CN102449810A - 卷绕电极 - Google Patents

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Abstract

一种基本上圆柱形构造的卷绕电极(3)，所述卷绕电极(3)至少具有：阳极电极(5)，阴极电极(6)和至少部分地布置在所述电极(5、6)之间的隔膜(4)，其特征在于，隔膜由具有至少一个陶瓷材料组成部分的材料制成。

Description

卷绕电极
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的卷绕电极。本发明结合用于为机动车供电的锂离子电池进行描述。应指出的是本发明也可独立于化学特性、卷绕电极构造或被供电的驱动器类型而使用。
背景技术
从现有技术中已知了卷绕电极或原电池，在机械损坏或过热的情况下所述卷绕电极或原电池不可控地释放所存储的能量。因此可能危害环境。
发明内容
本发明的任务是更安全地构造卷绕电极或带有卷绕电极的原电池。
此任务通过带有权利要求1的特征的卷绕电极解决。优选的和有利的扩展是从属权利要求的主题。带有至少一个根据本发明的电极堆叠的原电池的优选应用是并列权利要求的主题。
为解决此任务，提供了基本上圆柱形构造的卷绕电极。卷绕电极具有至少一个阳极电极、至少一个阴极电极和至少一个隔膜。隔膜至少部分地布置在所述电极之间。卷绕电极的特征在于，隔膜由具有至少一个陶瓷材料组成部分的材料制成。
在本发明的意义中，卷绕电极也理解为用于存储化学能且释放电能的装置，特别是原电池的组件。在释放电能前，所存储的化学能被转化为电能。在充电期间，提供给卷绕电极或原电池的电能被转化为化学能且被存储。为此，卷绕电极具有多个层，至少一个阳极层、至少一个阴极层和至少一个隔膜层。所述层相互叠置或堆叠，其中隔膜层至少部分地布置在阳极层和阴极层之间。卷绕电极的层被卷起，特别地围绕芯被卷起。从所述芯底面或端面出发，卷绕电极垂直地沿所述芯纵向轴线延伸。优选地，卷绕电极的底面基本上为圆形或多边形，特别地为六边形。优选地，底面的角部被倒角。
在本发明的意义中，原电池也理解为用于存储化学能且释放电能的设备。为此，根据本发明的原电池具有至少两个电极和至少一个电解质。特别地，原电池可构造为在充电时接收电能，将其转化为化学能且存储。在此，也称为次级电池或蓄电池。
在本发明的意义中，阳极层或阳极理解为在充电时接收电子和/或带正电的离子的装置，特别地存储在中间晶格位置内。优选地，阳极形成为薄壁，特别地优选地阳极的厚度小于其外周5％。优选地，阳极具有金属薄膜或金属网结构。优选地，阳极基本上形成为矩形。
在本发明的意义中，阴极层或阴极理解为在放电时或在释放电能期间也接收电子和/或带正电的离子的装置。优选地，阴极形成为薄壁，特别地优选地阴极的厚度小于其外周5％。优选地，阴极具有金属薄膜或金属网结构。优选地，卷绕电极的阴极的构造基本上对应于阳极的构造。阴极也设置成用于与阳极或与电解质进行电化学相互作用。
优选地，卷绕电极的至少一个电极，特别地优选地至少一个阴极具有化学式为LiMPO4的化合物，其中M至少是元素周期表中第一列过渡金属。过渡金属优选地从包括Mn、Fe、Ni和Ti或所述元素的组合的组中选择。化合物优选地具有橄榄石结构，优选为重叠布置(übergeordnetes)的橄榄石。
在另一实施形式中，优选地，卷绕电极的至少一个电极，特别优选地至少一个阴极具有锰酸锂(优选为尖晶石类型的LiMn2O4)、钴酸锂(优选为LiCoO2)、或镍酸锂(优选为LiNiO2)，或由两个或三个所述氧化物组成的混合物或含有锰、钴和镍的锂混合氧化物。在本发明的意义中，隔膜也理解为将阳极与阴极分开且间隔开的电绝缘装置。优选地，隔膜层施加在阳极和/或阴极上。隔膜层或隔膜也至少部分地吸附电解质，其中电解质优选地含有锂离子。电解质也与电极堆叠的相邻的层进行电化学相互作用。优选地，隔膜的构造基本上对应于卷绕电极的阳极的构造。
根据本发明，隔膜(在下文中称为“陶瓷隔膜”)由金属制成，该金属至少具有一个由陶瓷材料制成的组成部分。此陶瓷材料具有对于卷绕电极的功能充分的多孔性，但与聚烯烃隔膜相比基本上是更耐热的且在更高的温度下收缩很小。陶瓷隔膜此外有利地具有高的机械强度。作为陶瓷材料，可优选地使用Al2O3(氧化铝)和/或SiO2(氧化硅)。分别根据所要求的电池功率，可提供有不同厚度和/或多孔性的陶瓷隔膜。
