电池电极及其生产方法技术

为了以低生产成本获得具有增大的能量密度/体积比的电池的紧凑结构，本发明专利技术提出了一种电池电极以及用于生产所述电池电极的方法，其中，放电区被设置在集电极衬底上从而使得放电区绝大部分被涂膜包围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】为了以低生产成本获得具有增大的能量密度/体积比的电池的紧凑结构，本专利技术提出了一种电池电极以及用于生产所述电池电极的方法，其中，放电区被设置在集电极衬底上从而使得放电区绝大部分被涂膜包围。【专利说明】
本专利技术涉及一种电池电极以及用于生产电池电极的方法。
技术介绍
通常，电池指不可再充电的原电池和可再充电的二次电池(也称为可再充电电池)。电池基于内在的化学氧化还原反应、所使用的材料、电阀值(例如电压或电容)或者几何或结构设计而被分类。具体的例子包括碱性锰电池、锌碳电池或锂电池。根据电池的内部构造，电池还可分成卷绕电池和叠层电池。在卷绕电池中，电极和相互叠加设置的隔离层以螺旋的方式被缠绕并且例如被安装在具有圆柱形腔体的圆形电池内。然而在叠层电池中，多个电极和隔离层被交替地相互叠加。图1通过例子显示了叠层电池。如图1所示，阳极10和阴极20被交替地设置在电池内，其中，在每种情况下隔离体30被设置阳极10和阴极20之间从而物理地和电性地将两个电极分离。然而，隔离体30必须是离子可穿透的，离子将所存储的化学能转换成电能。微孔的塑料或由玻璃纤维或聚合物构成的无纺布通常用于隔离体30。阳极10在其放电区40内被相互连接，而阴极20在其放电区40内被相互连接，其结果是，电池内所有的同种电极被相互连接。在每种情况下用于阳极10和阴极20的连接极耳50 (参见图2B)被设置在放电区域40内，所述连接极耳与电池的相应外部电压极连接。图2A显示了具有放电区40的阴极20的平面图。在相互叠加设置的阴极20的放电区40内阴极20相互连接。如图2B所述，连接极耳50被设置在相互连接的放电区40上，所述连接极耳在电池被组装后与电池的负极接触。电池电极通常被预制成块状或卷绕状材料，在生产电池时从块状或卷绕状的材料上切出期望的电极形状。如图3所示，电极材料包括具有涂膜70的集电极衬底60。这样的话，电极材料具有一个或多个未被涂覆的放电区40，放电区40之后在组装状态是必需的从而向外释放电压或电流。同种的多个电极在放电区40被相互连接，并且金属的连接极耳50被设置在放电区40。当集电极衬底60在两侧被涂覆时，放电区40因此也被形成在两侧。这样的话，放电区并不必需彼此相对，也能够彼此偏离，如图3所示。图4A和4B显示了通过狭缝式模具系统300生产电极材料的方法。墨型(ink-like)涂膜70被施加在带型集电极衬底60上。这种施加过程能够通过断续的、间断的涂层来实现，其中，未被涂覆的放电区40通过涂层上规则的间断形成(如图4A所示)或者通过连续的涂层形成(如图4B所示)。然而，使用这些方法形成相对复杂的放电区是非常复杂的。因此，偶尔会使用遮蔽步骤。作为选择，通过刷净或类似方法，放电区40能够暴露在集电极衬底60上。在涂覆之后，电极材料被压光从而压紧涂膜并且消除涂膜70干燥时所产生的腔体。成品的电极材料然后能够被卷绕并且被存储直至其他的加工程序。根据电池的类型或电池的形状，从电极材料切出或冲压出不同的期望形状以生产电池。当电池电极被切出时，另外需确保必须有放电区40。在图2A中显示了具有放电区40的矩形电极的例子。图5显示了用于说明电池(例如卷绕电池或叠层电池)的生产过程。首先，例如使用间歇方法(SlO)对集电极衬底60涂覆涂膜70，其中，当施加墨型涂层时通过间断或非连续方式形成多个未被涂覆的放电区40。电极材料然后被压光(S20)。从电极材料中切出或冲压出(S30)期望的电极形状，其中，冲压出的形状必须具有放电区40。在生产阳极10以及生产阴极20时实施这些步骤。