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TWI860505B - 電池組件及相關焊接技術 - Google Patents

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TWI860505B
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丹尼爾 傑森 牧莫
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美商古登修能源公司
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Abstract

本發明揭示一種電池組件(諸如一雙極電池組件)，其可使用一光學焊接製程製造。例如，可組裝雙板組件之一堆疊，其包含使用一夾具對準該等雙板組件，該夾具具有至少一個特徵，其經設定大小及塑形以在該雙板組件堆疊之一第一外殼部分中接合一對應特徵。該雙板組件堆疊可壓縮。包括一光學透射區域之一第二外殼部分可與該第一外殼部分配合。該第一外殼部分之一光學吸收區域可透過該第二外殼部分之一光學透射部分照射，以沿該第二外殼部分之至少一個邊緣形成一焊接結構。

Description

電池組件及相關焊接技術
本文件大體上適用於但不限於電池組件，諸如鉛酸電池組件，且尤其適用於可用於電池組件之組裝技術及外殼組態。
鉛酸電池由Gaston Planté於1859年發明，可認為係最古老、最常見之二次電池(例如可充電電池)。用於鉛酸電池之應用包含汽車(例如起動、點火及照明)、牽引(例如車輛行駛)及靜止(例如備用電源)應用。儘管簡單且成本低，但普遍可用之單極性鉛酸技術具有在使用電池時與架構及材料有關之若干缺點。例如，與諸如鋰離子之其他化學物質相比，通常可用之單極性鉛酸電池具有相對較低之能量密度，部分原因係鉛合金網格對儲能能力沒有貢獻。此外，在高電流率或深度放電條件下，單極性鉛酸電池之循環效能可較差。此外，單極性鉛酸電池之局部充電效能較差，且與其他技術相比，通常具有較高自放電率。
一雙極電池架構提供優於一單極電池組態之改良。在一雙極組態中，因為電池以電串聯方式配置以倍增該電池電壓，所以電流大體上在垂直於該板之該表面之一方向流動。一雙極電池之製造大體上涉及形成一雙極集電器以提供一基板材料(例如，一導電基板)。正極及負極活性材料施加於該雙極集電器之至少一部分對置表面，以提供一雙極板或「雙板」。一般而言，多個雙極板被壓縮，且與分離器交替堆疊，以建立彼此隔離之個別電池隔室。各電池隔室裝有電解質(例如，一液體或凝膠電解質)，且可形成該電池堆疊以活化陰極及陽極材料。在該雙極組態中，該集電器本身(例如，該導電基板)提供一電池間電連接，其中一個電池之該陽極經由該集電器基板導電耦合至該雙極集電器之該相反側上之該下一個電池之該陰極。
除其他事項外，本案發明人已認識到，製造一電池組件，諸如一雙極電池組件，可包含將一堆模組或雙極板(例如，「雙板」)元件處於壓縮狀態，且在一焊接操作期間或之後將此一堆疊保持於壓縮狀態。該等雙板元件可包含在一夾具或模具中對準此等元件之特徵，用於一或多個初始組裝或焊接。在一說明性實例中，該焊接操作可包含一搭接或其他焊接結構。該搭接或其他焊接結構可將一板或框架固定至該堆疊之至少一個面，並在此焊接之後將該堆疊固定。該板或框架可在組裝期間處於壓縮狀態，且在組裝之後藉由該堆疊處於拉伸狀態。該焊接製程可包含一光學(例如雷射)焊接技術，其中該搭接或其他焊接係藉由將光能傳輸穿過該電池組件之一部分形成，諸如穿過固定至該堆疊之該板或框架。在另一方法中，可使用本文描述之該標的之該夾具及其他態樣來執行另一焊接技術，諸如熱板焊接。
在一實例中，一種用於製造一電池組件之方法可包含組裝雙板組件之一堆疊，其包含使用一夾具對準該等雙板組件，該夾具具有至少一個特徵，其經設定大小及塑形以在該雙板組件堆疊之一第一外殼部分中接合一對應特徵，壓縮該雙板組件堆疊，將包括一光學透射區域之一第二外殼部分與該第一外殼部分配合，且透過該第二外殼部分之一光學透射部分照射該第一外殼部分之一光學吸收區域，以沿該第二外殼部分之至少一個邊緣形成一焊接結構。該照射可包含使用一雷射以熱形成該焊接結構。在另一方法中，可使用一非光學焊接技術，諸如熱板焊接。
