專利名稱：電化學電池和制造該類電池的方法
電化學電池和制造該類電池的方法描述本發(fā)明涉及一種電化學電池，其帶有電極堆棧，特別是具有多層活性材料的電極堆棧。本發(fā)明還涉及一種制造上述電化學電池的方法。本發(fā)明還涉及一種具有最少一個上述電化學電池的電池組(Batterie)。對于鋰離子電池，眾所周知的是，其陽極和陰極是交替(abwechselnd)設(shè)置的，其中，陽極和陰極之間總是設(shè)有隔離物(Separator)。特別是對于鋰離子電池，一般情況下陰極相比于陽極具有一個較小的平面擴展(fliichige Ausdehnung)。其結(jié)果是,在陰極的邊緣區(qū)域可能形成縫隙，以至于陽極在這一區(qū)域可以被彎曲，特別是在對電化學電池施加外部的壓力時更是如此。在被多次彎曲的位置處，電化學電池可能表現(xiàn)出老化跡象(Alterungserscheinungen)。 本發(fā)明的任務(wù)是，提供改進的電化學電池。本發(fā)明的基本任務(wù)是通過具有至少一個電極堆棧的電化學電池達成的，該電極堆棧設(shè)置于電化學電池的殼體(Umhilllung)內(nèi)部，其中，電極堆棧具有至少一個陰極層和一個陽極層，其中，第一電極層和第二電極層之間安設(shè)隔離層，并且其中，陰極層相比于陽極層具有一個較小的平面擴展。這種電化學電池更進一步的特點是，毗鄰第一電極層設(shè)置邊緣層。邊緣層最好被設(shè)計為在力學上是穩(wěn)定的。在本發(fā)明的范疇中，電極堆棧被理解為一種設(shè)備，該作為伽伐尼電池的組件的設(shè)備還用于存儲化學能并輸出電能。此外，電極堆棧具有多個片狀元件；至少兩個電極，即特別是陽極和陰極；以及，至少部分地吸收了電解質(zhì)的隔離物。最好是將至少一個陽極、一個隔離物和一個陰極相疊地安放或者說堆疊，其中，隔離物至少部分地設(shè)置于陽極和陰極之間。這種陽極、隔離物、陰極的序列，可以在電極堆棧內(nèi)部任意多次地重復。片狀元件最好是繞成電極卷軸(Elektrodenwickel)。在下文中電極堆棧”這一概念也適用于電極卷軸。在輸出電能之前，儲存的化學能被轉(zhuǎn)化為電能。在充電過程中，被饋送給電極堆棧更準確地說伽伐尼電池的電能，被轉(zhuǎn)化為化學能并加以保存。電極堆棧最好是具有多個電極對和隔離物。特別優(yōu)選的是，一些電極相互之間，特別是共同，形成電連接。在本發(fā)明的框架中殼體被理解為至少部分將外界與電極堆棧隔開的界限。殼體最好是氣密性的和液密性的，以至于不可能發(fā)生和周圍環(huán)境的物質(zhì)交換。電極堆棧被設(shè)置于殼體內(nèi)部。至少一個導電體，特別是兩個導電體延伸到殼體之外，并用于連接電極堆棧。向外延伸的導電體此處最好是構(gòu)成電化學電池的正極端口(Pluspolanschluss)和負極端口(Minuspolanschluss)。然而，也可以有更多的導電體,特別是四個導電體延伸出殼體。此處，當電化學電池具有兩個互相串聯(lián)的電極堆棧時，那么不同電極堆棧中的兩個電極相互連接。此處，導電體是一種由導電的材料制成的元件。它用于在兩個就幾何意義而言彼此分開的點之間導電。在本發(fā)明中，導電體與電極堆棧相連。特別地，導電體與電極堆棧中所有同類的電極相連，無論與陰極或是與陽極相連。當然，導電體不能與一個電極堆棧的陰極和陽極同時連接，因為這可導致短路。然而，導電體可以與來自不同電極堆棧的不同電極連接，例如將兩個電極堆棧串聯(lián)。至少一個導電體延伸出殼體，并且因此可以用于將電化學電池與外界相連。導電體可以和一個或者更多的電極整體成型。導電體特別是不能用活性電極材料來涂覆，以此可以看出導電體和電極之間的界限。通過在第一電極層設(shè)置邊緣層，可以在力學上加強陰極層。通過這種加強，實現(xiàn)在恒定的壓力下降低電極層，特別是陰極層的表面壓力(Flachcnprcssung 因此，陰極層和邊緣層最好設(shè)置在一個共同的平面上。與第一電極層接觸且特別是在第一電極層的邊緣區(qū)域與陰極層重疊的隔離層，其可以得到邊緣層的支撐。由此特別地，設(shè)置在隔離層的與第一電極層相背離的側(cè)面上的陽極層，也得到邊緣層的間接支撐。