電池電極及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】為了在選擇電極或電池形狀、緊湊構(gòu)造和低生產(chǎn)成本時實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的最大自由，本發(fā)明提出了一種電池電極和一種用于生產(chǎn)電池電極的方法，其中，集電極襯底被涂覆有涂膜，并且通過使用激光消蝕移除涂膜來在集電極襯底上生成至少一個放電區(qū)。
【專利說明】電池電極及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池電極以及用于生產(chǎn)電池電極的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，電池指不可再充電的原電池和可再充電的二次電池(也稱為可再充電電池)。電池基于內(nèi)在的化學(xué)氧化還原反應(yīng)、所使用的材料、電閥值(例如電壓或電容)或者幾何或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而被分類。具體的例子包括堿性錳電池、鋅碳電池或鋰電池。根據(jù)電池的內(nèi)部構(gòu)造，電池還可分成卷繞電池和疊層電池。在卷繞電池中，電極和相互疊加設(shè)置的隔離層以螺旋的方式被纏繞并且例如被安裝在具有圓柱形腔體的圓形電池內(nèi)。然而在疊層電池中，多個電極和隔離層被交替地相互疊加。
[0003]圖1通過例子顯示了疊層電池。如圖1所示，陽極10和陰極20被交替地設(shè)置在電池內(nèi)，其中，在每種情況下，隔離體30被設(shè)置陽極10和陰極20之間從而物理地和電性地將兩個電極分離。然而，隔離體30必須是離子可穿透的，離子將所存儲的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。微孔的塑料或由玻璃纖維或聚合物構(gòu)成的無紡布通常用于隔離體30。陽極10在其放電區(qū)40內(nèi)被相互連接，而陰極20在其放電區(qū)40內(nèi)被相互連接，其結(jié)果是，電池內(nèi)所有的同種電極被相互連接。在每種情況下用于陽極10和陰極20的連接極耳50 (參見圖2B)被設(shè)置在放電區(qū)域40內(nèi)，所述連接極耳與電池的相應(yīng)外部電壓極連接。
[0004]圖2A顯示了具有放電區(qū)40的陰極20的平面圖。在相互疊加設(shè)置的陰極20的放電區(qū)40內(nèi)陰極20相互連接。如圖2B所述，連接極耳50被設(shè)置在相互連接的放電區(qū)40上，所述連接極耳在電池被組裝后與電池的負(fù)極接觸。
[0005]電池電極通常被預(yù)制成塊狀或卷繞狀材料，在生產(chǎn)電池時從塊狀或卷繞狀的材料上切出期望的電極形狀。如圖3所示，電極材料包括具有涂膜70的集電極襯底60。這樣的話，電極材料具有一個或多個未被涂覆的放電區(qū)40，放電區(qū)40之后在組裝狀態(tài)是必需的從而向外釋放電壓或電流。同種的多個電極在放電區(qū)40被相互連接，并且金屬的連接極耳50被設(shè)置在放電區(qū)40。當(dāng)集電極襯底60在兩側(cè)被涂覆時，放電區(qū)40因此也被形成在兩側(cè)。這樣的話，放電區(qū)并不必需彼此相對，也能夠彼此偏離，如圖3所示。
[0006]圖4A和4B顯示了通過狹縫式模具系統(tǒng)300生產(chǎn)電極材料的方法。墨型(ink-like)涂膜70被施加在帶型集電極襯底60上并且形成未涂覆的放電區(qū)40。這種施加過程能夠通過斷續(xù)的、間斷的涂層來實(shí)現(xiàn)，其中，未被涂覆的放電區(qū)40通過涂層上規(guī)則的或偶然的間斷形成(如圖4A所示)或者通過連續(xù)的涂層形成(如圖4B所示)。然而，使用這些方法形成相對復(fù)雜的放電區(qū)是非常復(fù)雜的。因此，偶爾會使用遮蔽步驟。作為選擇，通過刷凈或類似方法，放電區(qū)40能夠暴露在集電極襯底60上。
