CN109494396B - 蓄电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蓄电池及其制造方法。所述蓄电池特别是小型蓄电池包括均具有接触端子的至少两个正电极和均具有接触端子的至少两个负电极。所述蓄电池还包括具有至少一个接触元件的至少一个接触装置,所述接触元件布置在两个毗邻的接触端子之间并以导电的方式将所述两个毗邻的接触端子互连。所述蓄电池还包括壳体,所述壳体完全容纳所述至少两个正电极、所述至少两个负电极和所述至少一个接触装置。所述蓄电池包括至少一个包覆层结构,所述包覆层结构包围所述至少一个接触装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电能的存储和释放的蓄电池,特别是小型蓄电池。本发明还涉及根据本发明的蓄电池在医疗设备、特别是在能够植入人体中的医疗设备中的应用。本发明还涉及一种用于制造根据本发明的蓄电池的方法。
背景技术
作为一种独立于网络的电力供应装置,蓄电池应用于各种便携装置和固定装置中。在包括例如助听器、药品分发器和/或诊断装置的具有高能量需求的装置中,也可以使用原电池,尽管与蓄电池相反,原电池具有不可充电且必须每隔五至十天更换的缺点。
根据DE 10 2009 060 800 A1(VARTA,2011),已知用于蓄电池和不可充电的电池的具有卷绕电极和杯状金属壳体的纽扣电池。在实践中,这种纽扣电池用于结构高度超过5mm的情况。而对于更小的结构高度,由于有效容量过小的原因,该卷绕设计是不利的。此外,具有金属壳体的纽扣电池的形状也受到限制。继而,这又阻碍了待通过纽扣电池运行的装置中的可用容量的最佳利用,从而降低了纽扣电池的容量。
US 20140072860 A1(SWISSBAT,2014)公开了一种具有塑料壳体和堆叠电极设计的蓄电池。阳极和阴极的导体接线片分别位于金属块上并且被焊接在一起。用于导体块和导体接线片的较大空间需求是不利的。因此,这种设计对于小型蓄电池或者对于诸如纽扣电池之类的最小型的蓄电池来说是非常不适用的。此外,由于导体接线片的不同长度和不同角度,电极的自动堆叠也是一个非常困难和昂贵的工艺。
根据EP 1 100 138 A(Wyon AG,2001),已知一种蓄电池,该蓄电池节省空间、可定制设计并且具有卷绕电极、集成保护和充电电路以及塑料壳体,以便在包括例如听觉植入物的具有高能量需求的应用领域中允许对常规锌-空气原电池进行替换。目前的端子采用管状设计,其与壳体底座的抵接与空间损失相关联。此外,借助于伸入壳体中的销来进行的电接触不适用于其电池需要频繁更换的装置。
因此,为了直接与装置接触,US 7,294,430 B2(Wyon AG,2007)提出了一种位于壳体的外侧上的机械可张紧连接件和接触端子。然而,由于有效容量相对较小,这种形式的构造不适用于具有卷绕电极和结构高度小于6mm的蓄电池。
为了实现在纽扣电池中节省空间地布置电极,且同时具有高效率,US 8,685,560(Wyon,2014)提出了在金属壳体中的折叠电极。
发明内容
本发明的目的是提供一种属于上述技术领域并且具有非常高的容量和/或能量密度的蓄电池。具体地,本发明的目的是使具有预定外部尺寸的蓄电池中的活性材料的可用空间最大化。本发明的另一个目的是提供一种用于根据本发明的蓄电池的有效且成本效益高的制造方法。此外,提供了根据本发明的蓄电池的特别有效的应用。
该目的的解决方案由权利要求1的特征所限定。根据本发明,一种用于电能的存储和释放的蓄电池,特别是小型蓄电池,包括均具有接触端子的至少两个正电极和均具有接触端子的至少两个负电极。该蓄电池还包括具有至少一个接触元件的至少一个接触装置,所述接触元件布置在两个毗邻的接触端子之间并且以导电的方式将所述两个毗邻的接触端子互连。该蓄电池还包括壳体,所述壳体完全容纳所述至少两个正电极、所述至少两个负电极和所述至少一个接触装置。该蓄电池包括至少一个包覆层结构,所述包覆层结构包围所述至少一个接触装置。
由于可以省略掉电极的所有接触端子的通常且空间繁琐的角弯(sptaillycumbersome angulation)和直接焊接,该至少一个接触装置的包覆层允许对其进行高度节省空间的设计。包覆层起到用于接触元件的引导件和/或保持件的作用,因而接触元件可以具有非常紧凑的设计,并且占用的空间远远小于所有接触端子的通常角弯和直接焊接所需的空间。从而,在蓄电池壳体的内部就有更多可用于活性电极材料(也称为活性材料)的空间。因此,与不具有这样的至少一个接触装置的包覆层的蓄电池相比,该蓄电池可以拥有更高的容量和/或能量密度。此外,该至少一个接触装置的包覆层可以提供抵抗不希望的沉积的防护。该包覆层可以例如保护连接至负电极的接触装置以免于锂沉积。具有包覆层的接触装置可以被制造用于结构高度小至1mm以上的蓄电池。测试显示,在根据本发明的蓄电池中,能量含量相对于传统蓄电池可增加10%-20%。
