電化學(xué)存儲器和用于制造電化學(xué)存儲器的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電化學(xué)存儲器（100）。電化學(xué)存儲器（100）包括：疊層（102），該疊層具有陰極層、陽極層和布置在陰極層和陽極層之間的能傳導(dǎo)離子的、用于引導(dǎo)至少一種電解質(zhì)（131、132）的分離層（108）；容納室（302），其布置成在疊層（102）側(cè)面鄰接分離層（108）；和分隔元件（300），其布置在分離層（108）和容納室（302）之間，并設(shè)計用于，當(dāng)疊層（102）中存在過壓時將從疊層（102）溢出的流體引導(dǎo)到容納室（302）中。
【專利說明】電化學(xué)存儲器和用于制造電化學(xué)存儲器的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)存儲器以及一種用于制造這種存儲器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如設(shè)計成蓄電池的鋰離子電池(LIB)目前作為蓄能器應(yīng)用在多種產(chǎn)品中。因此，該蓄電池可以設(shè)計成用于例如來自太陽能電池或風(fēng)力發(fā)電站的電流的蓄能器并應(yīng)用在車輛和電子設(shè)備中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在這種背景下，利用本發(fā)明提出了一種根據(jù)獨立權(quán)利要求所述的電化學(xué)存儲器和用于制造電化學(xué)存儲器的方法。在各個從屬權(quán)利要求和隨后的說明中給出了有利的設(shè)計方案。
[0004]電化學(xué)存儲器可以設(shè)計成疊層狀，例如像由軟包電池已知的那樣。這種電化學(xué)存儲器有利地可以配備有容納室，該容納室例如可以容納電化學(xué)存儲器的電解質(zhì)或者在電化學(xué)存儲器內(nèi)部形成的氣體。
[0005]電化學(xué)存儲器具有如下特征:
疊層，該疊層具有:陰極層、陽極層和布置在陰極層和陽極層之間的能傳導(dǎo)離子的、用于引導(dǎo)至少一種電解質(zhì)的分離層；
容納室，其布置成沿所述分離層 的主延伸軸線的延長部在所述疊層側(cè)面鄰接所述分離層；和
分隔元件，其布置在分離層和容納室之間，并設(shè)計用于，當(dāng)疊層中存在過壓時將從疊層溢出的流體引導(dǎo)至容納室。
[0006]例如，電化學(xué)存儲器一也可以稱為原電池(galvanische Zelle) —例如可以是鋰離子電池(多個串聯(lián)電池單體)、鋰離子蓄電池或鋰-硫-蓄電池或者鋰-空氣-蓄電池。電化學(xué)存儲器例如可以用于驅(qū)動電動車輛或混合動力車輛。在蓄電池中包含卷繞或上下堆疊形式的電極且分別為每個正極和負極配備了觸頭。觸頭大多作為電極上的金屬箔或金屬條帶。在此，電極大多形式為被活性材料涂層的金屬箔。陰極、即正極在鋰離子蓄電池中大多設(shè)計成被涂層的鋁箔，負極、即陽極大多為被涂層的銅箔。例如電極可以被雙側(cè)涂層以及以雙股形式卷繞或堆疊，從而始終是正極處于分離器上而在分離器的另一側(cè)上為另一個電極的負極。根據(jù)電極的厚度，電極疊層的長度和疊層的寬度分別顯著大于疊層的厚度，尤其當(dāng)陰極和陽極上的電極厚度僅為小的10 μ m時。在具有形成電極的銅箔和鋁箔以及分離器的情況下，形成了電池單體的單元的厚度例如僅為100 μ m至200 μ m。如果形成電池單體的多個單元在疊層中并聯(lián)，則例如疊層的厚度約為1mm至10_。則如此并聯(lián)的疊層位于電化學(xué)存儲器的形成電觸頭的主電流導(dǎo)體之間。因此，電化學(xué)存儲器可以為具有兩個彼此對置的大面積的主側(cè)面和環(huán)繞的窄的邊緣側(cè)的平面電池單體。在此像上文所述，電化學(xué)存儲器的電連接觸頭布置在電化學(xué)存儲器的兩個主側(cè)面上和進而位于彼此對置的側(cè)面上。[0007]因此，陰極層、陽極層和分離層可以為相應(yīng)矩形的層，所述層具有分別兩個對置的大尺寸的主平面以及分別四個連接兩個主側(cè)面的小尺寸的側(cè)面。側(cè)面在幾何上可以通過形成電池單體的并聯(lián)的單元的四個層形成。