CN106463657B - 堆叠在外壳中的多个原电池的装置和包括原电池的这种装置的电池组 - Google Patents

堆叠在外壳中的多个原电池的装置和包括原电池的这种装置的电池组 Download PDF

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Abstract

包括外壳（14）和堆叠在所述外壳（14）中的多个原电池（201、202）的装置（100），其中所述原电池（201、202）具有层序列，所述层序列包括被分配给阳极（2）的导电体（1）、阳极（2）、隔膜（5）、阴极（6）和被分配给阴极（6）的导电体（7），其中密封件分别覆盖原电池（201、202）的层序列的边沿，以便使所述边沿电绝缘并且气密地封闭，而且其中被分配给阳极的导电体（1）的外表面和被分配给阴极的导电体（7）的外表面至少部分地保持裸露，使得原电池的被分配给阴极（6）的导电体（7）与在外壳（14）中相邻地布置的原电池（201、202）的被分配给阳极（2）的导电体（1）电接触。

Description

堆叠在外壳中的多个原电池的装置和包括原电池的这种装置 的电池组
技术领域
本发明涉及一种包括外壳和堆叠在外壳中的多个原电池（galvanischesElement）的装置，其中所述原电池具有层序列，所述层序列包括被分配给阳极的导电体（Stromableiter）、阳极、隔膜（Separator）、阴极和被分配给阴极的导电体。此外，本发明还涉及一种包括至少一个这种装置的电池组。
背景技术
锂离子电池组的特征主要在于很高的比能量和极其微小的自放电。锂离子电池具有至少一个正电极和至少一个负电极（阴极和阳极），其中锂离子在充电和放电时在两个电极之间往复流动。为了可以进行锂离子的输送，需要所谓的锂离子导体。在目前使用的锂离子电池（所述锂离子电池例如在消费领域（移动电话、MP3播放器等）中投入使用或者作为蓄能器在电动车辆或者混合动力车中投入使用）中，锂离子导体是液态电解质，该液态电解质通常包含被溶解在有机溶液中的锂导电盐六氟磷酸锂（LiPF6）。这些锂离子电池被包围在包装（Verpackung）中，所述锂离子电池包括电极、锂离子导体以及建立电连接的导电体。这些包装使锂离子电池绝缘并且阻止物质从电池中流出。
在具有液态电解质的锂离子电池方面不利的是：在老化和温度升高以及热应力的情况下，电解质成分可能分解而且在电池中形成过压。在没有相应的保护措施的情况下，这可能导致电池的爆裂（Bersten）或者甚至导致电池的燃烧。
可替换地，可能的是使用固体的陶瓷的或无机的锂离子导体，而不是液态电解质。通过这种思路，避免了电解质在外壳损坏的情况下的外流。同样，随着压力形成（Druckaufbau）而不可能再进行化学分解。但是不能省去外壳，因为电池必须相互电绝缘而且必须阻止电极的活性材料流出。如果多个电池组电池聚集在共同的电池组外壳中，那么这也是这种情况，因为否则在电池之间可能出现内部短路。在此，有问题的是：一方面，电池必须正确地彼此连接、例如连接成串联，以便产生更高的电压；而另一方面，各个电池组电池的体积可以根据电池组电池的充电状态而改变。此外，所希望的是，各个电池组电池的包装占用尽可能小的空间，因为电池包装所需的空间仅仅使电池组增大，而却对电池组的容量没有贡献。
在例如在阴极的区域中包括腐蚀性的、易溶解的或挥发性的组成部分的电池组电池的情况下，包装是特别重要的，所述组成部分不允许进入到阳极的区域内而且也不允许从电池组电池中泄漏。对此的示例包括锂硫电池组电池的、钠硫电池组电池的或另一金属硫化物电池组电池的硫或聚硫化物。另一示例是金属氟化物，如铁氟化物（FeF3、FeF2）、铜氟化物或在锂金属氟化物电池中的其它的金属氟化物。如果这些示例中的硫化物或氟化物从阴极的区域泄漏，那么这可能导致与阳极的材料或其它电池组成部分的干扰反应。
同样，特别在机械上有问题的是与将固体材料用作电解质、隔膜和/或用作离子导体相结合的包装，因为在固体的表面或棱边上的密封件对体积变化灵敏地做出反应。
发明内容
提出了一种装置，其包括外壳和堆叠在外壳中的多个原电池，其中所述原电池具有层序列，所述层序列包括被分配给阳极的导电体、阳极、隔膜、阴极和被分配给阴极的导电体，其中密封件分别覆盖原电池的层序列的边沿，以便使该边沿电绝缘并且气密地封闭，并且其中被分配给阳极的导电体的外表面和被分配给阴极的导电体的外表面至少部分地保持裸露，使得原电池的被分配给阴极的导电体与在外壳中相邻地布置的原电池的被分配给阳极的导电体电接触。以这种方式可以实现原电池的串联。
