專利名稱：加工帶涂層板的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)存儲(chǔ)單元(蓄電池，battery)的構(gòu)造。特別地，本發(fā)明涉及用于制備裝配蓄電池中所使用的電極板。
背景技術(shù)：
用于存儲(chǔ)和提供電能的裝置已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間了 。通常落入"蓄電池"描述范圍的這些裝置包括電化學(xué)電池和在至少一組接線端(terminal)之間提供電勢(shì)的電池集合。接線端可連接到電(例如直流，DC)負(fù)載上以便為負(fù)載供電或供動(dòng)力。蓄電池包括干電池、濕電池(例如鉛酸電池)和通常將化學(xué)可用電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯钠渌愋偷膯卧?br> 蓄電池有時(shí)被分類成"一次，，和"二次"類型。 一次蓄電池是單次使用裝置，其以有限電化學(xué)容量由制造商供貨并且在使用后用完并且廢棄(參見例如Handbook of Batteries, David Linden and Thomas
Reddy， Eds" McGraw-Hill Professional Publishing, 2001 )。 二次蓄電池可在使用后"再充電"，通過將放電過程反向進(jìn)行到 一定程度而允許同一電池重復(fù)使用。
為了提高蓄電池放電率，將電池構(gòu)造成利用電池的陽(yáng)極(負(fù)極)和陰極(正極)元件之間的大表面積。 一種這樣的設(shè)計(jì)涉及將許多平行板放在電解質(zhì)溶液中以允許離子在陽(yáng)極和陰極之間轉(zhuǎn)移。另 一種設(shè)計(jì)用多孔薄膜將陽(yáng)極和陰極材料的平面層狀板間隔開，然后將所述層巻繞成巻，稱為"果凍式巻(jelly roll)"，所述果凍式巻提供了緊湊的且機(jī)械穩(wěn)定的蓄電池。在巻繞蓄電池(rolled battery)的設(shè)計(jì)中，在蓄電池的空間因素允許的情況下，使用陽(yáng)極、隔離物、陰極和又是隔離物材料的多個(gè)交替板，并且陽(yáng)極板共同地連接到陽(yáng)極接線端上而陰極板共同地連接到陰極接線端上。所述裝置可巻繞成圓柱狀或通常所說(shuō)的棱柱結(jié)構(gòu)的其他幾何形狀。
整個(gè)裝置包裝在通常為圓柱形或棱柱形(矩形)罐的剛性外殼中。除了預(yù)定接線端通過連接到其上的電負(fù)載使它們電接觸之外，防止陽(yáng)極和陰極材料和接線端電接觸以避免蓄電池短路或放電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于構(gòu)造電化學(xué)存儲(chǔ)裝置的設(shè)備和方法。提供了用于將導(dǎo)電凸片連接到帶涂層電極板上的改進(jìn)設(shè)備和方法，所述帶涂層電極板包括基底和在所述基底一側(cè)或兩側(cè)上的電極層。將電極材料從所述基底的選定區(qū)域去除以允許凸片連接。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，提供的改進(jìn)在于提高了去除涂層材料之后的露出基底的質(zhì)量，以及通過在將所述電極材料暴露于溶劑的同時(shí)將熱施加給所述帶涂層板來(lái)提高材料被去除的速度和容易程度?？煽吹酵瓿扇コ^程所需的時(shí)間量顯著減少。在制備電化學(xué)存儲(chǔ)裝置過程中，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方法和設(shè)備可用于處理陽(yáng)極、陰極或同時(shí)處理陽(yáng)極和陰極。
一方面提供了一種用于選擇性地去除帶涂層板的部分的設(shè)備。所述設(shè)備包括具有用于接收帶涂層電極板的受熱表面的加熱工作臺(tái)。溶劑涂敷器設(shè)置用于將溶劑傳送到帶涂層電極板的一個(gè)或多個(gè)選定部分。刮削器設(shè)置用于接觸帶涂層電極板并且從暴露于熱和溶劑中的帶涂層電極板的部分去除電極涂層。
在某些實(shí)施例中，溶劑涂敷器包括液體泵和溶劑吸收芯或墊，或噴射分配器或輥。在一些例子中，刮削器包括刀片或刷子。在一些實(shí)施例中，受熱表面為固定到基部的板。在一些例子中，筒形加熱器
