專利名稱：具有不對稱端子的電池設計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及電化學電池。更具體地，本發(fā)明涉及電化學電池的電源端子的設 計。
背景技術：
電化學電池可能例如是棱柱形電池或圓柱形電池。棱柱形電池(例如棱柱形鋰離 子電池)包括堆疊在一起的陰極板和陽極板或者叫陰極片和陽極片，而在圓柱形電池中電 極板則被卷繞成圓柱形結構。電極板被通過一層或更多層絕緣層分隔并被氣密地密封在電 池外殼中。典型地，常規(guī)的棱柱形電池具有被設置在電池的一端或兩個相對端的兩個電源 端子或延伸突出部(extension tab)(正極端子和負極端子)。延伸突出部可以從連接至 電極的電流收集突出部(current collecting tab)延伸。正極延伸突出部和負極延伸突 出部一般由不同的材料制成。例如，延伸突出部常常由鋁(正極)和銅(負極)或鎳(負 極)制成。常規(guī)的棱柱形電池具有尺寸對稱的延伸突出部(也就是說正極延伸突出部和負 極延伸突出部的尺寸是相同的)。圖1A、1B和IC分別示出了現(xiàn)有技術中的棱柱形電池102、 104和106。如圖所示，延伸突出部(用于電池102的端子112a、112b，用于電池104的端子 114a、114b和用于電池106的端子116a、116b)的尺寸對于每一個電池都大致相同。當電池的正極延伸突出部和負極延伸突出部上的電流足夠高時，兩個延伸突出部 內的焦耳發(fā)熱相對于通過端子外的熱傳導進行的熱傳輸就會變得顯著。因為兩個延伸突出 部是由具有不同電阻率和熱導率的不同材料構成的，所以由電流造成的在兩個延伸突出部 上的熱積聚是不同的。因此用本身具有不同熱學性質和電學性質的材料制成的對稱延伸突 出部的溫度不會相同，并且一個延伸突出部或端子在電池的使用壽命期間將具有較高的溫 度。這種溫度上的不同取決于實際的循環(huán)電流以及電池被暴露于其的熱環(huán)境，但可能是大 的并且可能是與電池壽命和/或運轉情況有關的電池性能方面的限制因素。該問題在電池 經(jīng)歷誤用狀況例如低電阻的外部短路時尤其顯著。因此，希望有一種降低電池溫度的差異 (和/或最高電池溫度)的電池設計。

發(fā)明內容
提供了一種具有不對稱電源端子的電池。在某些實施例中，正極端子和負極端子 (以及對應的電流收集突出部)的尺寸被選擇為與它們各自的構造材料的電阻率和熱導率 成比例。這種設計降低了電化學電池內的溫度差異。也降低了電化學電池內的最高溫度 (也就是電池內最熱點的溫度)。
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在某些實施例中，棱柱形電池包括多個正電極和負電極。連接至正電極的電源端 子或延伸突出部可以用與正電極的電學和化學性質相當?shù)牡谝粚щ姴牧现瞥桑B接至負 電極的電源端子或延伸突出部可以用與負電極的電學和化學性質相當?shù)牡诙щ姴牧现?成。在鋰離子電池中，正極延伸突出部可以是鋁而負極延伸突出部可以是鎳或銅。對于這 些延伸突出部組合(例如Al/Cu或Al/Ni)，負極延伸突出部的橫截面積可以被選擇為大約 是正極延伸突出部橫截面積的2/3。在一個實施例中，正極延伸突出部和負極延伸突出部的 厚度相同，而負極延伸突出部的寬度被選擇為大約是正極延伸突出部寬度的2/3。棱柱形電 池可以是例如鋰離子電池。根據(jù)本發(fā)明的一個示范性方面，提供了一種具有多個正電極板和負電極板的電化 學電池。每一個電極板都具有電流收集突出部。正極端子或延伸突出部從正電極板的電流 收集突出部延伸，而負極端子或延伸突出部從負電極板的電流收集突出部延伸。正極延伸 突出部的橫截面積不同于負極延伸突出部的橫截面積。電極板包括在板的表面上的活性材 料，而形成電流收集突出部的電極板的部分未被活性材料覆蓋。根據(jù)本發(fā)明的另一個示范性方面，提供了一種鋰電池，其包括具有電流收集突出 部的多個正電極板以及具有電流收集突出部的多個負電極板。電池的電解質與正電極板和 負電極板離子接觸。正極端子或延伸突出部從正電極板的電流收集突出部延伸，而負極端 子或延伸突出部從負電極板的電流收集突出部延伸。袋狀物(pouch)包封(enclose)正電 極板和負電極板。圍繞正電極板和負電極板密封袋狀物以使正極延伸突出部和負極延伸突 出部從袋狀物的內部向外部延伸。正極延伸突出部的橫截面積不同于負極延伸突出部的橫 截面積。根據(jù)本發(fā)明的又一個示范性方面，提供了一種制備電化學電池的方法。該方法包 括提供具有電流收集突出部的多個正電極板以及提供具有電流收集突出部的多個負電極 板。