CN117730445A - 用于储存电能的电化学电池单体 - Google Patents

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Abstract

一种用于电能储存装置的电化学电池单体，该电能储存装置尤其是旨在用于机动车辆，该电化学电池单体包括多个电极(3)和适应于多个电极(3)的体积变化的压缩装置(4)，压缩装置(4)包括外壳(5)和可至少部分弹性变形的回位元件(6)，以允许对多个电极(3)持续施加适当的压缩，以便保持其各个元件彼此接触，因此允许电池单体更均匀地操作。

Description

用于储存电能的电化学电池单体
技术领域
本发明涉及一种用于电能储存装置、尤其是蓄电池的电化学电池单体。本发明还涉及一种包括所述电池单体的电能储存装置和一种装备有这种储存装置和/或这种电池单体的车辆。本发明最后涉及一种用于制造电化学电池单体的方法。
背景技术
在电动车辆或混合动力车辆中，当前的电驱动设备涉及电储存装置或蓄电池，这些电储存装置或蓄电池日益强大，以便与热力发动机的性能水平竞争。提高电驱动性能水平在很大程度上依赖于提高车辆的可行驶里程，例如通过增大储存装置的容量来提高车辆的可行驶里程。
常规地，储存装置(也称为“电池组”，或更简单地称为“电池”)包括多个电池单体，尤其是锂型电池单体或锂离子型电池单体，这些电池单体可以根据不同架构来生产。所谓的圆柱形电池单体和方形电池单体由电极卷绕体或电极堆叠体构成，该电极卷绕体或电极堆叠体滑入刚性金属壳体中，该刚性金属壳体是预先制造的并用盖密封。
在电池单体的使用周期期间，电极卷绕体或电极堆叠体在充电和放电阶段期间分别表现出体积膨胀或收缩。这种体积变化的幅度取决于所使用的活性材料。例如，当使用硅技术作为负电极的活性材料时，幅度最大。此外，在电池单体的生命周期期间，特别是随着其老化，也观察到元件的体积膨胀。
而且，为了使某些类型的电化学电池单体正确操作，需要向电极卷绕体或电极堆叠体施加压力，以有利于机械强度和不同元件之间的接触。在具有固体电解质的电池单体的情况下，这种压力更加特别关键。在充电和放电时表现出大幅度呼吸的系统的情况下，这种压力也证明是必要的，正如前面针对硅技术所讨论的那样，如果没有这种压力，观察到材料之间的接触损失，从而影响电池的寿命。
旨在例如通过弹簧系统或螺纹板向电化学电池单体施加压力的压缩装置确实存在于模块或电池组级别。然而，这些解决方案仅可用于包括柔性包装件的电化学电池单体的情况，即“软包”型电化学电池单体的情况。然而，这些解决方案与具有刚性包装件的电池单体不兼容。
文件US 9634351披露了具有刚性包装件的电化学电池单体的示例，其中电极卷绕体由螺旋回位元件保持。这种回位元件的目的是通过将电极卷绕体保持就位来有助于电池单体的组装，但其不具有与电池单体的寿命相称的卷绕体压缩功能。尤其是，随着电极卷绕体的体积膨胀，压力和局部机械应变施加在回位元件与电极卷绕体之间的接触表面上。由于该压力是局部施加的，因此可能对电极卷绕体的外部元件进行剪切。另外，这种局部压力变化可以引起压缩区域与非压缩区域之间的局部不均匀性，从而潜在地引起电池单体的老化的不均匀性，因此引起电池单体操作的退化。
发明内容
本发明符合这种背景并且旨在通过提出一种配备有压缩装置的电化学电池单体、通过在电池单体内而不是在模块或电池组级别执行这种压缩来解决上述缺点，在具有刚性包装件的电化学电池单体的情况下，该压缩装置用于电极卷绕体或电极堆叠体。无论电池的荷电状态及其老化状态如何，该系统都可以施加恒定的压力。
本发明提出了一种电化学电池单体，该电化学电池单体包括多个电极、用于该多个电极的压缩装置以及能够接纳该多个电极和该压缩装置的刚性包装件，该压缩装置包括：
