帶。圖5繪示分別附接至正與負電極片302a、302b之集電翼片304a、340b之延伸翼片308a、308b的正視圖以及側視圖。延伸翼片308a、308b之尺寸可具有任何範圍，所述範圍將提供所需之熱以及電性質，且將與電池的體積要求(例如，可用空間)相容。舉例而言，延伸翼片308a、308b之厚度可為大約0.4mm。密封條帶504a、504b可安置為分別跨越延伸翼片308a、308b之中部。條帶504a、504b用於密封電池之內部組件，如將結合圖7所解釋。
一旦集電翼片304a、304b已堆疊，則其通常藉由穿過翼片總成之厚度進行焊接而與延伸翼片308a、308b接合在一起。圖6為說明稜柱形電池之翼片總成之尺寸以及焊接位置的圖。圖6繪示在堆疊捲繞之後集電翼片304a、304b以及延伸翼片308a、308b之位置。延伸翼片308a、308b具有如先前所示附接之條帶504a、504b。集電翼片304a、304b以及延伸翼片308a、308b分別具有位於條帶504a、504b下方之焊接區段604a、604b。在焊接區段604a、604b處，正集電翼片(例如，翼片304a)以及負集電翼片(例如，翼片304b)使用例如超音波焊接、電阻焊接、雷射焊接或任何其他合適焊接技術而焊接在一起。延伸翼片308a、308b分別焊接至經分組之集電翼片304a、304b。如圖6所示，延伸翼片308a、308b之底部310a、310b與經分組之集電翼片304a、304b重疊，使得例如單一延伸翼片308a自經分組之集電翼片304a延伸。類似地，單一延伸翼片308b自經分組之集電翼片304b延伸。經分組集電翼片304a、304b之橫截面積亦可彼此不同，以提供根據本發明之合適比率。在一實施例中，集電翼片在延伸端子焊接至集電翼片之同時焊接在一起。例如當使用超音波焊接方法時此情況可能出現，因為來自超音波焊接之激勵(excitation)趨於損壞鄰近於正形成之焊接點的其他焊接點。在另一實施例中，不必將集電翼片以及延伸端子同時全部接合在一起，且其可在單獨過程中附接。
在一實施例中，延伸翼片為薄的平坦翼片，使得正延伸翼片308a之長度以及寬度均為正延伸翼片308a之厚度的至少10倍。負延伸翼片308b之長度以及寬度均為負延伸翼片308b之厚度的至少10倍。延伸翼片308a、308b之長度尺寸在圖6中繪示為垂直延伸，且寬度尺寸水平延伸。延伸翼片之厚度尺寸延伸至圖6之頁內，且亦繪示於圖2B之實施例中。在另一實施例中，正延伸翼片之長度以及寬度均為正延伸翼片之厚度的至少50倍，且負延伸翼片之長度以及寬度均為負延伸翼片之厚度的至少50倍。在另一實施例中，正延伸翼片之長度以及寬度均為正延伸翼片之厚度的至少100倍，且負延伸翼片之長度以及寬度均為負延伸翼片之厚度的至少100倍。如圖7所示，圍繞正電極片以及負電極片而密封所述袋，使得正延伸翼片308a以及負延伸翼片308b延伸至袋外。
特定而言，圖7為說明根據一些實施例之稜柱形電池之頂部密封件706的圖。繪示電池封殼或袋704之一部分。電池封殼704用於封閉電池總成之內部組件。在一些實施例中，封殼704可包含兩片袋狀材料，其置放於在邊緣處縫合在一起之堆疊電極之正側以及背側上，以封閉且密封堆疊電極。條帶504a、504b可由匹配於封殼704之袋狀材料之材料製成，使得當電池封殼片之頂部邊緣縫合在一起時，頂部邊緣可針對由翼片總成分離之部分穩固地附接至條帶504a、504b(且因此附接至翼片總成)。以此方式，頂部密封件706可跨越分別附接至延伸翼片308a、308b之條帶504a、504b而形成。舉例而言，密封件之寬度可為大約5mm。分離片404繪示為位於電極板302a、302b之間。
