用于电化学电池堆的夹持设备的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本公开通常涉及夹持设备。尤其是，本公开涉及用于电化学电池堆的夹持设备。
【背景技术】
[0002]锂离子电池通常包括在阳极和阴极之间的分离部和/或电解液。在一些电池中，分离部、阴极和阳极材料各自地形成片或薄膜。阴极、分离部和阳极的片随后被与分离阴极和阳极(例如电极)堆叠或卷制，以形成电池。对于将被卷制的阴极、分离部和阳极，每个片必须是十分易变形的或柔性的，以便在没有故障(例如裂缝、揉碎、机械故障等)的情况下被卷制。通常的电极包括在导电金属(例如，铝和铜)上的电化学活性材料层。例如，碳可以随着非活化的粘合剂沉积在集电器上(例如铜片)。经常使用碳，因为其具有优秀电化学性质并且还可以导电。电极可以被卷制或切割成片，这些片然后被层置成堆。堆具有交替的电化学活性材料，分离部位于电化学活性材料之间。
[0003]为了增加锂离子电池的容量的和重量的能量密度，硅已经作为用于阴极的活性材料。但是，在循环期间，阳极活性物质中的硅粒子随充电而膨胀。该膨胀可以使用作集电器的金属箔变形。因为电池堆的层限制在紧密区域中，所以该膨胀可以使金属箔弯曲或变形，因此减小电池堆中的层之间的接触面积。因此，电池接收和释放电荷的能力可能被严重地影响。因此，防止电极变形可以用于减小不可逆的容量和改进循环寿命。
【发明内容】
[0004]在某些实施方式中，提供一种用于电化学电池堆的夹持设备。夹持设备可以包括第一板和相对于第一板可定位的第二板，以使第一板和夹持设备之间的空间的大小可以设置成接收电化学电池堆。夹持设备还可以包括将第一板和第二板连接的连接构件。第一板和第二板的至少一个可以是远离另一板移动。连接构件还可以具有第一端部和第二端部。而且，夹持设备可以包括设置在第一端部和第二端部之间的弹性构件。
[0005]在一些实施方式中，第一板和第二板之间的距离变化可以与电化学电池堆的膨胀相关。连接构件的两个端部的至少一个配置为设定在电化学电池堆施加的压力。夹持设备还可以配置为减小电化学电池堆中的电极依据充电而发生的变形。另外，弹性构件可以配置为在电化学电池堆充电期间被压缩，从而减小通过第一板和第二板施加在电化学电池堆上的压力的增加。减小压力的增加可以产生在电化学电池堆上的大体恒定的压力。
[0006]在一些实施方式中，弹性构件配置为在电化学电池堆充电期间被压缩，从而减小因为电化学电池堆的膨胀在电化学电池堆上的压力的变化。弹性构件可以包括弹簧、活塞、弹性带、气动活塞或泡沫。连接构件可以包括紧固件、弹簧夹或C形夹。第一端部或第二端部的至少一个可以包括多个螺母或多个紧固件头。
[0007]在进一步的实施方式中，提供减小电化学电池堆中的电极的变形的方法。方法包括将电化学电池堆设置在第一板和第二板之间；以及调节连接构件的端部，以设定在电化学电池堆上的施加压力。
[0008]在一些实施方式中，方法可以包括充电电化学电池堆。此外，在第一次充电电化学电池堆之前，电化学电池堆可以设置在第一板和第二板之间。方法还可以包括在电池化成或电池预处理之后移除电化学电池堆。
【附图说明】
[0009]图1是根据本文描述的某些实施方式的用于电化学电池堆的示例性夹持设备的照片；
[0010]图2是图1所示的示例性夹持设备的略图；
[0011]图3A是作为放置在固定间隙夹持设备中的电化学电池堆的电池膨胀的函数的电化学电池堆上的压力的图表；
[0012]图3B是作为本文描述的某些实施方式的夹持设备中的电化学电池堆的电池膨胀的函数的电化学电池堆上的压力的图表；
[0013]图4是在电化学电池堆中弯曲的阳极的照片；
[0014]图5是放置在本文描述的某些实施方式的夹持设备中的电化学电池堆的未弯曲阳极的照片；以及
[0015]图6示出减小电化学电池堆中的电极的变形的示例方法。
【具体实施方式】
[0016]目前在可再充电锂离子电池中使用的阳极电极通常具有约200毫安小时每克的比容量(包括金属箔集电器、导电添加剂、和粘合剂)。石墨，在大部分锂离子电池阳极中使用的活性物质，具有372毫安小时每克(mAh/g)的理论能量密度。比较而言，硅具有4200mAh/g的高理论容量。但是，硅依据锂的嵌入膨胀超过300%。因为该膨胀，包括硅的阳极应该被允许膨胀，同时保持硅粒子之间的电接触。但是，因为电化学电池堆膨胀，该膨胀可能是不均匀的，导致电池堆中厚度变化和畸形。