作为在卷绕电极为机动车驱动装置供电的运行期间的高电流的结果，有时导致明显的卷绕电极发热。由聚烯烃材料形成的隔膜在例如由于短路或过载导致的过度加热情况下可剧烈收缩，由此至少使得卷绕电极不可使用。在剧烈收缩效果情况下，此外导致阳极电极和阴极电极之间的直接接触，且因此导致卷绕电极的更强的过热，这也可诱发火灾。在由陶瓷材料形成的隔膜中，特别地提高了所述隔膜的耐热性或降低了隔膜的取决于温度的收缩。因此通过陶瓷隔膜，电极的电分离特别地在更高的温度下在很大程度上得以保持。卷绕电极的不可控放电的风险有利地被降低，且解决了基于此的任务。
有利地，陶瓷隔膜由柔韧的陶瓷合成材料形成。合成材料由不同的相互固定相连的材料制造。此材料也可称为复合材料。特别地规定，使得此合成材料由陶瓷材料和聚合物材料形成。已知的是设置有由PET制成的带有陶瓷浸渍或涂层的无纺布。这样的合成材料可抵抗200℃(部分地直至700℃)的温度。优选地，陶瓷隔膜以离子液体单侧润湿。离子液体特别地提高了陶瓷隔膜的柔韧性。优选地，陶瓷隔膜以离子液体双侧润湿。为此，离子液体是特别地合适的。这调节为使得，特别在制造上，所述液体附着在陶瓷隔膜上且由此可很好地润湿陶瓷隔膜。
有利地，隔膜层以及隔膜至少局部地在至少一个特别地相邻的电极的边界边缘上延伸。特别地有利地，隔膜层或隔膜在特别地相邻的电极的整个边界边缘上延伸。因此，也降低了卷绕电极的电极的边缘之间的电流。
优选地，卷绕电极包括至少两个电极对，即至少两个阳极(a)和至少两个阴极(k)。在此，不同极性的电极借助于至少一个隔膜(s)分开。特别地，卷绕电极的层以a1-s-k1-a2-s-k2的次序布置。将这些层卷起为卷绕电极。优选地，在此卷绕电极中，将多个电极层相互连接，特别地导电地连接。利用相同极性的卷绕电极导电地连接，将电极对并联连接。利用特别地不同极性的电极导电连接，将电极对优选地串联连接。有利地，特别地提高了卷绕电极的电压。
有利地，在卷绕电极的至少一个边界表面上布置至少一个接触元件，所述接触元件与电极连接。在本发明的意义中，卷绕电极的边界表面理解为其外周表面。在本发明的意义中，端部表面也包含在“边界表面”的概念内。在本发明的意义中，接触元件理解为传导的装置，所述装置特别地使卷绕电极的电极电接触且特别地从卷绕电极突出或从卷绕电极分开。优选地，在至少每一个边界表面上布置至少两个接触元件。优选地，至少一个接触元件布置在卷绕电极的不同的边界表面上。优选地，至少两个接触元件布置在卷绕电极的相同的边界表面上，特别地布置在其端部表面上。优选地，多个接触元件特别地以规则的间距配设给卷绕电极的电极层，。因此，有利地使每个接触元件的电流密度下降。优选地，接触元件形成为卷绕电极的边界表面上的导电的平面元件。优选地，接触元件形成为导体片。优选地，不同的电极层的至少两个接触元件相互导电连接，特别地用于将电极层串联。
根据本发明，优选地使用由物质可通过的、优选地物质可部分地通过的载体形成的隔膜，即基本上对于至少一个材料可通过且基本上对于至少另一个材料不可通过。载体在至少一侧上涂敷以无机材料。作为物质可通过的载体，优选地使用有机材料，所述有机材料优选地构造为无纺布。优选地为聚合物且特别地优选地为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的有机材料涂敷以优选在-40℃至200℃的温度范围内离子传导的无机离子导电材料。无机离子导电材料优选包括选自含有Zr、Al和Li中的至少一种元素的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、铝硅酸盐所构成的组的至少一种化合物，特别优选氧化锆。优选地，无机离子导电材料具有最大直径小于100nm的颗粒。此隔膜例如由德国Evonik公司以商品名“Separion”销售。
