DE69406230T2 - Rechteckförmige Batterie - Google Patents
Rechteckförmige BatterieInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft eine rechteckige Batterie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
- Die rechteckige Batterie, wie sie in einem Gerät wie einer Videokamera verwendet wird, hat einen Aufbau, bei dem Kathodenplatten 101 und Anodenplatten 102 mittels Abstandshaltern 103 zusammengefasst und abwechselnd aufeinandergelegt sind, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, oder es liegt ein Aufbau gemäß Fig. 2 des Dokuments US-PS-4,215,186 vor.
- Das erstgenannte, durch diese Kathodenplatten 101, Anodenplatten 102 und Trenneinrichtungen 103 erzeugte Schichtprodukt wird in ein rechteckiges Batteriegehäuse mit einer offenen Seite eingeführt, und dann wird ein Flüssigelektrolyt eingefüllt, um insgesamt als Batterie zu dienen.
- Die Kathodenplatte 101 besteht aus einer dünnen Aluminiumfolie, deren beide Seiten mit einem Mischkathodenmittel beschichtet sind, das Lithium enthält. Andererseits besteht die Anodenplatte 102 aus einem dünnen Kupferfilm, dessen beide Seiten mit einem Mischanodenmittel beschichtet sind, das Kohlenstoff enthält.
- Es ist herkömmliche Vorgehensweise, die mehreren Kathodenplatten 101 oder Anodenplatten 102 zwischen das Paar Trenneinrichtungen 103 in der Dickenrichtung der Platten einzubetten, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, und dann Abschnitte zwischen den Elektrodenplatten durch Heißschmelzen zu verbinden, um die Platten zusammenzufassen. Fig. 2 zeigt nur den Fall, dass die Kathodenplatten 101 zusammengefasst sind.
- Das Heißschmelzen wird dadurch ausgeführt, dass Druck mit einem temperaturgeregelten Heizerblock ausgeübt wird. Die zusammengefassten Elektrodenplatten werden an den Schmelzabschnitten getrennt, wie in Fig. 3 dargestellt, und die Kathodenplatten 101 und die Anodenplatten 102 werden abwechselnd übereinandergelegt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.
- Da jedoch die Trenneinrichtung 103 durch Wärmeausbreitung durch den Heizerblock, der auf die Trenneinrichtung 103 drückt, übermäßig geschmolzen wird, müssen die Schmelzabschnitte breiter sein. Aus diesem Grund müssen die Elektrodenplatten um die breiteren Schmelzabschnitte verengt werden, was demgemäß die Batteriekapazität verringert.
- Nach dem Heißschmelzen kann die Trenneinrichtung 103 durch Kontraktion aufgrund der Wärme faltig sein. Dies kann zu einer merklichen Beeinträchtigung des Funktionsvermögens der Batterie führen. Auch muss, da zum Trennen der Elektrodenplatten in den Schmelzabschnitten eine Schneideinrichtung verwendet wird, der Schmelzabschnitt für jede der Elektrodenplatten korrekt positioniert werden. Dies führt zu einem beträchtlichen Problem hinsichtlich der Produktivität.
- Das Dokument US-PS-4,215,186 zeigt, dass mehrere negative und positive Elektroden durch eine Trenneinrichtung voneinander getrennt sind, die ein zusätzliches Element ist.
- Angesichts des oben genannten Stands der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine rechteckige Batterie zu schaffen, in der mit Trenneinrichtungen zusammengefasste Elektrodenplatten kontinuierlich verwendet- werden können, und in der Schmelzabschnitte leicht durchgeschnitten werden können, um die für eine Batterie erforderlichen Elektrodenplatten zu trennen, um zufriedenstellende Produktivität zu erzielen.
- Gemäß der Erfindung ist eine rechteckige Batterie mit folgendem geschaffen: mehreren Kathodenplatten und Anodenplatten, die abwechselnd über eine Trenneinrichtung so übereinandergelegt sind, dass sie einander zugewandt sind, wobei zumindest die Kathodenplatten oder die Anodenplatten aufeinanderfolgend auf Zickzackweise einstückig mit der Trenneinrichtung zusammengefasst sind, wobei die Kathodenplatten oder die Anodenplatten in einem Trenneinrichtungs-Schmelzabschnitt zwischen den Kathodenplatten oder Anodenplatten gefalzt sind.