在一實例中，一種用於製造一電池組件之方法可包含組裝雙板組件之一堆疊，其包含使用一夾具對準該等雙板組件，該夾具具有至少一特徵，其經設定大小及塑形以在該雙板組件堆疊之一第一外殼部分中接合一對應特徵，壓縮該雙板組件堆疊，將包括一光學透射區域之一板與該第一外殼部分配合，藉由應用於該堆經壓縮之雙板組件之端結構固定該堆經壓縮之雙板組件，該等端結構緊固至對準該堆經壓縮之雙板組件之一夾具，且使用一雷射透過該面板之一光學透射部分照射該第一外殼部分之一光學吸收區域，以沿該面板之至少一個邊緣熱形成一焊接結構。該等端結構(例如，頂部及底部端板)、該夾具及該壓縮堆疊形成一整體組件。作為一說明，該等雙板組件可包含各自第一外殼部分(例如，模組化外殼部分)，該等各自第一外殼部分包括模組化外殼框架，該等模組化外殼框架在該導電基板之對置表面上支撐覆蓋有活性材料之一導電基板，該等活性材料具有相反極性。
在一實例中，一種組件可包含兩個或更多個雙板組件，一夾具包括至少一個特徵，其經設定大小及塑形以在該兩個或更多個雙板組件中接合一對應特徵，以對準一堆疊中之該等雙板組件，以便進行一焊接操作，且各自端結構緊固至該夾具，以保持該兩個或更多個雙板組件之壓縮。該夾具可界定一孔，該孔允許包括一光學透射區域之一第二外殼部分與該兩個或更多個雙板組件之各自第一外殼部分配合。
本摘要意在提供本專利申請之標的之一概述。本發明並不意在提供對本發明之一窮舉或詳盡解釋。包含詳細描述係為提供關於本專利申請之進一步資訊。
優先權主張 本申請案主張2021年3月5日(律師案卷號3601.029PRV)申請標題為「BATTERY ASSEMBLY AND RELATED WELD TECHNIQUES」之美國臨時專利申請案第63/200,416號之Daniel Jason Moomaw之優先權，且亦主張2021年3月5日(律師案卷號3601.029PV2)申請標題為「BATTERY ASSEMBLY AND RELATED WELD TECHNIQUES」之美國臨時專利申請案第63/200,417號之Daniel Jason Moomaw之優先權，該等案各者之揭示內容以引用方式併入本文中。
如上文提及，鉛酸電池可被認為係最早可充電電池類型，且鉛酸化學仍然係最常用電池化學。一鉛酸電池中之活性材料大體上包含二氧化鉛(PbO 2)、鉛(Pb)及硫酸(H 2SO 4)，硫酸(H 2SO 4)亦起到電解質之作用。為組裝具有一單極性架構之一鉛酸電池，可將PbO 2及Pb活性材料黏貼且固化到單極鉛集電器上，以提供正極及負極板，由此可用H 2SO 4電解質形成一電化學電池。電池大體上以一並聯組態進行電配置，使得電池之電壓與電池組件中之電池數量成比例。一單極鉛酸電池之製造可包含一些基本操作。用於集電器格柵之基材可包含鉛及除鉛金屬之外之元件，諸如以提供一合金以改良機械性質而不影響電化學特性。然而，合金元件或化合物可促進電池操作期間之副反應。由於副反應與充電及放電之電化學反應競爭，電池效能可能會降低。在形成格柵後，將一正極或負極活性材料之一者施加(例如，「黏貼」)到各自格柵上，以提供單極電池「極板」，且然後將極板固化。黏貼及固化正負極板可與分離器交替堆疊，形成「板塊」，板塊係用多個電極電並聯連接之電化學電池。一多電池組可藉由電串聯連接多個板塊進行建構，其中板塊被壓縮。
圖1A大體上繪示可包含一單極電池架構之一實例。在一單極組態中，一集電器大體上包含一單極性(例如，正極或負極)之一活性材料，其施加於集電器之兩側(例如，對置)，諸如包含以糊狀形式施加活性材料。一正負對可形成，諸如包含具有一第一極性活性材料之第一板120A及具有一相反第二極性活性材料之一第二板120B，以在區域116中被一電解質包圍時形成一電化學電池，如圖1A所繪示。在一鉛酸實例中，此一單電池電壓可為2.1V左右。多個電池可依電並聯組態之方式配置為一堆疊(例如，一板塊)。個別堆疊可串聯連接，以提供一電池組件102。在圖1A中，一第一端子130A可提供一第一極性，且一第二端子130B可提供一相反第二極性。
