具有间断电极的电化学电池的制作方法

具有间断电极的电化学电池的制作方法
【专利摘要】本文提供的是电化学电池元件系统。一个这样的系统包括具有所需长度的第一电极和包括一个或多个位于多个电极片段之间的间隔物的间断的第二电极。该系统还包括一个或多个分隔件，被定位来将第一电极和间断的第二电极隔开。该第一电极、间断的第二电极，以及一个或多个分隔件沿电池元件的长度卷绕。
【专利说明】具有间断电极的电化学电池
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年6月20日提交的第13/527，786号、标题为“具有间断电极的电化学电池”的美国专利申请，以及2011年6月24日提交的序列号为61/501，102、标题为“具有间断电极的电池”的美国临时申请为优先权，其通过引用并入本文。
【技术领域】
[0003]本申请通常涉及电池和电池系统领域，尤其是具有至少一个间断电极的电化学电池。
【背景技术】
[0004]与使用内燃机的更传统的天然气为动力的车辆相比，所有或部分动力使用电力的车辆可提供许多优点。例如，与使用内燃机的车辆相比，使用电力的车辆可以产生更少的不希望有的排放产物并且可以表现出更大的燃料效率(并且，在某些情况下，这种车辆可以完全不使用汽油，如在某些类型的插电式混合动力电动车辆中)。随着技术的不断发展，有必要为这样的车辆提供改进的动力源，例如电池系统或模块。例如，希望增加这些车辆无需对电池再充电时行驶的距离。还希望改善这种电池的性能并降低与电池系统相关的成本。
[0005]使用较新的电池化学组及提高电动车辆的性能的愿望已经引起了新的设计和工程挑战。例如，对于这种电池系统来说，在短路情况下表现出改善的热特性可能是希望的。探测在短路条件下的电池系统的热特性的一种测试是钝钉刺测试。在此测试中，电池系统通常用钉子穿刺，从而测得由系统所达到的最高温度。虽然一些当前的电池系统已经改善来谋求降低在这样的测试中所测量的最高温度，但是许多当前的电池系统，当以这种方式被穿刺时，会出现火花或燃烧行为，部分原因是由短路状态而引发的局部热点的出现。因此，提供一种改进的，例如在使用电力的车辆中使用的电池系统是希望的，其能够在短路情况下表现出改进的热特性。

【发明内容】

[0006]在一个实施例中，一种电化学电池元件系统包括具有所需长度的第一电极和具有一个或多个位于多个电极片段之间的间隔物的间断的第二电极。该系统还包括一个或多个分隔件，被放置来将第一电极和间断的第二电极隔开。该第一电极、间断的第二电极，以及一个或多个分隔件沿电池元件的长度卷绕。
[0007]在另一个实施例中，电池系统包括电化学电池元件，该电池元件包括具有所需阳极长度的阳极和具有所需阴极长度的阴极。该电池元件还包括一个或多个分隔件，被放置来将阳极和阴极隔开。该阳极、阴极，以及一个或多个分隔件沿电化学电池元件的长度卷绕，阳极和阴极中的至少一个沿给定长度是间断的。
[0008]在另一个实施例中，提供一种制造电化学电池元件的方法。该方法包括将第一电极部分绕着心轴卷绕一圈。第一电极部分是间断的电极的第一部分。该方法还包括除了第一电极部分的那圈之外，将连续的第二电极和一个或多个分隔件绕心轴卷绕至少一圈。该方法还包括将第二电极部分绕心轴卷绕一圈。第二电极部分包括间断的电极的第二部分。该方法还包括除了第二电极部分的那圈之外，将连续的第二电极和一个或多个分隔件绕心轴卷绕至少一圈。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是具有用于为车辆提供全部或部分动力的电池系统的车辆的实施例的透视图；
[0010]图2图示了图1的车辆的实施例的剖面示意图，该车辆是以混合动力电动车辆的形式提供的；
[0011]图3是根据一个实施例的电化学电池的透视图；
[0012]图4是图3所示的电化学电池沿图3中的线4-4的局部横截面图；
[0013]图5是用于根据一个实施例的电化学电池的电极和分隔件的局部横截面图；
[0014]图6是根据一个实施例以胶状卷结构的形式提供的电池元件的透视图；