陰極層、陽極層和分離層可以具有相同大小，且在疊層中如此上下疊置，即它們?nèi)?，且其主平面彼此朝向。陰極層可以由活性陰極材料層和布置在其上的電流導(dǎo)體層組成，其中可以形成活性陰極材料層，以便與電化學(xué)存儲器的電解質(zhì)接觸而釋放陰離子。因此，陰極層可以如此布置在疊層中，即活性陰極材料層朝向分離層且電流導(dǎo)體層形成了疊層的第一終端負載。陽極層也可以由活性陽極材料層和布置在其上的另一個電流導(dǎo)體層組成，其中可以形成活性陽極材料層，以便與電化學(xué)存儲器的電解質(zhì)接觸而釋放陽離子?；钚躁枠O材料層例如可以是鋰-石墨、鋰金屬或鋰-硅-合金。陽極層可以如此布置疊層中，即活性陽極材料層朝向分離層且另一個電流導(dǎo)體層形成了第二終端負載。在陽極層和分離層之間，將可以引導(dǎo)離子的、不可燃的、多孔保護層插入到疊層中。電流導(dǎo)體層和另一個并聯(lián)的電流導(dǎo)體層可以由金屬或碳或?qū)щ姴牧辖M成，并設(shè)計用于將利用電解質(zhì)產(chǎn)生的電流從陰極層和陽極層的觸頭向外引導(dǎo)。布置在陰極層和陽極層之間的分離層可以由固體材料制成且用于在空間上分離陰極和陽極。分離層是能傳導(dǎo)離子的，以便能夠?qū)崿F(xiàn)陽極和陰極之間的離子運動。分離層的材料可以是多孔的或不透的。電解質(zhì)可以是化合物，該化合物能以固態(tài)或液態(tài)聚集狀態(tài)存在。為了使離子從陰極層和陽極層脫離并進而實現(xiàn)離子流經(jīng)分離層，可以使用一種或多種電解質(zhì)。分離層可以設(shè)計成如此引導(dǎo)所述一種或多種電解質(zhì)，即電解質(zhì)接觸陽極層和陰極層，或者一種電解質(zhì)接觸陰極層而另一種電解質(zhì)接觸陽極層。分離層也可以接納或者包含以及部分包含電解質(zhì)。
[0008]容納室可以是封閉的腔室，所述腔室設(shè)計用于在激活分隔元件的情況下接納來自疊層的電解質(zhì)的整個體積或部分體積。相應(yīng)地，容納室可以具有與處于疊層中的電解質(zhì)量的體積相應(yīng)的尺寸。因此，容納室可以是電解質(zhì)容納室。附加地或可選地，容納室可以設(shè)計成，接納在疊層內(nèi)產(chǎn)生的氣體。在此，容納室的外壁可以與疊層固定連接，從而確保了，在過壓的情況下流體僅可以在分隔元件處離開疊層。在此，外壁例如可以設(shè)計成穩(wěn)定的金屬面或者穩(wěn)定的金屬框架或者穩(wěn)定的金屬殼體。此外，容納室可以具有吸收電解質(zhì)的介質(zhì)或者說器件(Mittel)。為了使得在干擾情況下流體從疊層溢出到容納室中變得容易，容納室可以緊鄰布置電池單體之下。
[0009]分隔元件可以設(shè)計成，在電化學(xué)存儲器(功能)正常時以相對于容納室流體密封的方式封閉疊層以及當(dāng)電池單體故障時例如通過壓力或加熱方式來激活，從而能夠使流體從疊層流到容納室中。激活尤其可以通過下述方式實現(xiàn):由于電池單體中的故障產(chǎn)生的過壓而使分隔元件打開。也可以將額定斷裂裝置、例如像壁厚較薄的元件或者密封的預(yù)先打孔的路段裝入到分隔壁中。
[0010]陰極層、陽極層和分離層可以沿疊層的疊層軸線上下疊置地堆疊。分離層的主延伸軸線可以取向為橫向于疊層軸線。因此，容納室可以布置在疊層的基面之外。分隔元件可以布置在分離層的、與陰極層和陽極層鄰接的區(qū)域和容納室之間。分隔元件也可以在分離層的邊緣區(qū)域中毗鄰分離層的上側(cè)。
[0011]例如形式為電池單體的電化學(xué)存儲器和其中包含的電解質(zhì)的實施方案的特征在于，可以由此確保電化學(xué)存儲器的安全運行，即電解質(zhì)和產(chǎn)生的氣體可以朝著側(cè)面通過分隔元件排出到一空間中或者作為容納室的吸收件中。[0012]因此，實現(xiàn)了在電化學(xué)存儲器故障時電解質(zhì)材料能極迅速地通過分離器中的通道排出到容納室中。相應(yīng)地可以如此增大電解質(zhì)電阻，即大的電流不能再流過電池單體，因為電池單體隨后變得干燥。此外還可以有利地避免電解質(zhì)經(jīng)歷在陰極材料處的氧化轉(zhuǎn)換。通過這種排空還可以阻止過度地壓力形成并進而阻止電池單體的分層。
[0013]根據(jù)此處提出的方案可以實現(xiàn)特別牢固且安全地構(gòu)造的電池單體，該電池單體也可以至少部分地包括固態(tài)的能傳導(dǎo)離子的分離器或者固體電解質(zhì)。