-至少一个回位元件，该至少一个回位元件可至少部分地弹性变形、被构造成基于该多个电极的体积在第一构型与第二构型之间变形，该至少一个回位元件插置在该多个电极与该刚性包装件的至少一部分之间；
-金属外壳，该金属外壳包括一个或多个部件，该外壳插置在该至少一个回位元件与该多个电极之间，并且该外壳包围该多个电极以具有该外壳的两个不同部分的至少一个重叠区域，该至少一个重叠区域的表面根据该多个电极的体积而变化。
尤其是，该至少一个回位元件可以包括刚性本体和多个可弹性变形的翅片，该多个可弹性变形的翅片连接到该本体并且相对于该本体具有倾角α，当该至少一个回位元件处于该第一构型使得该多个翅片伸展以从该本体突出时，该倾角α的值最大，并且当该至少一个回位元件处于该第二构型时，该倾角α的值最小，至少该多个翅片伸展成与该外壳接触。
替代性地，该至少一个回位元件可以具有“手风琴”结构，该“手风琴”结构包括多个波纹或多个可弹性变形的折叠部，该多个波纹或多个可弹性变形的折叠部的形式和/或角度β根据该多个电极的体积而变化。
尤其是，外壳可以以主轴线为中心，该重叠区域的最小表面由角段界定，该角段源自该主轴线并限定在与该主轴线正交的平面中、在10°与30°之间、尤其是在10°与20°之间。
多个电极可以根据以延伸轴线为中心的卷绕体和/或根据沿着延伸轴线延伸的堆叠体设置，该至少一个回位元件和/或外壳以这样的轴线为中心。
根据示例性实施例，压缩装置可以包括沿着该多个电极的和/或该外壳的至少一个尺寸、尤其是最长尺寸设置的多个回位元件，该多个回位元件在所述尺寸的全部或一部分上延伸。该多个回位元件可以包括：第一回位元件，该第一回位元件沿着所限定的尺寸具有中央位置；以及至少一个第二回位元件，该至少一个第二回位元件沿着这个同一尺寸具有更末端的位置，该第一回位元件的刚度系数大于该至少一个第二回位元件的刚度系数。
此外，该电化学电池单体可以包括电绝缘片，该电绝缘片围绕该多个电极设置，以便插置在该多个电极与该外壳之间。
本发明还涉及一种电能储存装置，该电能储存装置尤其是旨在用于机动车辆，该电能储存装置包括至少一个如上所述的电化学电池单体。
本发明还涉及一种混合动力车辆或电动车辆，该混合动力车辆或电动车辆包括至少一个电化学电池单体和/或至少一个根据本发明的电能储存装置。
本发明最后涉及一种用于制造如前所述的电化学电池单体的方法，该方法包括：
-将该至少一个回位元件尤其是以该第一构型定位在工具上的步骤；
-将该外壳围绕该多个电极定位的步骤；
-将由该多个电极和该外壳形成的组件面向该至少一个回位元件放置尤其是使得该外壳和该至少一个回位元件是同心的步骤；然后
-使该至少一个回位元件变形的步骤，尤其是在该步骤过程中，该回位元件通过相对于该外壳的平移运动而移位，使得该至少一个回位元件包围该外壳和该多个电极；然后
-将由该多个电极、该外壳和该至少一个回位元件形成的组件插入到该刚性包装件中的步骤。
附图说明
通过阅读下文关于在以下附图中展示的不同示例性实施例、以指示性且非限制性的方式给出的详细说明，其他细节、特征和优点将变得更加清楚：
[图1]是根据本发明的电化学电池单体的实施例的分解示意图。
[图2]是电化学电池单体的立体示意图。
[图3]是包括根据第一实施例的回位元件的电化学电池单体的截面示意图。
[图4]是根据第一实施例的回位元件的立体图。
[图5]是[图3]所示的电化学电池单体在回位元件处于第一构型时的示意图。
[图6]是[图3]所示的电化学电池单体在回位元件处于第二构型时的示意图。
[图7]是根据第一实施例的回位元件的侧视示意图。
[图8]是电化学电池单体的外壳的俯视示意图。
[图9]是电化学电池单体的替代实施例的示意图。