[0015]图7是图6所示的电池元件沿图6中的线7-7的横截面图；
[0016]图8是根据一个实施例的制造电化学电池的方法的流程图；
[0017]图9是根据一个实施例的具有间断正电极的退绕电池元件的分解横截面图；
[0018]图10是具有位于间断正电极的片段之间的绝缘聚合材料的退绕电池元件的分解横截面图；
[0019]图11是具有位于间断正电极的片段之间的导电材料的退绕电池元件的分解横截面图；
[0020]图12是根据一个实施例的制造具有间断电极的电化学电池的方法的流程图；
[0021]图13是根据一个实施例的具有位于同心元件之间的分隔件的电池元件的侧视横截面图；和
[0022]图14是根据一个实施例的具有位于同心卷绕元件之间的分隔件的电池元件的俯视横截面图。
【具体实施方式】
[0023]如下面更详细描述的，本文所公开是包括具有间断电极的电化学电池的电池系统的实施例。即，本发明提供的电化学电池的实施例可包括与间断阴极组合的基本连续的阳极、与间断阳极组合的基本连续的阴极，或任何其它所需配置，这样该电化学电池就包括间断电极。例如，在一个实施例中，电化学电池可以具有包括正电极、负电极和分隔件的卷绕电池元件，正电极可以具有位于电极材料的片段之间的间隔物。
[0024]上述包括具有间断电极的电化学电池的电池系统可以被配置为用在车辆中，其中电池系统提供至少一部分用于车辆的推进动力。应当指出的是，在某些实施例中，电池系统可以包括一个电池模块或者多个电池模块，并且每个电池模块可以包括配置成存储电荷的一个电化学电池或多个电化学电池。在某些实施例中，电化学电池可以有一个或多个间断电极。上述特征可提供优于传统系统的优点。例如，在具有间断电极的电化学电池被刺穿情况下，间断电极只有一个片段可能被刺穿，从而减少或消除由于刺穿传播而引起的短路的可能性。
[0025]现在转到附图，图1是具有电池系统12的汽车(例如，轿车)形式的车辆10的透视图，该电池系统为车辆10提供全部或部分动力。为了本公开的目的，应当指出，这里示出和描述的电池模块和系统是特别针对在XEV电动车辆中提供和/或存储能量的应用，如在下面更详细地描述的。然而，具有间断电极的电化学电池的实施例也可以用在其它非车辆应用中。
[0026]如本领域的技术人员可以理解的，混合动力电动车辆(HEVs)组合内燃机动力和高电压电池电力来生成牵引，而且包括轻度混合动力，中混合和全混合动力设计。插电式电动车(PEV)是可以从外部电源，如墙壁插座，进行充电的任何车辆，并且存储在可充电电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮。PEVs是利用电力进行推进的车辆的子类，包括全电动(EV)或电池电动车辆(BEVs)、插电式混合动力车辆(PHEVs)，以及从混合动力电动车辆和传统内燃机车辆转换来的电动车辆。术语“xEV”在本文中定义为包括前述的或他们的任何变形或组合的全部，他们包括电力作为动力。
[0027]此外，尽管图1中示出的是轿车，但是车辆10的类型可以是特定实现的，并且，因此可以与在其他实施例中的不同，所有这些都旨在落入本公开的范围之内。例如，车辆10可以是卡车、公交车、工业车辆、摩托车、娱乐车、船，或者可从用电力作为其所有或部分推进力中受益的任何其它类型的车辆。
[0028]另外，尽管电池系统12在图1中被图示为位于车辆10的行李箱或后部，但是根据其它示例性实施例，电池系统12的位置可以不同。例如，电池系统12的位置可以基于车辆10内的可用空间、车辆10所需的重量平衡、与电池系统一起使用的其他组件的位置(例如，电池管理系统、排气孔或冷却装置等)，以及各种其他特定实现的考虑而选择。
[0029]图2图示了车辆10的剖面示意图，该车辆是以根据本发明公开的实施例的HEV的形式提供的。在图示的实施例中，电池系统12朝向车辆10的后部设置，靠近燃料箱14。然而，在其它实施例中，电池系统12可以被设置为紧邻燃料箱14，或者可以设置在车辆10后端的单独的隔室内(例如，箱子)，或者可以设置在车辆10的其他地方。当HEV利用汽油动力来推进车辆10时设置内燃发动机16。电动机18、动力分配装置20、和发生器22也作为车辆驱动系统的一部分而被设置。这样的混合动力车辆可仅由电池系统12、仅由发动机16、或由电池系统12和发动机16两者来供电或驱动。
[0030]应注意的是，其他类型的车辆和车辆电气系统的配置可以根据其他实施例而被使用，并且图2的示意图不应被视为限制在本申请中所描述的标的物的范围。事实上，根据各种其它实施例，电池系统12的尺寸、形状和位置、车辆10的类型、车辆技术的类型(例如，HEV、PEV、EV、BEV、PHEV, xEV等)，和化学电池，在其他特征中，都可能不同于那些所图示或描述的。
[0031]根据一个实施例，电池系统12负责封装或容纳电化学电池或电池组、将电化学电池彼此连接和/或连接到车辆电气系统的其它部件，并调节电化学电池单元和电池系统12的其它特征。例如，电池系统12可以包括一些功能，这些功能负责监视和控制系统的电气性能，管理系统的热性能，排放物(例如，可能从电池中排出的气体)的容纳和排放路线，以及电池系统的其他方面，如在下面更详细地描述的。
[0032]图3是电化学电池24的实施例的等距视图。电池系统12可以包括多个这样的电化学电池24 (例如，锂离子电池，镍金属氢化物电池，锂聚合物电池等，或现在已知的或以后开发的其他类型的电化学电池)。在一个实施例中，电化学电池24可以是配置来存储电荷的通常为圆柱形的锂离子电池。然而，在其它实施例中，电池24可以具有其它物理形状(例如，椭圆形，棱形，多边形等)。此外，根据其他实施例，电池24的容量、尺寸、设计、端子配置和其它特征也可以与所示的那些不同。
[0033]图4是图3所示的电池24沿图3中的线4_4的局部横截面图。在图示的实施例中，电池24包括容器或壳体25、帽或盖42、底部(未示出)，和电池元件30。在一些实施例中，壳体25可以由导电材料，如金属(例如，铝或铝合金，铜或铜合金等)制造。电池元件30可以是卷绕的、棱柱形，或椭圆形的电池元件，或者与特定实现的细节一致的任何其它所需的电池元件。
[0034]参照图5，根据一个实施例，电池元件30包括至少一个阴极或者正电极36，至少一个阳极或者负电极38，以及一个或多个分隔件32，34。分隔件32和34被设置在中间或正电极和负电极36，38之间，以使电极36，38彼此电绝缘。分隔件32，34可以用聚合材料(例如，poIef in,聚乙烯,聚丙烯等)、陶瓷材料、聚合物和陶瓷材料的组合,或任何适于电绝缘电极36，38的材料来制造。
[0035]在一些实施例中，电池元件30具有卷绕配置，其中电极36，38和分隔件32，34绕着管或心轴50的形式设置的构件或元件卷绕。这样的结构可以被称为备选地胶状卷结构。虽然心轴50图示为具有大致圆柱形的形状，但是根据其它实施例，心轴50可以具有不同的形状(例如，它可具有椭圆形或矩形的横截面形状，等等)。心轴50也可被配置为大致中空的管，以允许电池内部的气体传输。另外，心轴50可以由不同的材料制成，例如铝或其它金属材料，或聚合物材料。值得注意的是，电池元件30虽然被图示为具有大致圆柱形的形状，但是也可以具有不同的形状(例如，它可以具有椭圆形，棱柱形，矩形，或其它期望的横截面形状)，这取决于特定实现的考虑。
[0036]在一个实施例中，正电极36在如图5的局部横截面图所不的轴向上从负电极39偏移。因此，在电池元件30的第一端，卷绕的正电极36比负电极38进一步延伸，在电池元件30的第二 (相对)端，负电极38比正电极36进一步延伸。
[0037]应注意的是，电极可以由各种合适的材料制成。在一个实施例中，正电极36包括位于铝层上的NMC (锂镍锰钴氧化物)活性层。在另一实施例中，正电极36包括NCA (锂镍钴铝氧化物)活性层。在其它实施例中，负电极38包括配置在铜层或镍层上的碳材料的活性层，例如石墨。电极层可以是，例如，介于约50和200微米厚之间。其他化学物质也可以考虑，无论如何，包括其他的锂离子电池和镍氢电池化学品，或任何其他合适的电池化学电物质。
[0038]这种结构的一个有利的特点是，集电体可被连接到电池24的一端处的特定电极，而不用接触相反极性的电极。例如，根据一个实施例，负集电体40(例如，如图4中所示)可以连接到电池元件30的一端处的暴露的负电极38，并且正集电体(未示出)可以连接到电池元件30的另一端处的暴露的正电极36。
[0039]根据一个实施方式，电池24包括电解质(未示出)，而且电解质可以设置在电池24的壳体25内、穿过填充孔41。在完成用电解质填充电池24之后，可以用填充塞放在填充孔41内，以密封电池24内的电解质。电解质可以是锂盐，但是，也可以考虑其它化学物质，如镍盐。
[0040]电池24还包括负集电体40和正集电体(未示出)。负集电体40和正集电体是导电部件，用于将电池元件30的电极36，38耦合到电池24的端子26，28。例如，负集电体40将负电极38耦合到负端子28 (经由凸耳44)，正集电体将正电极36耦合到电池24的正端子26 (例如，经由壳体25)。根据图4所示的实施例，负集电体40的凸耳44在被耦合到负端子28之前已经至少部分地折叠或向后弯曲超过本身至少一次，适合于将电极耦合到端子的其他配置也是考虑的，而且在本发明公开的范围内。因为电极36，38是卷绕的，所以从电极伸出的多个边缘(未示出)被集电体弯曲或碾压。根据另一实施例，集电体用焊接操作耦合到电极(例如，激光焊接操作)。根据各种实施例，集电体可以由相对较薄的导电材料薄片形成(例如，通过冲压操作，激光切割操作等等)，也可以通过挤压工艺来形成。根据各种实施例，集电体可以是基本上刚性的，或者可以包括柔性或可弯曲的部分。
[0041]在图示的实施例中，负集电体40将负电极38电连接到电池24的负端子28。负端子28通过绝缘体45而与壳体25的盖42绝缘,如图4所示。正集电体(未示出)将正电极36电连接到壳体25的底部。壳体25被电连接到盖42 (例如，如图4所示)，从而顺次电连接到正端子26。
[0042]图6-7图示了卷绕的电池元件30 (例如，胶状卷)的实施例，其中电极36，38和分隔件32，34 (未示出)绕着以心轴50 (例如，本体，中心元件，轴，杆，管等)的形式设置的构件或元件卷绕。根据一个实施例，可以使用粘合剂或胶带48 (例如，如图6所示)来将电绝缘卷或膜46 (例如,如图4和6所示)绕着电池元件30定位，以至少部分地使电池元件30与壳体25电绝缘。根据一个实施例，该膜46是聚酰亚胺材料的，例如可以是从E.1.杜邦公司(E.1.du Pont de Nemours and Company)购得的商品名为卡普顿(KaptOil? )的。
[0043]在一个实施例中，电池24可进一步设置有排气孔。一旦电池24内部的压力达到预定量(例如，在电池温度升高期间)，排气孔可以被配置为允许气体和/或排放物离开电池
24。当排气孔使用时(例如，激活，打开，分离等)，电池24内部的气体和/或排放物就离开电池24，以降低电池24内部的压力。根据一个实施例，排气孔可以在高压出现期间充当用于电池24的安全装置。
[0044]在一个实施例中，排气孔可以位于壳体25的底部或底部部分。但在其它实施例中，排气孔可以位于其他位置(例如，如在电池的盖或罩内)。例如，在一个实施例中，排气孔可以位于与壳体25分离的组件的盖或底部内，该组件又耦合到壳体25 (例如，通过焊接操作)。
[0045]现在参照图8，用来制造电池或电化学电池的装配流程70是根据一个实施例而示出的。在第一步骤72中，在分隔件和电极被缠绕在型芯上，以形成胶状卷结构的电池元件，如上所述。在第二个步骤74/76中，正和负集电体是电地或导电地分别耦合(例如，通过焊接操作，如激光焊接)到胶状卷结构的正和负电极端。根据各种实施例，步骤74可以在步骤76之前、之后或同时发生。