[0007]在涂覆之后，電極材料被壓光從而壓緊涂膜并且消除涂膜70干燥時所產(chǎn)生的腔體。成品的電極材料然后能夠被卷繞并且被存儲直至其他的加工程序。根據(jù)電池的類型或電池的形狀，從電極材料切出或沖壓出不同的期望形狀以生產(chǎn)電池。當(dāng)電池電極被切出時，另外需確保必須有放電區(qū)40。在圖2A中顯示了具有放電區(qū)40的矩形電極的例子。[0008]圖5顯示了用于說明電池(例如卷繞電池或疊層電池)的生產(chǎn)過程。首先，例如使用間歇方法(SlO)對集電極襯底60涂覆涂膜70，其中，當(dāng)施加墨型涂層時通過間斷或非連續(xù)方式形成多個未被涂覆的放電區(qū)40。電極材料然后被壓光(S20)。從電極材料中切出或沖壓出(S30)期望的電極形狀，其中，沖壓出的形狀必須具有放電區(qū)40。在生產(chǎn)陽極10以及生產(chǎn)陰極20時實(shí)施這些步驟。其次，沖壓出的電極被相互疊加設(shè)置(S40)從而使得具有隔離體30的陽極10和陰極20被交替地接連(參加圖1)。這樣的話，陰極20的放電區(qū)40和陽極10的放電區(qū)40在每種情況下被疊加地設(shè)置并且被相互連接。連接極耳50然后被設(shè)置在所述放電區(qū)上(S50)。這樣的話，相互疊加設(shè)置的陽極10和陰極20的數(shù)量隨電池的類型和特性而變。在電極裝置完成后，電極裝置被插入腔體并且連接極耳50被連接至腔體的外部電壓極(S60)。在卷繞電池的情況下，電極裝置也以螺旋的方式被卷繞并且以這種狀態(tài)被插入腔體。在電解質(zhì)被加入之后(S70)，電池然后被密封(S80)并且最后被成型(S90)。
[0009]然而，用于生產(chǎn)電池電極的傳統(tǒng)方法會遇到下述問題。例如，通過遮蔽步驟或刷去涂層來生產(chǎn)未被涂覆的放電區(qū)是非常復(fù)雜和昂貴的。但是，在借助于狹縫式模具系統(tǒng)，通過間斷或連續(xù)的涂層的選擇性的生產(chǎn)方法中，電極材料上的放電區(qū)的可能形狀和設(shè)置受到非常大的限制。由于在各種領(lǐng)域中使用電池，特別是在設(shè)計(jì)產(chǎn)品中，例如移動電話、筆記本電腦或汽車，需要加強(qiáng)電池電極的構(gòu)造方面的靈活性。這樣的話，相對較小設(shè)備的趨勢對電池生產(chǎn)帶來了特殊的挑戰(zhàn)。首先，相對較小尺寸的電池因此必須被開發(fā)出來，并且其次，經(jīng)常需要復(fù)雜的形狀，以盡可能在設(shè)備的內(nèi)部最有效地使用。另外，用間斷涂層的方法，在涂覆區(qū)與放電區(qū)之間生產(chǎn)規(guī)則的并且邊緣清晰的區(qū)域是困難的。
[0010]另外，使用傳統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)各種形狀的電極是困難的和昂貴的。由于成本的原因，卷繞材料通常被用作電極材料，在所述卷繞材料中未被涂覆的放電區(qū)40相對于涂膜70的可能位置被固定地界定。因此，由于每個電極必須具有放電區(qū)40，電極形狀的自由設(shè)計(jì)的程度會受到嚴(yán)重的限制。另外，當(dāng)切出具有放電區(qū)域40的期望電極形狀時，會產(chǎn)生大量的必須處理掉的剩余電極材料。例如，如果小的電極被切出從而它們包含放電區(qū)40，當(dāng)在系列的放電區(qū)之間存在大的距離時，被涂覆的襯底的位于系列的放電區(qū)40之間的區(qū)域不能夠被使用。因此，材料的消耗增大并且生產(chǎn)方法較昂貴。另外，針對每種期望的電極形狀，必須制造用于沖壓出每種期望形狀的專用沖壓模。然而，由于切割質(zhì)量的要求很高，這些沖壓模非常昂貴。