該方法進一步包括使正極端子或延伸突出部從正電極板的電流收集突出部延伸以及使 負極端子或延伸突出部從負電極板的電流收集突出部延伸。根據(jù)用于延伸突出部的材料的 性質例如電阻率和熱導率將正極延伸突出部的橫截面積選擇為不同于負極延伸突出部的 橫截面積。在一個實施例中，正極延伸突出部和負極延伸突出部的尺寸包括寬度和厚度。正 極延伸突出部的寬度可以不同于負極延伸突出部的寬度。類似地，正極延伸突出部的厚度 可以不同于負極延伸突出部的厚度。在一個實施例中，正電極板的電流收集突出部被焊接在一起以提供一個焊接部 分。負電極板的電流收集突出部也被焊接在一起以提供另一個焊接部分。正極延伸突出部 被焊接在正極電流收集突出部的焊接部分，而負極延伸突出部被焊接在負極電流收集突出 部的焊接部分。在一個實施例中，可以在正極延伸突出部和負極延伸突出部上設置密封劑材料以 與袋狀物形成密封。袋狀物材料可以包括例如疊層(laminated layer)，該疊層包括聚乙 烯、尼龍和鋁箔中的至少一種。在一個實施例中，正極延伸突出部被設置在正電極板最外側的一個電流收集突出 部上，而負極延伸突出部被設置在負電極板最外側的一個電流收集突出部上。在一個實施例中，正極延伸突出部可以包括鋁而負極延伸突出部可以包括銅，從而正極延伸突出部大約為60mm厚而負極延伸突出部大約為40mm厚。在一個實施例中，分隔板被插入到正電極板和負電極板之間。分隔板可以是在正 電極板和負電極板之間折疊的連續(xù)板。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，正極延伸突出部具有預定的橫截面積，而負極延伸突出 部具有不同的橫截面積，從而在使用期間正極延伸突出部具有第一溫度而負極延伸突出部 具有第二溫度以便在正極延伸突出部溫度和負極延伸突出部溫度之間形成最佳溫差。通過 改變正極延伸突出部的橫截面積與負極延伸突出部的橫截面積的比值將不會再進一步降 低最佳溫差。


參照以下附圖來描述本發(fā)明，提供附圖僅僅是為了說明的目的，本發(fā)明全部的保 護范圍在所附的權利要求中進行闡述。圖IA—種常規(guī)棱柱形電池的正視圖。圖IB是另一種常規(guī)棱柱形電池的正視圖。圖IC是又一種常規(guī)棱柱形電池的正視圖。圖2A是根據(jù)不同實施例的棱柱形電池的正視圖。圖2B是圖2A中所示的棱柱形電池的側視圖。圖3是示出根據(jù)不同實施例的棱柱形電池的陰極板和陽極板以及連接的電流收 集突出部的示意圖。圖4是示出了設置在分隔板上的一系列陰極板和陽極板在被裝入棱柱形電池內 之前的示意圖。圖5包括根據(jù)不同實施例的用于棱柱形電池的陰極板和陽極板的延伸突出部的 正視圖和側視圖。圖6是示出根據(jù)不同實施例的棱柱形電池的突出部組件(tab assembly)焊接位 置的示意圖。圖7是示出根據(jù)不同實施例的棱柱形電池的頂部密封的示意圖。圖8是示出根據(jù)不同實施例的棱柱形電池的側部密封的示意圖。圖9是示出根據(jù)不同實施例的棱柱形電池及其突出部組件的各種構件的示意圖。圖10-16是示出了用于各種棱柱形電池設計的溫度分布的示意圖。圖17是示出了用于仿真電池的溫度改變的有限元模型的示意圖。圖18是示出了在棱柱形電池的不同點處的溫度隨時間而改變的曲線圖。圖19是示出了在棱柱形電池的不同點處的溫度和電壓隨時間而改變的曲線圖。
具體實施例方式描述了具有不對稱電源端子的電池。某些實施例提供了具有端子或延伸突出部的 電池，所述端子或延伸突出部被按尺寸制造為與其各自的電學和熱學性質成比例。這允許 降低電池內最熱點處的溫度以及電池的溫度梯度(也就是電池內最高溫度和最低溫度之 間的差異)。因為電池的性能和安全性通常受限于電池內最熱點的溫度，所以具有被按尺寸 制造為與其各自的電學和熱學性質成比例的延伸突出部的電池允許以更高的效率(rate)、更長的電池壽命、更好的電池安全性和/或這些效果的某些組合而循環(huán)工作。圖2A是根據(jù)不同實施例的棱柱形電池200的正視圖。圖2B是圖2A中所示的棱 柱形電池的側視圖。電池200具有尺寸上不對稱的正極電源端子或延伸突出部202a以及 負極電源端子或延伸突出部202b。(從電極板的電流收集突出部延伸的)不對稱端子實際 上能夠適用于任何使用相對較薄電極的電池化學。不對稱延伸突出部的熱特性對于被設計 以相對較高效率運行的電池來說是有用的。典型的以高效率運行的電池化學可能是鎳/金 屬氫化物或鎳/鎘。電池200可以是例如鋰離子電池。在某些實施例中，延伸突出部202a 可以被連接至正電極的電流收集突出部，而延伸突出部202b可以被連接至負電極的電流 收集突出部。