有利地，原电池具有至少一个卷绕电极和外壳。在本发明的意义中，外壳理解为特别地将至少一个卷绕电极与环境分离的装置。为此，外壳基本上完全地以壁包围了至少一个卷绕电极。优选地，外壳至少局部地与卷绕电极的构造匹配。特别地优选地，外壳主要与卷绕电极的构造匹配。优选地，外壳与卷绕电极至少局部地材料配合地连接。优选地，外壳形成为化合物薄膜。优选地，外壳具有金属薄膜。优选地，外壳主要位于卷绕电极上。优选地，外壳至少部分地形状配合地包围卷绕电极、支承卷绕电极且将卷绕电极的层结合在一起。优选地，外壳被预紧且将力施加在卷绕电极上。以此方式，外壳将卷绕电极的层相互压紧，且有利地降低了卷绕电极的一个层相对于其另外的层的可能的位移。优选地，外壳形成为薄壁金属片。
有利地，原电池具有至少两个卷绕电极和外壳。优选地，至少两个卷绕电极相互连接，特别地电连接，特别地串联连接。优选地，至少两个卷绕电极相互布置为使其纵向轴线基本上平行地走向，且特别地优选地重合。优选地，两个卷绕电极在每个端部表面上接触。优选地，至少两个卷绕电极由共同的外壳至少部分地包围。在此，形成了共同的外壳，如下文所述。
有利地，至少一个导电装置配设给外壳的内侧。导电装置也用于两个卷绕电极的电相互连接，特别地串联连接。优选地，至少一个导电装置规定用于接触卷绕电极的至少每一个接触元件，特别地有利地规定用于接触至少两个卷绕电极的至少每一个接触元件。优选地，外壳的内侧同时具有多个相互分开的导电装置。优选地，至少一个导电装置形成为特别地施加在外壳的内侧上的导体条或导电表面。优选地，导电装置蒸镀在外壳的内侧上。优选地，至少一个导电装置形成为在制造外壳时嵌入的导电的小盘。优选地，至少一个导电装置形成为使其在预先确定的条件下失效，特别地在预先给定的温度以上失效。优选地，至少一个导电装置具有薄弱位置。优选地，至少一个导电装置与外壳的电极接触特别地导电连接。优选地，至少一个导电装置通过外壳可到达。
有利地，卷绕电极的至少一个接触元件与外壳的区域连接，特别地电连接。优选地，卷绕电极的至少一个接触元件与外壳的壁局部地连接，特别地导电地连接。优选地，壁的此导电区域至少在极接触的方向上、另一个卷绕电极的方向上延伸，和/或向壁的外侧延伸。外壳的壁的此导电区域特别地用于至少一个卷绕电极的电接触。通过壁的此导电区域，特别地将两个卷绕电极相互导电连接。优选地，外壳的壁的此导电区域用于卷绕电极与极接触和/或环境的电连接。有利地，可省去在原电池内部的布线。
有利地，卷绕电极的至少一个接触元件被引导通过外壳。此导出的接触元件特别地用于卷绕电极的电接触。优选地，至少一个接触元件气密性地被引导通过外壳，特别地通过外壳的壁。优选地，至少两个接触元件被引导通过外壳。
有利地，外壳具有至少一个第一连接区域。此第一连接区域特别地用于外壳与至少一个另外的体的连接，特别地与另一个外壳的连接，与电池壳体的区域的连接，和/或与换热装置的连接。优选地，外壳具有多个第一连接区域。优选地，与至少一个另外的体的连接形成为材料配合连接和/或力配合连接。
有利地，外壳具有至少一个传热区域。优选地，传热区域配设给外壳的壁。此传热区域特别地用于向卷绕电极内的传热或从卷绕电极的传热。在此，电极堆叠至少局部地与外壳导热连接。传热区域优选地在外壳的壁的主要部分上延伸。优选地，传热区域被第一热工质流过，和/或与换热装置导热地连接。优选地，第一连接区域和传热区域至少部分地一致。
有利地，外壳具有至少两个成形部分。所述成形部分设置成相互连接。至少两个成形部分的相互连接优选地力配合地和/或材料配合地进行。取决于不同成形部分的材料，所述成形部分特别地通过粘合或焊接方法相互连接。特别地，超声波焊接用于将金属成形部分与热塑性成形部分连接。在此，特别地有益的是所参与的成形部分的表面的至少一个的预处理或活化。特别的力配合或材料配合的连接将至少两个成形部分连接，使得优选地环绕的条形连接将成形部分之间的空间相对于环境封闭。优选地，至少两个成形部分在第二连接区域内特别地材料配合地相互连接。此第二连接区域优选地沿所参与的成形部分的一个边缘区域走向。第二连接区域在此形成为条形。不要求使得第二连接区域完全沿着成形部分的边界边沿走向。在所参与的成形部分连接前，可布置另外的嵌入部分，使得所述嵌入部分也与成形部分力配合地或材料配合地连接。优选地，卷绕电极的至少一个接触元件布置为使得所述接触元件部分地从外壳延伸出。优选地，外壳也在贯穿的接触元件的区域内相对于环境形成为气密性的。
