DE202023003006U1

DE202023003006U1 - Zylindrische Batterie, Batteriepack und Fahrzeug

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Publication number: DE202023003006U1
Application number: DE202023003006.4U
Authority: DE
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2022-07-19
Filing date: 2023-07-19
Publication date: 2025-06-03
Anticipated expiration: 2033-07-20
Also published as: EP4525109A4; EP4525109A1; KR102646837B1; KR20240011650A; CN118901156A

Abstract

Zylindrische Batterie, aufweisend:
eine Elektrodenanordnung, in der eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein dazwischen angeordneter Separator um eine Wicklungsachse der Elektrodenanordnung gewickelt sind, um einen Kern und einen Außenumfang der Elektrodenanordnung zu definieren; und
ein zylindrisches Batteriegehäuse, das die Elektrodenanordnung aufnimmt,
wobei ein Querschnitt der Elektrodenanordnung senkrecht zu der Wicklungsachsenrichtung einen ersten fächerförmigen Bereich und einen zweiten fächerförmigen Bereich umfasst, die jeweils einen Umfangswinkel von 180 Grad oder weniger in einer Wicklungsrichtung umfasst,
wobei der erste fächerförmige Bereich durch eine erste gerade Linie und eine zweite gerade Linie, die von einer Mitte des Kerns durch ein kernseitiges Ende der ersten Elektrode bzw. ein kernseitiges Ende der zweiten Elektrode verlaufen, und durch einen Außenumfang des ersten fächerförmigen Bereichs entlang der Wicklungsrichtung als ein spannungsanfälliger Bereich definiert ist,
wobei ein zweiter fächerförmiger Bereich durch eine dritte gerade Linie und eine vierte gerade Linie, die von der Mitte des Kerns durch ein außenumfangsseitiges Ende der ersten Elektrode bzw. ein außenumfangsseitiges Ende der zweiten Elektrode verlaufen, und durch einen Außenumfang des zweiten fächerförmigen Bereichs entlang der Wicklungsrichtung als ein Spannungsverstärkungsbereich definiert ist, und
wobei die Elektrodenanordnung eine Wicklungsstruktur aufweist, in der zumindest das außenumfangsseitige Ende der ersten Elektrode des Spannungsverstärkungsbereichs von einer Innenseite des spannungsanfälligen Bereichs entlang einer Umfangsrichtung des Querschnitts der Elektrodenanordnung beabstandet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine zylindrische Batterie, einen Batteriepack und ein Fahrzeug und insbesondere auf eine zylindrische Batterie, die in der Lage ist, die Symmetrie und Kreisförmigkeit eines Elektrodenanordnungskerns trotz der Zunahme des Lade- und Entladezyklus durch Steuern der Positionen der Enden einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode in einer Wicklungsrichtung aufrechtzuerhalten, und einen Batteriepack und ein Fahrzeug, die eine solche enthalten.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2022-0089226 , die am 19. Juli 2022 in der Republik Korea eingereicht wurde, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
STAND DER TECHNIK
Sekundärbatterien, die leicht auf verschiedene Produktgruppen anwendbar sind und elektrische Eigenschaften wie eine hohe Energiedichte aufweisen, werden universell nicht nur auf tragbare Vorrichtungen angewendet, sondern auch auf Elektrofahrzeuge (EVs), Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) oder Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), die durch einen Motor angetrieben werden.
Im Folgenden wird ein Elektrofahrzeug als ein Begriff verwendet, um ein Fahrzeug zu bezeichnen, das einen elektrisch angetriebenen Motor beinhaltet, wie etwa EV, HEV und PHEV.
Diese Sekundärbatterien ziehen Aufmerksamkeit als eine neue Energiequelle an, um die Umweltfreundlichkeit und Energieeffizienz zu verbessern, da sie den primären Vorteil aufweisen, dass sie die Verwendung von fossilen Brennstoffen dramatisch reduzieren können, sowie den sekundären Vorteil, dass keine Nebenprodukte durch die Verwendung von Energie erzeugt werden.
Sekundärbatterien, die derzeit in der Technik weit verbreitet sind, beinhalten Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Polymer-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien, Nickel-Wasserstoff-Batterien, Nickel-Zink-Batterien und dergleichen. Eine Einheitssekundärbatterie weist eine Betriebsspannung von etwa 2,5 V bis 4,5 V auf. Wenn eine höhere Ausgangsspannung erforderlich ist, wird daher ein Batteriepack konfiguriert, indem mehrere Batterien in Reihe geschaltet werden. Zusätzlich können mehrere Batterien parallel geschaltet werden, um einen Batteriepack gemäß der Lade-/Entladekapazität zu bilden, die für den Batteriepack erforderlich ist. Dementsprechend können die Anzahl der Batterien, die in dem Batteriepack enthalten sind, und die Form der elektrischen Verbindung gemäß der erforderlichen Ausgangsspannung und/oder Lade-/Entladekapazität unterschiedlich eingestellt werden.
Dabei sind zylindrische, rechteckige und beutelartige Batterien als Sekundärbatteriearten bekannt. Im Falle einer zylindrischen Batterie ist ein Separator, der als Isolator dient, zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode angeordnet, und sie werden gewickelt, um eine Elektrodenanordnung in Form einer Jelly-Roll zu bilden, die zusammen mit einem Elektrolyten in ein Batteriegehäuse eingesetzt wird, um eine Batterie zu bilden. Zusätzlich kann eine streifenförmige Elektrodenlasche mit einem unbeschichteten Abschnitt sowohl der positiven Elektrode als auch der negativen Elektrode verbunden werden, und die Elektrodenlasche verbindet die Elektrodenanordnung und einen Elektrodenanschluss, der nach außen freiliegt, elektrisch. Zum Vergleich ist bei einer zylindrischen Batterie mit einem Formfaktor von 1865, 2170 oder dergleichen der positive Elektrodenanschluss eine Kappe eines Dichtungskörpers, der die Öffnung des Batteriegehäuses (dicht) verschließt, und der negative Elektrodenanschluss ist das Batteriegehäuse.
Da jedoch gemäß der herkömmlichen zylindrischen Batterie Strom in der streifenförmigen Elektrodenlasche konzentriert wird, die mit dem unbeschichteten Abschnitt der positiven Elektrode und/oder dem unbeschichteten Abschnitt der negativen Elektrode gekoppelt ist, ist die Stromsammeleffizienz aufgrund des großen Widerstands und der großen Wärmeerzeugung nicht gut.
Bei kleinen zylindrischen Batterien mit einem Formfaktor von 1865, einem Formfaktor von 2170 oder dergleichen sind Widerstand und Wärme kein großes Problem. Wenn jedoch der Formfaktor vergrößert wird, um die zylindrische Batterie an ein Elektrofahrzeug anzulegen, kann sich die zylindrische Batterie entzünden, wenn während des Schnellladeprozesses viel Wärme um die Elektrodenlasche herum erzeugt wird.
Um dieses Problem zu lösen, wird eine zylindrische Batterie (sogenannte laschenlose zylindrische Batterie) bereitgestellt, bei der der unbeschichtete Abschnitt der positiven Elektrode und der unbeschichtete Abschnitt der negativen Elektrode so ausgelegt sind, dass sie jeweils an der Oberseite und der Unterseite der Jelly-Roll-Elektrodenanordnung positioniert sind, und der Stromabnehmer wird an den unbeschichteten Abschnitt geschweißt, um die Stromsammeleffizienz zu verbessern.
1a bis 1c sind Diagramme, die einen Prozess zum Herstellen einer laschenlosen zylindrischen Batterie zeigen. 1a zeigt die Struktur einer Elektrode, 1b zeigt einen Prozess zum Wickeln der Elektrode und 1c zeigt einen Prozess zum Schweißen eines Stromabnehmers an eine gebogene Oberfläche eines unbeschichteten Abschnitts. 1d ist eine Querschnittsansicht, die die laschenlose zylindrische Batterie entlang der Längsrichtung Y zeigt.
Bezugnehmend auf 1a bis 1d weisen eine positive Elektrode 10 und eine negative Elektrode 11 eine Struktur auf, bei der ein blattförmiger Stromabnehmer 20 mit einem aktiven Material 21 beschichtet ist, und weisen einen unbeschichteten Abschnitt 22 an einer langen Seite entlang der Wicklungsrichtung X auf.
Eine Elektrodenanordnung A wird durch aufeinanderfolgendes Stapeln der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 11 zusammen mit zwei Blättern von Separatoren 12, wie in 1b gezeigt, und dann Wickeln derselben in einer Richtung X hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt sind die unbeschichteten Abschnitte der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 11 in entgegengesetzten Richtungen angeordnet.
Nach dem Wickelprozess werden der unbeschichtete Abschnitt 10a der positiven Elektrode 10 und der unbeschichtete Abschnitt 11a der negativen Elektrode 11 in Richtung des Kerns gebogen. Danach werden Stromabnehmer 30, 31 geschweißt und jeweils mit den unbeschichteten Abschnitten 10a, 11a gekoppelt.
Eine Elektrodenlasche ist nicht separat mit dem unbeschichteten Abschnitt 10a der positiven Elektrode und dem unbeschichteten Abschnitt 11a der negativen Elektrode gekoppelt, die Stromabnehmer 30, 31 sind mit externen Elektrodenanschlüssen verbunden, und ein Strompfad ist mit einer großen Querschnittsfläche entlang der Wickelachsenrichtung der Elektrodenanordnung A ausgebildet (siehe Pfeil), was den Vorteil hat, den Widerstand der Batterie zu senken. Dies liegt daran, dass der Widerstand umgekehrt proportional zu der Querschnittsfläche des Pfads ist, durch den der Strom fließt.
Die Elektrodenanordnung A wird in das Batteriegehäuse 32 eingesetzt. Der Stromabnehmer 31 ist an die untere Oberfläche des Batteriegehäuses 32 geschweißt. An dem oberen Abschnitt des Randes des Stromabnehmers 31 ist die Außenumfangsfläche des Batteriegehäuses 32 pressgepasst, um den Sickenabschnitt 33 zu bilden. Die Innenfläche des Sickenabschnitts 33 drückt den Rand des Stromabnehmers 30. Infolgedessen ist die Elektrodenanordnung A fest innerhalb des Batteriegehäuses 32 fixiert.
Nachdem die Elektrodenanordnung A innerhalb des Batteriegehäuses 32 fixiert ist, wird Elektrolyt in das Batteriegehäuse 32 eingespritzt. Danach wird die Kappenanordnung 34 mit dem offenen Abschnitt des Batteriegehäuses 32 gekoppelt.
Die Kappenanordnung 34 kann eine Kappe 34a, eine Verbindungsplatte 34c, die mit dem unteren Abschnitt der Kappe 34a gekoppelt ist, und eine Dichtung 34b, die den Umfang der Kappe 34a und den offenen Abschnitt des Batteriegehäuses 32 (dicht) verschließt, beinhalten.
Der obere Abschnitt des Sickenabschnitts 33 beinhaltet einen Crimpabschnitt 35. Der Crimpabschnitt 35 wird durch Biegen des offenen Abschnitts des Batteriegehäuses 32 nach innen gebildet und verschließt (und dichtet ab) den offenen Abschnitt des Batteriegehäuses 32 durch Drücken der Dichtung 34b in Richtung der Randfläche der Kappe 34a.
Der Stromabnehmer 30 und die Verbindungsplatte 34c können durch eine Leitung 30a elektrisch verbunden sein. Die Leitung 30a kann als separates Teil hergestellt und mit dem Stromabnehmer 30 verbunden sein oder kann integral mit dem Stromabnehmer 30 hergestellt und verlängert und mit der Verbindungsplatte 34c gekoppelt sein.
Ein Isolator 36 ist auf dem oberen Abschnitt des Stromabnehmers 30 angeordnet. Der Rand des Isolators 36 kann zwischen dem Sickenabschnitt 33 und dem Stromabnehmer 30 angeordnet sein. Dementsprechend drückt der Sickenabschnitt 33 die Elektrodenanordnung A durch den Isolator 36 in Richtung des Bodens des Batteriegehäuses 32.
Währenddessen tritt, wenn der Lade- und Entladezyklus der zylindrischen Batterie 37 zunimmt, ein Schwellungsphänomen auf und der Innendruck nimmt zu. Das Schwellungsphänomen bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem das Volumen des aktiven Materials, das auf der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 11 beschichtet ist, zunimmt, wenn das Laden und Entladen wiederholt werden. Der Grad der Schwellung ist auf der negativen Elektrode 11 relativ größer. Ein Hohlraum existiert in dem Kern der Elektrodenanordnung A, die durch den Wickelprozess als eine Spur des darin eingesetzten Kernelements hergestellt wird. Daher wird, wenn der Innendruck der zylindrischen Batterie 37 aufgrund des Schwellungsphänomens zunimmt, eine Spannung in Richtung des Kerns der Elektrodenanordnung A konzentriert. Da das Batteriegehäuse aus einem hochfesten Metall hergestellt ist, wird der größte Teil der Spannung in Richtung des Kerns der Elektrodenanordnung A konzentriert, wo ein leerer Raum existiert.
Wenn eine Spannung in der Elektrodenanordnung A aufgrund des Schwellungsphänomens auftritt, wirkt die Spannung auch in der Umfangsrichtung, so dass sich die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 11 geringfügig drehen, während sie mit dem dazwischen angeordneten Separator gleiten. Außerdem akkumuliert sich, wenn der Lade- und Entladezyklus zunimmt, der Drehungsbetrag der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 11, um einen feinen Spalt zwischen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 11 in der Nähe des Kerns zu erzeugen, wodurch eine lokale Änderung der Krümmung verursacht wird. Daher ändern sich, selbst wenn die Elektrodenanordnung A unmittelbar nach dem Wickeln eine gute Symmetrie und Kreisförmigkeit aufweist, wenn das Schwellungsphänomen auftritt, die Symmetrie und Kreisförmigkeit der Elektrodenanordnung A im Gegensatz zum ersten Mal.
Zusätzlich kann, wenn sich das Schwellungsphänomen in einem Zustand verstärkt, in dem die Symmetrie und Kreisförmigkeit der Elektrodenanordnung A geändert werden, ein Teilbereich des Kerns der Elektrodenanordnung A der Spannung nicht widerstehen, sondern kollabieren. In diesem Prozess wird der Separator in der Nähe des Kollabierbereichs abgerissen oder es werden feine Risse in der Elektrode erzeugt, was einen internen Kurzschluss verursacht, der als Hauptursache für Zündunfälle innerhalb der zylindrischen Batterie angegeben wird.
2a bis 2c sind Querschnittsansichten der Elektrodenanordnung A, die schematisch den Prozess zeigen, in dem der Kern der Elektrodenanordnung A kollabiert. Jede Querschnittsansicht zeigt eine Ebene, die senkrecht zur axialen Richtung der Elektrodenanordnung A geschnitten ist.
2a zeigt die Kernstruktur der Elektrodenanordnung A, wenn sich die zylindrische Batterie 37 im BOL-Zustand (Beginn der Lebensdauer) befindet. Da eine Stufe an den Enden der negativen Elektrode und der positiven Elektrode gebildet wird, wird die Zirkularität in der Nähe der Enden verringert. Wenn außerdem gerade Linien L1 und L2 von der Mitte des Kerns durch das Ende der positiven Elektrode bzw. das Ende der negativen Elektrode gezogen werden, sind die Wicklungswindungen der Elektroden, die sich zwischen L1 und L2 entlang der Umfangsrichtung befinden, nicht konstant in der Krümmung, sondern ändern sich.
2b zeigt einen Zustand, in dem das Volumen der Elektrode, insbesondere der negativen Elektrode, zunimmt, wenn der Lade- und Entladezyklus für die zylindrische Batterie 37 mehrmals fortschreitet, so dass die negative und die positive Elektrode in der Nähe des Kerns gedreht werden. Die Volumenänderung der negativen Elektrode ist bei der ersten Ladung während des Aktivierungsprozesses für die zylindrische Batterie 37 am größten. Dies liegt daran, dass die Chemikalien, die die elektrochemische Reaktion verursachen, sich von der positiven Elektrode zu der negativen Elektrode bewegen und in die negative Elektrode eingesetzt werden.
Der Kern der Elektrodenanordnung A weist eine Vertiefung auf. Daher erfolgt die Drehung der Elektrode hauptsächlich in dem Kern. Natürlich dreht sich die Elektrode geringfügig in dem Außenumfang der Elektrodenanordnung A, aber der Grad der Drehung ist im Vergleich zu der Kernseite nicht signifikant. Dies liegt daran, dass eine Vertiefung in dem Kern der Elektrodenanordnung A existiert, so dass, wenn eine Drehspannung auftritt, die Drehfreiheit der Elektrode an dem Kern größer als an dem Außenumfang der Elektrodenanordnung A ist.
Die Volumenzunahme der negativen Elektrode ist relativ größer als die der positiven Elektrode. Außerdem ist nahe dem Kern der Elektrodenanordnung A die positive Elektrode zwischen den Wicklungswindungen der negativen Elektrode angeordnet, so dass eine relativ größere Reibungskraft auf die Oberfläche der positiven Elektrode als auf die Oberfläche der negativen Elektrode wirkt. Daher ist der Drehungsbetrag der negativen Elektrode größer als der Drehungsbetrag der positiven Elektrode. Dies liegt daran, dass, je größer die Volumenzunahme ist, desto mehr Drehspannung auftritt, und je kleiner die Reibungskraft ist, desto mehr Gleiten auftritt. In 2b kann die Drehung der positiven und der negativen Elektrode aus der Tatsache herausgefunden werden, dass sich die kernseitigen Enden der positiven und der negativen Elektrode im Uhrzeigersinn drehen. Die Richtung, in der sich das Elektrodenende in dem Kern der Elektrodenanordnung dreht, ist entgegengesetzt zu der Wicklungsrichtung.
2c zeigt die Kernstruktur, wenn sich das Schwellungsphänomen verstärkt, wenn der Lade- und Entladezyklus für die zylindrische Batterie 37 hundertmal fortschreitet. Aufgrund der Verstärkung des Schwellungsphänomens dreht sich das Ende der negativen Elektrode zu dem Punkt, an dem sich das Ende der positiven Elektrode befindet. Als Ergebnis erfolgte ein Kollabieren in dem Kernbereich. Wenn der Kern kollabiert, wird die Struktur der Wicklungswindung, die eine nach außen konvexe Bogenform hatte, wie die Wicklungswindungen der Elektrode, die sich in der Richtung von 3 Uhr bis 6 Uhr befinden, in eine Form umgewandelt, die in Richtung des Kerns konvex ist.
Wenn der Kern der Elektrodenanordnung A kollabiert, wie in 2c gezeigt, wird der enge Kontakt zwischen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 11 nicht aufrechterhalten, es tritt ein feiner Spalt an der Grenzfläche zwischen den Elektroden auf und die Batteriekapazität nimmt plötzlich ab. Außerdem kollabieren die Elektrode und der Separator in der Nähe des Kollabierbereichs in Richtung des Kerns, was verursacht, dass der Separator reißt oder ein feiner Riss in der Elektrode auftritt, und somit können sich die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 11 berühren, wodurch ein interner Kurzschluss verursacht wird.
Das Kollabieren des Kerns der Elektrodenanordnung A wird schwerer, wenn der Durchmesser der Elektrodenanordnung A zunimmt. Dies liegt daran, dass, wenn der Durchmesser der Elektrodenanordnung A zunimmt, die Drehkraft in der Umfangsrichtung, die durch die Zunahme des Elektrodenvolumens verursacht wird, weiter zunimmt. Wenn zylindrische Batterien mit großem Durchmesser mit einem Formfaktor 4680 (Durchmesser: 46 mm, Höhe: 80 mm) hergestellt werden, ist daher eine spezielle Konstruktion erforderlich, um zu verhindern, dass der Kern der Elektrodenanordnung kollabiert.
OFFENBARUNG
Technische Aufgabe
Die vorliegende Offenbarung ist entwickelt worden, um die Probleme des Stands der Technik zu lösen. Die Drehung von positiven und negativen Elektroden aufgrund des Schwellungsphänomens einer zylindrischen Batterie beeinflusst die Symmetrie und Kreisförmigkeit einer Elektrodenanordnung. Um daher zu verhindern, dass der Kern der Elektrodenanordnung kollabiert, ist es notwendig, die relativen Positionen der positiven und negativen Elektroden innerhalb der Elektrodenanordnung optimal zu gestalten, indem die Drehung der positiven und negativen Elektroden berücksichtigt wird.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eine Strukturgestaltung herzuleiten, die in der Lage ist, zu verhindern, dass der Kern kollabiert, indem die Symmetrie und Kreisförmigkeit des Kerns der Elektrodenanordnung aufrechterhalten wird, selbst wenn ein Schwellungsphänomen auftritt, indem relative Positionen eines positiven Elektrodenendes und eines negativen Elektrodenendes an dem Kern und dem Außenumfang der Elektrodenanordnung eingestellt werden, wenn eine zylindrische Batterie hergestellt wird.
Die vorliegende Offenbarung ist auch darauf gerichtet, eine zylindrische Batterie, die eine Elektrodenanordnung enthält, die optimal gestaltet ist, um das Kollabierungsphänomen des Kerns zu verbessern, und einen Batteriepack und ein Fahrzeug, die eine solche enthalten, bereitzustellen.
Die technischen Aufgaben der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf das Vorstehende beschränkt, und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Offenbarung können aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden werden und werden aus den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung deutlicher. Es ist auch leicht zu verstehen, dass die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Offenbarung durch die in den beigefügten Ansprüchen gezeigten Mittel und Kombinationen davon realisiert werden können.
Technische Lösung
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine zylindrische Batterie bereitgestellt, aufweisend: eine Elektrodenanordnung, in der eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein dazwischen angeordneter Separator bezüglich einer Wicklungsachse gewickelt sind, um einen Kern und einen Außenumfang zu definieren; und ein zylindrisches Batteriegehäuse, das konfiguriert ist, um die Elektrodenanordnung aufzunehmen.
Auf einem Querschnitt der Elektrodenanordnung senkrecht zu der Wicklungsachsenrichtung kann ein erster fächerförmiger Bereich, der von einer ersten geraden Linie und einer zweiten geraden Linie umgeben ist, die von einer Mitte des Kerns durch ein kernseitiges Ende der ersten Elektrode bzw. ein kernseitiges Ende der zweiten Elektrode verlaufen, und der Außenumfang als ein spannungsanfälliger Bereich definiert sein, und ein zweiter fächerförmiger Bereich, der von einer dritten geraden Linie und einer vierten geraden Linie umgeben ist, die von der Mitte des Kerns durch ein außenumfangsseitiges Ende der ersten Elektrode bzw. ein außenumfangsseitiges Ende der zweiten Elektrode verlaufen, und der Außenumfang als ein spannungsverstärkender Bereich definiert sein.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der von dem Spannungsverstärkungsbereich zumindest das außenumfangsseitige Ende der ersten Elektrode von der Innenseite des spannungsanfälligen Bereichs entlang einer Umfangsrichtung beabstandet ist.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der der Spannungsverstärkungsbereich von dem spannungsanfälligen Bereich entlang der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt beabstandet ist.
Ein Bereich des Außenumfangs der Elektrodenanordnung, wo sich das außenumfangsseitige Ende der ersten Elektrode befindet, kann in engem Kontakt mit einer Innenfläche des Batteriegehäuses sein.
Die Position des außenumfangsseitigen Endes der ersten Elektrode kann im Wesentlichen fest sein, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird.
Auf dem Querschnitt kann der Querschnitt in einen ersten halbkreisförmigen Bereich und einen zweiten halbkreisförmigen Bereich basierend auf einem diametrischen Liniensegment klassifiziert werden, das durch die Mitte des Kerns verläuft und senkrecht zu einer geraden Linie ist, die einen Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs in zwei gleiche Winkel teilt.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich der spannungsanfällige Bereich in dem ersten halbkreisförmigen Bereich befindet und sich der Spannungsverstärkungsbereich in dem zweiten halbkreisförmigen Bereich befindet.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich mindestens ein Teil des Spannungsverstärkungsbereichs mit einem dritten fächerförmigen Bereich in dem zweiten halbkreisförmigen Bereich überlappt, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich mindestens ein Teil des Spannungsverstärkungsbereichs mit einer fünften geraden Linie überlappt, die einen Umfangswinkel des dritten fächerförmigen Bereichs in gleiche Winkel teilt.
Wenn eine gerade Linie, die einen dritten fächerförmigen Bereich, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, in gleiche Winkel teilt, eine fünfte gerade Linie ist, kann die Elektrodenanordnung eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die dritte gerade Linie und die vierte gerade Linie zwischen der zweiten geraden Linie und der fünften geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt befinden.
Wenn eine gerade Linie, die einen dritten fächerförmigen Bereich, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, in gleiche Winkel teilt, eine fünfte gerade Linie ist, kann die Elektrodenanordnung eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die dritte gerade Linie und die vierte gerade Linie zwischen der ersten geraden Linie und der fünften geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt befinden.
Wenn eine gerade Linie, die einen dritten fächerförmigen Bereich, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, in gleiche Winkel teilt, eine fünfte gerade Linie ist, kann die Elektrodenanordnung eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die vierte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der ersten geraden Linie befindet und sich die dritte gerade Linie zwischen der vierten geraden Linie und der zweiten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt befindet.
Wenn eine gerade Linie, die einen dritten fächerförmigen Bereich, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, in gleiche Winkel teilt, eine fünfte gerade Linie ist, kann die Elektrodenanordnung eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die vierte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der ersten geraden Linie befindet und sich die dritte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der zweiten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt befindet.
Wenn eine gerade Linie, die einen dritten fächerförmigen Bereich, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, in gleiche Winkel teilt, eine fünfte gerade Linie ist, kann die Elektrodenanordnung eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die vierte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der zweiten geraden Linie befindet und sich die dritte gerade Linie zwischen der vierten geraden Linie und der ersten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt befindet.
Wenn eine gerade Linie, die einen dritten fächerförmigen Bereich, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, in gleiche Winkel teilt, eine fünfte gerade Linie ist, kann die Elektrodenanordnung eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die vierte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der zweiten geraden Linie befindet und sich die dritte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der ersten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt befindet.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der ein Umfangswinkel zwischen der ersten geraden Linie und der vierten geraden Linie größer ist als ein Umfangswinkel zwischen der zweiten geraden Linie und der dritten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der ein Umfangswinkel zwischen der zweiten geraden Linie und der vierten geraden Linie größer ist als ein Umfangswinkel zwischen der ersten geraden Linie und der dritten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der ein Umfangswinkel des Spannungsverstärkungsbereichs kleiner ist als ein Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs bezüglich der Mitte des Kerns.
Die Wicklungsstruktur der Elektrodenanordnung, wie oben beschrieben, kann während des Ladens und Entladens für 200 Zyklen oder mehr, 300 Zyklen oder mehr, 400 Zyklen oder mehr, 500 Zyklen oder mehr, 600 Zyklen oder mehr, 700 Zyklen oder mehr, 800 Zyklen oder mehr oder 900 Zyklen oder mehr aufrechterhalten werden.
Ein Zyklus kann eine Vollladung und eine Vollentladung enthalten. Vollladung bedeutet eine Ladung, die den SOC einer zylindrischen Batterie von 0 % auf 100 % erhöht. Vollentladung bedeutet eine Entladung, die den SOC einer zylindrischen Batterie von 100 % auf 0 % verringert. Die Größe des Ladestroms und die Ladetemperatur der Vollladung können gemäß den effektiven Betriebsbedingungen der zylindrischen Batterie ausgewählt werden. Gleichermaßen können die Größe des Entladestroms und die Entladetemperatur für die Vollentladung aus den effektiven Betriebsbedingungen der zylindrischen Batterie ausgewählt werden.
Die erste Elektrode und die zweite Elektrode können eine positive Elektrode bzw. eine negative Elektrode sein. Mindestens ein Teil von Wicklungswindungen der negativen Elektrode, die nur durch die zweite Elektrode gebildet werden, kann benachbart zu der Kernseite bereitgestellt sein. Eine Wicklungswindung, in der mindestens ein Teil der Wicklungswindungen der negativen Elektrode in eine radiale Richtung weist, kann die Wicklungswindung der negativen Elektrode sein.
Eine Vielzahl von Wicklungswindungen, die nur durch den Separator gebildet werden, kann an einer Innenseite der Wicklungswindung der negativen Elektrode bereitgestellt sein.
Die erste Elektrode und die zweite Elektrode können eine positive Elektrode bzw. eine negative Elektrode sein. Das kernseitige Ende der zweiten Elektrode kann sich weiter in eine Richtung entgegengesetzt zu der Wicklungsrichtung als das kernseitige Ende der ersten Elektrode erstrecken, um mindestens einen Teil der innersten Wicklungswindung zu bilden. Das außenumfangsseitige Ende der zweiten Elektrode kann sich weiter in die Wicklungsrichtung als das außenumfangsseitige Ende der ersten Elektrode erstrecken, um mindestens einen Teil der äußersten Wicklungswindung zu bilden.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der ein Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs einen Winkel von 30 Grad oder mehr und weniger als 180 Grad aufweist und ein Umfangswinkel des Spannungsverstärkungsbereichs einen Winkel von 10 Grad oder mehr und 90 Grad oder weniger aufweist.
Die Elektrodenanordnung kann eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der der Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs einen Winkel von 87 Grad oder mehr aufweist und der Umfangswinkel des Spannungsverstärkungsbereichs einen Winkel von 32 Grad oder weniger aufweist.
Das Batteriegehäuse kann ein offenes Ende und einen diesem gegenüberliegenden Bodenabschnitt aufweisen, die Elektrodenanordnung in dem Raum zwischen dem offenen Ende und dem Bodenabschnitt aufnehmen und elektrisch mit einer von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode verbunden sein, um eine erste Polarität aufzuweisen.
Die zylindrische Batterie kann ferner einen Dichtungskörper, der konfiguriert ist, um das offene Ende des Batteriegehäuses (dicht) zu verschließen; und einen Anschluss aufweisen, der elektrisch mit der anderen von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode verbunden ist, um eine zweite Polarität aufzuweisen, und eine Oberfläche aufweist, die nach außen freiliegt.
Die erste Elektrode kann einen ersten unbeschichteten Abschnitt an einem langen Seitenende entlang einer Wicklungsrichtung der Elektrodenanordnung aufweisen.
Die zweite Elektrode kann einen zweiten unbeschichteten Abschnitt an einem langen Seitenende entlang der Wicklungsrichtung aufweisen.
Der erste unbeschichtete Abschnitt kann sich von dem Separator durch ein Ende der Elektrodenanordnung erstrecken und nach außen vorstehen und in einer radialen Richtung der Elektrodenanordnung gebogen sein, um einen ersten Biegeoberflächenbereich zu bilden. Der erste unbeschichtete Abschnitt kann mehrere Segmente aufweisen, die durch geschnittene Nuten getrennt sind. Die mehreren Segmente können entlang der Wicklungsrichtung der Elektrodenanordnung angeordnet sein. Der erste Biegeoberflächenbereich kann durch Biegen der mehreren Segmente entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung gebildet werden.
Der zweite unbeschichtete Abschnitt kann sich von dem Separator durch das andere Ende der Elektrodenanordnung erstrecken und nach außen vorstehen und in Richtung des Kerns gebogen sein, um einen zweiten Biegeoberflächenbereich zu bilden. Der zweite unbeschichtete Abschnitt kann mehrere Segmente aufweisen, die durch geschnittene Nuten getrennt sind. Die mehreren Segmente können entlang der Wicklungsrichtung der Elektrodenanordnung angeordnet sein. Der zweite Biegeoberflächenbereich kann durch Biegen der mehreren Segmente entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung gebildet werden.
Die zylindrische Batterie kann ferner einen ersten Stromabnehmer aufweisen, der an den ersten Biegeoberflächenbereich geschweißt ist; und/oder einen zweiten Stromabnehmer, der an den zweiten Biegeoberflächenbereich geschweißt ist.
Der Schweißbereich des ersten Stromabnehmers und/oder des zweiten Stromabnehmers kann eine radiale Struktur bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung aufweisen.
Die Schweißstruktur zwischen dem ersten Biegeoberflächenbereich und dem ersten Stromabnehmer und/oder die Schweißstruktur zwischen dem zweiten Biegeoberflächenbereich und dem zweiten Stromabnehmer können synergistisch mit der oben beschriebenen Wicklungsstruktur der Elektrodenanordnung arbeiten, um zu verhindern, dass sich die Elektrode dreht, während die zylindrische Batterie geladen und entladen wird.
Die Batterie kann ein Verhältnis von Durchmesser zu Höhe von mehr als 0,4 aufweisen.
Die Batterie kann einen Formfaktor von 46110, 4875, 48110, 4880, 4680 oder 4695 aufweisen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt, aufweisend den Batteriepack, der eine Mehrzahl von zylindrischen Batterien wie oben beschrieben aufweist.
Vorteilhafte Wirkungen
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, zu verhindern, dass der Kern kollabiert, indem die Symmetrie und Kreisförmigkeit der Elektrodenanordnung aufrechterhalten wird, selbst wenn ein Schwellungsphänomen auftritt, indem relative Positionen eines positiven Elektrodenendes und eines negativen Elektrodenendes an dem Kern und dem Außenumfang der Elektrodenanordnung der zylindrischen Batterie eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine zylindrische Batterie, die eine Elektrodenanordnung enthält, mit einer Struktur bereitzustellen, die in der Lage ist, das Kollabierungsphänomen des Kerns zu verbessern.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Batteriepack, der unter Verwendung der zylindrischen Batterie mit einer verbesserten Struktur hergestellt wird, und ein Fahrzeug, das dieselben enthält, bereitgestellt werden.
Zusätzlich zu den vorstehenden Wirkungen werden nachstehend spezifische Wirkungen der vorliegenden Offenbarung beschrieben, während die spezifischen Einzelheiten zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung erläutert werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der vorstehenden Offenbarung dazu, ein weiteres Verständnis der technischen Merkmale der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, und somit wird die vorliegende Offenbarung nicht als auf die Zeichnung beschränkt ausgelegt.

