Tesla erhielt ein weiteres Patent für Batteriezellen: Zelle mit Tablettenelektrode

Eva Fox von Eva Fox Mai 07, 2020

Tesla Gained Another Battery Cell Patent: Cell With A Tabless Electrode

Foto von Christian Ruoff /Chargedevs.com

Tesla ist aktiv an der Entwicklung eigener Batterien beteiligt, da diese der wichtigste Bestandteil eines Elektroautos sind. Das Unternehmen ist bestrebt, eine Batterie zu entwickeln, mit der Tesla-Autos lange Strecken ohne Aufladen zurücklegen können, was eine lange Lebensdauer hat.

Tesla hat ein Patent angemeldet 'Zelle mit einer Tablettenelektrode'

Anmeldedatum: 4. November 2019
Erscheinungsdatum: 7. Mai 2020

Eine Zelle einer Energiespeichervorrichtung mit mindestens einer elektroden Elektrode und Verfahren zu ihrer Bildung werden beschrieben. Die Zelle enthält ein erstes Substrat mit einer darauf angeordneten ersten Beschichtung, wobei ein zweiter Abschnitt des ersten Substrats an einem proximalen Ende entlang der Breite des ersten Substrats ein leitendes Material umfasst. Ein innerer Abscheider ist über dem ersten Substrat angeordnet. Ein zweites Substrat ist über dem inneren Abscheider angeordnet. Auf dem zweiten Substrat ist eine zweite Beschichtung angeordnet. Das erste Substrat, der innere Separator und das zweite Substrat werden nacheinander, das erste Substrat, der innere Separator und das zweite Substrat um eine Mittelachse gerollt.

FEIGE. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Zelle, die ein erstes Substrat, einen inneren Separator, ein zweites Substrat und einen äußeren Separator gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Quelle: Tesla-Patent

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Zelle für Energiespeichervorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Zelle mit mindestens einer Tablette, die tablos ist, und kann daher verwendet werden, um eine Energiespeichervorrichtung mit verringertem ohmschen Widerstand und verringerten Kosten zu bilden. Beispielsweise kann innerhalb eines Jellyroll-Zellendesigns die negative Elektrode an einem Ende einen leitenden Abschnitt aufweisen, der über die Länge der Elektrode verläuft und mit dem Boden einer Dose verbunden ist, um die Elektrode elektrisch mit der Dose zu verbinden. In einigen Ausführungsformen umfasst die Dose eine Kappe mit einem bestimmten Design, das konfiguriert ist, um die Verbindung der Elektrode mit der Kappe zu erhöhen. Die Kappe kann Rippen, Unebenheiten, Hohlräume oder andere Merkmale enthalten, die eine zusätzliche Verbindung zwischen der Kappe und der Elektrode ermöglichen.

FEIGE. Fig. 4 zeigt eine erste Kappe mit einer Kontaktfläche, die verwendet werden kann, um eine elektrische Verbindung mit einem leitenden Abschnitt eines ersten Substrats gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung herzustellen.
Quelle: Tesla-Patent

Die vorliegende Offenbarung bietet zahlreiche Vorteile im Vergleich zu anderen fortschrittlichen elektrochemischen Zellen, die einen Laschenkontakt verwenden, um das negative Elektrodensubstrat zusätzlich zu der Lasche elektrisch mit der Dosenwand zu verbinden, um die positive Elektrode mit der Kathodenverbindung zu verbinden. Entfernen der mit der negativen Elektrode verbundenen Lasche und Neuausrichten der leitenden Verbindung zu einem leitenden Teil 118(in Fig. 1 oben) lässt die negative Elektrode entlang der Länge der negativen Elektrode verlaufen. Dies verringert den ohmschen Widerstand durch die negative Elektrode zur Dose, verringert die Stromabweichung über die Länge der Elektrode, verbessert die Zelllebensdauer, verringert die Joule-Erwärmung und erhöht die Wärmeableitungsfähigkeit.

Der elektrische Widerstand eines bestimmten Materials ist direkt proportional zu seiner Länge. Bei herkömmlichen elektrochemischen Zellkonstruktionen ist der Elektrodenlaschenkontakt typischerweise entweder am Ende oder in der Mitte der gewickelten Elektrode befestigt. Um eine elektrochemische Reaktion auszulösen, muss der Strom daher in Längsrichtung durch den Elektrodenstromkollektor fließen, um das aktive Material zu erreichen, in dem die Ladungsübertragungsreaktionen stattfinden. Die Entfernung, die der Strom zurücklegen wird, variiert von der halben Länge der gewickelten Elektrode, wenn die Lasche am Mittelpunkt der Elektrode angebracht ist, bis zur gesamten Länge der Elektrode, wenn die Lasche an beiden Enden angebracht ist. Ausführungsformen innerhalb der vorliegenden Offenbarung können einen gleichmäßigeren elektrischen Kontakt zwischen dem Elektrodenstromkollektor und der inneren Dosenoberfläche bereitstellen. Der maximale Weg, den der Strom zurücklegen wird, ist daher die Höhe der Elektrode im Gegensatz zu ihrer Länge. Abhängig vom Zellformfaktor beträgt die Höhe einer Elektrode typischerweise 5% bis 20% ihrer Länge. Daher kann der ohmsche Widerstand in der negativen Elektrode während des elektrochemischen Zyklus über Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung um das 5- bis 20-fache verringert werden.

FEIGE. Fig. 7 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Zelle gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Quelle: Tesla-Patent

Eine elektrochemische Zelle der gegenwärtig offenbarten Ausführungsform kann auch eine signifikant geringere Stromabweichung erfahren, die Phänomene, bei denen einige Elektrodenbereiche über ihre Zykluslebensdauer mehr oder weniger Strom als andere Bereiche durchlassen. Der Strom fließt bevorzugt entlang von Pfaden, auf denen der Widerstand am niedrigsten ist, und in Abwesenheit anderer Faktoren verläuft er typischerweise entlang von Pfaden, die näher an der Lasche liegen, wo der ohmsche Widerstand am geringsten ist. Stromabweichungen sind in elektrochemischen Zellen äußerst unerwünscht, da sie zu lokalen Elektroden-Hotspots führen können, an denen große Überpotentiale erzeugt werden, was zu unerwünschten chemischen Reaktionen führt, die die Lebensdauer der Zelle verkürzen. Ein Beispiel für eine solche Reaktion ist das Plattieren von metallischem Lithium auf der Oberfläche der negativen Elektrode in Lithiumionenzellen. Der verringerte ohmsche Widerstand der offenbarten Ausführungsform stellt eine Zellumgebung bereit, die einer gleichmäßigen Stromverteilung und Zelllebensdauer förderlicher ist.

Die gegenwärtig offenbarte Ausführungsform bietet auch überlegene Wärmeerzeugungs- und Übertragungseigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen elektrochemischen Zelldesigns.




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