优选地，外壳的至少一个成形部分具有传热区域。优选地，传热区域同时形成为连接区域。传热区域可同时用于将原电池固定在传热区域上，特别地通过螺栓连接、铆接、粘合或焊接固定。优选地，外壳的至少一个成形部分构造为刚性的。此成形部分特别地为卷绕电极赋予了支持，保护卷绕电极不受机械损坏，和/或用于将原电池与接收设备机械连接。优选地，刚性的成形部分形成为金属板或金属片。成形部分优选地通过卷边、竖起的区域和/或肋来强化。优选地，外壳的至少一个成形部分构造为薄壁的。优选地，薄壁的成形部分的壁厚与机械负荷、电负荷或热负荷相匹配。在此，壁厚优选地不恒定。薄壁成形部分的带有高壁厚的区域特别地作为散热器或热存储器起作用，且特别地有助于从卷绕电极导出热能或将热能传输到卷绕电极内。成形部分的薄壁构造也有利地节约了重量和位置。优选地，至少一个成形部分形成为薄膜，特别地优选地形成为连接薄膜。作为用于连接薄膜的材料，特别地考虑金属和/或塑料。优选地，外壳的至少一个成形部分至少局部地具有覆层。覆层也用于与成形部分所受到的要求相匹配。特别地，覆层用于电绝缘、保护成形部分不受原电池的化学成分的影响、粘合连接的粘性改进、改进导热性和/或防护特别地来自环境的有害影响。覆层特别地导致成形部分的表面的化学活化。覆层优选地具有至少一个与成形部分的材料不同的材料。至少一个成形部分优选地也具有多个不同的覆层，所述覆层特别地布置在成形部分的不同的区域上。如果成形部分与卷绕电极电接触，则电流导体相对于此成形部分优选地被电绝缘。
有利地，外壳的至少一个成形部分具有空隙，特别地具有盘形。以此构造，成形部分特别地获得了高的表面惯性矩或弯曲刚度。优选地，此空隙至少部分地接收了卷绕电极。这特别地用于保护卷绕电极。带有空隙的成形部分的壁厚优选地与要求相匹配。外壳的多个成形部分每个具有至少一个空隙，所述空隙共同形成了用于接收卷绕电极的空间。优选地，成形部分形成为拉伸的或冷挤压的金属片。优选地，成形部分形成为拉伸的塑料板或塑料薄膜。优选地，至少一个成形部分形成为盘形的。在此，冷挤压成形部分的弯曲与卷绕电极的半径相匹配。在卷绕电极的多边形底面时，至少一个成形部分多面地沿卷绕电极的纵向轴线延伸。优选地，至少一个成形部分形成为盖。
优选地，至少一个成形部分具有第一连接区域。第一连接区域特别地用于固定原电池，特别地固定在壳体内，固定在框架内或固定在基板上。优选地，第一连接区域形成为使得所涉及的成形部分与另外的体的连接仅可通过预先确定的方式进行。例如，第一连接区域具有对应于另外的体的区域的几何构造。优选地，成形部分和另外的体之间的连接仅可通过预先确定的方式进行，通过成形元件的布置进行，特别地通过孔和销进行。优选地，通孔或螺纹的布置允许了仅以预先确定的方式的连接。优选地，第一连接区域在空间上与第二连接区域分开。外壳的至少一个成形部分优选地具有多个分开的第一连接区域。成形部分与另外的体的连接特别地通过铆接、螺栓连接、焊接或粘合来进行。优选地，成形部分的第一连接区域与该成形部分的传热区域一致。在此区域内，成形部分特别地与换热装置、框架或电池壳体的基板连接。
有利地，电池具有至少两个原电池，所述原电池优选地相互电连接，特别地串联连接。电池优选地配设给至少一个换热装置，所述换热装置特别地与至少两个原电池的至少一个导热地连接。换热装置规定为在预先给定的条件下与至少两个原电池的至少一个进行换热。此预先给定的条件在卷绕电极或原电池的温度上超或下超极限温度时得以满足。特别地，当卷绕电极或原电池的温度接近或下超最低温度时，换热装置向此卷绕电极或原电池提供热能。特别地，当卷绕电极或原电池的温度接近或上超最高温度时，换热装置则从此卷绕电极或原电池导出热能。在此，极限温度取决于卷绕电极的允许的运行温度选择，特别地考虑到外壳的热容量和/或考虑到温度测量的位置来选择。优选地，电池具有至少一个测量装置，所述测量装置规定为测量至少一个电极堆叠或至少一个原电池的温度。优选地，测量装置具有多个测量传感器，所述测量传感器规定为特别地记录多个电极堆叠或多个原电池的温度。换热装置的温度优选地取决于原电池的卷绕电极的温度选择。