正電極的電流收集突出部可以由鋁制成，而負電極的電流收集突出部可以由 銅或鎳制成。構成電化學電池的電流收集器和延伸突出部的材料通常限于在電化學方面與電 池的電解質和電壓相適應的那些材料。在具有基于有機溶劑的電解質(organic solvent based electrolyte)、以3-5V的開路電勢工作的鋰離子電池的情況下，被用電解質弄濕的 在正電極電勢下的正極電流收集器、正極突出部以及任何其他導電元件的材料都應該能夠 抵御正電極電勢的電勢下的電化學腐蝕。趨于能夠在鋰離子電池的正電極電勢下抵御電化 學腐蝕的材料包括例如鋁、鉬、鈦以及某些不銹鋼合金。在這些材料中，鋁具有最高的電導 率和熱導率與成本比，使其成為用于在正電極電勢下使用的示范性材料。在具有基于有機 溶劑的電解質、以3-5V的開路電勢工作的鋰離子電池的情況下，被用電解質弄濕的在負電 極電勢下的負極電流收集器、負極突出部以及任何其他導電元件的材料都應該能夠在負電 極電勢下防止與鋰形成合金。趨于能夠在鋰離子電池的負電極電勢下防止與鋰形成合金的 材料包括例如銅、鎳和鐵。在這些材料中，銅具有最佳的電導率和熱導率，使其成為用于在 鋰離子電池的負電極電勢下使用的示范性材料。如圖所示，延伸突出部202a和202b在尺寸上不相同。在某些實施例中，負極延伸 突出部202b的寬度可以被選擇為大約是正極延伸突出部202a寬度的2/3，而延伸突出部的 厚度可以是相同的。在此情況下，負極延伸突出部202b的橫截面積也大約是正極延伸突出 部202a橫截面積的2/3。在例如延伸突出部202a是由鋁制成而延伸突出部202b是由銅或 鎳制成時的情況下，這種不對稱的端子設計降低了在使用電池時兩個電源延伸突出部202a 和202b的溫差以及熱梯度。也在不定的時間內降低了在某些點處的電池的最高溫度(也 就是電池中最熱點處的溫度)。如果延伸突出部202a和202b是由鋁、銅或鎳以外的材料制成的，那么對于延伸突 出部可以選擇不同的尺寸以降低電池的最高溫度和溫度梯度。延伸突出部的橫截面積是延 伸突出部的溫度的決定因素，它能夠影響電池的最高溫度和溫度梯度。如果兩個延伸突出 部的厚度被選擇為相同，那么可以調節(jié)延伸突出部的寬度以實現(xiàn)最佳效果。但是，兩個端子 的厚度并非必須選擇為相同。圖3是示出根據(jù)某些實施例的棱柱形電池的陰極板302a和陽極板302b以及連接 的電流收集突出部304a、304b的示意圖。電極板的尺寸可以具有將提供希望的熱學性質和 電學性質并且將與電池的體積要求(例如可用空間)相適應的任何范圍。作為示例，陰極 板可以是大約143mm寬和198mm長，而陽極板可以是大約145mm寬和200mm長。電流收集 突出部304b如圖所示具有的寬度大約是電流收集突出部304a寬度的2/3。作為示例，電流收集突出部304a的寬度可以被選擇為大約是56. 5mm，而電流收集突出部304a的寬度可以 被選擇為大約是36. 0mm?？梢栽谥圃爝^程中對電流收集突出部進行切割以提供適當?shù)母叨取ｋ姌O板302a包括現(xiàn)有技術中已知的第一活性材料306a。電極板302a的電流收集 突出部304a是未被活性材料306a覆蓋的電極板302a的延伸部分。類似地，電極板302b 包括活性材料306b。負電極板302b的電流收集突出部304b是未被材料306b覆蓋的負極 電極板302b的延伸部分。圖4是示出了設置在分隔板404的一部分上的一系列陰極板和陽極板(例如 302a、302b)在被裝入棱柱形電池內之前的示意圖。具有電極板(例如302a、302b)的分隔 板404能夠被水平折疊為例如手風琴褶層的樣子，以使電極板被以一個在另一個頂部之上 的方式堆疊并由分隔板404分隔。該折疊過程可以被稱作堆疊彎曲(stack-winding)。選 擇電極302a、302b的相對位置以便電極在分隔板之間的適當堆疊和對準。分隔板的尺寸可 以具有用于分隔電極所需的并且能夠與電池的體積要求(例如可用空間)相適應的任何范 圍。例如，假設電極為143-145mm寬，那么分隔板就可以是大約206mm寬和0. 025mm厚，并 且在放置到分隔板上時電極之間的距離可以是大約145mm。陽極板(例如板302b)上的電流收集突出部(例如突出部304b)的相對位置被形 成為使得突出部可以在堆疊彎曲之后彼此垂直對準。類似地，陰極板(例如板302a)上的 電流收集突出部(例如突出部304a)的位置也被選擇為使得突出部在堆疊彎曲之后是垂直 對準的。在某些實施例中，棱柱形電池內可以有大約20到30塊陽極板以及20到30塊陰 極板。在堆疊彎曲之后，電池的內部構件(例如電極板和分隔板)可以被氣密地密封。在 一個實施例中，內部構件可以被密封在由袋狀物材料制成的外殼內。