(cartridge heater)容納在基部的主體中。在一些例子中，所述設(shè)備還包括溫度控制電路。在某些實(shí)施例中，所述設(shè)備包括例如鄰近所述受熱表面設(shè)置的熱電偶。在一些實(shí)施例中，所述設(shè)備還包括設(shè)置用于在所述設(shè)備的出口端收取刮削好的帶涂層板的收取巻筒(uptakespool )。在某些實(shí)施例中，所述設(shè)備包括設(shè)置用于將導(dǎo)電凸片連接到
帶涂層板的刮削好的部分上的凸片施加器。在一些實(shí)施例中，凸片施 加器包括焊機(jī)。
另一方面提供了一種用于選擇性地去除帶涂層板的部分的方法。 所述方法包括提供一種帶涂層板，所述帶涂層板包括導(dǎo)電基底和電極 層。將熱施加到帶涂層板的區(qū)域，并且將溶劑涂敷到被加熱的帶涂層 板區(qū)域中的電極層的一個(gè)或多個(gè)選定部分上。在加熱之前、之后或同 時(shí)涂敷溶劑。去除電極層的暴露于溶劑的部分以露出下面的導(dǎo)電基底。
在一些實(shí)施例中，帶涂層板的區(qū)域被加熱到大約100。C或更高的 溫度。在某些實(shí)施例中，溶劑被加熱。在一些例子中，從溶劑浸透的 芯或墊涂敷溶劑，所述溶劑浸透的芯或墊可選地被加熱到大約100°C 或更高的溫度。在一些例子中，通過噴射或滾動(dòng)來(lái)涂敷溶劑。在某些 實(shí)施例中，在熱和溶劑流沿相反方向流動(dòng)的過程中設(shè)立停留時(shí)間。例 如，所述停留時(shí)間為從大約0.1秒到大約5秒。在某些實(shí)施例中，電 極層包含粘合劑并且溶劑使所述粘合劑溶解或膨脹。在一些實(shí)施例中， 電極層的暴露于溶劑的部分通過機(jī)械磨擦(例如通過擦刷或刮削)而 被去除。在一些例子中，所述方法還包括將導(dǎo)電凸片例如通過焊接(例 如電阻焊或超聲焊)、鉚接或壓接連接到暴露出的導(dǎo)電基底上。在一些 實(shí)施例中，將處理好的帶涂層板巻繞在巻筒上。


下面的附圖僅出于示例性目的，不是用于限制性的。 圖l說(shuō)明了一種巻繞的電化學(xué)存儲(chǔ)裝置。
圖2說(shuō)明了圖1的巻繞裝置的一個(gè)端部，其中有從其延伸的多個(gè) 凸片。
圖3是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的加熱組件的透視圖。
圖4是一種根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于從帶涂層電極板選擇性
地去除涂層的設(shè)備的示意圖。
圖5A-B是一種根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于從帶涂層電極板選
擇性地去除涂層的設(shè)備的透視圖。圖6說(shuō)明了用于纏繞圖l和2的裝置的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
如前面所述的，通過按照具體應(yīng)用的需要以各種幾何形狀將活性 材料層(陽(yáng)極，陰極)和隔離薄膜層共同纏繞而形成蓄電池。 一些蓄 電池被巻繞成圓柱形狀，而另一些蓄電池具有矩形或其他形狀的橫截 面并且被稱為具有"棱柱"結(jié)構(gòu)。如下面更詳細(xì)的描述， 一些蓄電池采 用從每一個(gè)電極層延伸出的導(dǎo)電凸片來(lái)形成接線端且連接到外部接頭 和蓄電池殼體上。
圖1顯示了蓄電池裝置100的部分。陽(yáng)極104和陰極108的帶或 板被隔離薄膜106間隔開。所說(shuō)明的實(shí)施例包括一個(gè)陽(yáng)極層104和一 個(gè)陰極層108，但是替代實(shí)施例包括多個(gè)這樣的層。陽(yáng)極104和陰極 108的組成取決于蓄電池的具體類型，并且包括導(dǎo)電基底上的電活性 材料層。電活性材料層通常包括粘合劑，和可選地包括現(xiàn)有技術(shù)中已 知的其他導(dǎo)電材料，例如碳。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述基底用作 集電器。合適基底的非限制性示例包括鋁、不銹鋼、鈦、石墨纖維和 其他在電極電勢(shì)下電化學(xué)穩(wěn)定的導(dǎo)電集電器板材料。