由此，特別是減少了可能在隔離層的重疊區(qū)域中產(chǎn)生的，并且特別是還可能在第二電極層的邊緣區(qū)域產(chǎn)生的彎曲(Abbiegung)。此外，特別是當從外部對電化學電池施加力，特別是施加壓力之后，能夠出現(xiàn)這種彎曲。特別是在制造電化學電池時也可能出現(xiàn)這種情況。邊緣層最好設(shè)置在第一電極層的至少一個側(cè)面上。特別地，邊緣層設(shè)置在導電體會由此處連接到陰極層的、第一電極層的側(cè)面上。導電體因此最好不用活性電極材料涂覆。 就此而言，導電體可以具有比第一電極層的截面厚度(Querschnittsdicke)更小的截面厚度。因為在導電體的區(qū)域內(nèi)使用邊緣層，由此可使導電體的截面厚度與一確定的邊緣層的截面厚度相結(jié)合，成為與在導電體和第一電極層之間的接口區(qū)域的陰極層的截面厚度相當?shù)慕孛婧穸取＿吘墝幼詈弥辽僭O(shè)置在第一電極層的兩個相對的側(cè)面上?；旧?，邊緣層同樣可以被分成多個邊緣層部分，特別是多個互不相連的邊緣層部分。因此可以特別地確保，當陰極層與第二電極層中心對齊時，它們在第二電極層的兩個軸向的突出(Uberstanden)處可借助邊緣層得到支撐。邊緣層最好是環(huán)繞陰極層設(shè)置。由此，圍繞陰極層的環(huán)繞區(qū)域可以被強化。特別地，陽極層因此在邊緣層的環(huán)繞區(qū)域內(nèi)得到支撐。邊緣層可以形成環(huán)繞并特別地支撐陰極層的框架。電極層連同邊緣層最好構(gòu)成復合層。該復合層在此最好具有與連續(xù)的陰極層所擁有的力學特性相同的力學特性。因此，所有由第一電極層的小的平面擴展所造成的缺點可以被彌補。復合層的長度最好與第二電極層的長度相當。復合層的寬度最好與第二電極層的寬度相當。復合層的外圍最好與第二電極層的外圍相當。在此，“相當(entsprechen)”意味著一種廣義的大小概念。其中，特別是理解為制造技術(shù)上的有前提的容許誤差(Toleranz)。更進一步，在兩個長度規(guī)格之間的矯正百分比區(qū)域內(nèi)的誤差是全部可以接受的。相對于幾何表面積，誤差最好是相對小的，特別是小于5%。邊緣層最好具有基本上與第一電極層的截面厚度相當?shù)慕孛婧穸?。邊緣層最好具有大致與第一電極層的硬度相當?shù)挠捕?。憑借特別相似的力學特性、特別相似的彈性和/或可塑性特性，邊緣層可以模擬被擴展的陰極層。特別地，第一層可以是陰極層，以及第二層可以是陽極層。此外，本發(fā)明通過制造通用的電化學電池的方法來解決，其中在電極層的至少一個側(cè)面上設(shè)置邊緣層。邊緣層和第一電極層可以設(shè)置在一個共同的平面上。邊緣層可以設(shè)置在第一電極層的至少一個側(cè)面上，特別是設(shè)置在導電體會由此連接第一電極層的第一電極層的側(cè)面上。邊緣層最好是可以至少設(shè)置在第一電極層的兩個相對的側(cè)面上。進一步優(yōu)選的是，邊緣層可以環(huán)繞第一電極層設(shè)置。優(yōu)選的是，將第一電極層和邊緣層結(jié)合構(gòu)成復合層。在這里參考前述優(yōu)點。本發(fā)明更 多的優(yōu)點、特征和應(yīng)用可能性在以下結(jié)合附圖
來說明。此處展示圖I :以截面圖顯示使用平面構(gòu)造方式的、依據(jù)本發(fā)明的電化學電池；圖2 :以截面圖顯示在設(shè)置邊緣層之前根據(jù)圖I的電化學電池的詳細視圖；圖3 :以截面圖顯示在設(shè)置邊緣層之后根據(jù)圖I的電化學電池的詳細視圖；圖4 a)顯示在設(shè)置邊緣層之前根據(jù)圖I的電化學電池的陰極；b)顯示在設(shè)置邊緣層之前根據(jù)圖I的電化學電池的陰極；以及圖5 a)顯示在設(shè)置邊緣層之前根據(jù)圖I的可選的陰極；b)顯示在設(shè)置邊緣層之后根據(jù)圖I的可選的陰極；c)顯示根據(jù)圖I的電化學電池的陽極。圖I中，顯示依據(jù)本發(fā)明的電化學電池I。電化學電池I包括容納在殼體4內(nèi)部的電極堆棧2。殼體4基本上由兩個用包裝薄膜(Verpackungsfolie)制造的模制件(Formteil)構(gòu)成。這些模制件在熱成型過程中成為它們被描述的形式。