[图10]是包括根据第二实施例的回位元件的电化学电池单体在回位元件处于第一构型时的示意图。
[图11]是包括根据第二实施例的回位元件的电化学电池单体在回位元件处于第二构型时的示意图。
[图12]是根据本发明的用于制造电化学电池单体的方法的步骤的示意图。
具体实施方式
图1和图2呈现了根据本发明的实施例的用于电能储存装置的电化学电池单体1的生产示例。能量储存装置(也称为“电池”或“蓄电池”)包括多个电化学电池单体1，并且作为非限制性示例，可以旨在用于机动车辆，尤其是具有混合动力驱动器或电驱动器的车辆。应当注意，在所有附图中，为了清楚起见，分离不同部件的尺寸和间距可能被夸大。
电化学电池单体1能够以化学形式储存能量，并以电流形式恢复能量。例如，电化学电池单体可以是“锂离子”(也称为“Li离子”)型的。总体上，电化学电池单体1包括刚性包装件2、多个电极3以及用于多个电极3的压缩装置4。
刚性包装件2尤其是包括壳体21，该壳体能够至少接纳多个电极3并限定电化学电池单体1的负极端子。包装件2进一步包括盖22，该盖被构造成与壳体21配合，以便一旦与壳体连结就限定多个电极3在其中延伸的气密密封空间。因此，电化学电池单体1可以具有圆柱形结构(该圆柱形结构尤其是具有圆形基部)或者方形结构(也就是说，该方形结构具有多边形基部，尤其是正方形或矩形的基部)。包装件2(尤其是壳体21和/或盖22)可以例如由镀镍铝或由聚合物材料制成。因此，“刚性”包装件2被理解成是可能变形很小或甚至根本不变形的包装件，尤其是可能由于用于生产包装件的一种或多种材料而变形很小的包装件。
多个电极3包括由未示出的电绝缘分隔元件间隔开的至少一个阳极和至少一个阴极，并且被布置成表现出交替的阳极和阴极。多个电极3可以根据如图1至图12所示的卷绕体设置，或者替代性地根据堆叠体设置。根据未示出的另一替代方案，多个电极3可以根据卷绕体和堆叠体的组合来设置。尤其是，当多个电极3根据卷绕体设置时，卷绕体以延伸轴线200为中心，而当多个电极3根据堆叠体或堆叠体和卷绕体的组合布置时，堆叠体或堆叠体和卷绕体的组合可以沿着这样的延伸轴线200延伸。这种通过堆叠进行的布置尤其可以存在于未示出的方形电化学电池单体的情况。
可选地，电化学电池单体1可以至少部分地填充有电解质(例如有机电解质)，从而浸泡多个电极3。作为非限制性示例，电解质可以由溶解在一种或多种有机溶剂(比如二甲基、乙烯、二乙基、丙烯或乙腈的碳酸盐)中的锂盐(LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiTFSI、LiFSI、LiBOB)组成。
根据本发明的压缩装置4包括外壳5和至少一个回位元件6。
外壳5由金属材料(比如不锈钢)制成。外壳可以包括一个或多个部件50，尤其是相对于彼此设置的一个或多个板或小板，以便内接于外壳5形式并且被构造成彼此配合。例如，外壳5最初可以制造成平坦或基本平坦的部件，然后成形或设置以采用外壳5的形式(尤其是围绕轴线)。
外壳5被构造成沿着电极3的卷绕体的或堆叠体的轮廓包围多个电极3。换言之，在与延伸轴线200正交的平面中，外壳被构造成沿着电极的卷绕体的或堆叠体的基部的周边包围多个电极。外壳5被构造成具有与多个电极3的卷绕体或堆叠体互补或基本上互补的形式，以便使与该多个电极的卷绕体或堆叠体的直接或间接的接触表面最大化。例如，当多个电极3根据卷绕体布置时，外壳5优选地具有圆形基部。相反，当多个电极3根据堆叠体布置时，外壳5具有多边形基部，尤其是正方形或矩形的基部。尤其是，外壳5以主轴线500为中心，该主轴线特别地可以与多个电极3的延伸轴线200重合。