典型的袋狀物體材料 包括聚乙烯、尼龍和鋁箔的疊層。但是，任何其他合適的外殼也都可以被用于密封電池的內 部構件。延伸突出部被焊接或以其他方式固定至電流收集突出部。延伸突出部可以包括如 以下更加詳細描述的用于密封目的的材料條。圖5示出了分別連接至正電極板302a和負電 極板302b的電流收集突出部304a、304b的延伸突出部308a，308b的正視圖和側視圖。延 伸突出部308a、308b的尺寸可以具有將提供希望的熱學性質和電學性質并且將與電池的 體積要求(例如可用空間)相適應的任何范圍。作為示例，延伸突出部308a、308b的厚度 可以是大約0. 4mm。密封條504a、504b可以被設置為分別橫過延伸突出部308a、308b的中 部。條504a、504b被用于密封電池的內部構件，正如將要結合圖7所介紹的那樣。一旦電流收集突出部304a、304b被堆疊，典型地通過穿透突出部組件厚度的焊接 將它們與延伸突出部308a、308b結合在一起。圖6是示出了棱柱形電池的突出部組件的尺 寸和焊接位置的示意圖。圖6示出了電流收集突出部304a、304b和延伸突出部308a、308b 在堆疊彎曲之后的位置。延伸突出部308a、308b具有如前所示連接的條504a、504b。電流 收集突出部304a、304b和延伸突出部308a、308b分別在條504a、504b下方具有焊接部分 604a、604b。在焊接部分604a、604b處，利用例如超聲焊、電阻焊、激光焊或任何其他合適的 焊接技術將正極電流收集突出部(例如突出部304a)和負極電流收集突出部(例如突出 部304b)焊接在一起。延伸突出部308a、308b被分別焊接至成組的電流收集突出部304a、 304b。如圖6中所示，延伸突出部308a、308b的底部310a、310b與成組的電流收集突出部304a,304b交迭以使得例如單個延伸突出部308a從成組的電流收集突出部304a延伸。類 似地，單個延伸突出部308b從成組的電流收集突出部304b延伸。成組的電流收集突出部 304a,304b的橫截面積也可以彼此不同以提供根據(jù)本發(fā)明的適當比率。在一個實施例中， 在將延伸端子焊接至電流收集突出部的同時將電流收集突出部焊接在一起。這可能是例如 在使用超聲焊方法時的情況，因為來自超聲焊的激勵易于破壞所形成的焊接附近的其他焊 接。在另一個實施例中，不必同時將電流收集突出部和延伸端子一起結合而是可以在單獨 的過程中連接它們。在一個實施例中，延伸突出部是薄的扁平突出部以使正極延伸突出部308a的長 度和寬度中的每一個都是正極延伸突出部308a的厚度的至少10倍。負極延伸突出部308b 的長度和寬度中的每一個都是負極延伸突出部308b的厚度的至少10倍。延伸突出部308a、 308b的長度尺寸如圖6中所示是垂直延伸而寬度尺寸是水平延伸。延伸突出部的厚度尺寸 延伸進入圖6的頁面內，并且也在圖2B的實施例中示出。在另一個實施例中，正極延伸突 出部的長度和寬度中的每一個都是正極延伸突出部厚度的至少50倍，并且負極延伸突出 部的長度和寬度中的每一個都是負極延伸突出部的厚度的至少50倍。在另一個實施例中， 正極延伸突出部的長度和寬度中的每一個都是正極延伸突出部的厚度的至少100倍，并且 負極延伸突出部的長度和寬度中的每一個都是負極延伸突出部的厚度的至少100倍。如圖 7中所示，圍繞正電極板和負電極板密封袋狀物以使正極延伸突出部308a和負極延伸突出 部308b向袋狀物外延伸。具體地，圖7是示出根據(jù)某些實施例的棱柱形電池的頂部密封706的示意圖。示 出了電池外殼或袋狀物704的一部分。電池外殼704用于包封電池組件的內部構件。在某 些實施例中，外殼704可以包括放置在堆疊電極的前側和后側的兩塊袋狀物材料板，在邊 緣處被接合在一起以包封并氣密地密封堆疊電極。條504a、504b可以由與外殼704的袋狀 物材料相匹配的材料制成，以使得在將電池外殼板的頂部邊緣被接合在一起時，對于由突 出部組件分隔的部分來說，頂部邊緣能夠被牢固地連接至條504a、504b(并由此連接至突 出部組件)。用這種方式，頂部密封706可以被形成橫過分別連接至延伸突出部308a、308b 的條504a、504b。作為示例，密封的寬度可以是大約5mm。分隔板404被示出為處于電極板 302a、302b 之間。圖8是示出了通過將外殼板的側部邊緣接合在一起而形成的棱柱形電池側部密 封804的示意圖。作為示例，側部密封804的寬度可以是大約10mm。要注意的是，盡管圖 7-8示出了使用一種類型的電池外殼，但是任何其他適合類型的電池外殼均可被用于氣密 地密封電池組件的內部構件。