此處，殼體4具有針對外加力量的有限的抵抗能力，因此殼體4盡可能被設(shè)計成是有彈性的，以至于所施加的外加力量可以被轉(zhuǎn)移到電極堆棧。由此可以看出，電化學電池I的邊緣區(qū)域FR上的力可能比在中央?yún)^(qū)域Fz上出現(xiàn)的力更大。圖I中不可見的是，多個穿過殼體4延伸的導電體3與電極堆棧2的導電連接。圖2以剖面圖形式顯示了根據(jù)圖I的被放大的電化學電池的電極堆棧2。該電極堆棧2具有多個第一電極層5和多個第二電極層6。電極層5、6被設(shè)計成是平面的并且平行于平面E設(shè)置。第一電極層5和第二電極層6彼此交替地設(shè)置。在每個第一電極層5(上述情況下是陰極層)和每個第二電極層6 (上述情況下是陽極層)之間設(shè)置有隔離層7?？梢钥闯?，導電體3設(shè)置于電極層5、6之外。導電體3的延長部分,在電極層5、6之內(nèi)構(gòu)成電極13、14。此處，在陰極層5內(nèi)設(shè)置陰極13，在陽極層6內(nèi)設(shè)置陽極14。導電體3可以與獨立的電極13、14形成一體；導電體3還可以是與電極13、14分離的，并與它們形成導電連接。陰極層5相比于陽極層6具有較小的平面擴展。因此，可以看出陽極層6在邊緣區(qū)域11中超出陰極層5。由此，在每兩個陽極層6之間會形成縫隙12，其一側(cè)受到陰極層5的側(cè)面9的限制。由于該縫隙12，當垂直于層的每個平面E向陽極層6施加來自外部的力時，不會受到任何抗力的阻礙，以至于陽極層6在邊緣區(qū)域11可以向縫隙12內(nèi)彎曲，這通過虛線指示。這些能夠?qū)е码姌O堆棧上的老化跡象(Alterungserscheinungen)。圖3展示了在設(shè)置了邊緣層8之后根據(jù)圖2的電極堆棧2的剖面圖。其中，可以看出縫隙12全部由聚氨酯制成的邊緣層8填滿。邊緣層8在此被應(yīng)用到陰極層5的一個側(cè)面9處，并且設(shè)置在同一個平面E上作為陰極層。就此而言，陰極層5和邊緣層8構(gòu)成復合層10，它設(shè)置在兩個分開的陽極層6之間。因為縫隙12從現(xiàn)在起由邊緣層8填滿，所以邊緣層8起到提供抗力的作用，并且可以阻止陽極層6向邊緣區(qū)域11中彎曲。邊緣層8還具有與陰極層5的硬度相當?shù)挠捕取＿吘墝?在此起到力學穩(wěn)定的作用，特別是作用在陽極層6上。圖4a)展示了在設(shè)置邊緣層之前的陰極層5。陰極層5具有長度L1和寬度在側(cè)面9中，導電體3連接到陰極。從圖4b)可以看出，在陰極層5的側(cè)面9處應(yīng)用邊緣層8。而在陰極層5的另一個側(cè)面沒有裝配邊緣層8。由此可以看出，由陰極層5和邊緣層8構(gòu)成的復合層10從現(xiàn)在起具有長度L2，此時寬度沒有變化，與陰極層5的寬度相當。圖5b)展示了如圖4所示的本發(fā)明方案的改進方案。根據(jù)圖5b)，在陰極層5上設(shè)置了環(huán)繞陰極層5的邊緣層11，使得由此構(gòu)成了復合層10。不僅復合層10的長度L2，而且復合層10的寬度B2,都比陰極層5的長度L1和寬度B1大。圖5c)中，展示了依據(jù)本發(fā)明的電化學電池的陽極層6的示例。此處，長度1^2相當于復合層10的長度L2。陽極層6的寬度B2相當于復合層10的寬度B2。附圖標記列表I 電化學電池2 電極堆棧3 導電體4 殼體5 陰極層6 陽極層7 隔離層8 邊緣層9 側(cè)面10 復合層11 邊緣區(qū)域12 縫隙13 陰極14 陽極15 活性陰極材料16 活性陽極材料E 平面B 寬度L 長度F 力權(quán)利要求
1.ー種電化學電池(I)，其具有至少ー個設(shè)置在所述電化學電池的殼體(4)內(nèi)部的電極堆棧(2)，其中，所述電極堆棧(2)具有至少ー個第一電極層(5)和ー個第二電極層(6),其中，在所述第一電極層(5)和所述第二電極層(6)之間設(shè)置有隔離層(7)，并且其中，所述第一電極層(5)相比于所述第二電極層(6)具有較小的平面擴展， 其特征在干， 在毗鄰所述第一電極層(5)處設(shè)置有邊緣層(8)，所述邊緣層特別地在力學上是穩(wěn)定的。
2.如權(quán)利要求I所述的電化學電池， 其特征在干， 所述第一電極層(5)和所述邊緣層(8)設(shè)置在同一平面(E)上。
