蓄能器电池以及制造方法技术

提供一种蓄能器电池(100)，其具有由带形的电极和隔膜组成的复合体(104)，该复合体以具有两个末端端侧(104b，104c)和位于其之间的缠绕体套(104a)的柱形的缠绕体的形式。电极各自具有集电器(115，125)并且彼此错开地布置在复合体中，使得负电极的纵向边缘从端侧(104b，104c)中的一个端侧离开，并且正电极的纵向边缘从另一个端侧离开。在壳体中，复合体(104)轴向地定向，使得缠绕体套(104a)贴靠在构造成管形的壳体件(101)的内侧(101b)处，该壳体包括具有末端圆形开口(101c)的、金属的构造成管形的壳体件(101)。在优选的实施方式中，缠绕体套通过隔膜或者通过独立的塑料带形成并且因此相对于壳体件(101)绝缘。为了电接触电极中的一个，电池(100)包括接触元件(110)，接触元件与从端侧中的一个离开的纵向边缘(115a，125a)直接接触并且优选地通过焊接与该纵向边缘连接。提出，使用具有圆形边缘的接触元件作为接触元件(110)，并且利用接触元件(110)封闭构造成管形的壳体件(101)的末端圆形开口(101c)。成管形的壳体件(101)的末端圆形开口(101c)。成管形的壳体件(101)的末端圆形开口(101c)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】蓄能器电池以及制造方法


[0001]以下阐述的本专利技术涉及一种包括电极隔膜复合体的蓄能器电池。

技术介绍

[0002]电化学电池能够通过氧化还原反应将所储存的化学能转换成电能。电化学电池通常包括通过隔膜相互分离的正电极和负电极。在放电时，在负电极处通过氧化过程释放电子。由此引起电子流，该电子流可被外部的电负载取用，为此，电化学电池用作能源供应。同时，在电池之内出现与电极反应相应的离子流。该离子流横穿隔膜，并且通过引导离子的电解液实现。
[0003]如果放电是可逆的，即存在再次反向实现在放电时进行的化学能到电能的转换并且由此再次给电池充电的可能性，则将其称为二次电池。在二次电池中，通常的负电极作为阳极并且正电极作为阴极的称谓一般涉及电化学电池的放电功能。
[0004]目前，二次的锂离子电池用于多种应用，因为其能够提供高的电流并且其突出之处在于相对高的能量密度。锂离子电池基于可以以离子的形式在电池的电极之间往复迁移的锂的应用。锂离子电池的负电极和正电极通常由所谓的复合电极形成，除了电化学活性的组分之外，该复合电极也包括无电化学活性的组分。
[0005]作为用于二次的锂离子电池的电化学活性的组分(活性材料)，原则上可以考虑所有能够吸收并再次释放锂离子的材料。对于负电极，为此常常使用以碳、例如，石墨碳为基础的颗粒。也可以使用适合锂的插层的其它非石墨的碳材料。此外，也可以使用能与锂形成合金的金属的和半金属的材料。即，例如元素，锡、铝、锑和硅，能够与锂形成金属间相。作为用于正电极的活性材料，例如可以使用钴酸锂(LiCo2)、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)或其衍生物。电化学活性的材料通常以颗粒形式包含在电极中。
[0006]作为无电化学活性的组分，复合电极通常包括用作用于相应的活性材料的载体的、面形的和/或带形的集电器，例如金属膜。用于负电极的集电器(阳极集电器)例如可以由铜或镍构成，并且用于正电极的集电器(阴极集电器)例如可以由铝构成。此外，作为无电化学活性的组分，电极可以包括电极粘合剂(例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或者其它聚合物，例如羧甲基纤维素)、改善导电性能的添加剂和其它附加物。电极粘合剂保证了电极的机械稳定性并且常常也保证活性材料在集电器上的附着。
[0007]作为电解液，锂离子电池通常包括锂盐例如六氟磷酸锂(LiPF6)在有机溶剂(例如碳酸醚和碳酸酯)中的溶液。
[0008]在制造锂离子电池时，将复合电极与一个或多个隔膜组合成复合体。在此，电极和隔膜大多在压力下，必要时也通过层压或通过粘接相互连接。随后，可以通过利用电解液浸润该复合体建立电池的基本功能。
[0009]在多种实施方式中，以缠绕体的形式构成复合体，或者将复合体处理成缠绕体。通常，复合体包括正电极/隔膜/负电极序列。作为所谓的双电池的复合体通常按照可能的顺序制造成具有负电极/隔膜/正电极/隔膜/负电极，或者正电极/隔膜/负电极/隔膜/正电
极。
[0010]对于在车辆领域中的应用，对于电动自行车，或者也对于其它具有高的能量需求的应用，例如在工具中，需要具有尽可能高的能量密度的锂离子电池，该锂离子电池同时能够在充电和放电时被加载高的电流。
[0011]用于所述应用的电池常常构造成柱形的圆电池，例如具有21
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70(直径乘以高度，单位为mm)的外形尺寸。这种类型的电池始终具有以缠绕体的形式的复合体。目前这种外形尺寸的锂离子电池已经可以实现直至270Wh/kg的能量密度。然而，该能量密度仅仅视为折中步骤。市场上已经需要具有更高能量密封的电池。
[0012]然而，在研发更好的电化学电池时，除了仅仅考虑能量密度之外，还应注意其它因素。同样极其重要的参数是：电池的内电阻，为了降低在充电和放电时的功率损失，电池的内电阻应保持尽可能小；以及电极的热连结，热连结对于电池的温度调节可能非常必要。对于包含以缠绕体的形式的复合体的柱形的圆电池来说，这也参数也非常重要。在电池快速充电时，在电池中可能由于功率损失产生热积聚，该热积聚可能导致显著的热机负载并且因此导致电池结构的变形和损坏。当通过独立的电的、焊接在集电器处的放电条(其轴向地从缠绕的复合体中离开)进行集电器的电连结时，增大了这种风险，因为在充电或放电时的高负载下，在该放电条处可能出现局部发热。
[0013]在WO 2017/215900 Al中阐述了一种电池，在其中，电极隔膜复合体以及其电极构造成带形的并且以缠绕体的形式存在。电极分别具有附有电极材料的集电器。在电极隔膜复合体内，彼此错开地布置相反极性的电极，从而正电极的集电器的纵向边缘在一侧从缠绕体中离开，并且负电极的集电器的纵向边缘在另一侧从缠绕体中离开。为了集电器的电接触，电池具有至少一个接触元件，接触元件如此位于纵向边缘中的一个上，使得获得线形的接触区域。通过焊接使接触元件沿着该线形的接触区域与纵向边缘相连接。由此实现，可以在其整个长度上电接触集电器以及进而同样从属的电极。这非常显著地降低了在所阐述的电池之内的内电阻。因此，可以显著更好地接触所出现的高电流。
[0014]从US 6432574 Bl中已知一种柱形的圆电池，在其中，同样通过在端侧焊上的接触板电接触构造成缠绕体的电极隔膜复合体。在图2A中示出了用于容纳这种电极隔膜复合体的典型的壳体。该壳体包括杯形的壳体件，缠绕的电极隔膜复合体在该壳体件中轴向地定向。如果借助于多件式的盖部封闭了壳体，则在壳体的边缘上装上环形的密封部。为了密封壳体，通过盖部的边缘以及装在边缘上的密封部径向向内包围杯形件的末端边缘。为了辅助该过程，需要直接在盖部下方的环绕的深槽。为了能在末端边缘弯曲时从上方和下方将轴向压力施加到盖部边缘以及密封部上，在密封时，工具嵌设到该深槽中。因此，此时在槽和盖部边缘的下侧之间以及在杯形件的环绕的边缘和盖部边缘的上侧之间压缩密封部，这导致有效的密封。然而，所需的槽是不利的。一方面，在推入电极隔膜复合体之后，必须在单独的步骤中将该槽引入壳体中。另一方面，槽带来无效体积，为了建立与盖部的电接触，必须借助于电流导体克服该无效体积。在图2A中示出的电池的情况中，为此将超长的接触板焊接到上端侧上，将该接触板弯曲并且焊接到盖部的内侧处。