圖1B大體上繪示展示具有一雙極架構之一電池組件202一實例。在雙極組態中，因為電池以電串聯方式配置以倍增電池電壓，所以電流在大體上垂直於集電器板之表面之一方向流動。一般而言，一雙極電池之製造涉及形成包括一基板材料(例如，一導電基板)之一集電器，其中正極及負極活性材料施加至集電器之對置表面之至少一部分，以提供一雙極板或「雙板」。一般而言，多個雙極板被壓縮，且與分離器交替堆疊，以建立彼此隔離之個別電池隔室。各電池隔室裝有電解質(例如，一液體或凝膠電解質)，且電池堆疊可形成以活化陰極及陽極材料。在雙極組態中，集電器本身(例如，導電基板)提供電池間電連接，其中一個電池之陽極經由集電器基板導電耦合至雙極集電器之對置側上之下一個電池之陰極。
參考圖1B，與一單極架構相比，一雙極架構可提供一更簡單組態。可將各自正活性材料及負活性材料(例如，由區域160A及160B表示之活性材料)施加(諸如透過黏貼)到一集電器(例如板121A)之對置側上，以形成一雙極板。如圖1A所繪示，一第一端子130A可提供一第一極性，且一第二端子130B可提供一相反第二極性。此等端子130A及130B可各自連接至端電極242A及242B。例如，雙極板121A、121B可在區域116A、116B及116C中與電解質以一堆疊組態配置，以在一外殼123內形成密封電池。在一實例中，區域116A中之一電解質可為一或多個流體隔離或氣密密封之電解質，使得電解質不能繞過雙極板121A至一相鄰區域，諸如電解質區域116B，或抑制或阻止電解質自組件202洩漏。如圖1B中說明性地展示，電池可依一串聯組態配置，形成一堆疊，以達成一規定端子130A、130B電壓，而無需內部匯流排結構。作為一說明性實例，各雙極板可機械地附接至一外殼部分(例如，一模組化外殼框架)，諸如支撐如圖2所展示之一雙極板221，且具有如圖3及本文其他地方所展示之一模組化(例如，可堆疊)組態。
圖2大體上繪示包括一平面雙極電池板221 (例如，一雙極板)之一實例，諸如具有包含可支撐具有相反傳導性類型之活性材料之對置表面之一導電基板204。電化學上，與電池之充放電電化學反應相比，雙極電池板221集電器表面大體上規定具有一更寬及更穩定電位窗。具體而言，在一鉛酸化學之實例中，大體上規定陰極及陽極表面以具有各自比在PbO 2及Pb上之析氧及析氫過電位之更高析氧及析氫過電位，且規定過電位在電池之整個壽命期間相對穩定。高過電位可有助於減少或最小化歸因於電極處之水電解副反應而產生之氣體。此等副反應可導致一或多個庫侖效率降低、活性材料損失、容量衰減或電池過早失效。
用於雙極鉛酸電池之基板204材料之選擇可帶來各種挑戰。雖然鉛金屬可用作基板204，但鉛係一種相對較軟金屬，且在H 2SO 4中腐蝕。大多數其他金屬雖然導電，但在H 2SO 4中會腐蝕或鈍化。儘管複合材料具有多種成分及性質選擇，但通常遭受一或多個低電子或高離子電導率。矽可用於一雙極鉛酸電池之一集電器，諸如一基板204。例如，矽晶圓有不同大小及形狀，且廣泛用於不同行業。單晶矽或多晶矽大體上不受H 2SO 4之影響，且可摻雜以達成一規定傳導性。儘管一絕緣氧化物可在一矽表面上形成，但可使用多種表面改質製程以提供所期望之化學及電化學表面性質。例如，一金屬矽化物可藉由退火沈積於表面上之一金屬薄膜，在一矽表面上形成。一金屬矽化物大體上與矽形成一低電阻率歐姆接觸，保護底層矽免受氧化或鈍化，且延長表面之一電化學穩定性視窗。一或多個薄膜可沈積於基板204上以增強其與活性材料黏接有關之表面性質，諸如在矽化物形成後沈積之一或多個薄膜，以提供一第一表面206及與第一表面對置之一第二表面，適合於一活性材料之施加。例如，第一表面206可包含鉛或一錫鉛組合。
一般而言，一電池組件(諸如一雙極電池組件)可依一模組化方式由子組件製造。此一模組化方法促成製造具有不同容量或輸出電壓之電池組件。例如，圖3大體上繪示包括一平面雙極電池板(諸如圖2中所繪示之板221組態)之一子組件328，諸如由一模組化外殼部分223 (諸如可稱為一外殼框架)支撐。圖2之板221可具有正極及負極活性材料(PAM及NAM)，諸如藉由混合鉛金屬(例如海綿鉛)或氧化鉛粉末、硫酸及各種添加劑以糊狀形式製備及施加。對於正極及負極活性材料，組件之組成，尤其係各種添加劑之類型及數量有所不同。例如，有時會將紅鉛添加至PAM，而碳添加劑在NAM中很常見。