其中容纳各个原电池的外壳例如可以是电池组外壳或电池模块外壳。外壳优选地棱柱形地或大致圆柱形地来实施，其具有例如圆形的或矩形的横截面。各个原电池堆叠地被容纳在外壳中，其中堆叠是指：各个原电池沿堆叠方向相邻地被布置在共同的外壳中并且在必要时被压合。在此，各个原电池都具有与外壳或处于外壳内部的框架相对应的横截面，这些原电池因此例如可以圆形地、矩形地或条形地来实施。
每个原电池都包括具有阳极装置的层序列，所述层序列包括被分配给阳极的导电体、阳极、隔膜和阴极结构，该阴极结构同样包括阴极和被分配给阴极的导电体。隔膜被实施为传导离子的隔膜，使得该隔膜一方面使阳极结构与阴极结构相互电绝缘，但是同时能够实现在两个电极之间的离子流。如果该原电池例如被实施为锂离子电池，那么阳极例如包括金属锂，而阴极例如包括如下活性材料，所述活性材料例如从锂化的过渡金属氧化物、金属硫化物或金属氟化物或与锂形成化合物的另一物质中选择。接着，隔膜相应地被实施为锂离子导体，并且例如由陶瓷材料（如锂石榴石、锗酸锌锂（Lisicon））、或硫化玻璃、或传导离子的结晶化合物构成，该结晶化合物具有元素磷、硫和添加物（如锗或硅）或作为掺杂物的另一元素。如果原电池被充电，那么锂离子从阴极流到阳极，并且在阳极以金属锂的形式积聚，或者也以锂诸如与硅的合金的形式来积聚。相反地，在放电时，锂离子从阳极中溶解，流过隔膜并且重新积聚在阴极的活性材料中或直接与阴极的活性材料（诸如硫、金属硫化物（如FeS2）或金属氟化物）可逆地进行反应。在该过程中，阴极的体积只是小地改变，而阳极的体积变化比较大。由于阳极或阴极的体积变化引起的原电池的体积变化根据实施方式可以是100%以及更多。
原电池的层序列在堆叠的一侧上利用被分配给阳极的导电体来封闭，而在所述堆叠的对侧上利用被分配给阴极的导电体来封闭。导电体通常被实施为金属薄膜，其中在锂离子电池的情况下，通常铜作为材料被用于被分配给阳极的导电体，而例如镍、铝、钛、铌、钽、金或也有碳或由这些成分构成的层压部（Laminat）或层系统被用于被分配给阴极的导电体。在此，所使用的金属薄膜本身是气密的并且阻止电极材料通过导电体流出。因此，原电池的密封件只在层序列的边沿上是必要的。
设置在该装置中的覆盖原电池的层序列的边沿的密封件被设立为使得该边沿电绝缘并且气密地封闭。因此，包含在原电池中的电极材料也不能在边沿上从层序列中流出。此外，该边沿通过密封件引起的电绝缘阻止了被分配给阴极的导电体与相同原电池的被分配给阳极的导电体直接电连接，使得由于两个导电体在层序列的边沿上的直接接触而引起的在原电池之内的短路是不可能的。
在此，密封件基本上只覆盖层序列的边沿，使得被分配给阳极的导电体的外表面和被分配给阴极的导电体的外表面至少部分地保持裸露。以这种方式，简单地可能的是将多个原电池串联，其方式是这些原电池简单地被堆叠在外壳中。在此，通过如下方式来建立原电池彼此的电接线：原电池的被分配给阴极的导电体分别与在外壳中相邻地布置的原电池的被分配给阳极的导电体接触。
在本发明的其它实施方式中，可设想的是：通过钎焊、焊接或通过导电的粘结剂（Kleber）的连接来改善在两个相邻地布置的原电池之间的电连接。
在本发明的一实施方式中，原电池的密封件这样成形，使得原电池在外壳之内只利用其密封件来接触壁（Wandung）并且利用密封件来保持在限定的位置。在此，外壳和密封件被构建为使得当原电池膨胀或收缩时，原电池相对于外壳沿堆叠方向的移动是可能的。
所提出的密封件包围原电池的整个边沿。如果原电池已经被组合成该装置，那么所述原电池仅仅以其密封的边沿来接触外壳。原电池的未被密封件覆盖的区域被用于原电池彼此的电接触。原电池的密封件在插入到外壳中时没有与该外壳固定连接，使得这些密封件在外壳中可沿堆叠方向移动。在此，可设想的是，在外壳与密封件之间引入以薄的带钢（Band）的形式的滑动元件，以便使密封件和借此原电池更容易地相对于外壳移动。这尤其是在如下装置的情况下是有利的，所述装置包括大量的原电池，例如多于10个、多于30个或一般多于100个，因为接着即使每个原电池的尺寸变化为数个10μm也可能得到整个堆叠的显著的尺寸变化。