预先确定的温度下降导致热流流入此卷绕电极内或从此卷绕电极流出。在此，换热装置与卷绕电极通过与所述换热装置接触的外壳的至少一个区域或外壳的传热区域交换热能。现有的原电池也特别地通过外壳的第一连接区域与至少一个换热装置力配合地或材料配合地连接。有利地，换热装置具有特别地用于调节预先给定温度的至少一个第一通道。优选地，以第二热工质填充此通道。特别地优选地，第二热工质流过此至少一个通道。在此，流动的第二热工质从换热装置传出热能或向换热装置传入热能。至少一个换热装置优选地与换热器起作用地连接。换热器特别地通过第二热工质从此换热装置导出热能或向此换热装置导入热能。换热器或热工质相互作用，特别地与车辆的空调设备相互作用。换热器优选地具有电加热装置。
优选地，换热装置形成为用于电池的至少两个原电池的接收装置，特别地形成为基板或框架。
有利地，至少两个原电池的纵向轴线相互具有预先确定的间距。优选地，纵向轴线相互平行。优选地，纵向轴线的相互间距确定为使得至少两个原电池的外壳接触。优选地，两个相邻的原电池的纵向轴线的间距确定为使得所述原电池在位于其间的换热装置上施加力。此力特别地用于改进至少一个原电池与换热装置的热接触。如果电池具有至少三个原电池，则所述原电池的纵向轴线优选地相互平行地布置。此纵向轴线的间距通过三个预先给定的间距向量确定。优选地，这些间距向量位于共同的平面内。优选地，三个间距向量的长度相等。在原电池的此布置中，优选地在三个原电池之间的空间内使用换热装置。原电池的纵向轴线的间距确定为使得原电池在换热装置上施加力。优选地，原电池的布置构造在正方形的基础上。在此，四个原电池的纵向轴线形成了此正方形的角。虽然空间利用与三角形单元相比降低，但换热装置优选地形成为更大和/或功率更强。优选地，原电池形成为棱柱形，其中底面特别是外壳构造为规则的六边形。在原电池的此构造中，换热装置优选地形成为至少曾经已知的板。至少一个如此形成的换热装置优选地插入到棱柱形的原电池的布置中。优选地，如此形成的换热装置具有至少一个通道，特别地具有用于第二热工质的通道。优选地，此第二热工质在电池运行期间经历相变。优选地，第二热工质由输送装置通过换热装置的至少一个通道输送。优选地，至少一个通道封闭在换热装置内且以第二热工质填充，所述第二热工质在原电池的运行温度下经历相变。优选地，换热装置具有另外至少一个带有放大的表面积的冷却体。优选地，换热装置形成为热管。优选地，换热装置被第一热工质流过。
优选地规定，使得根据本发明的锂离子电池用于带有电驱动或液压驱动的机动车。
根据本发明生产根据本发明的卷绕电极的方法包括如下步骤：
a)将此(陶瓷)隔膜以离子液体双侧润湿或浸湿；
b)将此(陶瓷)隔膜布置在阳极电极和阴极电极之间；
c)将此布置卷起为卷绕电极。
隔膜在步骤a)前准备。优选地，隔膜和电极在步骤b)前切割。由陶瓷隔膜和电极构成的布置优选地在卷起为卷绕电极之后接收在外壳内，以特别地防止离子液体的流出或排气。优选地规定，将润湿或浸湿的陶瓷隔膜施加或层叠在电极上，其中隔膜优选地形成为伸出超过电极边缘。隔膜和电极之间的机械连接基于粘附。在本发明的意义中，层叠理解为在施加压力下的结合。在施加陶瓷隔膜期间，优选地提供化学添加物和/或引入热。优选地规定，使得为润湿使用带有添加剂的离子液体，所述液体将陶瓷隔膜润湿且实现了在正常的气候条件下的加工。特别地，由陶瓷隔膜和离子液体组成的相互确定的组合实现了新的加工途径。因此，例如不再要求惰性气体环境或无水环境(空气湿度小于2％)以及清洁度条件(大气质量＜30ppm)，如不必根据现有技术在保护气体箱中准备。因此，可节能且廉价地制造根据本发明的卷绕电极。根据本发明的另外的方面以及，使得陶瓷隔膜首先通过施加带有可能的添加剂的润湿剂被处理为柔韧的且因此可加工的，其中润湿剂在此特别地涉及离子液体。包括可能的添加剂的润湿剂然后不被去除，而是将其以卷绕电极阻隔住。根据本发明的方法因此可简单地实施且因此也特别地适合于机械化大批量生产。