3.如權(quán)利要求I或2所述的電化學電池， 其特征在干， 所述邊緣層(8)至少設(shè)置于所述第一電極層(5)的一個側(cè)面(9)處，特別是設(shè)置在導電體(3)會通過其與所述第一電極層(5)相連的第一電極層的側(cè)面處。
4.如前述權(quán)利要求中至少ー項所述的電化學電池， 其特征在干， 所述邊緣層(8)至少設(shè)置在所述第一電極層(5)的兩個相對的側(cè)面(9)上。
5.如前述權(quán)利要求中至少ー項所述的電化學電池， 其特征在干， 所述邊緣層(8)環(huán)繞所述第一電極層(5)設(shè)置。
6.如前述權(quán)利要求中至少ー項所述的電化學電池， 其特征在干， 所述第一電極層(5)連同所述邊緣層(8) —起形成復合層(10)。
7.如前述權(quán)利要求中至少ー項所述的電化學電池， 其特征在干， 所述復合層(10)的長度(L3)與所述第二電極層(6)的長度(L2)相當。
8.如前述權(quán)利要求中至少ー項所述的電化學電池， 其特征在干， 所述復合層的寬度與所述第二電極層出)的寬度相當。
9.如前述權(quán)利要求中至少ー項所述的電化學電池， 其特征在干， 所述邊緣層(8)具有基本上與所述第一電極層(5)的截面厚度相當?shù)慕孛婧穸取?br> 10.如前述權(quán)利要求中至少ー項所述的電化學電池， 其特征在干， 所述邊緣層(8)具有大約與所述第一電極層(5)的硬度相當?shù)挠捕取?br> 11.如前述權(quán)利要求中至少ー項所述的電化學電池， 其特征在干， 所述第一電極層是陰極層(5)，而所述第二電極層是陽極層(6)。
12.ー種電池組，具有至少ー個如前述權(quán)利要求中至少ー項所述的電化學電池(I)。
13.一種用于制造電化學電池(I)的方法，其中，所述電化學電池(I)具有至少ー個設(shè)置在所述電化學電池的殼體(4)內(nèi)部的電極堆棧(2)，其中，所述電極堆棧(2)具有至少ー個第一電極層(5)和ー個第二電極層(6),其中,在所述第一電極層(5)和所述第二電極層(6)之間設(shè)置有隔離層(7)，并且其中，所述第一電極層(5)相比于所述第二電極層(6)具有較小的平面擴展， 其特征在干， 至少在所述第一電極層的一個側(cè)面上設(shè)置邊緣層(8)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法， 其特征在干， 所述邊緣層(8)和所述第一電極層(5)設(shè)置在同一平面(E)上。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法， 其特征在干， 所述邊緣層(8)至少設(shè)置于所述第一電極層(5)的一個側(cè)面(9)處，特別是設(shè)置在導電體(3)會通過其與所述第一電極層(5)相連的第一電極層的側(cè)面處。
16.如權(quán)利要求13至15中至少ー項所述的方法， 其特征在干， 所述邊緣層(8)至少設(shè)置在所述第一電極層(5)的兩個相對的側(cè)面(9)處。
17.如權(quán)利要求13至16中至少ー項所述的方法， 其特征在干， 所述邊緣層(8)環(huán)繞所述第一電極層(5)設(shè)置。
18.如權(quán)利要求13至17中至少ー項所述的方法， 其特征在干， 所述第一電極層(5)連同所述邊緣層(8) —起組成復合層(10)。
全文摘要
一種電化學電池(1)，其具有至少一個設(shè)置在電化學電池的殼體(4)內(nèi)部的電極堆棧(2)，其中，電極堆棧(2)具有至少一個第一電極層(5)和一個第二電極層(6)，其中，在第一電極層(5)和第二電極層(6)之間設(shè)置隔離層(7)，并且其中，第一電極層(5)相比于第二電極層(6)具有較小的平面擴展，并且其中，在毗鄰第一電極層(5)處設(shè)置特別是在力學上穩(wěn)定的邊緣層(8)。
文檔編號H01M4/13GK102687312SQ201080044377
公開日2012年9月19日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月5日
發(fā)明者喬格·凱瑟, 克勞斯-魯伯特·霍恩桑納 申請人:鋰電池科技有限公司