1a ist eine Draufsicht, die eine Struktur einer Elektrode zeigt, die für eine herkömmliche laschenlose zylindrische Batterie verwendet wird.
1b ist ein Diagramm, das einen Prozess zum Wickeln einer Elektrodenanordnung zeigt, die in der herkömmlichen laschenlosen zylindrischen Batterie enthalten ist.
1c ist ein Diagramm, das einen Prozess zum Schweißen eines Stromabnehmers an eine gebogene Oberfläche eines unbeschichteten Abschnitts in der Elektrodenanordnung von 1b zeigt.
1d ist eine Querschnittsansicht, die die herkömmliche laschenlose zylindrische Batterie entlang der axialen Richtung Y zeigt.
2a bis 2c sind Querschnittsansichten, die schematisch den Prozess zeigen, in dem der Kern der Elektrodenanordnung in der herkömmlichen zylindrischen Batterie kollabiert.
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung senkrecht zur axialen Richtung Y zeigt.
4 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der relativen Positionsbeziehung zwischen einem spannungsanfälligen Bereich D1 und einem spannungsverstärkenden Bereich D2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5a ist ein Diagramm, das relative Positionen eines kernseitigen Endes (A_inner) und eines außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode und eines kernseitigen Endes (B_inner) und eines außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5b ist ein Diagramm, das relative Positionen eines kernseitigen Endes (A_inner) und eines außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode und eines kernseitigen Endes (B_inner) und eines außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5c ist ein Diagramm, das relative Positionen eines kernseitigen Endes (A_inner) und eines außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode und eines kernseitigen Endes (B_inner) und eines außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
6a ist ein Diagramm, das Querschnitte von drei Elektrodenanordnungen zeigt, in denen Vertiefungen, die in dem Kern der Elektrodenanordnung JR vorhanden sind, unterschiedliche Durchmesser aufweisen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6b ist ein Diagramm, das vergleichsweise den Grad der Verformung der Wicklungswindung nahe dem Kern zeigt, wenn zylindrische Batterien, die drei Elektrodenanordnungen enthalten, die in 6a gezeigt sind, wiederholt geladen und entladen werden.
7a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich die #1-Probenbatterie im BOL-Zustand (Beginn der Lebensdauer) befindet.
7b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 200 Zyklustests an der #1-Probenbatterie durchgeführt wurden.
7c ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 300 Zyklustests an der #1-Probenbatterie durchgeführt wurden.
8a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich die #2-Probenbatterie im BOL-Zustand befindet.
8b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 900 Zyklustests an der #2-Probenbatterie durchgeführt wurden.
9 ist ein Graph, der die Ergebnisse des Messens des Rotationsbetrags des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) und des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner) zeigt, während der Zyklustest für die #2-Probenbatterie unmittelbar nach der Herstellung wiederholt wird.
10a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich die #3-Probenbatterie im BOL-Zustand befindet.
10b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 900 Zyklustests an der #3-Probenbatterie durchgeführt wurden.
11a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich die #4-Probenbatterie im BOL-Zustand befindet.
11b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 700 Zyklustests an der #4-Probenbatterie durchgeführt wurden.
12a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich die #5-Probenbatterie im BOL-Zustand befindet.
12b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 420 Zyklustests an der #5-Probenbatterie durchgeführt wurden.
13a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich die #6-Probenbatterie im BOL-Zustand befindet.
13b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 420 Zyklustests an der #6-Probenbatterie durchgeführt wurden.
14a ist eine Draufsicht, die eine Struktur einer Elektrode gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
14b ist eine Draufsicht, die die Struktur einer Elektrode gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
14c ist eine Draufsicht, die die Struktur einer Elektrode gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
14d ist eine Draufsicht, die die Struktur einer Elektrode gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
1,4e ist ein Diagramm, das die Definitionen von Breite, Höhe und Trennungsabstand eines Segments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
14f ist ein Diagramm, das einen Bogen zeigt, der durch ein unteres Ende des Segments gebildet ist, wobei die Breite des Segments bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung definiert ist, wenn die Elektrode gewickelt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
14g ist ein Diagramm, das schematisch die Beziehung zwischen Höhen h1, h2, h3, h4 von Segmenten, Kernradius rc und Radien r1, r2, r3, r4 von Wicklungswindungen zeigt, wo Segmente zu erscheinen beginnen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
14h ist ein konzeptionelles Diagramm zum Bestimmen eines Maximalwerts (hmax) für die Höhe (H) des Segments in einem variablen Segmenthöhenbereich.
14i ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern der Formel, die einen unteren Winkel (θ) des Segments bestimmt.
14j ist eine Draufsicht, die eine modifizierte Struktur der Elektrode gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
14k ist eine Draufsicht von oben, die einen unabhängigen Bereich zeigt, in dem sich eine Vielzahl von Segmenten befinden kann, wenn die Elektrode gemäß einer Modifikation der vorliegenden Offenbarung zu einer Elektrodenanordnung gewickelt wird.
15a ist eine Draufsicht, die die Struktur einer Elektrode gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
15b ist ein Diagramm, das die Definitionen von Breite, Höhe und Trennungsabstand eines Segments gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
15c ist eine Draufsicht, die eine modifizierte Struktur der Elektrode gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
16 ist ein Diagramm, das eine Segmentstruktur gemäß verschiedenen Modifikationen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
17a ist ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt eines Biegeoberflächenbereichs zeigt, der durch Biegen des Segments in Richtung des Kerns der Elektrodenanordnung gebildet wird.
17b ist eine perspektivische Draufsicht, die schematisch eine Elektrodenanordnung zeigt, in der der Biegeoberflächenbereich gebildet wird.
17c sind Graphen, die die Ergebnisse des Zählens der Stapelanzahl von Segmenten entlang einer radialen Richtung in dem Biegeoberflächenbereich einer positiven Elektrode zeigen, die an dem oberen Abschnitt der Elektrodenanordnungen gemäß den Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 und dem Vergleichsbeispiel gebildet wird.
17d sind Graphen, die die Ergebnisse des Zählens der Stapelanzahl von Segmenten entlang der radialen Richtung in dem Biegeoberflächenbereich der positiven Elektrode zeigen, die an dem oberen Abschnitt der Elektrodenanordnungen gemäß den Ausführungsformen 2-1 bis 2-5, den Ausführungsformen 3-1 bis 3-4, den Ausführungsformen 4-1 bis 4-3 und den Ausführungsformen 5-1 bis 5-2 gebildet wird.
17e sind Graphen, die die Ergebnisse des Zählens der Stapelanzahl von Segmenten entlang der radialen Richtung in dem Biegeoberflächenbereich der positiven Elektrode zeigen, die an dem oberen Abschnitt der Elektrodenanordnung gemäß den Ausführungsformen 6-1 bis 6-6 und den Ausführungsformen 7-1 bis 7-6 gebildet wird.
17f ist eine Draufsicht von oben auf die Elektrodenanordnung, die einen einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 und einen abnehmenden Stapelanzahlbereich b2 in dem Biegeoberflächenbereich des Segments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
18 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ, bei der die Elektrode der ersten Ausführungsform auf eine erste Elektrode (positive Elektrode) und eine zweite Elektrode (negative Elektrode) entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung) aufgebracht wird.
19 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ, bei der eine Elektrode der zweiten Ausführungsform auf die erste Elektrode (positive Elektrode) und die zweite Elektrode (negative Elektrode) entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung) aufgebracht wird.
20 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ, bei der eine beliebige der Elektroden der dritten bis fünften Ausführungsformen (Modifikationen davon) auf die erste Elektrode (positive Elektrode) und die zweite Elektrode (negative Elektrode) entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung) aufgebracht wird.
21 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung).
22 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung).
23 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung).
24 ist eine Schnittansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
25 ist eine Schnittansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
26 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
27 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
28 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
29 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
30 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
31 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
32 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
33 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines ersten Stromabnehmers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
34 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines zweiten Stromabnehmers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
35 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem mehrere zylindrische Batterien elektrisch verbunden sind.
36 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 35.
37 ist ein Diagramm, das ein Batteriepack gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schematisch zeigt.
38 ist ein Diagramm, das ein Fahrzeug, das den Batteriepack gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält, schematisch zeigt.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
Der oben genannte Zweck, die oben genannten Merkmale und Vorteile werden später unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, und dementsprechend wird ein Fachmann auf dem technischen Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, in der Lage sein, den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung leicht umzusetzen. Wenn bei der Erläuterung der vorliegenden Offenbarung angenommen wird, dass eine ausführliche Beschreibung der öffentlich bekannten Technologie, die sich auf die vorliegende Offenbarung bezieht, den Kern der vorliegenden Offenbarung unnötig verschleiern kann, wird die ausführliche Erläuterung weggelassen. Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen werden identische Bezugszeichen verwendet, um identische oder ähnliche Komponenten anzugeben.
Obwohl die Begriffe erster, zweiter oder dergleichen verwendet werden, um unterschiedliche Elemente zu beschreiben, sind diese Elemente nicht durch die Begriffe beschränkt. Diese Begriffe werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und sofern nicht anders angegeben, kann ein erstes Element ein zweites Element sein.
In der gesamten Beschreibung kann, sofern nicht anders angegeben, jedes Element Singular oder Plural sein.
Wenn sich ein Element nachstehend „über (oder unter)“ oder „auf (oder unter)“ einem anderen Element befindet, kann sich das Element auf einer oberen Fläche (oder einer unteren Fläche) des anderen Elements befinden, und Zwischenelemente können zwischen dem Element und dem anderen Element auf (oder unter) dem Element vorhanden sein.
Wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“, „gekoppelt“ oder „verknüpft“ bezeichnet wird, kann das Element zusätzlich direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein, es versteht sich jedoch, dass Zwischenelemente zwischen jedem Element vorhanden sein können oder jedes Element durch ein anderes Element „verbunden“, „gekoppelt“ oder „verknüpft“ sein kann.
In dieser Beschreibung verwendete Singularausdrücke enthalten Pluralausdrücke, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. In dieser Anmeldung sollten Begriffe wie „enthaltend“ oder „aufweisend“ nicht so ausgelegt werden, dass sie notwendigerweise alle in der Beschreibung beschriebenen verschiedenen Komponenten oder Schritte enthalten, und es sollte ausgelegt werden, dass einige der Komponenten oder einige der Schritte nicht enthalten sein können oder zusätzliche Komponenten oder Schritte ferner enthalten sein können.
Außerdem enthalten in dieser Beschreibung verwendete Singularausdrücke Pluralausdrücke, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. In dieser Anmeldung sollten Begriffe wie „enthaltend“ oder „aufweisend“ nicht so ausgelegt werden, dass sie notwendigerweise alle in der Beschreibung beschriebenen verschiedenen Komponenten oder Schritte enthalten, und es sollte ausgelegt werden, dass einige der Komponenten oder einige der Schritte nicht enthalten sein können oder zusätzliche Komponenten oder Schritte ferner enthalten sein können.
In der gesamten Beschreibung bezieht sich „A und/oder B“ auf entweder A oder B oder sowohl A als auch B, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, und „C bis D“ bezieht sich auf C oder größer und D oder kleiner, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
Der Einfachheit der Beschreibung halber wird eine Richtung, die entlang einer Längsrichtung einer Wickelachse einer Elektrodenanordnung verläuft, die in einer Rollenform gewickelt ist, hier als eine Achsenrichtung Y bezeichnet. Zusätzlich wird eine Richtung um die Wickelachse hier als eine Umfangs- oder Umfangsrichtung X bezeichnet. Zusätzlich wird eine Richtung, die sich der Wickelachse nähert oder von ihr weg weist, als eine radiale oder Strahlungsrichtung Z bezeichnet. Unter ihnen wird insbesondere die Richtung, die sich der Wickelachse nähert, als eine Zentripetalrichtung bezeichnet, und die Richtung, die von der Wickelachse weg weist, wird als eine Zentrifugalrichtung bezeichnet.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung senkrecht zur axialen Richtung Y zeigt.
Unter Bezugnahme auf 3 hat die Elektrodenanordnung JR gemäß der Ausführungsform eine Jelly-Roll-Struktur, bei der eine negative Elektrode A und eine positive Elektrode B um eine Achse gewickelt sind, wobei ein Separator S dazwischen angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann die positive Elektrode B die erste Elektrode sein, und die negative Elektrode A kann die zweite Elektrode sein, oder umgekehrt. Die Wicklungsrichtung X ist eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn, kann aber durch eine Richtung im Uhrzeigersinn ersetzt werden. Wenn die Wicklungsrichtung X eine Richtung im Uhrzeigersinn ist, ist es offensichtlich, dass die Drehrichtung der unten beschriebenen Elektrode umgekehrt werden kann.
Eine Vertiefung ist in dem Kern C der Elektrodenanordnung JR ausgebildet. Die Vertiefung ist ein leerer Raum. Alternativ kann ein Mittelstift, der in dem Prozess des Wickelns der Elektrodenanordnung JR verwendet wird, in der Vertiefung angeordnet sein. Es gibt zwei Separatoren S, wie durch gepunktete bzw. gestrichelte Linien angegeben. Die Anordnungsstruktur der Separatoren S kann auf verschiedene Weisen modifiziert werden, solange sie die negative Elektrode A und die positive Elektrode B voneinander isolieren können.
Die Wicklungsstruktur der negativen Elektrode A, der positiven Elektrode B und des Separators S in der Elektrodenanordnung JR ist schematisch gezeigt. In der tatsächlichen Wicklungsstruktur der Elektrodenanordnung JR sind die negative Elektrode A, die positive Elektrode B und der Separator S in engem Kontakt miteinander.
Die negative Elektrode A und/oder die positive Elektrode B können eine Struktur aufweisen, bei der eine Elektrodenlasche nicht separat daran angebracht ist, wie in den 14a bis 14d und 15a gezeigt. Die vorliegende Offenbarung ist wirksam beim Verhindern oder Abschwächen des Kollabierens des Kerns der Elektrodenanordnung JR, die eine Struktur aufweist, bei der die negative Elektrode A und/oder die positive Elektrode B keine Elektrodenlasche separat enthält. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch auch ohne Einschränkung auf Ausführungsformen angewendet werden, bei denen die negative Elektrode A und/oder die positive Elektrode B eine separate Elektrodenlasche enthalten.
Um ein Kollabieren des Kerns zu verhindern, wird eine Struktur offenbart, bei der die Elektrodenkonstruktion (z. B. Elektrodenendposition, Kerndurchmesser usw.) einer Elektrodenanordnung offenbart ist, bei der eine Elektrodenlasche nicht separat mit dem unbeschichteten Elektrodenabschnitt gekoppelt ist.
In der Elektrodenanordnung JR weist die negative Elektrode A eine längere Länge in der Wicklungsrichtung X als die positive Elektrode B auf.
Die Wicklungswindung der negativen Elektrode A beginnt vor der Wicklungswindung der positiven Elektrode B. Die Wicklungswindung der positiven Elektrode B beginnt, nachdem die Wicklungswindung der negativen Elektrode A um eine vorbestimmte Anzahl von Windungen zunimmt. Die vorbestimmte Anzahl von Windungen kann kleiner als 1 oder 1 oder mehr sein. In einem Beispiel kann die Wicklungswindung der negativen Elektrode A, die nicht der positiven Elektrode B zugewandt ist, 0,5 bis 5 Windungen betragen. Die Wicklungswindungen in der Nähe des Kerns C, wo nur die negative Elektrode A gewickelt ist, verstärken die strukturelle Steifigkeit des Kerns. Die Wicklungswindung, die nur durch die negative Elektrode A gebildet wird, trägt jedoch nicht zur Kapazität der zylindrischen Batterie bei. Daher kann die Anzahl von Wicklungswindungen nur für die negative Elektrode A angemessen unter Berücksichtigung der Verstärkung der strukturellen Steifigkeit und der Kapazität ausgewählt werden. Die Wicklungswindung in der Nähe des Kerns C, wo nur die negative Elektrode A gewickelt ist, kann der Wicklungswindung der benachbarten negativen Elektrode in die radiale Richtung weisen. Obwohl nicht gezeigt, kann eine Vielzahl von Wicklungswindungen, die nur durch den Separator S gebildet werden, innerhalb der Wicklungswindung, die nur durch die negative Elektrode A gebildet wird, bereitgestellt sein, wie in 2b gezeigt. Die Wicklungswindung, die nur durch den Separator S gebildet wird, kann auch die strukturelle Steifigkeit des Kerns verstärken.
Die vorliegende Offenbarung offenbart eine Struktur, die die Endpositionen der negativen Elektrode A und der positiven Elektrode B optimiert, um zu verhindern, dass der Kern aufgrund von Drehspannung, die aus dem Schwellungsphänomen resultiert, kollabiert.
Die Enden der negativen Elektrode A und der positiven Elektrode B beziehen sich auf ein kernseitiges Ende und ein außenumfangsseitiges Ende der Wicklungswindungsstruktur der negativen Elektrode A und der positiven Elektrode B. Vorzugsweise können das kernseitige Ende und das außenumfangsseitige Ende die Enden der Aktivmaterialschicht in der Wicklungsrichtung der Elektrodenanordnung JR sein. Alternativ können das kernseitige Ende und das außenumfangsseitige Ende die Enden des Stromabnehmers sein, die mit einer Aktivmaterialschicht beschichtet sind. Als eine weitere Alternative können das kernseitige Ende und das außenumfangsseitige Ende die Enden des Stromabnehmers sein, die nicht mit einer Aktivmaterialschicht beschichtet sind.
In der vorliegenden Offenbarung wird der Einfachheit der Erläuterung halber eine Ausführungsform beschrieben, in der die Endpositionen der negativen Elektrode A und der positiven Elektrode B durch Anwenden eines zweidimensionalen Polarkoordinatensystems auf einen Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung der Elektrodenanordnung JR optimiert werden.
Wenn ein zweidimensionales Polarkoordinatensystem auf die Querschnittsstruktur der Elektrodenanordnung JR angewendet wird, kann die Position innerhalb der Querschnittsstruktur als ein Abstand (r), der von der Mitte des Polarkoordinatensystems zu der entsprechenden Position gemessen wird, und ein Winkel, der zu der entsprechenden Position in der Umfangsrichtung (gegen den Uhrzeigersinn) gemessen wird, bezüglich einer Koordinate (z-Achse) ausgedrückt werden.
Selbst wenn die Winkelmessrichtung der Position zu der Richtung im Uhrzeigersinn geändert wird, kann die technische Idee der vorliegenden Offenbarung praktisch auf die gleiche Weise angewendet werden.
Unter Bezugnahme auf 3 können der Winkel des kernseitigen Endes (A_inner) und der Winkel des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A als θ_A,inner bzw. θ_A,outer ausgedrückt werden.
Gleichermaßen können der Winkel des kernseitigen Endes (B_inner) und der Winkel des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B als θ_B,inner bzw. θ_B,outer ausgedrückt werden.
Das kernseitige Ende (A_inner) der negativen Elektrode A kann sich weiter in die Richtung entgegengesetzt zu der Wicklungsrichtung als das kernseitige Ende (B_inner) der positiven Elektrode B erstrecken, um mindestens einen Teil der innersten Wicklungswindung zu bilden. Außerdem kann sich das außenumfangsseitige Ende (A_outer) der negativen Elektrode A weiter in die Wicklungsrichtung als das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B erstrecken, um mindestens einen Teil der äußersten Wicklungswindung zu bilden.
Gemäß einem Aspekt drehen sich, wenn die negative Elektrode A und die positive Elektrode B gegen den Uhrzeigersinn gewickelt werden, wenn der Lade- und Entladezyklus wiederholt wird, das kernseitige Ende (A_inner) der negativen Elektrode A und das kernseitige Ende (B_inner) der positiven Elektrode B im Uhrzeigersinn.
Der Drehungsbetrag ist relativ größer, wenn der Anfangszyklus durchgeführt wird, als wenn der nachfolgende Verwendungszyklus durchgeführt wird.
Der Anfangszyklus bezieht sich auf die erste Ladung, die den SOC der zylindrischen Batterie auf ein voreingestelltes Niveau erhöht, indem ein Aktivierungsprozess durchgeführt wird, nachdem die zylindrische Batterie einschließlich der Elektrodenanordnung JR hergestellt wurde. Der Verwendungszyklus, der auf den Aktivierungsprozess folgt, enthält eine Vollentladung, die den SOC der zylindrischen Batterie auf 0 % verringert, und eine Vollladung, die den SOC der zylindrischen Batterie auf 100 % erhöht.
Wenn der Verwendungszyklus wiederholt durchgeführt wird, kann der Drehungsbetrag der negativen Elektrode A und der positiven Elektrode B linear zunehmen, wenn der Verwendungszyklus zunimmt. Wenn die Anzahl der Verwendungszyklen über einen Kriteriumswert hinaus zunimmt, kann der Drehungsbetrag allmählich abnehmen und zu 0 konvergieren.
Der Schwellungsbetrag der negativen Elektrode A ist relativ größer als der der positiven Elektrode B. Da außerdem der innerste Teil der Elektrodenanordnung JR Wicklungswindungen enthält, die nur durch die negative Elektrode A gebildet werden, ist die Drehfreiheit höher als die der positiven Elektrode B. Außerdem ist das kernseitige Ende (B_inner) der positiven Elektrode B zwischen den Wicklungswindungen der negativen Elektrode A angeordnet, so dass die Reibungskraft in diesem Bereich hoch ist. Daher ist der Rotationsbetrag des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A größer als der Rotationsbetrag des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B.
In einem Beispiel kann der Drehungsbetrag des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A mehrere zehn Grad betragen, und der Drehungsbetrag des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B kann weniger als zehn Grad betragen.
Das außenumfangsseitige Ende (A_outer) der negativen Elektrode A und das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B drehen sich leicht gegen den Uhrzeigersinn, wenn der Anfangszyklus fortschreitet. Wenn der Anfangszyklus fortschreitet, kommt ein Abschnitt des Außenumfangs der Elektrodenanordnung JR, der dem außenumfangsseitigen Ende (B_outer) der positiven Elektrode B entspricht, in engen Kontakt mit der Innenfläche des Behälters. Wenn der Verwendungszyklus nach dem Anfangszyklus wiederholt wird, drehen sich daher das außenumfangsseitige Ende (A_outer) der negativen Elektrode A und das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B aufgrund des Verankerungseffekts nicht auf ein sinnvolles Niveau. Daher ändert sich der Winkel zwischen dem außenumfangsseitigen Ende (A_outer) der negativen Elektrode A und dem außenumfangsseitigen Ende (B_outer) der positiven Elektrode B aufgrund des Verankerungseffekts nicht signifikant, während der Verwendungszyklus nach dem Anfangszyklus fortschreitet.
Gemäß einem anderen Aspekt weist auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR der Wicklungswindungsteil, der in dem ersten fächerförmigen Bereich enthalten ist, der von einer ersten geraden Linie (L_B,inner) umgeben ist, die von der Mitte des Kerns C durch das kernseitige Ende (B_inner) der positiven Elektrode B, einer zweiten geraden Linie (L_A,inner), die von der Mitte des Kerns C durch das kernseitige Ende (A_inner) der negativen Elektrode A verläuft, und dem Außenumfang der Elektrodenanordnung JR umgeben ist, eine verschlechterte Kreisförmigkeit nahe dem Kern C auf und ist daher anfällig für Spannung, die auf den Kern C ausgeübt wird, wenn die Elektrodenanordnung JR aufschwillt.
Gemäß noch einem anderen Aspekt verläuft auf einem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR der Wicklungswindungsteil, der in dem zweiten fächerförmigen Bereich enthalten ist, der von einer dritten geraden Linie (L_B,outer) umgeben ist, von der Mitte des Kerns C durch das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B, einer vierten geraden Linie (L_A,outer), die von der Mitte des Kerns durch das außenumfangsseitige Ende (A_outer) der negativen Elektrode A verläuft, und dem Außenumfang der Elektrodenanordnung JR verstärkt die Spannung, die auf den Kern C ausgeübt wird, wenn die Elektrodenanordnung JR aufschwillt.
Der Grund ist, dass der Wicklungswindungsteil, wo sich das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B befindet, die meisten Elektroden- und Separatorschichten in der radialen Richtung enthält, so dass, wenn die Elektrodenanordnung JR aufschwillt, der Wicklungswindungsteil, wo sich das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B befindet, und das außenumfangsseitige Ende (A_outer) der dazu benachbarten negativen Elektrode A früher das Batteriegehäuse H kontaktieren als andere Außenumfangsbereiche und am meisten gedrückt werden, was die auf den Kern C ausgeübte Spannung aufgrund des Aktions- und Reaktionsprinzips so stark erhöht.
Gemäß dem Experiment ist der Spalt zwischen der Elektrodenanordnung JR und dem Batteriegehäuse H klein, so dass, wenn der Anfangszyklus fortschreitet, der Wicklungswindungsteil, wo sich das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B befindet, bereits beginnt, die Innenwand des Batteriegehäuses H zu kontaktieren. Sobald auch der Wicklungswindungsteil, wo sich das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B befindet, beginnt, das Batteriegehäuse H zu kontaktieren, wird, wenn das Schwellen der Elektrodenanordnung JR sich vertieft, der entsprechende Wicklungswindungsteil immer mehr in Richtung der Innenwand des Batteriegehäuses H gedrückt. Wenn der Verwendungszyklus wiederholt wird, werden daher das außenumfangsseitige Ende (A_outer) der negativen Elektrode A und das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B durch den Verankerungseffekt fixiert und drehen sich kaum. Wenn der Verwendungszyklus weiterhin wiederholt wird, wird außerdem der Grad der Kompression an dem außenumfangsseitigen Ende (B_outer) der positiven Elektrode B schwerer, so dass der entsprechende Punkt die Spannung gemäß dem Aktions-Reaktionsprinzip am meisten verstärkt.
Nachstehend wird der Einfachheit der Erläuterung halber der Wicklungswindungsteil, der in dem ersten fächerförmigen Bereich enthalten ist, als ein spannungsanfälliger Bereich D1 definiert, und der Wicklungswindungsteil, der in dem zweiten fächerförmigen Bereich enthalten ist, wird als ein Spannungsverstärkungsbereich D2 definiert.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt ändern der spannungsanfällige Bereich D1 und der Spannungsverstärkungsbereich D2 ihre Winkel und Positionen, während die zylindrische Batterie nach Beginn der Verwendung wiederholt geladen und entladen wird.
Als ein Beispiel kann eine zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen werden, bis sie einen effektiven Verwendungszyklus erreicht. Der effektive Verwendungszyklus ist die Gesamtzahl von Zyklen, in denen das Laden und Entladen sicher von BOL („Beginning of Life“; Beginn der Lebensdauer, der Versandstelle) bis EOL („End of Life“; Ende der Lebensdauer, von einem Kunden geforderte Lebensdauer) wiederholt werden kann.
Der effektive Verwendungszyklus einer zylindrischen Batterie kann je nach ihrer beabsichtigten Verwendung im Voraus gestaltet werden. In einer Ausführungsform kann der effektive Verwendungszyklus 200 Zyklen oder mehr, 300 Zyklen oder mehr, 400 Zyklen oder mehr, 500 Zyklen oder mehr, 600 Zyklen oder mehr, 700 Zyklen oder mehr, 800 Zyklen oder mehr, 900 Zyklen oder mehr usw. sein.
Vorzugsweise ist die zylindrische Batterie dazu ausgelegt, die Leistung stabil durchzuführen, selbst wenn die Vollladung und die Vollentladung zumindest bei Raumtemperatur während voreingestellter Zyklen oder mehr, zum Beispiel während der effektiven Verwendungszyklen oder mehr, wiederholt werden. Vollladung bedeutet Laden von der unteren Grenze zu der oberen Grenze der Betriebsspannung und Vollentladung bedeutet Entladen von der oberen Grenze zu der unteren Grenze der Betriebsspannung.
Wenn die Anzahl der Verwendungszyklen einer zylindrischen Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus zunimmt, kann die zylindrische Batterie durch eine neue Batterie ersetzt, für andere Zwecke wiederverwendet oder recycelt werden, um die in der zylindrischen Batterie enthaltenen Rohmaterialien zurückzugewinnen.
Jeder Zyklus der effektiven Verwendungszyklen enthält einen Vollladungsprozess und einen Vollentladungsprozess. Die Vollladung und die Vollentladung können bei Raumtemperatur, zum Beispiel 20 °C bis 40 °C, vorzugsweise 20 °C, durchgeführt werden. Vollladung ist eine Ladung, die den SOC einer zylindrischen Batterie von 0 % auf 100 % erhöht. Die Größe des Ladestroms während der Vollladung kann 1/4 c bis 1/3 c, vorzugsweise 1/4 c, betragen. Vollentladung ist eine Entladung, die den SOC einer zylindrischen Batterie von 100 % auf 0 % verringert. Die Größe des Entladestroms während der Vollentladung kann 1/4 c bis 1/3 c, vorzugsweise 1/3 c, betragen. Hier stellt das Symbol c die c-Rate dar.
Gemäß einem Aspekt kann die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der mindestens das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B unter dem Spannungsverstärkungsbereich D2 von der Innenseite des spannungsanfälligen Bereichs D1 entlang der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR beabstandet ist. Hier bezieht sich die Innenseite des Spannungsverstärkungsbereichs D2 auf den inneren Bereich mit Ausnahme seiner Grenze.
Gemäß einem anderen Aspekt kann die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der der Spannungsverstärkungsbereich D2 von dem spannungsanfälligen Bereich D1 entlang der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR beabstandet ist.
Gemäß einem Aspekt kann die Elektrodenanordnung JR von Anfang an gestaltet werden, um eine beliebige Wicklungsstruktur aufrechtzuerhalten, die in der vorliegenden Offenbarung definiert ist, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, zum Beispiel, während die zylindrische Batterie über den effektiven Verwendungszyklus hinaus geladen und entladen wird.
Mit anderen Worten können die relativen Positionen des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des Spannungsverstärkungsbereichs D2 von Anfang an gestaltet werden, indem die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (Aouter) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B an der Wicklungsstufe der Elektrodenanordnung JR voreingestellt werden.
In einer Ausführungsform kann |θ_A,inner - θ_B,inner|, was dem Umfangswinkel zwischen dem kernseitigen Ende (A_inner) der negativen Elektrode A und dem kernseitigen Ende (B_inner) der positiven Elektrode B entspricht, 30 Grad oder mehr und weniger als 180 Grad betragen.
Vorzugsweise kann, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über den effektiven Verwendungszyklus hinaus geladen und entladen wird, der Umfangswinkel |θ_A,inner - θ_B,inner| bei einem Winkel von 30 Grad oder mehr und weniger als 180 Grad aufrechterhalten werden.
Wenn die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A und des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B gestaltet werden, kann der Gesamtdrehungsbetrag für die Enden (A_inner, B_inner) beider Elektroden berücksichtigt werden. Der Gesamtdrehungsbetrag kann im Voraus durch einen Lade- und Entladezyklustest der zylindrischen Batterie bestimmt werden. Der Gesamtdrehungsbetrag kann der kumulative Drehungsbetrag sein, wenn die zylindrische Batterie über voreingestellte effektive Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
In einem spezifischen Beispiel kann der Umfangswinkel |θ_A,inner - θ_B,inner| 40 Grad oder weniger, 50 Grad oder weniger, 60 Grad oder weniger, 70 Grad oder weniger, 80 Grad oder weniger, 90 Grad oder weniger, 100 Grad oder weniger, 120 Grad oder weniger, 130 Grad oder weniger, 140 Grad oder weniger, 150 Grad oder weniger, 160 Grad oder weniger, 170 Grad oder weniger oder 180 Grad oder weniger betragen.
Vorzugsweise können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A und des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,inner - θ_B,inner| einen Winkel von 40 Grad oder weniger, 50 Grad oder weniger, 60 Grad oder weniger und 70 Grad oder weniger, 80 Grad oder weniger, 90 Grad oder weniger, 100 Grad oder weniger, 120 Grad oder weniger, 130 Grad oder weniger, 140 Grad oder weniger, 150 Grad oder weniger, 160 Grad oder weniger, 170 Grad oder weniger oder 180 Grad oder weniger aufrechterhalten kann, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
In einem bevorzugten Beispiel können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A und des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,inner - θ_B,inner| einen Winkel von beispielsweise 87 Grad oder mehr und weniger als 180 Grad aufrechterhalten kann, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
In einer anderen Ausführungsform können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A und des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass |θ_A,inner - θ_B,inner|, was dem Umfangswinkel zwischen dem kernseitigen Ende (A_inner) der negativen Elektrode A und dem kernseitigen Ende (B_inner) der positiven Elektrode B entspricht, zu einem spezifischen Winkel konvergieren kann, der im Bereich von 30 Grad oder mehr und weniger als 180 Grad ausgewählt ist, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
In einem spezifischen Beispiel können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A und des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,inner - θ_B,inner| zum Bereich von 30 Grad bis 40 Grad, 40 Grad bis 50 Grad, 50 Grad bis 60 Grad, 60 Grad bis 70 Grad, 70 Grad bis 80 Grad, 80 Grad bis 90 Grad, 90 Grad bis 100 Grad, 100 Grad bis 110 Grad, 110 Grad bis 120 Grad, 120 Grad bis 130 Grad, 130 Grad bis 140 Grad, 140 Grad bis 150 Grad, 150 Grad bis 160 Grad, 160 Grad bis 170 Grad und 170 Grad bis weniger als 180 Grad konvergiert, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
In einem bevorzugten Beispiel können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A und des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,inner - θ_B,inner| zum Bereich von 110 Grad bis 130 Grad, vorzugsweise zum Bereich von 115 Grad bis 125 Grad, bevorzugter bis 120 Grad, konvergieren kann, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
Wie oben beschrieben, ist die negative Elektrode A in der Wicklungsrichtung länger als die positive Elektrode B, und die positive Elektrode B befindet sich in der Wicklungsrichtung innen als die negative Elektrode A. Daher ist der Winkel (θ_A,outer) des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A größer als der Winkel (θ_B,outer) des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B.
In der Ausführungsform kann der Umfangswinkel |θ_A,outer - θ_B,outer|, der der Differenz zwischen dem Winkel (θ_A,outer) des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und dem Winkel (θ_B,outer) des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B entspricht, 10 Grad oder mehr und 90 Grad oder weniger betragen.
Vorzugsweise können die Positionen des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,outer - θ_B,outer| einen Winkel von beispielsweise 10 Grad oder mehr und 90 Grad oder weniger aufrechterhalten kann, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
Wenn die Elektrodenanordnung JR aufschwillt, um das Ungleichgewicht der auf den Kern C ausgeübten Spannung zu verringern, kann der Umfangswinkel |θ_A,outer-θ_B,outer| so ausgelegt werden, dass er kleiner ist als der Umfangswinkel |θ_A,inner-θ_B,inner|.
In spezifischen Beispielen kann der Umfangswinkel |θ_A,outer - θ_B,outer| einen Winkel von 80 Grad bis 90 Grad, 70 Grad bis 80 Grad, 60 Grad bis 70 Grad, 50 Grad bis 60 Grad, 40 Grad bis 50 Grad, 30 Grad bis 40 Grad, 20 Grad bis 30 Grad oder 10 Grad bis 20 Grad aufweisen.
Vorzugsweise können die Positionen des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,outer - θ_B,outer| einen Winkel von beispielsweise 80 Grad bis 90 Grad, 70 Grad bis 80 Grad, 60 Grad bis 70 Grad, 50 Grad bis 60 Grad, 40 Grad bis 50 Grad, 30 Grad bis 40 Grad, 20 Grad bis 30 Grad oder 10 Grad bis 20 Grad aufrechterhalten kann, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
In einem bevorzugten Beispiel können die Positionen des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,outer - θ_B,outer| einen Winkel von beispielsweise 10 Grad oder mehr und 32 Grad oder weniger aufrechterhalten kann, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
In einer anderen Ausführungsform können die Positionen des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,outer - θ_B,outer| zu einem spezifischen Winkel konvergieren kann, der im Bereich von 10 Grad bis 90 Grad ausgewählt ist, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
In einem spezifischen Beispiel können die Positionen des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,outer - θ_B,outer| zum Bereich von 80 Grad bis 90 Grad, 70 Grad bis 80 Grad, 60 Grad bis 70 Grad, 50 Grad bis 60 Grad, 40 Grad bis 50 Grad, 30 Grad bis 40 Grad, 20 Grad bis 30 Grad oder 10 Grad bis 20 Grad konvergieren kann, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
In einem spezifischeren Beispiel können die Positionen des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR so eingestellt werden, dass der Umfangswinkel |θ_A,outer - θ_B,outer| einen Winkel von beispielsweise 10 Grad bis 40 Grad aufrechterhalten oder zu einem spezifischen Winkel konvergieren kann, der im Bereich von 10 Grad bis 40 Grad ausgewählt ist, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
4 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der relativen Positionsbeziehung zwischen einem spannungsanfälligen Bereich D1 und einem spannungsverstärkenden Bereich D2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 4 entspricht der spannungsanfällige Bereich D1, der von der ersten geraden Linie (L_B,inner), der zweiten geraden Linie (L_A,inner) und dem Außenumfang der Elektrodenanordnung JR umgeben ist, dem ersten fächerförmigen Bereich und weist einen Umfangswinkel (θ₁) auf. Zusätzlich entspricht der spannungsverstärkende Bereich D2, der von der dritten geraden Linie (L_B,outer), der vierten geraden Linie (L_A,outer) und dem Außenumfang der Elektrodenanordnung JR umgeben ist, dem zweiten fächerförmigen Bereich und weist einen Umfangswinkel (θ₂) auf.
Wenn das Liniensegment, das den Umfangswinkel (θ₁) des spannungsanfälligen Bereichs D₁ in zwei gleiche Winkel teilt, als L_a definiert ist und das diametrische Liniensegment, das senkrecht zu dem Liniensegment L_a ist und durch die Mitte des Kerns C der Elektrodenanordnung JR verläuft, als O₁O₂ definiert ist, kann der Querschnitt der Elektrodenanordnung JR in einen ersten halbkreisförmigen Bereich (CL₁) und einen zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂) klassifiziert werden, die einander basierend auf dem diametrischen Liniensegment O₁O₂ zugewandt sind.
Während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird, dreht sich der spannungsverstärkende Bereich D2 kaum, während sich der spannungsanfällige Bereich D1 im Uhrzeigersinn drehen kann.
Während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird, nimmt die Wahrscheinlichkeit des Kollabierens des Kerns C in dem spannungsanfälligen Bereich D1 zu, wenn der spannungsverstärkende Bereich D2, insbesondere das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B, dem spannungsanfälligen Bereich D1 in der Umfangsrichtung näher wird.
Daher können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wicklungsstufe der Elektrodenanordnung JR eingestellt werden, sodass sich der spannungsanfällige Bereich D1 innerhalb des ersten halbkreisförmigen Bereichs (CL₁) befindet und sich der spannungsverstärkende Bereich D2 innerhalb des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂) befindet, selbst wenn sich der spannungsanfällige Bereich D1 dreht, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
Gemäß dieser Konstruktion überlappt die Spannung, die auf den Kern C in dem spannungsanfälligen Bereich D1 ausgeübt wird, nicht mit der Spannung, die auf den Kern C in dem spannungsverstärkenden Bereich D2 ausgeübt wird, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, um dadurch zu verhindern, dass die Spannung über ein kritisches Niveau hinaus ansteigt. Hier kann das kritische Niveau das Spannungsniveau sein, das ein Kollabieren des Kerns C in dem spannungsanfälligen Bereich D1 verursacht.
Vorzugsweise kann in Bezug auf die Spannungsverteilung die Position des spannungsverstärkenden Bereichs D2 so ausgelegt sein, dass mindestens ein Teil der Spannung, die auf den Kern C in dem spannungsanfälligen Bereich D1 ausgeübt wird, und der Spannung, die auf den Kern C in dem spannungsverstärkenden Bereich D2 ausgeübt wird, einander zugewandt sind.
Insbesondere können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wicklungsstufe der Elektrodenanordnung JR eingestellt werden, sodass, selbst wenn sich das kernseitige Ende (A_inner) der negativen Elektrode A und das kernseitige Ende (B_inner) der positiven Elektrode B drehen, sich der spannungsverstärkende Bereich D2 innerhalb des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂) befindet, der bezüglich des spannungsanfälligen Bereichs D1 definiert ist, und sich mindestens ein Teil des spannungsverstärkenden Bereichs D2 mit dem dritten fächerförmigen Bereich (R*) überlappt, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 bezüglich des Kerns C ist, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wicklungsstufe der Elektrodenanordnung JR eingestellt werden, sodass, selbst wenn sich das kernseitige Ende (A_inner) der negativen Elektrode A und das kernseitige Ende (B_inner) der positiven Elektrode B drehen, sich der spannungsverstärkende Bereich D2 innerhalb des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂) befindet, der bezüglich des spannungsanfälligen Bereichs D1 definiert ist, und sich das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B mit dem dritten fächerförmigen Bereich (R*) überlappt, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wicklungsstufe der Elektrodenanordnung JR eingestellt werden, sodass, selbst wenn sich das kernseitige Ende (A_inner) der negativen Elektrode A und das kernseitige Ende (B_inner) der positiven Elektrode B drehen, sich der spannungsverstärkende Bereich D2 innerhalb des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂) befindet, der bezüglich des spannungsanfälligen Bereichs D1 definiert ist, und sich der spannungsverstärkende Bereich D2 mit der fünften geraden Linie (L*_a) überlappt, die den Umfangswinkel des dritten fächerförmigen Bereichs (R*) in zwei gleiche Winkel teilt, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wicklungsstufe der Elektrodenanordnung JR eingestellt werden, sodass, selbst wenn sich das kernseitige Ende (A_inner) der negativen Elektrode A und das kernseitige Ende (B_inner) der positiven Elektrode B drehen, sich der spannungsverstärkende Bereich D2 innerhalb des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂) befindet, der bezüglich des spannungsanfälligen Bereichs D1 definiert ist, und sich das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B mit der fünften geraden Linie (L*_a) überlappt, die den Umfangswinkel des dritten fächerförmigen Bereichs (R*) in zwei gleiche Winkel teilt, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
Gemäß der obigen Konstruktion ist es möglich, zu verhindern, dass der Kern C kollabiert oder das Phänomen des Kollabierens des Kerns C abschwächt, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, als ein Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird, da die Symmetrie der Spannung, die auf den Kern C ausgeübt wird, verbessert wird, da zumindest ein Teil der Spannung, die auf den Kern C in dem spannungsverstärkenden Bereich D2 ausgeübt wird, der Spannung entgegengesetzt ist, die auf den Kern C in dem spannungsanfälligen Bereich D1 ausgeübt wird.
Währenddessen ist, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, der Rotationsbetrag des spannungsanfälligen Bereichs D1 groß, und insbesondere ist der Rotationsbetrag des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A größer als der Rotationsbetrag des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, und der spannungsverstärkende Bereich D2 dreht sich kaum. Unter Berücksichtigung dieses Unterschieds in den Drehungsbeträgen kann das Kollabieren des Kerns verhindert oder verringert werden, indem die Positionsbeziehung zwischen der ersten bis fünften geraden Linie in der Umfangsrichtung der Elektrodenanordnung JR optimal gestaltet wird.
Insbesondere kann, wie in 4 gezeigt, die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die dritte gerade Linie (LB,outer) und die vierte gerade Linie (LA,outer) zwischen der zweiten geraden Linie (LA,inner) und der fünften geraden Linie (L*a) bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR befinden.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die vierte gerade Linie (L_A,outer) zwischen der fünften geraden Linie (L*_a) und der ersten geraden Linie (L_B,inner) befindet und sich die dritte gerade Linie (L_B,outer) zwischen der vierten geraden Linie (L_A,outer) und der zweiten geraden Linie (L_A,inner) bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR befindet.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die vierte gerade Linie (L_A,outer) zwischen der fünften geraden Linie (L*_a) und der ersten geraden Linie (L_B,inner) befindet und sich die dritte gerade Linie (L_B,outer) zwischen der fünften geraden Linie (L*_a) und der zweiten geraden Linie (L_A,inner) bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR befindet.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der der Umfangswinkel zwischen der ersten geraden Linie (L_B,inner) und der vierten geraden Linie (L_A,outer) relativ größer ist als der Umfangswinkel zwischen der zweiten geraden Linie (L_A,inner) und der dritten geraden Linie (L_B,outer) bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR.
Währenddessen können, anders als in 4 gezeigt, die Position des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A und die Position des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B umgeschaltet werden.
In diesem Fall kann die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die dritte gerade Linie (L_B,outer) und die vierte gerade Linie (L_A,outer) zwischen der ersten geraden Linie (L_B,inner) und der fünften geraden Linie (L*_a) bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR befinden.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die vierte gerade Linie (L_A,outer) zwischen der fünften geraden Linie (L*_a) und der zweiten geraden Linie (L_A,inner) befindet und sich die dritte gerade Linie (L_B,outer) zwischen der vierten geraden Linie (L_A,outer) und der ersten geraden Linie (L_B,inner) bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR befindet.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der sich die vierte gerade Linie (L_A,outer) zwischen der fünften geraden Linie (L*_a) und der zweiten geraden Linie (L_A,inner) befindet und sich die dritte gerade Linie (L_B,outer) zwischen der fünften geraden Linie (L*_a) und der ersten geraden Linie (L_B,inner) bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR befindet.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Elektrodenanordnung JR eine Wicklungsstruktur aufweisen, in der der Umfangswinkel zwischen der zweiten geraden Linie (L_A,inner) und der vierten geraden Linie (L_A,outer) relativ größer ist als der Umfangswinkel zwischen der ersten geraden Linie (L_B,inner) und der dritten geraden Linie (L_B,outer) bezüglich der Umfangsrichtung auf dem Querschnitt der Elektrodenanordnung JR.
Vorzugsweise können die Wicklungsstrukturen der Elektrodenanordnung JR, die oben beschrieben sind, aufrechterhalten werden, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, zum Beispiel, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird. Um diese Bedingung zu erfüllen, können die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B im Voraus an der Wickelstufe der Elektrodenanordnung JR eingestellt werden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann in Abhängigkeit von den relativen Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B die Geschwindigkeit, mit der ein Abschnitt des Außenumfangs der Elektrodenanordnung, der dem außenumfangsseitigen Ende (B_outer) der positiven Elektrode B entspricht, den Innenumfang des Batteriegehäuses berührt, variieren.
5a bis 5c sind Schnittansichten von zylindrischen Batterien, die drei verschiedene Ausführungsformen für die relativen Positionen eines kernseitigen Endes (A_inner) und eines außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode und eines kernseitigen Endes (B_inner) und eines außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B zeigen.
Die in 5a bis 5c gezeigte Elektrodenanordnung JR weist Spezifikationen auf, die in einer zylindrischen Batterie mit einem Formfaktor von 4680 (Durchmesser: 46 mm, Höhe: 80 mm) verwendet werden können.
Wenn sich die zylindrische Batterie in 5a im BOL-Zustand befindet, befinden sich das kernseitige Ende (Ainner) der negativen Elektrode A und das außenumfangsseitige Ende (Bouter) der positiven Elektrode B auf derselben Linie in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung JR.
When the cylindrical battery in 5b is in the BOL state, the core side end (B_inner) of the positive electrode B and the outer circumference side end (B_outer) of the positive electrode B are located on the same line in the radial direction of the electrode assembly JR.
Wenn sich die zylindrische Batterie in 5c im BOL-Zustand befindet, befindet sich der Spannungsverstärkungsbereich D2 innerhalb des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂), der bezüglich des spannungsanfälligen Bereichs D1 definiert ist, und befindet sich so, dass er sich ungefähr mit der Mitte des fächerförmigen Bereichs (R*) überlappt, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 ist.
Wenn die zylindrische Batterie von 5a und die zylindrische Batterie von 5b wiederholt geladen und entladen werden, beginnt das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B, die Innenfläche des Batteriegehäuses H an dem Punkt zu berühren, an dem das Volumen der negativen Elektrode A um etwa 2,5 % zunimmt.
Währenddessen beginnt, wenn die zylindrische Batterie von 5c wiederholt geladen und entladen wird, das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B, die Innenfläche des Batteriegehäuses H an dem Punkt zu berühren, an dem das Volumen der negativen Elektrode A um etwa 5 % zunimmt.
Wenn, wie die zylindrische Batterie in 5c, der Punkt, an dem das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode B die Innenfläche des Batteriegehäuses H berührt, verzögert wird, bedeutet dies, dass die Kreisförmigkeit des Querschnitts der Elektrodenanordnung JR relativ gut aufrechterhalten wird.
Wenn, wie die zylindrische Batterie in 5c, die Kreisförmigkeit des Querschnitts der Elektrodenanordnung relativ gut aufrechterhalten wird, kann die Möglichkeit des Kollabierens des Kerns im Vergleich zu der zylindrischen Batterie in 5a und 5b verringert werden, selbst wenn der Lade- und Entladezyklus erhöht wird.
6a und 6b sind Diagramme, die die Tendenz des Kollabierens des Kerns gemäß dem Durchmesser der Vertiefung zeigen, die in dem Kern der Elektrodenanordnung JR vorhanden ist.
Unter Bezugnahme auf 6a und 6b, wenn der Durchmesser des Kerns C auf 6 mm, 7 mm und 8 mm geändert wird, nimmt die Möglichkeit des Kollabierens des Kerns zu, wenn der Durchmesser des Kerns C größer ist. Dies liegt daran, dass, je kleiner der Krümmungsradius ist, desto größer die Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannung ist.
Vorzugsweise kann der Kerndurchmesser der Elektrodenanordnung JR auf 7 mm oder weniger, 6,5 mm oder weniger und vorzugsweise 6 mm oder weniger eingestellt werden. Der Kerndurchmesser der Elektrodenanordnung JR kann auf 3 mm oder mehr eingestellt werden, wobei die Größe des Kernelements, das in dem Wickelprozess und dem Schweißprozess unter Verwendung der Vertiefung des Kerns verwendet wird, berücksichtigt wird.
Nachstehend wird der Effekt der relativen Anordnung des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des Spannungsverstärkungsbereichs D2 in der Umfangsrichtung der Elektrodenanordnung auf die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns durch einen Zyklustest erläutert.
In den Elektrodenanordnungen, die als Samples hergestellt werden, werden die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B mit verschiedenen Bedingungen entlang der Umfangsrichtung eingestellt. Das Positionierungsdesign, das auf jede Probe angewendet wird, wird unter Verwendung der CT-Querschnittsfotografie der zylindrischen Probenbatterie ausführlich erläutert.
Zuerst werden das Herstellungsverfahren der Elektrodenanordnung, das Herstellungsverfahren der zylindrischen Batterie, die Anfangsaktivierungsbedingungen und die Lade- und Entladebedingungen in dem Verwendungszyklus nach der Anfangsaktivierung, die üblicherweise auf die Proben angewendet werden, erläutert.
<Herstellung einer Sample-Elektrodenanordnung>
Zuerst wurden eine positive Elektrode und eine negative Elektrode hergestellt. Die positive Elektrode weist eine Struktur auf, bei der ein Positivelektrodenaktivmaterial auf beiden Seiten einer Aluminiumfolie entlang der Längsrichtung (Wickelrichtung) beschichtet ist. Die negative Elektrode weist eine Struktur auf, bei der ein Negativelektrodenaktivmaterial auf beiden Seiten einer Kupferfolie entlang der Längsrichtung (Wickelrichtung) beschichtet ist. Die positive und negative Elektrode weisen einen unbeschichteten Abschnitt entlang des langen Seitenendes auf, der nicht mit Aktivmaterial beschichtet ist. Die Länge, Breite und Dicke der Aluminiumfolie betragen 4015 mm, 65 mm bzw. 15 m. Die Länge, Breite und Dicke der Kupferfolie betragen 4103 mm, 70 mm bzw. 10 m. Die Beschichtungsbreite und Beschichtungslänge des Positivelektrodenaktivmaterials betragen 65 mm bzw. 4015 mm. Die Beschichtungsbreite und Beschichtungslänge des Negativelektrodenaktivmaterials betragen 70 mm bzw. 4103 mm. Als das Positivelektrodenaktivmaterial wurde aluminiumdotiertes Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid verwendet. Als das Negativelektrodenaktivmaterial wurde ein gemischtes Negativelektrodenmaterial verwendet, das natürlichen Graphit und künstlichen Graphit, gemischt in einem Gewichtsverhältnis von 50:50, enthält. Die Dicke der positiven Elektrode wurde auf 161 m ausgelegt, einschließlich der Dicke der Aktivmaterialbeschichtungsschicht und der Aluminiumfolie, und die Dicke der negativen Elektrode wurde auf 189 m ausgelegt, einschließlich der Dicke der Aktivmaterialbeschichtungsschicht und der Kupferfolie. Als der Separator wurde ein Film mit einer anorganischen Partikelbeschichtungsschicht, gebildet auf beiden Seiten eines porösen Polyethylensubstrats, verwendet, und die Länge, Breite und Dicke des Separators betrugen 4235 mm, 72 mm bzw. 13 m. Zwei Separatoren wurden hergestellt. Ein Separator wurde zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet, und der andere Separator wurde als ein Wicklungsfilm verwendet. Die Sample-Elektrodenanordnung wurde unter Verwendung eines bekannten Jelly-Roll-Wickelprozesses hergestellt. In der Sample-Elektrodenanordnung beträgt die Wicklungswindung der positiven Elektrode und der negativen Elektrode ungefähr 50 Windungen. Der Kern, der Durchmesser und die Höhe der Sample-Elektrodenanordnung betragen 6 mm, 44,86 mm bzw. 73,3 mm.
<Herstellung einer zylindrischen Probenbatterie>
Die zylindrische Probenbatterie wurde so hergestellt, dass sie eine Querschnittsstruktur aufweist, die in 32 gezeigt ist, die später erläutert wird. Der Außendurchmesser, die Dicke und der Innendurchmesser des Batteriegehäuses betragen 46 mm, 0,45 mm bzw. 45,1 mm. Ein nichtwässriger Elektrolyt, in dem 1,25 mol Lithiumsalz LiPF6 zu einem Lösungsmittel mit EC/EMC/DMC, gemischt in einem Volumenverhältnis von 20/5/75, zugegeben wurde, wurde in die zylindrische Probenbatterie eingespritzt. Die zylindrische Probenbatterie weist eine Kapazität von 12,5 Ah und eine Betriebsspannung von 2,5 V bis 4,2 V auf. Die obere Grenzspannung ist die Vollladespannung und entspricht dem SOC (State of Charge, Ladezustand) von 100 %. Die untere Grenzspannung ist die Vollentladespannung und entspricht dem SOC von 0 %.
<Einstellung des Zyklusanfangszustands>
Nach der Elektrolyteinspritzung wurde ein Aktivierungsprozess durchgeführt, um die zylindrische Probenbatterie zu aktivieren. Nach der Aktivierung beträgt der SOC der zylindrischen Probenbatterie 30 %. Der Zustand der zylindrischen Batterie, die nach dem aktiven Laden vollständig entladen wird, wird als BOL-Zustand (Beginning of Life, Beginn der Lebensdauer) betrachtet. Während des aktiven Ladens der zylindrischen Batterie wurden die Größe des Ladestroms und die Temperatur auf 1/4 c bzw. 20 °C eingestellt. Hier ist c ein Symbol, das die c-Rate des Stroms darstellt, und dasselbe gilt nachstehend. Während der Vollentladung der zylindrischen Probenbatterie wurden die Größe des Entladestroms und die Temperatur auf (1/3 c) bzw. 20 °C eingestellt.
<CT-Querschnittsfotografie, Messung eines Elektrodenenddrehwinkels und Kreisförmigkeit des Kerns der Elektrodenanordnung in einem BOL-Zustand >
Eine CT-Querschnittsfotografie wurde erhalten, indem eine CT-Tomographie an der zylindrischen Probenbatterie im BOL-Zustand unter Verwendung von Vtomex m300-Geräten von General Electric durchgeführt wurde. Dann wurden die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B auf der CT-Querschnittsfotografie identifiziert. Zusätzlich wurden der Winkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des Spannungsverstärkungsbereichs D2 entlang der Umfangsrichtung bezüglich der Kernmitte der Elektrodenanordnung und der Drehungsbetrag des negativen Elektrodenendes und des positiven Elektrodenendes auf dem Kern und dem Außenumfang der Elektrodenanordnung gemessen. Wenn außerdem der Abstand von der Kernmitte zu der Elektrodenwicklungswindung, die sich auf der innersten Seite auf der CT-Querschnittsfotografie befindet, in gleichen Intervallen 24-mal entlang der Umfangsrichtung gemessen wurde, wurde das Verhältnis (%) des Minimalwerts zu dem Maximalwert des Abstands als der Kreisförmigkeitswert des Elektrodenanordnungskerns berechnet. Die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns ist ein Maß für die Bewertung der Symmetrie. Wenn die Kreisförmigkeit abnimmt, kann die Form des Kerns seine ursprüngliche Form nicht beibehalten und weist eine verzerrte Form auf. Wenn die Kreisförmigkeit über ein Schwellenniveau hinaus verringert wird, kann der Kern seine Form nicht beibehalten, sondern kollabieren, wie in 2c gezeigt.
<Bedingungen des Lade- und Entladezyklus>
Die zylindrische Probenbatterie im BOL-Zustand wurde an einem Cycler montiert und der Zyklustest wurde kontinuierlich 300-mal oder mehr wiederholt. 300 oder mehr Zyklen können ein Beispiel für die effektiven Verwendungszyklen sein. Zyklustests, die pro Tag durchgeführt wurden, waren auf drei beschränkt. Ein Zyklus enthält einen Vollladungsprozess und einen Vollentladungsprozess. Es gab eine einstündige Ruhezeit zwischen dem Vollladungsprozess und dem Vollentladungsprozess. Die Zyklustesttemperatur wurde auf 20 °C eingestellt. Während der Vollladung wurde die Größe des Ladestroms auf 1/4 c eingestellt und das Laden wurde für 4 Stunden durchgeführt, und während der Vollentladung wurde die Größe des Entladestroms auf 1/3 c eingestellt und das Entladen wurde für 3 Stunden durchgeführt. Während der Vollladung nimmt die Spannung der zylindrischen Probenbatterie von 2,5 V auf 4,2 V zu, und während der Vollentladung nimmt die Spannung der zylindrischen Probenbatterie von 4,2 V auf 2,5 V ab.
<CT-Querschnittsfotografie, Messung eines Elektrodenenddrehwinkels und Kreisförmigkeit des Kerns der Elektrodenanordnung, nachdem Zyklustests durchgeführt wurden.
Eine CT-Querschnittsfotografie wurde erhalten, indem eine CT-Tomographie unter Verwendung der oben beschriebenen Geräte an einer zylindrischen Probenbatterie durchgeführt wurde, die einer vorbestimmten Anzahl von Zyklustests unterzogen wurde. Dann wurden die Positionen des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode A, des kernseitigen Endes (B_inner) der positiven Elektrode B, des außenumfangsseitigen Endes (A_outer) der negativen Elektrode A und des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode B auf der CT-Querschnittsfotografie identifiziert. Zusätzlich wurden der Winkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des Spannungsverstärkungsbereichs D2 bezüglich der Kernmitte der Elektrodenanordnung und der Drehungsbetrag des negativen Elektrodenendes und des positiven Elektrodenendes auf dem Kern und dem Außenumfang der Elektrodenanordnung gemessen. Wenn außerdem der Abstand von der Kernmitte zu der Elektrodenwicklungswindung, die sich auf der innersten Seite auf der CT-Querschnittsfotografie befindet, in gleichen Intervallen 24-mal entlang der Umfangsrichtung gemessen wurde, wurde das Verhältnis (%) des Minimalwerts zu dem Maximalwert des Abstands als die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns berechnet.
<Zyklustest für die zylindrische #1-Probenbatterie>
7a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich eine zylindrische Batterie, die als #1-Probe (nachstehend #1-Probenbatterie) hergestellt wurde, im BOL-Zustand (Beginn der Lebensdauer) befindet. 7b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 200 Zyklustests an der #1-Probenbatterie durchgeführt wurden. 7c ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 300 Zyklustests an der #1-Probenbatterie durchgeführt wurden.
Unter Bezugnahme auf 7a bis 7c werden bei der CT-Querschnittsfotografie die positive Elektrode und die negative Elektrode im Uhrzeigersinn gewickelt, und die negative Elektrode wird vor der positiven Elektrode gewickelt. Daher wird die negative Elektrode bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung zentripetaler platziert als die positive Elektrode. Die Wicklungsrichtung der positiven Elektrode und der negativen Elektrode hängt von der Standrichtung der zylindrischen Batterie ab, wenn eine CT-Querschnittsfotografie aufgenommen wird. Wenn die Standrichtung der zylindrischen Batterie umgekehrt wird, kann die Wicklungsrichtung der auf der CT-Querschnittsfotografie gezeigten Elektrode umgekehrt erscheinen.
Wenn sich die #1-Probenbatterie im BOL-Zustand befand, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 160,89 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 31,71 Grad gemessen. Außerdem wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 89,9 % berechnet.
Für die #1-Probenbatterie, wenn 200 Zyklustests durchgeführt wurden, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 175,55 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 30,58 Grad gemessen.
Das negative elektrodenkernseitige Ende (A_inner) und das positive elektrodenkernseitige Ende (B_inner) wurden im Vergleich zu dem BOL-Zustand gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Der Drehbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) war relativ größer als der Drehbetrag des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner), und als ein Ergebnis wurde der Winkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 um 14,66 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand erhöht.
Das negative elektrodenaußenumfangsseitige Ende (A_outer) und das positive elektrodenaußenumfangsseitige Ende (B_outer) drehen sich kaum im Vergleich zu dem BOL-Zustand. Bei Messungen wurde der Winkel des Spannungsverstärkungsbereichs D2 um 1,13 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand verringert. Da der manuelle Fehler des Bedieners beim Messen des Winkels involviert ist, ist die Verringerung des Winkels des Spannungsverstärkungsbereichs D2 nicht sinnvoll.
Währenddessen werden, wenn die CT-Querschnittsfotografie in den ersten halbkreisförmigen Bereich (CL₁) und den zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂) basierend auf dem diametrischen Liniensegment (O₁O₂) klassifiziert wird, das durch die Mitte des Elektrodenanordnungskerns verläuft und senkrecht zu der geraden Linie ist, die den Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 in zwei gleiche Winkel teilt, die Positionen des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des Spannungsverstärkungsbereichs D2 kontinuierlich innerhalb des ersten halbkreisförmigen Bereichs (CL₁) bzw. des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂) gehalten, während 200 Zyklen des Ladens und Entladens durchgeführt wurden.
Zusätzlich hält der Spannungsverstärkungsbereich D2 seine Position innerhalb des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂), der basierend auf dem spannungsanfälligen Bereich D1 definiert ist, während 200 Zyklen des Ladens und Entladens bei und wird kontinuierlich in einem überlappenden Zustand mit dem Zweiteilungsliniensegment (L*a) des fächerförmigen Bereichs (R*) gehalten, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 bezüglich der Mitte des Kerns ist.
Nach 200 Zyklen des Ladens und Entladens wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 89,7 % berechnet, was um 0,2 % im Vergleich zu der Kreisförmigkeit von 89,9 % im BOL-Zustand verringert wurde, und es gab im Wesentlichen keine Änderung.
Für die #1-Probenbatterie, wenn 300 Zyklustests durchgeführt wurden, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (Ainner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (Binner) auf 178,49 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (Aouter) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (Bouter) wurde auf 30,77 Grad gemessen.
Das negative elektrodenkernseitige Ende (Ainner) und das positive elektrodenkernseitige Ende (Binner) wurden im Vergleich zu dem Zustand nach 200 Zyklen weiter gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Da der Drehungsbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (Ainner) relativ größer als der Drehungsbetrag des positiven elektrodenkernseitigen Endes (Binner) ist, wurde der Winkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 um 2,94 Grad im Vergleich zu dem Zustand nach 200 Zyklen erhöht.
Es gibt keine wesentliche Änderung in dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) im Vergleich zu dem Zustand nach 200 Zyklen. Dies liegt daran, dass, wenn die Anzahl der Zyklen in einem gewissen Ausmaß zunimmt, die Außenumfangsfläche der Elektrodenanordnung, wo sich das positive elektrodenaußenumfangsseitige Ende (B_outer) befindet, stark in engen Kontakt mit der Innenfläche des Batteriegehäuses kommt, wodurch ein Verankerungseffekt erzeugt wird, der ihre Position fixiert. Daher zeigt der Winkel des Spannungsverstärkungsbereichs D2 im Vergleich zu dem Zustand nach 200 Zyklen im Wesentlichen keine Änderung.
Der spannungsanfällige Bereich D1 und der spannungsverstärkende Bereich D2 halten ihre Positionen innerhalb des ersten halbkreisförmigen Bereichs (CL₁) bzw. des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂) auch während 300 Zyklen des Ladens und Entladens aufrecht. Zusätzlich hält der Spannungsverstärkungsbereich D2 seine Position innerhalb des zweiten halbkreisförmigen Bereichs (CL₂), der bezüglich des spannungsanfälligen Bereichs D1 definiert ist, während 300 Zyklen des Ladens und Entladens bei und wird kontinuierlich in einem überlappenden Zustand mit dem Zweiteilungsliniensegment (L*_a) des fächerförmigen Bereichs (R*) gehalten, der punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 bezüglich der Mitte des Kerns ist.
Nach 300 Zyklen des Ladens und Entladens wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 89,7 % berechnet, und es gab keine Änderung im Vergleich zu der Kreisförmigkeit von 89,7 % nach 200 Zyklen.
Es gibt im Wesentlichen keine Änderung zwischen den berechneten Kreisförmigkeiten im BOL-Zustand, nach 200 Zyklen und nach 300 Zyklen. Außerdem blieb die relative Positionsbeziehung zwischen der oben beschriebenen ersten bis fünften geraden Linie identisch, während der Zyklustest wiederholt wurde. Die Anordnungsgestaltung des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des Spannungsverstärkungsbereichs D2, die auf die #1-Probenbatterie angewendet wird, behält die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns bei und verteilt die Spannung gut, was beim Verhindern oder Abschwächen des Kollabierens des Kerns in den effektiven Verwendungszyklen von 200 Zyklen oder mehr oder 300 Zyklen oder mehr wirksam ist.
<Zyklustest für die zylindrische #2-Probenbatterie>
8a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich eine zylindrische Batterie, die als #2-Probe (nachstehend #2-Probenbatterie) hergestellt wurde, im BOL-Zustand befindet. 8b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 900 Zyklustests, die erheblich größer als in der ersten Ausführungsform sind, an der #2-Probenbatterie durchgeführt wurden.
Unter Bezugnahme auf 8a bis 8c werden bei der CT-Querschnittsfotografie die positive Elektrode und die negative Elektrode im Uhrzeigersinn gewickelt, und die negative Elektrode wird vor der positiven Elektrode gewickelt. Daher wird die negative Elektrode bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung zentripetaler platziert als die positive Elektrode.
Wenn sich die #2-Probenbatterie im BOL-Zustand befand, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 109,95 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 14,56 Grad gemessen. Außerdem wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 93,04 % berechnet.
Für die #2-Probenbatterie, wenn 900 Zyklustests kontinuierlich durchgeführt wurden, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 133,31 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 13,47 Grad gemessen.