有利地，带有至少两个原电池和至少一个换热装置的电池运行为使得至少一个换热装置的温度取决于两个原电池的至少一个的温度被调节。优选地，至少一个换热装置的温度取决于至少两个原电池的允许运行温度调节。在下超最低温度时或至少一个原电池的温度接近此最低温度时，至少一个换热装置的温度被调节为高于原电池的温度。因此，有利地将热流驱动到原电池内。只要至少一个原电池或卷绕电极的温度接近允许的最高温度，则换热装置的温度优选地选择为低于至少一个原电池的温度。因此，从原电池或卷绕电极获取热能。
优选地，至少一个换热装置在此被第一热工质流过或流动通过。优选地，机动车空调的冷却工质用作换热装置的热工质。优选地，第一热工质的温度取决于至少两个原电池的允许的运行温度调节。在下超最低温度或当至少一个原电池的温度接近最低温度时，将第一热工质的温度调节为高于原电池的温度。因此，优选地将热流驱动到原电池内。只要原电池或卷绕电极的温度接近允许的最高温度，则第一热工质的温度优选地选择为低于至少一个原电池的温度。因此，从原电池或卷绕电极获取热能。
有利地，原电池的至少一个传热区域至少临时地被第一热工质流过和/或流动通过。优选地，环境空气和/或机动车的空调的第一热工质用于流过或流动通过传热区域。优选地，至少一个传热区域的温度取决于至少两个原电池的允许的运行温度调节。在下超最低温度时或至少一个原电池的温度接近此最低温度时，至少一个传热区域的温度调节为高于原电池的温度。因此，有利地将热流驱动到原电池内。只要原电池或卷绕电极的温度接近允许的最高温度，则至少一个传热区域的温度选择为优选地低于至少一个原电池的温度。因此，从原电池或卷绕电极获取热能。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和使用可能性从如下的实施例的示例描述中结合附图得出。各图为：
图1以透视图示出了根据本发明的卷绕电极，
图2以示意性部分截面图示出了带有处于共同的外壳内的根据本发明的卷绕电极的根据本发明的原电池，
图3示出了用于根据本发明的原电池的部分解开的外壳的示意性视图，
图4以示意性视图示出了带有换热装置的多个根据本发明的原电池的布置，
图5以示意性视图示出了带有换热装置的多个根据本发明的原电池的另外的布置，
图6以示意性视图示出了带有换热装置的多个根据本发明的原电池的另外的布置。
具体实施方式
图1以透视图示出了根据本发明的卷绕电极3。示出了卷绕电极3在完全卷起封闭前的情况。
卷绕电极3包括陶瓷隔膜4，阳极电极5和阴极电极6。隔膜4形成为使其伸出超过电极5和6的外部边缘或外周线，其中特别地卷绕电极3的化学和电稳定性得以改进。特别地，在隔膜4和双侧布置的电极5和6之间具有离子液体。
电极5和6具有与未示出的极导通件导电连接的接触元件或导体片71和81。为改进卷绕电极3的电流引入和电流引出，提供了多个接触元件71和81，所述接触元件在端侧上从卷绕电极突出。以此方式，在卷绕电极3内布置或安装了多个电极层。在此，已知通过此多个接触元件71和81使得此卷绕电极3的制造困难。接触元件71和81在此布置在卷绕电极3的端侧上。
卷绕电极3接收在未示出的外壳或壳体内。接触也特别地通过至少一个极导通件向外进行。
尽管如此，电池单元3也可布置在分开的包封(未示出)内。通过此包封也可特别地防止布置在隔膜4的对置侧上的电极5和6相互电接触地放入卷布置中。为防止此电接触，可替代地和/或补充地也将绝缘层9卷入到卷布置中，这在附图中以虚线示出。这样的绝缘层优选地也由陶瓷材料形成，但也可由另外的热稳定的且不导电的材料形成。
图2示意性地示出了带有多个卷绕电极3的原电池2，所述卷绕电极3布置在共同的外壳11内。在此未示出的是在卷绕电极的边界面上的接触、在外壳11内的内侧上的多个短路传导装置15以及原电池2的极接触。也未示出用于封闭外壳或第一成形部分11a的第二成形部分11b。卷绕电极3串联连接。第一成形部分11a形成为与卷绕电极3的构造匹配的金属板。成形部分11a的内侧涂敷为局部地导热且同时电绝缘。外壳11或第一成形部分11a具有传热区域12，所述传热区域12同时用作连接区域13。根据运行类型，传热区域12被第一热工质绕流或与换热装置连接。