圖8為說明稜柱形電池之藉由將封殼片之側邊緣縫合在一起而形成之側密封件804的圖。舉例而言，側密封件804之寬度可為大約10mm。應注意，儘管圖7-8說明一種類型電池封殼之使用，但可使用任何其他合適類型之電池封殼來密封電池總成之內部組件。圖9為繪示根據一些實施例之完整稜柱形電池200之一項實例之各種組件的圖，所述組件包含集電翼片304a、304b、延伸翼片308a、308b、焊接區段604a、604b以及條帶504a、504b。
已進行模擬以藉由提供延伸翼片308a、308b之間的不同橫截面比率而證明自本發明獲得之益處。圖10至圖16為說明為此目的執行之模擬結果的圖。圖10至圖16說明針對各種稜柱形電池設計之溫度分佈。所述圖是基於對具有214mm×153mm×7.3mm電池主體之稜柱形電池之3D瞬態熱分析(transient thermal analysis)而獲得之資料。熱分析可基於使用電池之電腦模型之模擬。電腦模型可為圖17所示之有限元素模型，其中將電池分離為若干小的四面體熱固體元件以用於分析。對於模擬，可針對電池之各部分選擇特定熱產生以及熱傳導性質。舉例而言，電池主體可經模仿為具有正交各向異性熱傳導性質之熱產生器，且功率端子(或延伸翼片)可經模仿為具有各向同性熱傳導性質之熱產生器。更特定而言，假定電池主體具有2.7e+006g/m^3之密度、1J/gK之比熱(specific heat)、在X與Y方向上40W/mK之熱傳導率以及在Z方向上0.6W/mK之熱傳導率。(g=公克，m=米，J=焦耳，K=克爾文(Kelvin)，且W=瓦。)比熱為使單位質量材料之溫度升高所花費之能量的量。假定正翼片具有2.7e+006g/m^3之密度、0.904J/gK之比熱以及在X、Y與Z方向上230W/mK之熱傳導率。假定負翼片具有8.96e+006g/m^3之密度、0.385J/gK之比熱以及在X、Y與Z方向上385W/mK之熱傳導率。假定來自電池之熱傳遞僅發生於電池之大的平坦表面上，其藉由對流向空氣進行而達到環境溫度，且藉由傳導經由翼片之末端進行而達到攝氏35度之固定溫度。假定環境溫度為攝氏35度，且假定對流膜係數為10W/m^2K。
圖10至圖16中之圖提供經模仿之不同設計之電池的正視圖，所述設計包含電池主體(例如，圖10中之電池主體1004)以及延伸翼片(例如，圖10中之端子1006)。延伸翼片之尺寸繪示於每一圖之底部(例如，圖10中位置1008)處。使用溫標(temperature scale)(例如，圖10中之標度1002)描繪整個電池上在60秒之後之電池溫度。舉例而言，在圖10中，區域1010a對應於溫標1002之較低端，且因此具有大約攝氏31.9度之溫度，且區域1010b對應於溫標1003之較高端，且因此具有大約攝氏40.6度之溫度。電池之最小以及最大溫度亦繪示於所說明電池之左上方(例如，圖10中位置1012處)。
圖10繪示若功率端子或延伸翼片具有相同大小(50mm)，則兩個端子處之溫度不同。當鋁延伸翼片為大約50mm寬，且銅翼片為大約50mm寬時，兩個端子處之溫度不均一。此導致溫度梯度。
圖11繪示當鋁翼片大約為60mm寬，且銅翼片大約為40mm寬時，兩個端子之間的溫度梯度減小。在60秒之後最小溫度為大約攝氏31.9度，且最大溫度為大約攝氏38.5度。此導致較小溫度梯度，且圖11中電池中最熱點之溫度小於圖10中電池中最熱點之溫度。
圖12繪示當鋁翼片大約為65mm寬，且銅翼片大約為35mm寬時，兩個端子之間的溫度梯度更改。在60秒之後最小溫度為大約攝氏31.9度，且最大溫度為大約攝氏39.4度，藉此基於延伸翼片之間的不同橫截面積比率證明溫度改變。圖13繪示當鋁翼片大約為63mm寬，且銅翼片大約為37mm寬時。在60秒之後最小溫度為大約攝氏31.9度，且最大溫度為大約攝氏38.8度。圖14繪示當鋁翼片大約為62mm寬，且銅翼片大約為38mm寬時，最大溫度相對於圖12以及圖13中最大溫度而降低。在60秒之後最小溫度為大約攝氏32度，且最大溫度為大約攝氏38.6度。
