CN106953115B

CN106953115B - 用于蓄能器的锂离子电池、锂离子蓄电池

Info

Publication number: CN106953115B
Application number: CN201611129039.9A
Authority: CN
Inventors: E-M.施内克尔博格; J.考夫曼
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: CN106953115A; DE102015224921A1

Abstract

本发明涉及用于蓄能器的锂离子电池、锂离子蓄电池。本发明涉及一种用于蓄能器、尤其机动车电池组的锂离子电池，其具有电池缠绕体，所述电池缠绕体具有两个电极带和至少两个将电极带彼此分离的隔板带，所述带彼此重叠地在其纵向延伸上被缠绕，其中电极带分别具有活性涂层，使得所述电极带之一形成阳极并且所述电极带中的另一个形成阴极，并且其中阴极的至少活性涂层具有第一宽度，所述第一宽度小于阳极的至少活性涂层的第二宽度。规定在电池缠绕体的至少一个纵向侧边缘区域中布置有至少一个与阴极邻接的支撑装置，所述支撑装置保证在纵向侧边缘区域处阳极和阴极彼此的平行布置。

Description

用于蓄能器的锂离子电池、锂离子蓄电池

技术领域

本发明涉及一种用于蓄能器、尤其机动车电池组的锂电池，该锂电池具有电池缠绕体，所述电池缠绕体具有两个电极带和至少两个将电极带彼此分离的隔板带，其中所述带彼此重叠地在其纵向延伸上尤其棱柱形地被缠绕，其中电极带分别具有活性涂层，使得所述电极带之一形成阳极并且所述电极带中的另一个形成阴极，并且其中阴极的至少活性涂层具有第一宽度，所述第一宽度小于阳极的至少活性涂层的第二宽度。

此外本发明涉及一种锂离子蓄电池，该锂离子蓄电池尤其用于机动车，该锂离子蓄电池包括开头所提到的类型的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池和锂离子蓄电池是从现有技术中已经已知的。它们用作具有特别高的比能量和比功率的电化学蓄能器。在锂离子电池中，锂离子可以通过电解质在两个电极之间自由迁移。两个电极、即不仅阴极而且阳极都具有结合锂离子的物理能力。在充电期间，离子从阴极迁移到阳极，并且在放电时从阳极迁移到阴极。通常，阴极具有由锂金属氧化物构成的材料，并且阳极具有石墨。从公开文献WO2012/146409A1中例如已知了一种根据前序部分所述的类型的锂离子电池。锂离子可以被插入（einlagern）在这些材料中。在大多数情况下，锂离子的重新转移（Wiederauslagern）是毫无问题地可能的。然而，在所谓的镀锂（Lithium-Plating）的情况下，形成金属锂，使得锂离子部分地不再可用于充电过程并且因此降低锂离子电池的效率。

原则上已知了不同地构成的锂离子电池，这些锂离子电池在其制造方式方面、尤其在电极和隔板之间的布置方面彼此不同。这样，已知的是，制造圆柱形的锂离子电池、堆叠的锂离子电池、以及棱柱形地被缠绕的锂离子电池。棱柱形地被缠绕的锂离子电池部分地也被理解为折叠的锂离子电池，因为与圆柱形的离子电池不同，电极带和隔板带虽然也被缠绕，然而由此不产生旋转体，而是产生扁平化或扁平的缠绕元件，该缠绕元件的带在其纵向走向上具有不同的半径。

发明内容

本发明所基于的任务是，提供一种锂离子电池和一种锂离子蓄电池，其以简单的方式减少或防止镀锂。

本发明所基于的任务通过具有权利要求1的特征的锂离子电池来解决。该锂离子电池具有以下优点：电池缠绕体的阳极和阴极在整个宽度上彼此具有相同距离，并且就此而言在放电和充电时均匀地在整个宽度上被加载。锂离子转移因此也在电池缠绕体的整个宽度上均匀地进行。由此防止：尤其是在电池缠绕体的通常也安置集电器的边缘区域处，阴极和阳极具有缩小的距离，该缩小的距离有利于镀锂。根据本发明，这通过如下方式来实现：在电池缠绕体的至少一个纵向侧的边缘区域中，布置有至少一个与阴极邻接的支撑装置，该支撑装置保证在纵向侧边缘区域处阳极和阴极彼此的平行布置。也就是说，提出一种构造措施，该措施防止阴极和阳极在纵向侧边缘区域处、尤其是在也被分配/能够被分配集电器的纵向侧边缘区域处的接近。

根据本发明的一种优选的改进方案规定：支撑装置被构造为被一起缠绕的支撑带。通过一起缠绕支撑带，以简单的方式将阴极的宽度加宽，使得阴极和阳极在纵向侧边缘区域处不能朝着彼此移动，由此保证了减少镀锂的上述优点。根据本发明的一种有利的改进方案，支撑带被构造为集电器设备的组成部分并且因此用于电接触阳极和阴极。通过一起缠绕支撑带，保证了集电器到电池缠绕体中的简单集成。替代地，支撑带优选地被构造为隔板带的一部分，该部分在阳极超过阴极的区域中特征在于增大的高度并且由此形成支撑带。根据本发明的另一实施方式，支撑带优选地被布置在阴极的电极带上、尤其电极带的双侧，并且在此具有与阴极的相应活性涂层相同的高度。