图3示出了外壳11的用于原电池的部分。外壳11形成为连接薄膜。连接薄膜在预张力下包围了未示出的卷绕电极，使得外壳11在卷绕电极上施加力。此力将卷绕电极相互结合在一起。在外壳11的内侧上安装了多个电流传导装置15、15a。电流传导装置15形成为电流传导带且被引导通过外壳11的壁。电流传导装置15也用于从外接触原电池及用于接触卷绕电极。电流传导装置15a形成为金属片，所述金属片与外壳11的内侧连接。优选地，电流传导装置15a从外壳11的内侧以及从外侧可电接触。有利地，因此可省去用于原电池的极导通件或极接触。在此，电流传导装置15a气密性地嵌入在外壳11的连接薄膜内。外壳11具有传热区域12。
图4以截面示出了电池1。示出的电池1具有七个原电池2。所述原电池的外壳11基本上形成为棱柱形且具有六边形底面。外壳11或第一成形部分11a由金属板形成，所述金属板在内侧上局部地电绝缘地且导热地被涂敷。外壳11包围了卷绕电极3，使得外壳11在卷绕电极3上施加力。未示出的是原电池2包含四个串联连接的卷绕电极。电池1又装配有两个换热装置14、14a。单独的原电池的纵向轴线的间距确定为使得原电池在换热装置14、14a上施加力。未示出的是换热装置14、14a被热工质流过。未示出的是第一成形部分11a被相匹配的且形成为覆盖件的第二成形部分封闭。传热装置14、14a是多边形的，以实现原电池2的特别节约空间的布置，且使原电池2大面积导热地接触。
图5示出了三个原电池的布置，所述原电池纵向轴线之间具有预先给定的间距。以虚线示出了布置的基本单元，所述基本单元具有等边三角形的构造。原电池2之间的自由空间以换热装置14进行填充。换热装置14具有用于热工质的通道17。未示出的是换热装置14与被包围的原电池2的构造匹配。因此，换热装置14以尽可能大的表面贴靠在原电池2上。换热装置14具有用于第二热工质的通道17。第二热工质由配设给电池1的输送装置输送通过通道17。第二热工质选择为使得其在原电池的允许运行温度以下三开氏度下经历相变。
图6也示出了围绕共同的换热装置14的多个原电池2的布置。换热装置14以尽可能大的面积贴靠在将其包围的原电池2上。换热装置14具有多个通道17，所述通道17规定为以第二热工质进行填充。未示出的是通道17被封闭且在其端部上具有带有放大的表面积的冷却体。换热装置14与表面放大的冷却体以及带有相变能力的第二热工质共同作为热管起作用。为此要求使得第二热工质的相变的温度与原电池的运行温度匹配。第二热工质选择为使得相变温度低于原电池2或卷绕电极的最高允许运行温度五开。在附图中以虚线示出了原电池2的纵向轴线的布置的四边形基本单元。与图5相比，体积利用变差，但另一方面换热装置14形成为具有更大的面积和附加的通道17。

Claims (16)

1.基本上圆柱形构造的卷绕电极(3)，所述卷绕电极(3)至少具有：
阳极电极(5)，
阴极电极(6)，和
至少部分地布置在所述电极(5、6)之间的隔膜(4)，
其特征在于，所述隔膜(4)由具有至少一个陶瓷材料组成部分的材料制成。
2.根据权利要求1所述的卷绕电极(3)，其特征在于，所述隔膜(4)由柔韧的陶瓷合成材料形成，和/或所述隔膜(4)至少单侧且优选双侧被离子液体润湿。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的卷绕电极(3)，其特征在于，所述隔膜(4)至少在所述卷绕电极(3)的一端面处伸出超过电极(5、6)。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的卷绕电极(3)，其特征在于，所述卷绕电极(3)至少具有两对极性不同的电极(5、6)，它们特别地串联连接。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的卷绕电极(3)，其特征在于，在所述卷绕电极(3)的至少一个边界面布置至少一个接触元件(71、81)，优选地布置在所述卷绕电极(3)的端面上。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的卷绕电极(3)，其特征在于，所述隔膜(4)优选地包括物质可通过的载体，优选地部分地物质可通过，即基本上对于至少一个材料可通过且基本上对于至少一个另外的材料不可通过，
其中所述载体在至少一侧上涂敷以无机材料，
其中作为物质可通过的载体优选地使用有机材料，所述有机材料优选地构造为无纺布，
