用于電化學(xué)電池堆的夾持設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開通常涉及夾持設(shè)備。尤其是，本公開涉及用于電化學(xué)電池堆的夾持設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池通常包括在陽(yáng)極和陰極之間的分離部和/或電解液。在一些電池中，分離部、陰極和陽(yáng)極材料各自地形成片或薄膜。陰極、分離部和陽(yáng)極的片隨后被與分離陰極和陽(yáng)極(例如電極)堆疊或卷制，以形成電池。對(duì)于將被卷制的陰極、分離部和陽(yáng)極，每個(gè)片必須是十分易變形的或柔性的，以便在沒有故障(例如裂縫、揉碎、機(jī)械故障等)的情況下被卷制。通常的電極包括在導(dǎo)電金屬(例如，鋁和銅)上的電化學(xué)活性材料層。例如，碳可以隨著非活化的粘合劑沉積在集電器上(例如銅片)。經(jīng)常使用碳，因?yàn)槠渚哂袃?yōu)秀電化學(xué)性質(zhì)并且還可以導(dǎo)電。電極可以被卷制或切割成片，這些片然后被層置成堆。堆具有交替的電化學(xué)活性材料，分離部位于電化學(xué)活性材料之間。
[0003]為了增加鋰離子電池的容量的和重量的能量密度，硅已經(jīng)作為用于陰極的活性材料。但是，在循環(huán)期間，陽(yáng)極活性物質(zhì)中的硅粒子隨充電而膨脹。該膨脹可以使用作集電器的金屬箔變形。因?yàn)殡姵囟训膶酉拗圃诰o密區(qū)域中，所以該膨脹可以使金屬箔彎曲或變形，因此減小電池堆中的層之間的接觸面積。因此，電池接收和釋放電荷的能力可能被嚴(yán)重地影響。因此，防止電極變形可以用于減小不可逆的容量和改進(jìn)循環(huán)壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在某些實(shí)施方式中，提供一種用于電化學(xué)電池堆的夾持設(shè)備。夾持設(shè)備可以包括第一板和相對(duì)于第一板可定位的第二板，以使第一板和夾持設(shè)備之間的空間的大小可以設(shè)置成接收電化學(xué)電池堆。夾持設(shè)備還可以包括將第一板和第二板連接的連接構(gòu)件。第一板和第二板的至少一個(gè)可以是遠(yuǎn)離另一板移動(dòng)。連接構(gòu)件還可以具有第一端部和第二端部。而且，夾持設(shè)備可以包括設(shè)置在第一端部和第二端部之間的彈性構(gòu)件。
[0005]在一些實(shí)施方式中，第一板和第二板之間的距離變化可以與電化學(xué)電池堆的膨脹相關(guān)。連接構(gòu)件的兩個(gè)端部的至少一個(gè)配置為設(shè)定在電化學(xué)電池堆施加的壓力。夾持設(shè)備還可以配置為減小電化學(xué)電池堆中的電極依據(jù)充電而發(fā)生的變形。另外，彈性構(gòu)件可以配置為在電化學(xué)電池堆充電期間被壓縮，從而減小通過第一板和第二板施加在電化學(xué)電池堆上的壓力的增加。減小壓力的增加可以產(chǎn)生在電化學(xué)電池堆上的大體恒定的壓力。
[0006]在一些實(shí)施方式中，彈性構(gòu)件配置為在電化學(xué)電池堆充電期間被壓縮，從而減小因?yàn)殡娀瘜W(xué)電池堆的膨脹在電化學(xué)電池堆上的壓力的變化。彈性構(gòu)件可以包括彈簧、活塞、彈性帶、氣動(dòng)活塞或泡沫。連接構(gòu)件可以包括緊固件、彈簧夾或C形夾。第一端部或第二端部的至少一個(gè)可以包括多個(gè)螺母或多個(gè)緊固件頭。
[0007]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，提供減小電化學(xué)電池堆中的電極的變形的方法。方法包括將電化學(xué)電池堆設(shè)置在第一板和第二板之間；以及調(diào)節(jié)連接構(gòu)件的端部，以設(shè)定在電化學(xué)電池堆上的施加壓力。