Das negative elektrodenkernseitige Ende (A_inner) und das positive elektrodenkernseitige Ende (B_inner) wurden im Vergleich zu dem BOL-Zustand signifikant gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Der Drehbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) war relativ größer als der Drehbetrag des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner), und als ein Ergebnis wurde der Winkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 um 23,36 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand erhöht.
Das negative elektrodenaußenumfangsseitige Ende (A_outer) und das positive elektrodenaußenumfangsseitige Ende (B_outer) drehen sich kaum im Vergleich zu dem BOL-Zustand. Bei Messungen wurde der Winkel des Spannungsverstärkungsbereichs D2 im Vergleich zu dem BOL-Zustand leicht verringert. Da der manuelle Fehler des Bedieners beim Messen des Winkels involviert ist, ist die Verringerung des Winkels des Spannungsverstärkungsbereichs D2 nicht sinnvoll.
Währenddessen kann die CT-Querschnittsfotografie in den ersten halbkreisförmigen Bereich (CL₁) und den zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂) basierend auf dem diametrischen Liniensegment (O₁O₂) klassifiziert werden, das durch die Mitte des Elektrodenanordnungskerns verläuft und senkrecht zu der geraden Linie ist, die den Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 in zwei gleiche Winkel teilt.
Die Position des spannungsanfälligen Bereichs D1 wurde kontinuierlich innerhalb des ersten halbkreisförmigen Bereichs (CL₁) gehalten, während 900 Zyklen des Ladens und Entladens durchgeführt wurden.
Der spannungsverstärkende Bereich D2 befindet sich zu Beginn des Zyklustests in dem zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂), bewegt sich aber zu dem ersten halbkreisförmigen Bereich (CL₁), während er zu der Mitte des Zyklustests geht, während sich der spannungsanfällige Bereich D1 gegen den Uhrzeigersinn dreht. Zusätzlich begann sich der spannungsverstärkende Bereich D2 in der letzten Hälfte des Zyklustests mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 zu überlappen, und nach 900 Zyklen wird die Position des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode des spannungsverstärkenden Bereichs D2 im Wesentlichen dieselbe wie die Position des kernseitigen Endes (A_inner) der negativen Elektrode. Wenn die Anzahl der Zyklen zunimmt, dreht sich das kernseitige Ende (Ainner) der negativen Elektrode gegen den Uhrzeigersinn, sodass der Umfangswinkel zwischen dem kernseitigen Ende (Ainner) der negativen Elektrode und dem außenumfangsseitigen Ende (Bouter) der positiven Elektrode allmählich abnimmt. Daher wird vor 900 Zyklen das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode gegen den Uhrzeigersinn von dem spannungsanfälligen Bereich D1 entlang der Umfangsrichtung beabstandet, und wenn der Zyklustest über 900 Zyklen hinaus wiederholt wird, würde sich das außenumfangsseitige Ende (B_outer) der positiven Elektrode innerhalb des spannungsanfälligen Bereichs D1 befinden, sodass erwartet wird, dass sich der spannungsverstärkende Bereich D2 vollständig mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 überlappt.
Nach 900 Zyklen des Ladens und Entladens wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 92,10 % berechnet, was um 0,94 % im Vergleich zu der Kreisförmigkeit von 93,04 % im BOL-Zustand verringert wurde. Diese Verringerung der Kreisförmigkeit ist keine sinnvolle Verringerung, wenn man bedenkt, dass die Anzahl der Zyklen 900 beträgt.
Die experimentellen Ergebnisse für die #2-Probenbatterie unterstützen, dass die relativen Positionen des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des Spannungsverstärkungsbereichs D2 in der Umfangsrichtung beim Beibehalten der Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns wirksam sind, wenn sie absichtlich gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gestaltet werden.
Mit anderen Worten, wenn die Position des Elektrodenendes von Anfang an unter Berücksichtigung des Rotationsbetrags des Elektrodenendes gemäß der Zunahme der Zyklen gestaltet wird, so dass die Umfangsposition des spannungsverstärkenden Bereichs D2, insbesondere des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode, nicht mit dem inneren Bereich des spannungsanfälligen Bereichs D1 überlappt, während 900 Zyklen durchgeführt werden, kann die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns ohne signifikante Änderung beibehalten werden, selbst wenn der Lade- und Entladezyklus 900 Mal oder mehr wiederholt wird. Als ein Ergebnis kann das Kollabieren des Elektrodenanordnungskerns verhindert oder verringert werden.
9 ist ein Graph, der die Ergebnisse des Messens des Rotationsbetrags des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) und des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner) zeigt, während der Zyklustest für die #2-Probenbatterie unmittelbar nach der Herstellung wiederholt wird.
Unter Bezugnahme auf 9 zeigt der Rotationsbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) und des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner) in der #2-Probenbatterie ein Muster, das allmählich zunimmt, wenn die Anzahl der Zyklen zunimmt. Der Rotationsbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) und des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner) ist in dem Aktivierungszyklusabschnitt am größten. Der Rotationsbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) und des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner) zeigt ein lineares Zunahmemuster in dem Zykluswiederholungsabschnitt nach dem Aktivierungszyklus. In der #2-Probenbatterie, nach 900 Zyklen, wurden die Rotationsbeträge des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) und des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner) auf 77,9 Grad bzw. 40 Grad gemessen. Unterdessen nimmt unter Bezugnahme auf die teilweise vergrößerte Ansicht des lokalen Bereichs des Graphen, wenn ein Zyklustest durchgeführt wird, der Rotationsbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) allmählich zu, während ein Muster gezeigt wird, das während des Vollladungsprozesses zunimmt und dann während des Vollentladungsprozesses wieder abnimmt. Umgekehrt nimmt der Rotationsbetrag des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner) allmählich zu, während ein Muster gezeigt wird, das während des Vollladungsprozesses abnimmt und dann während des Vollentladungsprozesses zunimmt.
Die Testergebnisse der #2-Probenbatterie unterstützen, dass die Änderung der Zirkularität nicht signifikant ist, selbst wenn 900 oder mehr Zyklustests an der #1-Probenbatterie durchgeführt werden. Wenn sich die #2-Probenbatterie in dem BOL-Zustand befindet, sind der spannungsanfällige Bereich D1 und der Spannungsverstärkungsbereich D2 um etwa 63,34 Grad in der Umfangsrichtung beabstandet, aber in der #1-Probenbatterie sind der spannungsanfällige Bereich D1 und der Spannungsverstärkungsbereich D2 in der Umfangsrichtung um 71,71 Grad, was größer als 63,34 Grad ist, selbst nach 300 Zyklen beabstandet. Selbst wenn Lade- und Entladetests zusätzlich an der #1-Probenbatterie von 300 Zyklen bis 900 Zyklen durchgeführt werden, überlappt sich daher das positive elektrodenaußenumfangsseitige Ende (B_outer) aufgrund der linearen Zunahme der Elektrodendrehung nicht mit dem inneren Bereich des spannungsanfälligen Bereichs D1. Daher ist es, ähnlich wie bei den Testergebnissen der #2-Probenbatterie, für den Fachmann offensichtlich, dass zumindest die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns in der #1-Probenbatterie nicht in dem Ausmaß verringert wird, in dem bewirkt wird, dass der Kern kollabiert.
<Zyklustest für die zylindrische #3-Probenbatterie>
10a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich eine zylindrische Batterie, die als #3-Probe (nachstehend #3-Probenbatterie) hergestellt wurde, im BOL-Zustand befindet. 10b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 900 Zyklustests an der #3-Probenbatterie durchgeführt wurden.
Unter Bezugnahme auf 10a und 10b werden bei der CT-Querschnittsfotografie die positive Elektrode und die negative Elektrode im Uhrzeigersinn gewickelt, und die negative Elektrode wird vor der positiven Elektrode gewickelt. Daher wird die negative Elektrode bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung zentripetaler platziert als die positive Elektrode.
Wenn sich die #3-Probenbatterie im BOL-Zustand befand, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 90,67 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 16,59 Grad gemessen. Außerdem wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 93,23 % berechnet.
Für die #3-Probenbatterie, wenn 900 Zyklustests kontinuierlich durchgeführt wurden, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 110,52 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 16,14 Grad gemessen.
Das negative elektrodenkernseitige Ende (A_inner) und das positive elektrodenkernseitige Ende (B_inner) wurden im Vergleich zu dem BOL-Zustand signifikant gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Der Drehbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) war relativ größer als der Drehbetrag des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner), und als ein Ergebnis wurde der Winkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 um 19,85 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand erhöht.
Das negative elektrodenaußenumfangsseitige Ende (A_outer) und das positive elektrodenaußenumfangsseitige Ende (B_outer) drehen sich kaum im Vergleich zu dem BOL-Zustand. Bei Messungen wurde der Winkel des Spannungsverstärkungsbereichs D2 im Vergleich zu dem BOL-Zustand leicht verringert. Da der manuelle Fehler des Bedieners beim Messen des Winkels involviert ist, ist die Verringerung des Winkels des Spannungsverstärkungsbereichs D2 nicht sinnvoll.
Währenddessen kann die CT-Querschnittsfotografie in den ersten halbkreisförmigen Bereich (CL₁) und den zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂) basierend auf dem diametrischen Liniensegment (O₁O₂) klassifiziert werden, das durch die Mitte des Elektrodenanordnungskerns verläuft und senkrecht zu der geraden Linie ist, die den Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 in zwei gleiche Winkel teilt.
Die Position des spannungsanfälligen Bereichs D1 wurde kontinuierlich innerhalb des ersten halbkreisförmigen Bereichs (CL₁) gehalten, während 900 Zyklen des Ladens und Entladens durchgeführt wurden.
Der spannungsverstärkende Bereich D2 überlappt sich mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 aus dem BOL-Zustand, und selbst nach 900 Zyklen überlappt sich ein Teil des spannungsverstärkenden Bereichs D2, insbesondere die Umfangsposition des positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Endes (B_outer), mit dem spannungsanfälligen Bereich D1. Die Anordnungsgestaltung des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des spannungsverstärkenden Bereichs D2, die auf die #3-Probenbatterie angewendet wird, entspricht nicht der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Nach 900 Zyklen des Ladens und Entladens wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 89,65 % berechnet, was um etwa 3,58 % im Vergleich zu der Kreisförmigkeit von 93,23 % im BOL-Zustand verringert wurde. Diese Verringerung der Kreisförmigkeit ist eine sinnvolle Verringerung im Vergleich zu der #1-Probenbatterie und der #2-Probenbatterie. Daher dreht sich die Elektrodenwicklung in der 3-Uhr- bis 6-Uhr-Richtung auf der CT-Querschnittsfotografie, die erhalten wird, nachdem 900 Zyklen in dem Ausmaß verformt wurden, dass ihre Krümmung mit dem bloßen Auge erkannt werden kann. Wenn die #3-Probenbatterie zusätzlich über 900-mal hinaus geladen und entladen wird, besteht daher eine hohe Möglichkeit des Kollabierens des Kerns.
Die experimentellen Ergebnisse für die #3-Probenbatterie unterstützen, dass, wenn die Positionen des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des Spannungsverstärkungsbereichs D2 in der Umfangsrichtung nicht absichtlich gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gestaltet werden, die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns nicht beibehalten werden kann.
Mit anderen Worten, wenn die Position der Elektrode nicht von Anfang an unter Berücksichtigung der linearen Zunahme des Rotationsbetrags des positiven und des negativen elektrodenkernseitigen Endes gestaltet wird, so dass die Umfangsposition des Spannungsverstärkungsbereichs D2, insbesondere des außenumfangsseitigen Endes (Bouter) der positiven Elektrode, nicht in dem spannungsanfälligen Bereich D1 enthalten ist, während 900 Zyklen durchgeführt werden, kann die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns nicht beibehalten werden, wenn der Lade- und Entladezyklus 900 Mal oder mehr wiederholt wird. Als ein Ergebnis kann das Kollabieren des Elektrodenanordnungskerns nicht verhindert oder verringert werden, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
<Zyklustest für die zylindrische #4-Probenbatterie>
11a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich eine zylindrische Batterie, die als #4-Probe (nachstehend #4-Probenbatterie) hergestellt wurde, im BOL-Zustand befindet. 11b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 700 Zyklustests an der #4-Probenbatterie durchgeführt wurden.
Unter Bezugnahme auf 11a und 11b werden bei der CT-Querschnittsfotografie die positive Elektrode und die negative Elektrode im Uhrzeigersinn gewickelt, und die negative Elektrode wird vor der positiven Elektrode gewickelt. Daher wird die negative Elektrode bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung zentripetaler platziert als die positive Elektrode.
Wenn sich die #4-Probenbatterie im BOL-Zustand befand, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 87,43 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 19,5 Grad gemessen. Außerdem wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 95,24 % berechnet.
Für die #4- Probenbatterie, wenn 700 Zyklustests kontinuierlich durchgeführt wurden, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 101,81 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 16,2 Grad gemessen.
Das negative elektrodenkernseitige Ende (A_inner) und das positive elektrodenkernseitige Ende (B_inner) wurden im Vergleich zu dem BOL-Zustand signifikant gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Der Drehbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) war relativ größer als der Drehbetrag des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner), und als ein Ergebnis wurde der Winkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 um 14,38 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand erhöht.
Das negative elektrodenaußenumfangsseitige Ende (A_outer) und das positive elektrodenaußenumfangsseitige Ende (B_outer) drehen sich kaum im Vergleich zu dem BOL-Zustand. Bei Messungen wurde der Winkel des Spannungsverstärkungsbereichs D2 um 3,3 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand verringert.
Währenddessen kann die CT-Querschnittsfotografie in den ersten halbkreisförmigen Bereich (CL₁) und den zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂) basierend auf dem diametrischen Liniensegment (O₁O₂) klassifiziert werden, das durch die Mitte des Elektrodenanordnungskerns verläuft und senkrecht zu der geraden Linie ist, die den Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 in zwei gleiche Winkel teilt.
Die Position des spannungsanfälligen Bereichs D1 wurde kontinuierlich innerhalb des ersten halbkreisförmigen Bereichs (CL₁) gehalten, während 700 Zyklen des Ladens und Entladens durchgeführt wurden.
Der spannungsverstärkende Bereich D2 überlappt sich mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 aus dem BOL-Zustand, aber nach 700 Zyklen überlappt sich der spannungsverstärkende Bereich D2 nicht mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 und befindet sich in dem zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂). Der spannungsverstärkende Bereich D2 hält anfänglich einen überlappten Zustand mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 in der Umfangsrichtung während der 700 Zyklustests aufrecht. Der spannungsverstärkende Bereich D2 ist von dem spannungsanfälligen Bereich D1 in der Umfangsrichtung von der Mitte des Zyklustests beabstandet und tritt in der zweiten Hälfte in den zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂) ein. Die Anordnung des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des spannungsverstärkenden Bereichs D2, die auf die #4-Probenbatterie angewendet wird, entspricht nicht der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Dies liegt daran, dass eine Spannung in dem Kern der Elektrodenanordnung konzentriert ist, da sich der spannungsanfällige Bereich D1 und der spannungsverstärkende Bereich D2 überlappen, während eine signifikante Anzahl von Zyklen aus dem BOL-Zustand durchgeführt wird.
Nach 700 Zyklen des Ladens und Entladens wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 87,86 % berechnet, was um etwa 7,38 % im Vergleich zu der Kreisförmigkeit von 95,24 % im BOL-Zustand verringert wurde. Diese Verringerung der Kreisförmigkeit ist eine sinnvolle Verringerung im Vergleich zu der #1-Probenbatterie und der #2-Probenbatterie. Daher dreht sich die Elektrodenwicklung in der 9-Uhr- bis 1-Uhr-Richtung auf der CT-Querschnittsfotografie, die erhalten wird, nachdem 700 Zyklen in dem Ausmaß verformt wurden, dass ihre Krümmung mit dem bloßen Auge erkannt werden kann. Wenn die #4-Probenbatterie zusätzlich über 700-mal hinaus geladen und entladen wird, besteht daher eine hohe Möglichkeit des Kollabierens des Kerns.
Die Zyklustestergebnisse für die #4-Probenbatterie unterstützen, dass, wenn die Positionen des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des Spannungsverstärkungsbereichs D2 in der Umfangsrichtung nicht absichtlich gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gestaltet werden, die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns nicht beibehalten werden kann.
Mit anderen Worten, wenn die Position der Elektrode innerhalb der Elektrodenanordnung nicht von Anfang an unter Berücksichtigung der linearen Zunahme des Rotationsbetrags des positiven und des negativen elektrodenkernseitigen Endes gestaltet wird, so dass die Umfangsposition des Spannungsverstärkungsbereichs D2, insbesondere des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode, nicht in dem spannungsanfälligen Bereich D1 enthalten ist, während 700 Zyklen durchgeführt werden, kann die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns nicht beibehalten werden, wenn der Lade- und Entladezyklus 700 Mal oder mehr wiederholt wird. Als ein Ergebnis kann das Kollabieren des Elektrodenanordnungskerns nicht verhindert oder verringert werden, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
<Zyklustest für die zylindrische #5-Probenbatterie>
12a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich eine zylindrische Batterie, die als #5-Probe (nachstehend #5-Probenbatterie) hergestellt wurde, im BOL-Zustand befindet. 12b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 420 Zyklustests an der #5-Probenbatterie durchgeführt wurden.
Unter Bezugnahme auf 12a und 12b werden bei der CT-Querschnittsfotografie die positive Elektrode und die negative Elektrode im Uhrzeigersinn gewickelt, und die negative Elektrode wird vor der positiven Elektrode gewickelt. Daher wird die negative Elektrode bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung zentripetaler platziert als die positive Elektrode.
Wenn sich die #5-Probenbatterie im BOL-Zustand befand, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 104,79 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 17,9 Grad gemessen. Außerdem wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 92,65 % berechnet.
Für die #5-Probenbatterie, wenn 420 Zyklustests kontinuierlich durchgeführt wurden, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 129,38 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 15,72 Grad gemessen.
Das negative elektrodenkernseitige Ende (A_inner) und das positive elektrodenkernseitige Ende (B_inner) wurden im Vergleich zu dem BOL-Zustand signifikant gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Der Drehbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (A_inner) war relativ größer als der Drehbetrag des positiven elektrodenkernseitigen Endes (B_inner), und als ein Ergebnis wurde der Winkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 um 24,59 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand erhöht.
Das negative elektrodenaußenumfangsseitige Ende (A_outer) und das positive elektrodenaußenumfangsseitige Ende (B_outer) drehen sich kaum im Vergleich zu dem BOL-Zustand. Bei Messungen wurde der Winkel des Spannungsverstärkungsbereichs D2 um 2,18 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand verringert.
Währenddessen kann die CT-Querschnittsfotografie in den ersten halbkreisförmigen Bereich (CL₁) und den zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂) basierend auf dem diametrischen Liniensegment (O₁O₂) klassifiziert werden, das durch die Mitte des Elektrodenanordnungskerns verläuft und senkrecht zu der geraden Linie ist, die den Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs D1 in zwei gleiche Winkel teilt.
Die Position des spannungsanfälligen Bereichs D1 wurde kontinuierlich innerhalb des ersten halbkreisförmigen Bereichs (CL₁) gehalten, während 420 Zyklen des Ladens und Entladens durchgeführt wurden.
Der spannungsverstärkende Bereich D2 beginnt sich mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 von der Mitte des Zyklustests zu überlappen und überlappt sich nach 420 Zyklen vollständig mit dem spannungsanfälligen Bereich D1. Die Anordnung des spannungsanfälligen Bereichs D1 und des spannungsverstärkenden Bereichs D2, die auf die #5-Probenbatterie angewendet wird, entspricht nicht der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Dies liegt daran, dass eine Spannung in dem Kern der Elektrodenanordnung konzentriert ist, da sich der spannungsanfällige Bereich D₁ und der spannungsverstärkende Bereich D₂ von der Mitte des Zyklustests zu dem späteren Teil des Zyklustests überlappen.
Nach 420 Zyklen des Ladens und Entladens wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 90,63 % berechnet, was um etwa 2,02 % im Vergleich zu der Kreisförmigkeit von 92,65 % im BOL-Zustand verringert wurde. Diese Verringerung der Kreisförmigkeit ist eine sinnvolle Verringerung im Vergleich zu der #1-Probenbatterie und der #2-Probenbatterie. Daher dreht sich die Elektrodenwicklung in der 3-Uhr- bis 7-Uhr-Richtung auf der CT-Querschnittsfotografie, die erhalten wird, nachdem 420 Zyklen in dem Ausmaß verformt wurden, dass ihre Krümmung mit dem bloßen Auge erkannt werden kann. Wenn die #5-Probenbatterie zusätzlich über 420-mal hinaus geladen und entladen wird, besteht daher eine hohe Möglichkeit des Kollabierens des Kerns.
Die Zyklustestergebnisse für die #5-Probenbatterie unterstützen, dass, wenn die Positionen des spannungsanfälligen Bereichs D₁ und des Spannungsverstärkungsbereichs D₂ in der Umfangsrichtung nicht absichtlich gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gestaltet werden, die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns nicht beibehalten werden kann.
Mit anderen Worten, wenn die Position der Elektrode innerhalb der Elektrodenanordnung nicht von Anfang an unter Berücksichtigung der linearen Zunahme des Rotationsbetrags des positiven und des negativen elektrodenkernseitigen Endes gestaltet wird, so dass die Umfangsposition des Spannungsverstärkungsbereichs D₂, insbesondere des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode, nicht in dem spannungsanfälligen Bereich D1 enthalten ist, während 420 Zyklen durchgeführt werden, kann die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns nicht beibehalten werden, wenn der Lade- und Entladezyklus 420 Mal oder mehr wiederholt wird. Als ein Ergebnis kann das Kollabieren des Elektrodenanordnungskerns nicht verhindert oder verringert werden, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
<Zyklustest für die zylindrische #6-Probenbatterie>
13a ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, wenn sich eine zylindrische Batterie, die als #6-Probe (nachstehend #6-Probenbatterie) hergestellt wurde, im BOL-Zustand befindet. 13b ist eine CT-Querschnittsfotografie, die aufgenommen wird, nachdem 420 Zyklustests an der #6-Probenbatterie durchgeführt wurden.
Unter Bezugnahme auf 13a und 13b werden bei der CT-Querschnittsfotografie die positive Elektrode und die negative Elektrode im Uhrzeigersinn gewickelt, und die negative Elektrode wird vor der positiven Elektrode gewickelt. Daher wird die negative Elektrode bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung zentripetaler platziert als die positive Elektrode.
Wenn sich die #6-Probenbatterie im BOL-Zustand befand, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D1 zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 125,73 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D₂ zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 16,4 Grad gemessen. Außerdem wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 93,34 % berechnet.
Für die #6-Probenbatterie, wenn 420 Zyklustests kontinuierlich durchgeführt wurden, wurde der Winkel für den spannungsanfälligen Bereich D₁ zwischen dem negativen elektrodenkernseitigen Ende (A_inner) und dem positiven elektrodenkernseitigen Ende (B_inner) auf 140,61 Grad gemessen, und der Winkel für den Spannungsverstärkungsbereich D2 zwischen dem negativen elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (A_outer) und dem positiven elektrodenaußenumfangsseitigen Ende (B_outer) wurde auf 15,74 Grad gemessen.
Das negative elektrodenkernseitige Ende (A_inner) und das positive elektrodenkernseitige Ende (B_inner) wurden im Vergleich zu dem BOL-Zustand signifikant gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Der Drehbetrag des negativen elektrodenkernseitigen Endes (Ainner) war relativ größer als der Drehbetrag des positiven elektrodenkernseitigen Endes (Binner), und als ein Ergebnis wurde der Winkel des spannungsanfälligen Bereichs D₁ um 14,88 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand erhöht.
Das negative elektrodenaußenumfangsseitige Ende (A_outer) und das positive elektrodenaußenumfangsseitige Ende (B_outer) drehen sich kaum im Vergleich zu dem BOL-Zustand. Bei Messungen wurde der Winkel des Spannungsverstärkungsbereichs D₂ um 0,66 Grad im Vergleich zu dem BOL-Zustand verringert. Da der manuelle Fehler des Bedieners beim Messen des Winkels involviert ist, ist die Verringerung des Winkels des Spannungsverstärkungsbereichs D₂ nicht sinnvoll.
Währenddessen kann die CT-Querschnittsfotografie in den ersten halbkreisförmigen Bereich (CL₁) und den zweiten halbkreisförmigen Bereich (CL₂) basierend auf dem diametrischen Liniensegment (O₁O₂) klassifiziert werden, das durch die Mitte des Elektrodenanordnungskerns verläuft und senkrecht zu der geraden Linie ist, die den Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs D₁ in zwei gleiche Winkel teilt.
Die Position des spannungsanfälligen Bereichs D₁ wurde kontinuierlich innerhalb des ersten halbkreisförmigen Bereichs (CL₁) gehalten, während 420 Zyklen des Ladens und Entladens durchgeführt wurden.
Der spannungsverstärkende Bereich D₂ beginnt sich mit dem spannungsanfälligen Bereich D1 von der Mitte des Zyklustests zu überlappen und überlappt sich nach 420 Zyklen vollständig mit dem spannungsanfälligen Bereich D₁. Die Anordnung des spannungsanfälligen Bereichs D₁ und des spannungsverstärkenden Bereichs D₂, die auf die #6-Probenbatterie angewendet wird, entspricht nicht der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Dies liegt daran, dass eine Spannung in dem Kern der Elektrodenanordnung konzentriert ist, da sich der spannungsanfällige Bereich D₁ und der spannungsverstärkende Bereich D₂ von der Mitte des Zyklustests zu dem späteren Teil des Zyklustests überlappen.
Nach 420 Zyklen des Ladens und Entladens wurde die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns auf 87,15 % berechnet, was um etwa 6,19 % im Vergleich zu der Kreisförmigkeit von 93,34 % im BOL-Zustand verringert wurde. Diese Verringerung der Kreisförmigkeit ist eine sinnvolle Verringerung im Vergleich zu der #1-Probenbatterie und der #2-Probenbatterie. Daher dreht sich die Elektrodenwicklung in der 3-Uhr- bis 7-Uhr-Richtung auf der CT-Querschnittsfotografie, die erhalten wird, nachdem 420 Zyklen in dem Ausmaß verformt wurden, dass ihre Krümmung mit dem bloßen Auge erkannt werden kann. Wenn die #6-Probenbatterie zusätzlich über 420-mal hinaus geladen und entladen wird, besteht daher eine hohe Möglichkeit des Kollabierens des Kerns.
Die Zyklustestergebnisse für die #6-Probenbatterie unterstützen, dass, wenn die Positionen des spannungsanfälligen Bereichs D₁ und des Spannungsverstärkungsbereichs D₂ in der Umfangsrichtung nicht absichtlich gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gestaltet werden, die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns nicht beibehalten werden kann.
Mit anderen Worten, wenn die Position der Elektrode innerhalb der Elektrodenanordnung nicht von Anfang an unter Berücksichtigung der linearen Zunahme des Rotationsbetrags des positiven und des negativen elektrodenkernseitigen Endes gestaltet wird, so dass die Umfangsposition des Spannungsverstärkungsbereichs D₂, insbesondere des außenumfangsseitigen Endes (B_outer) der positiven Elektrode, nicht in dem spannungsanfälligen Bereich D1 enthalten ist, während 420 Zyklen durchgeführt werden, kann die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns nicht beibehalten werden, wenn der Lade- und Entladezyklus 420 Mal oder mehr wiederholt wird. Als ein Ergebnis kann das Kollabieren des Elektrodenanordnungskerns nicht verhindert oder verringert werden, während die zylindrische Batterie über die effektiven Verwendungszyklen hinaus geladen und entladen wird.
Wie aus dem obigen Lade- und Entladezyklustest ersichtlich ist, wenn die Elektrodenanordnung eine Struktur hat, die in Jelly-Roll-Form gewickelt ist, wenn die Endpositionen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode in dem Kern und dem Außenumfang absichtlich von Anfang an gestaltet werden, um der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu entsprechen, kann die Zirkularität des Elektrodenanordnungskerns ohne signifikante Änderung beibehalten werden, selbst wenn die zylindrische Batterie für 200 Zyklen oder mehr, 300 Zyklen oder mehr, 400 Zyklen oder mehr, 700 Zyklen oder mehr oder bis zu 900 Zyklen geladen und entladen wird.
Bei einer zylindrischen Batterie, die eine Elektrodenanordnung beinhaltet, die in Jelly-Roll-Form gewickelt ist, variiert der Winkel, bei dem das positive Elektrodenende und das negative Elektrodenende entlang der Umfangsrichtung gedreht werden, abhängig von verschiedenen Faktoren, wie z. B. dem Aktivmaterial der positiven Elektrode, dem Aktivmaterial der negativen Elektrode, dem Durchmesser der Elektrodenanordnung, der Dicke der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, der Anzahl von Wicklungswindungen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode usw. Daher kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die zylindrische Batterie wie folgt gestaltet und hergestellt werden.
Zuerst werden die Spezifikationen (Durchmesser und Höhe) der zylindrischen Batterie, Spezifikationen für alle Materialien, die an der elektrochemischen Reaktion beteiligt sind, und der effektive Verwendungszyklus bestimmt. Der effektive Verwendungszyklus kann angemessen unter Berücksichtigung der beabsichtigten Verwendung der zylindrischen Batterie bestimmt werden. Der effektive Verwendungszyklus kann beliebig als 200 Zyklen oder mehr, 300 Zyklen oder mehr, 400 Zyklen oder mehr, 500 Zyklen oder mehr, 600 Zyklen oder mehr, 700 Zyklen oder mehr, 800 Zyklen oder mehr oder 900 Zyklen oder mehr ausgewählt werden. Als nächstes wird eine zylindrische Probenbatterie unter Verwendung eines in der Technik bekannten Prozesses hergestellt und die zylindrische Probenbatterie wird aktiviert, um in den BOL-Zustand einzutreten.
Anschließend wird, während ein Ladungs- und Entladungszyklustest durchgeführt wird, der den effektiven Verwendungszyklus für die zylindrische Probenbatterie überschreitet, der Drehungsbetrag der Elektrode gemäß der Erhöhung der Zyklusanzahl gemessen, wie in 9 gezeigt. Der Drehungsbetrag der Elektrode kann bestimmt werden, indem CT-Querschnittsfotografien der zylindrischen Batterie in regelmäßigen Zyklusintervallen während des Zyklustests erhalten werden und dann die CT-Querschnittsfotografien analysiert werden.
Sobald der Elektrodendrehungsbetrag gemäß der Erhöhung der Zyklusanzahl bestimmt wird, werden die Anfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs und des spannungsverstärkenden Bereichs als die erste Wicklungsgestaltungsbedingung bestimmt und der Anfangstrennungswinkel zwischen den zwei Bereichen in der Umfangsrichtung kann so bestimmt werden, dass der spannungsverstärkende Bereich, insbesondere das außenumfangsseitige Ende (Bouter) der positiven Elektrode davon, den inneren Bereich des spannungsanfälligen Bereichs nicht überlappt, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, bis der effektive Verwendungszyklus als die zweite Wicklungsgestaltungsbedingung bestimmt werden kann.
Dann kann die Elektrodenanordnung gemäß den bestimmten Wicklungsgestaltungsbedingungen gewickelt werden und eine zylindrische Batterie kann unter Verwendung der gewickelten Elektrodenanordnung hergestellt werden. Die auf diese Weise hergestellte zylindrische Batterie kann die Kreisförmigkeit des Elektrodenanordnungskerns ohne signifikante Änderung aufrechterhalten, selbst wenn sie bis zu dem effektiven Verwendungszyklus wiederholt geladen und entladen wird.
In der vorliegenden Offenbarung können ein Positivelektrodenaktivmaterial, das auf die positive Elektrode beschichtet ist, und ein Negativelektrodenaktivmaterial, das auf die negative Elektrode beschichtet ist, jedes in der Technik bekannte Aktivmaterial ohne Einschränkung verwenden.
In einem Beispiel kann das Positivelektrodenaktivmaterial eine Alkalimetallverbindung beinhalten, die durch eine allgemeine Formel A[A_xM_y]O_2+z ausgedrückt wird (A beinhaltet mindestens ein Element aus Li, Na und K; M beinhaltet mindestens ein Element, das aus Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru und Cr ausgewählt ist; o ≤ x, 1 ≤ x+y ≤ 2, 0,1 ≤ z ≤ 2; und die stöchiometrischen Koeffizienten x, y, z und M sind so ausgewählt, dass die Verbindung die elektrische Neutralität beibehält).
In einem anderen Beispiel kann das Positivelektrodenaktivmaterial eine Alkalimetallverbindung xLiM¹O₂-(1-x)Li₂M²O₃ sein, die in US6,677,082 , US6,680,143 et al. offenbart ist, wobei M¹ mindestens ein Element mit einer durchschnittlichen Oxidationsstufe 3 beinhaltet; M² mindestens ein Element mit einer durchschnittlichen Oxidationsstufe 4 beinhaltet; und o ≤ x ≤ 1).
In noch einem anderen Beispiel kann das Positivelektrodenaktivmaterial Lithiummetallphosphat sein, das durch eine allgemeine Formel Li_aM¹ _xFe_1-xM² _yP_1-yM³ _zO_4-z ausgedrückt wird (M¹ beinhaltet mindestens ein Element, das aus Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg und Al ausgewählt ist; M² beinhaltet mindestens ein Element, das aus Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V und S ausgewählt ist; M³ beinhaltet ein Halogenelement, das optional F beinhaltet; o < a ≤ 2, o ≤ x ≤ 1, o ≤ y < 1, o ≤ z < 1; die stöchiometrischen Koeffizienten a, x, y, z, M¹, M² und M³ sind so ausgewählt, dass die Verbindung die elektrische Neutralität beibehält) oder Li₃M₂(PO₄)₃ [M beinhaltet mindestens ein Element, das aus Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg und Al ausgewählt ist].
Vorzugsweise kann das Positivelektrodenaktivmaterial Primärpartikel und/oder Sekundärpartikel beinhalten, in denen die Primärpartikel aggregiert sind.
In einem Beispiel kann das Negativelektrodenaktivmaterial Kohlenstoffmaterial, Lithiummetall oder eine Lithiummetallverbindung, eine Verbindung auf Siliziumbasis, Zinn oder eine Zinnverbindung oder dergleichen verwenden. Metalloxide wie etwa TiO2 und SnO2 mit einem Potential von weniger als 2 V können auch als das Negativelektrodenaktivmaterial verwendet werden. Als das Kohlenstoffmaterial kann niedrigkristalliner Kohlenstoff, hochkristalliner Kohlenstoff oder dergleichen verwendet werden.
Das Negativelektrodenaktivmaterial kann ein Aktivmaterial auf Siliziumbasis beinhalten, das Aktivmaterial auf Siliziumbasis kann eines oder mehrere beinhalten, die aus der Gruppe bestehend aus Si-Partikeln, Siliziumoxid (z. B. SiOx (0 < x < 2)), SiC und einer Si-Legierung ausgewählt sind. In einem Beispiel kann das Aktivmaterial auf Siliziumbasis (z. B. SiO) in einer Menge von 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, 2 Gew.-% bis 6 Gew.-% oder 2 Gew.-% bis 5 Gew.-% des gesamten Negativelektrodenaktivmaterials zugegeben werden. Wenn die Menge des Aktivmaterials auf Siliziumbasis (z. B. SiO) innerhalb des numerischen Bereichs gesteuert wird, kann die Zugabe von SiO die Kapazität der negativen Elektrode erhöhen, während die Volumenausdehnung der negativen Elektrode, die das Kollabieren des Kerns der Elektrodenanordnung beeinflusst, auf ein handhabbares Niveau unterdrückt wird.
Der Separator kann einen porösen Polymerfilm verwenden, zum Beispiel einen porösen Polymerfilm, hergestellt aus einem Polymer auf Polyolefinbasis, wie etwa Ethylenhomopolymer, Propylenhomopolymer, Ethylen/Buten-Copolymer, Ethylen/Hexen-Copolymer, Ethylen/Methacrylat-Copolymer oder dergleichen, oder Laminate davon. Als ein anderes Beispiel kann der Separator einen üblichen porösen Vliesstoff verwenden, zum Beispiel einen Vliesstoff, hergestellt aus Glasfaser mit hohem Schmelzpunkt, Polyethylenterephthalatfaser oder dergleichen.
Mindestens eine Oberfläche des Separators kann eine Beschichtungsschicht aus anorganischen Partikeln beinhalten. Es ist auch möglich, dass der Separator selbst aus einer Beschichtungsschicht aus anorganischen Partikeln hergestellt ist. Die Partikel, die die Beschichtungsschicht bilden, können eine Struktur aufweisen, die mit einem Bindemittel gekoppelt ist, sodass interstitielle Volumina zwischen benachbarten Partikeln existieren.
Die anorganischen Partikel können aus einem anorganischen Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 5 oder mehr hergestellt sein. Die anorganischen Partikel können mindestens ein Material enthalten, das aus der Gruppe bestehend aus Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT), Pb_1-xLa_xZr_1-yTi_yO₃ (PLZT), PB(Mg₃Nb_2/3)O₃, PbTiO₃ (PMN-PT), BaTiO₃, Hafniumoxid (HfO₂), SrTiO₃, TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, SnO₂, CeO₂, MgO, CaO, ZnO und Y₂O₃ ausgewählt ist.
Der Elektrolyt kann ein Salz mit einer Struktur wie A⁺B^- sein. Dabei enthält A⁺ ein alkalisches Metallkation wie beispielsweise Li⁺, Na⁺ oder K⁺, oder eine Kombination hiervon. B^- enthält mindestens ein Anion, das aus der Gruppe bestehend aus F^-, Cl^-, Br, I^-, NO₃ ^-, N(CN)₂ ^-, BF₄ ^-, ClO₄ ^-, AlO₄ ^-, AlCl₄ ^-, PF₆ ^-, SbF₆ ^-, ASF₆ ^-, BF₂C₂O₄ ^-, BC₄O₈ ^-, (CF₃)₂PF₄ ^-, (CF₃)₃PF₃ ^-, (CF₃)₄PF₂ ^-, (CF₃)₅PF^-, (CF₃)₆P^-, CF₃SO₃ ^-, C₄F₉SO₃ ^-, CF₃CF₂SO₃ ^-, (CF₃SO₂)₂N^-, (FSO₂)₂N^-, CF₃CF₂(CF₃)₂CO^-, (CF₃SO₂)₂CH^-, (SF₅)₃C^-, (CF₃SO₂)₃C^-, CF₃(CF₂)₇SO₃ ^-, CF₃CO₂ ^-, CH₃CO₂ ^-, SCN^- und (CF₃CF₂SO₂)₂N^- ausgewählt ist.
Der Elektrolyt kann auch in einem organischen Lösungsmittel gelöst sein. Das organische Lösungsmittel kann Propylencarbonat (PC), Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC), Dipropylcarbonat (DPC), Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Dimethoxyethan, Diethoxyethan, Tetrahydrofuran, N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Ethylmethylcarbonat (EMC), γ-Butyrolacton oder eine Mischung davon verwenden.
Nachstehend wird die Struktur der Elektrode und der Elektrodenanordnung, die zur Herstellung der zylindrischen Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, beschrieben. Anschließend wird die Struktur der zylindrischen Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ebenfalls ausführlich beschrieben.
Die Gestaltung der Elektrode, der Elektrodenanordnung und der zylindrischen Batterie, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, zusammen mit der Gestaltung der Position des Elektrodenendes, die oben beschrieben ist, ist beim Verhindern oder Abschwächen des Kollabierens des Elektrodenanordnungskerns wirksam. Insbesondere kann die Schweißstruktur des Stromabnehmers, der den Biegeoberflächenbereich verwendet, der durch Biegen des unbeschichteten Abschnitts der positiven Elektrode und/oder der negativen Elektrode gebildet wird, die Position der positiven Elektrode und/oder der negativen Elektrode fest fixieren, wodurch der Grad der Drehfreiheit der Elektrode nahe dem Kern der Elektrodenanordnung verringert wird.
14a ist eine Draufsicht, die eine Struktur einer Elektrode 40 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 14a beinhaltet die Elektrode 40 der ersten Ausführungsform einen Stromabnehmer 41, der aus einer Metallfolie und einer Aktivmaterialschicht 42 hergestellt ist. Die Metallfolie kann ein leitfähiges Metall, wie etwa Aluminium oder Kupfer, sein und wird gemäß der Polarität der Elektrode 40 geeignet ausgewählt. Die Aktivmaterialschicht 42 ist auf mindestens einer Oberfläche des Stromabnehmers 41 gebildet. Die Aktivmaterialschicht 42 ist entlang der Wickelrichtung X gebildet. Die Elektrode 40 beinhaltet einen unbeschichteten Abschnitt 43 an dem langen Seitenende in der Wickelrichtung X. Der unbeschichtete Abschnitt 43 ist ein Teilbereich des Stromabnehmers 41, der nicht mit dem Aktivmaterial beschichtet ist. Der Bereich des Stromabnehmers 41, in dem die Aktivmaterialschicht 42 gebildet ist, kann als Aktivmaterialabschnitt bezeichnet werden.
In der Elektrode 40 kann die Breite des Aktivmaterialabschnitts in der Kurzseitenrichtung des Stromabnehmers 41 50 mm bis 120 mm betragen, und die Länge des Aktivmaterialabschnitts in der Langseitenrichtung des Stromabnehmers 41 kann 3 m bis 5 m betragen. Daher kann das Verhältnis der Kurzseite zu der Langseite des Aktivmaterialabschnitts 1,0% bis 4,0% betragen.
Vorzugsweise kann in der Elektrode 40 die Breite des Aktivmaterialabschnitts in der Kurzseitenrichtung des Stromabnehmers 41 60 mm bis 70 mm betragen, und die Länge des Aktivmaterialabschnitts in der Langseitenrichtung des Stromabnehmers 41 kann 3 m bis 5 m betragen. Daher kann das Verhältnis der Kurzseite zu der Langseite des Aktivmaterialabschnitts 1,2% bis 2,3% betragen.
Das Verhältnis der Kurzseite zu der Langseite des Aktivmaterialabschnitts ist signifikant kleiner als 6% bis 11%, das heißt das Verhältnis der Kurzseite zu der Langseite des Aktivmaterialabschnitts einer Elektrode, die in einer zylindrischen Batterie mit einem Formfaktor von 1865 oder 2170 verwendet wird.
Vorzugsweise kann der Stromabnehmer 41 eine Dehnung von 1,5% bis 3,0% und eine Zugfestigkeit von 25 kgf/mm² bis 35 kgf/mm² aufweisen. Die Dehnung und Zugfestigkeit können gemäß dem Messverfahren von IPC-TM-650 gemessen werden. Die Elektrode 40 wird durch Bilden einer Aktivmaterialschicht 42 auf dem Stromabnehmer 41 und dann Komprimieren desselben hergestellt. Wenn komprimiert, weisen der Bereich des unbeschichteten Abschnitts 43 und der Bereich der Aktivmaterialschicht 42 unterschiedliche Dehnungen auf. Daher wird eine Schwellung auf der Elektrode 40 nach der Kompression gebildet, und wenn die Elektrode 40 länger ist, ist die Schwellung schwerer.
Die Optimierung der Dehnung und Zugfestigkeit des Stromabnehmers 41 reduziert die Wölbungslänge nach der Kompression auf weniger als 20 mm, wenn die Länge der Elektrode 40 etwa 4 m beträgt. Die Wölbungslänge ist ein maximaler Auslenkungsbetrag der Elektrode 40 in der Wicklungsrichtung X, wenn die gequollene Elektrode 20 ausgebreitet wird. Der maximale Auslenkungsbetrag kann am Ende des Außenumfangs gemessen werden. Da die Elektrode 40, bei der die Dehnung und Zugfestigkeit des Stromabnehmers 41 optimiert sind, eine kleine Wölbungslänge aufweist, treten während des Kerbvorgangs des unbeschichteten Abschnitts 43 oder des Wicklungsprozesses der Elektrode 40 keine mäanderförmigen Defekte auf.
Es ist wahrscheinlicher, dass der Stromabnehmer 41 bricht, wenn die Dehnung kleiner ist. Wenn die Dehnung des Stromabnehmers 41 weniger als 1,5 % beträgt, wird die Walzprozesseffizienz des Stromabnehmers 41 reduziert, und somit kann eine Trennung im Stromabnehmer 41 auftreten, wenn die Elektrode 40, die mit der Aktivmaterialschicht 42 beschichtet ist, auf den Stromabnehmer 41 gedrückt wird. Währenddessen, wenn die Dehnung des Stromabnehmers 41 3,0 % überschreitet, nimmt die Wölbungslänge stark zu, wenn die Dehnung des Aktivmaterialabschnitts der Elektrode 40 zunimmt. Wenn die Zugfestigkeit des Stromabnehmers 41 weniger als 25 kgf/mm² oder mehr als 35 kgf/mm² beträgt, wird die Elektrodenprozesseffizienz der Elektrode 40 verschlechtert.
Das Wölbungsphänomen ist für Stromabnehmer positiver Elektroden, die aus Aluminiumfolie hergestellt sind, besonders problematisch. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Wölbungsphänomen unterdrückt werden, indem eine Aluminiumfolie mit einer Dehnung von 1,5% bis 3,0% und einer Zugfestigkeit von 25 kgf/mm² bis 35 kgf/mm² als Stromabnehmer verwendet wird. Es ist wünschenswert, eine Aktivmaterialschicht auf dem Stromabnehmer zu bilden und sie als positive Elektrode zu verwenden.
Vorzugsweise kann eine isolierende Beschichtungsschicht 44 an einer Grenze zwischen der Aktivmaterialschicht 42 und dem unbeschichteten Abschnitt 43 gebildet sein. Die isolierende Beschichtungsschicht 44 ist derart gebildet, dass mindestens ein Teil davon mit der Grenze zwischen der Aktivmaterialschicht 42 und dem unbeschichteten Abschnitt 43 überlappt. Die isolierende Beschichtungsschicht 44 verhindert einen Kurzschluss zwischen zwei Elektroden, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen und einander zugewandt sind, wobei ein Separator dazwischen angeordnet ist. Die isolierende Beschichtungsschicht 44 kann eine Grenze zwischen der Aktivmaterialschicht 42 und dem unbeschichteten Abschnitt 43 mit einer Breite von 0,3 mm bis 5 mm bedecken. Die Breite der isolierenden Beschichtungsschicht 44 kann entlang der Wicklungsrichtung der Elektrode 40 variieren. Die isolierende Beschichtungsschicht 44 kann ein Polymerharz und einen anorganischen Füllstoff, wie etwa Al₂O₃, beinhalten. Da der Abschnitt des Stromabnehmers 41, der von der isolierenden Beschichtungsschicht 44 bedeckt ist, kein Bereich ist, der mit einer Aktivmaterialschicht beschichtet ist, kann er als unbeschichteter Abschnitt betrachtet werden.
Der unbeschichtete Abschnitt 43 beinhaltet einen kernseitigen unbeschichteten Abschnitt B1, der an den Kern der Elektrodenanordnung angrenzt, einen außenumfangsseitigen unbeschichteten Abschnitt B3, der an den Außenumfang der Elektrodenanordnung angrenzt, und einen unbeschichteten Zwischenabschnitt B2, der zwischen dem kernseitigen unbeschichteten Abschnitt B1 und dem außenumfangsseitigen unbeschichteten Abschnitt B3 angeordnet ist.
Der kernseitige unbeschichtete Abschnitt B1, der außenumfangsseitige unbeschichtete Abschnitt B3 und der unbeschichtete Zwischenabschnitt B3 können jeweils als ein unbeschichteter Abschnitt in einem Bereich, der an den Kern angrenzt, ein unbeschichteter Abschnitt in einem Bereich, der an den Außenumfang angrenzt, und ein unbeschichteter Abschnitt des verbleibenden Bereichs, der von den obigen Bereichen verschieden ist, definiert sein, wenn die Elektrode 40 zu einer Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ gewickelt wird.
Nachstehend werden der kernseitige unbeschichtete Abschnitt B1, der außenumfangsseitige unbeschichtete Abschnitt B3 und der unbeschichtete Zwischenabschnitt B2 jeweils als ein erster Abschnitt, ein zweiter Abschnitt und ein dritter Abschnitt bezeichnet.
In einem Beispiel kann der erste Abschnitt B1 ein unbeschichteter Abschnitt eines Elektrodenbereichs sein, der die innerste Wicklungswindung beinhaltet, und der zweite Abschnitt kann ein unbeschichteter Abschnitt eines Elektrodenbereichs sein, der die äußerste Wicklungswindung beinhaltet. Die Wicklungswindung kann basierend auf dem kernseitigen Ende der Elektrodenanordnung gezählt werden.
In einem anderen Beispiel kann die Grenze von B1/B2 angemessen als ein Punkt definiert sein, an dem sich die Höhe (oder das Änderungsmuster) des unbeschichteten Abschnitts im Wesentlichen ändert, während er von dem Kern der Elektrodenanordnung zu dem Außenumfang geht, oder als ein Punkt eines vorbestimmten % basierend auf dem Radius der Elektrodenanordnung (z. B. 5 % Punkt, 10 % Punkt, 15 % Punkt oder dergleichen des Radius).
Die Grenze von B2/B3 kann als ein Punkt definiert sein, an dem sich die Höhe (oder das Änderungsmuster) des unbeschichteten Abschnitts im Wesentlichen ändert, während er von dem Außenumfang der Elektrodenanordnung zu dem Kern geht, oder als ein Punkt eines vorbestimmten % basierend auf dem Radius der Elektrodenanordnung (z. B. 85% Punkt, 90 % Punkt, 95 % Punkt oder dergleichen des Radius). Wenn die Grenze von B1/B2 und die Grenze von B2/B3 bestimmt sind, kann der dritte Abschnitt B2 automatisch bestimmt werden.
Wenn nur die Grenze von B1/B2 bestimmt ist, kann die Grenze von B2/B3 angemessen an einem Punkt nahe dem Außenumfang der Elektrodenanordnung ausgewählt werden. In einem Beispiel kann der zweite Abschnitt als ein unbeschichteter Abschnitt eines Bereichs der Elektrode definiert sein, der die äußerste Wicklungswindung bildet. Umgekehrt, wenn nur die Grenze von B2/B3 bestimmt ist, kann die Grenze von B1/B2 angemessen an einem Punkt nahe dem Kern der Elektrodenanordnung ausgewählt werden. In einem Beispiel kann der erste Abschnitt als ein unbeschichteter Abschnitt eines Bereichs der Elektrode definiert sein, der die innerste Wicklungswindung bildet.
Es ist nicht ausgeschlossen, dass eine andere Struktur zwischen dem ersten Abschnitt B1 und dem dritten Abschnitt B2 angeordnet ist. Auch ist es nicht ausgeschlossen, dass eine andere Struktur zwischen dem dritten Abschnitt B2 und dem zweiten Abschnitt B3 angeordnet ist.
In der ersten Ausführungsform ist die Höhe des unbeschichteten Abschnitts 43 nicht konstant und es gibt einen relativen Unterschied in der Wickelrichtung X. Das heißt, die Höhe (Länge in der Y-Achsenrichtung) des zweiten Abschnitts B3 ist 0 oder mehr, ist aber relativ kleiner als diejenigen des ersten Abschnitts B1 und des dritten Abschnitts B2. Hier kann die Höhe jedes Abschnitts eine durchschnittliche Höhe oder eine maximale Höhe sein, die unten auf die gleiche Weise angewendet wird. In der Wicklungsrichtung ist der dritte Abschnitt B2 länger als der erste Abschnitt B1 und der zweite Abschnitt B3.
14b ist eine Draufsicht, die die Struktur einer Elektrode 45 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 14b ist die Elektrode 45 der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche wie die erste Ausführungsform, außer dass die Höhe des zweiten Abschnitts B3 allmählich zum Außenumfang hin abnimmt.
In einer Modifikation kann der zweite Abschnitt B3 in eine Stufenform verformt werden, in der die Höhe stufenweise abnimmt (siehe gepunktete Linie).
14c ist eine Draufsicht, die die Struktur einer Elektrode 50 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 14c sind in der Elektrode 50 der dritten Ausführungsform die Höhen des ersten Abschnitts B1 und des zweiten Abschnitts B3 0 oder mehr, sind aber relativ kleiner als der dritte Abschnitt B2. Außerdem können die Höhen des ersten Abschnitts B1 und des zweiten Abschnitts B3 gleich oder unterschiedlich sein.
Vorzugsweise kann die Höhe des dritten Abschnitts B2 eine Stufenform aufweisen, die vom Kern zum Außenumfang hin allmählich zunimmt.
Die Muster 1 bis 7 klassifizieren den dritten Abschnitt B2 basierend auf der Position, an der sich die Höhe des unbeschichteten Abschnitts 43 ändert. Vorzugsweise können die Anzahl der Muster und die Höhe (Länge in der Y-Achsenrichtung) und Breite (Länge in der X-Achsenrichtung) jedes Musters eingestellt werden, um die Spannung während des Biegens des unbeschichteten Abschnitts 43 so weit wie möglich zu verteilen. Die Spannungsverteilung soll verhindern, dass der unbeschichtete Abschnitt 43 abgerissen wird, wenn der unbeschichtete Abschnitt 43 in Richtung des Kerns der Elektrodenanordnung gebogen wird.
Die Breite (d_B1) des ersten Abschnitts B1 wird durch Anwenden der Bedingung gestaltet, dass der Kern der Elektrodenanordnung nicht bedeckt ist, wenn die Muster des dritten Abschnitts B2 in Richtung des Kerns gebogen werden. Der Kern bedeutet einen Hohlraum, der in der Wickelmitte der Elektrodenanordnung existiert.
In einem Beispiel kann die Breite (d_B1) des ersten Abschnitts B1 proportional zu der Biegelänge des Musters 1 zunehmen. Die Biegelänge entspricht der Höhe des Musters basierend auf dem Biegepunkt des Musters.
Vorzugsweise kann die Breite (d_B1) des ersten Abschnitts B1 so eingestellt werden, dass die Breite in radialer Richtung der Wicklungswindungen, die durch den ersten Abschnitt B1 gebildet werden, gleich oder größer als die Biegelänge des Musters 1 ist. In einer Modifikation kann die Breite (d_B1) des ersten Abschnitts B1 so eingestellt werden, dass der Wert, der durch Subtrahieren der radialen Breite der Wicklungswindungen, die durch den ersten Abschnitt B1 gebildet werden, von der Biegelänge des Musters 1 erhalten wird, weniger als o oder 10 % oder weniger des Radius des Kerns beträgt.
In einem spezifischen Beispiel, wenn die Elektrode 60 verwendet wird, um eine Elektrodenanordnung einer zylindrischen Batterie mit einem Formfaktor von 4680 herzustellen, kann die Breite (d_B1) des ersten Abschnitts B1 abhängig von dem Durchmesser des Kerns der Elektrodenanordnung und der Biegelänge des Musters 1 auf 180 mm bis 350 mm eingestellt werden.
In einer Ausführungsform kann die Breite jedes Musters gestaltet sein, um eine oder mehrere Wicklungswindungen der Elektrodenanordnung zu bilden.
In einer Modifikation kann die Höhe des dritten Abschnitts B2 eine Stufenform aufweisen, in der die Höhe vom Kern zum Außenumfang hin zunimmt und dann abnimmt.
In einer anderen Modifikation kann der zweite Abschnitt B3 so verformt werden, dass er die gleiche Struktur wie die zweite Ausführungsform aufweist.
In noch einer anderen Modifikation kann die Musterstruktur, die auf den dritten Abschnitt B2 angewendet wird, auf den zweiten Abschnitt B3 ausgedehnt werden (siehe gepunktete Linie).
14d ist eine Draufsicht, die die Struktur einer Elektrode 60 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 7a weisen in der Elektrode 60 der vierten Ausführungsform der erste Abschnitt B1 und der zweite Abschnitt B3 Höhen von o oder mehr in der Wickelachsenrichtung Y auf, sind aber relativ kleiner als der dritte Abschnitt B2. Zusätzlich können die Höhen des ersten Abschnitts B1 und des zweiten Abschnitts B3 in der Wickelachsenrichtung Y gleich oder unterschiedlich sein.
Vorzugsweise kann mindestens ein Teilbereich des dritten Abschnitts B2 mehrere Segmente 61 aufweisen. Die Höhen der mehreren Segmente 61 können von dem Kern zu dem Außenumfang hin stufenweise zunehmen. Die mehreren Segmente 61 weisen eine geometrische Form auf, in der die Breite von unten nach oben abnimmt. Vorzugsweise ist die geometrische Figur ein Trapez. Wie später beschrieben wird, kann die Form der geometrischen Figur auf verschiedene Weisen modifiziert werden.
Das Segment 61 kann durch Laserkerben (Laser Notching) gebildet werden. Das Segment 61 kann durch einen bekannten Metallfolienschneidprozess, wie etwa Ultraschallschneiden oder Stanzen, gebildet werden.
In der vierten Ausführungsform, um zu verhindern, dass die Aktivmaterialschicht 42 und/oder die isolierende Beschichtungsschicht 44 während des Biegens des unbeschichteten Abschnitts 43 beschädigt werden, ist es bevorzugt, einen vorbestimmten Spalt zwischen dem Boden (ein Abschnitt, der in 14e mit G bezeichnet ist) der geschnittenen Nut zwischen den Segmenten 61 und der Aktivmaterialschicht 42 bereitzustellen. Dies liegt daran, dass eine Spannung nahe dem Boden der geschnittenen Nut 63 konzentriert wird, wenn der unbeschichtete Abschnitt 43 gebogen wird. Der Spalt kann entlang der Wicklungsrichtung der Elektrode 60 variiert werden. Der Spalt beträgt 0,2 mm bis 4 mm, vorzugsweise 1,5 mm bis 2,5 mm. Wenn der Spalt innerhalb des entsprechenden numerischen Bereichs eingestellt wird, ist es möglich, zu verhindern, dass die Aktivmaterialschicht 42 und/oder die isolierende Beschichtungsschicht 44 nahe dem Boden der geschnittenen Nut 63 durch die Spannung beschädigt werden, die während des Biegens des unbeschichteten Abschnitts 43 erzeugt wird. Der Spalt kann verhindern, dass die Aktivmaterialschicht 42 und/oder die isolierende Beschichtungsschicht 44 aufgrund einer Toleranz während des Kerbens („Notching“) oder Schneidens des Segments 61 beschädigt werden. In einer Richtung parallel zu der Wicklungsrichtung kann der Spalt im Wesentlichen gleich sein oder kann variieren. In dem letzteren Fall können die Spalte der mehreren Segmente einzeln, in einer Gruppeneinheit oder in zwei oder mehr Gruppeneinheiten entlang einer Richtung parallel zu der Wicklungsrichtung variiert werden. Das untere Ende der geschnittenen Nut 63 und der isolierenden Beschichtungsschicht 44 können um 0,5 mm bis 2,0 mm voneinander beabstandet sein. In einer Richtung parallel zu der Wicklungsrichtung kann der Trennungsabstand zwischen dem unteren Ende der geschnittenen Nut 63 und der isolierenden Beschichtungsschicht 44 im Wesentlichen gleich oder variabel sein. In dem letzteren Fall können die Trennungsabstände der mehreren Segmente einzeln, in einer Gruppeneinheit oder in zwei oder mehr Gruppeneinheiten entlang einer Richtung parallel zu der Wicklungsrichtung variiert werden. Wenn die Elektrode 60 gewickelt wird, kann sich das Ende der isolierenden Beschichtungsschicht 44 in der Richtung der Wicklungsachse Y in dem Bereich von -2 mm bis 2 mm entlang der Richtung der Wicklungsachse bezüglich des Endes des Separators befinden. Die isolierende Beschichtungsschicht 44 kann einen Kurzschluss zwischen zwei Elektroden, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen und einander zugewandt sind, wobei ein Separator dazwischen angeordnet ist, verhindern und kann einen Biegepunkt unterstützen, wenn das Segment 61 gebogen wird. Um den Kurzschlussverhinderungseffekt zwischen den zwei Elektroden zu verbessern, kann die isolierende Beschichtungsschicht 44 der Außenseite des Separators ausgesetzt sein. Zusätzlich kann, um den Effekt des Verhinderns eines Kurzschlusses zwischen den zwei Elektroden weiter zu maximieren, die Breite der isolierenden Beschichtungsschicht 44 vergrößert werden, so dass sich das Ende der isolierenden Beschichtungsschicht 44 in der Richtung der Wicklungsachse Y über dem unteren Ende der geschnittenen Nut 63 befindet. In einer Ausführungsform kann sich das Ende der isolierenden Beschichtungsschicht 44 in der Richtung der Wicklungsachse in einem Bereich von -2 mm bis +2 mm bezüglich des unteren Endes der geschnittenen Nut 63 befinden. Die Dicke der isolierenden Beschichtungsschicht 44 kann kleiner als die Dicke der Aktivmaterialschicht 42 sein. In diesem Fall kann ein Spalt zwischen der Oberfläche der isolierenden Beschichtungsschicht 44 und dem Separator existieren.
In einem Aspekt können die mehreren Segmente 61 mehrere Segmentgruppen bilden, die von dem Kern zu dem Außenumfang gehen. Die Breite und/oder die Höhe und/oder der Trennungsabstand von Segmenten, die zu derselben Segmentgruppe gehören, können im Wesentlichen gleich sein. Vorzugsweise können die Breite, die Höhe und der Trennungsabstand der Segmente, die zu derselben Segmentgruppe gehören, im Wesentlichen gleich sein.
Vorzugsweise können die Breite, die Höhe und der Trennungsabstand der Segmente, die zu derselben Segmentgruppe gehören, im Wesentlichen gleich sein.
Gemäß einem anderen Aspekt können die Trennungsabstände der mehreren Segmente von dem Kern zu dem Außenumfang hin in einer Gruppeneinheit oder in zwei oder mehr Gruppeneinheiten allmählich oder stufenweise zunehmen, oder umgekehrt.
Gemäß noch einem anderen Aspekt können die Trennungsabstände der mehreren Segmente von dem Kern zu dem Außenumfang hin in einer Gruppeneinheit oder in zwei oder mehr Gruppeneinheiten allmählich oder stufenweise zunehmen und dann allmählich oder stufenweise abnehmen, oder umgekehrt.
Gemäß noch einem anderen Aspekt kann in den mehreren Segmenten der Spalt zwischen dem unteren Ende der geschnittenen Nut 63 und der isolierenden Beschichtungsschicht 44 oder der Aktivmaterialschicht 42 von dem Kern zu dem Außenumfang hin allmählich oder stufenweise zunehmen, oder umgekehrt.
Gemäß noch einem anderen Aspekt kann in den mehreren Segmenten der Spalt zwischen dem unteren Ende der geschnittenen Nut 63 und der isolierenden Beschichtungsschicht 44 oder der Aktivmaterialschicht 42 von dem Kern zu dem Außenumfang hin allmählich oder stufenweise zunehmen oder allmählich oder stufenweise abnehmen, oder umgekehrt.
14e ist ein Diagramm, das die Definitionen von Breite D, Höhe H und Trennungsabstand P eines trapezförmigen Segments 61 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 14e sind die Breite (D), die Höhe (H) und der Trennungsabstand (P) des Segments 61 ausgelegt, um zu verhindern, dass der unbeschichtete Abschnitt 43 nahe dem Biegepunkt während des Biegens des unbeschichteten Abschnitts 43 abgerissen wird, und um eine anormale Verformung des unbeschichteten Abschnitts 43 zu verhindern, während die Anzahl von überlappenden Schichten des unbeschichteten Abschnitts 43 ausreichend erhöht wird, um eine ausreichende Schweißfestigkeit sicherzustellen.
Das Segment 61 wird an der Linie G, die durch den Boden der geschnittenen Nut 63 verläuft, oder an der Oberseite davon gebogen. Die geschnittene Nut 63 ermöglicht ein sanftes und einfaches Biegen des Segments 61 in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung.
Die Breite (D) des Segments 61 ist als die Länge zwischen zwei Punkten definiert, an denen zwei gerade Linien, die sich von beiden Seiten 63b des Segments 61 erstrecken, eine gerade Linie treffen, die sich von dem Boden 63a der geschnittenen Nut 63 erstreckt. Die Höhe (H) des Segments 61 ist als der kürzeste Abstand zwischen dem obersten Rand des Segments 61 und einer geraden Linie definiert, die sich von dem Boden 63a der geschnittenen Nut 63 erstreckt. Der Trennungsabstand (P) des Segments 61 ist als die Länge zwischen zwei Punkten definiert, an denen eine gerade Linie, die sich von dem Boden 63a der geschnittenen Nut 63 erstreckt, gerade Linien trifft, die sich von beiden Seiten 63b erstrecken, die mit dem Boden 63a verbunden sind. Wenn die Seite 63b und/oder der Boden 63a gekrümmt ist, kann die gerade Linie durch eine Tangente ersetzt werden, die sich von der Seite 63b und/oder dem Boden 63a an einem Schnittpunkt erstreckt, an dem sich die Seite 63b und der Boden 63a treffen.
Vorzugsweise beträgt die Breite (D) des Segments 61 1 mm oder mehr. Wenn D weniger als 1 mm beträgt, kann, wenn das Segment 61 in Richtung des Kerns gebogen wird, ein Bereich oder ein leerer Raum (Spalt) auftreten, in dem sich die Segmente 61 nicht genug überlappen, um eine ausreichende Schweißfestigkeit ausreichend zu gewährleisten.
Vorzugsweise kann die Breite (D) der Segmente 61 in Abhängigkeit von dem Radius der Wicklungswindung, in der sich die Segmente 61 befinden, adaptiv eingestellt werden, so dass sich die Segmente 61 in der radialen Richtung gut überlappen, wenn die Segmente 61 in Richtung des Kerns der Elektrodenanordnung gebogen werden.
14f ist ein Diagramm, das einen Bogen (A₁A₂) zeigt, der durch ein unteres Ende (Linie D_ab in 14e) des Segments 61 gebildet ist, wobei die Breite D des Segments 61 bezüglich der Mitte O des Kerns der Elektrodenanordnung definiert ist, wenn die Elektrode 60 gewickelt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 14f weist der Bogen (A₁A₂) eine Länge auf, die der Breite (D) des Segments 61 entspricht, und weist einen Umfangswinkel (Φ) bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung auf. Der Umfangswinkel (Φ) kann als der Winkel zwischen zwei Liniensegmenten definiert sein, die beide Enden des Bogens (A₁A₂) und die Mitte O des Kerns auf einer Ebene senkrecht zu der Wicklungsachse verbinden, die durch den Bogen (A₁A₂) verläuft.
Wenn die Länge des Bogens (A₁A₂) des Segments 61 gleich ist, nimmt der Umfangswinkel (Φ) ab, wenn der Radius (r) der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, zunimmt. Umgekehrt, wenn der Umfangswinkel (Φ) des Segments 61 gleich ist, nimmt die Länge des Bogens (A₁A₂) proportional zu, wenn der Radius (r) der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, zunimmt.
Der Umfangswinkel (Φ) beeinflusst die Biegequalität des Segments 61. In der Zeichnung gibt ein durchgezogener Pfeil eine Richtung der Kraft an, die angewendet wird, um das Segment 61 zu biegen, und ein gepunkteter Pfeil gibt eine Richtung an, in der das Segment 61 gebogen wird. Die Biegerichtung ist eine Richtung zu der Mitte O des Kerns.
Der Umfangswinkel (Φ) des Segments 61 kann 45 Grad oder weniger, vorzugsweise 30 Grad oder weniger, in Abhängigkeit von dem Radius (r) der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, betragen, um die Biegegleichmäßigkeit zu verbessern und Rissbildung zu verhindern.
Gemäß einem Aspekt kann der Umfangswinkel (Φ) des Segments 61 entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung innerhalb des vorstehenden numerischen Bereichs allmählich oder stufenweise zunehmen oder abnehmen. Gemäß einem anderen Aspekt kann der Umfangswinkel (Φ) des Segments 61 entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung innerhalb des vorstehenden numerischen Bereichs allmählich oder stufenweise zunehmen oder allmählich oder stufenweise abnehmen, oder umgekehrt. Gemäß einem anderen Aspekt kann der Umfangswinkel (Φ) des Segments 61 entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung innerhalb des vorstehenden numerischen Bereichs im Wesentlichen gleich sein.
Gemäß Experimenten ist, wenn der Umfangswinkel (Φ) des Segments 61 45 Grad überschreitet, die Biegeform des Segments 61 nicht gleichmäßig. Die Differenz zwischen der Kraft, die auf den mittleren Teil des Segments 61 angewendet wird, und der Kraft, die auf den Seitenteil angewendet wird, nimmt zu, so dass die Kompression des Segments 61 in der Umfangsrichtung nicht gleichmäßig ist. Zusätzlich können, wenn die Druckkraft für die Gleichmäßigkeit der Biegung erhöht wird, Risse in dem unbeschichteten Abschnitt 43 in der Nähe der geschnittenen Nut 63 auftreten.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Umfangswinkel (Φ) der Segmente 61, die in der Elektrode 60 enthalten sind, im Wesentlichen gleich, und die Breiten der Segmente 61 können proportional zunehmen, wenn der Radius (r) der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, zunimmt. Der Begriff „im Wesentlichen gleich“ bedeutet vollständig identisch oder mit einer Varianz von weniger als 5 %.
Wenn zum Beispiel der Radius der Elektrodenanordnung 22 mm beträgt, der Radius des Kerns 4 mm beträgt, sind die Segmente 61 beginnend von der Wicklungswindung, die sich an dem Punkt befindet, an dem der Radius 7 mm beträgt, angeordnet, wenn die Umfangswinkel (Φ) der Segmente 61 mit 28,6 Grad gleichmäßig sind, können die Breiten (D) der Segmente 61 proportional gemäß dem Radius (r) der Wicklungswindung, in der sich die Segmente 61 befinden, zunehmen, wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Das heißt, die Breiten der Segmente 61 können mit im Wesentlichen der gleichen Rate um 0,5 mm immer dann zunehmen, wenn der Radius (r) der Wicklungswindung um 1 mm zunimmt.
Vorzugsweise kann die Breite D(r) des Segments 61, das sich in einer Wicklungswindung mit einem Radius von r basierend auf der Kernmitte O der Elektrodenanordnung befindet, innerhalb eines Bereichs bestimmt werden, der die nachstehende Formel 1 erfüllt. $1 \leq D (r) \leq (2 * π * r / 360 °) * 45 °$
Vorzugsweise können die Breiten D(r) der mehreren Segmente 61 in der Wicklungsrichtung allmählich oder stufenweise zunehmen, wenn der Radius r der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, basierend auf der Kernmitte der Elektrodenanordnung zunimmt, oder umgekehrt.
Gemäß einem anderen Aspekt können die Breiten D(r) der mehreren Segmente 61 in der Wicklungsrichtung allmählich oder stufenweise in dem Bereich von 1 mm bis 11 mm zunehmen, wenn der Radius r der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, basierend auf der Kernmitte der Elektrodenanordnung zunimmt, oder umgekehrt.
Gemäß noch einem anderen Aspekt können die Breiten D(r) der mehreren Segmente 61 in der Wicklungsrichtung allmählich oder stufenweise zunehmen und dann allmählich oder stufenweise abnehmen, wenn der Radius r der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, basierend auf der Kernmitte der Elektrodenanordnung zunimmt, oder umgekehrt.
Gemäß noch einem anderen Aspekt können die Breiten D(r) der mehreren Segmente 61 in der Wicklungsrichtung allmählich oder stufenweise zunehmen und dann allmählich oder stufenweise in dem Bereich von 1 mm bis 11 mm abnehmen, wenn der Radius r der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, basierend auf der Kernmitte der Elektrodenanordnung zunimmt, oder umgekehrt.
Gemäß noch einem anderen Aspekt kann die Rate, mit der sich die Breiten D(r) der Segmente 61 ändern, wenn der Radius r der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, zunimmt, gleich oder unterschiedlich sein.
Gemäß noch einem anderen Aspekt kann die Rate, mit der sich die Breiten D(r) der Segmente 61 in dem Bereich von 1 mm bis 11 mm ändern, wenn der Radius r der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, zunimmt, gleich oder unterschiedlich sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 14e kann die Höhe (H) des Segments 612 mm oder mehr betragen. Wenn D2 weniger als 2 mm beträgt, kann, wenn das Segment 61 in Richtung des Kerns gebogen wird, ein Bereich oder ein leerer Raum (Spalt) auftreten, in dem sich die Segmente 61 nicht genug überlappen, um eine ausreichende Schweißfestigkeit ausreichend zu gewährleisten.
Die Höhe (H) des Segments 61 kann durch Anwenden der Bedingung bestimmt werden, dass das Segment 61 den Kern nicht blockiert, wenn es in Richtung des Kerns gebogen wird. Vorzugsweise kann die Höhe (H) des Segments 61 so eingestellt werden, dass 90 % oder mehr des Durchmessers des Kerns nach außen geöffnet werden können.
Vorzugsweise können die Höhen (H) der Segmente 61 von dem Kern zu dem Außenumfang hin in Abhängigkeit von dem Radius der Wicklungswindung und dem Radius des Kerns, in dem sich die Segmente 61 befinden, zunehmen.
In einer Ausführungsform können, wenn die Höhen (H) der Segmente 61 stufenweise über N Stufen von h₁ bis h_N zunehmen, wenn der Radius der Wicklungswindung zunimmt, unter der Annahme, dass die k-te Höhe des Segments 61 (k ist eine natürliche Zahl von 1 bis N) h_k ist, der Anfangsradius der Wicklungswindung einschließlich des Segments 61 mit der Höhe hk r_k ist und der Radius des Kerns r_c ist, die Höhen h1 bis h_N der Segmente 61 bestimmt werden, um die nachstehende Formel 2 zu erfüllen. $2 mm \leq h_{k} \leq r_{k} - α * r_{c} (vorzugsweise beträgt α 0,90 bis 1)$
Wenn die Höhen (h_k) der Segmente 61 die Formel 2 erfüllen, können selbst dann, wenn die Segmente 61 zu dem Kern hin gebogen sind, 90 % oder mehr des Durchmessers des Kerns nach außen geöffnet sein.
In einem Beispiel beträgt der Radius der gesamten Wicklungswindungen der Elektrode 60 22 mm, die Höhen der Segmente 61 beginnen bei 3 mm und die Höhen der Segmente 61 werden aufeinanderfolgend auf 3 mm, 4 mm, 5 mm und 6 mm erhöht, wann immer der Radius der Wicklungswindung einschließlich des Segments 61 um 1 mm zunimmt, und die Höhen können in den verbleibenden Wicklungswindungen im Wesentlichen identisch bei 6 mm gehalten werden. Das heißt, unter den Radien der gesamten Wicklungswindungen beträgt die radiale Breite des höhenvariablen Bereichs des Segments 61 3 mm und der verbleibende radiale Bereich entspricht dem höheneinheitlichen Bereich.

In diesem Fall kann, wenn α 1 ist und die Bedingung des gleichen Vorzeichens in der richtigen Ungleichung angewendet wird, der Anfangsradius r₁, r₂, r₃, r₄ der Wicklungswindungen einschließlich der Segmente 61 mit Höhen von 3 mm, 4 mm, 5 mm und 6 mm in Abhängigkeit von dem Radius (r_c) des Kerns der Elektrodenanordnung wie in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt sein. TABELLE 2

		Segmenthöhe ((mm)
Objekt		3 (h₁)	4 (h₂)	5 (h₃)	6 (h₄)
Kernradius (r_c) (mm)	2	5 (r₁)	6 (r₂)	7 (r₃)	8 (r₄)
	2,5	5,5 (r₁)	6,5 (r₂)	7,5 (r₃)	8,5 (r₄)
	3	6 (r₁)	7 (r₂)	8 (r₃)	9 (r₄)
	3,5	6,5 (r₁)	7,5 (r₂)	8,5 (r₃)	9,5 (r₄)
	4	7 (r₁)	8 (r₂)	9 (r₃)	10 (r₄)

Wenn die Segmente 61 an den in Tabelle 2 gezeigten Radiuspositionen angeordnet sind, wird der Kern nicht durch die Segmente 61 blockiert, selbst wenn die Segmente 61 in Richtung des Kerns gebogen werden. In der Zwischenzeit können r₁, r₂, r₃, r₄, die in Tabelle 1 gezeigt sind, in Richtung des Kerns gemäß dem Wert von α verschoben werden. In einem Beispiel kann, wenn α 0,90 ist, r₁, r₂, r₃, r₄ in Richtung des Kerns um 10 % des Kernradius verschoben werden. In diesem Fall werden, wenn das Segment 61 in Richtung des Kerns gebogen wird, 10 % des Kernradius durch das Segment 61 blockiert. r₁, r₂, r₃, r₄, die in Tabelle 1 gezeigt sind, sind Grenzwerte der Position, an der das Segment 61 beginnt. Daher kann die Position des Segments 61 in Richtung des Außenumfangs um einen vorbestimmten Abstand anstatt des Radius verschoben werden, der in Tabelle 2 gezeigt ist.
14g ist ein Diagramm, das schematisch die Beziehung der Höhen h₁, h₂, h₃, h₄ der Segmente 61, des Kernradius (r_c) und der Radien r₁, r₂, r₃, r₄ der Wicklungswindungen zeigt, wo die Segmente 61 zu erscheinen beginnen.
Unter Bezugnahme auf Tabelle 2 und 14g zusammen können beispielsweise, wenn der Radius (r_c) des Kerns C 3 m beträgt, die Anfangsradien r₁, r₂, r₃ und r₄ der Wicklungswindungen einschließlich der Segmente 61 mit Höhen von 3 mm (h₁), 4 mm (h₂), 5 mm (h₃) und 6 mm (h₄) 6 mm, 7 mm, 8 mm bzw. 9 mm betragen und die Höhen der Segmente 61 können bei 6 mm von dem Radius 9 mm bis zu der letzten Wicklungswindung gehalten werden. Außerdem kann das Segment 61 nicht in der Wicklungswindung mit einem Radius kleiner als 6 mm (r₁) enthalten sein. Da sich in diesem Beispiel das Segment 61 mit einer Höhe von 3 mm (h₁), das dem Kern C am nächsten ist, von der Wicklungswindung mit einem Radius von 6 mm befindet, bedecken selbst wenn die Segmente 61 in Richtung des Kerns C gebogen werden, die Segmente 61 nur den radialen Bereich von 3 mm bis 6 mm und blockieren den Kern C im Wesentlichen nicht. Gemäß dem α-Wert der Formel 2 kann die Position des Segments 61 in Richtung des Kerns C innerhalb von 10 % des Kernradius (r_c) verschoben werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Höhe des Segments 61 mit der gleichen oder unterschiedlichen Rate zunehmen, wenn der Anfangsradius r der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, basierend auf der Kernmitte der Elektrodenanordnung zunimmt.
Vorzugsweise erfüllt die Höhe (H) des Segments 61 die Formel 2 und gleichzeitig kann die maximale Höhe des Segments 61 beschränkt werden.
14h ist ein konzeptionelles Diagramm zum Bestimmen eines Maximalwerts (h_max) für die Höhe (H) des Segments 61 in einem variablen Segmenthöhenbereich des Segments 61.
Unter Bezugnahme auf 14h ist in der Wicklungsstruktur der Elektrodenanordnung die Elektrode (E₁), die das Segment 61 enthält, der Elektrode (E₂) mit entgegengesetzter Polarität zugewandt, wobei der Separator S dazwischen in der radialen Richtung angeordnet ist. Beide Oberflächen der Elektrode (E₁) sind mit einer Aktivmaterialschicht (E_1,aktiv) beschichtet und beide Oberflächen der Elektrode (E₂) sind ebenfalls mit einer Aktivmaterialschicht (E_2,aktiv) beschichtet. Zur elektrischen Isolierung kann sich das Ende (S_end) des Separators S weiter nach außen von dem Ende (E_2,end) der Elektrode (E₂) bis zu einer Länge erstrecken, die dem Isolierspalt (W_gap) entspricht. Außerdem erstreckt sich das Ende der Elektrode (E₁) nicht weiter nach außen über das Ende der Elektrode (E₂) hinaus zur elektrischen Isolierung. Daher sollte ein Bereich, der dem Isolierspalt (W_gap) entspricht, an dem unteren Ende des unbeschichteten Abschnitts 43 befestigt werden. Wenn die Elektroden (E₁, E₂) und der Separator S gewickelt sind, bewirkt das Ende (S_end) des Separators S auch ein Mäandern. Daher muss, damit das Segment 61 der Außenseite des Separators S ausgesetzt ist, der Bereich (W_margin,min), der einem minimalen mäanderförmigen Rand des Separators S entspricht, dem unbeschichteten Abschnitt 43 zugeordnet werden. Zusätzlich sollte, um das Segment 61 zu schneiden, ein minimaler Schneidabfallrand (W_serap,min) dem Ende der Stromabnehmerfolie zugeordnet werden. Daher kann die maximale Höhe (h_max) des Segments 61 in dem variablen Höhenbereich des Segments 61 durch die nachstehende Formel 3 bestimmt werden. In Formel 3 entspricht W_foil der Breite der Stromabnehmerfolie, bevor die Stromabnehmerfolie geschnitten wird. $h_{max} = W_{foil} - W_{scrap, min} - W_{margin, min} - W_{gap}$
Vorzugsweise kann der Isolierspalt W_gap 0,2 mm bis 6 mm betragen, wenn die erste Elektrode eine positive Elektrode ist. Zusätzlich kann der Isolierspalt W_gap 0,1 mm bis 2 mm betragen, wenn die erste Elektrode eine negative Elektrode ist.
Vorzugsweise kann der minimale Schneidabfallrand W_scrag,min 1,5 mm bis 8 mm betragen. Der minimale Schneidabfallrand (W_serap,min) kann in Abhängigkeit von dem Prozess des Bildens des Segments 61 nicht zugeordnet werden. Beispielsweise kann die geschnittene Nut 63 derart gebildet werden, dass der obere Rand des Segments 61 und der obere Rand der Stromabnehmerfolie miteinander übereinstimmen. In diesem Fall kann in Formel 3 W_serap,min o betragen.
Vorzugsweise kann der minimale mäanderförmige Rand W_margin,min des Separators o mm bis 1 mm betragen.
In einem Beispiel kann der minimale Schneidabfallrand (W_serap,min) 1,5 mm betragen und der minimale mäanderförmige Rand (W_margin,min) des Separators S kann 0,5 mm betragen. Unter diesen Bedingungen kann, wenn die Breite (W_foil) der Stromabnehmerfolie vor dem Bilden des Segments 61 8 mm bis 12 mm beträgt und der Isolierspalt (W_gap) 0,6 mm, 0,8 mm und 1,0 mm beträgt, die maximale Höhe (h_max) des Segments 61 unter Verwendung der Formel 3 wie in der nachstehenden Tabelle 3 berechnet werden. TABELLE 3

Objekt Spalt des Separators ↔ Negative Elektrode (mm)