蓄电池被理解为是一种在电化学基础上运行的用于电能的可充电存储器。单个可充电的存储元件被描述为二次元件或二次电池。相反地,原电池是不可再充电的,或者只能在非常有限的程度上再充电。蓄电池可以包括一个或多个二次电池。如果蓄电池包括多个二次电池,则这些二次电池可以以串联方式电互连以增加有用电压,或者以并联方式电互连以增加有用容量。
小型蓄电池是指体积小于30cm3,特别地体积小于10cm3,并且更特别地体积小于1cm3的蓄电池。小型蓄电池可以是纽扣电池。纽扣电池可以具有圆形形状,其中,其直径大于其高度。然而,小型蓄电池也可以被设计成立方体,或者可以采用任何其它的装置特定形状,包括例如,马蹄形或泪滴形。装置特定形状被理解为是对应于装置中蓄电池的可用空间的形状,蓄电池被插入到该装置中。小型蓄电池可以采用6mm以下、特别是5mm以下的结构高度。小型蓄电池优选地包括单个二次电池,该单个二次电池继而可以包括多个并联连接的电极。小型蓄电池可以具有在1V至5V的范围内、特别地在1.3V至4V的范围内、并且更特别地在3V至3.8V的范围内的额定电压。
这些电极可以采用分层设计。每个电极均包括活性材料。阳极材料应用于负电极,并且阴极材料应用于正电极。电极的一侧或两侧被涂覆有活性材料。电极可以以堆叠布置方式配置。在相应的堆叠体中,正电极依次跟随负电极。在正电极和负电极之间作为分隔层而布置分隔件。电极的堆叠体可以包括多个电极。
电极的接触端子可以为导电栅格、导电承载带和/或导电箔片,例如,接线片。接触端子以导电方式连接至正电极或负电极,并且不包含活性材料。正电极或负电极的接触端子可以是直的或以某角度弯折的。以某角度弯折的接触端子可以比直的接触端子长,但在其它方面采用相同的形状。
接触装置在电极的接触端子之间形成导电连接。优选地,接触装置在具有相同的活性材料的电极之间形成导电连接。因此,接触装置可以具体地将正电极的接触端子互连,使得正电极被并联地电连接,或者可以具体地将负电极的接触端子互连,使得负电极被并联地电连接。接触装置可以是柱式设计和/或级联(cascade)式设计。优选地,接触装置具有圆形截面、椭圆形截面或角截面,例如矩形截面。
该至少一个接触元件可以完全地或部分地由导电材料形成。优选地,为了与正电极结合使用,该至少一个接触元件包括诸如铝、不锈镍钢或钛之类的金属。为了将至少一个接触元件与负电极结合使用,该接触元件优选地包括诸如铜、不锈镍钢或钛之类的金属。可替换地和/或附加地,该至少一个接触元件还可以完全地或部分地被涂覆有导电材料。该至少一个接触元件可以是抗电解质的和/或抗腐蚀的。接触元件可以采用圆形截面、椭圆形截面或有角截面,例如矩形截面。
接触元件的高度优选地对应于两个直接毗邻的接触端子之间的间隙,或者对应于其整数倍数。例如,两个分别直接毗邻的接触端子可以相互以某角度弯折并互连而没有间隙,即,没有接触元件的中间连接。从而,新产生的毗邻的接触端子将具有两倍于直接毗邻但不以某角度弯折的接触端子的间隙。因此,该至少一个接触元件也将采用两倍的高度。相应地,可以将三个或更多个直接毗邻的接触端子结合起来,使得接触元件的高度因此对应于两个直接毗邻的接触端子之间的间隙的三倍或更高倍数。
壳体优选地包括壳体衬套,以便允许蓄电池的至少一个接触装置和外部接触件之间进行导电连接。因此,该至少一个接触装置可以延伸到壳体衬套中。完全容纳该至少一个接触装置的壳体具有如下优点:除了上述壳体衬套之外,不再需要另外的壳体衬套来容纳该至少一个接触装置,并且可以使壳体中密封性的潜在损失最小化。
壳体可以是气密的、抗电解质的、抗腐蚀的和/或电绝缘的。气密壳体使蓄电池的使用寿命变长,因为不可能出现蓄电池释气,并且不希望的物质无法扩散到壳体的内部。有利的是,壳体可以由两部分组成,这两部分在制造根据本发明的蓄电池的过程中以气密的方式互连。例如,壳体可以由壳体容器和壳体盖组成。
根据本发明,术语“气密”被理解为气体扩散、特别是水蒸气扩散不会出现,或者可以忽略不计。术语“绝缘”被理解为存在小于10-6S/m的导电性。具体地,术语“绝缘”对应于非导体的导电性,或者对应于被称为绝缘体的材料或多种材料的组合的导电性。
蓄电池的外部接触件可以是蓄电池的负极或者正极。蓄电池的负极或者正极可以位于壳体的外侧上,并且可以是容易接触的。外部接触件可以被配置为具有尽量小且扁平的设计,并且优选地位于壳体的边缘上。外部接触件可以由不锈镀金钢、镀金黄铜、铜、钛或金形成。可以在外部接触件上钎焊或焊接电线,或者外部接触件可以直接安装在电路板上。