在圖3之子組件328之實例中，可包含一分離器或吸收玻璃墊208，諸如施加至雙板之一表面上之一活性材料。子組件328亦可提供一密封件，諸如一墊片210，以協助在堆疊時將電解質區域彼此隔離。在一堆疊組態中，模組化外殼部分223無需與一電池堆疊中之其他類似外殼部分相同。例如，不同模組化外殼部分(例如，可堆疊外殼框架元件)可彼此具有不同或交錯通風口位置，或甚至沒有通風口。當與其他外殼部分堆疊以提供一雙極電池組件時，此等不同或交錯通風口位置可為在外殼部分223上方或下方突出之通風口之部分提供間隙。在圖3之實例及本文之其他實例中，外殼部分223包含一或多個特徵，諸如位於外殼部分223之一角部之一特徵242，諸如用於在堆疊期間或之後將外殼部分223與電池組件中之其他外殼部分或元件對準。
圖4大體上繪示包括堆疊之模組化外殼部分及可固定至堆疊之模組化外殼部分之面板之一電池組件402。在圖4之實例中，電池組件402由類似子組件328形成，諸如具有無需相同之外殼部分。一旦堆疊被組裝及壓縮，諸如使用下文所繪示及描述之夾具，一或多個面板可被固定至電池組件402。此等面板可包含側板432A、432B、底板434A或一頂板434B，或此等面板之一組合。面板432A、432B、434A及434B可在移除夾具之後，諸如在電池之剩餘壽命內，協助維持電池組件402之壓縮。外殼之端，諸如一殼體及一端電極442區域無需具有面板。如上文圖4所繪示，一或多個面板可包含孔，諸如用於容納電池堆疊之機械特徵，諸如通風口區域。例如，頂板434B可包含一各自孔416，以容納一各自通風口214。一或多個此等面板432A、432B、434A及434B可使用一搭焊接固定在此等面板之一肩部處。例如，可執行雷射焊接或其他接合，諸如在各自面板及電池組件之間建立焊接接頭。作為一說明性實例，諸如由一雷射產生之光能可穿過一光學透明結構(諸如在此光能之一規定波長範圍內之光學透明)，諸如一面板432A、432B、434A或434B。光能可由一面板下方之一層吸收(例如，包括作為一子組件328之一部分或電池組件之其他部分包含之一外殼段)。依此方式，當面板432A、432B、434A或434B與外殼部分接觸之區域發生加熱時，在面板與電池組件剩餘部分之間提供一焊接接頭。
本文檔中描述之各種實例提及使用由諸如一雷射產生之光能將面板432A、432B、434A或434B固定至一電池組件402。其他方法可用於接合面板432A、432B、434A或434B，諸如使用一熱板焊接技術，其中熱板施加於面板432A、432B、434A或434B之一暴露區域，諸如由下文所表示及描述之夾具元件(諸如夾具)中之一開口(例如，窗口)或孔界定。
例如，圖5大體上繪示一電池組件502之一部分之一剖視圖，展示電池組件之一內部組態，及可用於將一側板固定至電池組件之一技術。在圖5之實例中，該堆元件包含一端電極組件542及包括模組化外殼部分523之子組件。端電極組件542及子組件可使用一周邊墊片210彼此密封或部分與周圍環境密封。模組化外殼部分523可支撐一導電基板204 (諸如一矽基板)及上文討論之活性材料106A及106B，以提供雙極集電器結構。活性材料之間的一電解質區域可包含一吸收玻璃墊(AGM) 208分離器。具有一AGM 208分離器之各區域可與其他此等區域208氣密隔離。一端電極544可包含作為端電極組件542之一部分，諸如以收集電流且提供一端子可被接合至之一電結構。
在圖5所繪示之視圖中，一面板532可固定至電池組件502上，諸如使用光能580，諸如來自一雷射之一準直光束。面板532可在一規定波長範圍內係光學透明的，且可在此一範圍內提供光能580。作為一說明性實例，執行焊接之面板532之一厚度可小於2毫米(mm)，諸如約1.8毫米，且面板在其他地方可小於4 mm厚，諸如約3.3 mm厚。搭接之一寬度約為9 mm。可在面板532之一周邊處(諸如在施加光能580之位置處)建立搭接。用於密封之墊片210可為預製的，或可包含一黏合劑或密封劑(或預製及就地形成材料之一組合)之沈積或分配。例如，一黏合劑之一焊珠或區域可形成，諸如包含一環氧樹脂或其他材料。因此，側板532無需提供一密封接頭，但側板532可用於幫助保持組件之壓縮(包含負載或壓縮墊片210或其他密封材料)，以藉由此壓縮保持密封性。一般而言，即使在垂直於側板平面之一方向上壓縮時，可藉由側板532之剛度來保持壓縮(例如，在垂直於焊接之一方向上保持壓縮，諸如剪切負載焊縫結構)。如上文提及，使用光能580係一種方法，且可使用其他方法，諸如熱板焊接。