圖15以及圖16繪示當鋁翼片大約為61mm寬，且銅翼片大約為39mm寬時，在60秒之後兩個端子處之溫度大約均一。此導致較小溫度梯度。結果繪示於圖15以及16中之分析相同，但不同之處為圖16中之分析選擇不同的ASI。電池之主體之體積熱產生與ASI直接成比例。圖15以及圖16之意義在於其繪示本發明之例示性實施例與僅以單一熱產生速率相比在一定範圍之熱產生速率方面具有效用。圖15繪示最大溫度38.411。圖16繪示最大溫度42.994(“SMX”表示曲線圖中所示之最大溫度)。
因此，結合圖10至圖17說明之分析證明本發明之提供合適溫度梯度以及最小化或減小電池最熱點之溫度的有益態樣。
圖18為說明稜柱形電池之各點處隨時間之溫度改變的圖表。電池具有寬度為61mm之正鋁延伸翼片以及寬度為39mm之負銅延伸翼片。圖表是基於自上述熱分析獲得之資料。線“Tcenter”繪示電池主體中心之溫度改變。線“Tnegtab”以及“Tpostab”分別繪示在與電池主體相交處負延伸翼片以及正延伸翼片之中心的溫度改變。如圖示，此三個位置處之溫度差一般較小。
圖19為說明稜柱形電池隨時間之溫度以及電壓改變的圖表。電池之主體具有7.5×150mm×200mm之尺寸。正延伸翼片具有56.5mm之寬度，且負延伸翼片具有36mm之寬度。如圖示，正延伸翼片處之溫度相對接近於負延伸翼片處之溫度。
儘管以上描述著重於稜柱形電池設計，但本發明之實施例亦可適用於諸如圓柱形電池之其他電池。舉例而言，在圓柱形電池中，用於正與負端子之集電翼片或延伸翼片之尺寸亦可與其各自構造材料之電阻率以及熱傳導率成比例，使得溫度梯度及/或最大溫度減小。此將在電池壽命以及安全性方面有益於圓柱形電池之效能。而且，本發明之實施例可適用於使用通常經設計以在相對高速率下操作之相對薄電極的任何電化學電池。此類電池之實例包含鎳/金屬氫化物電池以及鎳/鎘電池。本文已借助於實例說明以及描述各種實施例，且熟習此項技術者將瞭解可在不脫離本發明之精神以及範圍的情況下進行變化。
102．．．稜柱形電池
104．．．稜柱形電池
106．．．稜柱形電池
112a．．．端子
112b．．．端子
114a．．．端子
114b．．．端子
116a．．．端子
116b．．．端子
200．．．稜柱形電池
202a．．．延伸翼片
202b．．．延伸翼片
302a．．．陰極片
302b．．．陽極片
304a．．．集電翼片
304b．．．集電翼片
306a．．．活性材料
306b．．．活性材料
308a‧‧‧延伸翼片
308b‧‧‧延伸翼片
310a‧‧‧底部
310b‧‧‧底部
404‧‧‧分離片
504a‧‧‧條帶
504b‧‧‧條帶
604a‧‧‧焊接區段
604b‧‧‧焊接區段
704‧‧‧電池封殼或袋
706‧‧‧頂部密封件
804‧‧‧側密封件
1002‧‧‧溫標
1003‧‧‧溫標
1004‧‧‧電池主體
1006‧‧‧端子
1008‧‧‧位置
1010a‧‧‧區域
1010b‧‧‧區域
1012‧‧‧位置
圖1A為習知稜柱形電池之正視圖。
圖1B為另一習知稜柱形電池之正視圖。
圖1C為又一習知稜柱形電池之正視圖。
圖2A為根據各種實施例之稜柱形電池之正視圖。
圖2B為圖2A所示之稜柱形電池之側視圖。
圖3為說明根據各種實施例之稜柱形電池之陰極片與陽極片以及附接之集電翼片的圖。
圖4為說明在裝配至稜柱形電池中之前安置於分離片上之一系列陰極以及陽極片的圖。
圖5包含根據各種實施例之稜柱形電池之陰極以及陽極片之延伸翼片的正視圖以及側視圖。
圖6為說明根據各種實施例之稜柱形電池之翼片總成之焊接位置的圖。
圖7為說明根據各種實施例之稜柱形電池之頂部密封件的圖。
圖8為說明根據各種實施例之稜柱形電池之側密封件的圖。
圖9為繪示根據各種實施例之稜柱形電池以及其翼片總成之各種組件的圖。
圖10至圖16說明針對各種稜柱形電池設計之溫度分佈。
圖17為說明用於模擬電池溫度改變之有限元素模型的圖。