包覆层可以包围该至少一个接触装置的周长的一半或一半以上,并且特别地可以包围该至少一个接触装置的周长的三分之二或以上。在每种情况下,包覆层都暴露出接触装置的一定比例的周长,例如,包覆层可以暴露出接触装置的周长的五分之一或五分之一以上。如上所述,可以沿着接触装置的横截面的外部外边缘确定接触装置的周长。
包覆层可以紧紧地包围接触装置以使得离子穿过电解质到达接触装置的流动路径被延长,从而实际上没有离子穿过电解质到达接触装置,并因此防止了在接触装置上的任何相应的材料沉积,诸如锂沉积。
包覆层的壁厚可以在0.005mm至1mm的范围内,特别地在0.01mm至0.6mm的范围内,并且更特别地在0.15mm至0.4mm的范围内。
在优选实施方式中,接触装置包括夹紧装置,该夹紧装置将至少一个接触元件夹紧至至少两个毗邻的接触端子上。
通过这种布置,在最大可能程度上实现了将该至少一个接触元件和至少两个毗邻的接触端子之间的电转移电阻和/或电接触电阻最小化。这降低了蓄电池的内部电阻并且提高了蓄电池的效率。
对于夹紧装置,可替换地和/或附加地,可以将导电棒或电线焊接或钎焊到至少一个接触元件和两个毗邻的接触端子上。也可以利用导电粘合剂进行结合连接或粘合结合。
在另一个优选的实施方式中,至少两个毗邻的接触端子均包括孔。至少一个接触元件是套筒。夹紧装置包括销和反向支承件(counter bearing)。销在第一端的区域中具有凸缘,并且在第二端的区域中具有与反向支承件的连接件。销穿过至少两个毗邻的接触端子中的孔,并且穿过该至少一个接触元件。至少两个毗邻的接触端子和至少一个接触元件布置在凸缘和反向支承件之间。
因此,夹紧装置和接触装置可以用特别简单的方式来制造。此外,销可以用于与蓄电池的外部接触件形成简单并且可靠的电连接。
该至少一个接触元件,特别是至少一个套筒可以例如由诸如铜、铝、金、银或钛之类的金属形成。这些金属具有良好的导电性并且抗腐蚀。该至少一个接触元件、特别是至少一个套筒,也可以由金属化合物组成。该至少一个套筒的内径可以在0.1mm至2mm之间,特别地在0.2mm至1mm之间,更特别地在0.4mm至0.8mm之间,并且尤其是在0.3mm至0.6mm之间。该至少一个套筒的外径则在0.2mm至4mm之间,或者特别地在0.4mm至2mm之间,或者更特别地在0.6mm至1.5mm之间。
可替换地,该至少一个接触元件和/或至少一个套筒还可以由一种或多种非金属材料构成,例如包括导电塑料。该至少一个接触元件还可以包含例如一种或多种有机材料(例如包括碳,特别是结构碳)。
有利的是,销可以完全地或部分地由导电材料构成。优选地,为了与正电极结合使用,销例如由诸如铝、不锈镍钢或钛之类的金属构成。而为了与负电极结合使用,销优选地例如由诸如铜、不锈镍钢或钛之类的金属构成。可替换地和/或附加地,销还可以完全地或部分地被涂覆有导电材料。可替换地,销也可以由一种或多种例如包括导电塑料的非金属材料构成。销还可以包含例如一种或多种有机材料(例如包括碳,特别是结构碳)。
优选地,销具有圆形截面、椭圆形截面或有角截面,并且可以例如采用矩形截面。如果销具有圆形截面,则其外径可以在0.1mm至2mm之间,特别地可以在0.2mm至1mm之间,并且更特别地可以在0.4mm至0.8mm之间。对于其它截面形状,销的截面面积可以在0.01mm2至3mm2之间,特别地可以在0.03mm2至1mm2之间,并且更特别地可以在0.1mm2至0.3mm2之间。有利的是,销的外部尺寸基本上对应于该至少一个套筒的内部尺寸,或者略小于该至少一个套筒的内部尺寸,从而允许将该至少一个套筒轻松地推动配合在销上。优选地,销的外径或外部尺寸沿其长度是不变的(除了凸缘之外)。可替换地,销的外径还可以沿其长度而改变。
可替换地,销的外部尺寸还可以略大于该至少一个套筒的内部尺寸。该至少一个套筒因此可以通过压配合的方式安装在销上。
反向支承件可以是接触元件,特别是套筒。例如,压配合的套筒可以构成反向支承件。
对于销,可替换地,还可以采用具有纵向槽的管。因此可以用不具有通孔的间隔件来代替套筒。电极的接触端子可以通过管中的纵向槽插入到管中。间隔件可以在管中布置在两个毗邻的接触端子之间。在管的一端,管的内径包括锥形,从而与包含销的夹紧装置的优选实施方式中的凸缘相类似地,构成用于接触端子和间隔件的支撑件。
对于该至少一个套筒,可替换地和/或附加地,可以采用梳状件。电极的接触端子可以被容纳在梳状件的齿之间,使得梳状件和接触端子以导电的方式互连,例如,以夹紧连接或压接连接的形式互连。梳状件具有既不需要销也不需要管的优点。然而,出于生产的目的,具有至少一个套筒的优选实施方式具有许多优点。
在另一个优选的实施方式中,销与反向支承件的连接是螺纹连接、铆接连接和/或焊接连接。
这种类型的连接非常容易生产,且可靠度高。例如,布置在销的避开凸缘支承端的端部上的接触元件可以被螺纹连接到销上。可替换地,这种类型的接触元件也可以被铆接或焊接到销上。
可替换地和/或附加地,销与反向支承件的连接还可以通过钎焊、胶接和/或包括例如压配合的过盈配合来实现。在这些情形的最后一种情形中,反向支承件被压配合到销上。
在另一个优选的实施方式中,该至少两个正电极的接触端子是毗邻的和/或该至少两个负电极的接触端子是毗邻的。
相应地,可以形成该至少两个正电极的电并联连接和/或该至少两个负电极的并联连接。电极的并联连接使得蓄电池的容量和/或能量密度增加。
对于电极的并联连接,可替换地,接触端子可以布置为使得该至少两个正电极中的一个正电极的接触端子和该至少两个负电极中的一个负电极的接触端子是毗邻的。在这种情况下,当电极与不同的二次电池相关联时,可以实现电极的串联连接。当不需要两个毗邻的接触端子之间的导电连接以形成串联电路(该导电连接会导致短路)时,还可以使用绝缘体。
在另一个优选的实施方式中,蓄电池包括两个接触装置,这两个接触装置均完全布置在壳体中。
因此,与仅具有一个接触装置的实施方式相比,其实现了更加节省空间的设计。由于两个接触装置都完全布置在壳体内,因此可以使壳体衬套的数量最小化,并且相应地也可以使壳体中的密封性的任何潜在损失最小化。
两个接触装置中的每个接触装置可以包括包覆层。
在另一个优选的实施方式中,包覆层由塑料构成。
塑料包覆层可以很容易制造,例如,通过注塑成型来制造。塑料包覆层可以是抗电解质的、抗腐蚀的和/或电绝缘的。如果蓄电池包括两个接触装置,则两个包覆层都可以由塑料构成并且被一体地形成为例如眼镜状的塑料模制件。一个塑料包覆层或两个塑料包覆层可以应用于例如金属构造的壳体中。
有利的是,诸如液晶聚合物(LCP)或聚乙烯(PE)之类的塑料可以用于包覆层。包覆层还可以包含增强LCP。
在使用金属壳体的情况下,特别是在蓄电池中应用了两个接触装置的情况下,至少一个接触装置可以被配置在与壳体电绝缘的布置中,这可以通过至少一个塑料包覆层来实现。
可替换地,包覆层还可以采用金属构造。如果壳体由分别采用金属构造的两部分组成,则包覆层可以被整合在壳体的所述两部分中的一部分中。当提供两个包覆层时,一个包覆层可以被整合在壳体的两部分中的每一部分中。
在另一个优选的实施方式中,壳体由塑料构成。
这样的壳体可以用简单且成本效益高的方式来制造,并且可以通过例如注塑成型而被制造成定制尺寸。塑料构造的壳体可以是抗电解质的、抗腐蚀的和/或电绝缘的。在电绝缘壳体中,不需要保持壳体的内壁和活性材料之间的安全间隙,相反,该活性材料可以与壳体接触,使得相比于具有导电壳体的蓄电池而言,在该蓄电池中可以容纳更多的活性材料。同样地,在采用塑料壳体的情况下,通过对装置中的蓄电池进行特别容易实现的精确调整,可以获得甚至更高的能量含量。在塑料壳体中,在成形方面几乎没有限制。
有利的是,LCP塑料(液晶聚合物)用于壳体。壳体还可以包含增强LCP。
塑料壳体可以具有小于0.5mm、特别地小于0.3mm、并且更特别地为0.2mm或更小的壁厚。在小型蓄电池中,壁厚具有关键作用,因为在给定外部尺寸的蓄电池中,减小壁厚可以作为将更多活性材料引入壳体中的手段,从而增加蓄电池的容量。
如果不仅是壳体,而且该一个包覆层或两个包覆层也由金属构成,则该一个包覆层或两个包覆层可以被整合在壳体的一部分中,例如整合在壳体容器中。在这种情况下,该壳体容器和一个包覆层可以一体制造,和/或该壳体容器和两个包覆层可以一体制造,从而简化蓄电池的生产和/或组装。此外,将该一个包覆层或多个包覆层整合在壳体中进一步节省了空间,其可以作为增加活性材料并且因此增加蓄电池的容量的手段。
可替换地,壳体还可以采用金属构造。通过这种布置,蓄电池在面对外界机械影响时具有高鲁棒性。
在另一个优选的实施方式中,壳体包括布置在壳体的外侧上的环眼。
环眼可以用于将蓄电池紧固在装置上,或者环眼可以用于将物体紧固在蓄电池上。
环眼可以布置在壳体底座的外侧、壳体盖的外侧或壳体侧壁的外侧上。也可以将多个环眼装配到壳体的一个或多个外侧上,例如,装配到壳体底座的外侧、壳体盖的外侧和/或壳体侧壁的外侧上。
可替换地,蓄电池还可以被配置成不包括环眼,或者包括另外的紧固装置。
在另一个优选的实施方式中,负电极中的至少一个包括由导电非金属结构材料制成的电流导体。
由导电非金属结构材料制成的电流导体具有抗腐蚀的优点,并且可以比由例如抗腐蚀的金属制成的电流导体成本效益更高。抗腐蚀的电流导体改善了蓄电池的使用寿命。此外,通过采用由导电非金属结构材料制成的电流导体,不必在电极上装配金属接触元件,例如金属端子接线片。由导电非金属结构材料制成的电流导体可以在例如不存在活性材料的区域中用作接触端子。该非金属接触端子和/或多个非金属接触端子可以直接与一个或多个接触元件接触,从而构成接触装置。