圖6大體上繪示可用於對準及堆疊模組化子組件328用於建構一電池組件之夾具650。夾具650可包含一或多個柱(諸如包含或界定一內部軌道或其他特徵之柱652，其與作為子組件328中之一外殼框架之一部分包含之一對應特徵642對準)。特徵642亦可界定步驟或其他特徵，以在一後續操作期間幫助一側板之對準或放置，諸如在一應用面板及特徵642之間提供一齊平或接近齊平之外表面。如上文提及，各自子組件328可具有如圖所展示錯開通風口214位置，以避免在夾具650內堆疊及對準時彼此機械干擾。可包含一端板(諸如一基底板663)，以支撐或保持柱(諸如柱652)。
圖7繪示一側視圖750，該側視圖展示當模組化子組件堆疊用於建構一電池組件時，可用於幫助對準及分離各自模組化外殼部分523之壓碎肋結構770及772。子組件可彼此分離，或在組裝期間藉由肋(諸如結構770及772)或其他結構隔開。壓碎肋結構可界定為來自一個外殼框架或其他可堆疊元件之突出物，其與另一模組化外殼部分523或其他可堆疊元件中之一腔或其他特徵對準。突出物(例如肋結構770或772)在組裝期間可保持相鄰元件之間的對準及間隔。當被壓縮時，諸如下文所討論，此等肋可變形，或可依其他方式在一相鄰模組化外殼部分523中之一對應腔或其他特徵內移位元或固定。此等壓碎特徵亦可平滑化對堆疊之壓縮之一施加，諸如在施加壓縮時鼓勵此等特徵之均勻屈服，及諸如以一漸進方式而非突然屈服來提供此屈服。相鄰外殼部分523之間的一密封210可提供一氣密密封，將AGM 208或其他電解質區域彼此隔離或與周圍環境隔離。
圖8大體上繪示可用於協助建構一電池組件之進一步夾具850。如上文之實例中，一或多個柱(諸如一柱652)可與電池組件之部分對準，以便於子組件之堆疊。一基底板663可支撐一或多個柱652，且一頂端板可插入堆疊中，諸如包含由指狀物接收之一特徵668，或以其他方式與一各自柱652中之指狀物或其他特徵對準。端板664及663可用於對堆疊之子組件應用壓縮，諸如在一焊接操作之前、期間或之後，以固定一或多個側板。例如，夾具850可界定各自柱652之間的孔，諸如，如圖4大體上所繪示，可在其中放置一側板。板664及663可用於以一受控方式將壓力分佈在堆疊中之規定位置，諸如堆疊之頂面之一周圍。
圖9A大體上繪示用於對圖8之堆疊電池組件應用壓縮之一技術。一液壓、氣動或其他致動器670可用於一壓機組態中，以使包括電池堆疊之一夾具950處在壓縮990下，諸如以便於將堆疊元件永久性地接合到一組件中。例如，致動器可施加一規定力(例如，超過5.3千牛頓，例如)，諸如具有一壓頭速度小於約5毫米/分鐘。若子組件由上述壓碎肋隔開，則此等肋可在負載下塌陷，且可有助於促成均勻平滑壓縮。壓縮之一端可諸如藉由壓縮下之極限負載來確定。上述數值僅為說明性的且可使用其他幾何或製程參數，諸如取決於一堆疊電池數或其他因素，諸如外殼框架材料或組態。在一實例中，當由壓機對堆疊進行壓縮時，可執行一焊接操作(例如，光學或熱板焊接)或其他接合操作。替代地或另外，可透過其他技術在壓機外部保持壓縮，諸如圖9B中所展示，其中自壓機上移除夾具950之後，可使用螺栓(諸如一帽螺釘674)或其他緊固件(諸如夾子或夾具)來部分地使用壓縮板664及包括柱652之框架來保持堆疊之壓縮。依此方式，子組件之壓縮堆疊固定。
圖10大體上繪示用於將一或多個面板固定至一電池組件之技術。上述夾具950可自一壓機移除，或可在夾具950在一壓機內受壓縮時執行圖10所繪示之技術。插入柱652中之緊固件(諸如帽螺釘674)可保留，以保持堆疊處於壓縮狀態(例如，使用上文所展示及描述之端板)。作為一說明，可在各面板上之端蓋區域或附近之位置執行兩次焊接，如圖10中說明性地展示。可施加光能，且可沿一側板432B之一個邊緣處之一光能路徑580A，且可使用沿一光能路徑580B施加之光能在面板432B上形成一第二焊接。