技术实现思路

[0015]本专利技术提出的目的是，提供一种蓄能器电池，其突出之处在于相对于现有技术更
好的能量密度以及在其电极的整个面和长度上尽可能均匀的电流分布，并且同时，该蓄能器电池在其内电阻及其被动散热能力方面具有出色的特性。此外，该电池也通过更好的可制造性和安全性而出众。
[0016]该目的通过以下阐述的蓄能器电池，尤其是具有权利要求1所述的特征的以下阐述的蓄能器电池的优选的实施方式实现，并且通过以下阐述的方法，尤其是具有权利要求10所述的特征的方法实现。从从属权利要求中得到电池和方法的优选的设计方案。
[0017]根据本专利技术的蓄能器电池始终具有直接下述的特征a.至j.:
[0018]a.电池包括具有阳极/隔膜/阴极的序列的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂离子电池(100)，其具有以下特征：a.所述电池包括具有阳极/隔膜/阴极序列的电极隔膜复合体(104)，b.所述电极隔膜复合体(104)以柱形的缠绕体的形式存在，所述缠绕体具有两个末端端侧(104b，104c)和位于其之间的缠绕体套(104a)，c.所述电池包括壳体，所述壳体包括金属的、构造成管形的壳体件(101)，所述壳体件由铝或铝合金制成且具有末端圆形开口(101c)，d.在所述壳体中，构造成缠绕体的所述电极隔膜复合体(104)轴向定向，使得所述缠绕体套(104a)贴靠在所述构造成管形的壳体件(101)的内侧(101b)处，e.所述阳极构造成带形的并且包括带形的阳极集电器(115)，所述阳极集电器由镍或铜或者镍合金或铜合金制成且具有第一纵向边缘(115a)和第二纵向边缘以及两个端部件，f.所述阳极集电器(115)包括带形的主区域、以及自由的边条(117)，所述主区域附有由负的电极材料(155)制成的层，所述边条沿着所述第一纵向边缘(115a)延伸并且未附有所述电极材料(155)，g.所述阴极构造成带形的并且包括带形的阴极集电器(125)，所述阴极集电器由铝或铝合金制成且具有第一纵向边缘(125a)和第二纵向边缘以及两个端部件，h.所述阴极集电器(125)包括带形的主区域、以及自由的边条(121)，所述主区域附有由正的电极材料(123)制成的层，所述边条沿着所述第一纵向边缘(125a)延伸并且未附有所述电极材料(123)，i.所述阳极和所述阴极如此布置在所述电极隔膜复合体(104)之内，使得所述阳极集电器(115)的第一纵向边缘(115a)从所述末端端侧(104b，104c)中的一个末端端侧离开，并且所述阴极集电器(125)的第一纵向边缘(125a)从所述末端端侧(104b，104c)中的另一个末端端侧离开，j.所述电池包括接触元件(110)，所述接触元件封闭所述构造成管形的壳体件(101)的末端圆形开口(101c)，并且包括金属片(111)、接触板(113)、金属的极销(108)和绝缘件(103)，k.所述金属片(111)由铝或铝合金制成，具有圆形的边缘(111a)，并且如此布置在所述构造成管形的壳体件(101)中，使得所述边缘(111a)沿着环绕的接触区域贴靠在所述构造成管形的壳体件(101)的内侧(101b)处，其中，所述金属片(111)的边缘(111a)通过环绕的焊缝与所述构造成管形的壳体件(101)连接，l.所述接触板(113)由镍或铜或者镍合金或铜合金制成，并且所述接触板具有两个侧，所述两个侧中的一个侧向所述金属片(111)的方向，并且另一个侧与所述第一纵向边缘(115a，125a)中的一个第一纵向边缘直接接触并且通过焊接与所述纵向边缘连接，m.所述极销(108)固定在所述接触板(113)处，并且通过在所述金属片(111)中的缺口从所述电池的壳体引导出来，以及n.所述绝缘件(103)使所述极销(108)和所述接触板(113)相对于所述金属片(111)电绝缘。2.根据权利要求1所述的电池，其具有以下附加特征中的至少一个：a.所述极销(108)通过焊接固定到所述接触板(113)处，b.所述极销(108)构造成管形，
c.所述极销(108)由镍或铜或者镍合金或铜合金制成，d.所述极销(108)由与所述接触板(113)相同的材料制成。3.根据权利要求1所述的电池，其具有以下附加特征中的一个：a.所述极销(108)构造成管形并且通过焊接固定到所述接触板(113)处，b.所述极销(108)具有末端节段(108a)，所述末端节段由镍或铜或者镍合金或铜合金制成，或者具有由镍或铜或者镍合金或铜合金制成的套，尤其是涂覆有镍或铜或者镍合金或铜合金，c.所述末端节段(108a)焊接到所述接触板(113)处，d.极销(108)具有末端节段(108b)，所述末端节段由铝或铝合金制成，或者具有由铝或铝合金制成的套，尤其是涂覆有铝或铝合金，e.所述末端节段(108b)形成能够从所述壳体的外部接触的联接触点。4.根据权利要求2或3中任一项所述的电池，其具有以下附加特征中的至少一个：a.构造成管形的所述极销(108)在其端部中的一个端部处包括封闭的底部(108c)，b.所述封闭的底部(108c)是所述末端节段(108a)的一部分，并且由镍或铜或者镍合金或铜合金制成，或者具有由镍或铜或者镍合金或铜合金制成的套，c.所述底部(108c)焊接到所述接触板(113)处。5.根据权利要求2至4中任一项所述的电池，其具有以下附加特征中的一个：a.构造成管形的所述壳体件(101)在轴向方向上包括中央区段(130)以及接触区段(135)，在所述中央区段中，所述缠绕体套(104a)贴靠在其内侧(101b)处，在所述接触区段中，所述金属片(111)的边缘(111a)贴靠在其内侧(101b)处，b.所...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：瓦尔达微电池有限责任公司，
类型：发明
国别省市：