0,6 0,8 1

Breite der Stromabnehmerfolie (mm) 8 5,4 5,2 5

9 6,4 6,2 6

10 7,4 7,2 7

11 8,4 8,2 8

12 9,4 9,2 9
Unter Berücksichtigung der Tabelle 3 kann die maximale Höhe (h_max) des Segments 61 in dem variablen Höhenbereich des Segments 61 auf 10 mm eingestellt werden. Daher erfüllt die Höhe des Segments 61 in dem variablen Höhenbereich des Segments 61 die Formel 2 und kann entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung in dem Bereich von 2 mm bis 10 mm stufenweise oder allmählich zunehmen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 14e kann der Trennungsabstand (P) des Segments 61 in dem Bereich von 0,05 mm bis 1 mm eingestellt werden. Wenn der Trennungsabstand (P) kleiner als 0,05 mm ist, können Risse in dem unbeschichteten Abschnitt 43 in der Nähe des unteren Endes der geschnittenen Nut 63 aufgrund einer Spannung auftreten, wenn sich die Elektrode 60 in dem Wicklungsprozess oder dergleichen bewegt. Währenddessen, wenn der Trennungsabstand (P) 1 mm überschreitet, kann ein Bereich oder ein leerer Raum (Spalt) auftreten, in dem sich die Segmente 61 nicht genug überlappen, um die Schweißfestigkeit ausreichend zu gewährleisten, wenn das Segment 61 gebogen wird.
Währenddessen, wenn der Stromabnehmer 41 der Elektrode 60 aus Aluminium hergestellt ist, ist es bevorzugter, den Trennungsabstand (P) auf 0,5 mm oder mehr einzustellen. Wenn der Trennungsabstand (P) 0,5 mm oder mehr ist, können selbst dann, wenn sich die Elektrode 60 bei einer Geschwindigkeit von 100 mm/s oder mehr unter einer Spannung von 300 gf oder mehr in dem Wicklungsprozess oder dergleichen bewegt, Risse daran gehindert werden, an dem Boden der geschnittenen Nut 63 aufzutreten.
Gemäß den experimentellen Ergebnissen werden, wenn der Stromabnehmer 41 der Elektrode 60 eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 15 µm ist und der Trennungsabstand (P) 0,5 mm oder mehr ist, keine Risse an dem Boden der geschnittenen Nut 63 erzeugt, wenn sich die Elektrode 60 unter den obigen Bewegungsbedingungen bewegt.
Wie in 14e gezeigt, ist eine geschnittene Nut 63 zwischen zwei Segmenten 61 angeordnet, die in der Wicklungsrichtung X angrenzen. Die geschnittene Nut 63 entspricht einem Raum, der durch Entfernen des unbeschichteten Abschnitts 43 erzeugt wird. Vorzugsweise weisen Ränder an beiden Enden des unteren Abschnitts der geschnittenen Nut 63 eine runde Form auf. Das heißt, die geschnittene Nut 63 weist einen im Wesentlichen flachen Bodenabschnitt 63a und einen runden Abschnitt 63c auf. Der runde Abschnitt 63c verbindet den Bodenabschnitt 63a und die Seite 63b des Segments 61. In einem modifizierten Beispiel kann der Bodenabschnitt 63a der geschnittenen Nut 63 durch eine Bogenform ersetzt werden. In diesem Fall können die Seiten 63b der Segmente 61 sanft durch die Bogenform des Bodenabschnitts 63a verbunden werden.
Der Krümmungsradius des runden Abschnitts 63c kann größer als o und kleiner als oder gleich 0,5 mm, vorzugsweise größer als o und kleiner als oder gleich 0,1 mm, bevorzugter 0,01 mm bis 0,05 mm sein. Wenn der Krümmungsradius des runden Abschnitts 63c den obigen numerischen Bereich erreicht, ist es möglich, zu verhindern, dass Risse in dem unteren Abschnitt der geschnittenen Nut 63 auftreten, während sich die Elektrode 60 in dem Wicklungsprozess oder dergleichen bewegt.
Die unteren Innenwinkel (θ) der mehreren Segmente 61 können von dem Kern zu dem Außenumfang hin zunehmen. In einem Beispiel können die unteren Innenwinkel (θ) der mehreren Segmente 61 von dem Kern zu dem Außenumfang hin allmählich oder stufenweise zunehmen. Der untere Innenwinkel (θ) ist ein Winkel zwischen einer geraden Linie, die sich von dem Boden 63a der geschnittenen Nut 63 erstreckt, und einer geraden Linie, die sich von dem Seitenabschnitt 53b des Segments 61 erstreckt. Wenn das Segment 61 in der linken und der rechten Richtung symmetrisch ist, sind die unteren Innenwinkel (θ) der linken und der rechten Seite im Wesentlichen gleich.
Wenn der Radius der Elektrodenanordnung zunimmt, nimmt der Krümmungsradius zu. Wenn der untere Innenwinkel (θ) des Segments 61 zunimmt, wenn der Radius der Elektrodenanordnung zunimmt, kann die Spannung, die in der radialen Richtung und der Umfangsrichtung erzeugt wird, wenn das Segment 61 gebogen wird, abgebaut werden. Wenn der untere Innenwinkel (θ) zunimmt, wenn das Segment 61 gebogen wird, nehmen außerdem der Bereich, der mit dem Segment 61 an der Innenseite überlappt, und die Anzahl der überlappenden Schichten zu, so dass die Schweißfestigkeit in der radialen Richtung und der Umfangsrichtung gleichmäßig gesichert werden kann und der Biegeflächenbereich flach ausgebildet werden kann.
Vorzugsweise kann der untere Innenwinkel (θ) durch den Radius der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, und die Breite (D) des Segments 61 bestimmt werden.
14i ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern der Formel, die einen unteren Innenwinkel (θ) des Segments 61 bestimmt.
Unter Bezugnahme auf 14i fallen die Seiten des Segments 61 idealerweise mit dem Liniensegment AE und dem Liniensegment DE zusammen, die die Kernmitte (E) mit beiden Endpunkten A und D des Liniensegments AD entsprechend der Breite (D) des Segments 61 verbinden.
Wenn sich die Seite des Segments 61 in der idealesten Richtung erstreckt, unter der Annahme, dass das Liniensegment EF ungefähr gleich dem Liniensegment AE und dem Liniensegment DE ist, kann der untere Innenwinkel (θ_refer) des Segments 61 ungefähr aus der Breite (D) des Segments 61 und dem Radius (r) der Wicklungswindung, in der sich das Segment 61 befindet, unter Verwendung der nachstehenden Formel 4 bestimmt werden. $θ_{r e f e r} = {cos}^{- 1} (\frac{0,5 * D}{r})$
Der Winkel der Formel 4 ist ein idealer Kriteriumswinkel für den unteren Innenwinkel (θ_refer) des Segments 61. Währenddessen existiert ein Trennungsabstand (P) zwischen benachbarten Segmenten 61, die sich in derselben Wicklungswindung befinden. Die Länge des Trennungsabstands (P) wird als p ausgedrückt. Da der Trennungsabstand (P) zwischen benachbarten Segmenten 61 existiert, kann eine Toleranz von 50 % des Trennungsabstands (p) für den unteren Innenwinkel (θ) verliehen werden. Das heißt, die Breite der Oberseite BC des Segments 61 kann um ein Maximum von p/2 zur Oberseite B'C' erhöht werden. Der untere Innenwinkel (θ') mit der reflektierten Toleranz kann wie in Formel 5 unten ausgedrückt werden. Der untere Innenwinkel (θ_refer) ist der ideale Kriteriumswinkel BAG, und der untere Innenwinkel (θ') ist der Winkel B'AG', der die Toleranz gemäß dem Trennungsabstand (p) reflektiert. In Formel 5 ist H die Höhe des Segments 61, und p entspricht dem Trennungsabstand. $θ' = t a n^{- 1} (\frac{2 * H * t a n θ_{r e f e r}}{2 * H - p * t a n θ_{r e f e r}})$
Vorzugsweise kann der untere Innenwinkel (θ) des Segments 61, das sich in jeder Wicklungswindung der Elektrodenanordnung befindet, die nachstehende Formel 6 erfüllen. Dann, wenn die Segmente 61 zu der Kernmitte der Elektrodenanordnung hin gebogen sind, stören die Segmente 61, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, einander nicht und können sanft gebogen werden. $c o s^{- 1} (\frac{0.5 * D}{r}) \leq θ \leq t a n^{- 1} (\frac{2 * H * t a n θ_{r e f e r}}{2 * H - p * t a n θ_{r e f e r}})$
In einem Beispiel, wenn die Elektrode 60 eine Wicklungsstruktur mit einem Durchmesser von 22 mm und einem Kernradius von 4 mm bildet, kann der untere Innenwinkel des Segments 61 in dem variablen Höhenbereich in dem Bereich von 60 Grad bis 85 Grad allmählich oder stufenweise zunehmen.
In einem anderen Beispiel können die unteren Innenwinkel (θ) der mehreren Segmente 61 von dem Kern zu dem Außenumfang hin in einer Gruppeneinheit oder in zwei oder mehr Gruppeneinheiten allmählich oder stufenweise zunehmen.
In der Zwischenzeit sind der linke untere Innenwinkel und der rechte untere Innenwinkel des Segments 61 möglicherweise nicht gleich. Dennoch kann der untere Innenwinkel (θ) einer beliebigen Seite so ausgelegt sein, dass er die oben beschriebene Formel 6 erfüllt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 14d ist die Breite (d_B1) des ersten Abschnitts B1 so gestaltet, dass der Kern der Elektrodenanordnung bezüglich seines Durchmessers um 90 % oder mehr nach außen geöffnet ist, wenn das Segment 61 des dritten Abschnitts B2 in Richtung des Kerns gebogen wird. Die Breite (d_B1) des ersten Abschnitts B1 kann proportional zu der Biegelänge des Segments 61 der Gruppe 1 zunehmen. Die Biegelänge entspricht einer Länge von dem Biegepunkt zu der oberen Endseite des Segments 61. Vorzugsweise, wenn die Elektrode 60 verwendet wird, um eine Elektrodenanordnung einer zylindrischen Batterie mit einem Formfaktor von 4680 herzustellen, kann die Breite (d_B1) des ersten Abschnitts B1 abhängig von dem Durchmesser des Kerns der Elektrodenanordnung und der Höhe des in der Gruppe 1 enthaltenen Segments 61 auf 180 mm bis 350 mm eingestellt werden.
Der Biegepunkt des Segments 61 kann an einer Linie, die durch das untere Ende der geschnittenen Nut 63 verläuft, oder einem Punkt, der von der Linie um einen vorbestimmten Abstand nach oben beabstandet ist, eingestellt werden. Wenn das Segment 61 in Richtung des Kerns an einem Punkt gebogen wird, der von dem unteren Ende der geschnittenen Nut 63 um einen bestimmten Abstand beabstandet ist, überlappen sich die Segmente in der radialen Richtung besser. Wenn die Segmente 61 gebogen werden, drückt ein Segment an einer Außenseite ein Segment an einer Innenseite bezüglich der Mitte des Kerns. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn der Biegepunkt von dem unteren Ende der geschnittenen Nut 63 um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, das Segment an der Innenseite in der Richtung der Wicklungsachse durch das Segment an der Außenseite gedrückt, und die Segmente überlappen sich besser. Der Trennungsabstand des Biegepunkts kann vorzugsweise 1 mm oder weniger betragen. Da die minimale Höhe des Segments 2 mm beträgt, kann das Verhältnis des Trennungsabstands des Biegepunkts zu der minimalen Höhe 50% oder weniger betragen.
In einer Ausführungsform kann die Breite jeder Segmentgruppe gestaltet sein, um dieselbe Wicklungswindung der Elektrodenanordnung zu bilden. Hier kann die Wicklungswindung basierend auf dem Ende des ersten Abschnitts B1 gezählt werden, wenn die Elektrode 60 in einem gewickelten Zustand ist.
In einer anderen Modifikation kann die Breite jeder Segmentgruppe gestaltet sein, um mindestens eine Wicklungswindung der Elektrodenanordnung zu bilden.
In noch einer anderen Modifikation können die Breite und/oder die Höhe und/oder der Trennungsabstand der Segmente 61, die zu derselben Segmentgruppe gehören, innerhalb der Gruppe oder zwischen den benachbarten Gruppen allmählich und/oder stufenweise und/oder unregelmäßig erhöht oder verringert werden.
Die Gruppen 1 bis 8 sind nur Beispiele für Segmentgruppen, die in dem dritten Abschnitt B2 enthalten sind. Die Anzahl der Gruppen, die Anzahl der Segmente 61, die in jeder Gruppe enthalten sind, und die Breite der Gruppe können vorzugsweise eingestellt werden, so dass die Segmente 61 in mehreren Schichten überlappt werden, um die Spannung während des Biegeprozesses des unbeschichteten Abschnitts 43 so weit wie möglich zu verteilen und die Schweißfestigkeit mit dem Stromabnehmer ausreichend sicherzustellen.
In einer anderen Modifikation kann die Höhe des zweiten Abschnitts B3 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform allmählich oder stufenweise abnehmen.
In noch einer anderen Modifikation kann sich die Segmentstruktur des dritten Abschnitts B2 auf den zweiten Abschnitt B3 ausdehnen (siehe gepunktete Linie). In diesem Fall kann der zweite Abschnitt B3 auch mehrere Segmente aufweisen, wie der dritte Abschnitt B2. Vorzugsweise kann die Segmentstruktur des zweiten Abschnitts B3 im Wesentlichen die gleiche wie die der äußersten Segmentgruppe des dritten Abschnitts B2 sein. In diesem Fall können die Segmente, die in dem zweiten Abschnitt B3 und dem dritten Abschnitt B2 enthalten sind, im Wesentlichen die gleiche Breite, Höhe und den gleichen Trennungsabstand aufweisen. In einem modifizierten Beispiel können die Segmente des zweiten Abschnitts B3 eine Breite und/oder Höhe und/oder einen Trennungsabstand aufweisen, die größer als die des dritten Abschnitts B2 sind.
In dem dritten Abschnitt B2 kann der Bereich (Gruppen 1 bis 7), in dem die Höhen der Segmente 61 basierend auf der Wicklungsrichtung der Elektrode 60 stufenweise zunehmen, als ein variabler Segmenthöhenbereich definiert werden, und die letzte Segmentgruppe (Gruppe 8) kann als ein gleichmäßiger Höhenbereich definiert werden, in dem die Höhen der Segmente gleichmäßig beibehalten werden.
Das heißt, in dem dritten Abschnitt B2, wenn die Höhen der Segmente 61 stufenweise von h₁ bis h_N zunehmen, entspricht der Bereich, in dem die Segmente 61 mit den Höhen von h₁ bis h_N-1 (N ist ein Höhenindex, eine natürliche Zahl größer als oder gleich 2) dem variablen Höhenbereich, und der Bereich, in dem die Segmente 61 mit der Höhe von h_N platziert sind, entspricht dem gleichmäßigen Höhenbereich. Das Verhältnis des variablen Höhenbereichs und des gleichmäßigen Höhenbereichs zu der Länge der Elektrode 60 in der Wicklungsrichtung wird später unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben.
Wenn die Elektrode 60 verwendet wird, um eine Elektrodenanordnung einer zylindrischen Batterie mit einem Formfaktor von 4680 herzustellen, kann die Breite (d_B1) des ersten Abschnitts B1 180 mm bis 350 mm betragen. Die Breite der Gruppe 1 kann 35 % bis 40 % der Breite des ersten Abschnitts B1 betragen. Die Breite der Gruppe 2 kann 130 % bis 150 % der Breite der Gruppe 1 betragen. Die Breite der Gruppe 3 kann 120 % bis 135 % der Breite der Gruppe 2 betragen. Die Breite der Gruppe 4 kann 85 % bis 90 % der Breite der Gruppe 3 betragen. Die Breite der Gruppe 5 kann 120 % bis 130 % der Breite der Gruppe 4 betragen. Die Breite der Gruppe 6 kann 100 % bis 120 % der Breite der Gruppe 5 betragen. Die Breite der Gruppe 7 kann 90 % bis 120 % der Breite der Gruppe 6 betragen. Die Breite der Gruppe 8 kann 115 % bis 130 % der Breite der Gruppe 7 betragen. Die Breite (d_B3) des zweiten Abschnitts B3 kann 180 mm bis 350 mm betragen, ähnlich der Breite des ersten Abschnitts B1.
Die Breiten der Gruppen 1 bis 8 zeigen kein konstantes Erhöhungs- oder Verringerungsmuster, da die Segmentbreite von Gruppe 1 zu Gruppe 8 allmählich zunimmt, aber die Anzahl der Segmente, die in der Gruppe enthalten sind, ist auf eine ganze Zahl beschränkt und die Dicke der Elektrode weist eine leichte Abweichung in der Wicklungsrichtung auf. Dementsprechend kann die Anzahl der Segmente in einer spezifischen Segmentgruppe verringert werden. Daher können die Breiten der Gruppen ein unregelmäßiges Änderungsmuster wie in dem obigen Beispiel von dem Kern zu dem Außenumfang zeigen.
Das heißt, unter der Annahme, dass die Breite in der Wicklungsrichtung für jede der drei Segmentgruppen, die in der Umfangsrichtung der Elektrodenanordnung aufeinanderfolgend aneinander angrenzen, jeweils W1, W2 und W3 beträgt, ist es möglich, dass die Elektrodenanordnung eine Kombination von Segmentgruppen aufweist, in denen W3/W2 kleiner als W2/W1 ist.
In dem spezifischen Beispiel entsprechen die Gruppen 4 bis 6 dem obigen Fall. Das Breitenverhältnis der Gruppe 5 zu der Gruppe 4 beträgt 120 % bis 130 % und das Breitenverhältnis der Gruppe 6 zu der Gruppe 5 beträgt 100 % bis 120 %, was kleiner als 120 % bis 130 % ist.
Wenn der unbeschichtete Abschnitt 43 der Elektrode 60 eine Segmentstruktur aufweist, kann die Elektrode 60 gemäß noch einer anderen Modifikation einen Segmentüberspringbereich 64 aufweisen, in dem einige der mehreren Segmente regelmäßig oder unregelmäßig ausgelassen sind, wie in 14j gezeigt.
Vorzugsweise kann der Segmentüberspringbereich 64 in einer Mehrzahl gegeben sein. In einem Beispiel kann die Breite des Segmentüberspringbereichs 64 von dem Kern zu dem Außenumfang konstant sein. In einem anderen Beispiel kann die Breite des Segmentüberspringbereichs 64 von dem Kern zu dem Außenumfang regelmäßig oder unregelmäßig zunehmen oder abnehmen. Vorzugsweise kann die Höhe des unbeschichteten Abschnitts, der in dem Segmentüberspringbereich 64 existiert, der Höhe des ersten Abschnitts B1 und/oder des zweiten Abschnitts B3 entsprechen.
Die Anzahl von Segmenten 61, die zwischen dem Segmentüberspringbereich 64 existieren, kann mindestens eins sein. Wie in 14j gezeigt, kann die Elektrode 60 einen unbeschichteten Abschnitt beinhalten, in dem die Anzahl von Segmenten 61, die zwischen den Segmentüberspringbereichen 64 existieren, von dem Kern zu dem Außenumfang zunimmt.
Vorzugsweise kann die Breite des Segmentüberspringbereichs 64 derart eingestellt sein, dass, wenn die Elektrode 60 gewickelt wird, wie in 14k gezeigt, die Segmente, die sich an jeder Wicklungswindung befinden, innerhalb eines voreingestellten unabhängigen Bereichs 66 basierend auf der Kernmitte C der Elektrodenanordnung 65 angeordnet sein können.
Mit anderen Worten, die mehreren Segmente 61 können sich innerhalb mehrerer unabhängiger Bereiche 66 basierend auf der Kernmitte C befinden, wenn die Elektrodenanordnung 65 in der Wicklungsachsenrichtung betrachtet wird. Die Anzahl der unabhängigen Bereiche 66 kann auf 2, 3, 4, 5 usw. geändert werden.
Vorzugsweise kann der unabhängige Bereich 66 fächerförmig sein. In diesem Fall kann der Winkel zwischen den unabhängigen Bereichen 66 im Wesentlichen gleich sein. Außerdem kann der Umfangswinkel (δ) des unabhängigen Bereichs 66 20 Grad oder mehr, optional 25 Grad oder mehr, optional 30 Grad oder mehr, optional 35 Grad oder mehr oder optional 40 Grad oder mehr betragen.
In einer Modifikation kann der unabhängige Bereich 66 eine geometrische Form aufweisen, wie etwa ein Quadrat, Rechteck, Viereck, Trapez usw.
In der vorliegenden Offenbarung kann die Form des Segments 61 unterschiedlich modifiziert werden.
15a ist eine Draufsicht, die die Struktur einer Elektrode 70 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 15a ist die Elektrode 70 der fünften Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche wie die vorherige Ausführungsform, außer dass die Form des Segments 61' unterschiedlich ist. Daher kann die Konfiguration der vierten Ausführungsform gleichermaßen auf die fünfte Ausführungsform angewendet werden, sofern nicht anders beschrieben.
Das Segment 61' weist eine geometrische Figur mit im Wesentlichen gleichen oberen und unteren Breiten auf. Vorzugsweise kann das Segment 61' eine rechteckige Form aufweisen.
15b ist ein Diagramm, das die Definitionen von Breite, Höhe und Trennungsabstand des rechteckigen Segments 61' zeigt.
Unter Bezugnahme auf 15b können die Breite (D), die Höhe (H) und der Trennungsabstand (P) des Segments 61' eingestellt werden, um zu verhindern, dass der unbeschichtete Abschnitt 43 während des Biegens des unbeschichteten Abschnitts 43 abgerissen wird, und um eine anormale Verformung des unbeschichteten Abschnitts 43 zu verhindern, während die Anzahl von überlappenden Schichten des unbeschichteten Abschnitts 43 ausreichend erhöht wird, um die Schweißfestigkeit mit dem Stromabnehmer zu verbessern. Die anormale Verformung bedeutet, dass der unbeschichtete Abschnitt unter dem Biegepunkt keinen geraden Zustand beibehält und unregelmäßig verformt wird, während er herunterfällt.
Die Breite (D) des Segments 61' ist als eine Länge zwischen zwei Punkten definiert, an denen zwei gerade Linien, die sich von beiden Seiten des Segments 61' erstrecken, eine gerade Linie treffen, die sich von dem Boden 63a der geschnittenen Nut 63 erstreckt. Die Höhe (H) des Segments 61' ist als ein kürzester Abstand zwischen dem obersten Rand des Segments 61' und der geraden Linie, die sich von dem Boden 63a der geschnittenen Nut 63 erstreckt, definiert. Der Trennungsabstand (P) des Segments 61' ist als eine Länge zwischen zwei Punkten definiert, an denen die gerade Linie, die sich von dem Boden 63a der geschnittenen Nut 63 erstreckt, gerade Linien trifft, die sich von zwei Seiten 63b erstrecken, die mit dem Boden 63a verbunden sind. Wenn die Seite 63b und/oder der Boden 63a gekrümmt ist, kann die gerade Linie durch eine Tangente ersetzt werden, die sich von der Seite 63b und/oder dem Boden 63a an einem Schnittpunkt erstreckt, an dem sich die Seite 63b und der Boden 63a treffen.
Vorzugsweise sind die Bedingungen für die Breite (D), die Höhe (H) und den Trennungsabstand (P) des Segments 61' im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen der oben beschriebenen vierten Ausführungsform und werden daher nicht erneut beschrieben. Da das Segment 61' jedoch eine rechteckige Form aufweist, kann der untere Innenwinkel des Segments 61' als 90 Grad konstant sein.
Ähnlich wie die Elektrode 60 der vierten Ausführungsform kann die Elektrode 70 gemäß der fünften Ausführungsform auch einen Segmentüberspringbereich 64 aufweisen, in dem einige der mehreren Segmente regelmäßig oder unregelmäßig ausgelassen sind, wie in 15c gezeigt.
Wenn die Elektrode 70, die den Segmentüberspringbereich 64 aufweist, zu einer Elektrodenanordnung gewickelt wird, können sich die Segmente auch innerhalb der mehreren unabhängigen Bereiche 66 befinden, wie in 14k gezeigt.
Wie in der vierten Ausführungsform und der fünften Ausführungsform, wenn der dritte Abschnitt B2 und der zweite Abschnitt B3 mehrere Segmente 61, 61' aufweisen, kann die Form jedes Segments 61, 61' auf verschiedene Weisen modifiziert werden.
Vorzugsweise kann das Segment in verschiedene Formen verformt werden, während es mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt.
Bedingung 1: Die Breite des unteren Abschnitts ist größer als die Breite des oberen Abschnitts
Bedingung 2: Die Breite des unteren Abschnitts ist die gleiche wie die Breite des oberen Abschnitts
Bedingung 3: Die Breite wird von dem oberen Abschnitt zu dem unteren Abschnitt gleichmäßig gehalten
Bedingung 4: Die Breite nimmt von dem oberen Abschnitt zu dem unteren Abschnitt ab
Bedingung 5: Die Breite nimmt ab und steigt dann von dem unteren Abschnitt zu dem oberen Abschnitt an
Bedingung 6: Die Breite steigt und fällt dann von dem unteren Abschnitt zu dem oberen Abschnitt ab
Bedingung 7: Die Breite steigt von dem unteren Abschnitt zu dem oberen Abschnitt an und wird dann gleichmäßig gehalten
Bedingung 8: Die Breite nimmt von dem unteren Abschnitt zu dem oberen Abschnitt ab und wird dann gleichmäßig gehalten
Bedingung 9: Der Innenwinkel einer Seite und der Innenwinkel der anderen Seite des unteren Abschnitts sind gleich
Hier kann der Innenwinkel als ein Winkel definiert werden, der durch den Seitenabschnitt des Segments bezüglich der Breitenrichtung des unteren Abschnitts des Segments gebildet wird. Wenn der Seitenabschnitt eine Kurve ist, ist der Innenwinkel als der Winkel zwischen der Tangente, die an dem untersten Ende der Kurve gezogen wird, und der Breitenrichtung des unteren Abschnitts des Segments definiert.
Bedingung 10: Der Innenwinkel einer Seite des unteren Abschnitts und der Innenwinkel der anderen Seite sind verschieden
Bedingung 11: Der Innenwinkel einer Seite des unteren Abschnitts und der Innenwinkel der anderen Seite des unteren Abschnitts weisen einen spitzen Winkel, einen rechten Winkel bzw. einen stumpfen Winkel auf
Bedingung 12: Symmetrisch in der linken und der rechten Richtung bezüglich der Wickelachsenrichtung
Bedingung 13: Asymmetrisch in der linken und der rechten Richtung bezüglich der Wickelachsenrichtung
Bedingung 14: Der Seitenabschnitt ist gerade
Bedingung 15: Der Seitenabschnitt ist gekrümmt
Bedingung 16: Der Seitenabschnitt ist konvex nach außen
Bedingung 17: Der Seitenabschnitt ist konvex nach innen
Bedingung 18: Die Ecke des oberen Abschnitts und/oder des unteren Abschnitts weist eine Struktur auf, bei der sich gerade Linien treffen
Bedingung 19: Die Ecke des oberen Abschnitts und/oder des unteren Abschnitts weist eine Struktur auf, bei der sich eine gerade Linie und eine Kurve treffen
Bedingung 20: Die Ecke des oberen Abschnitts und/oder des unteren Abschnitts weist eine Struktur auf, bei der sich Kurven treffen
Bedingung 21: Die Ecke des oberen Abschnitts und/oder des unteren Abschnitts weist eine runde Struktur auf
16 ist ein Diagramm, das beispielhaft die Formen von Segmenten gemäß verschiedenen Modifikationen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Wie in der Zeichnung gezeigt, kann das Segment verschiedene geometrische Formen aufweisen, bei denen eine gepunktete Linie, die die unteren Abschnitte beider geschnittener Nuten verbindet, als Basis dient. Die geometrische Form weist eine Struktur auf, bei der mindestens eine gerade Linie, mindestens eine gekrümmte Linie oder eine Kombination davon verbunden sind. In einem Beispiel kann das Segment eine polygonale Form, eine runde Form oder verschiedene Kombinationen davon aufweisen.
Insbesondere kann das Segment eine links-rechts symmetrische Trapezform (ⓐ); eine links-rechts asymmetrische Trapezform (ⓑ); eine Parallelogrammform (ⓒ; eine dreieckige Form (ⓛ; eine fünfeckige Form (ⓚ; eine Bogenform (ⓔ; oder eine elliptische Form (ⓕ) aufweisen.
Da die Form des Segments nicht auf die in 16 gezeigten beschränkt ist, kann es in andere polygonale Formen, andere runde Formen oder Kombinationen davon umgewandelt werden, um mindestens eine der vorstehend beschriebenen Bedingungen 1 bis 21 zu erfüllen.
In den polygonalen Formen ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓚ und ⓛ des Segments können die Ecken des oberen Abschnitts und/oder des unteren Abschnitts eine Form aufweisen, bei der sich gerade Linien treffen, oder eine runde Form (siehe die vergrößerte Ansicht der Ecken des oberen Abschnitts und/oder des unteren Abschnitts der Form ⓐ).
In den polygonalen Formen ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓚ und ⓛ des Segments und den gekrümmten Formen ⓔ und ⓕ des Segments können der Innenwinkel (θ₁) auf einer Seite und der Innenwinkel (θ₂) auf der anderen Seite des unteren Abschnitts gleich oder verschieden sein, und der Innenwinkel (θ₁) auf einer Seite und der Innenwinkel (θ₂) auf der anderen Seite des unteren Abschnitts können ein spitzer Winkel, ein rechter Winkel bzw. ein stumpfer Winkel sein. Der Innenwinkel ist ein Winkel, bei dem sich die Basis und die Seite einer geometrischen Figur treffen. Wenn die Seite gekrümmt ist, kann die gerade Linie durch eine Tangente ersetzt werden, die sich von dem Punkt erstreckt, an dem die Basis die Seite trifft.
Die Form des Seitenabschnitts des Segments mit einer polygonalen Form kann auf verschiedene Weisen modifiziert werden.
In einem Beispiel kann der Seitenabschnitt der Segmentform ⓐin eine nach außen konvexe Kurve umgewandelt werden, wie die Form ⓓ, oder kann in ein nach innen gekrümmtes Segment umgewandelt werden, wie die Form ⓖ oder ⓙ.
In einem anderen Beispiel kann der Seitenabschnitt der Segmentform ⓐin eine gekrümmte gerade Linie umgewandelt werden, die in das Segment eingerückt ist, wie die Form ⓗ oder ⓘ. Obwohl nicht gezeigt, kann der Seitenabschnitt der Segmentform ⓐ in eine nach außen konvex gekrümmte gerade Linie umgewandelt werden.
In den Segmentformen ⓓ, ⓖ, ⓙ, ⓗ und ⓘ, in denen der Seitenabschnitt auf verschiedene Weisen modifiziert wird, können der Innenwinkel (θ₁) auf einer Seite und der Innenwinkel (θ₂) auf der anderen Seite des unteren Abschnitts gleich oder verschieden sein, und der Innenwinkel (θ₁) auf einer Seite und der Innenwinkel (θ₂) auf der anderen Seite des unteren Abschnitts können ein beliebiger von einem spitzen Winkel, einem rechten Winkel bzw. einem stumpfen Winkel sein.
Die Breite des Segments kann verschiedene Änderungsmuster von unten nach oben aufweisen.
In einem Beispiel kann die Breite des Segments von unten nach oben gleichmäßig gehalten werden (Form ⓒ). In einem anderen Beispiel kann die Breite des Segments von unten nach oben allmählich abnehmen (Formen ⓐ, ⓑ, ⓓ, ⓔ, ⓕ und ⓖ). In noch einem anderen Beispiel kann die Breite des Segments von unten nach oben allmählich abnehmen und dann zunehmen (Formen ⓘ und ⓙ). In noch einem anderen Beispiel kann die Breite des Segments von unten nach oben allmählich zunehmen und dann abnehmen (Form ⓚ). In noch einem anderen Beispiel kann die Breite des Segments von unten nach oben allmählich abnehmen und dann gleichmäßig gehalten werden (Form ⓗ). Obwohl nicht gezeigt, kann die Breite des Segments von unten nach oben allmählich zunehmen und dann gleichmäßig gehalten werden.
Währenddessen kann unter den in 16 veranschaulichten Formen des Segments die polygonale Form mit einer flachen Oberseite um 180 Grad gedreht werden. In einem Beispiel, wenn sich die Segmentform ⓐ, ⓑ, ⓓ oder ⓖ um 180 Grad dreht, kann die Breite des Segments von unten nach oben allmählich zunehmen. In einem anderen Beispiel, wenn die Segmentform ⓗ um 180 Grad gedreht wird, kann die Breite des Segments von unten nach oben gleichmäßig gehalten werden und dann allmählich zunehmen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen (Modifikationen) ist es gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung möglich, die Form des Segments 61, 61' gemäß dem Bereich des dritten Abschnitts B2 unterschiedlich zu ändern. In einem Beispiel kann für einen Bereich, in dem eine Spannung konzentriert ist, eine runde Form (z. B. Halbkreis, Ellipse usw.), die für die Spannungsverteilung vorteilhaft ist, angewendet werden, und für einen Bereich, in dem eine Spannung relativ gering ist, kann eine polygonale Form (z. B. Quadrat, Trapez, Parallelogramm usw.) mit einem weiten Bereich so weit wie möglich angewendet werden.
Gemäß einem anderen Aspekt können die mehreren Segmente einzeln, in einer Gruppeneinheit oder in zwei oder mehr Gruppeneinheiten entlang einer Richtung parallel zu der Wicklungsrichtung der Elektrodenanordnung unterschiedliche Formen aufweisen.
In den Ausführungsformen (Modifikationen) kann die Segmentstruktur des dritten Abschnitts B2 auch auf den ersten Abschnitt B1 angewendet werden. Wenn die Segmentstruktur jedoch auf den ersten Abschnitt B1 angewendet wird, kann ein umgekehrtes Formungsphänomen auftreten, bei dem das Ende des ersten Abschnitts B1 zu dem Außenumfang hin gekrümmt ist, wenn das Segment 61, 61' des dritten Abschnitts B2 gemäß dem Krümmungsradius des Kerns gekrümmt ist. Daher ist es selbst dann, wenn keine Segmentstruktur in dem ersten Abschnitt B1 vorhanden ist, oder selbst dann, wenn die Segmentstruktur angewendet wird, wünschenswert, die Breite und/oder die Höhe und/oder den Trennungsabstand des Segments 61, 61' so klein wie möglich auf ein Niveau einzustellen, bei dem eine umgekehrte Formung unter Berücksichtigung des Krümmungsradius des Kerns nicht auftritt.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung können, nachdem die Elektrode 60, 70 in die Elektrodenanordnung gewickelt ist, die Segmente, die an dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung freiliegen, entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung in mehrere Schichten überlappt werden, um die Biegeoberflächenbereiche zu bilden.
17a ist ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt des Biegeoberflächenbereichs F zeigt, der durch Biegen der Segmente 61 in Richtung des Kerns C der Elektrodenanordnung 80 gebildet wird. In 17a ist der Querschnitt des Biegeoberflächenbereichs F nur an der linken Seite bezüglich der Wickelachse der Elektrodenanordnung 80 gezeigt. Der Biegeoberflächenbereich F kann sowohl an dem oberen Abschnitt als auch an dem unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung 80 gebildet werden. 17b ist eine perspektivische Draufsicht, die schematisch die Elektrodenanordnung 80 zeigt, in der der Biegeoberflächenbereich F gebildet wird.
Unter Bezugnahme auf 17a und 17b weist der Biegeoberflächenbereich F eine Struktur auf, in der die Segmente 61 in der Wickelachsenrichtung in mehrere Schichten überlappt werden. Die Überlappungsrichtung ist die Wickelachsenrichtung Y. Der Bereich 1 ist ein Segmentüberspringbereich (erster Abschnitt B1) ohne Segment, und die Bereiche 2 und 3 sind Bereiche, in denen sich Wicklungswindungen befinden, die die Segmente 61 enthalten. Der Bereich 2 ist ein höhenvariabler Bereich, in dem die Höhen der Segmente 61 variieren, und der Bereich 3 ist ein Höhengleichmäßigkeitsbereich, in dem die Höhen der Segmente bis zu dem Außenumfang der Elektrodenanordnung gleichmäßig beibehalten werden. Wie später beschrieben wird, können die Längen des Bereichs 2 und des Bereichs 3 in der radialen Richtung variabel sein. Währenddessen kann der unbeschichtete Abschnitt (zweiter Abschnitt B3), der in mindestens einer Wicklungswindung enthalten ist, die eine äußerste Wicklungswindung beinhaltet, keine Segmentstruktur aufweisen. In diesem Fall kann der zweite Abschnitt B3 in dem Bereich 3 ausgeschlossen sein.
In dem Bereich 2 können die Höhen der Segmente 61 schrittweise von der minimalen Höhe h₁ (= h_min) zu der maximalen Höhe h_N (= h_max) in dem Radius r₁ zu dem Radius r_N -Bereich der Elektrodenanordnung 80 geändert werden. Die höhenvariablen Bereiche, in denen die Höhen der Segmente 61 variieren, sind r₁ bis r_N. Von dem Radius r_N zu dem Radius R der Elektrodenanordnung 80 werden die Höhen der Segmente 61 gleichmäßig bei h_N beibehalten. Gleichmäßige Höhen bedeuten, dass die Abweichung der Höhen innerhalb von 5 % liegt.
An jeder Radiusposition in dem Bereich 2 und dem Bereich 3 variiert die Stapelanzahl der Segmente 61 in Abhängigkeit von der Radiusposition. Zusätzlich kann die Stapelanzahl der Segmente 61 in Abhängigkeit von der Breite des Bereichs 2, der minimalen Höhe (h₁) und der maximalen Höhe (h_N) der Segmente in dem höhenvariablen Bereich der Segmente 61 und dem Höhenänderungsbetrag (Δh) der Segmente 61 variieren. Die Stapelanzahl der Segmente 61 ist die Anzahl von Segmenten, die eine imaginäre Linie treffen, wenn die imaginäre Linie in der Wickelachsenrichtung von einer beliebigen Radiusposition der Elektrodenanordnung 80 gezogen wird.
Vorzugsweise kann die Stapelanzahl der Segmente 61 an jeder Position des Biegeflächenbereichs F gemäß der erforderlichen Schweißfestigkeit des Stromabnehmers optimiert werden, indem die Höhe, die Breite und der Trennungsabstand der Segmente 61 gemäß dem Radius der Wicklungswindung, die das Segment 61 enthält, eingestellt werden.
Zuerst wird in dem höhenvariablen Bereich (2) der Segmente 61, wenn die minimale Höhe (h₁) der Segmente gleich ist, durch spezifische Ausführungsformen beschrieben, wie die Stapelanzahl der Segmente 61 entlang der radialen Richtung des Biegeflächenbereichs F gemäß der Änderung der maximalen Höhe (h_N) der Segmente 61 variiert.
Die Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 werden hergestellt. Die Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen weisen einen Radius von 22 mm und einen Kerndurchmesser von 4 mm auf. Die positive Elektrode und die negative Elektrode, die in der Elektrodenanordnung enthalten sind, weisen die in 14d gezeigte Elektrodenstruktur auf. Das heißt, das Segment weist eine Trapezform auf. Der zweite Abschnitt B3 der positiven Elektrode und der negativen Elektrode enthält kein Segment. Die Länge des zweiten Abschnitts B3 beträgt 3 % bis 4 % der Gesamtlänge der Elektrode. Die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator werden durch das in 2 beschriebene Verfahren gewickelt. Die Wicklungswindungen liegen zwischen 48 Windungen und 56 Windungen, aber die Wicklungswindungen der Ausführungsformen sind 51 Windungen. Die Dicke der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und des Separators beträgt 149 µm, 193 µm bzw. 13 µm. Die Dicke der positiven Elektrode und der negativen Elektrode ist die Dicke einschließlich der Dicke der Aktivmaterialschicht. Die Dicke des Stromabnehmers der positiven Elektrode und des Stromabnehmers der negativen Elektrode beträgt 15 µm bzw. 10 µm. Die Längen der positiven und negativen Elektroden in der Wicklungsrichtung betragen 3948 mm bzw. 4045 mm.
In jeder Ausführungsform wird die minimale Höhe der Segmente 61 auf 3 mm eingestellt, so dass der höhenvariable Bereich (2) der Segmente 61 mit einem Radius von 5 mm beginnt. Zusätzlich werden in jeder Ausführungsform die Höhen der Segmente 61 um 1 mm pro 1 mm Radiuszunahme erhöht und die maximale Höhe der Segmente 61 wird unterschiedlich von 4 mm auf 10 mm geändert.
Insbesondere beträgt in der Ausführungsform 1-1 der höhenvariable Bereich (2) der Segmente 61 5 mm bis 6 mm und die Höhen der Segmente 61 sind von dem Radius 3 mm bis 4 mm variabel. In der Ausführungsform 1-2 beträgt der höhenvariable Bereich (2) der Segmente 61 5 mm bis 7 mm und die Höhen der Segmente 61 sind von 3 mm bis 5 mm variabel. In der Ausführungsform 1-3 beträgt der höhenvariable Bereich (2) der Segmente 61 5 mm bis 8 mm und die Höhen der Segmente 61 sind von 3 mm bis 6 mm variabel. In der Ausführungsform 1-4 beträgt der höhenvariable Bereich (2) der Segmente 61 5 mm bis 9 mm und die Höhen der Segmente 61 sind von 3 mm bis 7 mm variabel. In der Ausführungsform 1-5 beträgt der höhenvariable Bereich (2) der Segmente 61 5 mm bis 10 mm und die Höhen der Segmente 61 sind von 3 mm bis 8 mm variabel. In der Ausführungsform 1-6 beträgt der höhenvariable Bereich (2) der Segmente 61 5 mm bis 11 mm und die Höhen der Segmente 61 sind von 3 mm bis 9 mm variabel. In der Ausführungsform 1-7 beträgt der höhenvariable Bereich (2) der Segmente 61 5 mm bis 12 mm und die Höhen der Segmente 61 sind von 3 mm bis 10 mm variabel. In der Ausführungsform 1-1 bis 1-7 sind die Höhen der Segmente 61 von dem Radius, der der oberen Grenze des höhenvariablen Bereichs (2) entspricht, zu dem Außenumfang gleichmäßig. In einem Beispiel sind in der Ausführungsform 1-7 die Höhen der Segmente 61 bei 10 mm von dem Radius 12 mm bis 22 mm gleichmäßig. Währenddessen werden in der Elektrodenanordnung des Vergleichsbeispiels die Höhen der Segmente 61 bei einer einzelnen Höhe von 3 mm von dem Radius von 5 mm zu dem Radius von 22 mm beibehalten.
17c sind Graphen, die die Ergebnisse des Zählens der Stapelanzahl von Segmenten entlang der radialen Richtung in dem Biegeoberflächenbereich F der positiven Elektrode zeigen, die an dem oberen Abschnitt der Elektrodenanordnungen gemäß den Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 und dem Vergleichsbeispiel gebildet wird. Der Biegeoberflächenbereich der negativen Elektrode zeigt auch im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse. Die horizontale Achse des Graphen ist der Radius basierend auf der Mitte des Kerns, und die vertikale Achse des Graphen ist die Stapelanzahl von Segmenten, die an jedem Radiuspunkt gezählt wird, was auch auf die gleiche Weise auf die 17d und 17e angewendet wird, die später erläutert werden.
Bezugnehmend auf 17c ist der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 der Segmente üblicherweise in den Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 und dem Vergleichsbeispiel 1 gezeigt. Der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 ist ein radialer Bereich einer abgeflachten Fläche in jedem Graphen. Die Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 nimmt zu, wenn die maximale Höhe der Segmente abnimmt, und der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1' des Vergleichsbeispiels ist am längsten. Währenddessen nimmt die Stapelanzahl von Segmenten zu, wenn die maximale Höhe (h_N) der Segmente zunimmt. Das heißt, wenn die maximale Höhe (h_N) der Segmente zunimmt, so dass die Breite des höhenvariablen Bereichs (2) der Segmente zunimmt, nimmt die Stapelanzahl von Segmenten zu, während die Breite des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 abnimmt. An der Außenseite des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 erscheint der Stapelanzahlabnahmebereich b2, in dem die Stapelanzahl von Segmenten abnimmt, wenn der Radius zunimmt. Der Stapelanzahlabnahmebereich b2 ist ein radialer Bereich, in dem die Stapelanzahl von Segmenten abnimmt, wenn der Radius der Elektrodenanordnung zunimmt. Der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 und der Stapelanzahlabnahmebereich b2 sind in der radialen Richtung benachbart und komplementär zueinander. Das heißt, wenn die Länge eines Bereichs zunimmt, nimmt die Länge des anderen Bereichs ab. Zusätzlich nimmt in dem Stapelanzahlabnahmebereich b2 die Stapelanzahl proportional zu dem Abstand weg von dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 ab.
Aus der Sicht der Stapelanzahl der Segmente beträgt in den Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 die Stapelanzahl der Segmente 10 oder mehr in dem Gleichmäßigkeitsbereich b1. Ein Bereich, in dem die Stapelanzahl von Segmenten 10 oder mehr beträgt, kann als ein wünschenswerter Schweißzielbereich eingestellt werden. Der Schweißzielbereich ist ein Bereich, an den zumindest ein Teil des Stromabnehmers geschweißt werden kann.
In den Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 beginnt der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 von dem Radiuspunkt, an dem der höhenvariable Bereich (2) der Segmente beginnt. Das heißt, der höhenvariable Bereich (2) beginnt mit dem Radius von 5 mm und erstreckt sich zu dem Außenumfang.
In den Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 und dem Vergleichsbeispiel 1 zeigt die folgende Tabelle 4 für die positive Elektrode die Ergebnisse des Berechnens eines Verhältnisses der Länge des Segmentüberspringbereichs (c, 1 in 17a) zu dem Radius (b-a) der Elektrodenanordnung mit Ausnahme des Kerns, eines Verhältnisses (e/f) der Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu der Länge (f) von dem Radiuspunkt (5 mm), an dem der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich beginnt, zu dem äußersten Punkt (22 mm) der Elektrodenanordnung, eines Verhältnisses (d/f) der Länge des höhenvariablen Bereichs (d) des Segments zu der Länge (f) von dem Radiuspunkt (5 mm), an dem der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich beginnt, zu dem äußersten Punkt (22 mm) der Elektrodenanordnung, eines Verhältnisses (h) der Länge des Elektrodenbereichs, der dem Segmentüberspringbereich (erster Abschnitt B1) entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode, eines Verhältnisses (i) der Länge des Elektrodenbereichs, der dem höhenvariablen Bereich entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode und eines Verhältnisses (i) der Länge des Elektrodenbereichs, der dem Höhengleichmäßigkeitsbereich entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode und dergleichen.
Mit der Ausnahme, dass die negative Elektrode eine Differenz von 0,1% bis 1,2% für den Parameter h zeigt, sind die anderen Parameter im Wesentlichen die gleichen wie die positive Elektrode. Die Summe der Anteile h, i und j unterscheidet sich geringfügig von 100%. Der Grund ist, dass es einen Bereich ohne Segment in dem zweiten Abschnitt B3 gibt, der dem außenumfangsseitigen unbeschichteten Abschnitt der Elektrode entspricht. Zum Beispiel existiert in der Ausführungsform 1-1 kein Segment in dem zweiten Abschnitt B3, das ungefähr 4% der gesamten Länge der Elektrode entspricht. In Tabelle 4 sind a bis f Parameter, die auf der Länge in der radialen Richtung basieren, und h, i und j sind Parameter, die auf der Länge in der Längsrichtung der Elektrode basieren, bevor die Elektrode zu einer Elektrodenanordnung gewickelt wird. Außerdem sind die Parameter, die dem Verhältnis (%) entsprechen, Werte, die an einer Dezimalstelle gerundet sind. Diese Punkte sind im Wesentlichen die gleichen in den Tabellen 5 und 6, die später erläutert werden.
Betrachtet man die Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 der Tabelle 4, beträgt die Stapelanzahl von Segmenten 11 bis 27 und das Verhältnis (d/f) des höhenvariablen Bereichs (d) zu dem radialen Bereich f, der Segmente enthält, beträgt 6% bis 41%. Zusätzlich beträgt das Verhältnis (e/f) des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs (e) zu dem radialen Bereich f, der Segmente enthält, 47% bis 82%. Zusätzlich beträgt das Verhältnis (c/(b-a)) des Segmentüberspringbereichs (c, 1 in 17a) zu dem Radius (b-a) der Elektrodenanordnung mit Ausnahme des Kerns 15%. Zusätzlich beträgt das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Segmentüberspringbereich (erster Abschnitt B1) entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 6%, das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem höhenvariablen Bereich entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 3% bis 32% und das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Höhengleichmäßigkeitsbereich entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 59% bis 87%.
Die Stapelanzahl (g) des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs beträgt in allen Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 10 oder mehr. Der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich (e) nimmt ab, wenn der höhenvariable Bereich (d) der Segmente zunimmt, aber die Stapelanzahl (g) der Segmente nimmt in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich (e) zu. Vorzugsweise kann der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich (e), in dem die Stapelanzahl (g) von Segmenten 10 oder mehr beträgt, als ein Schweißzielbereich eingestellt werden.
In den zylindrischen Batterien mit Formfaktoren von 1865 und 2170 beträgt der Radius der Elektrodenanordnung ungefähr 9 mm bis 10 mm. Daher kann für eine herkömmliche zylindrische Batterie, wie in den Ausführungsformen 1-1 bis 1-7, die Länge des Segmentbereichs (f) in der radialen Richtung nicht auf dem Niveau von 17 mm gesichert werden und die Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs (e) kann nicht auf dem Niveau von 8 mm bis 14 mm gesichert werden. Dies liegt daran, dass in einer herkömmlichen zylindrischen Batterie, wenn der Radius des Kerns auf 2 mm ausgelegt ist, was der gleiche ist wie in den Ausführungsformen 1-1 bis 1-7, der radiale Bereich, in dem Segmente angeordnet werden können, im Wesentlichen nur 7 mm bis 8 mm beträgt. Außerdem beträgt in der herkömmlichen zylindrischen Batterie die Länge der Elektrode in der Wicklungsrichtung ungefähr 600 mm bis 980 mm. Diese kurze Länge der Elektrode beträgt nur ungefähr 15% bis 24% der Länge der Elektrode (positive Elektrode 3948 mm, negative Elektrode 4045 mm), die in den Ausführungsformen 1-1 bis 1-7 verwendet wird. Daher können die numerischen Bereiche für die Parameter h, i und j nicht einfach aus Gestaltungsspezifikationen der herkömmlichen zylindrischen Batterie hergeleitet werden.
Als nächstes wird, wenn die maximale Höhe (h_N) der Segmente in dem höhenvariablen Bereich (2 in 17a) der Segmente gleich ist, durch spezifische Ausführungsformen erläutert, wie die Stapelanzahl der Segmente entlang der radialen Richtung des Biegeflächenbereichs F gemäß der Änderung der minimalen Höhe (h₁) der Segmente variiert.
Die Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 2-1 bis 2-5 weisen einen Radius von 22 mm und einen Kerndurchmesser C von 4 mm auf. In dem höhenvariablen Bereich (2 in 17a) der Segmente 61 ist die minimale Höhe (h₁) gleich 4 mm und die maximale Höhe (h-_N) variiert von 6 mm bis 10 mm in Schritten von 1 mm. Daher weist in den Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 2-1 bis 2-5 der höhenvariable Bereich (2 in 17a) der Segmente eine Breite von 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm bzw. 6 mm auf und der Segmentüberspringbereich (1 in 17a) ist ein radialer Bereich mit einem Radius von 2 mm bis 6 mm.
Die Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 3-1 bis 3-4 weisen einen Radius von 22 mm und einen Kerndurchmesser C von 4 mm auf. In dem höhenvariablen Bereich (2 in 17a) der Segmente 61 ist die minimale Höhe (h₁) gleich 5 mm und die maximale Höhe (h_N) variiert von 7 mm bis 10 mm in Schritten von 1 mm. Daher weist in den Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 3-1 bis 3-4 der höhenvariable Bereich (2 in 17a) der Segmente eine Breite von 2 mm, 3 mm, 4 mm bzw. 5 mm auf und der Segmentüberspringbereich (1 in 17a) ist ein radialer Bereich mit einem Radius von 2 mm bis 7 mm.
Die Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 4-1 bis 4-3 weisen einen Radius von 22 mm und einen Kerndurchmesser C von 4 mm auf. In dem höhenvariablen Bereich (2 in 17a) der Segmente 61 ist die minimale Höhe (h₁) gleich 6 mm und die maximale Höhe (h_N) variiert von 8 mm bis 10 mm in Schritten von 1 mm. Daher beträgt in den Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 4-1 bis 4-3 die Breite des höhenvariablen Bereichs (2 in 17a) der Segmente 2 mm, 3 mm bzw. 4 mm und der Segmentüberspringbereich (1 in 17a) ist ein radialer Bereich mit einem Radius von 2 mm bis 8 mm.
Die Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 5-1 bis 5-2 weisen einen Radius von 22 mm und einen Kerndurchmesser C von 4 mm auf. In dem höhenvariablen Bereich (2 in 17a) der Segmente 61 ist die minimale Höhe (h₁) gleich 7 mm und die maximale Höhe (h_N) variiert von 9 mm bis 10 mm in Schritten von 1 mm. Daher beträgt in den Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 5-1 bis 5-2 die Breite des höhenvariablen Bereichs (2 in 17a) der Segmente 2 mm bzw. 3 mm und der Segmentüberspringbereich (1 in 17a) ist ein radialer Bereich mit einem Radius von 2 mm bis 9 mm.
17d sind Graphen, die die Ergebnisse des Zählens der Stapelanzahl von Segmenten entlang der radialen Richtung in dem Biegeoberflächenbereich F der positiven Elektrode zeigen, die an dem oberen Abschnitt der Elektrodenanordnungen gemäß den Ausführungsformen 2-1 bis 2-5, den Ausführungsformen 3-1 bis 3-4, den Ausführungsformen 4-1 bis 4-3 und den Ausführungsformen 5-1 bis 5-2 gebildet wird. Der Biegeoberflächenbereich der negativen Elektrode zeigt auch im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse.
In 17d zeigt der Graph (a) das Ergebnis des Zählens der Stapelanzahl von Segmenten entlang der radialen Richtung in dem Biegeoberflächenbereich F für die Ausführungsform 2-1 bis 2-5, der Graph (b) ist für die Ausführungsform 3-1 bis 3-4, der Graph (c) ist für die Ausführungsform 4-1 bis 4-3 und der Graph (d) ist für die Ausführungsformen 5-1 bis 5-2.
Bezugnehmend auf 17d erscheint der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 der Segmente in allen Ausführungsformen gemeinsam. Der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 ist ein radialer Bereich der flachen Fläche in dem Graphen. Die Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 nimmt zu, wenn die maximale Höhe (h_N) der Segmente abnimmt, wenn die minimale Höhe (h₁) der Segmente gleich ist. Auch nimmt die Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu, wenn die minimale Höhe (h₁) der Segmente abnimmt, wenn die maximale Höhe (h_N) der Segmente gleich ist. Währenddessen nimmt in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 die Stapelanzahl von Segmenten zu, wenn die maximale Höhe (h_N) der Segmente zunimmt. Selbst in den Ausführungsformen erscheint der Stapelanzahlabnahmebereich b2 nahe dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1.
In allen Ausführungsformen beträgt die Stapelanzahl von Segmenten in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 10 oder mehr. Vorzugsweise kann ein Bereich, in dem die Stapelanzahl von Segmenten 10 oder mehr beträgt, als ein wünschenswerter Schweißzielbereich eingestellt werden.
In den Ausführungsformen beginnt der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 von dem Radiuspunkt, an dem der höhenvariable Bereich (2 in 17a) der Segmente beginnt. In den Ausführungsformen 2-1 bis 2-5 beginnt der höhenvariable Bereich (2 in 17a) der Segmente von 6 mm und erstreckt sich zu dem Außenumfang. In den Ausführungsformen 3-1 bis 3-4 beginnt der höhenvariable Bereich (2 in 17a) der Segmente von 7 mm und erstreckt sich zu dem Außenumfang. In den Ausführungsformen 4-3 bis 4-3 beginnt der höhenvariable Bereich (2 in 17a) der Segmente von 8 mm und erstreckt sich zu dem Außenumfang. In den Ausführungsformen 5-1 bis 5-2 beginnt der höhenvariable Bereich (2 in 17a) der Segmente von 9 mm und erstreckt sich zu dem Außenumfang.
Die nachstehende Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse des Berechnens verschiedener Parameter für die Ausführungsformen 2-1 bis 2-5, die Ausführungsformen 3-1 bis 3-4, die Ausführungsformen 4-1 bis 4-3 und die Ausführungsformen 5-1 bis 5-2, einschließlich eines Verhältnisses (e/f) der Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs zu der Länge von dem Radiuspunkt (6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm), an dem der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich beginnt, zu dem äußersten Punkt (22 mm) der Elektrodenanordnung, eines Verhältnisses (d/f) der Länge des höhenvariablen Bereichs (2) der Segmente zu der Länge von dem Radiuspunkt (6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm), an dem der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich beginnt, zu dem äußersten Punkt (22 mm) der Elektrodenanordnung und dergleichen.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen 2-5, 3-4, 4-3 und 5-2 der Tabelle 5 zusammen mit 17a und 17d ist die maximale Höhe (h_N) der Segmente in dem höhenvariablen Bereich (2) der Segmente gleich wie 10 mm, aber die minimale Höhe (h₁) der Segmente nimmt auf 4 mm, 5 mm, 6 mm und 7 mm mal 1 mm zu und die Länge des höhenvariablen Bereichs (2) nimmt auf 6 mm, 5 mm, 4 mm und 3 mm mal 1 mm ab. In den vier Ausführungsformen ist das Verhältnis (e/f) des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs in den Ausführungsformen 2-5 mit 69% am größten und in der Ausführungsform 5-2 mit 38% am kleinsten, und die Stapelanzahlen der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereiche sind alle gleich.
Aus den in Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen kann, wenn die maximale Höhe (h_N) der Segmente gleich ist, verstanden werden, dass, wenn die Breite des höhenvariablen Bereichs (2) des Segments zunimmt, da die minimale Höhe (h₁) der Segmente abnimmt, die Breite des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs auch proportional zunimmt. Der Grund ist, dass, wenn die minimale Länge (h₁) der Segmente kleiner ist, der Radiuspunkt, an dem das Segment beginnt, näher an dem Kern ist und sich somit der Bereich, in dem die Segmente gestapelt sind, zu dem Kern hin erweitert.
Betrachtet man Tabelle 5, kann man feststellen, dass die Stapelanzahl der Segmente 16 bis 26 beträgt, das Verhältnis (d/f) des höhenvariablen Bereichs (2) der Segmente 13% bis 38% beträgt und das Verhältnis (e/f) des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs 31% bis 69% beträgt. Zusätzlich beträgt das Verhältnis (c/(b-a)) des Segmentüberspringbereichs (1) zu dem Radius (b-a) der Elektrodenanordnung mit Ausnahme des Kerns 20% bis 35%. Zusätzlich beträgt das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Segmentüberspringbereich (1) entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 10% bis 20%, das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem höhenvariablen Bereich (2) entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 6% bis 25% und das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Höhengleichmäßigkeitsbereich (3) entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 62% bis 81%.
In den zylindrischen Batterien mit Formfaktoren von 1865 und 2170 weist die Elektrodenanordnung einen Radius von ungefähr 9 mm bis 10 mm auf. Daher ist es anders als in den Ausführungsformen nicht möglich, die Länge des Segmentbereichs (f) in der radialen Richtung auf dem Niveau von 13 mm bis 16 mm zu sichern, und es ist nicht möglich, die Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs (e), in dem die Stapelanzahl der Segmente 10 oder mehr beträgt, auf dem Niveau von 5 mm bis 11 mm zu sichern, während die Länge des Segmentüberspringbereichs (c, 1) auf dem Niveau von ungefähr 4 mm bis 7 mm gesichert wird. Dies liegt daran, dass in der herkömmlichen zylindrischen Batterie, wenn der Radius des Kerns auf 2 mm ausgelegt ist, was der gleiche ist wie in den Ausführungsformen, der radiale Bereich, in dem Segmente angeordnet werden können, im Wesentlichen nur 7 mm bis 8 mm beträgt. Außerdem beträgt in der herkömmlichen zylindrischen Batterie die Länge der Elektrode in der Wicklungsrichtung ungefähr 600 mm bis 980 mm. Diese kurze Länge der Elektrode beträgt in den Ausführungsformen nur ungefähr 15% bis 24% der Länge der Elektrode (positive Elektrode 3948 mm, negative Elektrode 4045 mm). Daher können die numerischen Bereiche für die Parameter h, i und j nicht einfach aus Gestaltungsspezifikationen der herkömmlichen zylindrischen Batterien hergeleitet werden.
Als nächstes wird, wenn die minimale Höhe (h₁) und die maximale Höhe (h_N) der Segmente in dem höhenvariablen Bereich (2) der Segmente gleich sind, durch spezifische Ausführungsformen erläutert, wie sich die Stapelanzahl der Segmente gemäß dem Durchmesser des Kerns C der Elektrodenanordnung entlang der radialen Richtung des Biegeflächenbereichs F ändert.
Die Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 6-1 bis 6-6 weisen einen Radius von 22 mm auf, und der Radius des Kerns C beträgt 4 mm. In dem höhenvariablen Bereich (2) der Segmente 61 ist die minimale Höhe (h₁) der Segmente gleich 3 mm und die maximale Höhe (h_N) der Segmente variiert von 5 mm bis 10 mm in Schritten von 1 mm. Daher beträgt in den Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 6-1 bis 6-6 die Breite des höhenvariablen Bereichs (2) der Segmente 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm bzw. 7 mm und der Segmentüberspringbereich (1) ist ein radialer Bereich mit einem Radius von 4 mm bis 7 mm.
Die Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 7-1 bis 7-6 weisen einen Radius von 22 mm auf, und der Radius des Kerns C beträgt 2 mm. In dem höhenvariablen Bereich (2) der Segmente 61 ist die minimale Höhe (h₁) der Segmente gleich 3 mm und die maximale Höhe (h_N) der Segmente variiert von 5 mm bis 10 mm in Schritten von 1 mm. Daher weist in den Elektrodenanordnungen der Ausführungsformen 7-1 bis 7-6 der höhenvariable Bereich (2) der Segmente eine Breite von 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm bzw. 7 mm auf, und der Segmentüberspringbereich (1) ist alles gleich einem radialen Bereich mit einem Radius von 2 mm bis 5 mm.
17e sind Graphen, die die Ergebnisse des Zählens der Stapelanzahl von Segmenten entlang der radialen Richtung in dem Biegeoberflächenbereich F der positiven Elektrode zeigen, die an dem oberen Abschnitt der Elektrodenanordnung gemäß den Ausführungsformen 6-1 bis 6-6 und den Ausführungsformen 7-1 bis 7-6 gebildet wird. Im Wesentlichen erscheinen die gleichen Ergebnisse in dem Biegeoberflächenbereich der negativen Elektrode.
In 17e zeigt der Graph (a) das Ergebnis des Zählens der Stapelanzahl von Segmenten entlang der radialen Richtung in dem Biegeoberflächenbereich F für die Ausführungsformen 6-1 bis 6-6, und der Graph (b) ist für die Ausführungsformen 7-1 bis 7-6.
Bezugnehmend auf 17e erscheint der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 der Segmente in allen Ausführungsformen gemeinsam. Der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 ist ein radialer Bereich der flachen Fläche in dem Graphen. Die Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 in der radialen Richtung nimmt zu, wenn die maximale Höhe (h_N) der Segmente abnimmt, wenn die minimale Höhe (h₁) der Segmente gleich ist. Währenddessen nimmt in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 die Stapelanzahl von Segmenten zu, wenn die maximale Höhe (h_N) der Segmente zunimmt. In den Ausführungsformen wird der Stapelanzahlabnahmebereich b2 nahe dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 identifiziert.
In allen Ausführungsformen beträgt die Stapelanzahl der Segmente in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 10 oder mehr. Vorzugsweise kann ein Bereich, in dem die Stapelanzahl von Segmenten 10 oder mehr beträgt, als ein wünschenswerter Schweißzielbereich eingestellt werden.
In den Ausführungsformen beginnt der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 von dem Radiuspunkt, an dem der höhenvariable Bereich (2) der Segmente beginnt. In den Ausführungsformen 6-1 bis 6-6 beträgt der Radius, an dem der höhenvariable Bereich (2) der Segmente beginnt, 7 mm, und in den Ausführungsformen 7-1 bis 7-6 beträgt der Radius, an dem der höhenvariable Bereich (2) der Segmente beginnt, 5 mm.
Die nachstehende Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse des Berechnens verschiedener Parameter für die Ausführungsformen 6-1 bis 6-6 und die Ausführungsformen 7-1 bis 7-6, einschließlich eines Verhältnisses (e/f) der Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs zu der Länge von dem Radiuspunkt (7 mm, 5 mm), an dem der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich beginnt, zu dem äußersten Punkt (22 mm) der Elektrodenanordnung, eines Verhältnisses (d/f) der Länge des höhenvariablen Bereichs (2) der Segmente zu der Länge von dem Radiuspunkt (7 mm, 5 mm), an dem der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich beginnt, zu dem äußersten Punkt (22 mm) der Elektrodenanordnung und dergleichen.
Wenn man 17a und die Ausführungsformen 6-6 und 7-6 der Tabelle 6 sieht, sind die minimale Höhe (h₁) und die maximale Höhe (h_N) der Segmente in dem höhenvariablen Bereich (2) der Segmente gleich 3 mm bzw. 10 mm. In der Ausführungsform 6-6 ist der Radius des Kerns jedoch um 2 mm größer als in der Ausführungsform 7-6. Daher sind in der Ausführungsform 6-6 der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich (e) und der Segmentbereich (f) um 2 mm kleiner als in der Ausführungsform 7-6, und die Stapelanzahl der Segmente ist in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich gleich. Dieses Ergebnis kommt aus der Differenz in dem Radius des Kerns. Aus den in Tabelle 6 gezeigten Ergebnissen kann, wenn die Breite des höhenvariablen Bereichs (2) der Segmente gleich ist, verstanden werden, dass, wenn der Radius (a) des Kerns kleiner ist, das Verhältnis (d/f) des höhenvariablen Bereichs (2) abnimmt, aber das Verhältnis (e/f) des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs zunimmt.
Wenn man Tabelle 6 sieht, kann festgestellt werden, dass die Stapelanzahl der Segmente 13 bis 26 beträgt, das Verhältnis (d/f) des höhenvariablen Bereichs (2) der Segmente 12% bis 47% beträgt und das Verhältnis (e/f) der Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs 40% bis 76% beträgt. Zusätzlich beträgt das Verhältnis (c/(b-a)) des Segmentüberspringbereichs (1) zu dem Radius (b-a) der Elektrodenanordnung mit Ausnahme des Kerns 15% bis 17%. Zusätzlich beträgt das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Segmentüberspringbereich (1) entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 6%, das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem höhenvariablen Bereich (2) entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 7% bis 32% und das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Höhengleichmäßigkeitsbereich (3) entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 59% bis 83%.
Für zylindrische Batterien mit Formfaktoren von 1865 und 2170 beträgt der Radius der Elektrodenanordnung ungefähr 9 mm bis 10 mm. Daher ist anders als in den Ausführungsformen die Länge des Segmentbereichs (f) in der radialen Richtung nicht auf dem Niveau von 15 mm bis 17 mm gesichert und gleichzeitig kann die Länge des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs (e), in dem die Stapelanzahl der Segmente 10 oder mehr beträgt, nicht auf dem Niveau von 6 mm bis 13 mm gesichert werden, während die Länge des Segmentüberspringbereichs (1) auf dem Niveau von ungefähr 3 mm gesichert wird. Dies liegt daran, dass in der herkömmlichen zylindrischen Batterie, wenn der Radius des Kerns auf 2 mm bis 4 mm ausgelegt ist, was der gleiche ist wie in den Ausführungsformen, der radiale Bereich, in dem Segmente angeordnet werden können, im Wesentlichen nur 5 mm bis 8 mm beträgt. Außerdem beträgt in der herkömmlichen zylindrischen Batterie die Länge der Elektrode in der Wicklungsrichtung ungefähr 600 mm bis 980 mm. Diese kurze Länge der Elektrode beträgt in den Ausführungsformen nur ungefähr 15% bis 24% der Länge der Elektrode (positive Elektrode 3948 mm, negative Elektrode 4045 mm). Daher können die numerischen Bereiche für die Parameter h, i und j nicht einfach aus Gestaltungsspezifikationen der herkömmlichen zylindrischen Batterien hergeleitet werden.
Unter umfassender Berücksichtigung der Daten in den Tabellen 4 bis 6 kann die Stapelanzahl von Segmenten in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich der Segmente 11 bis 26 betragen. Zusätzlich kann das Verhältnis (d/f) des variablen Höhenbereichs (2) der Segmente 6% bis 47% betragen. Außerdem kann das Verhältnis (e/f) des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs 31% bis 82% betragen. Zusätzlich kann das Verhältnis (c/(b-a)) der Länge des Segmentüberspringbereichs (1) zu dem Radius der Elektrodenanordnung mit Ausnahme des Kerns 15% bis 35% betragen. Zusätzlich kann das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Segmentüberspringbereich (1) entspricht, zu der gesamten Länge (Länge in der Wicklungsrichtung) der Elektrode 6% bis 20% betragen. Zusätzlich kann das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem höhenvariablen Bereich (2) der Segmente entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 3% bis 32% betragen. Zusätzlich kann das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Höhengleichmäßigkeitsbereich (3) der Segmente entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode 59% bis 87% betragen.
In der Zwischenzeit werden die in den Tabellen 4 bis 6 beschriebenen Parameter gemäß Entwurfsfaktoren variiert, die den Radius (a) des Kerns; den Radius der Elektrodenanordnung B; die minimale Höhe (h₁) und die maximale Höhe (h_N) in dem höhenvariablen Bereich (2) der Segmente; den Höhenänderungsbetrag (Δh) der Segmente pro 1 mm Schritt des Radius; die Dicke der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und des Separators und dergleichen beinhalten.
Daher kann in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich der Segmente die Segmentstapelanzahl auf 10 bis 35 erweitert werden. Das Verhältnis (d/f) des höhenvariablen Bereichs (2) der Segmente kann auf 1% bis 50% erweitert werden. Außerdem kann das Verhältnis (e/f) des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs auf 30% bis 85% erweitert werden. Zusätzlich kann das Verhältnis (c/(b-a)) der Länge des Segmentüberspringbereichs (1) zu dem Radius der Elektrodenanordnung mit Ausnahme des Kerns auf 10% bis 40% erweitert werden. Zusätzlich kann das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Segmentüberspringbereich (1) entspricht, zu der gesamten Länge (Länge in der Wicklungsrichtung) der Elektrode auf 1% bis 30% erweitert werden. Zusätzlich kann das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem höhenvariablen Bereich (2) der Segmente entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode auf 1% bis 40% erweitert werden. Zusätzlich kann das Verhältnis der Länge der Elektrodenfläche, die dem Höhengleichmäßigkeitsbereich (3) der Segmente entspricht, zu der gesamten Länge der Elektrode auf 50% bis 90% erweitert werden. In den Ausführungsformen beträgt der Höhenindex N der maximalen Höhe (h_N) der Segmente, die in dem höhenvariablen Bereich (2) und dem Höhengleichmäßigkeitsbereich (3) enthalten sind, 2 bis 8. Betrachtet man beispielsweise Tabelle 4, beträgt der Höhenindex N für die Ausführungsformen 1-1 und 1-7 2 bzw. 8. Der Höhenindex N kann jedoch in Abhängigkeit von dem Höhenänderungsbetrag (Δh) des Segments in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung variieren. Wenn die radiale Länge des höhenvariablen Bereichs (2) fest ist, nimmt der Höhenindex N entsprechend zu, oder umgekehrt, wenn der Höhenänderungsbetrag (Δh) des Segments abnimmt. Vorzugsweise kann der Höhenindex N weiter auf 2 bis 20, optional auf 2 bis 30 erweitert werden.