该导电非金属结构材料可以由导电塑料和/或导电有机材料或材料混合物、例如结构碳构成。结构碳不同于用作活性材料的碳。
优选地,电流导体可以由呈薄膜或片材形式的结构碳来构造。
结构碳的薄膜和/或片材可以构成用于容纳活性材料的承载带。
优选地,至少一个正电极还可以包括结构碳构造的电流导体。
对于由导电非金属结构材料形成的电流导体的进一步细节,可以参考由同一申请人在与本专利申请同一申请日提交的名为“可充电电池(Rechargeable Battery)”的欧洲专利申请。
优选地,该蓄电池可以是可充电锂电池或锂离子电池。
本发明的另一个方面涉及根据本发明的蓄电池的应用。根据本发明的蓄电池用于医疗设备中,特别是助听器中,并且更特别地是用于能够植入人体的医疗设备中。
由于根据本发明的蓄电池的容量增大,因此可以延长充电操作之间的时间间隔,以便为装置的用户带来更大便利。
医疗设备可以包括,例如诊断器、助听器、和/或诸如可植入泵或听觉植入物之类的可植入设备。
本发明的另一个方面涉及一种用于制造根据本发明的蓄电池的方法。该方法包括以下步骤:
a)在壳体中交替地插入具有接触端子的正电极和具有接触端子的负电极,使得正电极的接触端子布置在包覆层中,和/或使得负电极的接触端子布置在包覆层中,
b)将接触元件施加于正电极的接触端子,和/或将接触元件施加于负电极的接触端子,
c)重复步骤b),
d)通过在接触元件和两个毗邻的接触端子之间形成导电连接来制造至少一个接触装置。
这种类型的制造方法非常高效,并且可以基本实现自动化。因此,可以制造生产成本低的、可再现高质量的蓄电池。此外,这种类型的制造方法也非常适用于小型蓄电池。
如果正电极的接触端子容纳在包覆层中而且负电极的接触端子也容纳在包覆层中,则无需包含一个相同的包覆层,而是可以包含两个在空间上分隔开的包覆层。
在一个优选的实施方式中,用于制造根据本发明的蓄电池的方法中的步骤d)包括将反向支承件铆接、螺纹连接和/或焊接在销上。
这样,就可以用非常简单的方式来制造具有高质量和良好电性能、并特别地具有低转移电阻的接触装置。
在另一个优选的实施方式中,用于制造根据本发明的蓄电池的方法还包括以下步骤中的一个或多个步骤:
e)根据预定形状对正电极和负电极进行冲裁和烧蚀,和/或
f)用密封材料至少部分地涂覆销,和/或
g)将销压配合穿过容器底座中的壳体衬套而到达外部接触件,和/或
h)分别将负电极焊接在一个分隔件中,和/或
i)干燥、注入电解质、气密装配壳体盖并形成蓄电池。
电极的冲裁和烧蚀保证了电极在壳体内部的最佳配合,并且从而保证了蓄电池的最佳容量。
用密封材料至少部分地涂覆销允许销气密地穿过容器底座中的壳体衬套。该密封材料也可以被配置为粘合剂或O型环。
将销压配合穿过容器底座中的壳体衬套而到达外部接触件允许在蓄电池的外部接触件和接触装置之间简单地形成连接。此外,可以相应地形成高度节省空间的外部接触件,而且外部接触件可以直接安装在电路板上。
分别将负电极焊接在一个分隔件中保证了蓄电池的长期可靠运行。
干燥、注入电解质、气密装配壳体盖并形成蓄电池也保证了蓄电池的长期可靠运行。
通过本发明,可以提供具有高能量密度、甚至具有小型结构设计、并且具有抵抗内部短路和枝晶体形成的高安全度的蓄电池,由此,尤其有利的是,所述蓄电池可以主要应用于医疗设备中。
本发明的其他有利实施方式和特征的组合都来自于以下详细说明和全部专利权利要求。
附图说明
在用于说明示例性实施方式的附图中:
图1示出了具有螺纹配合的套筒的第一示例性实施方式的剖面图;
图2示出了具有铆接的套筒的第二示例性实施方式的剖面图;
图3示出了具有长套筒和螺纹固定的第三示例性实施方式的剖面图;
图4示出了具有长套筒和铆接的第四示例性实施方式的剖面图;
图5示出了具有石墨电极的第五示例性实施方式的剖面图;
图6示出了一种从下方侧向所观察的壳体容器;
图7示出了一种从上方所观察的壳体容器;
图8示出了一种从下方侧向所观察的具有环眼的壳体容器;
图9示出了一种从上方侧向所观察的定制的壳体容器;
原则上来说,在这些附图中,相同的部件由相同的附图标记来标识。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的蓄电池的第一示例性实施方式在用于正电极的接触装置20的区域中的剖面图。在由容器壁1a和容器底座1b构成的壳体容器1中,堆叠体30位于壳体盖17的下方,所述堆叠体30包括两侧均被涂覆有活性材料的正电极7和两侧均被涂覆有活性材料的负电极9。两侧均被涂覆的正电极7的直的正接触端子7a通向接触装置20。堆叠体30还包括多个分隔件11。一个分隔件11相应地布置在正电极7和负电极9之间。在堆叠体30的最底部,一侧被涂覆有活性材料的正电极8直接布置在容器底座1b上。正电极8的以某角度弯折的正接触端子8a通向接触装置20。