圖18為說明稜柱形電池之各點處隨時間之溫度改變的圖表。
圖19為說明稜柱形電池之各點處隨時間之溫度以及電壓改變的圖表。
200．．．稜柱形電池
202a．．．延伸翼片
202b．．．延伸翼片

Claims (41)

  1. 一種電化學電池，包括：多個正電極片，具有集電翼片；多個負電極片，具有所述集電翼片，所述正電極片與所述負電極片在所述電化學電池中分層；正延伸翼片，自所述正電極片之所述集電翼片延伸；以及負延伸翼片，自所述負電極片之所述集電翼片延伸，其中所述正延伸翼片之橫截面積不同於所述負延伸翼片之橫截面積，使得所述電化學電池在使用中時，所述電化學電池內的溫度梯度最小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述正電極片包括第一活性材料，所述正電極片之所述集電翼片為所述正電極片之未由所述第一活性材料覆蓋之延伸部分，以及所述負電極片包括第二活性材料，所述負電極片之所述集電翼片為所述負電極片之未由所述第二活性材料覆蓋之延伸部分。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述正延伸翼片之尺寸包括寬度以及厚度，且所述負延伸翼片之尺寸包括所述寬度以及所述厚度，所述正延伸翼片之所述寬度不同於所述負延伸翼片之所述寬度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述正延伸翼片之尺寸包括寬度以及厚度，且所述負延伸翼 片之尺寸包括所述寬度以及所述厚度，所述正延伸翼片之所述厚度不同於所述負延伸翼片之所述厚度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電化學電池，其中所述正延伸翼片之所述厚度以及所述寬度不同於所述負延伸翼片之所述厚度以及所述寬度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述正電極片之所述集電翼片焊接在一起以提供焊接部分，且所述負電極片之所述集電翼片焊接在一起以提供另一焊接部分。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電化學電池，其中所述正延伸翼片焊接至所述正電極片之所述集電翼片，且所述負延伸翼片焊接至所述負電極片之所述集電翼片。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述電化學電池包括封閉所述正電極片以及所述負電極片之袋，所述袋圍繞所述正電極片以及所述負電極片密封，使得所述正延伸翼片以及所述負延伸翼片延伸至所述袋之外。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電化學電池，其中密封劑材料安置於所述正延伸翼片以及所述負延伸翼片上，以形成與所述袋之密封。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之電化學電池，其中所述袋的材料包括含聚乙烯、耐綸以及鋁箔中之至少一者的疊合層。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中 所述正延伸翼片安置於所述正電極片之所述集電翼片中的最外部一者上，以及所述負延伸翼片安置於所述負電極片之所述集電翼片中的最外部一者上。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述正延伸翼片包括鋁，且所述負延伸翼片包括銅，所述負延伸翼片之橫截面積為所述正延伸翼片之橫截面積的2/3。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述正延伸翼片包括鋁，且所述負延伸翼片包括鎳，所述負延伸翼片之橫截面積為所述正延伸翼片之橫截面積的2/3。