In dem Biegeflächenbereich F, der an dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung ausgebildet ist, kann der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich als der Schweißzielbereich des Stromabnehmers verwendet werden.
Vorzugsweise überlappt der Schweißbereich des Stromabnehmers den Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich um mindestens 50% in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung, und ein höheres Überlappungsverhältnis wird bevorzugter.
Vorzugsweise kann die Ruhefläche des Schweißbereichs des Stromabnehmers, die nicht mit dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich überlappt, mit dem Stapelanzahlabnahmebereich benachbart zu dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich in der radialen Richtung überlappen.
Bevorzugter kann die Ruhefläche des Schweißbereichs des Stromabnehmers, die nicht mit dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich überlappt, mit der Fläche des Stapelanzahlabnahmebereichs überlappen, in dem die Segmentstapelanzahl 10 oder mehr beträgt.
Wenn der Stromabnehmer an den Bereich geschweißt wird, in dem die Segmentstapelanzahl 10 oder mehr beträgt, ist es im Hinblick auf die Schweißfestigkeit und die Verhinderung einer Beschädigung des Separators oder der Aktivmaterialschicht während des Schweißens wünschenswert. Insbesondere ist es nützlich, wenn der Stromabnehmer unter Verwendung eines Hochleistungslasers mit hohen Transmissionseigenschaften geschweißt wird.
Wenn der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich, in dem 10 oder mehr der Segmente gestapelt sind, und der Stromabnehmer mit einem Laser geschweißt werden, selbst wenn die Leistung des Lasers erhöht wird, um die Schweißqualität zu verbessern, absorbiert der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich den Großteil der Laserenergie, um eine Schweißraupe zu bilden, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass der Separator und die Aktivmaterialschicht unter dem Biegeoberflächenbereich F durch den Laser beschädigt werden.
Da die Segmentstapelanzahl 10 oder mehr in dem Bereich beträgt, in dem der Laser bestrahlt wird, werden außerdem Schweißraupen mit ausreichendem Volumen und ausreichender Dicke gebildet. Daher kann eine ausreichende Schweißfestigkeit gesichert werden und der Widerstand der Schweißschnittstelle kann auf ein Niveau verringert werden, das für ein Schnellladen geeignet ist.
Beim Schweißen des Stromabnehmers kann die Leistung des Lasers durch die gewünschte Schweißfestigkeit zwischen dem Biegeoberflächenbereich F und dem Stromabnehmer bestimmt werden. Die Schweißfestigkeit nimmt proportional zu der Stapelanzahl von Segmenten zu. Dies liegt daran, dass das Volumen der Schweißraupen, die durch den Laser gebildet werden, mit zunehmender Stapelanzahl zunimmt. Die Schweißraupen werden gebildet, wenn das Material des Stromabnehmers und das Material des Segments zusammengeschmolzen werden. Wenn das Volumen der Schweißraupe groß ist, werden daher der Stromabnehmer und der Biegeoberflächenbereich stärker gekoppelt und der Kontaktwiderstand der Schweißschnittstelle wird verringert.
Vorzugsweise kann die Schweißfestigkeit 2 kgf/cm² oder mehr, mehr bevorzugt 4 kgf/cm² oder mehr betragen. Die maximale Schweißfestigkeit kann in Abhängigkeit von der Leistung der Laserschweißgeräte variieren. Außerdem kann die Schweißfestigkeit vorzugsweise auf 8 kgf/cm² oder weniger, mehr bevorzugt 6 kgf/cm² oder weniger eingestellt werden. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Wenn die Schweißfestigkeit den vorstehenden numerischen Bereich erfüllt, selbst wenn eine starke Vibration auf die Elektrodenanordnung entlang der Wickelachsenrichtung und/oder der radialen Richtung ausgeübt wird, verschlechtern sich die Eigenschaften der Schweißschnittstelle nicht, und der Widerstand der Schweißschnittstelle kann verringert werden, da das Volumen der Schweißraupen ausreichend ist.
Die Leistung des Lasers, um die Schweißfestigkeitsbedingung zu erfüllen, unterscheidet sich in Abhängigkeit von den Lasergeräten und kann in geeigneter Weise im Bereich von 250 W bis 320 W oder im Bereich von 40 % bis 100 % der maximalen Laserleistung, die von den Geräten bereitgestellt wird, eingestellt werden.
Die Schweißfestigkeit kann als eine Zugkraft (kgf/cm²) pro Flächeneinheit des Stromabnehmers definiert werden, wenn der Stromabnehmer beginnt, sich von dem Biegeoberflächenbereich F zu lösen. Insbesondere kann, nachdem der Stromabnehmer vollständig geschweißt ist, eine Zugkraft auf den Stromabnehmer angewendet werden, während die Größe der Zugkraft allmählich erhöht wird. Wenn die Zugkraft einen Schwellenwert überschreitet, beginnt sich das Segment von der Schweißschnittstelle zu lösen. Zu diesem Zeitpunkt entspricht der Wert, der durch Dividieren der Zugkraft, die auf den Stromabnehmer angewendet wird, durch die Fläche des Stromabnehmers erhalten wird, der Schweißfestigkeit.
In dem Biegeflächenbereich F sind die Segmente in mehreren Schichten gestapelt, und gemäß den obigen Ausführungsformen kann die Stapelanzahl von Segmenten auf mindestens 10 bis maximal 35 zunehmen.
Die Dicke des Stromabnehmers (der Folie) der positiven Elektrode, der den unbeschichteten Abschnitt 43 bildet, beträgt 10 m bis 25 m, und die Dicke des Stromabnehmers (der Folie) der negativen Elektrode, der den unbeschichteten Abschnitt 43 bildet, kann 5 m bis 20 m betragen. Daher kann der Biegeflächenbereich F der positiven Elektrode eine Fläche einschließen, in der die Gesamtstapeldicke der Segmente 100 m bis 875 m beträgt. Zusätzlich kann der Biegeflächenbereich F der negativen Elektrode eine Fläche einschließen, in der die Gesamtschichtdicke der Segmente 50 m bis 700 m beträgt.
17f ist eine Draufsicht von oben auf die Elektrodenanordnung, die den einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 und den abnehmenden Stapelanzahlbereich b2 in dem Biegeflächenbereich F der Segmente 61, 61' gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Bezugnehmend auf 17f entspricht die Fläche zwischen zwei Kreisen, die durch die dicke durchgezogene Linie angegeben wird, dem Biegeflächenbereich F der Segmente, und die Fläche zwischen zwei Kreisen, die durch die strichpunktierte Linie angegeben wird, entspricht dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1, in dem die Stapelanzahl der Segmente 10 oder mehr beträgt, und die Außenfläche des einheitlichen Stapelanzahlbereichs b1 entspricht dem abnehmenden Stapelanzahlbereich b2.
In einem Beispiel wird, wenn der Stromabnehmer (P_c) an den Biegeflächenbereich F geschweißt wird, ein Schweißmuster (W_p) auf der Oberfläche des Stromabnehmers (P_c) erzeugt. Das Schweißmuster (W_p) kann eine Anordnung von Linienmustern oder Punktmustern aufweisen. Das Schweißmuster (W_p) entspricht dem Schweißbereich und kann um 50% oder mehr mit dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 der Segmente entlang der radialen Richtung überlappen. Daher kann ein Teil des Schweißmusters (W_p) in dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 enthalten sein, und der Rest des Schweißmusters (W_p) kann in dem abnehmenden Stapelanzahlbereich b2 außerhalb des einheitlichen Stapelanzahlbereichs b1 enthalten sein. Natürlich kann das gesamte Schweißmuster (W_p) mit dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 überlappen, um die Schweißfestigkeit zu maximieren und den Widerstand des Schweißbereichs zu verringern.
Die Fläche des Biegeflächenbereichs F kann als die Summe der Fläche des einheitlichen Stapelanzahlbereichs b1 und der Fläche des abnehmenden Stapelanzahlbereichs b2 des Segments definiert sein. Da das Verhältnis (e/f) des einheitlichen Stapelanzahlbereichs b1 30% bis 85%, vorzugsweise 31% bis 82% beträgt, kann das Verhältnis der Fläche des einheitlichen Stapelanzahlbereichs b1 zu der Fläche des Biegeflächenbereichs F 9% (30²/100²) bis 72% (852/1002), vorzugsweise 10% (31²/1002) bis 67% (82²/100²) betragen.
Vorzugsweise kann der Rand des Abschnitts, wo der Stromabnehmer (P_c) den Biegeflächenbereich F berührt, das Ende des Segments 61, 61' bedecken, das in Richtung des Kerns C in der letzten Wicklungswindung des einheitlichen Höhenbereichs (3) gebogen wurde. In diesem Fall sind, da das Schweißmuster (W_p) in einem Zustand gebildet wird, in dem die Segmente 61, 61' durch den Stromabnehmer (P_c) gedrückt werden, der Stromabnehmer (P_c) und der Biegeflächenbereich F stark gekoppelt. Als ein Ergebnis kann, da die Segmente 61, 61', die in der Wickelachsenrichtung gestapelt sind, in engen Kontakt miteinander kommen, der Widerstand an der Schweißschnittstelle verringert werden und ein Anheben der Segmente 61, 61' kann verhindert werden.
In der Zwischenzeit kann die Biegerichtung der Segmente zu der oben beschriebenen entgegengesetzt sein. Das heißt, die Segmente können von dem Kern in Richtung des Außenumfangs gebogen werden. In diesem Fall kann das Muster, in dem sich die Höhen der Segmente entlang der Wicklungsrichtung (X-Achsenrichtung) ändern, zu dem der oben beschriebenen Ausführungsformen (Modifikationen) entgegengesetzt sein. Zum Beispiel können die Höhen der Segmente von dem Kern zu dem Außenumfang hin allmählich abnehmen. Auch können die Struktur, die auf den ersten Abschnitt B1 angewendet wird, und die Struktur, die auf den zweiten Abschnitt B3 angewendet wird, miteinander umgeschaltet werden. Vorzugsweise kann das Höhenänderungsmuster so gestaltet sein, dass die Höhen der Segmente von dem Kern zu dem Außenumfang hin allmählich abnehmen, aber wenn das Segment, das dem Außenumfang der Elektrodenanordnung am nächsten ist, in Richtung des Außenumfangs gebogen wird, das Ende des Segments nicht aus dem Außenumfang der Elektrodenanordnung vorsteht.
Die Elektrodenstruktur der obigen Ausführungsformen (Modifikationen) kann auf mindestens eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mit unterschiedlichen Polaritäten angewendet werden, die in der Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ oder einer anderen Elektrodenanordnung, die in der Technik bekannt ist, enthalten sind. Außerdem kann, wenn die Elektrodenstruktur der obigen Ausführungsformen (Modifikationen) auf irgendeine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angewendet wird, die herkömmliche Elektrodenstruktur auf die andere angewendet werden. Außerdem können die Elektrodenstrukturen, die auf die erste Elektrode und die zweite Elektrode angewendet werden, nicht identisch sein, sondern sich voneinander unterscheiden.
Wenn zum Beispiel die erste Elektrode und die zweite Elektrode eine positive Elektrode bzw. eine negative Elektrode sind, kann irgendeine der obigen Ausführungsformen (Modifikationen) auf die erste Elektrode angewendet werden, und die herkömmliche Elektrodenstruktur (siehe 1) kann auf die zweite Elektrode angewendet werden.
Als ein anderes Beispiel kann, wenn die erste Elektrode und die zweite Elektrode eine positive Elektrode bzw. eine negative Elektrode sind, irgendeine der obigen Ausführungsformen (Modifikationen) selektiv auf die erste Elektrode angewendet werden, und irgendeine der obigen Ausführungsformen (Modifikationen) kann selektiv auf die zweite Elektrode angewendet werden.
Nachstehend wird die Struktur der Elektrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben.
18 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ 80, bei der die Elektrode 40 gemäß der ersten Ausführungsform auf eine erste Elektrode (positive Elektrode) und eine zweite Elektrode (negative Elektrode) entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung) aufgebracht wird.
Die Elektrodenanordnung 80 kann durch das unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Wickelverfahren hergestellt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die vorstehende Struktur des ersten unbeschichteten Abschnitts 43a und des zweiten unbeschichteten Abschnitts 43b, die sich zur Außenseite des Separators erstrecken, ausführlich gezeigt, und die Wickelstruktur der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und des Separators ist nicht dargestellt. Der erste unbeschichtete Abschnitt 43a, der nach oben vorsteht, erstreckt sich von der ersten Elektrode, und der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b, der nach unten vorsteht, erstreckt sich von der zweiten Elektrode.
Ein Muster, in dem sich die Höhen des ersten und des zweiten unbeschichteten Abschnitts 43a, 43b ändern, ist schematisch gezeigt. Das heißt, die Höhe des unbeschichteten Abschnitts kann sich in Abhängigkeit von der Position, an der der Abschnitt geschnitten wird, unregelmäßig ändern. Wenn zum Beispiel die Seite des Trapezsegments 61, 61' oder der geschnittenen Nut 63 geschnitten wird, ist die Höhe des unbeschichteten Abschnitts in dem Querschnitt niedriger als die Höhe (H) des Segments 61, 61'. Dementsprechend versteht es sich, dass die Höhe des unbeschichteten Abschnitts, die in den Querschnittszeichnungen der Elektrodenanordnung gezeigt ist, dem Durchschnitt der Höhen (H in 14b und 15b) der unbeschichteten Abschnitte entspricht, die in jeder Wicklungswindung enthalten sind.
Unter Bezugnahme auf 18 beinhaltet der erste unbeschichtete Abschnitt 43a einen ersten Abschnitt B1, der an den Kern der Elektrodenanordnung 80 angrenzt, einen zweiten Abschnitt B3, der an die Außenumfangsfläche der Elektrodenanordnung 80 angrenzt, und einen dritten Abschnitt B2, der zwischen dem ersten Abschnitt B1 und dem zweiten Abschnitt B3 angeordnet ist.
Die Höhe (Länge in der Y-Achsenrichtung) des zweiten Abschnitts B3 ist relativ kleiner als die Höhe des dritten Abschnitts B2. Daher ist es möglich, während der Sickenabschnitt des Batteriegehäuses in der Nähe des zweiten Abschnitts B3 gedrückt wird, ein Phänomen zu verhindern, bei dem ein interner Kurzschluss auftritt, wenn sich der Sickenabschnitt und der zweite Abschnitt B3 berühren.
Der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b weist die gleiche Struktur wie der erste unbeschichtete Abschnitt 43a auf. In einer Modifikation kann der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b eine herkömmliche Elektrodenstruktur oder die Elektrodenstruktur in anderen Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
Die Enden 81 des ersten unbeschichteten Abschnitts 43a und des zweiten unbeschichteten Abschnitts 43b können in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 80 gebogen sein, zum Beispiel von dem Außenumfang in Richtung des Kerns. Zu diesem Zeitpunkt kann der zweite Abschnitt B3 im Wesentlichen nicht gebogen sein.
19 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ 90, bei der die Elektrode 45 der zweiten Ausführungsform auf die erste Elektrode (positive Elektrode) und die zweite Elektrode (negative Elektrode) entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung) aufgebracht wird.
Unter Bezugnahme auf 19 beinhaltet der erste unbeschichtete Abschnitt 43a der ersten Elektrode einen ersten Abschnitt B1, der an den Kern der Elektrodenanordnung 90 angrenzt, einen zweiten Abschnitt B3, der an die Außenumfangsfläche der Elektrodenanordnung 90 angrenzt, und einen dritten Abschnitt B2, der zwischen dem ersten Abschnitt B1 und dem zweiten Abschnitt B3 angeordnet ist.
Die Höhe des zweiten Abschnitts B3 ist relativ kleiner als die des dritten Abschnitts B2 und nimmt von dem Kern zu dem Außenumfang hin allmählich oder stufenweise ab. Daher ist es möglich, während der Sickenabschnitt des Batteriegehäuses in der Nähe des zweiten Abschnitts B3 gedrückt wird, ein Phänomen zu verhindern, bei dem ein interner Kurzschluss auftritt, wenn sich der Sickenabschnitt und der zweite Abschnitt B3 berühren.
Der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b weist die gleiche Struktur wie der erste unbeschichtete Abschnitt 43a auf. In einer Modifikation kann der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b eine herkömmliche Elektrodenstruktur oder eine Elektrodenstruktur anderer Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
Die Enden 91 des ersten unbeschichteten Abschnitts 43a und des zweiten unbeschichteten Abschnitts 43b können in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 90 gebogen sein, zum Beispiel von dem Außenumfang in Richtung des Kerns. Zu diesem Zeitpunkt kann die äußerste Seite 92 des zweiten Abschnitts B3 im Wesentlichen nicht gebogen sein.
20 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung vom Jelly-Roll-Typ 100, bei der eine beliebige der Elektroden 50, 60, 70 der dritten bis fünften Ausführungsformen (Modifikationen davon) auf die erste Elektrode (positive Elektrode) und die zweite Elektrode (negative Elektrode) entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung) aufgebracht wird.
Unter Bezugnahme auf 20 beinhaltet der unbeschichtete Abschnitt 43a der ersten Elektrode einen ersten Abschnitt B1, der an den Kern der Elektrodenanordnung 100 angrenzt, einen zweiten Abschnitt B3, der an die Oberfläche des Außenumfangs der Elektrodenanordnung 100 angrenzt, und einen dritten Abschnitt B2, der zwischen dem ersten Abschnitt B1 und dem zweiten Abschnitt B3 angeordnet ist.
Die Höhe des ersten Abschnitts B1 ist relativ kleiner als die des dritten Abschnitts B2. Außerdem ist in dem dritten Abschnitt B2 die Biegelänge des unbeschichteten Abschnitts 43a, der sich auf der innersten Seite befindet, gleich oder kleiner als die radiale Länge (R) des ersten Abschnitts B1. Die Biegelänge (H) entspricht einem Abstand von dem Punkt, an dem der unbeschichtete Abschnitt 43a gebogen wird, zu einem oberen Ende des unbeschichteten Abschnitts 43a. In einer Modifikation kann die Biegelänge H kleiner als die Summe der radialen Länge (R) des ersten Abschnitts B1 und 10 % des Radius des Kerns 102 sein.
Daher sind selbst dann, wenn der dritte Abschnitt B2 gebogen wird, mehr als 90 % des Durchmessers des Kerns 102 der Elektrodenanordnung 100 nach außen geöffnet. Der Kern 102 ist ein Hohlraum in der Mitte der Elektrodenanordnung 100. Wenn der Kern 102 nicht blockiert ist, gibt es keine Schwierigkeiten beim Elektrolyteinspritzprozess und die Elektrolyteinspritzeffizienz wird verbessert. Außerdem kann durch Einsetzen einer Schweißvorrichtung durch den Kern 102 ein Schweißprozess zwischen dem Stromabnehmer an der negativen Elektrode (oder der positiven Elektrode) und dem Batteriegehäuse (oder dem Anschluss) leicht durchgeführt werden.
Die Höhe des zweiten Abschnitts B3 ist relativ kleiner als die Höhe des dritten Abschnitts B2. Daher ist es möglich, während der Sickenabschnitt des Batteriegehäuses in der Nähe des zweiten Abschnitts B3 gedrückt wird, ein Phänomen zu verhindern, bei dem ein interner Kurzschluss auftritt, wenn sich der Sickenabschnitt und der zweite Abschnitt B3 berühren.
In einer Modifikation kann die Höhe des zweiten Abschnitts B3 im Gegensatz zu der in 20 gezeigten allmählich oder stufenweise abnehmen. Außerdem ist in 20 die Höhe des dritten Abschnitts B2 in einem Teil in der Nähe des Außenumfangs gleich, aber die Höhe des dritten Abschnitts B2 kann von der Grenze zwischen dem ersten Abschnitt B1 und dem dritten Abschnitt B2 zu der Grenze zwischen dem dritten Abschnitt B2 und dem zweiten Abschnitt B3 hin allmählich oder stufenweise zunehmen. Wenn der dritte Abschnitt B2 in mehrere Segmente unterteilt ist, entspricht ein Bereich, in dem sich die Höhe des unbeschichteten Abschnitts 43a ändert, dem variablen Segmenthöhenbereich (2 in 17a).
Der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b weist die gleiche Struktur wie der erste unbeschichtete Abschnitt 43a auf. In einer Modifikation kann der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b eine herkömmliche Elektrodenstruktur oder eine Elektrodenstruktur anderer Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
Die Enden 101 des ersten unbeschichteten Abschnitts 43a und des zweiten unbeschichteten Abschnitts 43b können in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 100 gebogen sein, zum Beispiel von dem Außenumfang in Richtung des Kerns. Zu diesem Zeitpunkt sind der erste Abschnitt B1 und der zweite Abschnitt B3 im Wesentlichen nicht gebogen.
Wenn der dritte Abschnitt B2 mehrere Segmente aufweist, kann die Biegespannung verringert werden, um zu verhindern, dass die unbeschichteten Abschnitte 43a nahe dem Biegepunkt abgerissen oder anormal verformt werden. Wenn die Breite und/oder die Höhe und/oder der Trennungsabstand der Segmente gemäß dem numerischen Bereich der obigen Ausführungsform eingestellt werden, werden die Segmente außerdem in Richtung des Kerns gebogen und in mehreren Schichten genug überlappt, um eine ausreichende Schweißfestigkeit sicherzustellen, und es wird kein leeres Loch (Spalt) in dem Biegeflächenbereich ausgebildet.
21 ist eine Querschnittsansicht einer Elektrodenanordnung 110 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung).
Unter Bezugnahme auf 21 weist die Elektrodenanordnung 110 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die Elektrodenanordnung 100 von 20 auf, außer dass die Höhe des zweiten Abschnitts B3 im Wesentlichen gleich der Höhe der äußersten Seite des dritten Abschnitts B2 ist.
Der zweite Abschnitt B3 kann mehrere Segmente aufweisen. Die Konfiguration der mehreren Segmente ist im Wesentlichen die gleiche wie die der vierten und fünften Ausführungsformen (Modifikationen) der Elektrode.
In der Elektrodenanordnung 110 ist die Höhe des ersten Abschnitts B1 relativ kleiner als die Höhe des dritten Abschnitts B2. Außerdem ist in dem dritten Abschnitt B2 die Biegelänge (H) des unbeschichteten Abschnitts, der sich auf der innersten Seite befindet, gleich oder kleiner als die radiale Länge (R) des ersten Abschnitts B1. Vorzugsweise kann der erste Abschnitt B1 ein Segmentüberspringbereich (1 in 17a) ohne Segment sein. In einer Modifikation kann die Biegelänge H kleiner als die Summe der radialen Länge (R) des ersten Abschnitts B1 und 10 % des Radius des Kerns 112 sein.
Daher sind selbst dann, wenn der dritte Abschnitt B2 gebogen wird, 90 % oder mehr des Durchmessers des Kerns 112 der Elektrodenanordnung 110 nach außen geöffnet. Wenn der Kern 112 nicht blockiert ist, gibt es keine Schwierigkeiten beim Elektrolyteinspritzprozess und die Elektrolyteinspritzeffizienz wird verbessert. Außerdem kann der Schweißprozess zwischen dem Stromabnehmer an der negativen Elektrode (oder der positiven Elektrode) und dem Batteriegehäuse (oder dem Anschluss) leicht durch Einsetzen einer Schweißvorrichtung durch den Kern 112 durchgeführt werden.
In einer Modifikation kann sich die Struktur, in der die Höhe des dritten Abschnitts B2 von dem Kern zu dem Außenumfang hin allmählich oder stufenweise zunimmt, auf den zweiten Abschnitt B3 ausdehnen. In diesem Fall kann die Höhe des unbeschichteten Abschnitts 43a von der Grenze zwischen dem ersten Abschnitt B1 und dem dritten Abschnitt B2 zu der Oberfläche der äußersten Seite der Elektrodenanordnung 110 hin allmählich oder stufenweise zunehmen.
Der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b weist die gleiche Struktur wie der erste unbeschichtete Abschnitt 43a auf. In einer Modifikation kann der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b eine herkömmliche Elektrodenstruktur oder die Elektrodenstruktur anderer Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
Die Enden 111 des ersten unbeschichteten Abschnitts 43a und des zweiten unbeschichteten Abschnitts 43b können in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 110 gebogen sein, zum Beispiel von dem Außenumfang in Richtung des Kerns. Zu diesem Zeitpunkt ist der erste Abschnitt B1 im Wesentlichen nicht gebogen.
Wenn der dritte Abschnitt B2 und der zweite Abschnitt B3 mehrere Segmente aufweisen, wird die Biegespannung abgebaut, so dass es möglich ist, ein Reißen oder eine anormale Verformung der unbeschichteten Abschnitte 43a, 43b nahe dem Biegepunkt zu verhindern. Wenn die Breite und/oder die Höhe und/oder der Trennungsabstand des Segments gemäß den numerischen Bereichen der obigen Ausführungsform eingestellt werden, werden die Segmente außerdem in Richtung des Kerns gebogen und in mehreren Schichten genug überlappt, um eine ausreichende Schweißfestigkeit sicherzustellen, und es wird kein leeres Loch (Spalt) in dem Biegeflächenbereich ausgebildet.
22 ist eine Querschnittsansicht, die die Elektrodenanordnung 120 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung) zeigt.
Unter Bezugnahme auf 22 ist die Elektrodenanordnung 120 im Wesentlichen identisch mit der Elektrodenanordnung 100 von 20, außer dass die Höhen des dritten Abschnitts B2 ein Muster aufweisen, das allmählich oder stufenweise zunimmt und dann abnimmt. Der radiale Bereich, in dem sich die Höhen des dritten Abschnitts B2 ändern, kann als der höhenvariable Bereich (2 in 17a) der Segmente betrachtet werden. Selbst in diesem Fall kann der höhenvariable Bereich der Segmente so gestaltet sein, dass der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich, in dem die Stapelanzahl der Segmente 10 oder mehr beträgt, in dem oben beschriebenen wünschenswerten numerischen Bereich in dem Biegeoberflächenbereich F erscheint, der durch Biegen des dritten Abschnitts B2 ausgebildet wird.
Die Höhenänderung des dritten Abschnitts B2 kann durch Einstellen der Höhe des Stufenmusters (siehe 14c) oder des Segments (siehe 14d oder 15a), das in dem dritten Abschnitt B2 enthalten ist, umgesetzt werden.
In der Elektrodenanordnung 120 ist die Höhe des ersten Abschnitts B1 relativ kleiner als die Höhe des dritten Abschnitts B2. Außerdem ist in dem dritten Abschnitt B2 die Biegelänge H des unbeschichteten Abschnitts, der sich auf der innersten Seite befindet, gleich oder kleiner als die radiale Länge R des ersten Abschnitts B1. Der Bereich, der dem ersten Abschnitt B1 entspricht, entspricht dem Segmentüberspringbereich (1 in 17a) ohne Segment. In einer Modifikation kann die Biegelänge H kleiner als die Summe der radialen Länge R des ersten Abschnitts B1 und 10 % des Radius des Kerns 122 sein.
Daher sind selbst dann, wenn der dritte Abschnitt B2 zu dem Kern hin gebogen wird, 90 % oder mehr des Durchmessers des Kerns 122 der Elektrodenanordnung 120 nach außen geöffnet. Wenn der Kern 122 nicht blockiert ist, gibt es keine Schwierigkeiten beim Elektrolyteinspritzprozess und die Elektrolyteinspritzeffizienz wird verbessert. Außerdem kann durch Einsetzen einer Schweißvorrichtung durch den Kern 122 der Schweißprozess leicht zwischen dem Stromabnehmer der negativen Elektrode (oder der positiven Elektrode) und dem Batteriegehäuse (oder dem Nietanschluss) durchgeführt werden.
Außerdem ist die Höhe des zweiten Abschnitts B3 relativ kleiner als die Höhen des dritten Abschnitts B2 und vorzugsweise kann das Segment nicht in dem zweiten Abschnitt B3 ausgebildet sein. Daher ist es möglich, das Phänomen zu verhindern, dass der Sickenabschnitt und der zweite Abschnitt B3 miteinander in Kontakt kommen, um einen internen Kurzschluss zu verursachen, während der Sickenabschnitt des Batteriegehäuses in der Nähe des zweiten Abschnitts B3 gedrückt wird. In einer Modifikation kann die Höhe des zweiten Abschnitts B3 zu dem Außenumfang hin allmählich oder stufenweise abnehmen.
Der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b weist die gleiche Struktur wie der erste unbeschichtete Abschnitt 43a auf. In einer Modifikation kann der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b eine herkömmliche Elektrodenstruktur oder eine Elektrodenstruktur anderer Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
Die Enden 121 des ersten unbeschichteten Abschnitts 43a und des zweiten unbeschichteten Abschnitts 43b können von dem Außenumfang der Elektrodenanordnung 120 in Richtung des Kerns gebogen sein. Zu diesem Zeitpunkt sind der erste Abschnitt B1 und der zweite Abschnitt B3 im Wesentlichen nicht gebogen.
Wenn der dritte Abschnitt B2 mehrere Segmente aufweist, wird die Biegespannung verringert, um zu verhindern, dass die unbeschichteten Abschnitte 43a, 43b abgerissen oder anormal verformt werden. Wenn die Breite und/oder die Höhe und/oder der Trennungsabstand der Segmente gemäß dem numerischen Bereich der obigen Ausführungsform eingestellt werden, werden die Segmente außerdem in Richtung des Kerns gebogen und in mehreren Schichten genug überlappt, um eine ausreichende Schweißfestigkeit sicherzustellen, und es wird kein leeres Loch (Spalt) in dem Biegeflächenbereich ausgebildet.
23 ist eine Querschnittsansicht, die die Elektrodenanordnung 130 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung (Wickelachsenrichtung) zeigt.
Unter Bezugnahme auf 23 ist die Elektrodenanordnung 130 im Wesentlichen identisch mit der Elektrodenanordnung 120 von 22, außer dass die Höhe des zweiten Abschnitts B3 ein Muster aufweist, das von dem Grenzpunkt des zweiten Abschnitts B3 und des dritten Abschnitts B2 zu der äußersten Oberfläche der Elektrodenanordnung 130 hin allmählich oder stufenweise abnimmt.
Die Höhenänderung des zweiten Abschnitts B3 kann durch Ausdehnen des Stufenmusters (siehe 14c), das in dem dritten Abschnitt B2 enthalten ist, auf den zweiten Abschnitt B3 und gleichzeitiges allmähliches oder stufenweises Abnehmen der Höhe des Musters zu dem Außenumfang hin umgesetzt werden. In einer anderen Modifikation kann die Höhenänderung des zweiten Abschnitts B3 auch durch Ausdehnen der Segmentstruktur des dritten Abschnitts B2 auf den zweiten Abschnitt B3 und gleichzeitiges allmähliches oder stufenweises Abnehmen der Höhe des Segments zu dem Außenumfang hin umgesetzt werden.
In der Elektrodenanordnung 120 ist die Höhe des ersten Abschnitts B1 relativ kleiner als die Höhe des dritten Abschnitts B2. Außerdem ist in dem dritten Abschnitt B2 die Biegelänge H des unbeschichteten Abschnitts, der sich auf der innersten Seite befindet, gleich oder kleiner als die radiale Länge R des ersten Abschnitts B1. Der erste Abschnitt B1 entspricht dem Segmentüberspringbereich (1 in 17a) ohne Segment. In einer Modifikation kann die Biegelänge H kleiner als die Summe der radialen Länge R des ersten Abschnitts B1 und 10 % des Radius des Kerns 132 sein.
Daher sind selbst dann, wenn der dritte Abschnitt B2 zu dem Kern hin gebogen wird, 90 % oder mehr des Durchmessers des Kerns 132 der Elektrodenanordnung 130 nach außen geöffnet. Wenn der Kern 132 nicht blockiert ist, gibt es keine Schwierigkeiten beim Elektrolyteinspritzprozess und die Elektrolyteinspritzeffizienz wird verbessert. Außerdem kann durch Einsetzen einer Schweißvorrichtung durch den Kern 132 der Schweißprozess leicht zwischen dem Stromabnehmer der negativen Elektrode (oder der positiven Elektrode) und dem Batteriegehäuse (oder dem Anschluss) durchgeführt werden.
Der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b weist die gleiche Struktur wie der erste unbeschichtete Abschnitt 43a auf. In einer Modifikation kann der zweite unbeschichtete Abschnitt 43b eine herkömmliche Elektrodenstruktur oder die Elektrodenstruktur anderer Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
Die Enden 131 des ersten unbeschichteten Abschnitts 43a und des zweiten unbeschichteten Abschnitts 43b können von dem Außenumfang der Elektrodenanordnung 130 in Richtung des Kerns gebogen sein. Zu diesem Zeitpunkt ist der erste Abschnitt B1 im Wesentlichen nicht gebogen.
Wenn der dritte Abschnitt B2 und der zweite Abschnitt B3 mehrere Segmente aufweisen, wird die Biegespannung verringert, um zu verhindern, dass die unbeschichteten Abschnitte 43a, 43b nahe dem Biegepunkt abgerissen oder anormal verformt werden. Wenn die Breite und/oder die Höhe und/oder der Trennungsabstand der Segmente gemäß dem numerischen Bereich der obigen Ausführungsform eingestellt werden, werden die Segmente außerdem in Richtung des Kerns gebogen und in mehreren Schichten genug überlappt, um eine ausreichende Schweißfestigkeit sicherzustellen, und es wird kein leeres Loch (Spalt) in dem Biegeflächenbereich ausgebildet.
Währenddessen können in den obigen Ausführungsformen (Modifikationen) die Enden des ersten unbeschichteten Abschnitts 43a und des zweiten unbeschichteten Abschnitts 43b von dem Kern in Richtung des Außenumfangs gebogen werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der zweite Abschnitt B3 als der Segmentüberspringbereich (1 in 17a) ohne Segment und nicht in Richtung des Außenumfangs gebogen ausgelegt ist. Außerdem kann die radiale Breite des zweiten Abschnitts B3 gleich oder größer als die Biegelänge des äußersten unbeschichteten Abschnitts (oder Segments) des dritten Abschnitts B2 sein. In diesem Fall, wenn der äußerste unbeschichtete Abschnitt (oder Segment) des dritten Abschnitts B2 in Richtung des Außenumfangs gebogen wird, steht das Ende des gebogenen Abschnitts nicht in Richtung der Innenfläche des Batteriegehäuses über den Außenumfang der Elektrodenanordnung hinaus vor. Außerdem kann das Strukturänderungsmuster der Segmente zu den obigen Ausführungsformen (Modifikationen) entgegengesetzt sein. Zum Beispiel können die Höhen der Segmente von dem Außenumfang zu dem Kern hin stufenweise oder allmählich zunehmen. Das heißt, durch aufeinanderfolgendes Anordnen des Segmentüberspringbereichs (1 in 17a), des höhenvariablen Bereichs (2 in 17a) und des Höhengleichmäßigkeitsbereichs (3 in 17a) von dem Außenumfang der Elektrodenanordnung in Richtung des Kerns kann in dem Biegeoberflächenbereich der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich, in dem die Stapelanzahl von Segmenten 10 oder mehr beträgt, in einem wünschenswerten numerischen Bereich erscheinen.
Verschiedene Elektrodenanordnungsstrukturen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können auf eine zylindrische Batterie angewendet werden.
Vorzugsweise kann die zylindrische Batterie zum Beispiel eine zylindrische Batterie sein, deren Formfaktorverhältnis (definiert als ein Wert, der durch Dividieren des Durchmessers der zylindrischen Batterie durch Höhe erhalten wird, nämlich ein Verhältnis von Durchmesser (Φ) zu Höhe (H)) größer als etwa 0,4 ist. Hier bedeutet der Formfaktor einen Wert, der den Durchmesser und die Höhe einer zylindrischen Batterie angibt.
Vorzugsweise kann die zylindrische Batterie einen Durchmesser von 40 mm bis 50 mm und eine Höhe von 60 mm bis 130 mm aufweisen. Der Formfaktor der zylindrischen Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann zum Beispiel 46110, 4875, 48110, 4880, 4680, 4695 sein. In dem numerischen Wert, der den Formfaktor darstellt, geben die ersten zwei Zahlen den Durchmesser der Batterie an und die verbleibenden Zahlen geben die Höhe der Batterie an. Die Wicklungswindung der Elektrodenanordnung kann 50 Windungen bis 60 Windungen betragen.
Wenn eine Elektrodenanordnung mit einer laschenlosen Struktur auf eine zylindrische Batterie mit einem Formfaktorverhältnis von mehr als 0,4 angewendet wird, ist die Spannung, die in der radialen Richtung angewendet wird, wenn der unbeschichtete Abschnitt gebogen wird, groß, so dass der unbeschichtete Abschnitt leicht abgerissen werden kann. Wenn der Stromabnehmer an den Biegeflächenbereich des unbeschichteten Abschnitts geschweißt wird, ist es außerdem notwendig, die Anzahl von gestapelten Schichten des unbeschichteten Abschnitts in dem Biegeflächenbereich ausreichend zu erhöhen, um die Schweißfestigkeit ausreichend sicherzustellen und den Widerstand zu verringern. Diese Anforderung kann durch die Elektrode und die Elektrodenanordnung gemäß den Ausführungsformen (Modifikationen) der vorliegenden Offenbarung erreicht werden.
Eine Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine ungefähr zylindrische Batterie sein, deren Durchmesser ungefähr 46 mm beträgt, deren Höhe ungefähr 110 mm beträgt und deren Formfaktorverhältnis 0,418 beträgt.
Eine Batterie gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine ungefähr zylindrische Batterie sein, deren Durchmesser ungefähr 48 mm beträgt, deren Höhe ungefähr 75 mm beträgt und deren Formfaktorverhältnis 0,640 beträgt.
Eine Batterie gemäß noch einer anderen Ausführungsform kann eine ungefähr zylindrische Batterie sein, deren Durchmesser ungefähr 48 mm beträgt, deren Höhe ungefähr 110 mm beträgt und deren Formfaktorverhältnis 0,436 beträgt.
Eine Batterie gemäß noch einer anderen Ausführungsform kann eine ungefähr zylindrische Batterie sein, deren Durchmesser ungefähr 48 mm beträgt, deren Höhe ungefähr 80 mm beträgt und deren Formfaktorverhältnis 0,600 beträgt.
Eine Batterie gemäß noch einer anderen Ausführungsform kann eine ungefähr zylindrische Batterie sein, deren Durchmesser ungefähr 46 mm beträgt, deren Höhe ungefähr 80 mm beträgt und deren Formfaktorverhältnis 0,575 beträgt.
Eine Batterie gemäß noch einer anderen Ausführungsform kann eine ungefähr zylindrische Batterie sein, deren Durchmesser ungefähr 46 mm beträgt, deren Höhe ungefähr 95 mm beträgt und deren Formfaktorverhältnis 0,484 beträgt.
Herkömmlicherweise wurden Batterien mit einem Formfaktorverhältnis von ungefähr 0,4 oder weniger verwendet. Das heißt, herkömmlicherweise wurden zum Beispiel eine 1865-Batterie, eine 2170-Batterie usw. verwendet. Die 1865-Batterie weist einen Durchmesser von ungefähr 18 mm, eine Höhe von ungefähr 65 mm und ein Formfaktorverhältnis von 0,277 auf. Die 2170-Batterie weist einen Durchmesser von ungefähr 21 mm, eine Höhe von ungefähr 70 mm und ein Formfaktorverhältnis von 0,300 auf.
Nachstehend wird die zylindrische Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben.
24 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie 140 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 24 enthält die zylindrische Batterie 140 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Elektrodenanordnung 141 mit einer ersten Elektrode, einem Separator und einer zweiten Elektrode, ein Batteriegehäuse 142 zum Aufnehmen der Elektrodenanordnung 141 und einen Dichtungskörper 143 zum (dichten) Verschließen eines offenen Endes des Batteriegehäuses 142.
Das Batteriegehäuse 142 ist ein zylindrischer Behälter mit einer Öffnung an der Oberseite. Das Batteriegehäuse 142 ist aus einem leitfähigen Metallmaterial, wie etwa Aluminium, Stahl oder Edelstahl, hergestellt. Eine Nickelbeschichtungsschicht kann auf der Oberfläche des Batteriegehäuses 142 gebildet sein. Das Batteriegehäuse 142 nimmt die Elektrodenanordnung 141 in dem Innenraum durch die obere Öffnung auf und nimmt auch den Elektrolyt auf.
Der Elektrolyt kann ein Salz mit einer Struktur wie A⁺B^- sein. Dabei enthält A⁺ ein alkalisches Metallkation wie beispielsweise Li⁺, Na⁺ oder K⁺, oder eine Kombination hiervon. B^- enthält mindestens ein Anion, das aus der Gruppe bestehend aus F^-, Cl^-, Br, I^-, NO₃ ^-, N(CN)₂ ^-, BF₄ ^-, ClO₄ ^-, AlO₄ ^-, AlCl₄ ^-, PF₆ ^-, SbF₆ ^-, ASF₆ ^-, BF₂C₂O₄ ^-, BC₄O₈ ^-, (CF₃)₂PF₄ ^-, (CF₃)₃PF₃ ^-, (CF₃)₄PF₂ ^-, (CF₃)₅PF^-, (CF₃)₆P^-, CF₃SO₃ ^-, C₄F₉SO₃ ^-, CF₃CF₂SO₃ ^-, (CF₃SO₂)₂N^-, (FSO₂)₂N^-, CF₃CF₂(CF₃)₂CO^-, (CF₃SO₂)₂CH^-, (SF₅)₃C^-, (CF₃SO₂)₃C^-, CF₃(CF₂)₇SO₃ ^-, CF₃CO₂ ^-, CH₃CO₂ ^-, SCN^- und (CF₃CF₂SO₂)₂N^- ausgewählt ist.
Der Elektrolyt kann auch in einem organischen Lösungsmittel gelöst sein. Das organische Lösungsmittel kann Propylencarbonat (PC), Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC), Dipropylcarbonat (DPC), Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Dimethoxyethan, Diethoxyethan, Tetrahydrofuran, N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Ethylmethylcarbonat (EMC), γ-Butyrolacton oder eine Mischung davon verwenden.
Die Elektrodenanordnung 141 kann eine Jelly-Roll-Form aufweisen, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Die Elektrodenanordnung 141 kann durch Wickeln eines Laminats hergestellt werden, das durch aufeinanderfolgendes Laminieren eines unteren Separators, einer ersten Elektrode, eines oberen Separators und einer zweiten Elektrode mindestens einmal bezüglich der Wickelachse C gebildet wird, wie in 2 gezeigt.
Die erste Elektrode und die zweite Elektrode weisen unterschiedliche Polaritäten auf. Das heißt, wenn eine eine positive Polarität aufweist, weist die andere eine negative Polarität auf. Mindestens eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode kann eine Elektrodenstruktur gemäß den obigen Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen. Außerdem kann die andere der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine herkömmliche Elektrodenstruktur oder eine Elektrodenstruktur gemäß Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen. Das Elektrodenpaar, das in der Elektrodenanordnung 141 enthalten ist, ist nicht auf ein Elektrodenpaar beschränkt, es können zwei oder mehr Elektrodenpaare enthalten sein.
Der erste unbeschichtete Abschnitt 146a der ersten Elektrode und der zweite unbeschichtete Abschnitt 146b der zweiten Elektrode stehen an dem oberen Abschnitt bzw. dem unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung 141 vor. Die erste Elektrode weist die Elektrodenstruktur der ersten Ausführungsform (Modifikation) auf. Daher ist in dem ersten unbeschichteten Abschnitt 146a die Höhe des zweiten Abschnitts B3 kleiner als die Höhe des unbeschichteten Abschnitts des anderen Bereichs. Der zweite Abschnitt B3 ist von dem Innenumfang des Batteriegehäuses 142, insbesondere dem Sickenabschnitt 147, um einen vorbestimmten Abstand beabstandet. Daher kommt der zweite Abschnitt B3 der ersten Elektrode nicht mit dem Batteriegehäuse 142 in Kontakt, das elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wodurch ein interner Kurzschluss der Batterie 140 verhindert wird.
Der zweite unbeschichtete Abschnitt 146b der zweiten Elektrode kann die gleiche Struktur wie der erste unbeschichtete Abschnitt 146a aufweisen. In einer anderen Modifikation kann der zweite unbeschichtete Abschnitt 146b selektiv die Strukturen der unbeschichteten Abschnitte der Elektroden gemäß den Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
Der Dichtungskörper 143 kann eine Kappe 143a mit einer Plattenform, eine erste Dichtung 143b zum Bereitstellen von Luftdichtigkeit zwischen der Kappe 143a und dem Batteriegehäuse 142 und mit Isolierung und eine Verbindungsplatte 143c, die elektrisch und mechanisch mit der Kappe 143a gekoppelt ist, beinhalten.
Die Kappe 143a ist eine Komponente, die aus einem leitfähigen Metallmaterial hergestellt ist, und bedeckt die obere Öffnung des Batteriegehäuses 142. Die Kappe 143a ist elektrisch mit dem unbeschichteten Abschnitt 146a der ersten Elektrode verbunden und ist elektrisch von dem Batteriegehäuse 142 mittels der ersten Dichtung 143b isoliert. Dementsprechend kann die Kappe 143a als die erste Elektrode (zum Beispiel positive Elektrode) der zylindrischen Batterie 140 fungieren.
Die Kappe 143a ist auf dem Sickenabschnitt 147 platziert, der auf dem Batteriegehäuse 142 gebildet ist, und ist durch einen Crimpabschnitt 148 fixiert. Zwischen der Kappe 143a und dem Crimpabschnitt 148 kann die erste Dichtung 143b angeordnet sein, um die Luftdichtigkeit des Batteriegehäuses 142 und die elektrische Isolierung zwischen dem Batteriegehäuse 142 und der Kappe 143a zu sichern. Die Kappe 143a kann einen Vorsprung 143d aufweisen, der von ihrer Mitte nach oben vorsteht.
Das Batteriegehäuse 142 ist elektrisch mit dem zweiten unbeschichteten Abschnitt 146b der zweiten Elektrode verbunden. Daher weist das Batteriegehäuse 142 die gleiche Polarität wie die zweite Elektrode auf. Wenn die zweite Elektrode eine negative Polarität aufweist, weist das Batteriegehäuse 142 auch eine negative Polarität auf.
Das Batteriegehäuse 142 beinhaltet den Sickenabschnitt 147 und den Crimpabschnitt 148 an seiner Oberseite. Der Sickenabschnitt 147 wird durch Presspassen des Umfangs der Außenumfangsfläche des Batteriegehäuses 142 gebildet. Der Sickenabschnitt 147 verhindert, dass die in dem Batteriegehäuse 142 aufgenommene Elektrodenanordnung 141 durch die obere Öffnung des Batteriegehäuses 142 austritt, und kann als ein Stützabschnitt fungieren, auf dem der Dichtungskörper 143 platziert ist.
Der Innenumfang des Sickenabschnitts 147 kann von dem zweiten Abschnitt B3 der ersten Elektrode um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sein. Insbesondere ist das untere Ende des Innenumfangs des Sickenabschnitts 147 von dem zweiten Abschnitt B3 der ersten Elektrode um einen vorbestimmten Abstand getrennt. Da der zweite Abschnitt B3 eine geringe Höhe aufweist, wird der zweite Abschnitt B3 außerdem nicht wesentlich beeinflusst, selbst wenn das Batteriegehäuse 142 an der Außenseite pressgepasst ist, um den Sickenabschnitt 147 zu bilden. Daher wird der zweite Abschnitt B3 nicht durch andere Komponenten wie den Sickenabschnitt 147 gedrückt, und somit wird eine teilweise Formverformung der Elektrodenanordnung 141 verhindert, wodurch ein Kurzschluss in der zylindrischen Batterie 140 verhindert wird.
Wenn die Presspasstiefe des Sickenabschnitts 147 als D1 definiert ist und die radiale Länge von dem Innenumfang des Batteriegehäuses 142 zu dem Grenzpunkt zwischen dem zweiten Abschnitt B3 und dem dritten Abschnitt B2 als D2 definiert ist, kann vorzugsweise der Relationsausdruck D1 ≤ D2 erfüllt werden. In diesem Fall ist es beim Presspassen des Batteriegehäuses 142, um den Sickenabschnitt 147 zu bilden, möglich, im Wesentlichen zu verhindern, dass der zweite Abschnitt B3 beschädigt wird.
Der Crimpabschnitt 148 ist auf dem Sickenabschnitt 147 gebildet. Der Crimpabschnitt 148 weist eine verlängerte und gebogene Form auf, um den Außenumfang der Kappe 143a, die auf dem Sickenabschnitt 147 angeordnet ist, und einen Teil der oberen Fläche der Kappe 143a zu bedecken.
Die zylindrische Batterie 140 kann ferner einen ersten Stromabnehmer 144 und/oder einen zweiten Stromabnehmer 145 und/oder einen Isolator 146 aufweisen.
Der erste Stromabnehmer 144 ist mit dem oberen Abschnitt der Elektrodenanordnung 141 gekoppelt. Der erste Stromabnehmer 144 ist aus einem leitfähigen Metallmaterial, wie etwa Aluminium, Kupfer, Stahl, Nickel und so weiter, hergestellt und ist elektrisch mit dem ersten unbeschichteten Abschnitt 146a der ersten Elektrode verbunden. Die elektrische Verbindung kann durch Schweißen hergestellt werden. Eine Leitung 149 kann mit dem ersten Stromabnehmer 144 verbunden sein. Die Leitung 149 kann sich nach oben über die Elektrodenanordnung 141 erstrecken und mit der Verbindungsplatte 143c gekoppelt sein oder direkt mit der unteren Oberfläche der Kappe 143a gekoppelt sein. Die Leitung 149 kann durch Schweißen mit anderen Komponenten verbunden sein.
Vorzugsweise kann der erste Stromabnehmer 144 integral mit der Leitung 149 ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Leitung 149 eine längliche Plattenform aufweisen, die sich von nahe der Mitte des ersten Stromabnehmers 144 nach außen erstreckt.
Der erste Stromabnehmer 144 kann mehrere Unregelmäßigkeiten (nicht gezeigt) aufweisen, die radial auf seiner unteren Oberfläche ausgebildet sind. Wenn die radialen Unregelmäßigkeiten vorgesehen sind, können die Unregelmäßigkeiten durch Drücken des ersten Stromabnehmers 144 in den ersten unbeschichteten Abschnitt 146a der ersten Elektrode pressgepasst werden.
Der erste Stromabnehmer 144 ist mit einem Ende des ersten unbeschichteten Abschnitts 146a gekoppelt. Der erste unbeschichtete Abschnitt 146a und der erste Stromabnehmer 144 können beispielsweise durch Laserschweißen gekoppelt werden. Laserschweißen kann durch teilweises Schmelzen eines Basismaterials des Stromabnehmers 144 durchgeführt werden. In einer Modifikation können der erste Stromabnehmer 144 und der erste unbeschichtete Abschnitt 146a mit einem dazwischen angeordneten Lot geschweißt werden. In diesem Fall kann das Lot einen niedrigeren Schmelzpunkt im Vergleich zu dem ersten Stromabnehmer 144 und dem ersten unbeschichteten Abschnitt 146a aufweisen. Das Laserschweißen kann durch Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen, Punktschweißen oder dergleichen ersetzt werden.
Der zweite Stromabnehmer 145 kann mit der unteren Oberfläche der Elektrodenanordnung 141 gekoppelt sein. Eine Seite des zweiten Stromabnehmers 145 kann durch Schweißen mit dem zweiten unbeschichteten Abschnitt 146b gekoppelt sein, und die andere Seite kann durch Schweißen mit der inneren unteren Oberfläche des Batteriegehäuses 142 gekoppelt sein. Die Kopplungsstruktur zwischen dem zweiten Stromabnehmer 145 und dem zweiten unbeschichteten Abschnitt 146b kann im Wesentlichen die gleiche wie die Kopplungsstruktur zwischen dem ersten Stromabnehmer 144 und dem ersten unbeschichteten Abschnitt 146a sein.
Das Schweißen des ersten Stromabnehmers 144 und/oder des zweiten Stromabnehmers 145 kann verhindern, dass sich die Elektroden drehen, wenn die Elektrodenanordnung 141 aufschwillt. Mit anderen Worten kann das Schweißen des ersten Stromabnehmers 144 und/oder des zweiten Stromabnehmers 145 die Wirkung der Wickelstruktur der Elektrodenanordnung verbessern, um das Kollabieren des Kerns zu verhindern oder zu verringern. Diese Wirkung erscheint in später beschriebenen Ausführungsformen identisch.
Die unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b sind nicht auf die veranschaulichte Struktur beschränkt. Dementsprechend können die unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b selektiv eine herkömmliche Struktur der unbeschichteten Abschnitte sowie die Struktur der unbeschichteten Abschnitte der Elektroden gemäß den Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
Der Isolator 146 kann den ersten Stromabnehmer 144 bedecken. Der Isolator 146 kann den ersten Stromabnehmer 144 an der oberen Fläche des ersten Stromabnehmers 144 bedecken, wodurch ein direkter Kontakt zwischen dem ersten Stromabnehmer 144 und dem Innenumfang des Batteriegehäuses 142 verhindert wird.
Der Isolator 146 weist ein Leitungsloch 151 auf, so dass die Leitung 149, die sich von dem ersten Stromabnehmer 144 nach oben erstreckt, dadurch herausgezogen werden kann. Die Leitung 149 wird nach oben durch das Leitungsloch 151 gezogen und mit der unteren Fläche der Verbindungsplatte 143c oder der unteren Fläche der Kappe 143a gekoppelt.
Ein Umfangsbereich des Randes des Isolators 146 kann zwischen dem ersten Stromabnehmer 144 und dem Sickenabschnitt 147 angeordnet sein, um den gekoppelten Körper der Elektrodenanordnung 141 und den ersten Stromabnehmer 144 zu fixieren. Dementsprechend kann die Bewegung des gekoppelten Körpers der Elektrodenanordnung 141 und des ersten Stromabnehmers 144 in der Wickelachsenrichtung Y der Batterie 140 eingeschränkt werden, wodurch die Montagestabilität der Batterie 140 verbessert wird.
Der Isolator 146 kann aus einem isolierenden Polymerharz hergestellt sein. In einem Beispiel kann der Isolator 146 aus Polyethylen, Polypropylen, Polyimid oder Polybutylenterephthalat hergestellt sein.
Das Batteriegehäuse 142 kann ferner einen Entlüftungsabschnitt 152 beinhalten, der an einer unteren Fläche davon gebildet ist. Der Entlüftungsabschnitt 152 entspricht einem Bereich mit einer geringeren Dicke im Vergleich zu dem Umfangsbereich der unteren Fläche des Batteriegehäuses 142. Der Entlüftungsabschnitt 152 ist im Vergleich zu dem umgebenden Bereich strukturell schwach. Dementsprechend kann, wenn eine Unregelmäßigkeit in der zylindrischen Batterie 140 auftritt und der Innendruck auf ein vorbestimmtes Niveau oder mehr zunimmt, der Entlüftungsabschnitt 152 aufgebrochen werden, sodass das im Inneren des Batteriegehäuses 142 erzeugte Gas nach außen abgegeben wird. Der Innendruck, bei dem der Entlüftungsabschnitt 152 aufgebrochen wird, kann ungefähr 15 kgf/cm² bis 35 kgf/cm² betragen.
Der Entlüftungsabschnitt 152 kann kontinuierlich oder diskontinuierlich gebildet werden, während ein Kreis an der unteren Fläche des Batteriegehäuses 142 gezeichnet wird. In einer Modifikation kann der Entlüftungsabschnitt 152 in einem geraden Muster oder anderen Mustern gebildet werden.
25 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie 150 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 25 weist die zylindrische Batterie 150 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die zylindrische Batterie 140 von 24 auf, außer dass die Elektrodenstruktur der zweiten Ausführungsform (Modifikation) in dem ersten unbeschichteten Abschnitt 146a der ersten Elektrode angenommen wird.
Unter Bezugnahme auf 25 kann der erste unbeschichtete Abschnitt 146a der ersten Elektrode eine Form aufweisen, bei der die Höhe des zweiten Abschnitts B3 zu dem Innenumfang des Batteriegehäuses 142 hin allmählich oder stufenweise abnimmt. Vorzugsweise kann eine imaginäre Linie, die die Oberseite des zweiten Abschnitts B3 verbindet, die gleiche oder eine ähnliche Form wie der Innenumfang des Sickenabschnitts 147 aufweisen.
Der zweite Abschnitt B3 bildet eine geneigte Fläche. Wenn das Batteriegehäuse 142 pressgepasst wird, um den Sickenabschnitt 147 zu bilden, kann daher verhindert werden, dass der zweite Abschnitt B3 durch den Sickenabschnitt 147 komprimiert und beschädigt wird. Zusätzlich ist es möglich, ein Phänomen zu unterdrücken, bei dem der zweite Abschnitt B3 das Batteriegehäuse 142 berührt, das eine unterschiedliche Polarität aufweist und einen internen Kurzschluss verursacht.
Die andere Konfiguration der zylindrischen Batterie 150 ist im Wesentlichen die gleiche wie die oben beschriebene Ausführungsform (Modifikation).
Die unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b sind nicht auf die veranschaulichte Struktur beschränkt. Dementsprechend können die unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b selektiv eine herkömmliche Struktur der unbeschichteten Abschnitte sowie die Struktur der unbeschichteten Abschnitte der Elektroden gemäß den Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
26 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie 160 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 26 ist die zylindrische Batterie 160 im Wesentlichen die gleiche wie die oben beschriebenen zylindrischen Batterien 140, 150, außer dass die Leitung 149, die mit dem ersten Stromabnehmer 144 verbunden ist, direkt mit der Kappe 143a des Dichtungskörpers 143 durch das Leitungsloch 151 des Isolators 146 verbunden ist, und der Isolator 146 und der erste Stromabnehmer 144 eine Struktur in engem Kontakt mit der unteren Fläche der Kappe 143a aufweisen.
In der zylindrischen Batterie 160 sind der Durchmesser des ersten Stromabnehmers 144 und der Durchmesser der äußersten Seite des dritten Abschnitts B2 kleiner als der minimale Innendurchmesser des Batteriegehäuses 142. Außerdem kann der Durchmesser des ersten Stromabnehmers 144 gleich oder größer als der Durchmesser der äußersten Seite des dritten Abschnitts B2 sein.
Insbesondere kann der minimale Innendurchmesser des Batteriegehäuses 142 dem Innendurchmesser des Batteriegehäuses 142 an einer Position entsprechen, an der der Sickenabschnitt 147 gebildet ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die äußersten Durchmesser des ersten Stromabnehmers 144 und des dritten Abschnitts B2 kleiner als der Innendurchmesser des Batteriegehäuses 142 an der Position, an der der Sickenabschnitt 147 gebildet ist. Außerdem kann der Durchmesser des ersten Stromabnehmers 144 gleich oder größer als der äußerste Durchmesser des dritten Abschnitts B2 sein. Der Umfangsbereich des Randes des Isolators 146 kann zwischen dem zweiten Abschnitt B3 und dem Sickenabschnitt 147 in einem Zustand angeordnet sein, in dem er nach unten gebogen ist, um den gekoppelten Körper der Elektrodenanordnung 141 und den ersten Stromabnehmer 144 zu fixieren.
Vorzugsweise weist der Isolator 146 einen Abschnitt, der den zweiten Abschnitt B3 bedeckt, und einen Abschnitt, der den ersten Stromabnehmer 144 bedeckt, auf, und ein Abschnitt, der die zwei Abschnitte verbindet, kann eine gekrümmte Form aufweisen, die der gekrümmten Form des Sickenabschnitts 147 entspricht. Der Isolator 146 kann den Innenumfang des zweiten Abschnitts B3 und des Sickenabschnitts 147 isolieren und gleichzeitig den ersten Stromabnehmer 144 und den Innenumfang des Sickenabschnitts 147 isolieren.
Der erste Stromabnehmer 144 kann höher als das untere Ende des Sickenabschnitts 147 angeordnet sein und kann mit dem ersten Abschnitt B1 und dem dritten Abschnitt B2 gekoppelt sein. Zu diesem Zeitpunkt ist die Presspasstiefe D1 des Sickenabschnitts 147 kleiner oder gleich dem Abstand D2 von dem Innenumfang des Batteriegehäuses 142 zu der Grenze zwischen dem zweiten Abschnitt B3 und dem dritten Abschnitt B2. Dementsprechend können der erste Abschnitt B1 und der dritte Abschnitt B2 sowie der damit gekoppelte erste Stromabnehmer 144 höher als das untere Ende des Sickenabschnitts 147 angeordnet sein. Das untere Ende des Sickenabschnitts 147 bedeutet einen Biegepunkt B zwischen dem Abschnitt des Batteriegehäuses 142, in dem die Elektrodenanordnung 141 aufgenommen ist, und dem Sickenabschnitt 147.
Da der erste Abschnitt B1 und der dritte Abschnitt B2 den Innenraum des Sickenabschnitts 147 in der radialen Richtung belegen, kann der leere Raum zwischen der Elektrodenanordnung 141 und der Kappe 143a minimiert werden. Zusätzlich wird die Verbindungsplatte 143c, die in dem leeren Raum zwischen der Elektrodenanordnung 141 und der Kappe 143a angeordnet ist, weggelassen. Daher kann die Leitung 149 des ersten Stromabnehmers 144 direkt mit der unteren Oberfläche der Kappe 143a gekoppelt sein. Gemäß der vorstehenden Struktur wird der leere Raum in der Batterie verringert, und die Energiedichte kann bis zu dem verringerten leeren Raum maximiert werden.
In der zylindrischen Batterie 160 können der erste Stromabnehmer 144 und der zweite Stromabnehmer 145 jeweils auf die gleiche Weise wie in der vorstehenden Ausführungsform mit den Enden des ersten und zweiten unbeschichteten Abschnitts 146a, 146b verschweißt werden.
Die unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b sind nicht auf die veranschaulichte Struktur beschränkt. Dementsprechend können die unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b selektiv eine herkömmliche Struktur der unbeschichteten Abschnitte sowie die Struktur der unbeschichteten Abschnitte der Elektroden gemäß den Ausführungsformen (Modifikationen) aufweisen.
27 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie 170 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 27 ist die Struktur der Elektrodenanordnung der zylindrischen Batterie 170 im Wesentlichen die gleiche wie die der zylindrischen Batterie 140 von 17, und die andere Struktur mit Ausnahme der Elektrodenanordnung wird geändert.
Insbesondere beinhaltet die zylindrische Batterie 170 ein Batteriegehäuse 171, durch das ein Anschluss 172 installiert ist. Der Anschluss 172 ist durch ein Perforationsloch installiert, das in der geschlossenen Fläche (der oberen Fläche in der Zeichnung) des Batteriegehäuses 171 gebildet ist. Der Anschluss 172 ist mit dem Perforationsloch des Batteriegehäuses 171 in einem Zustand vernietet, in dem eine zweite Dichtung 173, die aus einem isolierenden Material hergestellt ist, dazwischen angeordnet ist. Der Anschluss 172 ist nach außen in einer Richtung freiliegt, die der Schwerkraftrichtung entgegengesetzt ist.
Der Anschluss 172 beinhaltet einen Anschlussfreilegungsabschnitt 172a und einen Anschlusseinsatzabschnitt 172b. Der Anschlussfreilegungsabschnitt 172a ist zur Außenseite der geschlossenen Fläche des Batteriegehäuses 171 freiliegt. Der Anschlussfreilegungsabschnitt 172a kann sich ungefähr an einem mittleren Abschnitt der geschlossenen Fläche des Batteriegehäuses 171 befinden. Der maximale Durchmesser des Anschlussfreilegungsabschnitts 172a kann größer als der maximale Durchmesser des Perforationslochs sein, das in dem Batteriegehäuse 171 gebildet ist. Der Anschlusseinsatzabschnitt 172b kann elektrisch mit dem unbeschichteten Abschnitt 146a der ersten Elektrode durch ungefähr den mittleren Abschnitt der geschlossenen Fläche des Batteriegehäuses 171 verbunden sein. Der untere Rand des Anschlusseinsatzabschnitts 172b kann auf die Innenfläche des Batteriegehäuses 171 genietet sein. Das heißt, der untere Rand des Anschlusseinsatzabschnitts 172b kann eine Form aufweisen, die zur Innenfläche des Batteriegehäuses 171 hin gekrümmt ist. Ein flacher Abschnitt 172c ist an der Innenseite des unteren Randes des Anschlusseinsatzabschnitts 172b enthalten. Der maximale Durchmesser des unteren Abschnitts des genietten Anschlusseinsatzabschnitts 172b kann größer als der maximale Durchmesser des Perforationslochs des Batteriegehäuses 171 sein.
Der flache Abschnitt 172c des Anschlusseinsatzabschnitts 172b kann an den mittleren Abschnitt des ersten Stromabnehmers 144 geschweißt sein, der mit dem ersten unbeschichteten Abschnitt 146a der ersten Elektrode verbunden ist. Das Schweißen kann durch andere Schweißverfahren, wie etwa Ultraschallschweißen, ersetzt werden.
Ein Isolator 174, der aus einem isolierenden Material hergestellt ist, kann zwischen dem ersten Stromabnehmer 144 und der Innenfläche des Batteriegehäuses 171 angeordnet sein. Der Isolator 174 bedeckt den oberen Abschnitt des ersten Stromabnehmers 144 und den oberen Rand der Elektrodenanordnung 141. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass der zweite Abschnitt B3 der Elektrodenanordnung 141 die Innenfläche des Batteriegehäuses 171 berührt, die eine unterschiedliche Polarität aufweist, um einen Kurzschluss zu verursachen.
Die Dicke des Isolators 174 entspricht dem Abstand zwischen der oberen Fläche des ersten Stromabnehmers 144 und der Innenfläche des geschlossenen Abschnitts des Batteriegehäuses 171 oder ist geringfügig größer als dieser. Dementsprechend kann der Isolator 174 die obere Fläche des ersten Stromabnehmers 144 und die Innenfläche des geschlossenen Abschnitts des Batteriegehäuses 171 berühren.
Der Anschlusseinsatzabschnitt 172b des Anschlusses 172 kann an den ersten Stromabnehmer 144 durch das Perforationsloch des Isolators 174 geschweißt sein. Ein Durchmesser des Perforationslochs, das in dem Isolator 174 gebildet ist, kann größer als ein Durchmesser des Nietabschnitts an dem unteren Ende des Anschlusseinsatzabschnitts 172b sein. Vorzugsweise kann das Perforationsloch den unteren Abschnitt des Anschlusseinsatzabschnitts 172b und die zweite Dichtung 173 freilegen.
Die zweite Dichtung 173 ist zwischen dem Batteriegehäuse 171 und dem Anschluss 172 angeordnet, um zu verhindern, dass das Batteriegehäuse 171 und der Anschluss 172, die entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, einander elektrisch berühren. Dementsprechend kann die obere Fläche des Batteriegehäuses 171, die eine ungefähr flache Form aufweist, als die zweite Elektrode (zum Beispiel negative Elektrode) der zylindrischen Batterie 170 fungieren.
Die zweite Dichtung 173 weist einen Dichtungsfreilegungsabschnitt 173a und einen Dichtungseinsatzabschnitt 173b auf. Der Dichtungsfreilegungsabschnitt 173a ist zwischen dem Anschlussfreilegungsabschnitt 172a des Anschlusses 172 und dem Batteriegehäuse 171 angeordnet. Der Dichtungseinsatzabschnitt 173b ist zwischen dem Anschlusseinsatzabschnitt 172b des Anschlusses 172 und dem Batteriegehäuse 171 angeordnet. Der Dichtungseinsatzabschnitt 173b kann zusammen verformt werden, wenn der Anschlusseinsatzabschnitt 172b genietet wird, um in engem Kontakt mit der Innenfläche des Batteriegehäuses 171 zu sein. Die zweite Dichtung 173 kann zum Beispiel aus einem Polymerharz mit Isoliereigenschaft hergestellt sein.
Der Dichtungsfreilegungsabschnitt 173a der zweiten Dichtung 173 kann eine verlängerte Form aufweisen, um den Außenumfang des Anschlussfreilegungsabschnitts 172a des Anschlusses 172 zu bedecken. Wenn die zweite Dichtung 173 den Außenumfang des Anschlusses 172 bedeckt, ist es möglich, zu verhindern, dass ein Kurzschluss auftritt, während ein elektrisches Verbindungsteil wie etwa eine Sammelschiene mit der oberen Fläche des Batteriegehäuses 171 und/oder des Anschlusses 172 gekoppelt ist. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, kann der Dichtungsfreilegungsabschnitt 173a eine verlängerte Form aufweisen, um nicht nur die Außenumfangsfläche des Anschlussfreilegungsabschnitts 172a, sondern auch einen Teil der oberen Fläche davon zu bedecken.
Wenn die zweite Dichtung 173 aus einem Polymerharz hergestellt ist, kann die zweite Dichtung 173 durch thermisches Verschmelzen mit dem Batteriegehäuse 171 und dem Anschluss 172 gekoppelt werden. In diesem Fall kann die Luftdichtigkeit an der Kopplungsschnittstelle zwischen der zweiten Dichtung 173 und dem Anschluss 172 und an der Kopplungsschnittstelle zwischen der zweiten Dichtung 173 und dem Batteriegehäuse 171 verbessert werden. Währenddessen kann, wenn der Dichtungsfreilegungsabschnitt 173a der zweiten Dichtung 173 eine Form aufweist, die sich zur oberen Fläche des Anschlussfreilegungsabschnitts 172a erstreckt, der Anschluss 172 durch Umspritzen integral mit der zweiten Dichtung 173 gekoppelt werden.
In der oberen Fläche des Batteriegehäuses 171 entspricht ein verbleibender Bereich 175, der sich von dem Bereich unterscheidet, der von dem Anschluss 172 und der zweiten Dichtung 173 belegt ist, dem zweiten Elektrodenanschluss, der eine Polarität aufweist, die der des Anschlusses 172 entgegengesetzt ist.
Der zweite Stromabnehmer 176 ist mit dem unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung 141 gekoppelt. Der zweite Stromabnehmer 176 ist aus einem leitfähigen Metallmaterial, wie etwa Aluminium, Stahl, Kupfer oder Nickel, hergestellt und ist elektrisch mit dem zweiten unbeschichteten Abschnitt 146b der zweiten Elektrode verbunden.
Vorzugsweise ist der zweite Stromabnehmer 176 elektrisch mit dem Batteriegehäuse 171 verbunden. Zu diesem Zweck kann mindestens ein Abschnitt des Randes des zweiten Stromabnehmers 176 zwischen der Innenfläche des Batteriegehäuses 171 und einer ersten Dichtung 178b angeordnet und befestigt sein. In einem Beispiel kann mindestens ein Abschnitt des Randes des zweiten Stromabnehmers 176 an dem Sickenabschnitt 180 durch Schweißen in einem Zustand befestigt sein, in dem er auf der unteren Oberfläche des Sickenabschnitts 180 gestützt ist, der an dem Boden des Batteriegehäuses 171 gebildet ist. In einer Modifikation kann mindestens ein Abschnitt des Randes des zweiten Stromabnehmers 176 direkt an die Innenwandoberfläche des Batteriegehäuses 171 geschweißt sein.
Der zweite Stromabnehmer 176 kann mehrere Unregelmäßigkeiten (nicht gezeigt) aufweisen, die radial auf einer Oberfläche ausgebildet sind, die dem zweiten unbeschichteten Abschnitt 146b zugewandt ist. Wenn die Unregelmäßigkeiten gebildet sind, können die Unregelmäßigkeiten durch Drücken des zweiten Stromabnehmers 176 in den zweiten unbeschichteten Abschnitt 146b pressgepasst werden.
Vorzugsweise können der zweite Stromabnehmer 176 und der zweite unbeschichtete Abschnitt 146b durch Schweißen, beispielsweise Laserschweißen, gekoppelt werden. Zusätzlich können der geschweißte Abschnitt des zweiten Stromabnehmers 176 und der zweite unbeschichtete Abschnitt 146b um einen vorbestimmten Abstand in Richtung des Kerns C basierend auf dem Innenumfang des Sickenabschnitts 180 beabstandet sein.