夾具950可旋轉(或可重新對準光能源)，諸如在電池堆疊之另一部分上執行光學焊接，諸如固定一頂板434B或其他面板。作為一說明，若如本文其他地方所繪示及描述使用四個面板，接著可形成八個焊接，其中在原型生產中每焊接消耗5到10秒。為便於製造，可在焊接操作期間或之間將電池組件旋轉1090，或可使用多個光源同時將面板焊接至組件。在一說明性實例中，面板材料及外殼段由類似或相同材料製成，但具有不同顏料或光學傳輸性質。在一實例中，外殼段由一纖維負載或纖維強化材料製成，其中面板元件無需纖維負載或纖維強化。
若使用一光學(例如雷射)焊接方法，面板可在用於焊接操作之一光學波長處為透明或半透明(例如半透明)。例如，如圖10所展示之面板432B及434B可為光學透明或半透明的，且具有一規定色彩，只要此等面板傳輸光能，用於與一模組化外殼部分或組件之其他部分建立一熱接合，在一焊接操作期間，光能被導引穿過側板。模組化外殼部分或將焊接側板之其他表面，及頂部及底部面板，可為聚合物材料。然而，亦可使用其他材料，諸如可焊接一聚合物側板之金屬外殼框架。一般而言，為使用一透射雷射焊接方法，至少一種被焊接之材料在感興趣之一波長範圍處係光學透射，且另一材料係光學吸收。側板或外殼框架無需係一均質材料。例如，可使用一複合材料，諸如具有一玻璃纖維或上述其他強化之一聚合物材料。例如，在一聚合物材料中使用一玻璃纖維加強材可降低更高溫度下之蠕變。
在圖10之繪示中，沿光能路徑580A及580B，在面板432B之一周邊處(例如，至少兩個邊緣)建立接頭。搭接或其他焊接結構可在一面板432B之一表面上之其他位置形成，諸如在電池組件之規定位置。例如，取決於電池之一數量(例如，由堆疊外殼段之一數量界定)，可形成額外焊接，諸如使用更多外殼段時添加。此等額外焊接可有助於提供額外穩定性及結構剛度，且可有助於在一規定壓縮負載下保持堆疊。一或多個一雷射源或電池組件之處理可自動化或以其他方式自動化，諸如使用一機器人處置器，諸如促成一雷射焊接製程。例如，一多軸定位器可用於執行一焊接操作。
圖11大體上繪示一電池組件1102，諸如可使用本文其他地方描述之一或多個技術建構之電池組件1102。焊接或其他操作完成後，可移除夾具(例如，用於壓縮電池組件1102之框架及端板)。在一說明性實例中，可安裝端子130A及130B或其他組件(例如，通風口214蓋)。側板(諸如一面板432A)可保持該堆模組化子組件處於壓縮狀態，以提供一雙極電池組件1102。端電極組件442無需使用光能焊接方法固定。
圖12大體上繪示用於製造一電池組件之一技術1200，諸如一方法。在1210處，可組裝雙板組件之一堆疊，諸如包括各自載體組件(例如，其中此等載體組件包括模組化外殼部分)。在1215處，可壓縮該雙板組件堆疊，諸如使用如上文所展示及描述之夾具。在1220處，一第二外殼部分(例如，一側板、一頂板或一底板)可與該雙板組件堆疊匹配。第二外殼部分包括一光學透射區域且一第一外殼區域(例如，形成一焊接之一肩部或其他位置)包括一光學吸收區域。在1235處，第一外殼區域之光學吸收部分可照射穿過第二外殼部分之光學透射部分，以形成一焊接結構。視情況，在1205處，可處理一導電基板，諸如在基板與一載體組件(諸如一模組化外殼部分)配合之前，具有在一基板上沈積之一鉛或鉛合金層。 各種注釋
上文[實施方式]包含對附圖之參考，附圖形成[實施方式]之一部分。圖式以繪示之方式展示可實施本發明之具體實施例。此等實施例大體上亦稱為「實例」。除了此等經展示或描述之元件之外，此等實例可包含元件。然而，本案發明人亦考慮僅提供所展示或描述之此等元件之實例。此外，本案發明人亦考慮使用所展示或描述之此等元件(或其中一或多個態樣)之任何組合或排列之實例，或關於一特定實例(或其中一或多個態樣)，或關於本文所展示或描述之其他實例(或其中一或多個態樣)。
若本文件與藉由引用併入之任何文件之間的用法不一致，則以本文檔中之用法為準。
在本文檔中，使用術語「一(a/an)」在專利文檔中常見，包含一個或超過一個，與「至少一個」或「一或多個」之任何其他例項或用法無關。在本文檔中，術語「或」用於指一非排他性或，因此「A或B」包含「A但不係B」、「B但不係A」及「A及B」，除非另有指示。在本文檔中，術語「包含」及「其中(in which)」被用作各自術語「包括」及「其中(wherein)」之簡單英文等同物。此外，在以下申請專利範圍中，術語「包含」及「包括」係開放式的，即，除了一申請專利範圍中之此一術語之後列出之此等元件之外，包含元件之一系統、裝置、物品、成分、配方或製程仍被視為屬於該申請專利之範圍內。此外，在以下申請專利範圍中，術語「第一」、「第二」及「第三」等僅用作標籤，且不意在對其等物件施加數字要求。