[0011]在傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法中，通過被涂覆的電極區(qū)提前形成放電區(qū)40從而將連接極耳50設(shè)置在所述放電區(qū)上并且將同種電極相互連接。然而，這會導(dǎo)致在電極內(nèi)產(chǎn)生未填充活性電極材料的閑置空間。因此，電池的尺寸不必要地增加和/或電池的外部形狀被固定。
[0012]另外，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法中或在存儲過程中，放電區(qū)40能夠很容易被污染。特別地，在壓光過程中，雜質(zhì)能夠觸及放電區(qū)40。這會對同種電極之間的電接觸質(zhì)量以及電極和相關(guān)的連接極耳50之間的電接觸質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。因?yàn)樵陔姌O材料的生產(chǎn)過程中，在壓光過程之前額外地形成放電區(qū)40，由于材料厚度的不均勻，更加難以進(jìn)行壓光。另外，由傳統(tǒng)方法形成的放電區(qū)40會被較差地界定，其中，特別地，放電區(qū)40的邊緣區(qū)域能夠用不精確和不均勻的方式形成。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]因此本發(fā)明的目的是提出一種電池電極以及用于所述電池電極的生產(chǎn)方法，當(dāng)以低生產(chǎn)成本構(gòu)造放電區(qū)和電池電極時，其使得設(shè)計(jì)自由最大化。
[0014]本發(fā)明目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)。
[0015]本發(fā)明基于的構(gòu)思是通過激光消蝕來移除放電區(qū)內(nèi)的形成在集電極襯底上的涂膜。這樣，涂膜能夠被大面積地生成并且連續(xù)地生成在集電極襯底上，無須放電區(qū)保持打開。由于已被涂覆的集電極襯底的厚度均勻，壓光過程被進(jìn)一步簡化并且能夠被更高質(zhì)量地實(shí)施。另外，從被涂覆的集電極襯底上能夠切出任何期望的電極形狀，而不會受到放電區(qū)的預(yù)定位置的限制。因此，電極材料能夠被更加有效地利用從而產(chǎn)生更少的廢料。由于使用激光來暴露放電區(qū)，因此能夠在被涂覆的集電極襯底上生成任何期望形狀的并且位于任何期望位置的放電區(qū)，該放電區(qū)具有清晰和規(guī)則的邊緣。這可在生產(chǎn)表面面積被優(yōu)化的放電結(jié)構(gòu)方面提供設(shè)計(jì)和選擇的絕對自由。例如，電極上的非活性區(qū)，即，放電區(qū)的表面，能夠被減小。例如通過未涂覆區(qū)向內(nèi)地伸入電極的涂覆區(qū)或被形成在涂覆區(qū)內(nèi)，因此也能夠減小電池內(nèi)的非活性體積。選擇性地，放電區(qū)的外周的至少一半能夠被涂覆區(qū)包圍。
[0016]任何合適的激光系統(tǒng)，例如切割或雕刻激光系統(tǒng)，能夠用于通過激光消蝕來移除所述材料。由于切割導(dǎo)引和穿透深度方面的高邊緣質(zhì)量和切割精度，因此能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的放電區(qū)。另外，由于使用超短激光脈沖，因此能夠減小能量輸入，其結(jié)果是，電極材料的熱負(fù)載被保持在低位。因?yàn)楹线m的激光系統(tǒng)能夠與狹縫式模具系統(tǒng)在成本方面兼容，因此可避免高購買成本。