尤其规定：支撑带由与隔板带相同的材料来构造。由此，隔板带通过支撑带被加宽，并且通过添加支撑带不改变电池缠绕体的化学组成。由此，支撑带的安全的继续运行和简单的集成是可能的。

根据本发明的一种替代的实施方式优选地规定：支撑带由与隔板带不同的材料来构造。因此，支撑带在材料技术上不同于隔板带，并且尤其可以如下优化地被构造：支撑带在锂离子电池的每种运行状态下可靠地保证在纵向侧边缘区域处阴极和阳极之间的距离。

支撑带特别优选地由不导电材料制成。因此，支撑带有利地在纵向侧边缘区域中也充当两个电极之间或阳极与阴极之间的电绝缘体。

替代地优选地规定：支撑带由导电材料制成。因此，支撑带例如也可以充当两个电极之间的被加宽的隔板，使得支撑带有利地不降低、而是更确切地说增大电池缠绕体的功率。

另外，优选地规定：支撑装置的高度对应于阴极的高度。因此，支撑装置或支撑带完全填满阴极与阳极之间的空隙，该空隙由于阴极的缩短的构造而产生。

特别优选地规定：支撑带具有第三宽度，该第三宽度至少对应于第二宽度与第一宽度之差。支撑带因此填满所设置的空隙，并且由此使电极互相支撑，使得电极彼此的距离在整个宽度上保持相同。可选地，支撑带已经具有允许将集电器简单地安置到电极上的装置。所述装置例如可以是边缘开放的凹部。所述装置也可以是专用支撑带材料，该专用支撑带材料允许集电器与电极带的有利连接。

根据本发明的一种替代的实施方式优选地规定：支撑装置被构造为集电器设备，所述集电器设备具有垫片，所述垫片可以被引入两个相邻电极带之间或被引入到了两个相邻电极带之间。应保证电极带之间的距离的垫片因此代替先前提到的支撑带。事后、即在缠绕电池缠绕体之后所安置的集电器设备因此在纵向侧边缘区域处在电极带之间添加垫片，由此电极在该纵向侧边缘区域处有利地彼此具有所定义的距离，该距离防止或至少减少镀锂。

附图说明

在下面应根据附图进一步解释本发明。为此：

图1以简化的透视图示出锂离子电池；以及

图2示出该锂离子电池在纵向侧边缘区域处的简化的截面图。

具体实施方式

图1以简化的透视图示出锂离子电池1，该锂离子电池包括电池缠绕体2，所述电池缠绕体由两个电极带3和4以及两个隔板带5和6形成。电极带3、4和隔板带5、6具有与其宽度B相比明显更大的长度。为了制造，带3至6被彼此重叠地放置，使得所述带彼此平行地伸展，并且接着在其纵向方向上被卷绕。根据当前的实施例，带3至6棱柱形地被卷绕。然而，圆柱形缠绕例如同样是可设想的。

在此，带3至6被布置，使得在电极带3、4之间布置有隔板带之一5，使得在如图1中所示出的缠绕状态下，电极3、4始终通过隔板带5、6之一被彼此分离或保持距离。

电极3、4尤其双侧配备有各一个活性涂层8、9。当前，电极4在此配备有锂金属氧化物涂层，并且电极3配备有石墨涂层。因此，电极3形成锂离子电池1的阳极A并且电极4形成锂离子电池的阴极K。在此，所述涂层被构造，使得电极带4在电池缠绕体2的纵向侧边缘7处的区段没有涂层，使得电极3、4在该纵向侧边缘7处可以通过集电器或集电器设备被电接触。阴极K由此在横截面中来看如关于图2所示出的那样与阳极A相比被构造为更狭窄的或者具有更小的宽度B₂。

在电池缠绕体2中，电极3、4通过隔板带5、6被保护免于彼此直接接触。仅仅在电化学电池的所有三个相、即不仅在阳极中、而且在阴极和电解质中存在的锂离子可以穿过电解质和隔板从阳极A迁移到阴极K并且以不同的方式来回迁移。

图2以沿着图1中的线A-A的简化的截面图示出电池缠绕体2的横截面区域。为此，图2示出围绕阴极K缠绕的阳极A，其中隔板带5、6之一分别处于阳极A与阴极K之间。在图2中可以看出电极带3的先前所描述的活性涂层8和电极带4的先前所描述的活性涂层9。

如同样可从图2得知的，阴极K具有宽度B₂，该宽度小于阳极A或尤其其涂层8的宽度B₁。这在正常情况下使电极带3、4通过集电器13（以虚线示出）的固定或接触变得简单。