在原电池之内，在电极之内经历充电/放电循环时出现最大的尺寸变化。因而，在本发明的一实施方式中规定：密封件在其面向原电池的内侧上具有空间，该空间被设立用于补偿原电池的所述电极中的至少一个的材料膨胀。
接着，如果电极例如在原电池充电或放电时膨胀，尤其是例如通过液体成分或凝胶被挤出而膨胀、例如由于金属析出而膨胀，那么附加的体积可以由被构造在密封件中的空间来容纳，而且原电池不发生外部变形。
在本发明的一实施方式中，密封件的至少一部分弹性地来实施，以便补偿原电池的膨胀。
尤其是当原电池也应该会在其边沿区域中膨胀时，这是有利的。由于该膨胀，大的力作用于密封件并且可能会损坏该密封件。如果密封件弹性地来实施，那么该密封件可以遵循（folgen）原电池的膨胀，而不被损坏。
在此，可设想的是，将密封件的一部分实施为弹性体，或者将密封件的一部分实施为弹性元件。
在本发明的另一实施方式中，原电池的密封件具有连接元件，以便将原电池的密封件与被布置在外壳中的另一原电池的密封件连接。
因为各个原电池相互通过它们的面向彼此的导电体的接触来彼此电连接，所以有利的是：各个原电池彼此间的精确的取向可固定地预先给定。如果原电池的密封件在一侧上具有突出部，而相邻的原电池在其对置的侧上具有根据密封件来构建的凹陷部，那么突出部和凹陷部可以相互嵌合并且形成形状配合。接着，有效地阻止了这样相互连接的原电池的不想要的挪动。
在此，在本发明的一变型方案中可设想的是：在每个原电池的密封件上都布置有相应的连接元件。在根据本发明的装置的其它变型方案中，也可以例如只在每第五个原电池上布置所提出的连接元件。以这种方式，可以相互权衡对于设置连接元件的花费和该装置的必要的稳定性。
在该装置的一实施方式中，密封件具有密封元件，该密封元件具有指向内部的隆起部（Wulst）。此外，隆起部被设立来将沿堆叠方向作用于密封元件的力至少部分地沿导电体之一的方向传输到隔膜上。
在本发明的该实施方式中，密封件具有密封元件，该密封元件具有隆起部，其中该隆起部指向内部并且嵌入到原电池的堆叠结构中。在此，隆起部在堆叠序列中处于隔膜与两个导电体中的一个（例如被分配给阴极的导电体）之间。现在如果多个原电池被堆叠并且例如由于挤压而对该堆叠施加力，那么该力也通过隆起部传输到原电池的层序列中的各个层的边沿上。接着，例如压紧力从隆起部开始首先作用于隔膜，该隔膜被压在被分配给阳极的导电体上。所述被分配给阳极的导电体又被压在相邻的原电池的被分配给阴极的导电体上，使得所述被分配给阴极的导电体被压在隆起部上，所述隆起部被布置在所述被分配给阴极的导电体与所述相邻的原电池的隔膜之间。
因此，压紧力作用于原电池的导电体或隔膜的边沿区域，该压紧力引起良好的密封，而且阻止了被容纳在被分配给阳极的导电体与隔膜之间的阳极材料的流出，而且相应地阻止了被容纳在隔膜与被分配给阴极的导电体之间的阴极材料的流出。
在根据本发明的装置的一实施方式中，隔膜突出于电极的表面和导电体的表面，绝缘的聚合物层被布置在导电体的边沿上，而且密封件包括至少一个密封元件，所述至少一个密封元件这样布置和设立，使得隔膜密封地被压紧在所述导电体中的一个上。
在此，与之前所描述的具有隆起部的变型方案不同，密封元件不必覆盖边沿，而是被布置在隔膜与所述导电体中的一个之间。因为导电体在面积上更小地来实施并且在边沿上利用绝缘的聚合物层来包围，所以导电体没有或者没有完全以其导电区域来覆盖密封元件，而是完全或者部分地以被布置在其边沿上的聚合物层来覆盖密封元件。
与之前所描述的实施方式类似地，通过如下方式来避免材料从阳极或从阴极流出：沿堆叠方向作用的力例如将被分配给阳极的导电体压在密封元件上，该密封元件又压在隔膜上，该隔膜又被压紧在被分配给阴极的第二导电体上。
因为导电体在面积上更小地来实施并且在其边沿上配备有绝缘的聚合物层，所以原电池在该装置中也在边沿上电绝缘。
在一实施变型方案中，用于每个原电池的密封件都包括两个密封元件，其中一个密封元件的厚度对应于阳极的厚度，而另一密封元件的厚度对应于阴极的厚度，而且密封元件在边沿区域中分别被布置在隔膜与被分配给相应的电极的导电体之间。此外，还有利地规定：隔膜突出于电极的表面和导电体的表面，而且绝缘的聚合物层被布置在导电体的边沿上。
如在之前所描述的实施变型方案中描述的那样，沿堆叠方向作用于原电池的力被用于将原电池在其边沿上密封。在此，例如被分配给阳极的导电体被压在其厚度对应于阳极的厚度的密封元件上，该密封元件又被压在隔膜上，该隔膜被压在其厚度对应于阴极的厚度的密封元件上，而且该密封元件又被压在被分配给阴极的第二导电体上。