[0014]因此根據(jù)此處提出的構(gòu)想制成的、在結(jié)構(gòu)上可以與軟包電池類似的原電池可以功能強大且穩(wěn)定地構(gòu)成，而且盡管如此在很大程度上具有帶保險膜片的實心金屬殼體電池單體的功能性和安全性。
[0015]根據(jù)一種實施方案，電化學(xué)存儲器的分離層可以為固體電解質(zhì)。額外地或附加地，分離層可以為用于接納流體電解質(zhì)的固體。因此，可以根據(jù)不同的實施方案使用不同的電解質(zhì)。
[0016]為了引導(dǎo)電解質(zhì)，分離層具有多個通道或者敞開的彼此連接的孔，所述通道或孔至少部分地朝著容納室取向。通過通道可以將電解質(zhì)從電池單體引導(dǎo)至腔室中或隔開的空間元件中。例如，通道可以均勻間隔地彼此平行地且朝著分離層的縱邊棱延伸越過分離層的總長度。因此，可以簡單地確保一種或多種電解質(zhì)相對于陰極和陽極的與分離層鄰接的主表面均勻地分布，并且相應(yīng)地確保離子均勻地流經(jīng)分離層。此外，這些通道同時允許了一例如液態(tài)的一電解質(zhì)朝著側(cè)面特別容易地進入以及排出至容納室中。即使在利用電解質(zhì)材料填充電池單體時，迅速的且擠壓空氣的進入也能以成本下降方式起作用。
[0017]根據(jù)分離層的不同的實施方案，通道位于內(nèi)部地布置在分離層中和/或分離層的表面上。通道可以位于內(nèi)部地形成管道或?qū)酉到y(tǒng)。當(dāng)布置在表面上時，通道可以布置在分離層的一個或兩個主平面上。當(dāng)使用兩種電解質(zhì)時，可以在一個主平面上引導(dǎo)一種電解質(zhì)，而在分離層的對置的主平面上引導(dǎo)另一種電解質(zhì)。在表面上通道可以設(shè)計成凹部，該凹部可以具有凹槽或縫隙形狀。形式為小溝的表現(xiàn)形式也是可行的。
[0018]可選地，分離層也可以僅具有唯一一個通道用于引導(dǎo)電解質(zhì)。
[0019]根據(jù)一種實施方案，分隔元件可以具有在分離層的突出部和容納室的外壁之間的至少一個附著連接部。該至少一個附著連接部可以設(shè)計用于承受小于過壓的壓力。例如，分離層的突出部可以為漸縮的，以便減弱流體朝向容納室流動。例如，附著連接部可以通過容納室的外壁與分離層的突出部粘合或焊接形成。因此，可以在使用本來就存在的電化學(xué)存儲器元件且省略額外的部件的情況下簡單地且價廉地提供分隔元件。
[0020]根據(jù)另一種實施方案，電化學(xué)存儲器可以具有卸壓元件，該卸壓元件與容納室的外壁的、具有額定斷裂點的區(qū)域耦聯(lián)。該卸壓元件可以設(shè)計用于接納經(jīng)由額定斷裂點從容納室溢出的流體。卸壓元件的形式可以設(shè)計成保險罩或膨脹的盤片。這種實施方案的優(yōu)點在于，可以額外地卸載電化學(xué)存儲器的形成壓力的成分，并且在危險情況下形成壓力的成分、即例如電解質(zhì)可以受控地向外排出。
[0021]電化學(xué)存儲器還可以具有向外覆蓋陰極層的陰極的殼體層以及向外覆蓋陽極層的陽極的殼體層。因此，通常承載電流的觸頭的引線可以朝著側(cè)面或者直接通過側(cè)表面構(gòu)成。在此，陰極的殼體層可以與陰極層材料配合地連接且電連接并形成電化學(xué)存儲器的第一電觸頭。陽極殼體層可以與陽極層材料配合地連接且電連接并形成電化學(xué)存儲器的第二電觸頭。殼體層可以剛性地或者柔性地構(gòu)成。通過殼體層可以如此以本發(fā)明的這種特殊形式電接觸該電化學(xué)存儲器。
[0022]陰極的殼體層的材料配合連接和電連接可以借助于陰極層的電流導(dǎo)體層形成，并且陽極的殼體層的材料配合連接和電連接可以借助于陽極層的另一個電流導(dǎo)體層的電流導(dǎo)體層形成。陰極殼體層和陽極殼體層可以由金屬制成且例如設(shè)計成U形金屬板件。陰極殼體層和陽極殼體層可以如此設(shè)計，即它們完全跨接了陰極層或陽極層。陰極殼體層和陰極層之間以及陽極殼體層和陽極層之間的材料配合連接和電連接、即導(dǎo)電連接例如可以通過壓緊、粘合或焊接形成。這種實施方案的優(yōu)點在于，陰極殼體層和陽極殼體層形成蓄電池單體的似乎氣密的殼體板，從而可以降低成本地節(jié)省了單個的另一個單獨的殼體。同樣可以降低成本地省去引線，因為陰極殼體層和陽極殼體層已經(jīng)形成了電觸頭。