其中所述有机材料优选地具有聚合物且特别优选地具有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，
其中所述有机材料以优选从-40℃至200℃的温度范围内离子传导的无机离子导电材料进行涂敷，
其中所述无机离子导电材料优选包括选自含有Zr、Al和Li中的至少一种元素的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、铝硅酸盐所构成的组的至少一种化合物，特别优选氧化锆，
且其中所述无机离子导电材料具有最大直径小于100nm的颗粒。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的卷绕电极(3)，其特征在于，所述卷绕电极(3)包括至少一个电极(5、6)，优选地至少一个阴极(6)，所述电极具有化学式为LiMPO4的化合物，其中M至少是元素周期表中第一列过渡金属，其中此过渡金属优选地从包括Mn、Fe、Ni和Ti或它们的组合的组中选择，且其中化合物优选地具有橄榄石结构，优选地为重叠布置的橄榄石，其中Fe是特别优选的；和/或所述卷绕电极(3)包括至少一个电极(5、6)，优选地至少一个阴极(6)，所述电极具有锰酸锂、优选为尖晶石类型的LiMn2O4，钴酸锂、优选为LiCoO2，或镍酸锂、优选为LiNiO2，或由两个或三个所述氧化物组成的混合物或含有锰、钴和镍的锂混合氧化物。
8.原电池(2)，所述原电池(2)带有至少一个根据权利要求1至7中至少一项所述的卷绕电极(3)，其特征在于，至少一个卷绕电极(3)至少部分地被外壳(11)包围。
9.原电池(2)，所述原电池(2)带有至少两个根据权利要求1至7中至少一项所述的卷绕电极(3)，其特征在于，至少两个卷绕电极(3)相互电连接，且在于至少两个卷绕电极(3)的纵向轴线基本上相互平行地布置，且在于至少两个卷绕电极(3)至少部分地被共同的外壳(11)包围，其中优选地至少一个电流传导装置(15、15a)配设至所述外壳(11)的内侧。
10.根据权利要求8或9所述的原电池(2)，其特征在于，卷绕电极(3)的至少一个接触元件(71、81)与所述外壳(11)特别地导电连接，和/或卷绕电极(3)的至少一个接触元件(71、81)从所述外壳(11)引出。
11.根据权利要求8至10中至少一项所述的原电池(2)，其特征在于，所述外壳(11)具有至少一个第一连接区域(13)和/或至少一个传热区域(12)，和/或所述外壳(11)具有至少一个第一成形部分(11a)和第二成形部分(11b)，所述第一和第二成形部分设置为相互连接。
12.电池(1)，所述电池(1)带有根据权利要求8至11中至少一项所述的至少两个原电池(2)，其特征在于，至少一个换热装置(14、14a)配设给所述电池(1)，所述换热装置(14、14a)设置为在预先给定的条件下与至少两个原电池(2)的至少一个交换热能，其中至少两个原电池(2)的纵向轴线优选地相互具有预先确定的间距。
13.根据前述权利要求8至11中至少一项所述的原电池(2)应用于带有电驱动或液压驱动的机动车。
14.用于制造根据权利要求1至7中至少一项所述的卷绕电极(3)的方法，所述方法包括如下方法步骤：
a)将隔膜(4)以离子液体双侧润湿或浸湿；
b)将所述隔膜(4)布置在阳极电极(5)和至少一个阴极电极(6)之间；
c)将此布置卷起为卷绕电极(3)。
15.用于运行带有特别地根据权利要求8至11中至少一项所述的至少两个原电池(2)和至少一个换热装置(14、14a)的电池(1)的方法，其特征在于，至少一个换热装置(14、14a)温度取决于所述两个原电池(2)的至少一个的温度调节，其中优选地所述换热装置(14、14a)至少临时由第一热工质流过和/或流动通过，其中所述第一热工质的温度取决于所述两个原电池(2)的至少一个的温度调节。
16.用于运行根据权利要求11所述的原电池(2)的方法，其特征在于，至少一个传热区域(12)至少临时地由第一热工质流过和/或流动通过。
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