在本发明的一实施方式中，原电池的层序列的边沿涂层有绝缘的聚合物或涂层有黏合剂。
除了之前所描述的密封元件之外或者替换于之前所描述的密封元件地，可以在该装置中使用该涂层。
同样如果在原电池的层序列之内在边沿上使用密封元件，那么可设想的是用相应的与密封元件毗邻的层来粘合密封元件。以这种方式，可以进一步改善由纯的压紧力得到的密封作用。
在该装置中，例如由于在原电池之内的材料膨胀或由于从外部作用的压紧力，大的力可能作用于堆叠的原电池。在此，有利的是：各个原电池从其整个表面上观察没有不均匀地变形。因而，在根据本发明的装置的一实施方式中规定：在原电池之内构造有支撑结构，这些支撑结构被设立来承受沿堆叠方向作用于原电池的力。
在装置的一实施方式中，支撑结构被实施为在导电体中的凸起（Erhebung），其中在凸起上布置有电绝缘的材料。
如果导电体例如被实施为金属薄膜，那么在导电体中的凸起可以通过在金属薄膜中的滚花来产生。凸起的绝缘导致：凸起的结构在经历充电/放电循环时没有由于材料积聚而改变。对此的示例是来自阳极的金属锂在充电时的可能的积聚。
通过在导电体中的凸起来在机械上支撑被分配给相应的导电体的电极，但是这些凸起同时也作为在电极之内的障碍物而起作用。电解质在电极平面之内的交换不再是不受限制地可能的。这可能会导致：通过电流不均匀地分布在电极的表面内，而且因此原电池不均匀地充电或放电。因而，在本发明的一变型方案中规定：在导电体中的凸起具有中断，该中断允许在电极之内的电解质流动。
在本发明的一变型方案中，在被分配给阳极的导电体中的凸起精确地相对于在被分配给阴极的导电体中的相应的凸起来布置。在其它实施方式中，可以设置所述凸起的有针对性横向的（lateral）错开。
所述凸起可以以不同的方式被布置在导电体中，使得这些凸起例如形成圆形、矩形、六边形或其它几何形状。在其它实施方式中，可设想的是：在一导电体中的凸起与在对置的导电体上的相应的凸起之间实施（vornehmen）有针对性的横向的错开。
为了可以使具有被安放在其中的凸起的两个导电体有针对性地取向，可以在导电体中并且在隔膜中布置连接元件。这些连接元件例如被构造为导电体中的凹陷部和隔膜中的突起部（Erhoehung），其中导电体中的凹陷部分别与隔膜中的突起部形成形状配合并且因此精确地限定层彼此间的横向的取向。同样地，但是没有在图形上示出地，绝缘的凸起可以被设置为嵌入的网或者被设置为这里平面地示出的形状的栅形的独立的结构，其中用于电解质的隧道形的套管可以被实施为具有部分地更小的厚度的网元件（Netzelement）。网元件可以被嵌入在电极（尤其是阳极）与隔膜之间。
本发明的另一方面是提供一种包括至少一个如上所述的装置的电池组。
附图说明
图1a示出了根据本发明的装置的第一实施方式的截面图，
图1b示出了被容纳在外壳与密封件之间的带钢，
图1c示出了装置的第一实施方式的变型方案，
图2a示出了根据本发明的装置的第二实施方式的截面图，
图2b示出了第二实施方式的密封元件的变型方案，
图3示出了根据本发明的装置的第三实施方式的截面图，
图4示出了根据本发明的装置的第四实施方式的截面图，
图5示出了被构造在原电池之内的支撑结构，
图6示出了在支撑结构之内的开口，
图7示出了在密封元件上的连接元件，
图8a示出了支撑元件在沿堆叠方向的视图中的布置和定位的示意图，和
图8b示出了支撑元件在截面图中的布置和定位。
具体实施方式
在本发明的实施例的随后的描述中，相同或类似的部件和要素用相同的附图标记来标明，其中省去了在个别情况下对这些成分或要素的重复的描述。这些附图只是示意性地示出了本发明的主题。
图1a示出了根据本发明的装置100的第一实施方式的截面图。装置100包括多个原电池，其中第一原电池201完全被示出而第二原电池202部分地被示出。原电池201、202被布置在外壳14中，该外壳的壁在图1a中只被勾画出。
原电池201、202包括被分配给阳极的导电体1、阳极2、隔膜5、阴极6和被分配给阴极6的导电体7。
