[发明专利]棱柱形电池的构造

说明书

本发明涉及棱柱形电化学电池及其壳体结构。

电化学电池的形状一般分为棱柱形或圆柱形。正如其名，圆柱形电池具有圆柱形的壳体。常见的圆柱形电池的实例为标准碱性电池，尺寸为AA,AAA,C和D。棱柱形电池具有例如平行六面体的棱柱形壳体形状。常见的棱柱形电池的例子包括标准的12伏汽车电池。

许多常见类型的电池具有电极为薄板状外形的内电极构造，其中正极和负极材料叠放在一起并被绝缘分离板隔离开。这种面对面的板排列的一个原因是为了在成对电极之间产生高扩散区。

理想的情况下，在电极叠层中相邻电极薄板在整个电池的寿命中保持着紧密的“接触”(也就是彼此很接近)。次优化的接触能够减少电池的总容量(总的可使用能量)，和会导致其它不理想的结果，例如在锂离子(LiION)电池充电过程中发生镀锂。在圆柱形电池中，电极和分离板的叠层一般被卷起放置在盒子内。卷起的叠层中的张力倾向于将叠层压向盒子的侧边(也就是向其未被卷起的状态运动)，而在相邻电极板面之间维持着轻微的压力。在棱柱形电池中，电极叠层或者卷起(如图3所示)或者来回地折叠起来(如图4所示)。图3的结构可以称为卷绕式扁平带卷(WFW)，而图4的结构可以称为扇形折叠或手风琴式折叠。

在较长且较薄的棱柱形电池(在电极叠层的弯曲或折叠之间有着较大比例的距离的电池)中，叠层的弯曲或褶皱中的任何张力(倾向于将叠层压回平面状态)，在缺少壳体侧壁施加的正压力的情况下，都不足以维持在板之间、沿叠层平直部分的全长方向上的适当量的压力。通过使电池壳腔变得比整个叠层的名义的总厚度稍薄，或者在壳体内内插入一弹簧(例如一片簧)使叠层的平直部分一起偏移可以获得这种正压力。

压向电极叠层平直部分的正压力一般倾向于将壳体的宽侧面向外弯曲。如果壳体的侧面建造得不能足以抵抗这个施加的弯距，上述作用就会加到内腔的压力的作用上而导致不理想的整个电池外形的形变。当然，通过增加壳体侧壁的厚度能提高它们的硬度，但通常会付出增加重量的代价，而且对于标准尺寸的电池来讲，会导致内腔体积的损失。内部的弹簧也会占据电池内部的体积，否则这个体积可以留给活性物质。

本发明的目的是提供一种棱柱形电池构造，其中在防止壳体宽侧面向外过分弯曲的同时，能够在相邻电极板之间维持所需压力。

按照本发明一方面，提供了一种电化学电池，具有密封棱柱形壳体，该壳体具有两个相对的内侧面(限定了在其之间的具有宽度和长度的内腔)，该电池还具有一个在壳体内腔的电极叠层(包括以面对面排列的正负电极板)。壳体的一侧面限定了一个凸形弧，电极叠层被放置在壳体的内侧面之间，使得叠层可以变形符合凸形弧来维持在正负电极板之间的压力。

在一些实施例中，壳体的另一侧面具有一正对所述的一侧面凸形弧的中心部分，和向着上一侧面延伸并跨过凸形弧的元件。这些元件安排成将电极叠层保持在对着凸弧的变形位置。

优选地，侧面在它们区域的中心附近，被小于内腔长度50％的距离分割。

本发明的多个实施例包括一个或多个如下特征。凸形弧基本上跨过内腔的长度。另一侧面限定了一个正对着所述的一侧面的凸形弧的凹形弧。正负电极板被一多孔分离板分隔。每个正、负电极板各有添加的活性材料。第一和第二电极板都在一侧被涂上活性材料。变形的叠层的电极板沿一侧面的凸形弧被拉紧。壳体与上述所有电极板之间都绝缘(例如，电池是“中性的盒子”。)

在一些实施例中，正电极板包括一个涂有包含金属氧化物的活性材料的第一导电板，负电极板包括一个涂有包含碳的活性材料的第二导电板，壳体也包括电解质。在一些例子中，金属氧化物是锂化物而电解质是有机物。在其它一些例子中，电解质是含水的。

根据本发明建造的一些电池为绕线式扁平带卷结构，而一些为褶式折叠(如扇形折叠)结构。

在一些结构中，壳体包括一个盒子和一个盖，其中盒子和盖的一个和另一个都分别具有两个相对的内侧面中的一个和另一个。在一个优选的结构中，盒子限定了凸形弧。在一些实施例中，每个盒子和盖都包含一单层模压金属。在另一些实施例中，每个盒子和盖各由塑料制成，并具有紧邻内侧面的基本上扁平的外侧面。