[0017]本發(fā)明的一個方面提出了一種用于生產(chǎn)電池電極的方法。在該方法中，涂膜首先被施加到集電極襯底上。然后使用激光移除至少一個放電區(qū)內(nèi)的涂膜。這能夠通過脈沖激光輻射或連續(xù)激光輻射而被實(shí)施。涂膜可被形成在集電極襯底的兩側(cè)從而增加電極的活性表面的大小。在每種情況下然后在集電極襯底的兩側(cè)能夠形成至少一個放電區(qū)然后。另外，涂膜能夠被形成使得其基本上完全覆蓋集電極襯底的兩個表面的至少一個，并不會留有未被覆蓋的自由邊緣或自由區(qū)域。為了涂覆，優(yōu)選地使用連續(xù)涂覆方法，例如修平刀(doctorblade)、刮刀(comma bar)或吻合涂覆(kiss coating)。因此,能夠以低生產(chǎn)成本確保更大的加工可靠度以及因此能夠確保更好的電極材料質(zhì)量。
[0018]在另一【具體實(shí)施方式】中，不僅放電區(qū)內(nèi)的涂膜被使用激光移除，而且集電極襯底的表面上一薄層也被移除，其結(jié)果是，生成新的和干凈的表面。因此，放電區(qū)內(nèi)的雜質(zhì)和氧化層能夠被移除，其結(jié)果是，電極和連接極耳之間的接觸阻抗被減小。
[0019]在放電區(qū)被生成之后立即將連接極耳優(yōu)選地連接至放電區(qū)，其中，放電區(qū)的生成能夠只包括移除涂膜，或者包括移除涂膜以及集電極襯底的表面層。因此，通過使用激光來移除涂膜和/或集電極襯底的表面層，能夠避免出現(xiàn)雜質(zhì)，例如刷光過程中生成的磨砂顆粒或涂覆殘留物，這些雜質(zhì)可能給成品的電池帶來一系列的危險并且形成會產(chǎn)生短路電路的枝晶。
[0020]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，借助于激光在生成所述至少一個放電區(qū)之前或之后切出預(yù)定形狀的電池電極。這樣，無需生產(chǎn)特殊的工具，例如沖壓模，就能夠選擇任何期望的電極形狀。因此，生產(chǎn)電池電極時的設(shè)計(jì)自由度被進(jìn)一步提高并且工序被優(yōu)化。通過激光形成放電區(qū)并且切出電池電極能夠節(jié)省工時和額外的工具，這是因?yàn)槭∪チ艘惶幚淼碾姌O材料的切換以及工具的切換。因此，能夠生產(chǎn)任何期望形狀的放電區(qū)或電池電極，例如，圓形、半圓形、環(huán)形、矩形或三角形。另外，能夠以任何期望的方式將放電區(qū)設(shè)置在被涂覆的電極表面。放電區(qū)優(yōu)選地伸入被涂覆的電極表面，從而其外周的相對較大部分或至少一半被涂覆的電極表面所包圍。這樣的話，所述放電區(qū)的外周的剩余部分能夠鄰接電池電極的外邊緣。選擇性地，放電區(qū)能夠被完全設(shè)置在被涂覆的電極表面內(nèi)。這樣，當(dāng)電池被組裝時，非活性區(qū)或閑置體積能夠被減小，其結(jié)果是，對于給定的相同電池尺寸，容量和體積能量密度被增加。
[0021]另外，在電池電極內(nèi)能夠形成至少一個切口。電極內(nèi)的切口優(yōu)選地對應(yīng)同種電極上所形成的放電區(qū)，從而使得在交替設(shè)置電極的情況下，相互疊加設(shè)置的同種電極的放電區(qū)能夠通過其他的電極而被相互連接。例如，當(dāng)電極的放電區(qū)向內(nèi)地伸入被涂覆的電極區(qū)或完全由所述被涂覆的電極區(qū)所包圍，這樣做是有利的。當(dāng)通過激光切割切出電池電極時，同樣能夠借助于激光切出所述切口從而優(yōu)化方法順序。
[0022]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，在激光消蝕涂膜時，和/或在激光消蝕集電極襯底的表面層時，和/或在激光切割時，加工氣體被吹至襯底。其結(jié)果是，能夠盡早地在加工過程中移除通過激光加工所產(chǎn)生的殘留物。另外，能夠使用抑制氧化或其他不期望的表面化學(xué)反應(yīng)的加工氣體。加工氣體優(yōu)選地是冷的，從而在激光加工過程中冷卻電極材料。