[0046]在第三步骤78中，胶状卷被插入电池壳体中。在第四步骤80中，正集电体电地或导电地耦合(例如，通过焊接操作)到电池壳体的基部。在第五步骤82中，负集电体电地或导电地耦合(例如，通过焊接操作)到电池的盖的绝缘端。在第六步骤84中，该电池的盖被耦合到该电池的壳体(例如，通过焊接操作)。[0047]应注意的是，在图9-13所示的电化学电池的以下实施例中，电化学电池具有间断电极。即，本发明提供的电化学电池的实施例可以包括与间断阴极组合的基本连续的阳极、与间断阳极组合的基本连续的阴极、或任何其它期望的配置，这样电化学电池就包括了间断电极。为进一步示例，在下面将更详细描述的某些实施例中，正电极可能可以具有位于电极材料的片段之间的间隔物。设置在一个或多个电极中的前述间隔物可以减少或阻止短路事件(例如，由于钉穿刺电化学电池的侧面而产生的短路)传播和影响真个电池的可能性。
[0048]现在参照图9，电化学电池的电池元件86的分解横截面是根据一个实施例而图示的。在本实施例中，电池元件86包括卷绕成大致圆柱体形状的间断的正电极88，基本连续的、不间断或不中断的负电极90，和分隔件92，94。间断的正电极88包括位于正电极88的片段98a, 98b, 98c和98d之间的间隔物96 (例如，缝隙，空间，空隙等)。该间隔物96的一般特征在于正电极材料缺乏连续性的或缺失。通过提供间隔物96，多个相互并联连接的电池可被有效地形成。进一步，通过间隔正电极88，由于从短路状态而导致的电池内的热传播可以被减少和/或降低。
[0049]在一些实施例中，如在图9中所示，间隔物96可以不包括任何材料，使得相邻的分隔件层92和94靠近彼此位于电池元件86内。但是，在其他实施例中，材料，如聚合物材料(例如，聚烯烃，聚酰亚胺，和类似物)或金属(例如，招，铜，和类似物)，可被布置在正电极88的片段98之间的间隔物96内。例如，参考图10的实施例，每个间隔物100a, 100b,和IOOc可以包括具有绝缘特性的聚合材料102a，102b，和102c，其特性可以包括高的耐热性和电绝缘能力。聚合物材料102a，102b，和102使得正电极88的片段98a，98b，98c，和98d彼此电绝缘，这样一个片段98内的短路状态就被抑制，或完全阻止了扩散到电池元件86内的正电极88的其他片段98。通过阻止片段98之间的以及到电池元件86的其他部件的短路状态的扩散，热传播被减少或降低，比如通过阻止局部热点的形成。聚合物材料还可以使得电池的相邻部分彼此热绝缘，阻止电池内的热传递。
[0050]更进一步地，在其它实施例中，例如，参照图11的实施例，每个间隔物100a，100b,和IOOc可以包括具有导电特性的材料104a，104b，和104c。在这样的实施例中，间隔物100a，100b，和IOOc可以与正电极88的相邻片段98，例如通过间隔106隔开。此外，在这些实施例中，间隔物100可以包括具有良好的散热特性的金属材料。在这种实施方式中，金属材料在电池内分散热和/或将热分散给壳体或到电池外部，以减少局部热传播或阻止形成局部热点。
[0051]在某些实施例中，间隔物100有大致恒定宽度，并且通常平行于电池元件86的心轴或中心轴定向，通常沿正电极88的整个或总高度延伸。然而，其他实施例也被考虑，例如，间隔物100可以具有变化的或通常是增加的宽度，相对于中心轴线的螺旋方向，或它们的组合。
[0052]在一个示例实施例中，电池元件86包括具有用三个间隔物96隔开的四个片段98a，98b，98c和98d的正电极88。在一个实施例中，正电极88的片段98a，98b，98c和98d具有大约一米的退绕长度。另外，在本实施例中，间隔物96大约绕电池元件86的一圈(SP，电池元件86的变化的直径下的圆周)。然而，在其它实施例中，正电极88可以包括更多或更少的片段98以及更多或更少的间隔物96。片段98可以是更长的、更短的，或者不同的长度。间隔物96可以是更长的、更短的固定长度，或者变换长度，定义为与电池元件86的直径无关。