[0017]本公开描述了电化学电池堆的夹持设备的某些实施方式，配置为减少依据充电而在电池堆中膨胀的电极畸形。电池堆可以包括石墨、基于硅、基于锡、或基于其他合金的电极。例如，夹持设备可以包括第一板和第二板。第二板可以是相对于第一板可定位的，以使第一板和第二板之间的空间的大小设置成接收电化学电池堆。夹持设备还可以包括将第一板和第二板连接的连接构件。第一板和第二板的至少一个可以是远离另一板移动。例如，第一板和第二板的至少一个可以绕连接构件移动。
[0018]如果第一板和第二板的至少一个不是远离另一板可移动的，第一板和第二板可以在电池堆上根据充电期间电池堆的膨胀而施加增大压力。不受控制得离开，如果达到足够高的压力，电池堆可能被损坏，例如电池堆短路。但是，在某些实施方式中，因为第一板和第二板的至少一个可以是远离另一板可移动的，所以通过第一板和第二板在电池堆上施加的一些压力可以被减轻并且还可以被控制。
[0019]例如，在一些实施方式中，当电池堆膨胀时，第一板和第二板的仅一个板是可移动的。在其他实施方式中，当电池堆膨胀时，两个板都是可移动的。第一板和第二板之间的距离变化可以与电池堆的膨胀关联。
[0020]在一些实施方式中，连接构件可以具有第一端部和第二端部。夹持设备还可以包括设置在第一端部和第二端部之间的弹性构件。连接构件的两个端部的至少一个配置为设置在电池堆施加的压力。例如，弹性构件可以配置为在电池堆充电期间被压缩。因为弹性构件被压缩，通过第一板和第二板施加在电池堆上的压力中的增加可以被减小。在某些情况下，通过第一板和第二板的压力中减小的增加可以导致电池堆上压力的轻微变化(或大体恒压)，并且从而减小因不均匀的膨胀而产生的电池堆的厚度变化和/或畸形。
[0021]如本文中所描述的，夹持设备的某些实施方式可以包括第一板和第二板。在一些实施方式中，第一板可以由与第二板大体相同的材料制成。在其他实施方式中，第一板可以由与第二板不同的材料制成。这些材料可以包括金属(例如碳钢或铝)和/或聚合物(例如聚丙烯或环氧树脂)。这些材料还可以包括绝缘材料。第一板和第二板的至少一个的横截面形状可以是正方形、矩形、环形、卵形、或多边形(例如五边形、六边形、八边形等)。第二板可以相对于第一板定位，以便在第一板和第二板之间存在空间。因为空间的大小可以设置成接收电化学电池堆，所以第一板和第二板的尺寸的大小与形状可以被设置，以便能够在第一板和第二板之间容纳电池堆。因此，第一板和第二板的尺寸可以取决于电池堆的大小和形状。此外，第一板和第二板的厚度的大小可以设置成减少依据电池堆充电而发生的第一板和第二板的弯曲。例如，第一板和第二板的厚度可以在约0.5cm和约0.8cm之间，例如约0.6cm、约0.65cm、或约0.7cm。在一些实施方式中，第一板的形状和尺寸可以与第二板的形状和尺寸大体相同。在其他实施方式中，第一板的形状和尺寸可以不同于第二板的形状和尺寸。
[0022]在一些实施方式中，，第一板和第二板之间的空间的大小可以设置成接收多于一个的电池堆。例如，多个电池堆可以在第一板和第二板之间并排放置或者上下堆叠。在该实施方式中，多个电池堆可以使用相同的夹持设备(例如，相同的弹性构件以保持电池堆上的类似的或大体相同的设定压力)。此外，夹持设备还可以包括比第一板和第二板多的板，例如上下堆叠的多个板。两个板之间的空间的大小可以设置成每个都接收至少一个电池堆。在该实施方式中，几个电池堆也可以使用相同的弹性构件。因此，多个电池堆可以放置在第一板和第二板之间，具有或没有附加板和/或间隔件。
[0023]在一些实施方式中，连接构件延伸通过第一板和/或第二板中的孔。例如，连接构件可以是具有能够耦接第一板和第二板的纵向长度的任何延伸结构。在一些实施方式中，连接构件安装于或位于第一板或第二板中。例如，连接构件可以是柱/杆，其一端安装在第一板或第二板中。或者，连接构件可以是螺丝或具有螺纹部分的柱，其直接拧入第一板或第二板中。在其他实施方式中，连接构件延伸通过第一板中的第一孔和第二板中的第二孔。在一些实施方式中，连接构件可以是紧固件，诸如螺丝、螺栓、或杆/柱。在一些实施方式中，杆/柱可以包括或不包括螺纹部分或纹理部分。在其他实施方式中，连接构件可以包括夹子，例如C形夹。在一些实施方式中，夹持设备可以包括一个或多个连接构件。
[0024]在一些实施方式中，第