以上描述意在說明，而非限制性的。例如，上文描述之實例(或其中一或多個態樣)可相互結合使用。其他實施例可使用，諸如由一般技術者在回顧上文描述後使用。提供摘要係容許讀者快速確定技術揭示之性質。提交本申請之前提係，本申請不用於解釋或限制申請專利之範圍或含義。此外，在上文[實施方式]中，可將各種特徵組合在一起以簡化本發明。此不應被解釋為意在說明一未主張之揭示特徵對任何申請專利範圍係至關重要的。相反，本發明之標的可在於少於一特定揭示實施例之所有特徵。因此，以下申請專利範圍作為實例或實施例被併入[實施方式]中，其中各申請專利要求作為一單獨實施例獨立存在，且可經考慮，此等實施例可依各種組合或排列方式彼此組合。本發明之範圍應參考隨附申請專利範圍及此等申請專利範圍有權獲得之全部等同物之範圍來確定。
102:電池組件 106A:活性材料 106B:活性材料 116:區域 116A:區域 116B:區域 116C:區域 120A:第一板 120B:第二板 121A:雙極板 121B:雙極板 123:外殼 130A:第一端子 130B:第二端子 160A:區域 160B:區域 202:電池組件 204:導電基板 206:第一表面 208:吸收玻璃墊(AGM) 210:墊片/密封 214:通風口 221:雙極電池板 223:模組化外殼部分 242:特徵 242A:端電極 242B:端電極 328:子組件 402:電池組件 416:孔 432A:側板 432B:側板 434A:頂板 434B:頂板 442:端電極組件 502:電池組件 523:模組化外殼部分 532:側板 542:端電極組件 544:端電極 580:光能 580A:光能路徑 580B:光能路徑 642:特徵 650:夾具 652:柱 663:基底板 664:端板 668:特徵 670:致動器 674:帽螺釘 750:側視圖 770:肋結構 772:肋結構 850:夾具 950:夾具 990:壓縮 1090:電池組件旋轉 1102:電池組件 1200:技術 1205:步驟 1210:步驟 1215:步驟 1220:步驟 1235:步驟
在圖式(其未必按比例繪製)中，相同元件符號可在不同視圖中描述類似組件。具有不同字母尾碼之相同元件符號可代表相似組件之不同例項。圖式藉由實例(而非限制)大體上繪示本文檔中討論之各種實施例。
圖1A大體上繪示展示一單極電池架構之一實例。
圖1B大體上繪示展示具有一雙極架構之一電池組件之一實例。
圖2大體上繪示包括一平面雙極電池板之一實例，諸如具有包含可支撐具有相反傳導性類型之活性材料之對置表面之一導電基板。
圖3大體上繪示包括一平面雙極電池板之一子組件，諸如由一模組化外殼部分支撐。
圖4大體上繪示包括堆疊之模組化外殼部分及可固定至堆疊之模組化外殼部分之面板之一電池組件。
圖5大體上繪示一電池組件之一部分之一剖視圖，展示電池組件之一內部組態及可用於將一側板固定至電池組件之一技術。
圖6大體上繪示可用於對準及堆疊用於建構一電池組件之模組化子組件之夾具。
圖7繪示一側視圖，該側視圖展示當模組化子組件堆疊用於建構一電池組件時，可用於幫助對準及分離各自模組化外殼部分之壓碎肋結構。
圖8大體上繪示可用於協助建構一電池組件之進一步夾具。
圖9A大體上繪示用於對圖8之堆疊電池組件應用壓縮之一技術。
圖9B大體上繪示在壓縮後保持一堆疊電池組件之壓縮之一技術。
圖10大體上繪示用於將一或多個面板固定至一電池組件之一技術。
圖11大體上繪示諸如可使用本文別處描述之一或多個技術構造之一電池組件。
圖12大體上繪示用於製造一電池組件之一技術，諸如一方法。
214:通風口
328:子組件
402:電池組件
416:孔
432A:側板
432B:側板
434A:底板
434B:底板
442:端電極組件

Claims (20)