[0023]本發(fā)明的另一方面提出了一種電池電極，所述電池電極包括集電極襯底、形成在集電極襯底上的涂膜以及放電區(qū)，其中，通過使用激光移除涂膜來形成放電區(qū)。放電區(qū)因此由集電極襯底上未涂覆區(qū)形成。電池電極能夠根據(jù)本發(fā)明方法的上述任一【具體實(shí)施方式】而被生產(chǎn)。
[0024]本發(fā)明的另一方面提出了一種電池，所述電池包括根據(jù)本發(fā)明方法的上述任一【具體實(shí)施方式】而生產(chǎn)的電極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1顯示了傳統(tǒng)的電池中電極裝置的示意性的截面圖。
[0026]圖2A和2B顯示了傳統(tǒng)的電池電極的平面圖。
[0027]圖3顯示了傳統(tǒng)的電極材料的截面圖。
[0028]圖4A和4B顯示了用于生產(chǎn)傳統(tǒng)的電極材料的方法。
[0029]圖5顯示了電池的傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法的流程圖。
[0030]圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明第一【具體實(shí)施方式】的電池電極。
[0031]圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明另一【具體實(shí)施方式】的電池電極。
[0032]圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明又一【具體實(shí)施方式】的電池電極。
[0033]圖9A-9C顯示了根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)過程中電極材料的截面圖。
[0034]圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的生產(chǎn)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]在下文中使用鋰離子電池的例子描述本發(fā)明，鋰離子電池的特點(diǎn)在于高的能量密度和熱穩(wěn)定性。但是，本發(fā)明并不是要被限制于鋰離子電池，而是能夠被應(yīng)用到任何期望的電池。[0036]在鋰離子電池中，陽極10的集電極襯底60例如由銅組成，銅的表面涂覆有涂膜70，涂膜70由石墨、粘合劑、碳黑和溶劑組成。根據(jù)本發(fā)明，放電區(qū)域40內(nèi)的涂膜70被移除，其結(jié)果是，放電區(qū)40內(nèi)的集電極襯底60被暴露。由鎳組成的連接極耳50能夠被設(shè)置在陽極10的放電區(qū)40內(nèi)。對于陰極20，集電極襯底60例如由鋁組成并且涂覆有涂膜70，涂膜70包括有助于氧化還原反應(yīng)的活性材料、粘合劑、碳黑、石墨和溶劑。陰極的連接極耳優(yōu)選地也由招組成。
[0037]圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池電極，其中，放電區(qū)40在其周邊絕大部分鄰接集電極襯底60上的涂膜70。陽極10和陰極均具有內(nèi)部放電區(qū)40和切口 80。切口 80被形成在一個與裝配狀態(tài)下不同種的電極的放電區(qū)40對應(yīng)的位置。陽極10內(nèi)的切口 80因而被設(shè)置成，切口 80在電極的裝配狀態(tài)位于陰極10的放電區(qū)40的上方或下方。圖6中的箭頭指示了裝配狀態(tài)下的電極裝置，其中，在每種情況下陽極10和陰極20被交替地相互疊加設(shè)置。這樣的話，隔離體30(未示)被設(shè)置在陽極10和陰極20之間，所述隔離體可包括微孔薄膜或無紡布。在放電區(qū)40，在每種情況下連接極耳50在電極被組裝之前能夠被設(shè)置在至少一個陽極10上以及至少一個陰極20上。但是，連接極耳50優(yōu)選地在電極被組裝之后例如通過超聲波焊接而被設(shè)置在放電區(qū)40。因?yàn)樵凇揪唧w實(shí)施方式】中，電極的放電區(qū)40在不同種的電極中與切口 80相對，因此這樣的話，在每種情況下陽極10和陰極20能夠同時在其放電區(qū)40被相互電連接。