Ein Dichtungskörper 178 zum (dichten) Verschließen des unteren offenen Endes des Batteriegehäuses 171 beinhaltet eine Kappe 178a mit einer Plattenform und eine erste Dichtung 178b. Die erste Dichtung 178b trennt die Kappe 178a und das Batteriegehäuse 171 elektrisch. Ein Crimpabschnitt 181 fixiert der Rand der Kappe 178a und der ersten Dichtung 178b aneinander. Die Kappe 178a weist einen Entlüftungsabschnitt 179 auf. Die Konfiguration des Entlüftungsabschnitts 179 ist im Wesentlichen die gleiche wie die oben beschriebene Ausführungsform (Modifikation). Die untere Fläche der Kappe 178a kann über dem unteren Ende des Crimpabschnitts 181 angeordnet sein. In diesem Fall ist ein Raum unter der Kappe 178a ausgebildet, um eine sanfte Entlüftung durchzuführen. Insbesondere ist es nützlich, wenn die zylindrische Batterie 170 so installiert ist, dass der Crimpabschnitt 181 in die Schwerkraftrichtung weist.
Vorzugsweise ist die Kappe 178a aus einem leitfähigen Metallmaterial hergestellt. Da jedoch die erste Dichtung 178b zwischen der Kappe 178a und dem Batteriegehäuse 171 angeordnet ist, weist die Kappe 178a keine elektrische Polarität auf. Der Dichtungskörper 178 verschließt (und dichtet ab) das offene Ende des unteren Abschnitts des Batteriegehäuses 171 und dient hauptsächlich dazu, Gas abzugeben, wenn der Innendruck der Batterie 170 über einen kritischen Wert ansteigt. Ein Schwellenwert des Drucks beträgt 15 kgf/cm² bis 35 kgf/cm².
Vorzugsweise wird der Anschluss 172, der elektrisch mit dem ersten unbeschichteten Abschnitt 146a der ersten Elektrode verbunden ist, als der erste Elektrodenanschluss verwendet. Zusätzlich wird in der oberen Fläche des Batteriegehäuses 171, die elektrisch mit dem zweiten unbeschichteten Abschnitt 146b der zweiten Elektrode durch den zweiten Stromabnehmer 176 verbunden ist, ein Teil 175 mit Ausnahme des Anschlusses 172 als der zweite Elektrodenanschluss verwendet, der eine andere Polarität als der erste Elektrodenanschluss aufweist. Wenn sich zwei Elektrodenanschlüsse wie oben an dem oberen Abschnitt der zylindrischen Batterie 170 befinden, ist es möglich, elektrische Verbindungskomponenten wie etwa Sammelschienen nur an einer Seite der zylindrischen Batterie 170 anzuordnen. Dies kann eine Vereinfachung der Batteriepackstruktur und eine Verbesserung der Energiedichte bewirken. Da der Teil 175, der als der zweite Elektrodenanschluss verwendet wird, eine ungefähr flache Form aufweist, kann zusätzlich eine ausreichende Verbindungsfläche zum Verbinden von elektrischen Verbindungskomponenten wie etwa Sammelschienen gesichert werden. Dementsprechend kann die zylindrische Batterie 170 den Widerstand an dem Verbindungsabschnitt der elektrischen Verbindungskomponenten auf ein wünschenswertes Niveau verringern.
Währenddessen sind die Struktur der Elektrodenanordnung 141 und die Struktur des unbeschichteten Abschnitts nicht auf die gezeigten beschränkt und können durch Strukturen der obigen Ausführungsformen (Modifikationen) ersetzt werden.
28 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie 180 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 28 weist die Elektrodenanordnung 141 der zylindrischen Batterie 180 im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die der in 25 gezeigten zylindrischen Batterie 150 auf, und die andere Konfiguration als die Elektrodenanordnung 141 ist im Wesentlichen die gleiche wie die der in 27 gezeigten zylindrischen Batterie 170.
Dementsprechend kann die Konfiguration der Ausführungsformen (Modifikationen) der zylindrischen Batterien 150, 170 gleichermaßen auf die zylindrische Batterie 180 angewendet werden.
Zusätzlich sind die Struktur der Elektrodenanordnung 141 und die Struktur des unbeschichteten Abschnitts nicht auf die gezeigten beschränkt und können durch Strukturen der obigen Ausführungsformen (Modifikationen) ersetzt werden.
29 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie 190 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 29 enthält die zylindrische Batterie 190 die in 21 gezeigte Elektrodenanordnung 110, und andere Konfigurationen mit Ausnahme der Elektrodenanordnung 110 sind im Wesentlichen die gleichen wie die der in 24 gezeigten zylindrischen Batterie 140. Dementsprechend kann die unter Bezugnahme auf 21 und 24 beschriebene Konfiguration im Wesentlichen gleichermaßen auf diese Ausführungsform angewendet werden.
Unter Bezugnahme auf 17a und 29 sind der erste und der zweite unbeschichtete Abschnitt 146a, 146b der Elektrodenanordnung 110 in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 110 gebogen, zum Beispiel von dem Außenumfang in Richtung des Kerns, um einen Biegeoberflächenbereich F zu bilden.
Der erste Abschnitt B1 weist eine geringere Höhe als der andere Abschnitt auf und entspricht dem Segmentüberspringbereich a1 ohne Segment, so dass er nicht in Richtung des Kerns gebogen ist.
Vorzugsweise kann der Biegeoberflächenbereich F den Segmentüberspringbereich a1, den segmenthöhenvariablen Bereich a2 und den segmenthöhengleichmäßigen Bereich a3 von dem Kern in Richtung des Außenumfangs enthalten.
Wie in 17c, 17d und 17e gezeigt, enthält der Biegeoberflächenbereich F einen Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 mit einer Stapelanzahl von 10 oder mehr benachbart zu dem Segmentüberspringbereich a1.
Der Biegeoberflächenbereich F kann auch einen Stapelanzahlabnahmebereich b2 benachbart zu dem Außenumfang der Elektrodenanordnung 110 enthalten, in dem die Stapelanzahl von Segmenten in Richtung des Außenumfangs abnimmt. Vorzugsweise kann der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 als ein Schweißzielbereich eingestellt werden.
In dem Biegeoberflächenbereich F sind die bevorzugten numerischen Bereiche des Verhältnisses (a2/c) des höhenvariablen Bereichs a2 zu dem radialen Bereich c, der Segmente enthält, des Verhältnisses (b1/c) des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu dem radialen Bereich c, der Segmente enthält, und des Verhältnisses der Fläche des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu der Fläche des Biegeoberflächenbereichs F bereits oben beschrieben und werden daher nicht erneut beschrieben.
Der erste Stromabnehmer 144 kann an den Biegeoberflächenbereich F des ersten unbeschichteten Abschnitts 146a lasergeschweißt werden, und der zweite Stromabnehmer 145 kann an den Biegeoberflächenbereich F des zweiten unbeschichteten Abschnitts 146b lasergeschweißt werden. Das Schweißverfahren kann durch Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen, Punktschweißen und dergleichen ersetzt werden.
Vorzugsweise kann eine Fläche von 50% oder mehr der Schweißbereiche W des ersten Stromabnehmers 144 und des zweiten Stromabnehmers 145 mit dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 des Biegeoberflächenbereichs F überlappen. Optional kann die verbleibende Fläche des Schweißbereichs W mit dem Stapelanzahlabnahmebereich b2 des Biegeoberflächenbereichs F überlappen. Im Hinblick auf eine hohe Schweißfestigkeit, einen geringen Widerstand der Schweißschnittstelle und die Verhinderung einer Beschädigung des Separators oder der Aktivmaterialschicht ist es bevorzugter, dass der gesamte Schweißbereich W den Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 überlappt.
Vorzugsweise kann in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 und optional dem Stapelanzahlabnahmebereich b2, der mit dem Schweißbereich W überlappt, die Stapelanzahl von Segmenten 10 bis 35 betragen.
Wenn optional die Segmentstapelanzahl des Stapelanzahlabnahmebereichs b2, der mit dem Schweißbereich W überlappt, kleiner als 10 ist, kann die Laserleistung zum Schweißen des Stapelanzahlabnahmebereichs b2 niedriger als die Laserleistung zum Schweißen des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 sein. Das heißt, wenn der Schweißbereich W mit dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 und dem Stapelanzahlabnahmebereich b2 gleichzeitig überlappt, kann die Laserleistung gemäß der Stapelanzahl von Segmenten variiert werden. In diesem Fall kann die Schweißfestigkeit des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 größer als die Schweißfestigkeit des Stapelanzahlabnahmebereichs b2 sein.
In dem Biegeoberflächenbereich F, der an dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung 110 gebildet ist, kann die radiale Länge des Segmentüberspringbereichs a1 und/oder des segmenthöhenvariablen Bereichs a2 und/oder des segmenthöhengleichmäßigen Bereichs a3 gleich oder unterschiedlich sein.
In der Elektrodenanordnung 110 weist der erste Abschnitt B1 eine relativ kleinere Höhe als andere Abschnitte auf. Außerdem ist, wie in 21 gezeigt, die Biegelänge H des unbeschichteten Abschnitts, der sich auf der innersten Seite befindet, kleiner als die Summe der radialen Länge R des ersten Abschnitts B1 und 10 % des Radius des Kerns 112.
Daher können selbst dann, wenn der erste unbeschichtete Abschnitt 146a in Richtung des Kerns gebogen wird, 90 % oder mehr des Durchmessers des Kerns 112 der Elektrodenanordnung 110 nach außen geöffnet sein. Wenn der Kern 112 nicht blockiert ist, gibt es keine Schwierigkeiten beim Elektrolyteinspritzprozess und die Elektrolyteinspritzeffizienz wird verbessert. Außerdem kann durch Einsetzen einer Schweißvorrichtung durch den Kern 112 der Schweißprozess leicht zwischen dem zweiten Stromabnehmer 145 und dem Batteriegehäuse 142 durchgeführt werden.
In dem Fall, in dem die unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b eine Segmentstruktur aufweisen, wenn die Breite und/oder die Höhe und/oder der Trennungsabstand der Segmente eingestellt werden, um den numerischen Bereich der obigen Ausführungsform zu erfüllen, werden die Segmente, wenn die Segmente gebogen werden, in mehreren Schichten genug überlappt, um eine ausreichende Schweißfestigkeit sicherzustellen, und es wird kein leeres Loch (Spalt) in dem Biegeflächenbereich F ausgebildet.
Vorzugsweise können der erste Stromabnehmer 144 und der zweite Stromabnehmer 145 Außendurchmesser aufweisen, die das Ende des Segments 61, 61' (17f) bedecken, das in der letzten Wicklungswindung des einheitlichen Höhenbereichs a3 der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode gebogen wurde. In diesem Fall ist ein Schweißen in einem Zustand möglich, in dem die Segmente, die den Biegeflächenbereich F bilden, gleichmäßig durch den Stromabnehmer gedrückt werden, und der dicht gestapelte Zustand der Segmente kann auch nach dem Schweißen gut aufrechterhalten werden. Der dicht gestapelte Zustand bedeutet einen Zustand, in dem es im Wesentlichen keinen Spalt zwischen den Segmenten gibt, wie in 17a gezeigt. Der dicht gestapelte Zustand trägt dazu bei, den Widerstand der zylindrischen Batterie 190 auf ein Niveau zu verringern, das für ein Schnellladen (zum Beispiel 4 Milliohm) oder weniger geeignet ist.
Wenn der erste Stromabnehmer 144 und/oder der zweite Stromabnehmer 145 an den Oberflächenbereich F geschweißt werden, ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Elektroden drehen, wenn die Elektrodenanordnung 110 aufschwillt. Mit anderen Worten kann das Schweißen des ersten Stromabnehmers 144 und/oder des zweiten Stromabnehmers 145 die Wirkung der Wickelstruktur der Elektrodenanordnung verbessern, um das Kollabieren des Kerns zu verhindern oder zu verringern.
Die Struktur der unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b kann in die Struktur gemäß den obigen Ausführungsformen (Modifikationen) geändert werden. Außerdem kann eine herkömmliche unbeschichtete Abschnittsstruktur auf irgendeinen der unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b ohne Einschränkung angewendet werden.
30 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie 200 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 30 enthält die zylindrische Batterie 200 die in 21 gezeigte Elektrodenanordnung 110, und andere Konfigurationen mit Ausnahme der Elektrodenanordnung 110 sind im Wesentlichen die gleichen wie die der in 28 gezeigten zylindrischen Batterie 180. Dementsprechend kann die unter Bezugnahme auf 21 und 28 beschriebene Konfiguration im Wesentlichen gleichermaßen auf diese Ausführungsform angewendet werden.
Wie in 17a und 30 gezeigt, sind der erste und der zweite unbeschichtete Abschnitt 146a, 146b der Elektrodenanordnung 110 in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 110 gebogen, zum Beispiel von dem Außenumfang in Richtung des Kerns, um den Biegeoberflächenbereich F zu bilden.
Der erste Abschnitt B1 weist eine geringere Höhe als der andere Abschnitt auf und entspricht dem Segmentüberspringbereich a1 ohne Segment, so dass er nicht in Richtung des Kerns gebogen ist.
Vorzugsweise kann der Biegeoberflächenbereich F einen Segmentüberspringbereich a1, einen segmenthöhenvariablen Bereich a2 und einen segmenthöhengleichmäßigen Bereich a3 von dem Kern in Richtung des Außenumfangs enthalten.
Wie in 17c, 17d und 17e gezeigt, enthält der Biegeoberflächenbereich F einen Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 mit der Stapelanzahl von 10 oder mehr benachbart zu dem Segmentüberspringbereich a1.
Der Biegeoberflächenbereich F kann auch einen Stapelanzahlabnahmebereich b2 benachbart zu dem Außenumfang der Elektrodenanordnung 110 enthalten, in dem die Stapelanzahl von Segmenten in Richtung des Außenumfangs abnimmt. Vorzugsweise kann der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 als ein Schweißzielbereich eingestellt werden.
In dem Biegeoberflächenbereich F sind die bevorzugten numerischen Bereiche des Verhältnisses (a2/c) des segmenthöhenvariablen Bereichs a2 zu dem radialen Bereich c, der die Segmente enthält, und des Verhältnisses (b1/c) des Segmentstapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu dem radialen Bereich c, der die Segmente enthält, und des Verhältnisses der Fläche des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu der Fläche des Biegeoberflächenbereichs F bereits oben beschrieben und werden daher nicht erneut beschrieben.
Der erste Stromabnehmer 144 kann an den Biegeoberflächenbereich F des ersten unbeschichteten Abschnitts 146a lasergeschweißt werden, und der zweite Stromabnehmer 176 kann an den Biegeoberflächenbereich F des zweiten unbeschichteten Abschnitts 146b lasergeschweißt werden. Das Schweißverfahren kann durch Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen, Punktschweißen und dergleichen ersetzt werden. Der Schweißbereich W zwischen dem zweiten Stromabnehmer 176 und dem zweiten unbeschichteten Abschnitt 146b kann von der Innenfläche des Sickenabschnitts 180 um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sein.
Vorzugsweise kann eine Fläche von 50% oder mehr der Schweißbereiche W des ersten Stromabnehmers 144 und des zweiten Stromabnehmers 176 mit dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 des Biegeoberflächenbereichs F überlappen. Optional kann die verbleibende Fläche des Schweißbereichs W mit dem Stapelanzahlabnahmebereich b2 des Biegeoberflächenbereichs F überlappen. Im Hinblick auf eine hohe Schweißfestigkeit, einen geringen Widerstand der Schweißschnittstelle und die Verhinderung einer Beschädigung des Separators oder der Aktivmaterialschicht ist es bevorzugter, dass der gesamte Schweißbereich W mit dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 überlappt.
Vorzugsweise kann in dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 und optional dem Stapelanzahlabnahmebereich b2, der mit dem Schweißbereich W überlappt, die Stapelanzahl von Segmenten 10 bis 35 betragen.
Wenn optional die Segmentstapelanzahl des Stapelanzahlabnahmebereichs b2, der mit dem Schweißbereich W überlappt, kleiner als 10 ist, kann die Laserleistung zum Schweißen des Stapelanzahlabnahmebereichs b2 niedriger als die Laserleistung zum Schweißen des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 sein. Das heißt, wenn der Schweißbereich W mit dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 und dem Stapelanzahlabnahmebereich b2 gleichzeitig überlappt, kann die Laserleistung gemäß der Stapelanzahl von Segmenten variiert werden. In diesem Fall kann die Schweißfestigkeit des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 größer als die Schweißfestigkeit des Stapelanzahlabnahmebereichs b2 sein.
In dem Biegeoberflächenbereich F, der an dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung 110 gebildet ist, kann die radiale Länge des Segmentüberspringbereichs a1 und/oder des segmenthöhenvariablen Bereichs a2 und/oder des segmenthöhengleichmäßigen Bereichs a3 gleich oder unterschiedlich sein.
In der Elektrodenanordnung 110 weist der erste Abschnitt B1 eine relativ kleinere Höhe als andere Abschnitte auf. Außerdem ist, wie in 21 gezeigt, die Biegelänge H des Segments, das sich auf der innersten Seite befindet, kleiner als die Summe der radialen Länge R des ersten Abschnitts B1 und 10 % des Radius des Kerns 112.
Daher können selbst dann, wenn der unbeschichtete Abschnitt 146a in Richtung des Kerns gebogen wird, 90 % oder mehr des Durchmessers des Kerns 112 der Elektrodenanordnung 110 nach außen geöffnet sein. Wenn der Kern 112 nicht blockiert ist, gibt es keine Schwierigkeiten beim Elektrolyteinspritzprozess und die Elektrolyteinspritzeffizienz wird verbessert. Außerdem kann durch Einsetzen einer Schweißvorrichtung durch den Kern 112 der Schweißprozess leicht zwischen dem ersten Stromabnehmer 144 und dem Anschluss 172 durchgeführt werden.
In dem Fall, in dem die unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b eine Segmentstruktur aufweisen, wenn die Breite und/oder die Höhe und/oder der Trennungsabstand der Segmente eingestellt werden, um den numerischen Bereich der obigen Ausführungsform zu erfüllen, werden die Segmente, wenn die Segmente gebogen werden, in mehreren Schichten genug überlappt, um eine ausreichende Schweißfestigkeit sicherzustellen, und es wird kein leeres Loch (Spalt) in dem Biegeflächenbereich F ausgebildet.
Vorzugsweise können der Bereich des ersten Stromabnehmers 144 und des zweiten Stromabnehmers 176, der mit dem ersten und dem zweiten unbeschichteten Abschnitt 146a, 146 in Kontakt ist, Außendurchmesser aufweisen, die das Ende des Segments 61, 61' (17f) bedecken, das in der letzten Wicklungswindung des einheitlichen Höhenbereichs a3 der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode gebogen wurde. In diesem Fall ist ein Schweißen in einem Zustand möglich, in dem die Segmente, die den Biegeflächenbereich F bilden, gleichmäßig durch den Stromabnehmer gedrückt werden, und der dicht gestapelte Zustand der Segmente kann auch nach dem Schweißen gut aufrechterhalten werden. Der dicht gestapelte Zustand bedeutet einen Zustand, in dem es im Wesentlichen keinen Spalt zwischen den Segmenten gibt, wie in 17a gezeigt. Der dicht gestapelte Zustand trägt dazu bei, den Widerstand der zylindrischen Batterie 200 auf ein Niveau zu verringern, das für ein Schnellladen (zum Beispiel 4 Milliohm) oder weniger geeignet ist.
Wenn der erste Stromabnehmer 144 und/oder der zweite Stromabnehmer 145 an den Oberflächenbereich F geschweißt werden, ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Elektroden drehen, wenn die Elektrodenanordnung 110 aufschwillt. Mit anderen Worten kann das Schweißen des ersten Stromabnehmers 144 und/oder des zweiten Stromabnehmers 145 die Wirkung der Wickelstruktur der Elektrodenanordnung verbessern, um das Kollabieren des Kerns zu verhindern oder zu verringern.
Die Struktur der unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b kann in die Struktur gemäß den obigen Ausführungsformen (Modifikationen) geändert werden. Außerdem kann eine herkömmliche unbeschichtete Abschnittsstruktur auf irgendeinen der unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b ohne Einschränkung angewendet werden.
31 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie 210 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 31 enthält die zylindrische Batterie 210 die in 20 gezeigte Elektrodenanordnung 100, und andere Komponenten mit Ausnahme der Elektrodenanordnung 100 sind im Wesentlichen die gleichen wie die der in 24 gezeigten zylindrischen Batterie 140. Dementsprechend kann die unter Bezugnahme auf 20 und 24 beschriebene Konfiguration im Wesentlichen gleichermaßen auf diese Ausführungsform angewendet werden.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite unbeschichtete Abschnitt 146a, 146b der Elektrodenanordnung 100 in mehrere Segmente unterteilt, und die Segmente sind in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 100 gebogen, zum Beispiel von dem Außenumfang in Richtung des Kerns. Da zu diesem Zeitpunkt der erste Abschnitt B1 des ersten unbeschichteten Abschnitts 146a und der zweite Abschnitt B3 eine geringere Höhe als die anderen Abschnitte aufweisen und keine Segmente aufweisen, sind sie im Wesentlichen nicht gebogen. Dies ist auch im Fall des zweiten unbeschichteten Abschnitts 146b identisch.
Auch in dieser Ausführungsform kann der Biegeoberflächenbereich F einen Segmentüberspringbereich a1, einen segmenthöhenvariablen Bereich a2 und einen segmenthöhengleichmäßigen Bereich a3 von dem Kern in Richtung des Außenumfangs enthalten. Da jedoch der zweite Abschnitt B3 nicht gebogen ist, kann die radiale Länge des Biegeoberflächenbereichs F kürzer sein als im Fall der obigen Ausführungsform.
Wie in 17c, 17d und 17e gezeigt, enthält der Biegeoberflächenbereich F einen Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 mit der Stapelanzahl von 10 oder mehr benachbart zu dem Segmentüberspringbereich a1.
Der Biegeoberflächenbereich F kann auch einen Stapelanzahlabnahmebereich b2 benachbart zu dem zweiten Abschnitt B3 der Elektrodenanordnung 100 enthalten, in dem die Stapelanzahl von Segmenten in Richtung des Außenumfangs abnimmt. Vorzugsweise kann der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 als ein Schweißzielbereich eingestellt werden.
In dem Biegeoberflächenbereich F sind der bevorzugte numerische Bereich des Verhältnisses (a2/c) des segmenthöhenvariablen Bereichs a2 zu dem radialen Bereich c, der die Segmente enthält, des Verhältnisses (b1/c) des Segmentstapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu dem radialen Bereich c, der die Segmente enthält, und des Verhältnisses der Fläche des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu der Fläche des Biegeoberflächenbereichs F bereits oben beschrieben und werden daher nicht erneut beschrieben.
Der erste Stromabnehmer 144 kann an den Biegeoberflächenbereich F des ersten unbeschichteten Abschnitts 146a geschweißt werden, und der zweite Stromabnehmer 145 kann an den Biegeoberflächenbereich F des zweiten unbeschichteten Abschnitts 146b geschweißt werden.
Die überlappende Beziehung zwischen dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 und dem Stapelanzahlabnahmebereich b2 und dem Schweißbereich W, die Außendurchmesser des ersten Stromabnehmers 144 und des ersten Stromabnehmers 145 und die Konfiguration, in der der erste Abschnitt B1 10 % oder mehr des Durchmessers des Kerns nicht blockiert, sind im Wesentlichen die gleichen wie oben beschrieben.
Währenddessen enthält der zweite Abschnitt B3 keine Segmente, und die Höhe des zweiten Abschnitts B3 ist niedriger als die des dritten Abschnitts B2. Daher ist, wenn der erste unbeschichtete Abschnitt 146a gebogen wird, der zweite Abschnitt B3 im Wesentlichen nicht gebogen. Da der zweite Abschnitt B3 ausreichend von dem Sickenabschnitt 147 beabstandet ist, kann außerdem das Problem der Beschädigung des zweiten Abschnitts B3 gelöst werden, während der Sickenabschnitt 147 pressgepasst wird.
Wenn der erste Stromabnehmer 144 und/oder der zweite Stromabnehmer 145 an den Oberflächenbereich F geschweißt werden, ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Elektroden drehen, wenn die Elektrodenanordnung 100 aufschwillt. Mit anderen Worten kann das Schweißen des ersten Stromabnehmers 144 und/oder des zweiten Stromabnehmers 145 die Wirkung der Wickelstruktur der Elektrodenanordnung verbessern, um das Kollabieren des Kerns zu verhindern oder zu verringern.
Die Struktur der unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b kann in die Struktur gemäß den obigen Ausführungsformen (Modifikationen) geändert werden. Außerdem kann eine herkömmliche unbeschichtete Abschnittsstruktur auf irgendeinen der unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b ohne Einschränkung angewendet werden.
32 ist eine Querschnittsansicht, die eine zylindrische Batterie 220 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entlang der Y-Achsenrichtung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 32 enthält die zylindrische Batterie 220 die in 31 gezeigte Elektrodenanordnung 100, und andere Komponenten mit Ausnahme der Elektrodenanordnung 100 sind im Wesentlichen die gleichen wie die der in 28 gezeigten zylindrischen Batterie 180. Dementsprechend kann die unter Bezugnahme auf 28 und 31 beschriebene Konfiguration im Wesentlichen gleichermaßen auf diese Ausführungsform angewendet werden.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite unbeschichtete Abschnitt 146a, 146b der Elektrodenanordnung 100 in mehrere Segmente unterteilt und sind von dem Außenumfang in Richtung des Kerns gebogen. Da zu diesem Zeitpunkt der erste Abschnitt B1 des ersten unbeschichteten Abschnitts 146a und der zweite Abschnitt B3 eine geringere Höhe als die anderen Abschnitte aufweisen und keine Segmente aufweisen, sind sie im Wesentlichen nicht gebogen. Dies ist auch im Fall des zweiten unbeschichteten Abschnitts 146b identisch.
Daher kann in dieser Ausführungsform, ähnlich der Ausführungsform von 31, der Biegeoberflächenbereich F einen Segmentüberspringbereich a1, einen segmenthöhenvariablen Bereich a2 und einen segmenthöhengleichmäßigen Bereich a3 von dem Kern in Richtung des Außenumfangs enthalten. Da jedoch der zweite Abschnitt B3 nicht gebogen ist, kann die radiale Länge des Biegeoberflächenbereichs F kürzer sein als im Fall der obigen Ausführungsform.
Wie in 17c, 17d und 17e gezeigt, enthält der Biegeoberflächenbereich F einen Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 mit der Stapelanzahl von 10 oder mehr benachbart zu dem Segmentüberspringbereich a1.
Der Biegeoberflächenbereich F kann auch einen Stapelanzahlabnahmebereich b2 benachbart zu dem zweiten Abschnitt B3 der Elektrodenanordnung 110 enthalten, in dem die Stapelanzahl von Segmenten in Richtung des Außenumfangs abnimmt. Vorzugsweise kann der Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 als ein Schweißzielbereich eingestellt werden.
In dem Biegeoberflächenbereich F sind der bevorzugte numerische Bereich des Verhältnisses (a2/c) des segmenthöhenvariablen Bereichs a2 zu dem radialen Bereich c, der die Segmente enthält, des Verhältnisses (b1/c) des Segmentstapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu dem radialen Bereich c, der die Segmente enthält, und des Verhältnisses der Fläche des Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereichs b1 zu der Fläche des Biegeoberflächenbereichs F bereits oben beschrieben und werden daher nicht erneut beschrieben.
Der erste Stromabnehmer 144 kann an den Biegeoberflächenbereich F des ersten unbeschichteten Abschnitts 146a geschweißt werden, und der zweite Stromabnehmer 176 kann an den Biegeoberflächenbereich F des zweiten unbeschichteten Abschnitts 146b geschweißt werden.
Die überlappende Beziehung zwischen dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich b1 und dem Stapelanzahlabnahmebereich b2 und dem Schweißbereich W, die Außendurchmesser des ersten Stromabnehmers 144 und des ersten Stromabnehmers 176 und die Konfiguration, in der der erste Abschnitt B1 10 % oder mehr des Durchmessers des Kerns nicht blockiert, sind im Wesentlichen die gleichen wie oben beschrieben.
Wenn der erste Stromabnehmer 144 und/oder der zweite Stromabnehmer 145 an den Oberflächenbereich F geschweißt werden, ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Elektroden drehen, wenn die Elektrodenanordnung 100 aufschwillt. Mit anderen Worten kann das Schweißen des ersten Stromabnehmers 144 und/oder des zweiten Stromabnehmers 145 die Wirkung der Wickelstruktur der Elektrodenanordnung verbessern, um das Kollabieren des Kerns zu verhindern oder zu verringern.
Die Struktur der unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b kann in die Struktur gemäß den obigen Ausführungsformen (Modifikationen) geändert werden. Außerdem kann eine herkömmliche unbeschichtete Abschnittsstruktur auf irgendeinen der unbeschichteten Abschnitte 146a, 146b ohne Einschränkung angewendet werden.
In den Ausführungsformen (Modifikationen) können der erste Stromabnehmer 144 und der zweite Stromabnehmer 176, die in den zylindrischen Batterien 170, 180, 200, 220 einschließlich des Anschlusses 172 enthalten sind, eine verbesserte Struktur aufweisen, wie in 33 und 34 gezeigt.
Die verbesserte Struktur des ersten Stromabnehmers 144 und des zweiten Stromabnehmers 176 kann dazu beitragen, den Widerstand der zylindrischen Batterie zu verringern, den Vibrationswiderstand zu verbessern und die Energiedichte zu verbessern. Insbesondere sind der erste Stromabnehmer 144 und der zweite Stromabnehmer 176 effektiver, wenn sie in einer großen zylindrischen Batterie verwendet werden, deren Verhältnis von Durchmesser zu Höhe größer als 0,4 ist.
33 ist eine Draufsicht, die die Struktur des ersten Stromabnehmers 144 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 30 und 33 zusammen kann der erste Stromabnehmer 144 einen Randabschnitt 144a, einen ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b und einen Anschlusskopplungsabschnitt 144c beinhalten. Der Randabschnitt 144a ist auf der Elektrodenanordnung 110 angeordnet. Der Randabschnitt 144a kann eine im Wesentlichen Randform aufweisen, in der ein leerer Raum (S_open) ausgebildet ist. In den Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung ist nur ein Fall veranschaulicht, in dem der Randabschnitt 144a eine im Wesentlichen kreisförmige Randform aufweist, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Der Randabschnitt 61 kann eine im Wesentlichen rechteckige Randform, eine sechseckige Randform, eine achteckige Randform oder andere Randformen aufweisen, anders als die veranschaulichte. Die Anzahl des Randabschnitts 144a kann auf zwei oder mehr erhöht werden. In diesem Fall kann ein anderer Randabschnitt in der Form eines Randes innerhalb des Randabschnitts 144a enthalten sein.
Der Anschlusskopplungsabschnitt 144c kann einen Durchmesser aufweisen, der gleich oder größer als der Durchmesser des flachen Abschnitts 172c ist, der an der Unterseite des Anschlusses 172 ausgebildet ist, um einen Schweißbereich zum Koppeln mit dem flachen Abschnitt 172c zu sichern, der an der Unterseite des Anschlusses 172 ausgebildet ist.
Der erste unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 144b erstreckt sich von dem Randabschnitt 144a nach innen und ist durch Schweißen mit dem unbeschichteten Abschnitt 146a gekoppelt. Der Anschlusskopplungsabschnitt 144c ist von dem ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b beabstandet und ist innerhalb des Randabschnitts 144a positioniert. Der Anschlusskopplungsabschnitt 144c kann durch Schweißen mit dem Anschluss 172 gekoppelt sein. Der Anschlusskopplungsabschnitt 144c kann zum Beispiel ungefähr in der Mitte des Innenraums (S_open) angeordnet sein, der von dem Randabschnitt 144a umgeben ist. Der Anschlusskopplungsabschnitt 144c kann an einer Position vorgesehen sein, die dem Loch entspricht, das in dem Kern C der Elektrodenanordnung 110 gebildet ist. Der Anschlusskopplungsabschnitt 144c kann konfiguriert sein, um das Loch zu bedecken, das in dem Kern C der Elektrodenanordnung 110 gebildet ist, so dass das Loch, das in dem Kern C der Elektrodenanordnung 110 gebildet ist, nicht außerhalb des Anschlusskopplungsabschnitts 144c freiliegt. Zu diesem Zweck kann der Anschlusskopplungsabschnitt 144c einen größeren Durchmesser oder eine größere Breite als das Loch aufweisen, das in dem Kern C der Elektrodenanordnung 110 gebildet ist.
Der erste unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 144b und der Anschlusskopplungsabschnitt 144c können nicht direkt verbunden sein, sondern können so angeordnet sein, dass sie voneinander beabstandet sind und indirekt durch den Randabschnitt 144a verbunden sind. Da der erste Stromabnehmer 144 eine Struktur aufweist, bei der der erste unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 144b und der Anschlusskopplungsabschnitt 144c nicht direkt miteinander verbunden sind, sondern wie vorstehend durch den Randabschnitt 144c verbunden sind, ist es möglich, wenn ein Stoß und/oder eine Vibration an der zylindrischen Batterie 200 auftritt, den Stoß, der auf den Kopplungsabschnitt zwischen dem ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b und dem ersten unbeschichteten Abschnitt 146a und den Kopplungsabschnitt zwischen dem Anschlusskopplungsabschnitt 144c und dem Anschluss 172 ausgeübt wird, zu verteilen. In den Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung ist nur ein Fall veranschaulicht, in dem vier erste unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitte 144b vorgesehen sind, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Die Anzahl der ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitte 144b kann unter Berücksichtigung von Herstellungsschwierigkeiten gemäß der Komplexität der Form, des elektrischen Widerstands, des Innenraums (S_open) innerhalb des Randabschnitts 144a unter Berücksichtigung der Elektrolytimprägnierung und dergleichen unterschiedlich bestimmt werden.
Der erste Stromabnehmer 144 kann ferner einen Brückenabschnitt 144d beinhalten, der sich von dem Randabschnitt 144a nach innen erstreckt und mit dem Anschlusskopplungsabschnitt 144c verbunden ist. Mindestens ein Teil des Brückenabschnitts 144d kann eine kleinere Querschnittsfläche im Vergleich zu dem ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b und dem Randabschnitt 144a aufweisen. Zum Beispiel kann mindestens ein Teil des Brückenabschnitts 144d so ausgebildet sein, dass er eine kleinere Breite und/oder Dicke im Vergleich zu dem ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b aufweist. In diesem Fall nimmt der elektrische Widerstand in dem Brückenabschnitt 144d zu. Wenn daher ein Strom durch den Brückenabschnitt 144d fließt, bewirkt der relativ große Widerstand, dass ein Teil des Brückenabschnitts 144d aufgrund von Überstromerwärmung geschmolzen wird.
Dementsprechend wird der Überstrom irreversibel blockiert. Die Querschnittsfläche des Brückenabschnitts 144d kann unter Berücksichtigung der Überstromblockierfunktion auf ein geeignetes Niveau eingestellt werden.
Der Brückenabschnitt 144d kann einen sich verjüngenden Abschnitt 144e beinhalten, dessen Breite von der Innenfläche des Randabschnitts 144a zu dem Anschlusskopplungsabschnitt 144c allmählich abnimmt. Wenn der sich verjüngende Abschnitt 144e bereitgestellt wird, kann die Steifigkeit der Komponente an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Brückenabschnitt 144d und dem Randabschnitt 144a verbessert werden. Wenn der sich verjüngende Abschnitt 144e bereitgestellt wird, können in dem Prozess zum Herstellen der zylindrischen Batterie 200 zum Beispiel eine Transfervorrichtung und/oder ein Arbeiter den ersten Stromabnehmer 144 und/oder einen gekoppelten Körper des ersten Stromabnehmers 144 und der Elektrodenanordnung 110 durch Greifen des sich verjüngenden Abschnitts 144e leicht und sicher transportieren. Das heißt, wenn der sich verjüngende Abschnitt 144e bereitgestellt wird, ist es möglich, Produktdefekte zu verhindern, die durch Greifen eines Abschnitts auftreten können, an dem das Schweißen mit anderen Komponenten wie dem ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b und dem Anschlusskopplungsabschnitt 144c durchgeführt wird.
Der erste unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 144b kann in einer Mehrzahl bereitgestellt sein. Die mehreren ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitte 144b können im Wesentlichen in regelmäßigen Abständen voneinander in der Erstreckungsrichtung des Randabschnitts 144a angeordnet sein. Eine Erstreckungslänge jedes der mehreren ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitte 144b kann im Wesentlichen gleich zueinander sein. Der erste unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 144b kann durch Laserschweißen an den Biegeoberflächenbereich F des unbeschichteten Abschnitts 146a gekoppelt werden. Das Schweißen kann durch Ultraschallschweißen, Punktschweißen oder dergleichen ersetzt werden.
Ein Schweißmuster 144f, das durch Schweißen zwischen dem ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b und dem Biegeflächenbereich F gebildet wird, kann eine Struktur aufweisen, die sich entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 110 erstreckt. Das Schweißmuster 144f kann eine Anordnung von Linienmustern oder Punktmustern sein.
Das Schweißmuster 144f entspricht dem Schweißbereich. Daher ist es wünschenswert, dass das Schweißmuster 144f mit dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 des Biegeoberflächenbereichs F um 50% oder mehr überlappt. Das Schweißmuster 144f, das nicht mit dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 überlappt, kann mit dem abnehmenden Stapelanzahlbereich b2 überlappen. Noch bevorzugter kann das gesamte Schweißmuster 144f mit dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 des Biegeoberflächenbereichs F überlappen. In dem Biegeoberflächenbereich F unter dem Punkt, an dem das Schweißmuster 144f gebildet wird, weisen der einheitliche Stapelanzahlbereich b1 und optional der Stapelanzahlabnahmebereich b2 vorzugsweise die Stapelanzahl von 10 oder mehr auf.
Der Anschlusskopplungsabschnitt 144c kann so angeordnet sein, dass er von den mehreren ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitten 144b umgeben ist. Der Anschlusskopplungsabschnitt 144c kann durch Schweißen mit dem flachen Abschnitt 172c des Anschlusses 172 gekoppelt sein. Der Brückenabschnitt 144d kann zwischen einem Paar von ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitten 144b positioniert sein, die aneinander angrenzen. In diesem Fall kann der Abstand von dem Brückenabschnitt 144d zu einem beliebigen des Paars von ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitten 144b entlang der Erstreckungsrichtung des Randabschnitts 144a im Wesentlichen gleich dem Abstand von dem Brückenabschnitt 144d zu dem anderen des Paars von ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitten 144b entlang der Erstreckungsrichtung des Randabschnitts 144a sein. Die mehreren ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitte 144b können so gebildet sein, dass sie im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Die mehreren ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitte 144b können so gebildet sein, dass sie im Wesentlichen die gleiche Breite und Dicke aufweisen.
Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, kann der Brückenabschnitt 144d in Mehrzahl bereitgestellt sein. Jeder der mehreren Brückenabschnitte 144d kann zwischen einem Paar von ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitten 144b angeordnet sein, die aneinander angrenzen. Die mehreren Brückenabschnitte 144d können im Wesentlichen in regelmäßigen Abständen voneinander in der Erstreckungsrichtung des Randabschnitts 144a angeordnet sein. Ein Abstand von jedem der mehreren Brückenabschnitte 144d zu einem des Paars von ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitten 144b, die aneinander entlang der Erstreckungsrichtung des Randabschnitts 144a angrenzen, kann im Wesentlichen gleich einem Abstand von jedem der mehreren Brückenabschnitte 144d zu dem anderen ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b sein.
In dem Fall, in dem der erste unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 144b und/oder der Brückenabschnitt 144d in einer Mehrzahl wie oben beschrieben bereitgestellt ist, wenn der Abstand zwischen den ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitten 144b und/oder der Abstand zwischen den Brückenabschnitten 144d und/oder der Abstand zwischen dem ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b und dem Brückenabschnitt 144d gleichmäßig gebildet ist, kann ein Strom, der von dem ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b zu dem Brückenabschnitt 144d fließt, oder ein Strom, der von dem Brückenabschnitt 144d zu dem ersten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 144b fließt, sanft gebildet werden.
Der Brückenabschnitt 144d kann einen Kerbabschnitt N aufweisen, der gebildet ist, um eine Querschnittsfläche des Brückenabschnitts 144d teilweise zu verringern. Die Querschnittsfläche des Kerbabschnitts N kann zum Beispiel durch teilweises Verringern der Breite und/oder Dicke des Brückenabschnitts 144d eingestellt werden. Wenn der Kerbabschnitt N bereitgestellt ist, wird der elektrische Widerstand in dem Bereich vergrößert, in dem der Kerbabschnitt N gebildet ist, wodurch eine schnelle Stromunterbrechung ermöglicht wird, wenn ein Überstrom auftritt.
Der Kerbabschnitt N ist vorzugsweise in einem Bereich bereitgestellt, der dem Stapelanzahlgleichmäßigkeitsbereich der Elektrodenanordnung 110 entspricht, um zu verhindern, dass Fremdsubstanzen, die während des Aufbrechens erzeugt werden, in die Elektrodenanordnung 110 fließen. Dies liegt daran, dass in diesem Bereich die Anzahl von überlappenden Schichten der Segmente des unbeschichteten Abschnitts 146a auf dem Maximum gehalten wird und somit die überlappten Segmente als eine Maske fungieren können.
Der Kerbabschnitt N kann mit einem isolierenden Band (Klebeband) umwickelt sein. Da dann die in dem Kerbabschnitt N erzeugte Wärme nicht nach außen abgeführt wird, kann der Kerbabschnitt N schneller aufgebrochen werden, wenn ein Überstrom durch den Brückenabschnitt 144d fließt.
34 ist eine Draufsicht, die die Struktur des zweiten Stromabnehmers 176 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 30 und 34 zusammen ist der zweite Stromabnehmer 176 unter der Elektrodenanordnung 110 angeordnet. Zusätzlich kann der zweite Stromabnehmer 176 konfiguriert sein, um den unbeschichteten Abschnitt 146b der Elektrodenanordnung 110 und das Batteriegehäuse 171 elektrisch zu verbinden. Der zweite Stromabnehmer 176 ist aus einem Metallmaterial mit Leitfähigkeit hergestellt und ist elektrisch mit dem Biegeflächenbereich F des unbeschichteten Abschnitts 146b verbunden. Zusätzlich ist der zweite Stromabnehmer 176 elektrisch mit dem Batteriegehäuse 171 verbunden. Der Randabschnitt des zweiten Stromabnehmers 176 kann zwischen der Innenfläche des Batteriegehäuses 171 und der ersten Dichtung 178b angeordnet und befestigt sein. Insbesondere kann der Randabschnitt des zweiten Stromabnehmers 176 zwischen der unteren Fläche des Sickenabschnitts 180 des Batteriegehäuses 171 und der ersten Dichtung 178b angeordnet sein. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der Randabschnitt des zweiten Stromabnehmers 176 kann an die Innenwandoberfläche des Batteriegehäuses 171 in einem Bereich geschweißt sein, in dem der Sickenabschnitt 180 nicht gebildet ist.
Der zweite Stromabnehmer 176 kann einen Stützabschnitt 176a, der unter der Elektrodenanordnung 110 angeordnet ist, einen zweiten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 176b, der sich von dem Stützabschnitt 176a ungefähr entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 110 erstreckt und mit dem Biegeflächenbereich F des unbeschichteten Abschnitts 146b gekoppelt ist, und einen Gehäusekopplungsabschnitt 176c beinhalten, der sich von dem Stützabschnitt 176a in Richtung der Innenfläche des Batteriegehäuses 171 ungefähr entlang einer geneigten Richtung basierend auf der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 110 erstreckt und mit der Innenfläche des Batteriegehäuses 171 gekoppelt ist. Der zweite unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 176b und der Gehäusekopplungsabschnitt 176c sind indirekt durch den Stützabschnitt 176a verbunden und sind nicht direkt miteinander verbunden. Wenn ein externer Stoß auf die zylindrische Batterie 200 der vorliegenden Offenbarung ausgeübt wird, ist es daher möglich, die Möglichkeit der Beschädigung des Kopplungsabschnitts des zweiten Stromabnehmers 176 und der Elektrodenanordnung 110 und des Kopplungsabschnitts des zweiten Stromabnehmers 176 und des Batteriegehäuses 171 zu minimieren. Der zweite Stromabnehmer 176 der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht auf die Struktur beschränkt, in der der zweite unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 176b und der Gehäusekopplungsabschnitt 176c nur indirekt verbunden sind. Zum Beispiel kann der zweite Stromabnehmer 176 eine Struktur aufweisen, die nicht den Stützabschnitt 176a zum indirekten Verbinden des zweiten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitts 176b und des Gehäusekopplungsabschnitts 176c und/oder eine Struktur beinhaltet, in der der unbeschichtete Abschnitt 146b und der Gehäusekopplungsabschnitt 176c direkt miteinander verbunden sind.
Der Stützabschnitt 176a und der zweite unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 176b sind unter der Elektrodenanordnung 110 angeordnet. Der zweite unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 176b ist mit dem Biegeoberflächenbereich F des unbeschichteten Abschnitts 146b gekoppelt. Zusätzlich zu dem zweiten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 176b kann der Stützabschnitt 176a auch mit dem unbeschichteten Abschnitt 146b gekoppelt sein. Der zweite unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 176b und der Biegeoberflächenbereich F des unbeschichteten Abschnitts 146b können durch Schweißen gekoppelt sein. Das Schweißen kann durch Ultraschallschweißen oder Punktschweißen ersetzt werden. Der Stützabschnitt 176a und der zweite unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 176b sind höher als der Sickenabschnitt 180 angeordnet, wenn der Sickenabschnitt 180 an dem Batteriegehäuse 171 ausgebildet ist.
Der Stützabschnitt 176a weist ein Stromabnehmerloch 176d auf, das an einer Position ausgebildet ist, die dem Loch entspricht, das an dem Kern C der Elektrodenanordnung 110 gebildet ist. Der Kern C der Elektrodenanordnung 110 und das Stromabnehmerloch 176d, die miteinander in Verbindung stehen, können als ein Durchgang zum Einsetzen eines Schweißstabs zum Schweißen zwischen dem Anschluss 172 und dem Anschlusskopplungsabschnitt 144c des ersten Stromabnehmers 144 oder zum Bestrahlen eines Laserstrahls fungieren.
Das Stromabnehmerloch 176d kann einen Radius von 0,5 r_c oder mehr im Vergleich zu dem Radius (r_c) des Lochs aufweisen, das in dem Kern C der Elektrodenanordnung 110 gebildet ist. Wenn der Radius des Stromabnehmerlochs 176d 0,5 r_c bis 1,0 r_c beträgt, wird, wenn eine Entlüftung in der zylindrischen Batterie 200 auftritt, das Phänomen verhindert, dass die Wickelstruktur des Separators oder der Elektroden in der Nähe des Kerns C der Elektrodenanordnung 110 aufgrund des Entlüftungsdrucks aus dem Kern C gedrückt wird. Wenn der Radius des Stromabnehmerlochs 176d größer als 1,0 r_c ist, wird die Öffnung des Kerns C maximiert, so dass der Elektrolyt leicht beim Elektrolyteinspritzprozess eingespritzt werden kann.
Wenn der zweite unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 176b in einer Mehrzahl bereitgestellt ist, können die mehreren zweiten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitte 176b eine Form aufweisen, die sich ungefähr radial von dem Stützabschnitt 176a des zweiten Stromabnehmers 176 in Richtung der Seitenwand des Batteriegehäuses 171 erstreckt. Die mehreren zweiten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitte 176b können so positioniert sein, dass sie entlang des Umfangs des Stützabschnitts 176a voneinander beabstandet sind.
Der Gehäusekopplungsabschnitt 176c kann in einer Mehrzahl bereitgestellt sein. In diesem Fall können die mehreren Gehäusekopplungsabschnitte 176c eine Form aufweisen, die sich ungefähr radial von der Mitte des zweiten Stromabnehmers 176 in Richtung der Seitenwand des Batteriegehäuses 171 erstreckt. Dementsprechend kann die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Stromabnehmer 176 und dem Batteriegehäuse 171 an mehreren Punkten hergestellt werden. Da die Kopplung für die elektrische Verbindung an mehreren Punkten hergestellt wird, kann die Kopplungsfläche maximiert werden, wodurch der elektrische Widerstand minimiert wird. Die mehreren Gehäusekopplungsabschnitte 176c können so positioniert sein, dass sie entlang des Umfangs des Stützabschnitts 176a voneinander beabstandet sind. Mindestens ein Gehäusekopplungsabschnitt 176c kann zwischen den zweiten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitten 176b positioniert sein, die aneinander angrenzen. Die mehreren Gehäusekopplungsabschnitte 176c können zum Beispiel mit dem Sickenabschnitt 180 in der Innenfläche des Batteriegehäuses 171 gekoppelt sein. Die Gehäusekopplungsabschnitte 176c können insbesondere durch Laserschweißen an die untere Fläche des Sickenabschnitts 180 gekoppelt werden. Das Schweißen kann zum Beispiel durch Ultraschallschweißen, Punktschweißen oder dergleichen ersetzt werden. Durch Koppeln der mehreren Gehäusekopplungsabschnitte 176c an den Sickenabschnitt 180 durch Schweißen auf diese Weise kann der Strompfad radial verteilt werden, sodass das Widerstandsniveau der zylindrischen Batterie 200 auf ungefähr 4 Milliohm oder weniger beschränkt ist. Da die untere Fläche des Sickenabschnitts 180 eine Form aufweist, die sich in einer Richtung ungefähr parallel zu der oberen Fläche des Batteriegehäuses 171 erstreckt, nämlich in einer Richtung ungefähr senkrecht zu der Seitenwand des Batteriegehäuses 171, und der Gehäusekopplungsabschnitt 176c auch eine Form aufweist, die sich in der gleichen Richtung erstreckt, nämlich in der radialen Richtung und der Umfangsrichtung, kann der Gehäusekopplungsabschnitt 176c außerdem stabil in Kontakt mit dem Sickenabschnitt 180 sein. Da der Gehäusekopplungsabschnitt 176c außerdem stabil in Kontakt mit dem flachen Abschnitt des Sickenabschnitts 180 ist, können die zwei Komponenten sanft geschweißt werden, wodurch die Kopplungskraft zwischen den zwei Komponenten verbessert wird und die Zunahme des Widerstands an dem Kopplungsabschnitt minimiert wird.
Der Gehäusekopplungsabschnitt 176c kann einen Kontaktabschnitt 176e, der an die Innenfläche des Batteriegehäuses 171 gekoppelt ist, und einen Verbindungsabschnitt 176f zum Verbinden des Stützabschnitts 176a und des Kontaktabschnitts 176e beinhalten.
Der Kontaktabschnitt 176e ist an die Innenfläche des Batteriegehäuses 171 gekoppelt. In dem Fall, in dem der Sickenabschnitt 180 an dem Batteriegehäuse 171 gebildet ist, kann der Kontaktabschnitt 176e wie oben beschrieben an den Sickenabschnitt 180 gekoppelt sein. Insbesondere kann der Kontaktabschnitt 176e elektrisch mit dem flachen Abschnitt gekoppelt sein, der an der unteren Fläche des Sickenabschnitts 180 gebildet ist, der an dem Batteriegehäuse 171 gebildet ist, und kann zwischen der unteren Fläche des Sickenabschnitts 180 und der ersten Dichtung 178b angeordnet sein. In diesem Fall kann der Kontaktabschnitt 176e für stabilen Kontakt und Kopplung eine Form aufweisen, die sich an dem Sickenabschnitt 180 um eine vorbestimmte Länge entlang der Umfangsrichtung des Batteriegehäuses 171 erstreckt.
Der Verbindungsabschnitt 176f kann in einem stumpfen Winkel gebogen sein. Der Biegepunkt kann höher als der Mittelpunkt des Verbindungsabschnitts 176f sein. Wenn der Verbindungsabschnitt 176f gebogen ist, kann der Kontaktabschnitt 176e stabil an der flachen Fläche des Sickenabschnitts 180 gestützt sein. Der Verbindungsabschnitt 176f ist basierend auf dem Biegepunkt in einen unteren Abschnitt und einen oberen Abschnitt unterteilt, und der untere Abschnitt kann eine größere Länge als der obere Abschnitt aufweisen. Außerdem kann der untere Abschnitt des Biegepunkts basierend auf der Fläche des Stützabschnitts 176a einen größeren Neigungswinkel als der obere Abschnitt aufweisen. Wenn der Verbindungsabschnitt 176f gebogen ist, kann ein Druck (Kraft), der in der vertikalen Richtung des Batteriegehäuses 171 angewendet wird, gepuffert werden. Zum Beispiel bewegt sich in dem Prozess des Bemessens des Batteriegehäuses 171, wenn ein Druck auf den Kontaktabschnitt 176e übertragen wird, so dass sich der Kontaktabschnitt 176e vertikal in Richtung des Stützabschnitts 176b bewegt, der Biegepunkt des Verbindungsabschnitts 176f nach oben, so dass die Form des Verbindungsabschnitts 176 verformt wird, um die Spannung zu puffern.
Währenddessen ist der maximale Abstand von der Mitte des zweiten Stromabnehmers 176 zu dem Ende des zweiten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitts 176b entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 110 vorzugsweise gleich oder kleiner als der Innendurchmesser des Batteriegehäuses 171 in einem Bereich, in dem der Sickenabschnitt 180 gebildet ist, nämlich dem minimalen Innendurchmesser des Batteriegehäuses 171. Dies soll verhindern, dass das Ende des zweiten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitts 176b während des Bemessungsprozesses des Komprimierens des Batteriegehäuses 171 entlang der Höhenrichtung den Rand der Elektrodenanordnung 110 drückt.
Der zweite unbeschichtete Abschnittskopplungsabschnitt 176b beinhaltet ein Loch 176g. Das Loch 176g kann als ein Durchgang verwendet werden, durch den sich der Elektrolyt bewegen kann. Das Schweißmuster 176h, das durch Schweißen zwischen dem zweiten unbeschichteten Abschnittskopplungsabschnitt 176b und dem Biegeflächenbereich F gebildet wird, kann eine Struktur aufweisen, die sich entlang der radialen Richtung der Elektrodenanordnung 110 erstreckt. Das Schweißmuster 176h kann ein Linienmuster oder ein Punktanordnungsmuster sein.
Das Schweißmuster 176h entspricht dem Schweißbereich. Daher ist es bevorzugt, dass das Schweißmuster 176h um 50% oder mehr mit dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 des Biegeoberflächenbereichs F überlappt, der sich in dem unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung 110 befindet. Das Schweißmuster 176h, das nicht mit dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 überlappt, kann mit dem abnehmenden Stapelanzahlbereich b2 überlappen. Noch bevorzugter kann das gesamte Schweißmuster 176h mit dem einheitlichen Stapelanzahlbereich b1 des Biegeoberflächenbereichs F überlappen. In dem Biegeoberflächenbereich F an dem oberen Abschnitt des Punkts, an dem das Schweißmuster 176h gebildet wird, weisen der einheitliche Stapelanzahlbereich b1 und optional der Stapelanzahlabnahmebereich b2 vorzugsweise die Stapelanzahl von 10 oder mehr auf.
Die Außendurchmesser des ersten Stromabnehmers 144 und des zweiten Stromabnehmers 176, die oben beschrieben sind, unterscheiden sich voneinander. Der Außendurchmesser ist ein Außendurchmesser des Außenrands der Kontaktfläche zwischen dem Biegeflächenbereich F und dem Stromabnehmer. Der Außendurchmesser ist als ein Maximalwert des Abstands zwischen zwei Punkten definiert, an denen eine gerade Linie, die durch die Mitte des Kerns C der Elektrodenanordnung verläuft, den Rand der Kontaktfläche trifft. Da der zweite Stromabnehmer 176 innerhalb des Sickenabschnitts 180 angeordnet ist, ist sein Außendurchmesser kleiner als der des ersten Stromabnehmers 144. Außerdem ist die Länge des Schweißmusters 144f des ersten Stromabnehmers 144 länger als die Länge des Schweißmusters 176h des zweiten Stromabnehmers 176. Vorzugsweise können sich das Schweißmuster 144f und das Schweißmuster 176h von im Wesentlichen dem gleichen Punkt bezüglich der Mitte des Kerns C in Richtung des Außenumfangs erstrecken.
Der Schweißbereich des ersten Stromabnehmers 144 und des zweiten Stromabnehmers 176 kann eine radiale Struktur bezüglich der Mitte des Kerns der Elektrodenanordnung aufweisen.
Die Schweißstruktur des oberen Biegeoberflächenbereichs F und des ersten Stromabnehmers 144 und/oder die Schweißstruktur des unteren Biegeoberflächenbereichs F und des zweiten Stromabnehmers 176 arbeiten synergistisch mit der Wickelstruktur der Elektrodenanordnung, um das Kollabieren des Kerns zu verhindern oder zu verringern. Als ein Ergebnis ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Elektrode dreht, während die zylindrische Batterie wiederholt geladen und entladen wird, zum Beispiel, während die zylindrische Batterie über den effektiven Verwendungszyklus hinaus geladen und entladen wird.
Die zylindrische Batterie 170, 180, 200, 220 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist einen Vorteil dahingehend auf, dass die elektrische Verbindung an dem oberen Abschnitt davon durchgeführt werden kann.
35 ist eine Draufsicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem mehrere zylindrische Batterien 200 elektrisch verbunden sind, und 36 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 35. Die zylindrische Batterie 200 kann durch eine zylindrische Batterie 170, 180, 220 ersetzt werden, die eine andere Struktur aufweist.
Unter Bezugnahme auf 35 und 36 können mehrere zylindrische Batterien 200 unter Verwendung einer Sammelschiene 210 in Reihe und parallel an einem oberen Abschnitt der zylindrischen Batterien 200 geschaltet werden. Die Anzahl der zylindrischen Batterien 200 kann unter Berücksichtigung der Kapazität des Batteriepacks erhöht oder verringert werden.
In jeder zylindrischen Batterie 200 kann der Anschluss 172 eine positive Polarität aufweisen, und die flache Fläche 171a um den Anschluss 172 des Batteriegehäuses 171 kann eine negative Polarität aufweisen, oder umgekehrt.
Vorzugsweise können die mehreren zylindrischen Batterien 200 in mehreren Spalten und Reihen angeordnet sein. Spalten sind in einer vertikalen Richtung in der Zeichnung bereitgestellt, und Reihen sind in einer linken und einer rechten Richtung in der Zeichnung bereitgestellt. Zusätzlich können, um die Raumeffizienz zu maximieren, die zylindrischen Batterien 200 in einer nächstgelegenen Packungsstruktur angeordnet sein. Die nächstgelegene Packungsstruktur wird gebildet, wenn ein gleichseitiges Dreieck gebildet wird, indem die Mittelpunkte der Anschlüsse 172, die aus dem Batteriegehäuse 171 freiliegen, miteinander verbunden werden. Vorzugsweise verbindet die Sammelschiene 210 die zylindrischen Batterien 200, die in derselben Spalte angeordnet sind, parallel miteinander, und verbindet die zylindrischen Batterien 200, die in zwei benachbarten Spalten angeordnet sind, in Reihe miteinander.
Vorzugsweise kann die Sammelschiene 210 einen Körperabschnitt 211, mehrere erste Sammelschienenanschlüsse 212 und mehrere zweite Sammelschienenanschlüsse 213 zur seriellen und parallelen Verbindung enthalten.
Der Körperabschnitt 211 kann sich entlang der Spalte der zylindrischen Batterien 200 zwischen benachbarten Anschlüssen 172 erstrecken. Alternativ kann sich der Körperabschnitt 211 entlang der Spalte der zylindrischen Batterien 200 erstrecken, und der Körperabschnitt 211 kann regelmäßig wie eine Zickzackform gebogen sein.
Die mehreren ersten Sammelschienenanschlüsse 212 können sich in einer Seitenrichtung des Körperabschnitts 211 erstrecken und können elektrisch mit dem Anschluss 172 der zylindrischen Batterie 200 gekoppelt sein, der sich in einer Seitenrichtung befindet. Die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Sammelschienenanschluss 212 und dem Anschluss 172 kann durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder dergleichen erreicht werden.
Die mehreren zweiten Sammelschienenanschlüsse 213 können sich in der anderen Seitenrichtung des Körperabschnitts 211 erstrecken und können elektrisch mit der flachen Fläche 171a um den Anschluss 172 gekoppelt sein, der sich in der anderen Seitenrichtung befindet. Die elektrische Kopplung zwischen dem zweiten Sammelschienenanschluss 213 und der flachen Fläche 171a kann durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder dergleichen durchgeführt werden.
Vorzugsweise können der Körperabschnitt 211, die mehreren ersten Sammelschienenanschlüsse 212 und die mehreren zweiten Sammelschienenanschlüsse 213 aus einer leitfähigen Metallplatte hergestellt sein. Die Metallplatte kann zum Beispiel eine Aluminiumplatte oder eine Kupferplatte sein, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In einem modifizierten Beispiel können der Körperabschnitt 211, die mehreren ersten Sammelschienenanschlüsse 212 und die zweiten Sammelschienenanschlüsse 213 als separate Teile hergestellt und dann durch Schweißen oder dergleichen miteinander gekoppelt werden.
Die zylindrische Batterie 200 der vorliegenden Offenbarung, wie oben beschrieben, weist eine Struktur auf, in der der Widerstand durch Vergrößern des Schweißbereichs mittels des Biegeoberflächenbereichs F, Multiplexen von Strompfaden mittels des zweiten Stromabnehmers 176, Minimieren einer Strompfadlänge oder dergleichen minimiert wird. Der Wechselstromwiderstand der zylindrischen Batterie 200, der durch ein Widerstandsmessgerät zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, nämlich zwischen dem Anschluss 172 und der flachen Fläche 171a um den Anschluss 172, gemessen wird, kann ungefähr 0,5 Milliohm bis 4 Milliohm, vorzugsweise 1 Milliohm bis 4 Milliohm, betragen, der für ein Schnellladen geeignet ist.
Da sich in der zylindrischen Batterie 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung der Anschluss 172, der eine positive Polarität aufweist, und die flache Fläche 171a, die eine negative Polarität aufweist, in derselben Richtung befinden, ist es einfach, die zylindrischen Batterien 200 unter Verwendung der Sammelschiene 210 elektrisch zu verbinden.
Da der Anschluss 172 der zylindrischen Batterie 200 und die flache Fläche 171a um den Anschluss 172 eine große Fläche aufweisen, kann zusätzlich die Kopplungsfläche der Sammelschiene 210 ausreichend gesichert sein, um den Widerstand des Batteriepacks, der die zylindrische Batterie 200 enthält, ausreichend zu verringern.
Da zusätzlich eine elektrische Verdrahtung an dem oberen Abschnitt der zylindrischen Batterie 200 durchgeführt werden kann, besteht ein Vorteil darin, die Energiedichte pro Volumeneinheit des Batteriemoduls/-packs zu maximieren.
Die zylindrische Batterie gemäß den obigen Ausführungsformen (Modifikationen) kann verwendet werden, um einen Batteriepack herzustellen.
37 ist ein Diagramm, das einen Batteriepack gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schematisch zeigt.
Unter Bezugnahme auf 37 weist ein Batteriepack 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Aggregat auf, in dem zylindrische Batterien 301 elektrisch verbunden sind, und ein Packgehäuse 302 zum Aufnehmen des Aggregats. Die zylindrische Batterie 301 kann eine beliebige der Batterien gemäß den obigen Ausführungsformen (Modifikationen) sein. In der Zeichnung sind Komponenten wie etwa eine Sammelschiene, eine Kühleinheit und ein externer Anschluss zur elektrischen Verbindung der zylindrischen Batterien 301 der Einfachheit der Veranschaulichung halber nicht dargestellt.
Der Batteriepack 300 kann an einem Fahrzeug montiert sein. Das Fahrzeug kann zum Beispiel ein Elektrofahrzeug, ein Hybridelektrofahrzeug oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug sein. Das Fahrzeug weist ein vierrädriges Fahrzeug oder ein zweirädriges Fahrzeug auf.
38 ist ein Diagramm, das ein Fahrzeug, das den Batteriepack 300 von 37 enthält, schematisch zeigt.
Unter Bezugnahme auf 38 weist ein Fahrzeug V gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung den Batteriepack 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf. Das Fahrzeug V wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrieben, indem es Leistung von dem Batteriepack 300 erhält.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, zu verhindern, dass der Kern kollabiert, indem die Symmetrie und Kreisförmigkeit der Elektrodenanordnung aufrechterhalten wird, selbst wenn ein Schwellungsphänomen auftritt, indem relative Positionen eines positiven Elektrodenendes und eines negativen Elektrodenendes an dem Kern und dem Außenumfang der Elektrodenanordnung der zylindrischen Batterie eingestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine zylindrische Batterie, die eine Elektrodenanordnung enthält, mit einer Struktur bereitzustellen, die in der Lage ist, das Kollabierungsphänomen des Kerns zu verbessern.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Innenwiderstand der Batterie verringert werden und die Energiedichte kann erhöht werden, indem der unbeschichtete Abschnitt selbst, der an dem oberen und dem unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung vorsteht, als eine Elektrodenlasche verwendet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, durch Verbessern der Struktur des unbeschichteten Abschnitts der Elektrodenanordnung, so dass die Elektrodenanordnung und der Innenumfang des Batteriegehäuses in dem Prozess des Bildens des Sickenabschnitts des Batteriegehäuses nicht stören, zu verhindern, dass ein Kurzschluss in der zylindrischen Batterie aufgrund einer teilweisen Verformung der Elektrodenanordnung auftritt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, durch Verbessern der Struktur des unbeschichteten Abschnitts der Elektrodenanordnung zu verhindern, dass der unbeschichtete Abschnitt abgerissen wird, wenn der unbeschichtete Abschnitt gebogen wird, und es ist möglich, die Schweißfestigkeit des Stromabnehmers durch ausreichendes Erhöhen der Anzahl von überlappenden Schichten des unbeschichteten Abschnitts zu verbessern.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, durch Anwenden einer Segmentstruktur auf den unbeschichteten Abschnitt der Elektrode und Optimieren der Abmessungen (Breite, Höhe, Trennungsabstand) der Segmente, um die Segmentstapelanzahl des Bereichs, der als der Schweißzielbereich verwendet wird, ausreichend zu erhöhen, die Eigenschaften des Bereichs zu verbessern, in dem der Stromabnehmer geschweißt wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Elektrodenanordnung mit verbesserter Energiedichte und verringertem Widerstand bereitgestellt werden, indem eine Struktur, in der ein Stromabnehmer geschweißt wird, auf einen breiten Bereich des Biegeoberflächenbereichs angewendet wird, der durch Biegen der Segmente gebildet wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine zylindrische Batterie mit einer verbesserten Gestaltung, so dass eine elektrische Verdrahtung an dem oberen Abschnitt davon durchgeführt werden kann, bereitgestellt werden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird durch Verbessern der Struktur des unbeschichteten Abschnitts neben dem Kern der Elektrodenanordnung verhindert, dass der Hohlraum in dem Kern der Elektrodenanordnung blockiert wird, wenn der unbeschichtete Abschnitt gebogen wird, so dass der Elektrolyteinspritzprozess und der Prozess des Schweißens des Batteriegehäuses (oder des Anschlusses) und des Stromabnehmers leicht durchgeführt werden können.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine zylindrische Batterie mit einer Struktur, in der der Innenwiderstand gering ist, ein interner Kurzschluss verhindert wird und die Schweißfestigkeit zwischen dem Stromabnehmer und dem unbeschichteten Abschnitt verbessert wird, und ein Batteriepack und ein Fahrzeug, das die zylindrische Batterie beinhaltet, bereitzustellen.
Insbesondere kann die vorliegende Offenbarung eine zylindrische Batterie mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Höhe von 0,4 oder mehr und einem Widerstand von 4 Milliohm oder weniger und ein Batteriepack und ein Fahrzeug, das die zylindrische Batterie beinhaltet, bereitstellen.
Die vorliegende Offenbarung wurde ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen der Offenbarung angeben, nur zur Veranschaulichung angegeben sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Offenbarung für den Fachmann aus dieser ausführlichen Beschreibung ersichtlich werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 10-2022-0089226 [0002]
US 6,677,082 [0279]
US 6,680,143 [0279]