其次，冲压出的电极被相互叠加设置(S40)从而使得具有隔离体30的阳极10和阴极20被交替地接连(参加图1)。这样的话，阴极20的放电区40和阳极10的放电区40在每种情况下被叠加地设置并且被相互连接。连接极耳50然后被设置在所述放电区上(S50)。这样的话，相互叠加设置的阳极10和阴极20的数量随电池的类型和特性而变。在电极装置完成后，电极装置被插入腔体并且连接极耳50被连接至腔体的外部电压极(S60)。在卷绕电池的情况下，电极装置也以螺旋的方式被卷绕并且以这种状态被插入腔体。在电解质被加入之后(S70)，电池然后被密封(S80)并且最后被成型(S90)。然而，用于生产电池电极的传统方法会遇到下述问题。例如，通过遮蔽步骤或刷去涂层来生产未被涂覆的放电区是非常复杂和昂贵的。但是，在借助于狭缝式模具系统，通过间断或连续的涂层的选择性的生产方法中，电极材料上的放电区的可能形状和设置受到非常大的限制。由于在各种领域中使用电池，特别是在设计产品中，例如移动电话、笔记本电脑或汽车，需要加强电池电极的构造方面的灵活性。这样的话，相对较小设备的趋势对电池生产带来了特殊的挑战。首先，相对较小尺寸的电池因此必须被开发出来，并且其次，经常需要复杂的形状，以尽可能在设备的内部最有效地使用。另外，用间断涂层的方法，在涂覆区与放电区之间生产规则的并且边缘清晰的区域是困难的。另外，使用传统的方法实现各种形状的电极是困难的和昂贵的。由于成本的原因，卷绕材料通常被用作电极材料，在所述卷绕材料中未被涂覆的放电区40相对于涂膜70的可能位置被固定地界定。因此，由于每个电极必须具有放电区40，电极形状的自由设计的程度会受到严重的限制。另外，当切出具有放电区域40的期望电极形状时，会产生大量的必须处理掉的剩余电极材料。例如，如果小的电极被切出从而它们包含放电区40，当在系列的放电区之间存在大的距离时，被涂覆的衬底的位于系列的放电区40之间的区域不能够被使用。因此，材料的消耗增大并且生产方法较昂贵。另外，针对每种期望的电极形状，必须制造用于冲压出每种期望形状的专用冲压模。然而，由于切割质量的要求很高，这些冲压模非常昂贵。在传统的生产方法中，通过被涂覆的电极区提前形成放电区40从而将连接极耳50设置在所述放电区上并且将同种电极相互连接。然而，这会导致在电极内产生未填充活性电极材料的闲置空间。因此，电池的尺寸不必要地增加和/或电池的外部形状被固定。另外，在传统的生产方法中或在存储过程中，放电区40能够很容易被污染。特别地，在压光过程中，杂质能够触及放电区40。这会对同种电极之间的电接触质量以及电极和相关的连接极耳50之间的电接触质量产生不利的影响。因为在电极材料的生产过程中，在压光过程之前额外地形成放电区40，由于材料厚度的不均匀，更加难以进行压光。另外，由传统方法形成的放电区40会被较差地界定，其中，特别地，放电区40的边缘区域能够用不精确和不均匀的方式形成。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是提出一种电池电极以及用于所述电池电极的生产方法，其中，电池的体积能量密度能够通过以低生产成本来压缩电池电极的结构而被增加。本专利技术目的通过独立权利要求的特征实现。本专利技术基于的构思是在电池电极的集电极衬底上设置作为放电区的未涂覆区从而使得放电区向内地伸入集电极衬底的涂覆区或被设置在涂覆区内。当未涂覆的放电区向内地伸入到涂覆区，涂覆区的整个外周长度大于具有突出的放电区的电池电极的外周长度。同时，未涂覆区的外边缘(即，与电池电极的边缘邻接的边缘)被最小化。这样，能够避免由突出电池电极的放电区所产生的位于电池内的闲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱纳·斯坦恩，迈克尔·卡斯帕，
申请(专利权)人：巴登符腾堡州太阳能和氢能公益基金研究中心，
类型：
国别省市：