[0023]此外，電化學(xué)存儲器可以具有連接裝置，該連接裝置具有第一連接元件和第二連接元件。在此第一連接元件可以形成用于側(cè)向包圍疊層，從而使陰極層、陽極層和分離層的邊緣區(qū)域彼此連接。在此，第二連接元件可以形成用于如此包圍陰極殼體層和陽極殼體層，使得固定了陰極殼體層和陽極殼體層之間的空間距離。相應(yīng)地，第一連接元件可以環(huán)繞地、例如環(huán)形地形成，并具有疊層的高度。利用第一連接元件可以實現(xiàn)，疊層的各個元件不相對彼此移動且實現(xiàn)了疊層的良好的邊棱密封以及疊層內(nèi)部的附著。相應(yīng)地第一連接元件也可以稱為密封體。例如，陰極殼體層和陽極殼體層可以除了陰極層和陽極層之外還如此跨接第一連接元件的部分區(qū)域，即它們不彼此接觸。通過這種方式還可以盡可能地改善疊層的氣密密封。第二連接元件也可以環(huán)繞地形成，例如形成了環(huán)形件。通過第二連接元件可以使得在任何情況下都保持遵守陰極殼體層和陽極殼體層之間的安全尺寸。這種安全尺寸可以約為I至10mm。第一連接元件和第二連接元件可以由非導(dǎo)電材料制成并且以粘合和吸收力的方式連接在疊層或者說殼體層上。因此，第二連接元件尤其具有額外的優(yōu)點，即將陰極殼體層和陽極殼體層的接觸面限制為預(yù)定的尺寸。
[0024]用于制造電化學(xué)存儲器的方法具有如下步驟:
如此上下堆疊陰極層、陽極層和能傳導(dǎo)離子的、用于引導(dǎo)至少一種電解質(zhì)的分離層，使得分離層布置在陰極層和陽極層之間，以便形成疊層；和
在陰極層上安裝能導(dǎo)電的陰極殼體層，以便向外覆蓋陰極層并從外部能電接觸該陰極層；以及在陽極層上安裝能導(dǎo)電的陽極殼體層，以便向外覆蓋陽極層并從外部能電接觸該陽極層。
[0025]根據(jù)一種實施方案，所述方法還可以包括下述步驟:將電解質(zhì)注入到疊層中；將容納室布置在疊層側(cè)面且鄰接分離層；以及使分離層的邊緣區(qū)域與容納室的壁附著地連接。通過步驟一附著地連接可以在分離層和容納室之間形成分隔元件，該分隔元件設(shè)計用于當(dāng)疊層中存在過壓時將從疊層溢出的流體引導(dǎo)到容納室中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]下面根據(jù)附圖示例性詳細描述本發(fā)明。附圖示出:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電化學(xué)存儲器的橫截面；
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電化學(xué)存儲器的分離層的一部分；
圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電化學(xué)存儲器的分離層的一部分； 圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電化學(xué)存儲器的分離層的一部分；
圖3以俯視圖示出了圖1中根據(jù)本發(fā)明的實施例的電化學(xué)存儲器的縱剖面；
圖4示出了圖1中根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電化學(xué)存儲器的另一個縱剖面的一部分；以及
圖5示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的實施例的電化學(xué)存儲器的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]在下文對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述中，對不同附圖中示出的起類似作用的元件使用了相同或類似的附圖標(biāo)記，其中省去了對這些元件的重復(fù)描述。
[0028]下面圖1至4直觀地描述了具有儲備腔和內(nèi)置電極的平面電池單體的可靠的結(jié)構(gòu)，其具有殼體功能。
[0029]圖1示出了電化學(xué)存儲器或電池單體100的實施例的橫截面。電化學(xué)存儲器100在此是平面鋰離子蓄電池單體?？蛇x地，其也可以是鋰蓄電池單體或其它電化學(xué)系統(tǒng)的電池單體。由圖示可以看出，電化學(xué)存儲器100具有帶倒圓的邊棱的矩形橫截面，因此從外觀上看與軟包電池(Pouch-Zelle)類似。然而電化學(xué)存儲器100的外殼是固定的。