每一個(gè)陰極108包括例如由鋁制成的從陰極108延伸的陰極導(dǎo)電 凸片114。陰極108包括設(shè)在例如集電器的導(dǎo)電基底上的電活性材料 層。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，使用了傳統(tǒng)用于形成鋰離子蓄電池的陰 極層的材料。用于鋰離子蓄電池的電活性陰極材料的非限制性示例包 括LiCo02、 LiMn204、 LiNi02Co08O2、 LiFeP04、 LiNi0 33Co0 33Mn0 34O2 和(Li，Nb ) ( Fe，Mn ) P04。在某些實(shí)施例中，LiFeP04用作陰極電活 性材料。
陽(yáng)極104包括設(shè)在例如集電器的導(dǎo)電基底上的電活性材料層。合 適的陽(yáng)極材料包括但不限于傳統(tǒng)用于形成鋰離子蓄電池的陽(yáng)極層的材 料?？捎玫年?yáng)極材料的非限制性示例包括天然或合成石墨、硬碳、焦 炭、鈦酸鋰尖晶石、金屬和其他材料。每一個(gè)陽(yáng)極104包括從陽(yáng)極104 延伸的陽(yáng)極導(dǎo)電凸片112。陽(yáng)極凸片112 (例如由銅制成)具有傳導(dǎo)性 并且提供到陽(yáng)極104的電和熱連接。陽(yáng)極導(dǎo)電凸片112和陰極導(dǎo)電凸片114位于蓄電池設(shè)備100的相對(duì)端部。隔離薄膜106是多孔的并且 允許離子在陽(yáng)極104和陰極108之間傳送，但是其是電絕緣的并且用 于使兩個(gè)電極彼此絕緣。
裝置100通過將帶狀材料102共同纏繞為"果凍式巻"110而形成。 為了向蓄電池接線端提供電連接，多個(gè)導(dǎo)電凸片112、 114通過焊接或 其他連接方式以仔細(xì)選擇的間距例如在將其巻起之前插入所述結(jié)構(gòu) 內(nèi)。在某些實(shí)施例中，采用超聲焊或激光焊。在一些實(shí)施例中，鉚接 或壓接用于連接所述凸片。圖2說(shuō)明了裝置的陽(yáng)極部分，顯示了從蓄 電池裝置的巻繞部分IIO延伸的一組集電器凸片112。"罐"120(例如， 由比如鋁或鋼等傳統(tǒng)材料制成)容納整個(gè)果凍式巻組件并且為所述組 件提供機(jī)械保護(hù)，防止污染，用作散熱器并且提供了電極接線端(未 顯示)。在操作中，接觸陽(yáng)極材料104并且在其一個(gè)端部上從巻繞部分 110向外延伸的第一組凸片112共同地形成了蓄電池裝置的陽(yáng)極接線 端。接觸陰極材料108并且在其另一個(gè)端部上從巻繞部分110向外延 伸的第二組凸片114共同地形成了蓄電池裝置的陰極接線端。在某些 實(shí)施例中，相同極性的導(dǎo)電金屬凸片聚集在一起并且通過鉚接、壓接、 使用螺紋螺釘固定或激光焊或電阻焊連接到蓄電池的外連接件上并且 連接到外部金屬罐120的平底上。例如在密封罐120之前使用已知技 術(shù)或者經(jīng)由在充分填充之后堵塞的罐120中的端口將電解質(zhì)流體或凝 膠引入蓄電池的內(nèi)部容積。
為了形成帶凸片的陽(yáng)極104和/或陰極108，電活性材料層的部分 從電極邊緣被去除以形成用于電接觸的光潔表面，每一個(gè)凸片將連接 于此處。電極材料的去除使導(dǎo)電凸片能夠牢固并且緊密地連接到導(dǎo)電 基底上，通過所述連接傳導(dǎo)由蓄電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流。所 述凸片通過例如電焊、激光焊或超聲焊、鉚接、壓接或其他類似技術(shù) 來(lái)電連接到所述基底(例如集電器)的露出部分上。
有幾種方法可用來(lái)制備用于連接電極導(dǎo)電凸片112、 114的帶涂層 電極板104、 108。生產(chǎn)用于凸片連接的無(wú)涂層基底的已知方法包括(1) "間斷涂敷"，由此基底的區(qū)域在涂敷過程中有意留下光潔(未涂敷)
9區(qū)，和(2)通過磨擦裝置(借助于或不借助于溶劑)選擇性地從基底 去除涂層材料。這樣的方法由于多種原因不能令人滿意。間斷涂敷是 一種留下用于凸片連接的無(wú)涂層的基底的有效方式，但是對(duì)于凸片位 置的改變不靈活，并且通常導(dǎo)致延伸跨過導(dǎo)電基底板的整個(gè)寬度的無(wú) 涂層區(qū)，在電極容量方面具有負(fù)面影響。另外，在不顯著影響電池容 量的情況下，可被連接的凸片數(shù)量有限。選擇性去除是靈活的，但是 磨擦方法耗費(fèi)時(shí)間并且經(jīng)受質(zhì)量程度的改變。當(dāng)從薄箔片去除牢固地 附著的電極材料時(shí)，特別是當(dāng)電極材料涂敷在箔片的兩側(cè)上(其中該 箔片還可能使用導(dǎo)電粘接增強(qiáng)涂層進(jìn)行預(yù)處理)時(shí)，使用通常的刮除 方法特別難以獲得合適的質(zhì)量。
作為對(duì)比，根據(jù)本發(fā)明 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的設(shè)備和方法提供了甚 至從非常薄的箔片(例如電極材料牢固地附著到兩側(cè)的約10-20微米
厚的銅或鋁)快速和優(yōu)質(zhì)地去除電極材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中， 電極層去除之后的露出的基底質(zhì)量和從基底去除材料的速度和容易程 度通過在將電極材料暴露于溶劑的同時(shí)向帶涂層板供熱而得到改善。 當(dāng)與室溫處理相比較時(shí)，熱的施加(例如使用受熱基部)顯著地縮短 了溶劑從基底剝離電極材料所需的時(shí)間。在至少 一些例子中觀察到的 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在電極材料去除之后基底(例如箔片)具有幾乎類似鏡 面的光潔度。電極材料看起來(lái)以很小的阻力從基底上基本剝離開。另 外，熱有助于殘余溶劑的快速蒸發(fā)。還表明生產(chǎn)量處理速度顯著提高。 例如，與類似的未加熱或室溫的方法和設(shè)備相比，使用根據(jù)某些實(shí)施 例的具有受熱基部的方法和設(shè)備使帶凸片電極的裝配速度至少提高了 40%，實(shí)現(xiàn)了每分鐘7個(gè)部件(即4凸片電極)的生產(chǎn)能力。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，從熱源向帶涂層板施加熱。在至少一些 實(shí)施例中，熱源與所述板接觸。在某些實(shí)施例中，向帶涂層板的基底 側(cè)施加熱源。熱源為例如受熱的基部或板。在一些替代實(shí)施例中，也 考慮輻射熱或激光束預(yù)熱。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，基板被加熱到大 于大約60。C的溫度，例如約100°C或更高，大約110°C或更高，或 大約120。C或更高。帶涂層電極板設(shè)置有板的位于受熱表面上方的將去除電極層(然后施加凸片)的部分。在一個(gè)實(shí)施例中，受熱基部包 括筒形加熱器和熱電偶以便提供熱和控制基部溫度所需的反饋。在熱 電偶損壞或沒有連接的情況下，筒形加熱器的輸出繼電器可被斷開，
減少了不受控制的失控加熱的機(jī)會(huì)。例如使用可加工的陶瓷材料來(lái)使 加熱器與周圍的支撐結(jié)構(gòu)絕緣。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，使用了如圖3中以透視圖說(shuō)明的加熱工 作臺(tái)500。加熱器包括使用支座47固定的基部48。板49通過固定螺 釘53固定到基部48上?；?8和板49由插入基部48的主體內(nèi)的筒 形加熱器50加熱。顯示了可選的熱電偶51，其可鄰近塊48安裝。熱 電偶將基部和板的溫度保持到預(yù)設(shè)溫度。相關(guān)的控制電路確保溫度控 制并且?guī)椭乐惯^熱。在使用中，帶涂層電極板傳送到板49的露出且 受熱的表面上。該板前進(jìn)并且在板的要去除電極層的一部分位于板49 的受熱表面上方的位置上暫停。 一旦處理后，帶涂層板再次前進(jìn)以使 帶涂層板的后續(xù)部分可被處理。
在大多數(shù)例子中已經(jīng)觀察到，單獨(dú)加熱在促進(jìn)從基底去除電極涂 層方面不完全有效。根據(jù)某些觀察，長(zhǎng)時(shí)間(即大約l小時(shí))留在受 熱基部上方的帶涂層基底并未顯示出涂層粘附的顯著減少。因此，為 了便于選擇性的涂層去除，通常將溶劑涂敷到受熱區(qū)中的電極材料涂 層上。在至少一些例子中，溶劑涂敷器的形狀決定待去除的涂層區(qū)的 尺寸和形狀。