Claims

Zylindrische Batterie, aufweisend: eine Elektrodenanordnung, in der eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein dazwischen angeordneter Separator um eine Wicklungsachse der Elektrodenanordnung gewickelt sind, um einen Kern und einen Außenumfang der Elektrodenanordnung zu definieren; und ein zylindrisches Batteriegehäuse, das die Elektrodenanordnung aufnimmt, wobei ein Querschnitt der Elektrodenanordnung senkrecht zu der Wicklungsachsenrichtung einen ersten fächerförmigen Bereich und einen zweiten fächerförmigen Bereich umfasst, die jeweils einen Umfangswinkel von 180 Grad oder weniger in einer Wicklungsrichtung umfasst, wobei der erste fächerförmige Bereich durch eine erste gerade Linie und eine zweite gerade Linie, die von einer Mitte des Kerns durch ein kernseitiges Ende der ersten Elektrode bzw. ein kernseitiges Ende der zweiten Elektrode verlaufen, und durch einen Außenumfang des ersten fächerförmigen Bereichs entlang der Wicklungsrichtung als ein spannungsanfälliger Bereich definiert ist, wobei ein zweiter fächerförmiger Bereich durch eine dritte gerade Linie und eine vierte gerade Linie, die von der Mitte des Kerns durch ein außenumfangsseitiges Ende der ersten Elektrode bzw. ein außenumfangsseitiges Ende der zweiten Elektrode verlaufen, und durch einen Außenumfang des zweiten fächerförmigen Bereichs entlang der Wicklungsrichtung als ein Spannungsverstärkungsbereich definiert ist, und wobei die Elektrodenanordnung eine Wicklungsstruktur aufweist, in der zumindest das außenumfangsseitige Ende der ersten Elektrode des Spannungsverstärkungsbereichs von einer Innenseite des spannungsanfälligen Bereichs entlang einer Umfangsrichtung des Querschnitts der Elektrodenanordnung beabstandet ist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei ein Bereich des Außenumfangs der Elektrodenanordnung, wo sich das außenumfangsseitige Ende der ersten Elektrode befindet, in engem Kontakt mit einer Innenfläche des Batteriegehäuses ist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei in der Wicklungsstruktur, der Spannungsverstärkungsbereich von dem spannungsanfälligen Bereich entlang der Umfangsrichtung des Querschnitts der Elektrodenanordnung beabstandet ist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei der Querschnitt einen ersten halbkreisförmigen Bereich und einen zweiten halbkreisförmigen Bereich basierend auf einem diametrischen Liniensegment aufweist, wobei das diametrische Liniensegment durch eine Mitte des Kerns verläuft und senkrecht zu einer geraden Linie ist, die einen Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs in gleiche Winkel teilt, wobei, in der Wicklungsstruktur , sich der spannungsanfällige Bereich in dem ersten halbkreisförmigen Bereich befindet und sich der Spannungsverstärkungsbereich in dem zweiten halbkreisförmigen Bereich befindet.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei, in der Wicklungsstruktur, sich mindestens ein Teil des Spannungsverstärkungsbereichs mit einem dritten fächerförmigen Bereich in dem zweiten halbkreisförmigen Bereich überlappt, wobei der dritte fächerförmige Bereich punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 5, wobei in der Wicklungsstruktur, sich mindestens ein Teil des Spannungsverstärkungsbereichs mit einer fünften geraden Linie überlappt, die einen Umfangswinkel des dritten fächerförmigen Bereichs in gleiche Winkel teilt.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei, wenn eine fünfte gerade Linie einen dritten fächerförmigen Bereich in gleiche Winkel teilt, die fünfte gerade Linie punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, wobei, in der Wicklungsstruktur, sich die dritte gerade Linie und die vierte gerade Linie zwischen der zweiten geraden Linie und der fünften geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung des Querschnittes befinden.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei, wenn eine fünfte gerade Linie einen dritten fächerförmigen Bereich in gleiche Winkel teilt, die fünfte gerade Linie punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, wobei, in der Wicklungsstruktur, sich die dritte gerade Linie und die vierte gerade Linie zwischen der ersten geraden Linie und der fünften geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung des Querschnittes befinden.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei, wenn eine fünfte gerade Linie einen dritten fächerförmigen Bereich in gleiche Winkel teilt, die fünfte gerade Linie punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, wobei, in der Wicklungsstruktur, sich die vierte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der ersten geraden Linie befindet und sich die dritte gerade Linie zwischen der vierten geraden Linie und der zweiten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung des Querschnittes befindet.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei, wenn eine fünfte gerade Linie einen dritten fächerförmigen Bereich in gleiche Winkel teilt, die fünfte gerade Linie punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, wobei, in der Wicklungsstruktur, sich die vierte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der ersten geraden Linie befindet und sich die dritte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der zweiten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung des Querschnitt befindet.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei, wenn eine fünfte gerade Linie einen dritten fächerförmigen Bereich in gleiche Winkel teilt, die fünfte gerade Linie punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, wobei, in der Wicklungsstruktur, sich die vierte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der zweiten geraden Linie befindet und sich die dritte gerade Linie zwischen der vierten geraden Linie und der ersten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung des Querschnittes befindet.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei, wenn eine fünfte gerade Linie einen dritten fächerförmigen Bereich in gleiche Winkel teilt, die fünfte gerade Linie punktsymmetrisch mit dem spannungsanfälligen Bereich bezüglich der Mitte des Kerns ist, wobei, in der Wicklungsstruktur, sich die vierte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der zweiten geraden Linie befindet und sich die dritte gerade Linie zwischen der fünften geraden Linie und der ersten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung des Querschnitts befindet.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei die Wicklungsstruktur einen Umfangswinkel zwischen der ersten geraden Linie und der vierten geraden Linie aufweist, der größer ist als ein Umfangswinkel zwischen der zweiten geraden Linie und der dritten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung des Querschnitts.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei die Wicklungsstruktur einen Umfangswinkel zwischen der zweiten geraden Linie und der vierten geraden Linie aufweist, der größer ist als ein Umfangswinkel zwischen der ersten geraden Linie und der dritten geraden Linie bezüglich der Umfangsrichtung des Querschnitts.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei die Wicklungsstruktur einen Umfangswinkel des Spannungsverstärkungsbereichs aufweist, der kleiner ist als ein Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs bezüglich der Mitte des Kerns.
Zylindrische Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Wicklungsstruktur der Elektrodenanordnung während des Ladens und Entladens in einem Bereich von 200 Zyklen oder mehr, 300 Zyklen oder mehr, 400 Zyklen oder mehr, 500 Zyklen oder mehr, 600 Zyklen oder mehr, 700 Zyklen oder mehr, 800 Zyklen oder mehr oder 900 Zyklen oder mehr aufrechterhalten wird.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode eine positive Elektrode bzw. eine negative Elektrode sind, wobei die erste Elektrode mehrere Wicklungswindungen der negativen Elektrode aufweist, wobei mindestens ein Teil der mehreren Wicklungswindungen der negativen Elektrode benachbart zu einer Kernseite der Elektrodenanordnung bereitgestellt ist, und wobei sich der mindestens eine Teil der Wicklungswindungen der negativen Elektrode in eine radiale Richtung erstreckt.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 17, wobei der Separator mehrere Wicklungswindungen aufweist, die an einer Innenseite der Wicklungswindungen der negativen Elektrode bereitgestellt sind.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode eine positive Elektrode bzw. eine negative Elektrode sind, wobei sich das kernseitige Ende der zweiten Elektrode weiter in eine Richtung entgegengesetzt zu der Wicklungsrichtung als das kernseitige Ende der ersten Elektrode erstreckt, um dadurch mindestens einen Teil einer innersten Wicklungswindung zu definieren, und wobei sich das außenumfangsseitige Ende der zweiten Elektrode weiter in die Wicklungsrichtung als das außenumfangsseitige Ende der ersten Elektrode erstreckt, um dadurch mindestens einen Teil einer äußersten Wicklungswindung zu definieren.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei, in der Wicklungsstruktur, ein Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs einen Winkel in einem Bereich von 180 Grad oder kleiner aufweist, und ein Umfangswinkel des Spannungsverstärkungsbereichs einen Winkel in einem Bereich von 10 Grad oder mehr und 90 Grad oder weniger aufweist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 20, wobei, in der Wicklungsstruktur, der Umfangswinkel des spannungsanfälligen Bereichs einen Winkel in einem Bereich von 87 Grad oder mehr aufweist und der Umfangswinkel des Spannungsverstärkungsbereichs einen Winkel in einem Bereich von 32 Grad oder weniger aufweist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei das Batteriegehäuse ein offenes Ende und einen diesem gegenüberliegenden Bodenabschnitt aufweist und die Elektrodenanordnung in dem Raum zwischen dem offenen Ende und dem Bodenabschnitt aufnimmt, wobei das Batteriegehäuse elektrisch mit einer von der ersten Elektrode oder der zweiten Elektrode verbunden ist, um eine erste Polarität aufzuweisen.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 22, ferner aufweisend: einen Dichtungskörper, der das offene Ende des Batteriegehäuses verschließt; und einen Anschluss, der elektrisch mit der anderen von der ersten Elektrode or der zweiten Elektrode verbunden ist, um eine zweite Polarität aufzuweisen, wobei der Anschluss eine Oberfläche aufweist, die zu einer Außenseite des Batteriegehäuses freiliegt.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode einen ersten unbeschichteten Abschnitt an einem langen Seitenende entlang einer Wicklungsrichtung der Elektrodenanordnung aufweist, wobei sich der erste unbeschichtete Abschnitt von dem Separator durch ein Ende der Elektrodenanordnung erstreckt und sich in einem nach außen vorsteht und in einer radialen Richtung der Elektrodenanordnung gebogenen Zustand befindet, um einen ersten Biegeoberflächenbereich zu definieren, und wobei die zylindrische Batterie ferner einen ersten Stromabnehmer aufweist, der an den ersten Biegeoberflächenbereich geschweißt ist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 24, wobei der erste unbeschichtete Abschnitt mehrere Segmente entlang der Wicklungsrichtung der Elektrodenanordnung aufweist, und wobei sich die mehreren Segmente in einem in der radialen Richtung der Elektrodenanordnung gebogenen Zustand befinden, um den ersten Biegeoberflächenbereich zu definieren.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode einen zweiten unbeschichteten Abschnitt an einem langen Seitenende entlang der Wicklungsrichtung aufweist, wobei sich der zweite unbeschichtete Abschnitt von dem Separator durch das andere Ende der Elektrodenanordnung erstreckt und nach außen vorsteht und sich in einem in Richtung des Kerns gebogenen Zustand befindet, um einen zweiten Biegeoberflächenbereich zu definieren, und wobei die zylindrische Batterie ferner einen zweiten Stromabnehmer aufweist, der an den zweiten Biegeoberflächenbereich geschweißt ist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 26, wobei der zweite unbeschichtete Abschnitt mehrere Segmente entlang der Wicklungsrichtung der Elektrodenanordnung aufweist, und wobei sich die mehreren Segmente in einem in einer radialen Richtung der Elektrodenanordnung gebogenen Zustand befinden, um den zweiten Biegeoberflächenbereich zu definieren.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 24 oder 25, wobei ein Schweißbereich des ersten Stromabnehmers eine radiale Struktur aufweist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 26 oder 27, wobei ein Schweißbereich des zweiten Stromabnehmers eine radiale Struktur aufweist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis eines Durchmessers zu einer Höhe größer als 0,4 ist.
Zylindrische Batterie nach Anspruch 30, wobei die zylindrische Batterie einen Formfaktor von 46110, 4875, 48110, 4880, 4680 oder 4695 aufweist.
Batteriepack, aufweisend eine Mehrzahl von zylindrischen Batterien nach einem der Ansprüche 1 bis 31.
Fahrzeug, aufweisend den Batteriepack nach Anspruch 32.