[0030]圖1中示出了疊層102，其由陰極層104、陽極層106和分離層108組成。陰極層104由與分離層108相鄰的活性陰極材料層110和在一端部封閉疊層102的電流導(dǎo)體層112組成。陽極層106由活性陽極材料層114和在對置端部封閉疊層102的另一個電流導(dǎo)體層116組成。在活性陽極材料層114和分離層108之間插入傳導(dǎo)離子的保護層118?；钚躁枠O材料層114和保護層118的邊緣區(qū)域由陽極密封層120包圍。疊層102完全被連接裝置124的第一連接元件122包圍。此外，電化學(xué)存儲器100包括陰極的、例如根據(jù)本發(fā)明能導(dǎo)電的殼體層126和陽極的、例如根據(jù)本發(fā)明能導(dǎo)電的殼體層128。由圖1的圖示可明確看出，陰極的殼體層126延伸通過疊層102的上側(cè)并且此外延伸直至通過第一連接元件122的上半部。陽極的殼體層128延伸通過疊層102的下側(cè)并通過第一連接元件122的下半部的部分區(qū)域。從而確保了，一方面氣密地封閉陰極層104和陽極層106，另一方面陰極層和陽極層可以通過層128和126最佳地進行電接觸。電絕緣連接裝置124的第二電絕緣連接元件130最終包圍陰極的殼體層126和陽極的殼體層128，從而可靠地封固了所有位于電化學(xué)存儲器100的環(huán)狀第二連接元件130內(nèi)部的元件，并且此外確保了，陰極的殼體層126和陽極的殼體層128彼此不接觸。
[0031]圖1的圖不表明，陰極的殼體層126安置在厚度小于陰極的殼體層126的電流導(dǎo)體層112上。電流導(dǎo)體層112直接與活性陰極材料110連接。陰極的殼體層126由金屬制成且通過壓緊、粘合或焊接的方式導(dǎo)電地安置在電流導(dǎo)體層112上，該電流導(dǎo)體層也可以由金屬制成，或者由碳或?qū)щ姴牧现瞥伞Ｒ虼?，陰極的殼體層可以稱為陰極外部電流導(dǎo)體126，而電流導(dǎo)體層可以稱為陰極內(nèi)部電流導(dǎo)體112。
[0032]陽極的殼體層128安置在厚度小于陽極的殼體層128的另一個電流導(dǎo)體層116上。另一個電流導(dǎo)體層116直接與活性陽極材料114連接。陽極的殼體層128通過壓緊、粘合或焊接的方式導(dǎo)電地安置在另一個電流導(dǎo)體層116上，該另一個電流導(dǎo)體層同樣可以由金屬制成，或者由碳或?qū)щ姴牧现瞥?。因此，陽極的殼體層可以稱為陽極外部電流導(dǎo)體128，而另一個電流導(dǎo)體層可以稱為陽極內(nèi)部電流導(dǎo)體116。因此，電池單體100的組件形成了一由下述元件組成的復(fù)合結(jié)構(gòu):陰極104，其由電流導(dǎo)體112和活性材料110組成；陽極106，其由內(nèi)部電流導(dǎo)體116和活性陽極材料114組成；活性陽極材料114上的傳導(dǎo)離子的保護層118 ;分離層或者簡寫為分離器108，其由傳導(dǎo)離子的多孔的或密封的傳導(dǎo)離子的材料或者由固態(tài)的離子導(dǎo)體和粘合劑形成的混合材料組成；以及陽極密封層120，其側(cè)向地密封了陽極106和保護層118的邊棱。這些元件通過也可以稱為密封體的第一連接元件122以粘合方式和吸收力的方式彼此連接，從而電池單體組件108、110、112、114、116、118、120的復(fù)合結(jié)構(gòu)形成了具有良好的邊棱密封和附著的層壓單元。該層122被外部電流導(dǎo)體126和128覆蓋，從而這些層不彼此接觸且與所述層或者說第一連接元件122形成了氣密的和吸收力的粘合連接。此外，為了使兩個外部電流導(dǎo)體126和128幾何分離而設(shè)置了外部粘合環(huán)或者說第二連接元件130，從而外部電流導(dǎo)體126和128的距離達到了在實踐中已證明為安全的約I至IOmm的距離尺寸。
[0033]像在圖1中示出的那樣，該復(fù)合結(jié)構(gòu)100被一種一在此為液態(tài)的一電解質(zhì)131、132填充?？蛇x地，電池單體100也可以由兩種液態(tài)的電解質(zhì)131、132—用于陽極106的電解質(zhì)132和用于陰極104的電解質(zhì)131—填充。分離層108的任務(wù)是如此引導(dǎo)電解質(zhì)131、132，使得迅速且均勻地分配電解質(zhì)。在下面的附圖中仍將更詳細地探討這一點。