[0053]应注意的是，具有本文所提供的间断电极的电化学电池的实施例可以以各种合适的方式形成。例如，在如图12所示的方法110的实施例中，电池元件86可以用根据常规方法的传统设备来制造，适当地进行修改，以提供所需的电极材料中(例如，在正电极材料中)的间隔物的内含物。第一电极(例如，正电极88)的第一片段、第二电极(例如，负电极90)，以及分隔件(例如，分隔件92和94)被布置成交替布置(方框112)，并且卷绕在心轴上(方框114)。当第一电极部分的卷绕结束，第二电极和分隔件的卷绕继续一圈，以产生第一间隔物(方框116)。然后用第二以及其他片段重复该过程(方框118和120)，直到第一电极的所有期望片段都被卷绕到电池元件上。执行检查(方框122)，以确保电池元件已经完成所需量的片段，并结束该过程(方框124)。应当指出，在其他实施例中，聚合物或金属材料被卷绕在例如正电极的片段之间，以形成间隔物。
[0054]在其它实施例中，用于组装电池元件86的方法被设想为使用间断正电极88，其是单一的或单件式组件。例如，正电极88的片段98可以通过聚合物或金属间隔物材料耦合在一起以形成具有内置的或一体的间隔物的连续薄片。在本实施例中，正电极以交替方式与分隔件层和负电极卷绕或层叠。因为间隔物是与正电极一体的，所以电池单元可以不停止地卷绕从而形成正电极中的间隔物。
[0055]本领域技术人员将认识到，间断正电极和电池可以包括其它配置或根据其它适当的方法进行组装。例如，在一些实施例中，电池可以包括间断的负电极来补充或代替间断正电极。此外，电池可以是棱形卷绕、其他卷绕型电池、层叠电池，或任何其它所需类型的电池，这取决于特定实现的考虑。
[0056]现在参照图13和图14，电池设置有电池元件126，根据另一实施例其被分成同心元件128和130。每个同心元件128，130包括以交替形式设置并绕中心轴卷绕的正电极和负电极，以及分隔件。内部同心元件128 —般是用分隔环132与外部同心元件130隔开。通过用分隔环132将内部和外部同心元件128，130隔开，电池内的热传播，例如，由短路条件而导致的，可减少或减缓。
[0057]分隔环132可以由聚合物、金属、陶瓷，或其它类型的材料，或它们的组合制成。根据一个实施例，分隔环132是具有良好的绝缘特性的聚合物材料，如聚烯烃、聚酰亚胺(例如，卡普顿)或聚(苯硫醚)(PPS)，其特性可以包括高的耐热性和/或电绝缘能力。聚合物分隔环132使得同心元件128，130彼此电绝缘，从而抑制或阻止同心元件128，130之间的短路状态的传递。聚合物分隔环132也可以使得同心元件128，130彼此热绝缘，从而抑制同心元件128，130之间的热传递。因此，聚合物分隔环132降低了电池内的热传播。
[0058]根据一个实施例，分隔环132是金属材料的，如招，铜，钛等，具有良好的散热特性。短路或其他发热事件的情况下，金属分隔环132在电池内分散热量。通过分散热，分隔环132可以阻止热点的发展，并减少整个电池的热传播。
[0059]根据一个实施例，分隔环132是聚合物材料和金属材料，比如上述的那些材料的组合。分隔环132，例如，可以是涂有聚合物材料的金属环，或者分隔环132可以包括与聚合物环同心的金属环。由于具有聚合物和金属材料的结合的特性，聚合物/金属分隔环132可以减少电池内的热传播。聚合物/金属分隔环132具有聚合物材料的电绝缘特性，可以抑制或阻止同心元件128，130之间的短路状态的扩散。聚合物/金属分隔环132还具有金属材料的散热特性，能够分散电池内的热量。根据其它实施例，分离环132还可以包括陶瓷的或其他材料，或者可以包括陶瓷的或其他材料来代替聚合物或金属材料。
[0060]在一些实施例中，电池元件126可以按照通常的常规方法制造。根据一个实施方式，电极和分隔件以交替方式设置，并绕内部心轴卷然，以形成内部同心元件128。同样，电极和分隔件绕外部心轴(未示出)卷绕，以形成外部同心元件130。分隔环132位于外部同心元件130内，内部同心元件128位于分隔环132内，从而形成电池元件126。同心元件128，130、心轴、和分隔环132的尺寸使得内部同心元件128的外表通常是在靠近分隔环132的内表面，分隔环132的外表面通常是靠近外部心轴的内表面。在其它实施例中，外部心轴形成分隔环132,以将内部和外部同心兀件128,130隔开。