在原电池201、202的边沿上布置有密封元件9。在图1a中所示出的第一实施方式中，密封元件9分别包括隆起部200，该隆起部200指向内部并且嵌入到原电池201、202的层序列中。在图1a中所示出的实施变型方案中，隆起部200嵌入在隔膜5与被分配给阴极6的导电体7之间。在与隆起部200对置的侧上，被分配给阳极的导电体1具有凸起，该凸起具有环绕的边沿4。该边沿4设立来承受如下力：所述力通过隆起部200被传输到隔膜5上并且因此将隔膜5压在被分配给阳极的导电体1上。因此，在有力沿堆叠方向204作用于密封元件9时，隔膜5通过隆起部200密封地被压在被分配给阳极的导电体1上，而且因此将阳极2可靠地在边沿上封闭，使得没有材料可以流出。在此，作用于密封元件的力被测量，使得一个电池的阴极的导电体可以直接地或通过插入的导电装置与第二电池的阳极的导电体接触，即密封装置足够强烈地弯曲，使得电池间的导电体的接触是可能的。
如同样从图1a可知的那样，第一原电池201的被分配给阴极的导电体7在其边沿上被容纳在第一原电池201的密封元件9与相邻的第二原电池202的密封元件9之间。如果有力沿堆叠方向204作用于密封元件9，那么被分配给阴极的导电体7牢固地被压在密封元件9上并且因此将阴极6在边沿上可靠地封闭，使得没有材料可以流出。
在装置100的变型方案中，原电池201、202可包括传导离子的凝胶层3，该凝胶层3被布置在阳极2与隔膜5之间。利用凝胶层3来改善在隔膜5与金属的阳极2之间的接触。
在装置100的一变型方案中同样可能的是：借助于导电的粘结剂8来改善在第一原电池201与第二原电池202之间的电接触，该电接触通过将第一原电池201的被分配给阴极的导电体7与第二原电池202的被分配给阳极的导电体1上下压合（Aufeinanderpressen）而形成。在其它变型方案中，也可以设置焊接连接或钎焊连接，而不是粘结剂8。
在本发明的其它实施方式中，隔膜5可以两层地来实施，其中该隔膜具有多孔的层5.1，利用该层5.1可以建立在隔膜5与阳极2之间的离子管道。封闭地实施的另一层5.2导致在阳极与阴极之间可靠的分离。
此外，如在图1a的实施方式中所示，除了通过压紧力来密封之外，还可能利用被布置在密封元件9与隔膜5和被分配给阳极的导电体1之间的黏合剂层11来改善在隔膜5与被分配给阳极的第一导电体1之间的密封。在另一变型方案中，黏合剂层11也可以被实施在密封元件9与被分配给阴极的导电体7之间。例如环氧树脂、聚丙烯酸酯或聚异氰酸脂适合作为用于黏合剂层11的黏合剂。
密封元件9在其外侧上平滑地来实施并且遵循外壳14的壁的外形（Kontur）。以这种方式，原电池201、202在外壳14之内可靠地被定位，其中原电池201、202相对于外壳14沿一个方向的移动同时保持可能。
图1b示出了密封元件9的片段，该密封元件9贴靠在外壳14的壁上。密封元件9例如是图1a所描述的装置100的部分并且允许原电池201、202相对于外壳14的移动。为了使密封元件9可以更容易地在外壳14的壁上贴滑（entlanggleiten），在密封元件9与壁之间设置有滑动元件214。滑动元件214例如可以被实施为带钢，该带钢加衬（auskleiden）外壳14的壁或者绕着在原电池201、202来包裹。
图1c示出了装置100的第一实施方式的变型方案。与在图1a中所描述的实施方式不同，隆起部200两部分地来实施，使得在隆起部200的两个部分之间构造有空间12。如果阴极6应该会在充电/放电循环的框架内膨胀，那么空间12提供位置，以便容纳阴极6的材料。
此外，还可以从图1c的图示中得知：为了改善第一原电池201对第二原电池202的取向，密封元件9'可以配备有指向阳极2的方向的并且通向外部的斜面10.1，该斜面10.1与在相邻的密封元件9上的相应的斜面10.2共同起作用。在相邻的密封元件9上的斜面10.2指向阴极6的方向并且通向内部地来实施。斜面10.1和斜面10.2的所选择的形状造成：在堆叠原电池201、202时实现自动定心。
在图2a中示出了装置100的第二实施方式。原电池201又包括被分配给阳极的导电体1、阳极2、凝胶层3、隔膜5、阴极6以及被分配给阴极6的导电体7。为了建立可以在阴极6膨胀的情况下容纳阴极6的材料的空间12，在边沿区域中在隔膜5与被分配给阴极6的导电体7之间布置有两个薄膜12a和12b。空间12被构造在所述两个薄膜12a与12b之间。不仅两个导电体1、7而且阳极2和阴极6都在面积上小于隔膜5地来实施，使得隔膜5突出于这些部分的边沿。为了重新来到与隔膜5的平面相同的平面上，在被分配给阳极的导电体1的边沿上布置有聚合物层13。而在被分配给阴极的导电体7的情况下，没有布置聚合物层，而是布置密封元件9。如果有力沿堆叠方向204作用于边沿区域，那么密封元件9将把薄膜12a和12b压紧到隔膜5上，由此阴极6通向边沿地来密封。