- In der rechteckigen Batterie sind die mehreren Kathodenplatten zwischen zwei lagenförmige Trenneinrichtungen eingebettet, wobei jede der Kathodenplatten dadurch zusammengefasst ist, dass die Trenneinrichtungen entlang dem Außenumfang der Kathodenplatten geschmolzen sind, wobei die Kathodenplatten abwechselnd mit den Anodenplatten in den entsprechenden Schmelzabschnitten gefaltet sind.
- Die Anodenplatten sind kontinuierlich mit Ziehharmonikaform ausgebildet.
- In der oben beschriebenen rechteckigen Batterie werden die Anodenplatten durch zwei lagenförmige Trenneinrichtungen eingebettet, wobei jede der Anodenplatten dadurch zusammengefasst ist, dass die Trenneinrichtungen entlang dem Außenumfang der Anodenplatten geschmolzen ist.
- In der oben beschriebenen rechteckigen Batterie sind die mehreren Kathodenplatten durch eine breite, lagenförmige, doppelt gefaltete Trenneinrichtung eingebettet, wobei jede der Kathodenplatten dadurch zusammengefasst ist, dass die Trenneinrichtung entlang dem Außenumfang der Kathodenplatten geschmolzen wurde, wobei die Kathodenplatten abwechselnd mit den Anodenplatten in den entsprechenden Schmelzabschnitten gefaltet sind.
- Auch ist der Schmelzabschnitt durch Ultraschallbonden verbunden.
- Der Schmelzabschnitt wird durch Ultraschallbonden mit 40 kHz, 15 W verbunden.
- Die Kathodenplatte besteht aus einer Aluminiumfolie, deren beide Seiten, oder eine Seite derselben, mit einem Mischkathodenmittel beschichtet sind, das getrocknet wurde.
- Die Anodenplatte besteht aus einer Kupferfolie, deren beide Seiten, oder eine Seite derselben, mit einem Mischkathodenmittel beschichtet sind, das getrocknet wurde.
- Die Trenneinrichtung besteht aus einem Polymermaterial mit winzigen Poren.
- Außerdem ist das Polymermaterial aus Polypropylen und Polyethylen ausgewählt.
- Da bei der erfindungsgemäßen rechteckigen Batterie zumindest die Kathodenplatten oder die Anodenplatten jeweils mit der Trenneinrichtung zusammengefasst sind, ist das Eindringen von Pulver der Kathodenplatte oder der Anedenplatte ineinander verhindert, was eine Beeinträchtigung des Funktionsvermögens vermeidet.
- Außerdem ist, da bei der erfindungsgemäßen rechteckigen Batterie die Elektrodenplatten mit der Trenneinrichtung so zusammengefasst sind, dass der Schmelzabschnitt zwischen den Platten durch Ultraschallbonden bearbeitet ist, der Schmelzabschnitt so verarbeitet, dass er extrem dünn ist, so dass die Elektrodenplatten leicht durch einfaches Strecken getrennt werden können.
- Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem zusammengefasste Kathoden- und Anodenplatten abwechselnd in einer herkömmlichen rechteckigen Batterie aufgestapelt sind.
- Fig. 2 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die Anodenplatten mit einer Trenneinrichtung in der herkömmlichen rechteckigen Batterie zusammengefasst sind.
- Fig. 3 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die zusammengefassten Elektrodenplatten in der herkömmlichen rechteckigen Batterie getrennt sind.
- Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand vor dem Falten einer Elektrodengruppe in einer rechteckigen Batterie eines Ausführungsbeispiels 1 zeigt.
- Fig. 5 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand vor dem Falten der Elektrodengruppe in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 zeigt.
- Fig. 6 ist eine perspektivische Expiosionsansicht, die ein Beispiel der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 zeigt.
- Fig. 7 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Kathodenplatte in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 zeigt.
- Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die die Kathodenplatte in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 zeigt.
- Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel der Kathodenplatte in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 zeigt.
- Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Kathodenplatte durch ein Paar Trenneinrichtungen in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 eingebettet ist.
- Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Trenneinrichtungen durch Ultraschallbonden verbunden sind, nachdem die Kathodenplatte mit den Trenneinrichtungen in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 zusammengefasst wurde.
- Fig. 12 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Anodenplatte in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 zeigt.
- Fig. 13 ist eine Schnittansicht, die die Anodenplatte in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 zeigt.
- Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel der Anodenplatte in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 1 zeigt.
- Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für das Zusammenfassen der Kathodenplatten mit einer Trenneinrichtung zeigt, wobei die Kathodenplatten auf einer breiten Trenneinrichtung angeordnet sind.
- Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für das Zusammenfassen der Kathodenplatten mit einer Trenneinrichtung zeigt, wobei die Kathodenplatten auf einer breiten Trenneinrichtung angeordnet sind.
- Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand vor dem Falten einer Elektrodengruppe in einer rechteckigen Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 zeigt.
- Fig. 18 ist eine Schnittansicht, die den Zustand vor dem Falten der Elektrodengruppe in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 2 zeigt.
- Fig. 19 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand vor dem Falten einer Elektrodengruppe in einer rechteckigen Batterie eines Ausführungsbeispiels 3 zeigt.
- Fig. 20 ist eine Schnittansicht, die den Zustand vor dem Falten der Elektrodengruppe in der rechteckigen Batterie des Ausführungsbeispiels 3 zeigt.
- Nun werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
- Eine rechteckige Batterie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dadurch hergestellt, dass eine Elektrodengruppe 1 mit abwechselnd aufgestapelten Kathodenplatten und Anodenplatten in ein Batteriegehäuse 2 eingeführt wird und dann ein Flüssigelektrolyt in dieses eingefüllt wird.
- Das Batteriegehäuse 2 ist als rechteckiges Gehäuse aus Fe mit einer darauf befindlichen Ni-Plattierung ausgebildet, wobei eine Seite offen ist.
- Die Elektrodengruppe 1 wird dadurch hergestellt, dass jede von mehreren Kathodenplatten 3 mit einer Trenneinrichtung 4 in Form einer Lage zusammengefasst wird, die Lage in Ziehharmonikaform gefaltet wird, die Anodenplatten 5 in gefaltete Abschnitte eingeführt werden und dann die Elektrodenplatten so aufgestapelt werden, dass sie abwechselnd über diesen liegen, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Zuleitungen 8, 16 der Kathodenplatten 3 und der Anodenplatten 5 werden nach dem Aufeinanderstapeln angebondet, wie es in Fig. 6 dargestellt ist.
- Die Kathodenplatte 3 wird dadurch hergestellt, dass eine Seite oder beide Seiten einer ebenen, im Wesentlichen rechteckigen, lagenförmigen Aluminiumfolie 6 mit einem Mischkathodenmittel 7 beschichtet werden und dann das sich ergebende Erzeugnis getrocknet und gepresst wird, wie es in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellt ist. Als Mischkathodenmittel 7 kann ein Gemisch von LiCoO&sub2;-Pulver als aktives Kathodenmittel, Kohlenstoffpulver als leitendes Mittel und PVDF als Bindemittel verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Zuleitung 8 nicht mit dem Mischkathodenmittel 7 beschichtet ist.
- Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Aluminiumfolie 6 eine Dicke von 20 µm, und die gepresste Kathodenplatte hat insgesamt eine Dicke von 150 µm.
- Die Trenneinrichtung 4, die die Kathodenplatte 3 von der Anodenplatte 5 trennt, besteht aus einem porösen Polymermaterial mit Löchern mit einem Durchmesser im Submikrometerbereich bis zu einigen µm, die darin geöffnet sind, um Ionen durchzulassen. Für die Trenneinrichtung 4 wird ein lagenförmiger Film aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) verwendet.
- Die Kathodenplatten 3 werden mit vorbestimmten Intervallen zwischen einem Paar lagenförmiger Trenneinrichtungen 4 angeordnet, wie in Fig. 10 dargestellt, und sie werden in diesen durch Ultraschallbonden von Zwischenelek trodenplatten-Abschnitten 9 und Randabschnitten 10 an beiden Längsseiten durch eine Ultraschall-Schweißeinrichtung 11 zusammengefasst, wie in Fig. 11 dargestellt. Jede der Kathodenplatten 3, die mit vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, wird mit den Trenneinrichtungen zusammengefasst, und die zusammengefassten Kathodenplatten 3 bilden einen sogenannten Ring, in dem die Kathodenplatten kontinuierlich verbunden sind.
- Beim Zusammenfassen der Kathodenplatten 3 mit den Trenneinrichtungen 4 werden die Kathodenplatten 3 so angeordnet, dass sich zumindest die Zuleitungen 8 aus den Trenneinrichtungen 4 heraus erstrecken. Der Bondabschnitt wird auf ein Kissen 12 aufgesetzt, um den Bondvorgang zu erfahren, wobei die Trenneinrichtungen 4 durch eine Führungsplatte 13 mit Ultraschallkopf angedrückt werden.