[0038]也可僅在陽極或僅在陰極形成內(nèi)部的或朝內(nèi)突出的放電區(qū)，其中，兩個電極中的另一個被采用傳統(tǒng)的方法生產(chǎn)而具有突出的放電區(qū)。
[0039]圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池電極的另一【具體實(shí)施方式】。圖7所示的陽極10具有位于其中心的圓形切口 80，而陰極20具有位于其中心的相應(yīng)的放電區(qū)40。陽極10的放電區(qū)40被形成在其外周邊緣，其結(jié)果是，陰極20具有位于該位置的切口 80。如上所述，同種電極的放電區(qū)40相互連接并且連接極耳50被分別設(shè)置在陽極10和陰極20的放電區(qū)40。
[0040]圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池電極的另一實(shí)施例。在該【具體實(shí)施方式】中，放電區(qū)40完全被涂膜70包圍。這樣的話，陽極10具有兩個放電區(qū)40a和40b，并且陰極20具有兩個相應(yīng)的切口 80a和80b。這樣的話，在每種情況下連接極耳50被設(shè)置在陽極10的兩個放電區(qū)40a和40b的每個上。在電極上形成多個放電區(qū)40能夠改進(jìn)電壓損耗并且減少阻抗。
[0041]下文說明了用于生產(chǎn)電池電極的具體方法。根據(jù)本發(fā)明，首先，如圖9A所示，集電極襯底60被大面積地并且在兩側(cè)涂覆有涂膜70。然而，集電極襯底60也能夠僅在一個表面上被大面積地或基本上全部地被涂覆。涂膜70以液態(tài)被施加到集電極襯底60。簡單地，這樣的話能夠使用連續(xù)的涂覆技術(shù)，例如修平刀、刮刀或吻合涂覆。涂膜70然后被干燥或固化，其中，干燥狀態(tài)的涂膜70的厚度例如約25 μ m。在涂膜70已干燥或固化之后，被涂覆的集電極襯底60被壓光以壓縮涂膜70。由于集電極襯底60的厚度是均勻的，因此壓光過程被簡化并且能夠被更加有效地實(shí)施，其結(jié)果是電極材料的質(zhì)量被改進(jìn)。另外，被涂覆的集電極襯底60能夠作為卷繞的材料而被存儲并且能夠作為電極材料以用于后續(xù)的其他過程。
[0042]如圖9B所示，通過激光消蝕來移除放電區(qū)40內(nèi)的涂膜70并且將涂膜下方的集電極襯底60暴露，然后在被涂覆的集電極襯底60上形成至少一個放電區(qū)40。在激光消蝕的情況下，通過經(jīng)受激光消蝕作用從表面移除材料。例如，被施加脈沖的高功率密度的激光輻射被用于該目的。由于熱傳導(dǎo)僅允許能量非常慢地傳輸至體積，因此輻照的能量被集中在表面非常薄的層上。因此，表面被較大程度地加熱并且材料被瞬間蒸發(fā)或熔化。為了確保充分吸收激光，激光輻射的波長根據(jù)要被移除的材料來選擇。優(yōu)選地使用例如具有波長為1070 nm的摻鐿激光器的雕刻或切割系統(tǒng)。然而，其他的氣體、固體或光纖激光器也能夠被使用。在加工過程中，加工氣體或側(cè)吹氣體也能夠被引導(dǎo)至表面從而促使被移除的材料離開刻痕或防止在表面上產(chǎn)生不期望的化學(xué)反應(yīng)。通過將材料蒸發(fā)或熔化不會產(chǎn)生有害的雜質(zhì)。
