用于原电池单体的分离器-集电器-单元制造技术

本发明专利技术涉及一种用于原电池单体、特别是用于锂离子电池单体的分离器‑集电器‑单元。所述分离器‑集电器‑单元具有：分离器以及数量为N≥1个导电的集电器，所述集电器分别设置在分离器的表面上且与之连接为一个单元，并且在此与分离器的表面构成相应的分界面。在此，所述集电器中的每个集电器具有用于容纳电解质的多孔材料，从而如果多孔材料容纳了电解质，那么分离器‑集电器‑单元起到穿过至少一个分界面导通离子的作用。此外本发明专利技术还涉及带有这样的分离器‑集电器‑单元的原电池单体和由多个这样的电池单体构成的电池。本发明专利技术基于如下任务，即改善原电池单体和电池的可实现的能量密度，以及特别是在其复杂性和/或制造时间方面改善其可制造性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于原电池单体的分离器-集电器-单元
本专利技术涉及用于原电池单体、特别是用于锂离子电池单体的分离器-集电器-单元、带有这样的分离器-集电器-单元的原电池单体以及带有多个这样的电池单体的电池。
技术介绍
锂基原电池单体以及主要是由此构成的电池、特别是锂离子蓄电池作为电气蓄能器和提供方用于多种电气装置。在此，最为已知的应用包括用于电动或混合动力车辆和用于所谓的消费产品的锂离子蓄电池。后者特别是包括移动终端装置，如例如笔记本电脑、平板电脑、移动电话或摄像机。特别是用于电动或混合动力车辆的常规的锂基电池具有多个相互叠置的各个原电池单体，这些原电池单体分别具有负和正的电极层，这些电极层通过分离器层相互空间上和电气上分离。电池单体通常相互并联或串联连接，以便实现对于电池需要的总电压或供电能力。在此，电池单体堆可以特别是沿唯一的堆叠方向定向，或者以所谓的电极线圈的形式缠绕。相应地，经常可发现棱柱形或圆柱形的电池壳体形状，这些电池壳体形状包围电池单体堆且也提供机械稳定性。电池单体堆的各个电极在此通常由薄的层式和可机械加载的承载基质以及大多膏状的活性材料组成，所述承载基质特别是同时可以导电且由此可以用作电极的集电器基质和/或集电器，所述活性材料单侧或双侧层式地施加到承载基质上。期间然而也已知所谓的“空电极”或者说“FSE”，其中涉及省去承载基质的电极，因为活性材料自身具有必要的机械稳定性，以便可以成功地经得住在原电池单体的制造和运行中在其设计或技术规范的范围内典型地出现的机械负荷。应用这样的空电极的产品和技术现在例如由公司“24M”和“MaxwellTechnologies”研发和部分提供。用于锂基原电池单体的空电极及其制造方法特别是在文献US2015303481A1中描述。在当今已知的锂基原电池单体和电池中，对于电流的供给或导出需要的集电器——所述集电器分别与一个或多个确定极性的电极导电连接——单独地制造且必须在电池单体或电池制造时借助于适合的工艺步骤与相应的电极连接，然后这些集电器与分离器组合为电池单体。这也适用于空电极的情况。
技术实现思路
本专利技术基于如下任务，即改善原电池单体和电池的可实现的能量密度，以及特别是在降低其复杂性和/或制造时间方面改善其可制造性。该任务的解决按照各独立权利要求的构思通过根据权利要求1所述的分离器-集电器-单元、根据权利要求9所述的带有这样的分离器-集电器-单元的原电池单体以及根据权利要求12所述的带有多个这样的电池单体的电池实现。本专利技术不同的实施形式和进一步扩展方案是从属权利要求的技术方案。本专利技术的第一方面涉及一种用于原电池单体、特别是用于锂离子电池单体的分离器-集电器-单元。分离器-集电器-单元具有：分离器以及数量为N≥1个导电的集电器，这些集电器分别设置在分离器的表面上且与之连接为一个单元，并且在此与分离器的表面构成相应的分界面。所述集电器中的每个集电器具有用于容纳电解质的多孔材料，从而如果多孔材料容纳了电解质，那么分离器-集电器-单元起到穿过各分界面中的每个分界面导通离子的作用。在本专利技术的意义上的“分离器-集电器-单元”可理解为用于原电池单体和/或由多个原电池单体组成的电池的、构成为单独的单元的构件，其不仅具有分离器而且具有至少一个与之连接的集电器。在本专利技术的意义上的“分离器”在此可理解为原电池单体的构件，其设置为用于在原电池单体中在空间上和电气上将负电极与正电极分离。然而，分离器必须对于离子是可穿透的，所实施离子参与在电池单体中储存的化学能到电能的转换且在此必须在负电极与正电极之间或与之相反地穿过分离器移动。作为材料主要采用液体浸润的多微孔的塑料以及由玻璃纤维或聚乙烯制成的织物。特别是在锂离子电池单体中，部分也应用以液体浸润的多微孔的膜片形式的分离器，以便能实现离子通过。这样的膜片大多是聚合物膜片，其也可以由多层组成。同样地，耐热的多微孔的陶瓷分离器主要以液体浸润或干燥的形式是已知的。特别是对于用于电动车和混合动力车辆的牵引用电池中的应用也已知如下材料作为分离器，所述材料基于非常细的以陶瓷涂层的无纺织物。在本专利技术的意义上的“集电器”在此可理解为原电池单体或电池的导电结构，其与一个或多个同种电极导电连接，以便在电池单体运行中由这些电极将电流导出或将电流供给到其中。有利地，在该解决方案中分离器和一个或多个集电器共同构成为一个构件或一个单元，并且在制造原电池单体时不必须分开地加工。这特别是可以用于，降低相应的制造工艺的复杂性、特别是相应的工艺步骤的数量。