[0061]根据一个实施例，分隔环132是一个或多个分隔件。例如，正电极和负电极可以具有相邻的卷绕的一圈或多圈的间隔物。电池元件126是按照上述的方法中的一个进行制造的，首先将正电极、负电极和分隔件绕着心轴卷绕以形成内部同心元件128。然后，分隔件单独卷绕一圈或多圈以间断正电极和负电极并形成分隔环132。正和负电极被重新引入并与分隔件一起卷绕以形成外部同心元件130。然后重复该过程，直到达到同心电池的期望数量。如此，分隔环132就通过分隔件而形成，以隔开同心元件128，132。
[0062]本领域技术人员将认识到，电化学电池、电池元件、同心元件和分隔环可以具有其它结构，或者可以根据其它方法制造。例如，可以提供附加的同心电池元件，或者环的材料可以在卷绕之前耦合到正和负电极材料。
[0063]包括间断正电极的电池已经过测试，并在短路情况下显示出了改善的热特性。准备具有间断电极和不具备间断电极的不同的化学物质电池，并用钝钉子刺穿做测试。对于具有NMC (即，锂镍锰钴氧化物)阴极和石墨阳极的电池，常规的电池达到约394摄氏度的最高温度，而间断的阴极电池达到只有大约378摄氏度。对于具有NCA (S卩，锂镍钴铝氧化物)阳极和石墨阴极的电池，常规的电池达到约597摄氏度的最高温度，并且放射火花和巨大火焰，而间断阴极电池达到只有约495摄氏度，并且没有放射火花或火焰。
[0064]如本文所使用的，术语“近似”、“大约”、“大致”以及类似术语旨在具有与本领域普通技术人员常见和能够接受的用法相一致的宽泛含义和谐，其也是本公开所保有的主题。那些阅读本公开的本领域技术人员应当理解的是，这些术语意在允许所描述的和要求保护的某些特征的描述，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为表示该主题的非实质性或无关紧要的修改或改变，所描述和要求保护的该主题被认为是在如所附权利要求书中要求的本发明的范围之内。
[0065]应当指出的是，在本文中用以描述各种实施例的术语“示例性”旨在表明，这样的实施例是可能的示例、代表，和/或可能的实施例的说明(而且这样的术语并不旨在意味着这样的实施例必然是非凡的或最好的例子)。
[0066]本文所用的术语“耦合”、“连接”及类似用语是指两个元件彼此直接或间接相接。这样的接合可以是静止的(例如，永久性的)或可移动的(例如，可移动的或可释放的)。这种接合可以用两个元件获得，或者用两个元件和任何附加中间元件彼此一体成形为单一的整体式主体获得，或者用两个元件或两个元件和任何附加中间元件彼此贴合而获得。
[0067]本文提及的元件的位置(例如，“顶部”，“底部”，“上方”，“下方”，等等)仅仅用于描述图中各元件的方位。应注意的是，各元件的方位可以根据其它示例性实施例而不同，并且这种变化意在由本公开所涵盖。
[0068]尤其需要注意的是，在各示例性实施例中所示的电化学电池的元件的结构和设置仅是说明性的。尽管在本公开中只有几个实施例进行了详细的描述，但是那些阅读了本公开的本领域技术人员将容易地理解，只要没有严重脱离本文所描述的主题的新颖教导和优点，许多修改都是可能的(例如，大小、尺寸、结构、形状及各元件的比例、参数值、安装布局、使用的材料、颜色、方位等的改变)。例如，所示为一体成形的元件可以用多个部件或元件构造，元件的位置可以颠倒或以其他方式改变，并且特性或者离散元件的数量性质或者位置可以都可以改变或变化。任何过程或方法步骤的次序或顺序都可以根据备选实施例而改变或重新排序。只要不脱离本发明的范围，在各示例性实施例的设计、操作状态和设置中也可以做出其他替换、修改、变化和省略。
【权利要求】
1.一种电化学电池元件系统，包括: 具有所需长度的第一电极； 间断的第二电极，包括一个或多个位于多个电极片段之间的间隔物；和 一个或多个分隔件，被放置来将第一电极和间断的第二电极隔开，其中第一电极、间断的第二电极，以及一个或多个分隔件沿电池元件的长度卷绕。
2.根据权利要求1所述的系统，其中第一电极沿所需的长度是基本上连续的。
3.根据权利要求1所述的系统，其中第一电极包括一个或多个位于多个第一电池片段之间的间隔物。