  1. 一種用於製造一電池組件之方法，該方法包括：組裝雙板組件之一堆疊，其包含使用一夾具對準該等雙板組件，該夾具具有至少一個特徵，其經設定大小及塑形以在雙板組件之該堆疊之各自第一外殼部分中接合一對應特徵；壓縮包括該等各自第一外殼部分之雙板組件之該堆疊，該等各自第一外殼部分包括模組化外殼框架，該等模組化外殼框架支撐一導電基板，在該導電基板之對置表面上覆蓋(clad)有活性材料，該等活性材料具有相反極性；將包括一光學透射區域之一第二外殼部分與該第一外殼部分配合；及透過該第二外殼部分之一光學透射部分照射該第一外殼部分之一光學吸收區域，以沿該第二外殼部分之至少一個邊緣形成一焊接結構。
  2. 如請求項1之方法，其中該照射包括使用一雷射以熱形成該焊接結構。
  3. 如請求項1之方法，包括藉由應用於雙板組件之經壓縮之該堆疊之端結構來固定雙板組件之該壓縮堆疊。
  4. 如請求項3之方法，其中該端結構緊固至該夾具之一夾具框架(fixture frame)。
  5. 如請求項4之方法，其中該端結構、該夾具框架及經壓縮之該堆疊形成一整體組件。
  6. 如請求項5之方法，其中該第二外殼部分包括由該焊接結構固定至雙板組件之該堆疊之一面板；及其中該面板在移除該端結構及該夾具之後至少部分保持雙板組件之該堆疊處於壓縮狀態。
  7. 如請求項6之方法，其中由該焊接結構固定至雙板組件之該堆疊之該面板係在四個面板之中，各面板位於雙板組件之該堆疊之不同側面上，該等四個面板在移除該端結構及該夾具之後保持雙板組件之該堆疊處於壓縮狀態。
  8. 如請求項1之方法，其中該等模組化外殼框架界定位置錯開之通風結構，以避免堆疊時該等模組化外殼框架之相鄰者之間的干擾。
  9. 如請求項1之方法，包括至少部分地使用一機器人處置器操縱雙板組件之該壓縮堆疊，以建立執行照射該第一外殼部分之該光學吸收區域之一位置。
  10. 一種用於製造一電池組件之方法，該方法包括：組裝雙板組件之一堆疊，其包含使用一夾具對準該等雙板組件，該夾具具有至少一個特徵，其經設定大小及塑形以在雙板組件之該堆疊之各 自第一外殼部分中接合一對應特徵；壓縮包括該等各自第一外殼部分之雙板組件之該堆疊，該等各自第一外殼部分包括模組化外殼框架，該等模組化外殼框架支撐一導電基板，在該導電基板之對置表面上覆蓋有活性材料，該等活性材料具有相反極性；將包括一光學透射區域之一面板與該第一外殼部分配合；藉由應用於雙板組件之經壓縮之該堆疊之端結構固定雙板組件之經壓縮之該堆疊，該等端結構緊固至對準雙板組件之經壓縮之該堆疊之該夾具之一夾具框架；及使用一雷射透過該面板之一光學透射部分照射該第一外殼部分之一光學吸收區域，以沿該面板之至少一個邊緣熱形成一焊接結構。
  11. 如請求項10之方法，其中該端結構、該夾具框架及經壓縮之該堆疊形成一整體組件。
  12. 如請求項10之方法，其中該面板當被雷射焊接至該夾具中之該等模組化外殼框架時建立一氣密密封。
  13. 如請求項10之方法，其中該面板在移除該端結構及該夾具之後至少部分保持雙板組件之該堆疊處於壓縮狀態。
  14. 一種夾具組件，其包括：兩個或更多個雙板組件； 一夾具框架，其與該兩個或更多個雙板組件之模組化外殼框架配合及接合以對準在一堆疊中之該等雙板組件，以便進行一焊接操作；及各自端結構緊固至該夾具框架，以保持該兩個或更多個雙板組件之壓縮。
  15. 如請求項14之夾具組件，其中該夾具界定一孔，該孔允許包括一光學透射區域之一第二外殼部分與該兩個或更多個雙板組件之該等模組化外殼框架配合。
  16. 如請求項15之夾具組件，其中該第二外殼部分包括一纖維負載或一纖維強化材料之至少一者。
  17. 如請求項14至16中任一項之夾具組件，其中該等模組化外殼框架支撐一導電基板，該導電基板之對置表面上覆蓋有活性材料，該活性材料具有相反極性。
  18. 如請求項17之夾具組件，其中該等模組化外殼框架界定位置錯開之通風結構，以避免堆疊時該等模組化外殼框架之相鄰者之間的干擾。
  19. 如請求項15之夾具組件，其中該第二外殼部分包括一面板，當被雷射焊接至該夾具中之該等模組化外殼框架時建立一氣密密封。
  20. 如請求項15之夾具組件，其中該第二外殼部分包括一面板，當被雷 射焊接至該夾具中之該等模組化外殼框架時保持雙板組件之該堆疊處於壓縮狀態。
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