此外，所述集电器中的每个集电器可以——因为该集电器施加在分离器的表面上——利用其机械稳定性且由此更薄和以更少的材料且因此更小质量来实施，这是相比于在空的集电器的情况下。通过这种方式因此也可以提高原电池单体的特别是单位重量的能量密度。最后，通过分离器与一个或多个集电器的连接也又可以提高大多构成为薄层或膜片的分离器的机械稳定性和稳定度，这又能实现在制造中节拍时间的缩短。以下描述分离器-集电器-单元及其进一步扩展方案的优选的实施形式，它们分别地——只要没有明确排除——可以任意相互地以及与本专利技术的此外描述的其他方面组合。按照优选的第一实施形式，分离器和所述集电器中的每个集电器分别层状地构成且共同形成一个层式堆。通过这种方式产生分离器和一个或多个集电器的特别节省空间的布置结构，该布置结构特别是可良好地与原电池单体的常规结构形式组合，因为常规的分离器经常同样构成为层式堆。按照对此的一种优选改进，分离器-集电器-单元构成为包含层式堆的薄膜。这特别是也具有如下优点，即分离器-集电器-单元可以是柔性的，这特别是可用于制造如下原电池单体，其中需要分离器的柔性、特别是可折叠性(例如在借助于“Z形折叠”的电池单体结构中)。按照另一优选的实施形式，所述集电器中的至少之一以物理或化学沉积的涂层的形式施加到分离器上。按照优选的进一步扩展方案，涂层特别是可以借助于一个或多个以下涂层技术施加：汽化渗镀、电镀涂层、物理或化学气相沉积(PVD；CVD)、液态无流涂层或溅镀。通过这种方式有利地可以将特别薄的集电器层产生在分离器上，这特别是可用于提高原电池单体的能量密度(特别是单位重量的能量密度)。按照另一优选的实施形式，适用N≥2；所述分离器-集电器-单元具有分离的第一和第二集电器；以及第一和第二集电器如此设置在分离器上，使得分离器至少部分位于第一和与二集电器之间。通过这种方式可能的是，在分离器上分别不仅对于原电池单体的正电极而且对于负电极分别设有一个或多个集电器。这能实现相应的原电池单体的特别是节省空间的且由此在提高能量密度的意义上有利的结构，因为那么对于两个电极类型中的所有电极类型都不必设定单独的集电器(这又导致相应的附加的制造步骤)。按照一个有利的进一步扩展方案，所述第一集电器包含铜或镍。特别是在如下情况下是有意义的，即第一集电器设置用于特别是锂离子电池的负电极。按照另一优选地也可与之组合的进一步扩展方案，所述第二集电器包含铝或镍。特别是在如下情况下是有意义的，即第二集电器设置用于特别是锂离子电池的正电极。本专利技术的第二方面涉及一种原电池单体，其特别是可以是锂离子电池单体。该电池单体具有：第一负电极；第二正电极；以及按照本专利技术的第一方面的、特别是按照一个或多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于原电池单体(7)、特别是用于锂离子电池单体的分离器‑集电器‑单元(1)，具有：分离器(2)；数量为N≥1个导电的集电器(3；4)，所述集电器分别设置在分离器(2)的表面上且与之连接为一个单元，并且在此与分离器(2)的表面构成相应的分界面；其中，所述集电器(3；4)中的每个集电器具有用于容纳电解质的多孔材料，从而如果所述多孔材料容纳了电解质，那么所述分离器‑集电器‑单元(1)起到穿过所述分界面中的每个分界面导通离子的作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.22 DE 102016215667.51.用于原电池单体(7)、特别是用于锂离子电池单体的分离器-集电器-单元(1)，具有：分离器(2)；数量为N≥1个导电的集电器(3；4)，所述集电器分别设置在分离器(2)的表面上且与之连接为一个单元，并且在此与分离器(2)的表面构成相应的分界面；其中，所述集电器(3；4)中的每个集电器具有用于容纳电解质的多孔材料，从而如果所述多孔材料容纳了电解质，那么所述分离器-集电器-单元(1)起到穿过所述分界面中的每个分界面导通离子的作用。2.根据权利要求1所述的分离器-集电器-单元(1)，其中，所述分离器(2)和所述集电器(3；4)中的每个集电器分别层状地构成且共同形成一个层式堆。3.根据权利要求2所述的分离器-集电器-单元(1)，其中，所述分离器-集电器-单元(1)构成为包含所述层式堆的薄膜。4.根据上述权利要求之一所述的分离器-集电器-单元(1)，其中，所述集电器(3；4)中的至少之一以物理或化学沉积的涂层的形式施加到所述分离器(2)上。5.根据权利要求4所述的分离器-集电器-单元(1)，其中，所述涂层借助于一个或多个以下涂层技术施加：汽化蒸镀、电镀涂层、物理或化学气相沉积或溅镀。6.根据上述权利要求之一所述的分离器-集电器-单元(1)，其中：适用N≥2；所述分离器-集电器-单元(1)具有分离的第一和第二集电器(3；4)；以及所述第一和第二集电器(3；4)设置在所述分离器(2)上，使得所述分离器(2)至少部分位于所述第一与二集电器(3；4)之间。7.根据权利要求6所述的分离器-集电器-单元(1)，其中，所述第一集电器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·鲍尔，S·拉克斯，H·奥吉哈拉，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE