[发明专利]可再充电电池集电器极耳配置和箔厚度的系统和方法

说明书

交叉引用

本申请要求2008年6月4日提交的题为“Systems And Methods For Rechargeable Battery Collector Tab Configurations And Foil Thickness”的美国申请第12/133,195号的优先权，其通过引用完整引入本文。

技术领域

本发明涉及一种可再充电的原电池(下文称为电池(cell或battery))，包括至少一个正电极和一个负电极。更具体地说，本发明涉及从电池电极获取更高的电容的集电器极耳(collector tab)的配置和各集电箔的厚度，从而使得获得的电池可以显示高的性能。

发明背景

可再充电锂的电池性能可能取决于所使用的电极的特性。已通过结合极耳(tab)与集电器(current collector)来制造蓄电池单元，以使得极耳能够输送来自集电器的电流。这些电池的一些例子可以包括：其中多个矩形电极层迭或堆叠的矩形电池或其中带状电极螺旋卷绕的圆柱状电池。例如，螺旋卷绕的锂电池可以包括通过用正电极活性材料涂覆带状集电箔制造的正电极、与正电极的一部分结合的多个极耳、隔离板(separator)及通过用负电极活性材料涂覆带状负集电箔制造的负电极，且多个极耳经由该隔离板叠加在该正电极上和第二隔离板施加于该组件顶部。这些部件可以以螺旋方式整体地卷绕。极耳可以通过诸如超声波焊接、电阻焊接、激光焊接、冲压或卷边(crimping)的方法结合电极。

电池已包括通过使用已连接在各正、负电极上的金属箔制造的极耳。当小型电池放电或充电时，电流可以在各极耳中流动。极耳可以连接在卷绕的带状电极的前端(leading end)、其尾端(trailing end)或其前端和尾端之间的某一点。

带状电极可以形成为长而连续的物质，且具有大的表面积。在这些情况下，有时多个极耳间隔地连接在整个电极上，以使得放电和充电在电极的整个长度上相当均匀地发生。在某些情况下，极耳已经排列为螺旋形，虽然在卷绕(winding)中心的紧密使得在某些部分难以对齐它们。

在电极内沿电极长度存在电阻。如果与电极垂直的电流的密度在整个电极表面上不是均匀的，则高电流密度区域的利用在低电流区域的利用之前完成。这可能会导致电极的有效面积稳步下降和阻抗(impedance)上升，从而使得电极的电容量可能减弱。

如果集电器箔过薄，则沿电极的集电器电阻可能较高。如果集电器箔过厚，则电极面积可能较小且电化学阻抗可能较高。提高集电器电阻或电化学阻抗可能导致电极的电容量减小，因而电池的性能受损。

因此，需要配置极耳和优化集电器厚度，以使得集电器的配置可以导致集电器阻抗降低而同时维持电极的电流密度的最高均匀性和平衡电极之间的电阻，以提高电池的性能。

发明内容

本发明提供了用于配置可再充电电池的集电器的系统和方法。这样的配置可以包括极耳的排列和集电器箔的厚度。本文所述的本发明的各个方面可以应用于以下给出的任何特殊应用，或应用于任何其他类型的电池和发电元件。本发明可以作为独立的系统或方法或作为集成的电池或发电系统的部件应用。可以理解，本发明的不同方面可以单独、共同或相互结合地理解。

本发明的一个方面提供了包括至少各具有集电器的正电极和负电极的电池。集电器可以具有至少一个电连接集电箔的极耳。集电箔可以具有预定的高度和厚度。称为高度的集电箔的尺寸也可以替代地称为宽度。可以形成具有一定长度的极耳以使得极耳可以从集电箔伸出且可以与集电器箔整体地结合。

在本发明的某些实施方式中，涂层可以在集电箔表面上形成。该涂层可以包括活性材料，且可以涂覆于集电箔的一个或两个表面上。

在本发明的某些实施方式中，电极和隔离板可以以多种不同的方式排列。隔离板可以布置于电极之间以防止电极彼此接触。例如，集电器组件可以层迭以使得负集电器表面可以与正集电器和任何隔离板齐平。

电极的集电箔可以具有多种形状和大小。例如，集电箔可为矩形形状，并可以具有特别的高度、长度和厚度。类似地，集电箔可以为带状(例如，类似于矩形但其中长度可能远远超过高度和厚度)。集电箔可以由能够传导电流的不同材料制成。