圖9是示出根據(jù)某些實施例的完整的棱柱形電池200的一個 示例的各種構件的示意圖，包括電流收集突出部304a、304b，延伸突出部308a、308b，焊接 部分 604a、604b 以及條 504a、504b。已經(jīng)通過提供延伸突出部308a、308b之間不同的橫截面積比來進行仿真以證實 根據(jù)本發(fā)明所獲得的優(yōu)點。圖10-16是示出了為了該目的而進行的仿真結果的示意圖。圖 10-16示出了各種棱柱形電池設計的溫度分布。示意圖以根據(jù)對具有214X153X7. 3mm的 電池體的棱柱形電池的瞬時熱分析所獲得的數(shù)據(jù)為基礎。熱分析可以基于使用電池的計算 機模型的仿真。計算機模型可以是如圖17中所示的有限元模型，其中將電池劃分為小四面 體熱實體單元(tetrahedral thermal solid element)以便分析。為了仿真，對于電池的各個部分可以選擇確定的產(chǎn)熱和導熱性質。例如，電池主體可以被建模成為具有正交各向 異性導熱性質的熱發(fā)生器，而電源端子(或延伸突出部)可以被建模為具有各向同性導熱 性質的熱發(fā)生器。更具體地，電池主體被假定具有2. 7e+006g/m"3的密度，lJ/gK的比熱，沿 X和Y方向為40W/mK且沿Z方向為0. 6ff/mK的熱導率。(g =克，m =米，J =焦耳，K =開 爾文以及W=瓦。)比熱是用于給單位質量的材料升溫所需的能量的大小。正極突出部被 假定具有2. 7e+006g/m"3的密度，0. 904J/gK的比熱以及沿X、Y和Z方向均為230ff/mK的 熱導率。負極突出部被假定具有8. 96e+006g/m"3的密度，0. 385J/gK的比熱以及沿X、Y和 Z方向均為385W/mK的熱導率。假定從電池的熱傳輸通過與環(huán)境溫度之間的對流僅發(fā)生在 電池接觸空氣的大的扁平表面上，并且透過突出部的端部通過傳導到達35攝氏度的固定 溫度。環(huán)境溫度被假定為35攝氏度，而對流膜系數(shù)(convection film coefficient)被假 定為 10W/nT2K。圖10-16中的示意圖提供了建模的不同設計的電池的正視圖，包括電池主體(例 如圖10中的電池主體1004)和延伸突出部(例如圖10中的端子1006)。延伸突出部的尺 寸在每一幅示意圖的底部示出(例如在圖10中的位置1008處)。利用溫度標尺(例如圖 10中的標尺1002)示出了 60秒之后電池各處的電池溫度。例如，在圖10中，區(qū)域IOlOa對 應于溫度標尺1002的低端并因此具有大約為31. 9攝氏度的溫度，而區(qū)域IOlOb對應于溫 度標尺1003的高端并因此具有大約為40. 6攝氏度的溫度。電池的最低和最高溫度也在圖 示的電池的頂部左側示出(例如圖10中的位置1012)。圖10示出了在電源端子或延伸突出部具有相同尺寸(50mm)時，兩個端子處的溫 度是不同的。當鋁延伸突出部大約為50mm寬，而銅延伸突出部大約為50mm寬時，兩個端子 處的溫度并不均勻。這會造成溫度梯度。圖11示出了當鋁突出部大約為60mm寬，而銅突出部大約為40mm寬時，兩個端子 之間的溫度梯度得以降低。60秒之后，最低溫度大約為31. 9攝氏度而最高溫度大約為38. 5 攝氏度。這就得到了較小的溫度梯度并且圖11中電池內最熱點處的溫度也低于圖10中電 池內最熱點處的溫度。圖12示出了當鋁突出部大約為65mm寬，而銅突出部大約為35mm寬時，兩個端子 之間的溫度梯度有所改變。60秒之后，最低溫度大約為31. 9攝氏度而最高溫度大約為39. 4 攝氏度，由此證實了基于延伸突出部之間不同橫截面積比的溫度的改變。圖13示出了鋁突 出部大約為63mm寬，而銅突出部大約為37mm寬時的情況。60秒之后，最低溫度大約為31. 9 攝氏度而最高溫度大約為38. 8攝氏度。圖14示出了鋁突出部大約為62mm寬，而銅突出部 大約為38mm寬時的情況，最高溫度相對于圖12和13中的情況有所降低。60秒之后，最低 溫度大約為32攝氏度而最高溫度大約為38. 6攝氏度。圖15和16示出了當鋁突出部大約為61mm寬，而銅突出部大約為39mm寬時，60 秒之后，兩個端子處的溫度幾乎一致。這導致了更小的溫度梯度。其結果在圖15和16 中示出的分析除了在圖16中選擇了不同的ASI以外都是相同的。電池主體的體積產(chǎn)熱 (volumetric heat generation)與ASI成正比。圖15和16的重要性在于它們表明本發(fā)明 的示范性實施例對一定范圍的產(chǎn)熱速率都有效而不是僅對單一的產(chǎn)熱速率有效。圖15示 出了 38.411的最高溫度。圖16示出了 42.994的最高溫度。(“SMX”表示曲線中示出的最 高溫度)