[0043]由于通過激光消蝕來產(chǎn)生放電區(qū)40，因此能夠形成任何期望的放電區(qū)形狀和排布。特別地，放電區(qū)40能夠被設(shè)置在電極表面從而使得它們不會突出電池的電極。因此，給定相同的電特性，能量密度/容量比能夠被增加并且電池的尺寸能夠被減小。放電區(qū)40優(yōu)選地在同種電極被連接或連接極耳50被設(shè)置在放電區(qū)40之前被即刻形成。例如，相互疊加的同種電極能夠通過放電區(qū)40內(nèi)的焊接接觸被相互連接。這樣的話，連接極耳50能夠被同時設(shè)置在放電區(qū)40之一上。由于放電區(qū)40僅在電極材料被進(jìn)一步處理之前被短暫地形成，新的、干凈的表面能夠用于建立同種電極之間的接觸并且能夠用于安裝連接極耳50。因此，能夠避免放電區(qū)40內(nèi)的鈍化層(例如被氧化的表面)和其他的雜質(zhì)。
[0044]通過激光，不僅放電區(qū)40內(nèi)的涂膜70可被移除，而且如圖9C所示，集電極襯底60的薄層也能被移除。由于使用高切割精度的激光系統(tǒng)，激光的穿透深度能夠被準(zhǔn)確地控制，其結(jié)果是移除的材料的深度能夠如期望的而被選擇。因此，放電區(qū)40內(nèi)的集電極襯底60能夠以有針對性的方式被變薄從而減小電接觸阻抗。另外，用于實(shí)現(xiàn)電接觸的表面狀況因此上能夠被改進(jìn)。
[0045]圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池的生產(chǎn)過程的流程圖。首先，在集電極襯底60上大面積地或基本上全部地施加墨型涂膜70 (S100)，集電極襯底60包括厚度約8-20 μ m的金屬帶。在干燥狀態(tài)約25 μ m厚的涂膜70已經(jīng)干燥或固化后，被均勻地涂覆的集電極襯底60被壓光(S200)以從涂膜70中消除干燥過程中所產(chǎn)生的氣孔或不平整。被壓光和被涂覆的集電極襯底60此時能夠作為卷繞的材料被存儲直至其被進(jìn)一步加工。為了完成電池電極，通過激光消蝕來移除被涂覆的集電極襯底60上預(yù)定放電區(qū)域40內(nèi)的涂膜70(S300)。放電區(qū)40內(nèi)的集電極襯底60的薄層可以被額外地移除從而改進(jìn)用于形成電接觸的表面質(zhì)量。在下一步驟S400中，從被涂覆的集電極襯底60中切出期望形狀的電極并且或許切出期望形狀的切口 80。優(yōu)選地通過激光來切出電極或切口 80，但是，選擇性地，也能夠使用沖壓設(shè)備。步驟S400和S300的順序也能夠被交換。陽極10和陰極20然后被交替地疊加設(shè)置從而在每種情況下同種電極的放電區(qū)40彼此相對，其中，陰極20內(nèi)的切口 80被設(shè)置在陽極10的放電區(qū)40之間，反之亦然。在每種情況下同種電極的放電區(qū)40然后通過例如超聲波焊接相互連接，其中，在每種情況下一個連接極耳50被設(shè)置在所述放電區(qū)(S500)。選擇性地，在每種情況下連接極耳50也能夠在電極被組裝之前被設(shè)置在陰極20或陽極10之—上。
[0046]其他的步驟與用于生產(chǎn)電池的傳統(tǒng)方法的步驟相同。電極裝置被插入容器并且連接極耳50與電池的外部電壓極連接(S60)。電解質(zhì)然后被加入(S70)并且電池被密封(S80)，最后，實(shí)施成型步驟(S90)。[0047]根據(jù)本發(fā)明，通過激光消蝕所述被涂覆的集電極襯底上所產(chǎn)生的放電區(qū)，這樣能夠以合算的方式生產(chǎn)高質(zhì)量的電池電極。由于在激光切割導(dǎo)引和穿透深度方面的高切割精度，也能夠以準(zhǔn)確和快速的方式切出或移除復(fù)雜的輪廓線。另外，由于能夠在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)任何期望的形狀以及在任何期望的位置使用激光系統(tǒng)形成放電區(qū)，因此可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的最大自由度。特別地，放電區(qū)能夠被形成使得它們不突出電池電極的外周，而是向內(nèi)地伸入電池電極的涂覆區(qū)。