- Durch Ultraschallbonden ist es möglich, den Bondabschnitt mit kleiner Bond breite anzuschließen, und demgemäß ist es möglich, große Elektrodenbreite zu erzielen. Infolgedessen kann eine Erhöhung der Batteriekapazität erzielt werden. Auch können, da der Schmelzabschnitt einer Trenneinrichtung 4 durch Ultraschallbonden so bearbeitet wird, dass er extrem dünn ist, die Elektrodenplatten leicht dadurch getrennt werden, dass die Trenneinrichtung in irgendeiner Richtung gezogen wird. Demgemäß ist eine derartige Trenneinrichtung 4 wirkungsvoll, um die Elektroden mit der für eine Batterie erforderlichen Anzahl abzutrennen.
- Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Ultraschallschweißen bei 40 kHz, 15 W ausgeführt. Die Randabschnitte 10 an den beiden Längsseiten der Trenneinrichtung 4 können durch Heißschmelzen unter Verwendung eines Heizerblocks verbunden werden, da die Randabschnitte 10 nicht getrennt werden müssen.
- Wenn die Elektrodenplatten wie oben beschrieben mit den Trenneinrichtungen zusammengefasst werden, dringt Pulver des Mischkathodenmittels, das u.U. von der Elektrode abfällt, nicht in die Anode 5 ein. Infolgedessen kann eine Beeinträchtigung des Funktionsvermögens aufgrund eines Eindringens des Mischmittels sicher verhindert werden. Auch können, da die Elektrodenplatten nicht getrennt sind, sondern den Ring bilden, zufriedenstellende Arbeitsverhältnisse bei der Handhabung und Produktivität erzielt werden.
- Die Anodenplatte 5 wird dadurch hergestellt, dass eine oder beide Seiten einer ebenen, im Wesentlichen rechteckigen, lagenförmigen Kupferfohe 14 mit einem Mischanodenmittel 15 beschichtet werden und dann das sich ergebende Erzeugnis getrocknet und gepresst wird, wie es in den Fig. 12, 13 und 14 dargestellt ist. Als Mischanodenmittel 15 wird ein Gemisch aus Kohlenstoffpulver als aktives Anodenmaterial und PVDF als Bindemittel verwendet. Es ist zu beachten, dass die Zuleitung 16 nicht mit dem Mischanoden mittel 15 beschichtet ist.
- Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Kupferfohe 14 eine Dicke von 20 µm, und die gepresste Anode hat insgesamt eine Dicke von 180 µm.
- Beim obigen Ausführungsbeispiel sind die Kathodenplatten 3 durch die zwei Trenneinrichtungen 4 eingebettet. Jedoch können die Kathodenplatten 3 mit vorbestimmten Intervallen auf einer breiten Trenneinrichtung 4 angeordnet sein, wie in Fig. 15 dargestellt, und sie können durch doppeltes Falten der Trenneinrichtung 4 eingebettet werden, wie es in Fig. 16 dargestellt ist.
- Beim Ausführungsbeispiel 2 wird eine bandförmige Anodenplatte 5 ohne Trenneinrichtung in Ziehharmonikaform hergestellt, und sie wird abwechselnd mit ringförmigen Kathodenplatten 3 gefaltet, deren eine Seite wie beim Ausführungsbeispiel 1 beschichtet und mit einer Trenneinrichtung 4 zusammengefasst ist, wie es in den Fig. 17 und 18 dargestellt ist.
- Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ergeben sich, da die Anodenplatte 5 mit kontinuierlicher Ziehharmonikaform vorliegt, zufriedenstellende Handhabungseigenschaften und einfachere Fertigbarkeit im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel 1.
- Beim Ausführungsbeispiel 3 werden Kathodenplatten 3 und Anodenplatten 5, bei denen jeweils eine Seite beschichtet ist, jeweils mit Trenneinrichtungen 4 zusammengefasst, und sie werden abwechselnd gefalzt, wie es in den Fig. 19 und 20 dargestellt ist.
- Bei einem solchen Aufbau kann ein Kurzschluss der Kathodenplatten 3 und der Anodenplatten 5 sicher verhindert werden und die Zuverlässigkeit der Batterie kann deutlich verbessert werden. Auch ist die Herstellung einfacher als bei Elektrodenplatten, die getrennt und abwechselnd aufgestapelt werden.
- Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird bei der erfindungsgemäßen rechteckigen Batterie mindestens jede der Kathodenplatten oder der Anodenplatten mit der Trenneinrichtung zusammengefasst und der Bondabschnitt wird durch Ultraschallbonden verbunden. Daher kann eine Beeinträchtigung des Funktionsvermögens durch Eindringen von Pulver der Kathodenplatte und der Anodenplatte ineinander verhindert werden, und durch Verengen der Bondbreite kann eine Erhöhung der Batteriekapazität erzielt werden.
- Außerdem wird bei der erfindungsgemäßen rechteckigen Batterie der Trenneinrichtungs-Schmelzabschnitt zwischen den Elektrodenplatten durch den Ultraschall-Bondvorgang so bearbeitet, dass er extrem dünn ist. Daher können die Elektrodenplatten durch einfaches Strecken der Trenneinrichtung leicht getrennt werden.
Claims (11)
1. Rechteckige Batterie mit
- mehreren Kathodenplatten (3) und Anodenplatten (5), die abwechselnd über
eine Trenneinrichtung (4) so übereinandergelegt sind, dass sie einander
zugewandt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
- zumindest die Kathodenplatten (3) oder die Anodenplatten (5)
aufeinanderfolgend auf Zickzackweise einstückig mit der Trenneinrichtung (4)
zusammengefasst sind, wobei die Kathodenplatten (3) oder die Anodenplatten (5) in
einem Trenneinrichtungs-Schmelzabschnitt (9) zwischen den Kathodenplatten
(3) oder Anodenplatten (5) gefalzt sind.
2. Rechteckige Batterie nach Anspruch 1, bei der die mehreren
Kathodenplatten (3) zwischen zwei lagenförmigen Trenneinrichtungen (4) eingebettet
sind, wobei jede der Kathodenplatten (3) dadurch zusammengefasst ist, dass
die Trenneinrichtungen entlang dem Außenumfang der Kathodenplatten (3)
verschmolzen sind, wobei die Kathodenplatten (3) in den zugehörigen
Schmelzabschnitten (9) abwechselnd mit den Anodenplatten (5) gefaltet sind.
3. Rechteckige Batterie nach Anspruch 2, bei der die Anodenplatten (5)
kontinuierlich mit Ziehharmonikaform ausgebildet sind.
4. Rechteckige Batterie nach Anspruch 2, bei der die Anodenplatten (5)
durch zwei lagenförmige Trenneinrichtungen (4) eingebettet sind, wobei jede
der Anodenplatten (5) dadurch zusammengefasst ist, dass die
Trenneinrichtungen (4) entlang dem Außenumfang der Anodenplatten (5) geschmolzen sind.
5. Rechteckige Batterie nach Anspruch 1, bei der die mehreren
Kathodenplatten (3) durch eine breite, lagenförmige, doppelt gefaltete
Trenneinrichtung (4) eingebettet sind, wobei jede der Kathodenplatten (3) durch
Schmelzen der Trenneinrichtung (4) entlang dem Außenrand der
Kathodenplatten (3) zusammengefasst ist, wobei die Kathodenplatten (3) in den
zugehörigen Schmelzabschnitten (9) abwechselnd mit den Anodenplatten (5) gefaltet
sind.
6. Rechteckige Batterie nach Anspruch 1, bei der der Schmelzabschnitt (9)
durch eine Ultraschall-Schweißeinrichtung (11) verbunden wurde.
7. Rechteckige Batterie nach Anspruch 6, bei der der Schmelzabschnitt (9)
durch Ultraschallbonden mit 40 kHz, 15 W verbunden wurde.
8. Rechteckige Batterie nach Anspruch 1, bei der die Kathodenplatte (3)
aus einer Aluminiumfolie besteht, deren beide Seiten oder deren eine Seite
mit einem Mischkathodenmittel beschichtet ist, das getrocknet wurde.
9. Rechteckige Batterie nach Anspruch 1, bei der die Anodenplatte (5) aus
einer Kupferfolie besteht, deren beide Seiten oder deren eine Seite mit
einem Mischkathodenmittel beschichtet ist, das getrocknet wurde.
10. Rechteckige Batterie nach Anspruch 1, bei der die Trenneinrichtung
(4) aus einem Polymermaterial mit winzigen Poren besteht.
11. Rechteckige Batterie nach Anspruch 10, bei der das Polymermaterial
aus Polypropylen und Polyethylen ausgewählt ist.
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