此外，由于有力作用，隔膜5被压在被分配给阳极2的导电体1上或被压在聚合物层13上，使得阳极2也通向边沿地来密封。例如聚氨酯适合作为用于聚合物层13的材料。
可以附加地增强由压紧力来实现的密封作用，其方式是在聚合物层13与薄膜12b之间设置粘合层11.1、在薄膜12a与密封元件9之间设置粘合层11.3，而且设置粘合层11.2，所述粘合层11.2从密封元件9开始直至聚合物层13覆盖原电池201的边沿。
在图2a的图示中还可以看到被分配给相邻地布置的第二原电池202的阳极的导电体1'及其聚合物层13。通过压合，在第二原电池202的所述导电体1'与原电池201的被分配给阴极的导电体7之间构造有另一空间12c，所述另一空间12c在薄膜12a和被分配给阴极的导电体7变形时同样可以补偿阴极6的膨胀。
图2b示出了装置100的第二实施方式的密封元件的变型方案。在此，密封元件9的指向内部的棱边9.1被倒圆，以便避免被分配给阴极的导电体7的损坏。
在图3中示意性地示出了根据本发明的装置100的第三实施方式。第三实施方式基本上对应于第二实施方式，但是密封元件9在第三实施方式中以“U”形来实施。U形折叠的形状允许密封元件9在没有大的力作用的情况下补偿厚度变化。这在图3的图示中在有力沿堆叠方向204作用时通过力矢量205来显示。在此，力矢量205的长度说明了如下力的模（Betrag），为了将在图3中所示出的装置压缩距离206，所述力是必需的。在此，立即可看出的是：在其中布置有密封元件9的边沿区域中必要的力小于在其余的区域中的力。
相反地，密封元件9的U形的实施方案允许弹性地遵循例如由于充电状态的改变而造成的原电池201、202的体积变化，而没有损坏。在这种情况下，密封元件9的U形折叠如弹性的弹簧元件一样起作用。
图4示出了根据本发明的装置100的第四实施方式。又示出了原电池201，该原电池201具有被分配给阳极的导电体1、阳极2、凝胶层3、隔膜5、阴极6和被分配给阴极的导电体7。此外，第二原电池的被分配给阳极的导电体1'被勾画出。
两个导电体1、7以及电极2、6在面积上小于隔膜5地来实施，使得该隔膜5突出于电极2、6和导电体1、7。在导电体1、7的边沿上分别通向边沿地布置有聚合物层13，使得两个导电体1、7通向边沿地或朝外壳14的壁的方向被绝缘。
在图4中所示出的实施方式中，针对每个原电池201都设置有密封件，该密封件包括两个密封元件9、10。在此，第一密封元件9的厚度这样选择，使得该厚度对应于阳极2的厚度，或因为在该实施方式中附加地设置有凝胶层而对应于阳极2和凝胶层3的合并的厚度。
第二密封元件10的厚度对应于阴极6的厚度。第一密封元件9被布置在隔膜5与被分配给阳极的导电体1之间。在图4中所示出的实施方式中，被分配给阳极的导电体1的面积很小，使得仅仅被分配给导电体1的聚合物层13覆盖第一密封元件9，所述导电体1被分配给阳极2。
第二密封元件10又被布置在隔膜5与被分配给阴极6的导电体7之间，其中这里导电体7的表面也微小地来实施，使得仅仅被分配给导电体7的聚合物层13与第二密封元件10重叠，所述导电体7被分配给阳极6。在有力沿堆叠方向204作用时，两个电极2和6通过两个密封元件9和10分别通向边沿地来密封。所述密封可以进一步被改善，其方式是例如在隔膜5与密封元件9和10之间分别布置黏合剂层11。在其它实施变型方案中，可设想的是：在相应的聚合物层13与密封元件9和10之间同样布置黏合剂层。
在图5中示出了根据本发明的装置100的片段。在装置100的片段中可看出原电池201。此外，还可以从图5得知在原电池201内部的支撑结构。在图5中所示出的实施方式中，支撑结构以滚花18的形式被实施在导电体1、7中。此外，在滚花18上还布置有绝缘的材料19的层。因此，在沿堆叠方向204有力作用时，起作用的力可以至少部分地由相应的导电体1、7通过隔膜5被传输到分别对置的导电体1、7上，而不使电极2、6变形。尤其在实施所述滚花18之后，导电体1、7的材料（通常是金属薄膜）比电极2、6的材料更硬，并且因此更好地适合于承受力。
当然，可能的是：即使在所述层有其它的堆叠顺序的情况下也在原电池201中使用在图5中所示出的支撑结构。