[0008]在一些實(shí)施方式中，方法可以包括充電電化學(xué)電池堆。此外，在第一次充電電化學(xué)電池堆之前，電化學(xué)電池堆可以設(shè)置在第一板和第二板之間。方法還可以包括在電池化成或電池預(yù)處理之后移除電化學(xué)電池堆。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本文描述的某些實(shí)施方式的用于電化學(xué)電池堆的示例性?shī)A持設(shè)備的照片；
[0010]圖2是圖1所示的示例性?shī)A持設(shè)備的略圖；
[0011]圖3A是作為放置在固定間隙夾持設(shè)備中的電化學(xué)電池堆的電池膨脹的函數(shù)的電化學(xué)電池堆上的壓力的圖表；
[0012]圖3B是作為本文描述的某些實(shí)施方式的夾持設(shè)備中的電化學(xué)電池堆的電池膨脹的函數(shù)的電化學(xué)電池堆上的壓力的圖表；
[0013]圖4是在電化學(xué)電池堆中彎曲的陽(yáng)極的照片；
[0014]圖5是放置在本文描述的某些實(shí)施方式的夾持設(shè)備中的電化學(xué)電池堆的未彎曲陽(yáng)極的照片；以及
[0015]圖6示出減小電化學(xué)電池堆中的電極的變形的示例方法。
【具體實(shí)施方式】
[0016]目前在可再充電鋰離子電池中使用的陽(yáng)極電極通常具有約200毫安小時(shí)每克的比容量(包括金屬箔集電器、導(dǎo)電添加劑、和粘合劑)。石墨，在大部分鋰離子電池陽(yáng)極中使用的活性物質(zhì)，具有372毫安小時(shí)每克(mAh/g)的理論能量密度。比較而言，硅具有4200mAh/g的高理論容量。但是，硅依據(jù)鋰的嵌入膨脹超過300%。因?yàn)樵撆蛎洠ü璧年?yáng)極應(yīng)該被允許膨脹，同時(shí)保持硅粒子之間的電接觸。但是，因?yàn)殡娀瘜W(xué)電池堆膨脹，該膨脹可能是不均勻的，導(dǎo)致電池堆中厚度變化和畸形。
[0017]本公開描述了電化學(xué)電池堆的夾持設(shè)備的某些實(shí)施方式，配置為減少依據(jù)充電而在電池堆中膨脹的電極畸形。電池堆可以包括石墨、基于硅、基于錫、或基于其他合金的電極。例如，夾持設(shè)備可以包括第一板和第二板。第二板可以是相對(duì)于第一板可定位的，以使第一板和第二板之間的空間的大小設(shè)置成接收電化學(xué)電池堆。夾持設(shè)備還可以包括將第一板和第二板連接的連接構(gòu)件。第一板和第二板的至少一個(gè)可以是遠(yuǎn)離另一板移動(dòng)。例如，第一板和第二板的至少一個(gè)可以繞連接構(gòu)件移動(dòng)。
[0018]如果第一板和第二板的至少一個(gè)不是遠(yuǎn)離另一板可移動(dòng)的，第一板和第二板可以在電池堆上根據(jù)充電期間電池堆的膨脹而施加增大壓力。不受控制得離開，如果達(dá)到足夠高的壓力，電池堆可能被損壞，例如電池堆短路。但是，在某些實(shí)施方式中，因?yàn)榈谝话搴偷诙宓闹辽僖粋€(gè)可以是遠(yuǎn)離另一板可移動(dòng)的，所以通過第一板和第二板在電池堆上施加的一些壓力可以被減輕并且還可以被控制。
[0019]例如，在一些實(shí)施方式中，當(dāng)電池堆膨脹時(shí)，第一板和第二板的僅一個(gè)板是可移動(dòng)的。在其他實(shí)施方式中，當(dāng)電池堆膨脹時(shí)，兩個(gè)板都是可移動(dòng)的。第一板和第二板之間的距離變化可以與電池堆的膨脹關(guān)聯(lián)。