4.根据权利要求1所述的系统，其中第一电极包括阳极，间断的第二电极包括间断的阴极。
5.根据权利要求1所述的系统，其中一个或多个间隔物包括绝缘体材料，每个被配置为接触相邻的电极片段，在电极片段之间每个间隔物将相邻的电极片段彼此绝缘。
6.根据权利要求1所述的系统，其中一个或多个间隔物包括导电材料，每个间隔物被配置为与相邻的电极片段分开，在电极片段之间设置每个间隔物。
7.根据权利要求6所述的系统，其中导电材料包括金属材料。
8.根据权利要求1所述的系统，包括包围第一电极、间断的第二电极，以及一个或多个分隔件的壳体。
9.根据权利要求8所述的系统，包括耦合到第一电极和位于壳体内的第一端子的第一集电体和耦合到间断的第二电极的多个电极片段中的每个和位于壳体内的第二端子的第二集电体，其中第一集电体不与间断的第二电极接触，第二集电体不与第一电极接触。
10.根据权利要求9所述的系统，其中第一集电体通过激光焊接耦合到第一电极，第二集电体通过激光焊接耦合到间断的第二电极。
11.根据权利要求1所述的系统，其中第一电极、间断的第二电极，以及一个或多个分隔件绕着心轴卷绕，以形成胶状卷结构。
12.根据权利要求1所述的系统，其中间断的第二电极包括位于铝层上的锂镍锰钴氧化物活性层。
13.根据权利要求1所述的系统，其中第一电极包括位于铜层上的碳材料活性层。
14.一种电池系统,包括: 电化学电池元件，包括: 具有所需阳极长度的阳极； 具有所需阴极长度的间断的阴极； 一个或多个分隔件，被放置来将阳极和阴极隔开，其中阳极、阴极，以及一个或多个分隔件沿电化学电池元件的长度卷绕；并且阳极和阴极中的至少一个沿给定长度是间断的，以形成电极片段；以及 第一集电体，耦合到电极片段和位于电池元件的壳体内的第一端子。
15.根据权利要求14所述的系统，其中电化学电池元件包括适于用在xEV电动车辆电池系统中的电化学电池。
16.根据权利要求14所述的系统，其中阴极包括位于铝层上的锂镍锰钴氧化物活性层。
17.根据权利要求14所述的系统，其中阴极是用多个沿阴极长度设置的多个间隔物来间断的。
18.根据权利要求17所述的系统，其中多个间隔物包括被配置为将相邻的阴极片段彼此绝缘的绝缘体材料。
19.根据权利要求17所述的系统，其中多个间隔物包括导电材料，每个间隔物被设置为与相邻的阴极片段隔开，在阴极片段之间设置每个间隔物。
20.根据权利要求14所述的系统，其中阴极沿着阴极的长度被间断，并且包括耦合到阳极和位于壳体内的第二端子的第二集电体，其中第一集电体不与阳极接触，第二集电体不与阴极接触。
21.根据权利要求14所述的系统，其中一个或多个分隔件包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料，或它们的组合。
22.根据权利要求14所述的系统，其中一个或多个分隔件是由聚烯烃、聚酰亚胺、聚亚苯基硫醚，或它们的组合制成。
23.—种制造电化学电池元件的方法，包括: 将第一电极部分绕着心轴卷绕一圈，其中第一电极部分包括间断的电极的第一部分；除了第一电极部分的那圈之外，将连续的第二电极和一个或多个分隔件绕心轴卷绕至少一圈； 将第二电极部分绕心 轴卷绕一圈，其中第二电极部分包括间断的电极的第二部分； 除了第二电极部分的那圈之外，将连续的第二电极和一个或多个分隔件绕心轴卷绕至少一圈。
24.根据权利要求23所述的方法，其中间断的电极包括阴极，连续的第二电极包括阳极。
25.根据权利要求23所述的方法，包括终结第一电极部分和第二电极部分到耦合到公共电极端子的公共集电体的连接。
【文档编号】H01M10/02GK103733384SQ201280039904
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年6月21日 优先权日:2011年6月24日
【发明者】弗雷德里克·C.·博诺姆, 詹森·D.·富尔, 加里·P.·霍钦-米勒, 约翰·P.·丁克埃尔曼 申请人:约翰逊控制技术有限责任公司