为了避免阳极A和阴极K在纵向侧边缘区域7处在与集电器连接时朝着彼此移动，使得其彼此的距离被减小，当前设置有支撑带12形式的支撑装置11，该支撑带12补偿阳极A与阴极K之间的宽度差。支撑带12与电极带3、4和隔板带5、6被一起缠绕，并且由此简单地被集成到电池缠绕体2中。

当前，支撑带12由不导电材料制成，以便防止在纵向侧边缘区域7的范围中活性涂层8或阳极A与阴极K之间的直接电接触。在此，支撑带12的高度h适宜地对应于阴极K或活性涂层9的高度，使得阳极A和阴极K的距离在电池缠绕体2的整个宽度上被保持恒定。

由此，不仅在放电时而且在充电时也在阳极与阴极之间发生均匀的锂离子转移。通过将集电器设备13连接到电极带3、4上，可以使这些电极带由于支撑装置11而在纵向侧边缘区域7处不朝着彼此移动，使得即使在边缘区域处也持久地保证恒定距离。由此，以简单的和低成本的方式减少或防止在电池缠绕体2处镀锂。

替代于被一起缠绕的支撑带12，根据一种替代的实施方式规定：支撑装置11由垫片形成，该垫片最终对应于支撑带12，然而事后才通过集电器设备13（这里以虚线示出）被安置到/安置到了电池缠绕体2上。集电器设备13具有集电器14，该集电器与电极带3电连接，以便排出在放电时释放的电流。集电器设备13的电导线/连接在图2中未被示出。以虚线绘制的形成垫片的壳体适宜地由不导电材料制成。支撑装置11以垫片或支撑带12的形式被保持在集电器设备13处并且因此在纵向侧边缘区域7处在阳极与阴极之间被引入，使得所述阳极与阴极即使在纵向侧边缘7处也彼此具有所期望的距离。在电池缠绕体2的与纵向侧边缘区域7相对的在图2中不再被示出的纵向侧边缘区域处，优选地存在与支撑装置11对应的支撑装置，该支撑装置确保：阴极K和阳极A在该另一纵向侧边缘区域处或在电池缠绕体2的整个宽度B上也彼此平行地伸展。

附图标记列表

1 锂离子电池 B₁ 宽度

2 电池缠绕体 B₂ 宽度

3 电极带 h 高度

4 电极带 K 阴极

5 隔板带 A 阳极

6 隔板带

7 纵向侧边缘区域

8 涂层

9 涂层

10 涂层

11 支撑装置

12 电极带

13 集电器设备

14 集电器

Claims

1.一种用于蓄能器的锂离子电池（1），该锂离子电池具有电池缠绕体（2），所述电池缠绕体（2）具有两个电极带（3，4）和至少两个将所述电极带（3，4）彼此分离的隔板带（5，6），所述电极带（3，4）和所述隔板带（5，6）彼此重叠地在其纵向延伸上被缠绕，其中所述电极带（3，4）分别具有活性涂层，使得所述电极带中的具有其活性涂层的电极带（3）形成阳极（A）并且所述电极带中的具有其活性涂层的另一个电极带（4）形成阴极（K），并且其中所述阴极（K）的至少所述活性涂层具有第一宽度（B₂），所述第一宽度（B₂）小于所述阳极（A）的至少所述活性涂层的第二宽度（B₁），其特征在于，在所述电池缠绕体（2）的至少一个纵向侧边缘区域（7）中，布置有至少一个与所述阴极（K）邻接的支撑装置（11），所述支撑装置（11）保证在所述纵向侧边缘区域（7）处阳极（A）和阴极（K）彼此的平行布置，其中所述支撑装置（11）被构造为被一起缠绕的支撑带（12），所述支撑带（12）具有第三宽度，所述第三宽度对应于第二宽度（B₁）与第一宽度（B₂）之差，

其中所述支撑装置（11）的高度对应于所述阴极（K）的高度。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述蓄能器是机动车电池组。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述支撑带（12）由与所述隔板带（5）相同的材料来构造。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述支撑带（12）由与所述隔板带（5）不同的材料来构造。

5.根据权利要求1、4之一所述的锂离子电池，其特征在于，所述支撑带（12）由不导电材料制成。

6.根据权利要求1、2、4之一所述的锂离子电池，其特征在于，所述支撑带（12）由导电材料制成。

7.根据权利要求1至4之一所述的锂离子电池，其特征在于，所述支撑装置（11）被构造为集电器设备（13），所述集电器设备具有垫片，所述垫片能够局部地被引入两个相邻电极带（3，4）之间/局部地被引入到了两个相邻电极带（3，4）之间。

8.一种锂离子蓄电池，其特征在于，所述锂离子蓄电池包括根据权利要求1至4之一所述的锂离子电池（1）。

9.根据权利要求8所述的锂离子蓄电池，其特征在于，所述锂离子蓄电池是机动车电池组。