在某些實(shí)施例中，溶劑分配系統(tǒng)將溶劑施加到待去除電極材料的 區(qū)域中的電極板表面上。所涂敷的溶劑量足以去除電極材料的期望區(qū) 域，并且可例如通過考慮待光潔區(qū)域和電極孔隙率以及通常包括一定 溶劑多余量來(lái)進(jìn)行估算。用于涂敷溶劑的適當(dāng)方法的非限制性示例包 括現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何合適的方法，例如噴涂、泵送或從溶劑浸透 的墊涂敷。在一些例子中，使用例如無(wú)紡墊或氈墊的溶劑涂敷器將電 極板壓成與受熱基部接觸。在某些實(shí)施例中，例如使用機(jī)械泵將溶劑 遞增地涂敷到墊上。例如，使用恒定排量的泵施加溶劑，其中，恒定 體積的流體通過排出泵室內(nèi)的預(yù)定體積來(lái)傳送。例如，溶劑被傳送到具有待去除的電極涂層區(qū)的適當(dāng)尺寸和形狀的溶劑吸附基底(例如芯 或墊)上。芯或墊與電極表面接觸預(yù)定停留時(shí)間。在一些實(shí)施例中， 在每一次涂敷之前，設(shè)定體積的溶劑從儲(chǔ)液室使用小直徑導(dǎo)管被泵送 給墊以促使將恒定量溶劑傳送到電極。在各個(gè)替代實(shí)施例中，電極板 與熱源接觸并且溶劑通過噴射、滴落、滾動(dòng)或其他涂敷方法來(lái)涂敷。 在一些實(shí)施例中，例如，溶劑也使用與受熱基部相連的溶劑浸透的受 熱墊被加熱。在某些實(shí)施例中，當(dāng)基底具有低熱傳導(dǎo)性時(shí)，溶劑浸透
的墊例如使用電加熱器或受熱流體交換器而被加熱到大約100°C或更
高的溫度。
溶劑例如通過使電極涂層中的粘合劑膨脹或溶解來(lái)使涂層從基底 松開。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，電極層包括一種或多種粉末活性材料， 一種或多種導(dǎo)電添加劑(比如高比表面積碳)和聚合物粘合劑材料。
合適粘合劑的非限制性示例包括聚(偏二氟乙烯，vinylidene difluoride ) ( PVDF )同聚、共聚和三元共聚物，具有例如羧甲基纖維 素(CMC )等纖維素材料的苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)乳狀液，聚(環(huán) 氧乙烷)同聚、共聚和三元共聚物等。適當(dāng)?shù)娜軇┦悄切┠軌蚴闺姌O 層溶解或膨脹的溶劑。在一些例子中，溶劑具有對(duì)電極涂層的良好溶 解性并且例如是疏質(zhì)子極性溶劑。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，使用的溶 劑是聚合物粘合劑材料的強(qiáng)膨脹溶劑或良性溶劑。在一些例子中，溶 劑具有的沸點(diǎn)顯著高于由所使用的受熱基部所產(chǎn)生的溫度，以減少溶 劑的揮發(fā)(并且提高安全性)。在一些例子中，溶劑具有低粘度以提高 溶劑通量。適當(dāng)溶劑的非限制性示例包括N—甲基吡咯烷酮(NMP)
(沸點(diǎn)202-204。C)，其可被安全地加熱到大約130-160。C， N-氧化嗎 啉(MNO)， y-丁內(nèi)酯(Y-BL)， 二曱基亞砜(DMSO)， 二曱基甲酰 胺(DMF)和聚(偏二氟乙烯，vinylidene difl雨ide ) ( PVDF )或其 共聚和三元共聚物。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)使用PVDF粘合劑時(shí)，NMP和"BL 是可用的溶劑。在另一個(gè)示例中，例如當(dāng)使用水溶性粘合劑混合物時(shí)， 水用作膨脹或溶解劑，所述水溶性粘合劑混合物為例如羧甲基纖維素
(CMC)和苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)乳狀液的混合物。二曱苯和甲苯是用于SBR-CMC粘合劑的有用溶劑的又一個(gè)示例。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，設(shè)立停留時(shí)間，在停留時(shí)間期間，熱和 溶劑流沿相反方向流動(dòng)，促進(jìn)了電極層的部分從基底/電極界面更完全 和較快地膨脹和脫離。例如，當(dāng)溶劑從墊涂敷到電極層的頂部多孔表 面時(shí)，其必須朝向基底流過/透過多孔電極層。但是，當(dāng)受熱基部在帶 涂層板的另一側(cè)時(shí)，熱流從基部朝向溶劑浸透的墊，因此兩種流(熱 和溶劑)為逆流。因而，溶劑浸透的電極層的最熱部分處于其中溶劑 濃度可能是最低的基底/電極界面上。但是，在該區(qū)域中升高的溫度傾 向于使帶有有限量溶劑的粘合劑的膨脹比在開放的頂部表面更有效。 停留時(shí)間根據(jù)電極涂層的厚度和密度以及涂層組成而改變。在 一 些實(shí) 施例中，停留時(shí)間的范圍在大約0.1秒和大約5秒之間，例如在大約l 秒和大約3秒之間，或在大約1秒和大約1.5秒之間。