因此，對于給定的相同的電池尺寸，能夠獲得更高的容量和能量密度。另外，能夠形成空間優(yōu)化的放電區(qū)，其結(jié)果是，只有絕對必須的區(qū)域才會通過激光消蝕而被暴露。這可節(jié)省用于移除多余的未被涂覆的電極表面和額外材料的其他工序。另外，即使是少量的電池電極，這種電池電極的生產(chǎn)也是合算的，其結(jié)果是，也能夠以低水平的費(fèi)用和低的成本生產(chǎn)單獨(dú)配置的電池。另外，生產(chǎn)和材料利用方面的靈活性被增加。另外，通過使用激光形成放電區(qū)，用于生產(chǎn)被涂覆的集電極襯底的簡單連續(xù)涂覆技術(shù)能夠被使用，其結(jié)果是，生產(chǎn)過程更加劃算。另外，全部被涂覆的集電極襯底更容易壓光并且更好存儲。因?yàn)樵谛纬山佑|之前立即生成放電區(qū)，因此通過本發(fā)明生產(chǎn)方法，接觸區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)或鈍化層能夠被避免并且接觸阻抗能夠被減小。
【權(quán)利要求】
1.一種用于生產(chǎn)電池電極的方法，包括: 在集電極襯底(60 )上形成(S100)涂膜(70);以及 通過使用激光消蝕來移除所述涂膜(70)，生成(S200)至少一個放電區(qū)(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述涂膜(70)被施加在所述集電極襯底(60)的兩側(cè)和/或施加在所述集電極襯底(60)的整個表面上，和/或采用連續(xù)涂覆方法被施加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過激光消蝕在所述集電極襯底(60)的至少一側(cè)形成至少一個放電區(qū)(40 )。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，在生成所述放電區(qū)(40)時，在所述放電區(qū)(40 )內(nèi)通過激光消蝕來移除一層所述集電極襯底(60 )。
5.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，在形成所述放電區(qū)(40)之后立即將連接極耳(50)與所述放電區(qū)(40)內(nèi)的所述集電極襯底的接觸(S500)。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述用于生產(chǎn)電池電極的方法進(jìn)一步包括: 通過激光切割從被涂覆的集 電襯底上切出(S400)所述電池電極和/或切口。
7.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述放電區(qū)(40)和/或所述電池電極被生產(chǎn)成大體上圓形、環(huán)形、矩形、三角形或任何期望的形狀，或生產(chǎn)成切口形式。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述激光消蝕(S300)和/或所述激光切割(S400 )時，加工氣體被吹至所述集電極襯底(60 )。
9.一種電池電極,包括: 集電極襯底(60) 在所述集電極襯底(60)上的涂膜(70);以及 至少一個放電區(qū)(40)，所述至少一個放電區(qū)(40)是通過采用激光消蝕來移除所述涂膜(70)而形成的。
10.一種電池,包括權(quán)利要求9所述的電池電極。
【文檔編號】H01M4/70GK103503216SQ201180055999
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2010年11月29日
【發(fā)明者】萊納·斯坦恩, 邁克爾·卡斯帕 申請人:巴登-符騰堡州太陽能和氫能公益基金研究中心