接触装置20包括销3和多个接触元件6。销3在第一下端的区域中包括凸缘3b。凸缘3b支承在容器底座1b上。销3的第一下端布置在位于容器底座1b中的壳体衬套13中。密封件18在销3和容器底座1b之间形成气密连接。在销3的第一下端的区域中,销3还包括孔3c,外部接触件12被压配合至所述孔3c中,所述外部接触件12从容器底座1b的下侧的部分突出。因此,容器底座1b在壳体衬套13的区域中被夹在外部接触件12和凸缘3b之间,从而有助于在壳体衬套13中形成气密密封。为此,销3的第一下端并不完全延伸到壳体衬套13中,而是在销3的第一下端的端面和外部接触件12之间提供了很小的间隙。相应地,外部接触件12并不完全延伸到孔3c中,而是在此处也同样提供了一定程度的间隙。此外,在壳体被夹紧在外部接触件12和销3的凸缘3b之间的区域中,还可以设置密封材料(未示出)。外部接触件12可以电连接至安装有根据本发明的蓄电池的装置(未示出)。在图1中,外部接触件12构成了蓄电池的正极。接触装置20则以如下方式构成:在销3的凸缘3b上布置以某角度弯折的正接触端子8a。随后布置直的正接触端子7a。随后交替地布置呈套筒形式的接触元件6和直的正接触端子7a。在堆叠体30的最上端,一侧被涂覆有活性材料的正电极8布置在壳体盖的17的正下方。正电极8的以某角度弯折的正接触端子8a也通向接触装置20,并且布置在直的正接触端子7a上。在此以某角度弯折的正接触端子8a之上设置最后接触元件6,该最后接触元件6在本第一示例性实施方式中设有螺纹3a,并且设有相应的螺纹3a的销3被螺纹连接在该最后接触元件6上。因此,所有的正接触端子7a、8a和接触元件6都被夹紧在凸缘3b和螺纹连接在接触元件6上的最上部之间,该最上部起到反向支承件的作用,使得在正接触端子7a、8a、接触元件6和销3之间存在尽可能最低的接触阻力。由于外部接触件12被压在销3上,在此还提供了最小接触电阻。接触元件6的高度h的尺寸被如此设置,使得其对应于两个直接毗邻的直的正接触端子7a之间的间隙。在本第一示例性实施方式中,接触元件6的高度h对应于两侧均被涂覆的正电极7的厚度加上两侧均被涂覆的负电极9的厚度并再加上两个分隔件11的厚度以及然后减去直的正接触端子7a的厚度。
图2示出了根据本发明的蓄电池的第二示例性实施方式在用于负电极的接触装置20的区域中的剖面图。对于第二示例性实施方式中与第一示例性实施方式的特征相同的特征,此处不再重复。与第一示例性实施方式的区别在于,在第二示例性实施方式中,两侧均被涂覆的多个负电极9的直的负接触端子9a通向接触装置20。在图2中,外部接触件12构成了蓄电池的负极。接触装置20以如下方式构成:在销3的凸缘3b上,首先布置一侧被涂覆的负电极的以某角度弯折的负接触端子。随后布置直的负接触端子9a。随后交替地布置呈套筒形式的接触元件6和直的负接触端子9a。在堆叠体30的最上端,一侧被涂覆有活性材料的负电极布置在壳体盖的17的正下方。负电极的以某角度弯折的负接触端子通向接触装置20,并且布置在直的负接触端子9a上。在此以某角度弯折的负接触端子之上设置最后接触元件6。在本第二示例性实施方式中,在销3的第二上端处设有凹部,用于形成铆接连接件4。在根据第二示例性实施方式的蓄电池的制造中,接触装置20被压在一起并且因此形成了铆接连接件4。因此,所有的负接触端子和接触元件6都被夹紧在凸缘3b和铆接连接件4之间,该铆接连接件4起到反向支承件的作用,使得在负接触端子、接触元件和销3之间存在尽可能最低接触阻力。
图3示出了根据本发明的蓄电池的第三示例性实施方式在用于正电极的接触装置20的区域中的剖面图。第三示例性实施方式与第一示例性实施方式的不同之处在于:接触元件6的高度h现在增加一倍,并且两个以某角度弯折的正接触端子8a被分别布置在两个接触元件6之间。三个正接触端子位于凸缘3b和最底部的接触元件6之间,即,除了两侧均被涂覆的正电极的两个以某角度弯折的正接触端子8a以外,还存在一个位于最底部的一侧被涂覆的正电极8的以某角度弯折的正接触端子。相应地,通过高度为h的最上部接触元件6,总共三个正接触端子被夹紧。在本第三示例性实施方式中,接触元件6的高度h对应于两侧均被涂覆的两个正电极的厚度加上两侧均被涂覆的两个负电极的厚度并再加上四个分隔件11的厚度以及然后减去两个以某角度弯折的正接触端子8a的厚度。接触元件继而布置在两个毗邻的正接触端子之间,其中两个直接毗邻的正接触端子分别预先以某角度弯折并结合,从而形成新的和共用的以某角度弯折的正接触端子。
图4示出了根据本发明的蓄电池的第四示例性实施方式在用于负电极的接触装置20的区域中的剖面图。在这种情况下,与前述第三示例性实施方式相类似,与前两个示例性实施方式相比,两个分别直接毗邻的以某角度弯折的负接触端子被结合,使得接触元件呈现两倍的高度。与第三示例性实施方式的区别在于,在第四示例性实施方式中,负电极通过接触装置20相互连接,并且如在第二示例性实施方式的情况一样,采用了铆接连接件4。