在一些替代實(shí)施例中，溶劑如上所述地涂敷到未被加熱的帶涂層 電極。雖然這軟化了電極涂層并且允許其選擇性的去除，但是溶劑通 常需要較長(zhǎng)停留時(shí)間。在一些例子中，停留時(shí)間比使用加熱時(shí)長(zhǎng)大約 40。/?；蚋L(zhǎng)。在一些例子中，加熱過程用于一個(gè)電極，例如陰極，而 不用于另一個(gè)電極。
在暴露于溶劑和/或熱中后，膨脹的和/或軟化的電極材料通過例 如機(jī)械方式從處理過的表面去除。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，處理過的 電極板前進(jìn)到電極層去除刮削工作臺(tái)，該工作臺(tái)包括能夠去除不需要 材料的裝置。本文使用的"刮削器"廣義上指用于通過機(jī)械方式去除材 料的裝置，例如刮刀或刷子。示例性裝置包括銳利的帶，例如銳利的 金屬帶或鋒利的刀片，其橫跨電極材料的表面拉動(dòng)。作為非限制性示 例，所述裝置為具有鋒利刃的鋼帶，例如具有45。C雙側(cè)斜面的1/16" 帶。在一些例子中，所述帶經(jīng)由機(jī)械致動(dòng)器連接和定位。例如，馬達(dá) 將刮削器下降到電極材料表面并且使其橫跨所述表面運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)或
多個(gè)實(shí)施例中，刮削器從電極板的一邊朝向另一邊運(yùn)動(dòng)，用其拉動(dòng)變 松的材料，直到變松的材料從板的邊緣落下。在一些實(shí)施例中，使用 真空收集器來(lái)捕獲松散材料和減少微粒污染。在一些實(shí)施例中，被處理的電極板包括其上表面和下表面的電活 性材料層。在這樣的例子中，先處理帶涂層電極的一個(gè)表面，然后將 所述板再次引入到加熱和刮削工作臺(tái)中來(lái)處理另 一表面。
圖4說(shuō)明了一種根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例用于從帶涂層電極板的選 定部分去除電極涂層的設(shè)備400。帶涂層板從一個(gè)巻軸402到另一個(gè) 巻軸404上進(jìn)行處理。在巻軸402、 404之間，帶涂層板經(jīng)過工作臺(tái) 401,所述工作臺(tái)包括分別將溶劑和熱施加到帶涂層板的選定部分上的 溶劑涂敷器406和加熱基部408。帶涂層板然后前進(jìn)到多個(gè)清潔工作 臺(tái)410，在該處電極涂層材料從已經(jīng)使用熱或溶劑處理過的帶涂層板 的選定部分被機(jī)械地去除。清潔之后，帶涂層板被收到巻軸404上。
圖5A說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于從帶涂層電極板的選 定部分去除電極涂層的設(shè)備700。所述設(shè)備包括溶劑涂敷系統(tǒng)，所述 溶劑涂敷系統(tǒng)包括用于供給溶劑的溶劑泵710,用于將溶劑涂敷到帶 涂層電極板的選定部分的氈墊712,和墊保持器714。具有內(nèi)中心加熱 器的受熱基部720用于將熱施加到帶涂層電極板的區(qū)域。還顯示了用 于去除暴露于熱和溶劑中的電極涂層的選定部分的刮削組件。所述刮 削組件包括刮削刀片支座730，橫幅(cross-web)刮削致動(dòng)器732， 和用于控制刮削深度的由伺服馬達(dá)736驅(qū)動(dòng)的精確線性滑動(dòng)裝置734。 圖5B提供了其他細(xì)節(jié)，顯示了用于傳送溶劑的溶劑管711、溶劑墊致 動(dòng)器713、幅板夾鉗(web clamp) 731、用于去除暴露于溶劑和熱的 電極材料的刮削刀片733、幅板夾鉗氣缸735和刮削致動(dòng)器737。
在去除帶涂層電極板的期望區(qū)域中的電極材料之后，將集電凸片 連接到下面基底的光潔的露出表面上。在一些實(shí)施例中，經(jīng)過清潔和 刮削的電極板被收到巻筒上，從所述巻筒對(duì)其進(jìn)行處理以便連接凸片。 在一些例子中，巻筒是安裝在用于制備帶涂層電極板的設(shè)備的軸上的 可拆卸巻筒。用于連接凸片的適當(dāng)方法的非限制性示例包括傳統(tǒng)方法， 例如焊接(例如超聲焊或激光焊)、鉚接和壓接。光潔的箔片基底促進(jìn) 了良好的超聲焊接。帶凸片的電極板被裝配到例如圖l和2所說(shuō)明的 電化學(xué)存儲(chǔ)裝置中。圖6說(shuō)明了用于裝配本文所述的巻繞蓄電池裝置的示例性設(shè)備和 方法。巻筒303和307保持隔離薄膜板材料106。巻筒305保持帶凸 片的陽(yáng)極電極板材料104，巻筒309保持帶凸片的陰極電極板材料108。 板材料106、 108和104在工作臺(tái)311處收集。包括帶凸片的電極基底 的板被共同地巻繞在巻筒315上。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)需要 增加現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他處理設(shè)備和/或步驟從而完成蓄電池的巻 繞部分110的制造。