因此，結合圖10-17示出的分析證明了本發(fā)明的有利方面，這些有利方面提供了 合適的溫度梯度，并且最小化或者降低了電池中最熱點處的溫度。圖18是示出了棱柱形電池不同點處的溫度隨時間而改變的曲線圖。電池具有寬 度為61mm的正極鋁延伸突出部和寬度為39mm的負極銅延伸突出部。該曲線圖以根據(jù)上 述的熱分析所獲得的數(shù)據(jù)為基礎。線“Tcenter”示出了電池主體的中心的溫度改變。線 “Tnegtab”和“Tpostab”分別示出了在與電池主體相交處負極延伸突出部和正極延伸突出 部的中心的溫度改變。如圖所示，在這三個位置處的溫差通常是小的。圖19是示出了棱柱形電池的溫度和電壓隨時間而改變的曲線圖。電池的主體具 有7. 5X 150X 200mm的尺寸。正極延伸突出部具有56. 5mm的寬度，而負極延伸突出部具有 36mm的寬度。如圖所示，正極延伸突出部處的溫度與負極延伸突出部處的溫度相對接近。盡管以上的說明集中于棱柱形電池設計，但是本發(fā)明的實施例也可以被應用于其 他電池例如圓柱形電池。例如，在圓柱形電池中，用于正極端子和負極端子的電流收集突出 部或延伸突出部的尺寸也可以被制成為與其各自的構造材料的電阻率和熱導率成比例，以 使溫度梯度和/或最高溫度得以降低。這將有利于圓柱形電池在電池壽命和安全性方面的 性能。而且，本發(fā)明的實施例能夠被應用于任何使用相對較薄電極的電化學電池，其典型地 被設計為在相對較高的效率工作。這種電池的示例包括鎳/金屬氫化物電池和鎳/鎘電池。 已經(jīng)在本文中作為示例圖解并描述了各種實施例，并且本領域技術人員將理解可以進行變 形而并不背離本發(fā)明的實質和保護范圍。
權利要求
一種電化學電池，包括具有電流收集突出部的多個正電極板；具有電流收集突出部的多個負電極板，所述正電極板和負電極板被層疊在所述電池內；從所述正電極板的電流收集突出部延伸的正極延伸突出部；以及從所述負電極板的電流收集突出部延伸的負極延伸突出部，其中所述正極延伸突出部的橫截面積不同于所述負極延伸突出部的橫截面積。
2.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述正電極板包括第一活性材料，所述正電 極板的電流收集突出部是未被所述第一活性材料覆蓋的所述正電極板的延伸部分，并且所述負電極板包括第二活性材料，所述負電極板的電流收集突出部是未被所述第二活 性材料覆蓋的所述負電極板的延伸部分。
3.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部的尺寸包括寬度和厚 度，并且所述負極延伸突出部的尺寸包括寬度和厚度，所述正極延伸突出部的寬度不同于 所述負極延伸突出部的寬度。
4.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部的尺寸包括寬度和厚 度，并且所述負極延伸突出部的尺寸包括寬度和厚度，所述正極延伸突出部的厚度不同于 所述負極延伸突出部的厚度。
5.如權利要求4所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部的厚度和寬度不同于所 述負極延伸突出部的厚度和寬度。
6.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述正電極板的電流收集突出部被焊接在一 起以提供一個焊接部分，并且所述負電極板的電流收集突出部被焊接在一起以提供另一個 焊接部分。
7.如權利要求6所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部被焊接至正極電流收集 突出部，而所述負極延伸突出部被焊接至負極電流收集突出部。
8.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述電化學電池包括包封所述正電極板和所 述負電極板的袋狀物，圍繞所述正電極板和所述負電極板密封所述袋狀物以使所述正極延 伸突出部和所述負極延伸突出部延伸到所述袋狀物外。
9.如權利要求8所述的電化學電池，其中在所述正極延伸突出部和所述負極延伸突出 部上設置密封劑材料以與所述袋狀物形成密封。
10.如權利要求8所述的電化學電池，其中所述袋狀物的材料包括疊層，所述疊層包括 聚乙烯、尼龍和鋁箔中的至少一種。
11.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部被設置在所述正電極 板最外側的一個電流收集突出部上；并且所述負極延伸突出部被設置在所述負電極板最外 側的一個電流收集突出部上。