在图6中示出了被分配给阴极6的导电体7，该导电体7具有滚花18，其中在图6中所示出的截面图垂直于在图5中在位置A的图示。在滚花18的面向隔膜的一侧上，该滚花18配备有绝缘的材料19。在阴极6之内，滚花18是不能够实现物质交换的障碍物。尤其是抑制了可能存在于阴极6中的催化剂的流动。但是，这是不符合期望的，因为这可能导致在经过电极的通过电流中的不均匀并且因此可能导致原电池的不均匀的充电或放电。因此在滚花18中设置中断18a，该中断18用作开口并且能够实现材料交换、尤其是能够电解质的流动。
图7示出了密封元件9的实施变型方案，该密封元件9嵌入到原电池201、202的层序列中。密封元件9突出于原电池201的边沿，并且在突出的区域的一侧上具有凹陷部9.4而在突出的区域的对立的一侧上具有凸起9.5。该凸起9.5被构建为使得该凸起9.5可以形状配合地嵌入到在密封带钢15中的凹陷部17中，并且这样在密封元件9与密封带钢15之间建立稳定的连接。在密封带钢15上又布置有凸起16，该凸起16被设立来嵌入到密封元件9的凹陷部9.4中。根据实施方式可设想的是：如在图7中所示出的那样来实施每个原电池201、202的密封元件9，并且因此在两个相邻的原电池201、202之间分别布置密封带钢15。在其它实施方式中可设想的是：更厚地实施密封带钢15，并且例如只使每第五个原电池201、202配备密封元件9，该密封元件9通过凹陷部9.4和凸起9.5来实施为连接元件。接着，密封带钢15的厚度被测量，使得该密封带钢15使两个相邻的、被实施为连接元件的密封元件9彼此连接。
在本发明的一实施变型方案中，弹性体可以被用作用于密封带钢15的材料。在这种情况下，密封带钢15是弹性的并且可以容易地补偿原电池201、202的厚度变化。适合于密封带钢15和密封元件9的材料例如是聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、硫化聚苯醚（PPS）以及含氟弹性体。
凸起16和凹陷部9.4或凸起9.5和凹陷部17可以以按扣的类型来实施，也就是说例如凸起16略大于凹陷部9.4地来确定尺寸，而且相应地，凹陷部17略小于凸起9.5地来确定尺寸。接着，在建立形状配合连接时，使该连接牢固的力起作用。当然也可能的是：正好相反，将凸起9.5实施得略大于凹陷部17并且将凹陷部9.4实施得略小于凸起16。凸起16和9.5以及凹陷部9.4和17的几何形状基本上彼此相对应，其中如上面所实施的那样，尺寸可以稍有偏差。适合作为几何形状的例如有圆形、线形、V形或者Z形形状。在此，较复杂的形状（如V形或Z形）与线形相比可以更好地承受来自不同方向的力。
图8a在沿堆叠方向的俯视图中示意性地示出了连接元件16、17、9.4、9.5的布置、用作支撑结构18的凸起的布置以及附加的取向元件20、21的布置。
在此，在面向外壳14的边沿上布置有被定位在密封元件9、10内的凹陷部16、17或凸起9.4、9.5。借助于这些连接元件，各个原电池201、202可以相对于彼此来取向。
进一步地在内部中有取向元件20、21。这些取向元件20、21与滚花18类似地被构造在原电池201、202的层结构之内并且用于使原电池201、202的各个层相对于彼此来取向。在该结构的内部中有滚花18，该滚花18用作在原电池201、202中的支撑元件并且支撑电极2、6。
在图8a中所示出的实施方式中，支撑结构18矩形地来构造。在其它实施方式中，其它形状（诸如圆形或六边形）也会是可能的。
在图8b中示出了与在图8a中相同的情况，但是以从前面的截面图来示出。在图8b中示意性地示出了两个原电池201、202，其中每个原电池201、202都具有第一密封元件9和第二密封元件10。为了连接原电池201、202并且为了使所述原电池201、202相对彼此来取向，第一原电池201的密封元件9具有凸起9.5。该凸起9.5嵌入到密封带钢15的相应的凹陷部17中。密封带钢15又具有凸起16，该凸起16嵌入到在相邻地布置的第二原电池202的第一密封元件9中的相应的凹陷部9.4中。原电池201、202彼此的取向通过这些连接装置来规定。第一原电池201的被分配给阳极的导电体1进一步地在内部具有凸起20，该凸起20嵌入到第一原电池201的第二密封元件10的凹陷部21中。在其它导电体和分别与所述导电体相邻地布置的密封元件中，布置有类似的凸起和凹陷部。取向元件20、21以这种方式来限定导电体1和7相对于密封元件9、10的位置和取向，并且因此也与密封元件9和10一起限定导电体1、7彼此间的精确取向。由此，在图8b中所示出的情况下确保：在导电体1、7中的滚花18彼此精确地对置。但是，可替换地，借助于所述精确的取向可能性，可以有针对性地设置被分配给阳极2的导电体1中的支撑结构18与在被分配给阴极6的导电体7中的对应的支撑结构18的横向的错开。