[0034]圖2A以透視圖示出了圖1中根據(jù)本發(fā)明的實施例的電化學(xué)存儲器100的分離層108的一部分。由該圖示可明確看出，布置在陰極和陽極之間的分離層108在其上側(cè)和下側(cè)上具有通道200，在該實施例中該通道設(shè)計成凹槽形式的凹部。圖2A的圖示示出了，凹槽200延伸至分離層108的外邊棱202。
[0035]圖2B中示出了用于布置在分離層108的上側(cè)中的通道200的另一種實施例。又以透視圖示出了分離器108的一部分。在此，在上側(cè)中的凹部200設(shè)計成縫隙。然而在附圖中未示出的形式為小溝(Noppengraben)的實施方按也是可行的。
[0036]圖2C以另一個透視圖示出了圖1中電化學(xué)存儲器100的分離層108的另一個實施例的一部分。在此，通道200通過位于分離器108內(nèi)部的側(cè)向地通到外部的管系統(tǒng)或?qū)酉到y(tǒng)形成，為了清晰起見其中僅一個通道具有附圖標(biāo)記。
[0037]通道200的總體積可以為分離層108的厚度的1/100直至1/10或者直至1/5。
[0038]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1中電化學(xué)存儲器100的沿圖1中線A-A的縱剖面。電化學(xué)存儲器100設(shè)計成電池單體。在電化學(xué)存儲器100的這個視圖中可清楚地看到，連接單元124的第一連接元件122如何包圍疊層102，以及連接單元124的第二連接元件130如何封閉地包圍陰極的殼體層126和陽極的殼體層128。還可以特別清楚地看出，分離層108的通道200平行地且沿電池單體100的縱向方向延伸至分離層108的外邊棱202，由此當(dāng)在疊層102的兩個對置的短邊之一上注入電解質(zhì)之后，可以實現(xiàn)電解質(zhì)的特別迅速且均勻的分布。電化學(xué)存儲器100具有一連接在圖3的圖示中分離層108的下邊棱202上的分隔元件300，該分隔元件也可以稱為分隔壁或保險壁(Berstwand)。分隔元件300使分離層108與容納室302連接，根據(jù)該實施例，所述容納室具有卸壓元件304。在下面的圖4中仍將更詳細地討論電化學(xué)存儲器100的最后提到的元件。
[0039]圖4以沿圖3中線B-B的縱剖視圖示出了圖3中電化學(xué)存儲器100的一部分。在此在疊層102的右側(cè)示出在圖3的圖示中在下部示出的容納室302。
[0040]在圖4中示出的實施例中，位于分離層108的外邊棱202上的分隔元件300或者說分隔或保險壁300設(shè)計成雙層膜，其具有吸收力的連接部。雙層膜在此通過容納室302的外壁400提供，外壁的一個區(qū)域逐點地與分離層108的突出部402重疊。例如設(shè)計有凹槽的分離器108在突出部402上不具有凹槽，且此處在其層厚度方面較薄。重疊區(qū)域在此形成了分隔元件300。只要電池單體100中不存在過壓，則兩個附著連接部404以上側(cè)和下側(cè)流體密封的方式使突出部402與容納室302的外壁400的對置區(qū)域相連接。也就是說在電化學(xué)存儲器100功能良好時沒有電解質(zhì)從疊層102泄漏到容納室302中。容納室302的外壁400的漸縮的端部區(qū)域或唇口 406通過粘合連接部408與陽極內(nèi)部電流導(dǎo)體116和陰極內(nèi)部電流導(dǎo)體112連接。這種粘合連接部408是非常牢固的。
[0041]在容納室302的外壁400和分離層108的突出部402之間的附著連接部404如此形成，使得該附著連接部能通過電池單體100中的過壓和進入到室302中相應(yīng)的壓力而略微打開。電池單體100中的過壓例如可能是由于故障引起的電池單體100過熱的后果。如果附著連接部404由于因為電池單體100中的過壓而作用于分隔元件300的壓力打開，則出現(xiàn)了一種電解質(zhì)131、132或多種電解質(zhì)131、132從疊層102快速溢出到容納室302中。在圖4中示出的實施例中，為了優(yōu)化該過程利用吸收電解質(zhì)131、132的介質(zhì)410填充容納室302。如果液體、即電解質(zhì)131、132被發(fā)送到容納室302中，則位于容納室302中的剩余氣體進入到電池單體體部或疊層102中取代電解質(zhì)131、132，像從圖3的圖示中清楚看出的那樣，該容納室適合地處于電池單體100之下。因此，通過這種交換使得該電池單體100在故障時立即變?yōu)楦咦璧?，且同樣使電解質(zhì)131、132在陰極材料110上不經(jīng)歷氧化轉(zhuǎn)換。