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述正延伸翼片包括鋁，且所述負延伸翼片包括銅，所述正延伸翼片為60mm厚，且所述負延伸翼片為40mm厚。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述負電極片以及所述正電極片形成陰極片以及陽極片，且所述陽極片寬於且長於所述陰極片。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中分離片插入於所述正電極片與所述負電極片之間。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電化學電池，其中所述分離片為在所述正電極片與所述負電極片之間摺疊的連續片。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之電化學電池，其中所述電化學電池為稜柱形鋰離子電池。
  19. 一種鋰電池，包括：多個正電極片，具有集電翼片；多個負電極片，其具有所述集電翼片；電解質，與所述正電極片以及所述負電極片離子接觸；正延伸翼片，自所述正電極片之所述集電翼片延伸；負延伸翼片，自所述負電極片之所述集電翼片延伸；以及袋，封閉所述正負電極片與所述負電極片，所述袋圍繞所述正電極片以及所述負電極片密封，使得所述正延伸翼片以及所述負延伸翼片自內部延伸至所述袋之外，其中所述正延伸翼片之橫截面積不同於所述負延伸翼片之橫截面積，使得所述鋰電池在使用中時，所述鋰電池內的溫度梯度最小。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之鋰電池，其中所述正電極片包括第一活性材料，所述正電極片之所述集電翼片為所述正電極片之未由所述第一活性材料覆蓋之延伸部分，以及所述負電極片包括第二活性材料，所述負電極片之所述集電翼片為所述負電極片之未由所述第二活性材料覆蓋之延伸部分。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之鋰電池，其中所述正延伸翼片之尺寸包括寬度以及厚度，且所述負延伸翼片之尺寸包括所述寬度以及所述厚度，所述正延伸翼片之所述寬度不同於所述負延伸翼片之所述寬度。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之鋰電池，其中所述正延伸翼片之尺寸包括寬度以及厚度，且所述負延伸翼片之尺寸包括所述寬度以及所述厚度，所述正延伸翼片之所述厚度不同於所述負延伸翼片之所述厚度。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之鋰電池，其中所述正延伸翼片安置於所述正電極片之所述集電翼片中的最外部一者上；以及所述負延伸翼片安置於所述負電極片之所述集電翼片中的最外部一者上。
  24. 如申請專利範圍第19項所述之鋰電池，其中所述正延伸翼片包括鋁，且所述負延伸翼片包括銅，所述負延伸翼片之橫截面積為所述正延伸翼片之橫截面積的2/3。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之鋰電池，其中所述正延伸翼片包括鋁，且所述負延伸翼片包括鎳，所述負延伸翼片之橫截面積為所述正延伸翼片之橫截面積的2/3。
  26. 如申請專利範圍第19項所述之鋰電池，其中連續分離片在所述正電極片與所述負電極片之間摺疊。