Claims (12)

1.包括外壳（14）和堆叠在所述外壳（14）中的多个原电池（201、202）的装置（100），其中所述原电池（201、202）具有层序列，所述层序列包括：
被分配给阳极（2）的导电体（1）、
阳极（2）、
隔膜（5）、
阴极（6）和
被分配给阴极（6）的导电体（7），
其特征在于，密封件分别覆盖原电池（201、202）的层序列的边沿，以便使所述边沿电绝缘并且气密地封闭，其中所述被分配给阳极的导电体（1）的外表面和所述被分配给阴极的导电体（7）的外表面至少部分地保持裸露，使得原电池的被分配给阴极（6）的导电体（7）与在外壳（14）中相邻地布置的原电池（201、202）的被分配给阳极（2）的导电体（1）电接触，其中所述原电池（201、202）借助于它们的密封件在外壳（14）中定位，而且所述外壳（14）和所述密封件被构建为使得当原电池（201、202）膨胀或者收缩时，所述原电池（201、202）相对于所述外壳（14）的移动是可能的。
2.根据权利要求1所述的装置（100），其特征在于，所述密封件在其面向原电池（201、202）的内侧上具有空间（12），所述空间（12）被设立用于补偿原电池（201、202）的电极中的一个的材料膨胀。
3.根据权利要求1或2所述的装置（100），其特征在于，所述密封件的至少一部分弹性地来实施，以便补偿原电池（201、202）的膨胀。
4.根据权利要求1或2所述的装置（100），其特征在于，所述原电池（201、202）的密封件具有连接元件（9.4、9.5、15、16、17），以便将原电池（201、202）的密封件与被布置在外壳（14）中的另一原电池（201、202）的密封件连接。
5.根据权利要求1或2所述的装置（100），其特征在于，所述密封件具有密封元件（9），所述密封元件（9）具有隆起部（200），所述隆起部（200）指向内部并且被设立来将沿堆叠方向（204）作用于密封元件（9）的力至少部分地沿所述导电体（1、7）之一的方向传输到所述隔膜（5）上。
6.根据权利要求1或2所述的装置（100），其特征在于，所述隔膜（5）突出于电极的表面并且突出于所述导电体（1、7）的表面，
绝缘的聚合物层（13）被布置在所述导电体（1、7）的边沿上，而且
所述密封件包括密封元件（9），所述密封元件（9）被布置并且被设立为使得所述隔膜（5）密封地被压到所述导电体（1、7）之一上。
7.根据权利要求1或2所述的装置（100），其特征在于，所述隔膜（5）突出于电极的表面并且突出于所述导电体（1、7）的表面，
绝缘的聚合物层（13）被布置在所述导电体（1、7）的边沿上，而且
用于每个原电池（201、202）的密封件都包括两个密封元件（9、10），其中一个密封元件（9）的厚度对应于阳极（2）的厚度而另一密封元件（10）的厚度对应于阴极（6）的厚度，并且密封元件（9、10）在边沿区域中分别被布置在所述隔膜（5）与被分配给相应的电极的导电体（1、7）之间。
8.根据权利要求1或2所述的装置（100），其特征在于，原电池（201、202）的层序列的边沿涂层有绝缘的聚合物或者涂层有黏合剂。
9.根据权利要求1或2所述的装置（100），其特征在于，在原电池（201、202）之内构造有支撑结构（18），所述支撑结构（18）被设立来承受沿堆叠方向（204）作用于所述原电池（201、202）的力。
10.根据上一权利要求所述的装置（100），其特征在于，所述支撑结构（18）被实施为在所述导电体（1、7）中的凸起，其中在所述凸起上布置有电绝缘的材料（19）。
11.根据上一权利要求所述的装置（100），其特征在于，在所述导电体（1、7）中的凸起具有中断（18a），所述中断（18a）允许电解质流动。
12.包括根据权利要求1至11中任一项所述的装置（100）的电池组。
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