[0042]在圖4中示出的實施例中，容納室302的尺寸至少和位于電池單體100中的電解質(zhì)量相當(dāng)。當(dāng)分離器108根據(jù)一種實施例由固體電解質(zhì)組成或由具有固體電解質(zhì)的混合系統(tǒng)組成時,則為了更好地與電極材料110、114、118接觸而添加的一種電解質(zhì)131、132或者添加的兩種電解質(zhì)131、132隨后可以非常迅速地排出到室302中并因此增大了電解質(zhì)電阻，如此使得不再有大的電流能流經(jīng)電池單體100，因為該電池單體變得干燥。根據(jù)本發(fā)明，這種排空還具有下述功能:即這種排空阻止了壓力形成并進而阻止了電池單體100分層，因為通過粘合在側(cè)面上利用連接元件和密封件實現(xiàn)的復(fù)合結(jié)構(gòu)按照功能僅承受比實心的、厚壁的空殼體更小的壓力。
[0043]根據(jù)該實施例，圖4中示出的容納室302還具有卸壓元件304。該卸壓元件304在此設(shè)計成泄壓的保險罩(Berstkappe),然而也可以設(shè)計成盤片或膨脹的(aufblasend)盤片。卸壓元件304與容納室302的外壁400的額定斷裂點410耦聯(lián)，提供了額外的泄壓并且再次附加地保護了電池單體復(fù)合結(jié)構(gòu)100避免受到形成壓力的成分的損害。在危險情況下卸壓元件304可以向外釋放形成壓力的成分。
[0044]根據(jù)前面描述的附圖使本領(lǐng)域技術(shù)人員得知，在結(jié)構(gòu)上與軟包電池類似的電池單體100可以設(shè)計成特別高效穩(wěn)定且在很大程度上可以具有實心金屬殼體電池單體的功能性和安全性，該金屬殼體電池單體具有保險膜片。要指出的是，外部電流導(dǎo)體126、128借助于粘合連接部和邊棱連接部404、408精確地包圍容納室302且接納電池單體厚度的約20%至30%的小的膨脹。
[0045]圖5示出了用于制造電化學(xué)存儲器的方法500的實施例的流程圖。在步驟502中陰極層、陽極層和傳導(dǎo)離子的分離層如此重疊地布置，使得它們形成了盡可能疊合的或者說全等的(deckungsgleich)元件的疊層。分離層在此布置在陰極層和陽極層之間且設(shè)計用于引導(dǎo)電解質(zhì)。在隨后的步驟504中，將能導(dǎo)電的陰極的殼體層安置到陰極層上，而將能導(dǎo)電的陽極的殼體層安置到陽極層上。因此，各個位于之下的電極層一方面像通過殼體一樣被覆蓋和保護，且另一方面可電接觸。在安置了連接裝置以用于使得疊層流體密封以及使疊層的各個元件彼此連接之后，在步驟506中通過在疊層中仍存在的貫通開口將電解質(zhì)注入到分離層和電極之間的區(qū)域中。在步驟508中容納室被布置在疊層的側(cè)面且鄰接分離層、例如鄰接貫通開口。步驟510包括:使分離層的邊緣區(qū)域與容納室的壁附著地連接。利用該步驟例如可以封閉貫通開口，并形成分隔元件，該分隔元件設(shè)計用于，在疊層中存在過壓時將從疊層溢出的電解質(zhì)引導(dǎo)到容納室中。
[0046]所述的和附圖中示出的實施例僅是示意性被選出的。不同的實施例可以完全或者基于各個特征彼此組合。一個實施例也可以通過另一個實施例的特征來補充。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法步驟可以重復(fù)并且以與所述順序不同的順序執(zhí)行。
【權(quán)利要求】