12.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部包括鋁而所述負極延 伸突出部包括銅，所述負極延伸突出部的橫截面積大約是所述正極延伸突出部橫截面積的 2/3。
13.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部包括鋁而所述負極延 伸突出部包括鎳，所述負極延伸突出部的橫截面積大約是所述正極延伸突出部橫截面積的2/3。
14.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部包括鋁而所述負極延 伸突出部包括銅，所述正極延伸突出部大約為60mm厚而所述負極延伸突出部大約為40mm厚。
15.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述負電極板和所述正電極板形成陰極板 和陽極板，并且所述陽極板比所述陰極板更寬且更長。
16.如權利要求1所述的電化學電池，其中，分隔板被插入到所述正電極板和所述負電 極板之間。
17.如權利要求16所述的電化學電池，其中所述分隔板是在所述正電極板和所述負電 極板之間折疊的連續(xù)板。
18.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述電化學電池是棱柱形鋰離子電池。
19.如權利要求1所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部具有預定的橫截面積， 而所述負極延伸突出部具有不同的預定橫截面積，從而在使用期間所述正極延伸突出部具 有第一溫度而所述負極延伸突出部具有第二溫度以在所述正極延伸突出部的溫度和所述 負極延伸突出部的溫度之間形成最佳溫差，并且其中通過改變所述正極延伸突出部與所述負極延伸突出部的橫截面積比將不會再進 一步降低所述最佳溫差。
20.一種鋰電池，包括具有電流收集突出部的多個正電極板；具有電流收集突出部的多個負電極板；與所述正電極板和所述負電極板離子接觸的電解質；從所述正電極板的電流收集突出部延伸的正極延伸突出部；和從所述負電極板的電流收集突出部延伸的負極延伸突出部，包封所述正電極板和所述負電極板的袋狀物，圍繞所述正電極板和所述負電極板密封 所述袋狀物以使所述正極延伸突出部和所述負極延伸突出部從所述袋狀物的內部向外部 延伸，其中所述正極延伸突出部的橫截面積不同于所述負極延伸突出部的橫截面積。
21.如權利要求20所述的鋰電池，其中所述正電極板包括第一活性材料，所述正電極 板的電流收集突出部是未被所述第一活性材料覆蓋的所述正電極板的延伸部分，并且所述負電極板包括第二活性材料，所述負電極板的電流收集突出部是未被所述第二活 性材料覆蓋的所述負電極板的延伸部分。
22.如權利要求20所述的鋰電池，其中所述正極延伸突出部的尺寸包括寬度和厚度， 并且所述負極延伸突出部的尺寸包括寬度和厚度，所述正極延伸突出部的寬度不同于所述 負極延伸突出部的寬度。
23.如權利要求20所述的鋰電池，其中所述正極延伸突出部的尺寸包括寬度和厚度， 并且所述負極延伸突出部的尺寸包括寬度和厚度，所述正極延伸突出部的厚度不同于所述 負極延伸突出部的厚度。
24.如權利要求20所述的鋰電池，其中所述正極延伸突出部被設置在所述正電極板最 外側的一個電流收集突出部上，而所述負極延伸突出部則被設置在所述負電極板最外側的一個電流收集突出部上。
25.如權利要求20所述的鋰電池，其中所述正極延伸突出部包括鋁而所述負極延伸突 出部包括銅，所述負極延伸突出部的橫截面積大約是所述正極延伸突出部橫截面積的2/3。
26.如權利要求20所述的鋰電池，其中所述正極延伸突出部包括鋁而所述負極延伸突 出部包括鎳，所述負極延伸突出部的橫截面積大約是所述正極延伸突出部橫截面積的2/3。
27.如權利要求20所述的鋰電池，其中連續(xù)的分隔板在所述正電極板和所述負電極板 之間折疊。
28.如權利要求20所述的鋰電池，其中所述正極延伸突出部具有預定的橫截面積，而 所述負極延伸突出部具有不同的預定橫截面積，從而在使用期間所述正極延伸突出部具有 第一溫度而所述負極延伸突出部具有第二溫度以在所述正極延伸突出部的溫度和所述負 極延伸突出部的溫度之間形成最佳溫差，并且其中通過改變所述正極延伸突出部與所述負極延伸突出部的橫截面積比將不會再進 一步降低所述最佳溫差。