在裝配裝置的過程中，共同纏繞板廣義上包括一種將一層或多層 板或板狀材料一起纏繞在巻筒上或繞彼此纏繞來(lái)形成每一種材料的螺 旋結(jié)構(gòu)而其他材料散布在其中的工藝。精確的最終成品的形狀不必一 定是圓柱形狀。圍繞軸盤繞、巻繞或纏繞不需要所述層圍繞所述軸形 成精確的圓形層。也考慮使用其他的巻繞或堆疊結(jié)構(gòu)，例如棱柱橫截 面結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，巻繞形成了半徑增加的螺旋而不是半徑恒 定的圓環(huán)。
雖然傳統(tǒng)的蓄電池設(shè)計(jì)通常努力來(lái)為大功率應(yīng)用提供期望結(jié)果， 但是使用如本文描述而制成的帶凸片式帶涂層電極的特定蓄電池設(shè)計(jì) 允許減小阻抗的設(shè)計(jì)，所述設(shè)計(jì)提供了用于大功率和大電流應(yīng)用的改 善的電學(xué)性能。蓄電池電池內(nèi)部構(gòu)件和端帽的較低電阻還減少了由蓄 電池產(chǎn)生和散發(fā)的熱。參見例如2006年9月5日提交的共同待審美國(guó) 專利申請(qǐng)No. 11/515,597,名稱為"Battery Cell Design and Method of its Construction (蓄電池電池的設(shè)計(jì)及其構(gòu)造方法)"，將其并入本文 作為參考。
作為非限制性示例，具有LiFeP(V石墨化學(xué)性質(zhì)的鋰離子電池配 制成大功率。電極使用傳統(tǒng)方法制造以將集電器兩側(cè)都涂有電活性材 料。例如，兩側(cè)式陰極和陽(yáng)極的厚度分別為200微米和IOO微米。陽(yáng) 極和陰極集電器的厚度是大約10-20微米。隔離物的厚度是大約25微 米。鋁和銅導(dǎo)電凸片分別具有大約0.1mmx4mm和0.015mmx5mm的 尺寸(橫截面)，并且分別沿陽(yáng)極和陰極邊緣彼此間隔開。在使用本文 描述的方法將電極材料從集電器上選擇性地去除之后，連接凸片。激光焊接用于將導(dǎo)電凸片連接到陽(yáng)極和陰極集電器上。所述板被同心地
巻繞成巻繞蓄電池結(jié)構(gòu)，例如"18650"或"26650"電池尺寸。18650型 電池中的陰極和陽(yáng)極的長(zhǎng)度分別為大約55cm和大約61cm。 26650型 電池中的陰極和陽(yáng)極的長(zhǎng)度分別為大約150cm和大約156cm。銅和鋁 帶(8mmx0.1mmx2.0cm)用于將果凍式巻分別連接到鋼罐和頭部上。 在閱讀本說(shuō)明時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到在不偏離本發(fā)明范圍 的情況下，本公開的各方面的可用修改和等同替代不受上述公開的具 體實(shí)施例的限制。
權(quán)利要求
1. 一種用于選擇性地去除帶涂層板的部分的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)加熱工作臺(tái)，所述加熱工作臺(tái)具有用于接收帶涂層電極板的受熱表面；(b)溶劑涂敷器，所述溶劑涂敷器設(shè)置用于將溶劑傳送到帶涂層電極板的一個(gè)或多個(gè)選定部分；以及(c)刮削器，所述刮削器設(shè)置用于接觸帶涂層電極板并且從暴露于熱和溶劑的帶涂層電極板的部分去除電極涂層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述溶劑涂敷器包括液體 泵和溶劑吸收芯或墊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述溶劑涂敷器包括噴射 分配器或輥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述受熱表面是固定到基 部上的板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，還包括容納在所述基部主體中的 筒形加熱器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述刮削器包括刀片或刷子。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括溫度控制電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括鄰近所述受熱表面設(shè)置的 熱電偶。