图5示出了根据本发明的蓄电池的第五示例性实施方式在用于包含石墨的负电极10的接触装置20的区域中的剖面图。两侧均被涂覆的负电极10不含有金属,并且设有石墨承载带,石墨承载带的未被涂覆的部分起到直的负接触端子的作用并直接通到接触装置20。因此,不需要金属导体接线片作为电极的活性材料和接触装置20之间的接触端子。然而,石墨承载带可以比金属导体接线片更厚,因此,在本示例性实施方式中,接触元件6可以具有相应减小的高度。尽管在本示例性实施方式中,铆接应用于接触装置20,但也可以用螺纹连接替代铆接连接,或者也可以采用焊接连接。
第一至第五示例性实施方式的共同特征是销3在接触元件的区域中具有尽可能最小直径。
图6示出了从下方侧向所观察的壳体容器1。两个外部接触件12从容器底座1b突出。这两个外部接触件12构成了根据本发明的蓄电池的正极和负极,并且可以与待由蓄电池供应电能的装置(未示出)连接。外部接触件12位于容器壁1a附近。壳体容器1采用椭圆形的基本形状,但也可以是圆柱形的。
图7示出了从上方所观察的壳体容器1。正电极和负电极以及分隔件的堆叠体30位于壳体容器中,并且占据壳体容器的几乎整个容积。只有紧邻容器壁1a布置的两个接触装置20以及其包覆层2则伸进壳体容器的内部空间中,并减少可用于活性材料的容积。两个包覆层2中的每个包覆层都分别由容器壁1a和两个连接至容器壁1a并从容器壁1a突出的突出部组成,使得当从周向方向测量时,每个接触装置的大约75%的比例被包覆层所围绕。包覆层2与接触装置20接触。在根据本发明的蓄电池的组装过程中,包覆层2起到用于电极的接触端子的引导件的作用,该接触端子延伸穿过包覆层2中的开口并进入接触装置20中,并且,该包覆层2起到用于接触元件6的引导件的作用。此外,在组装过程中,销3可以用作接触端子和接触元件的引导件。壳体容器1由塑料构成,并且可以例如通过注塑成型与两个包覆层2一体形成。
图8示出了从下方侧向所观察的具有环眼19的壳体容器1。在本示例性实施方式中,环眼19布置在容器壁1a上,并且可以用作在装置(未示出)中进行紧固的目的。壳体容器1由塑料构成,并且可以例如通过注塑成型与环眼19一体形成。为了完整性,应当进一步注意的是,壳体容器1由壳体盖17封闭。因此,图8描述了从外部所观察的根据本发明的成品蓄电池。根据第一、第二、第三、第四和/或第五示例性实施方式或其组合的布置可以位于壳体容器1的内部。
图9示出了从上方侧向所观察的金属构造的U形定制壳体容器14。为了允许接触端子相对于壳体容器14电绝缘,在壳体容器14的一个边缘上布置有眼镜状塑料部分15,用于容纳两个接触装置20。该眼镜状塑料部分15具体地可以通过外部绝缘件16相对于壳体容器14绝缘。为了清楚起见,在图9中未示出电极和分隔件的堆叠体30。
在第一至第五示例性实施方式中所描述的根据本发明的蓄电池的变体可以以各种方式相互结合。例如,第一示例性实施方式和第二示例性实施方式可以相互结合以形成另一个示例性实施方式,使得在根据本发明的蓄电池中,正电极连接至一个接触装置,并且负电极连接至另一个接触装置。还提供了其它变体,其中两个接触装置在其上端可以被螺纹连接(参见图1)、铆接(参见图2)或焊接。第三示例性实施方式和第四示例性实施方式可以相类似地结合。第五示例性实施方式(石墨电极)和第一示例性实施方式的结合尤其有利。如果第五示例性实施方式(石墨电极)和第四示例性实施方式(接触元件的高度增加一倍)的原理相结合,所获得的结果还可以与第三示例性实施方式有效结合。如此,可以产生各种潜在的组合。虽然在此并没有全面清楚地列举出所有的组合,但本领域技术人员在没有进一步说明的情况下可以推断出这些组合。
总之,可以看出,相比于常规蓄电池,本发明特别是小型蓄电池由于接触装置及其包覆层的节省空间的设置而为活性材料提供了更多可用空间,从而在能量密度和/或容量方面进行了实质性改进。
Claims (14)
1.一种用于电能的存储和释放的蓄电池,特别是小型蓄电池,包括:
a)至少两个正电极(7、8),每个正电极均具有接触端子(7a、8a),
b)至少两个负电极(9、10),每个负电极均具有接触端子(9a),
c)具有至少一个接触元件(6)的至少一个接触装置(20),所述接触元件(6)布置在两个毗邻的接触端子(7a、8a、9a)之间,并以导电的方式将所述两个毗邻的接触端子(7a、8a、9a)互连,以及
d)壳体,所述壳体完全容纳所述至少两个正电极(7、8)、所述至少两个负电极(9、10)和所述至少一个接触装置(20),
其特征在于:
e)所述蓄电池包括至少一个包覆层结构(2),所述包覆层结构(2)围绕所述至少一个接触装置(20)的周长的一半或一半以上而暴露出接触装置(20)的周长的五分之一或五分之一以上,并且所述包覆层结构(2)用作所述至少一个接触元件(6)的保持件并且用作电极(7、8、9)的接触端子(7a、8a、9a)的引导件,所述至少一个包覆层结构(2)提供抵抗不希望的沉积的防护。
2.根据权利要求1所述的蓄电池,其中所述接触装置(20)包括夹紧装置,所述夹紧装置将所述至少一个接触元件(6)夹紧至所述至少两个毗邻的接触端子(7a、8a、9a)。
3.根据权利要求2所述的蓄电池,其中,
a)所述至少两个毗邻的接触端子(7a、8a、9a)均包括孔,
b)所述至少一个接触元件(6)是套筒,并且
c)所述夹紧装置包括销(3)和反向支承件(4、6),其中所述销(3)在第一端的区域中具有凸缘(3b),并在第二端的区域中具有与所述反向支承件(4、6)的连接(3a、4),并且其中所述销(3)穿过所述至少两个毗邻的接触端子(7a、8a、9a)中的孔,并穿过所述至少一个接触元件(6),并且其中所述至少两个毗邻的接触端子(7a、8a、9a)和所述至少一个接触元件(6)布置在所述凸缘(3b)和所述反向支承件(4、6)之间。
4.根据权利要求3所述的蓄电池,其中所述销(3)与所述反向支承件(4、6)的连接是螺纹连接(3a)、铆接连接(4)和/或焊接连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池,其中所述至少两个正电极(7、8)的所述接触端子(7a、8a)是毗邻的,和/或所述至少两个负电极(9)的所述接触端子(9a)是毗邻的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池,其中所述蓄电池包括两个接触装置(20),所述两个接触装置(20)都完全布置在所述壳体内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池,其中所述包覆层结构(2)由塑料构成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池,其中所述壳体由塑料构成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池,其中所述壳体包括布置在所述壳体的外侧上的环眼(19)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池,其中所述负电极(10)中的至少一个负电极包括由导电的非金属结构材料制成的电流导体。
11.一种根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池的应用,所述蓄电池用于医疗设备中,特别是用于助听器中,并且更特别地是用于能够植入人体的医疗设备中。
12.一种用于制造根据权利要求1-10中任一项所述的蓄电池的方法,包括以下步骤:
a)在壳体中交替地插入具有接触端子(7a、8a)的正电极(7、8)和具有接触端子(9a)的负电极(9、10),使得所述正电极(7、8)的所述接触端子(7a、8a)布置在包覆层结构(2)中,和/或使得所述负电极(9、10)的所述接触端子(9a)布置在包覆层结构(2)中,
b)将接触元件(6)施加于正电极(7、8)的所述接触端子(7a、8a),和/或将接触元件(6)施加于负电极的所述接触端子(9a),
c)重复步骤b),
d)通过在所述接触元件(6)和两个毗邻的接触端子(7a、8a、9a)之间形成导电连接来产生至少一个接触装置(20),其中所述包覆层结构(2)构造成围绕所述接触元件(6)的周长的一半或一半以上而使接触装置(20)的周长的五分之一或五分之一以上保持暴露,所述包覆层结构因此用作所述接触元件(6)的保持件并且用作电极(7、8、9)的接触端子(7a、8a、9a)的引导件,所述至少一个包覆层结构(2)提供抵抗不希望的沉积的防护。
13.根据权利要求12所述的方法,其中步骤d)包括将反向支承件(4、6)铆接、螺纹连接和/或焊接到销(3)上。
14.根据权利要求12或13所述的方法,还包括下列步骤中的一个或多个步骤:
e)根据预定的形状对所述正电极(7、8)和所述负电极(9、10)进行冲裁和烧蚀,和/或
f)用密封材料(18)至少部分地涂覆销(3),和/或
g)将销(3)压配合穿过容器底座(1b)中的壳体衬套(13)而到达外部接触件(12),和/或
h)分别将所述负电极(9、10)焊接在一个分隔件(11)中,和/或
i)干燥、注入电解质、气密装配壳体盖(17)并形成所述蓄电池。
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