1.電化學(xué)存儲器(100)，包括如下特征: 疊層(102)，所述疊層具有:陰極層(104)、陽極層(106)和布置在所述陰極層和所述陽極層之間的能傳導(dǎo)離子的、用于引導(dǎo)至少一種電解質(zhì)(131、132)的分離層(108)； 容納室(302)，其布置成沿所述分離層的主延伸軸線的延長部在所述疊層側(cè)面鄰接所述分離層；和 分隔元件(300)，其布置在所述疊層和所述容納室之間，并設(shè)計用于，當(dāng)所述疊層中存在過壓時將從所述疊層溢出的流體引導(dǎo)到所述容納室中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)存儲器(100)，其中所述分離層(108)設(shè)計成固體電解質(zhì)或者用于吸收液態(tài)電解質(zhì)(1 31、132)的固體。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電化學(xué)存儲器(100)，其中為了引導(dǎo)所述電解質(zhì)(131、132)，所述分離層(108)具有多個通道或者敞開的彼此連接的孔(200)，所述通道或者孔至少部分地朝向所述容納室(302 )取向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)存儲器(100)，其中所述通道(200)位于內(nèi)部地布置在所述分離層(108)中和/或所述分離層的表面上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電化學(xué)存儲器(100)，其中所述分隔元件(300)具有在所述分離層(108)的突出部(402)和所述容納室(302)的外壁(400)之間的至少一個附著連接部(404)，其中所述至少一個附著連接部設(shè)計用于承受小于過壓的壓力。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電化學(xué)存儲器(100)，所述電化學(xué)存儲器具有卸壓元件(304)，所述卸壓元件與所述容納室(302)的所述外壁(400)的、具有額定斷裂點(412)的區(qū)域耦聯(lián)，并且設(shè)計用于接納經(jīng)由所述額定斷裂點從所述容納室溢出的流體。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電化學(xué)存儲器(100)，所述電化學(xué)存儲器還具有向外覆蓋所述陰極層(104)的陰極的殼體層(126)以及向外覆蓋所述陽極層(106)的陽極的殼體層(128)，其中所述陰極的殼體層與所述陰極層材料配合地連接且電連接并且形成了所述電化學(xué)存儲器的第一電觸頭，以及所述陽極的殼體層與所述陽極層材料配合地連接且電連接并且形成了所述電化學(xué)存儲器的第二電觸頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電化學(xué)存儲器(100)，所述電化學(xué)存儲器還具有連接裝置(124)，所述連接裝置具有第一連接元件(122)和第二連接元件(130)，其中所述第一連接元件形成用于側(cè)向地包圍所述疊層(102)，以便使所述陰極層(104)、所述陽極層(106)和所述分離層(108)的邊緣區(qū)域彼此連接，以及所述第二連接元件形成用于如此包圍所述陰極的殼體層和所述陽極的殼體層，使得固定了在所述陰極的殼體層和所述陽極的殼體層之間的空間距離。
9.用于制造電化學(xué)存儲器(100)的方法(500)，具有如下步驟: 如此上下堆疊(502)陰極層(104)、陽極層(106)和能傳導(dǎo)離子的用于引導(dǎo)至少一種電解質(zhì)(131、132)的分離層(108)，使得所述分離層布置在所述陰極層和所述陽極層之間，以便形成疊層(102);和 在所述陰極層上安裝(504)能導(dǎo)電的陰極的殼體層，以便向外覆蓋所述陰極層并且能與其電接觸；以及在所述陽極層上安裝能導(dǎo)電的陽極的殼體層，以便向外覆蓋所述陽極層并且能與其電接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法(500)，所述方法還包括下述步驟:將所述電解質(zhì)(131、132)注入(506)到所述疊層(102)中;將容納室(302)布置(508)在所述疊層側(cè)面且鄰接所述分離層(108);使所述分離層的邊緣區(qū)域與所述容納室的壁附著地連接(510)，以便在所述 分離層和所述容納室之間形成分隔元件(300)，所述分隔元件設(shè)計用于當(dāng)所述疊層中存在過壓時將從所述疊層溢出的流體引導(dǎo)到所述容納室中。
【文檔編號】H01M10/04GK103545543SQ201310295087
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月13日
【發(fā)明者】B.舒曼 申請人:羅伯特·博世有限公司