9.根據(jù)權(quán)矛]^ 1所迷的設(shè)備，還包括設(shè)置用于收取刮削好的帶 涂層板的巻筒。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括設(shè)置用于在所述設(shè)備出 口端處將導(dǎo)電凸片連接到帶涂層板的刮削好的部分上的凸片施加器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中，所述凸片施加器包括焊機(jī)。
12. —種用于選擇性地去除帶涂層板的部分的方法，所述方法包括(a )加熱帶涂層板的區(qū)域，所述帶涂層板包括導(dǎo)電基底和電極層； (b )將溶劑涂敷到帶涂層板的被加熱的區(qū)域中的電極層的一個(gè)或多個(gè)選定部分，其中溶劑在加熱之前、之后或與加熱同時(shí)涂敷；以及(c)去除所述電極層的暴露于溶劑的部分以露出下面的導(dǎo)電基底。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述帶涂層板的區(qū)域被 加熱到大約100。C或更高的溫度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述溶劑被加熱。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述溶劑從溶劑浸透的 芯或墊涂敷。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述溶劑浸透的芯或墊 -故加熱到大約100。C或更高的溫度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述溶劑通過噴涂或滾 動(dòng)來(lái)涂敷。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，設(shè)立停留時(shí)間，在所述 停留時(shí)間期間，熱和溶劑流沿相反方向流動(dòng)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述停留時(shí)間為從大約 0.1秒到大約5秒。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述電極層包括粘合劑 而且所述溶劑使粘合劑溶解或膨脹。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述電極層的暴露于溶 劑的部分通過機(jī)械磨擦去除。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，機(jī)械磨擦包括擦刷或刮削。
23. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將所述帶涂層板纏繞到 巻筒上。
24. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將導(dǎo)電凸片連接到所述露出的導(dǎo)電基底上。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述凸片通過焊接、鉚 接或壓接連接。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于制備在裝配電化學(xué)存儲(chǔ)裝置中所用的帶凸片電極板的設(shè)備和方法。為了提供用于連接導(dǎo)電凸片的光潔表面，帶涂層電極板的部分通過將所述板與熱或溶劑接觸和機(jī)械地去除暴露于溶劑區(qū)域中的電極材料而選擇性地去除。
文檔編號(hào)H01M4/00GK101473466SQ200780023218
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者A·S·戈茲齊, C·E·馬丁, 小吉爾伯特·N·賴?yán)?申請(qǐng)人:A123系統(tǒng)公司