29.一種制備電化學電池的方法，包括提供具有電流收集突出部的多個正電極板；提供具有電流收集突出部的多個負電極板；使正極延伸突出部從所述正電極板的電流收集突出部延伸；以及使負極延伸突出部從所述負電極板的電流收集突出部延伸，將所述正極延伸突出部的橫截面積選擇為不同于所述負極延伸突出部的橫截面積。
30.如權利要求29所述的方法，其中所述選擇包括根據(jù)所述正極延伸突出部和所述負 極延伸突出部的電阻率和熱導率中的至少一個來將所述正極延伸突出部的橫截面積選擇 為不同于所述負極延伸突出部的橫截面積。
31.如權利要求29所述的方法，進一步包括用第一活性材料涂覆所述正電極板的部 分，以使所述正電極板的電流收集突出部是未被所述第一活性材料覆蓋的所述正電極板的 延伸部分，并且用第二活性材料涂覆所述負電極板的部分，以使所述負電極板的電流收集突出部是未 被所述第二活性材料覆蓋的所述負電極板的延伸部分。
32.如權利要求29所述的方法，將所述正極延伸突出部的寬度形成為不同于所述負極 延伸突出部的寬度。
33.如權利要求29所述的方法，將所述正極延伸突出部的厚度形成為不同于所述負極 延伸突出部的厚度。
34.如權利要求34所述的方法，進一步包括將所述正電極板的電流收集突出部焊接在 一起以提供一個焊接部分，并且將所述負電極板的電流收集突出部焊接在一起以提供另一 個焊接部分。
35.如權利要求29所述的方法，其中所述焊接包括將所述正極延伸突出部焊接至正極 電流收集突出部，并將所述負極延伸突出部焊接至負極電流收集突出部。
36.如權利要求29所述的方法，進一步包括圍繞所述電化學電池密封袋狀物以使所述 正極延伸突出部和所述負極延伸突出部從所述袋狀物的內部向外部延伸。
37.如權利要求35所述的方法，其中所述焊接包括將所述正極延伸突出部焊接至所述正電極板最外側的一個電流收集突出部，并將所述負極延伸突出部焊接至所述負電極板最 外側的一個電流收集突出部。
38.如權利要求29所述的方法，包括將所述負極延伸突出部的橫截面積形成為大約是 所述正極延伸突出部橫截面積的2/3。
39.如權利要求29所述的方法，進一步包括在所述正電極板和所述負電極板之間以折 疊的方式設置分隔板。
40.如權利要求29所述的方法，包括將所述正極延伸突出部形成為具有預定的橫截面 積，并將所述負極延伸突出部形成為具有不同的預定橫截面積，從而在使用期間所述正極 延伸突出部具有第一溫度而所述負極延伸突出部具有第二溫度以在所述正極延伸突出部 的溫度和所述負極延伸突出部的溫度之間形成最佳溫差，并且其中通過改變所述正極延伸突出部與所述負極延伸突出部的橫截面積比將不會再進 一步降低所述最佳溫差。
41.一種電化學電池，包括具有電流收集突出部的多個正電極板；具有電流收集突出部的多個負電極板，所述正電極板和負電極板被層疊在所述電池內；從所述正電極板的電流收集突出部延伸的正極延伸突出部；從所述負電極板的電流收集突出部延伸的負極延伸突出部；所述正極延伸突出部和所述負極延伸突出部分別具有一定的長度、寬度和厚度；其中所述正極延伸突出部的橫截面積不同于所述負極延伸突出部的橫截面積，并且其中所述正極延伸突出部的長度和寬度中的每一個是所述正極延伸突出部厚度的至 少10倍，并且所述負極延伸突出部的長度和寬度中的每一個是所述負極延伸突出部厚度 的至少10倍。
42.如權利要求41所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部的長度和寬度中的每 一個是所述正極延伸突出部厚度的至少50倍，并且所述負極延伸突出部的長度和寬度中 的每一個是所述負極延伸突出部厚度的至少50倍。
43.如權利要求42所述的電化學電池，其中所述正極延伸突出部的長度和寬度中的每 一個是所述正極延伸突出部厚度的至少100倍，并且所述負極延伸突出部的長度和寬度中 的每一個是所述負極延伸突出部厚度的至少100倍。
44.如權利要求41所述的電化學電池，其中所述電化學電池包括包封所述正電極板和 所述負電極板的袋狀物，圍繞所述正電極板和所述負電極板密封所述袋狀物以使所述正極 延伸突出部和所述負極延伸突出部延伸到所述袋狀物外。
全文摘要
提供了一種電化學電池。該電池包括由至少一塊分隔板分隔的多塊電極板。正極延伸突出部被連接至正電極板的電流收集突出部，而負極延伸突出部被連接至負電極板的電流收集突出部。正極延伸突出部和負極延伸突出部的尺寸被選擇為使得在使用電化學電池時正極延伸突出部和負極延伸突出部之間的溫差被最小化。
文檔編號H01M10/0525GK101911342SQ200880123705
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權日2007年11月30日
發(fā)明者S·蒂爾曼, W·H·加德納 申請人:A123系統(tǒng)公司