[0020]在一些實(shí)施方式中，連接構(gòu)件可以具有第一端部和第二端部。夾持設(shè)備還可以包括設(shè)置在第一端部和第二端部之間的彈性構(gòu)件。連接構(gòu)件的兩個(gè)端部的至少一個(gè)配置為設(shè)置在電池堆施加的壓力。例如，彈性構(gòu)件可以配置為在電池堆充電期間被壓縮。因?yàn)閺椥詷?gòu)件被壓縮，通過第一板和第二板施加在電池堆上的壓力中的增加可以被減小。在某些情況下，通過第一板和第二板的壓力中減小的增加可以導(dǎo)致電池堆上壓力的輕微變化(或大體恒壓)，并且從而減小因不均勻的膨脹而產(chǎn)生的電池堆的厚度變化和/或畸形。
[0021]如本文中所描述的，夾持設(shè)備的某些實(shí)施方式可以包括第一板和第二板。在一些實(shí)施方式中，第一板可以由與第二板大體相同的材料制成。在其他實(shí)施方式中，第一板可以由與第二板不同的材料制成。這些材料可以包括金屬(例如碳鋼或鋁)和/或聚合物(例如聚丙烯或環(huán)氧樹脂)。這些材料還可以包括絕緣材料。第一板和第二板的至少一個(gè)的橫截面形狀可以是正方形、矩形、環(huán)形、卵形、或多邊形(例如五邊形、六邊形、八邊形等)。第二板可以相對(duì)于第一板定位，以便在第一板和第二板之間存在空間。因?yàn)榭臻g的大小可以設(shè)置成接收電化學(xué)電池堆，所以第一板和第二板的尺寸的大小與形狀可以被設(shè)置，以便能夠在第一板和第二板之間容納電池堆。因此，第一板和第二板的尺寸可以取決于電池堆的大小和形狀。此外，第一板和第二板的厚度的大小可以設(shè)置成減少依據(jù)電池堆充電而發(fā)生的第一板和第二板的彎曲。例如，第一板和第二板的厚度可以在約0.5cm和約0.8cm之間，例如約0.6cm、約0.65cm、或約0.7cm。在一些實(shí)施方式中，第一板的形狀和尺寸可以與第二板的形狀和尺寸大體相同。在其他實(shí)施方式中，第一板的形狀和尺寸可以不同于第二板的形狀和尺寸。
[0022]在一些實(shí)施方式中，，第一板和第二板之間的空間的大小可以設(shè)置成接收多于一個(gè)的電池堆。例如，多個(gè)電池堆可以在第一板和第二板之間并排放置或者上下堆疊。在該實(shí)施方式中，多個(gè)電池堆可以使用相同的夾持設(shè)備(例如，相同的彈性構(gòu)件以保持電池堆上的類似的或大體相同的設(shè)定壓力)。此外，夾持設(shè)備還可以包括比第一板和第二板多的板，例如上下堆疊的多個(gè)板。兩個(gè)板之間的空間的大小可以設(shè)置成每個(gè)都接收至少一個(gè)電池堆。在該實(shí)施方式中，幾個(gè)電池堆也可以使用相同的彈性構(gòu)件。因此，多個(gè)電池堆可以放置在第一板和第二板之間，具有或沒有附加板和/或間隔件。
[0023]在一些實(shí)施方式中，連接構(gòu)件延伸通過第一板和/或第二板中的孔。例如，連接構(gòu)件可以是具有能夠耦接第一板和第二板的縱向長(zhǎng)度的任何延伸結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，連接構(gòu)件安裝于或位于第一板或第二板中。例如，連接構(gòu)件可以是柱/桿，其一端安裝在第一板或第二板中?；蛘?，連接構(gòu)件可以是螺絲或具有螺紋部分的柱，其直接擰入第一板或第二板中。在其他實(shí)施方式中，連接構(gòu)件延伸通過第一板中的第一孔和第二板中的第二孔。在一些實(shí)施方式中，連接構(gòu)件可以是緊固件，諸如螺絲、螺栓、或桿/柱。在一些實(shí)施方式中，桿/柱可以包括或不包括螺紋部分或紋理部分。在其他實(shí)施方式中，連接構(gòu)件可以包括夾子，例如C形夾。在一些實(shí)施方式中，夾持設(shè)備可以包括一個(gè)或多個(gè)連接構(gòu)件。
[0024]在一些實(shí)施方式中，第