  27. 一種製造電化學電池之方法，包括：提供具有集電翼片之多個正電極片；提供具有所述集電翼片之多個負電極片；自所述正電極片之所述集電翼片延伸正延伸翼片；以及自所述負電極片之所述集電翼片延伸負延伸翼片，且將所述正延伸翼片之橫截面積選擇為不同於所述負延伸翼片之橫截面積，使得所述電化學電池在使用中時，所述電 化學電池內的溫度梯度最小。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之製造電化學電池之方法，其中所述選擇包括基於所述正負延伸翼片與所述負延伸翼片之電阻率以及熱傳導率中之至少一者將所述正延伸翼片之橫截面積選擇為不同於所述負延伸翼片之橫截面積。
  29. 如申請專利範圍第27項所述之製造電化學電池之方法，更包括用第一活性材料塗覆所述正電極片之部分，使得所述正電極片之所述集電翼片為所述正電極片之延伸部分且未由所述第一活性材料覆蓋，以及用第二活性材料塗覆所述負電極片之部分，使得所述負電極片之所述集電翼片為所述負電極片之延伸部分且未由所述第二活性材料覆蓋。
  30. 如申請專利範圍第27項所述之製造電化學電池之方法，更包括將所述正延伸翼片之寬度形成為不同於所述負延伸翼片之所述寬度。
  31. 如申請專利範圍第27項所述之製造電化學電池之方法，更包括將所述正延伸翼片之厚度形成為不同於所述負延伸翼片之所述厚度。
  32. 如申請專利範圍第27項所述之製造電化學電池之方法，更包括將所述正電極片之所述集電翼片焊接在一起以提供焊接部分，且將所述負電極片之所述集電翼片焊接在一起以提供另一焊接部分。
  33. 如申請專利範圍第27項所述之製造電化學電池 之方法，其中所述焊接包括將所述正延伸翼片焊接至所述正電極片之所述集電翼片，以及將所述負延伸翼片焊接至所述負電極片之所述集電翼片。
  34. 如申請專利範圍第27項所述之製造電化學電池之方法，更包括圍繞所述電化學電池而密封袋，使得所述正延伸翼片以及所述負延伸翼片自內部延伸至所述袋之外。
  35. 如申請專利範圍第33項所述之製造電化學電池之方法，其中所述焊接包括將所述正延伸翼片焊接至所述正電極片之所述集電翼片中的最外部一者，以及將所述負延伸翼片焊接至所述負電極片之所述集電翼片中的最外部一者。
  36. 如申請專利範圍第27項所述之製造電化學電池之方法，包括將所述負延伸翼片之橫截面積形成為所述正延伸翼片之橫截面積的2/3。
  37. 如申請專利範圍第27項所述之製造電化學電池之方法，更包括以摺疊方式將分離片安置於所述正電極片與所述負電極片之間。
  38. 一種電化學電池，包括：多個正電極片，具有集電翼片；多個負電極片，具有所述集電翼片，所述正電極片與所述負電極片在所述電化學電池中分層；正延伸翼片，自所述正電極片之所述集電翼片延伸；以及 負延伸翼片，自所述負電極片之所述集電翼片延伸，所述正延伸翼片與所述負延伸翼片分別具有長度、寬度以及厚度；其中所述正延伸翼片之橫截面積不同於所述負延伸翼片之橫截面積，使得所述電化學電池在使用中時，所述電化學電池內的溫度梯度最小，且其中所述正延伸翼片之所述長度以及所述寬度各自為所述正延伸翼片之所述厚度的至少10倍，且所述負延伸翼片之所述長度以及所述寬度各自為所述負延伸翼片之所述厚度的至少10倍。
  39. 如申請專利範圍第38項所述之電化學電池，其中所述正延伸翼片之所述長度以及所述寬度各自為所述正延伸翼片之所述厚度的至少50倍，且所述負延伸翼片之所述長度以及所述寬度各自為所述負延伸翼片之所述厚度的至少50倍。
  40. 如申請專利範圍第39項所述之電化學電池，其中所述正延伸翼片之所述長度以及所述寬度各自為所述正延伸翼片之所述厚度的至少100倍，且所述負延伸翼片之所述長度以及所述寬度各自為所述負延伸翼片之所述厚度的至少100倍。
  41. 如申請專利範圍第38項所述之電化學電池，其中所述電化學電池包括封閉所述正電極片以及所述負電極片之袋，所述袋圍繞所述正電極片以及所述負電極片密封，使得所述正延伸翼片以及所述負延伸翼片延伸至所述袋之 外。
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