外壳5的尺寸和形状特别地设计成，使得当外壳设置在电化学电池单体1中时，外壳具有至少沿着多个电极3的轮廓或周边的封闭形式。外壳具有特定于外壳5的一个或多个部件50的多个不同部分的至少一个重叠区域51。“重叠”被理解成外壳5的多个部分沿着与延伸轴线200和/或主轴线500正交的径向轴线250叠置。在外壳5包括单个部件50的情况下，如图2、图5、图6和图8所示，在形成外壳5的部件50内彼此相反的第一末端部分511和第二末端部分512延伸为当外壳5布置在电化学电池单体1中时在外壳内相对于彼此叠置。
特别地，外壳5具有可动结构。外壳5被构造成使得同一重叠区域51的部分511、512基于在电化学电池单体1的操作中观察到的多个电极3的体积变化或者甚至由于电化学电池单体的老化而相对于彼此移位。因此，为了分别在电化学电池单体1的充电和放电期间适应电极的体积的膨胀或收缩，使外壳5的基部的主尺寸550变化。“主尺寸”在圆柱形电池单体的情况下尤其理解为圆形基部的直径，或者在方形电池单体的情况下理解为多边形基部的对角线。这样的主尺寸550将因此随着多个电极的体积的膨胀而增大，并且相反地，随着多个电极的体积的收缩而减小。
其结果是，至少一个重叠区域51的表面可根据多个电极3的体积而变化。当多个电极3的体积最小时，例如在电化学电池单体1处于放电阶段和/或寿命开始时的情况下，重叠区域51的表面最大。外壳5的主尺寸550则也是最小的。当多个电极3的体积增加时，例如在电化学电池单体1的充电期间和/或由于其老化，第一部分511和第二部分512由于通过多个电极3施加在外壳5上的作用力而相对于彼此移位。然后重叠区域51的表面减小。尤其是，最小表面值可以基于电池单体允许的多个电极的最大体积预先预定义，这样的体积能够例如由包装件2的和/或回位元件6的尺寸来调节，如下文进一步解释的。
优选地，重叠区域51可以被构造成内接于源自主轴线500的、在10°与30°之间、甚至在10°与20°之间的角段μ，尤其是当重叠区域51的表面被认为是最小时是如此的。这种布置的目的尤其是防止外壳5的部分511、512的异常移位以及多个电极的轮廓的“裸露”的(也就是说，沿考虑的周边没有被外壳5包围的)区域出现。
因此，外壳5有利地被构造成允许电化学电池单体1的呼吸，其形式适于多个电极3在其使用周期过程中及其寿命期间的体积变化。下面将进一步详细描述外壳5相对于多个电极3的体积变化、尤其是体积收缩的操作。
可选地，但优选地，电化学电池单体1可以另外包括电绝缘片7，该电绝缘片围绕多个电极3设置，以便沿着径向轴线250插置在多个电极3与外壳5之间。尤其是，这种片7可以用聚酯(例如，)制成。这种片7可以是被添加和设置成围绕电极3的卷绕体或堆叠体延伸的元件，以便防止外壳5与电极之间的直接接触以及其摩擦或短路。替代性地，这种片7可以对应于并入到电极3的卷绕体或堆叠体中的绝缘元件的末端部分，以便将阴极和相邻的阳极分开。然后确定绝缘元件的尺寸，以便可以包围电极3的堆叠体或卷绕体。
根据替代实施例，如[图10]和图11中可以看到的，外壳5可以包括多个部件50，尤其是板或小板。这些可相对于彼此移动的部件50被构造成一起配合并且内接于限定外壳5的形式。例如，如图所示，所述部件50对应于圆柱体的被设置成内接于圆柱形或大致圆柱形外壳5形式的部件。类似的原理也可以应用于方形结构。
如之前所解释的，外壳5沿着多个电极3的轮廓或周边延伸，并且包围多个电极3。外壳然后具有多个重叠区域51，重叠区域的数量尤其等于外壳5的部件50的数量。根据所示的非限制性示例，第一板52和第二板53均包括在所考虑的板内相反的第一末端部分511和第二末端部分512。第一板52的第一末端部分511和第二板53的第二末端部分512设置成形成第一重叠区域51'，而第二板53的第一末端部分511和第一板52的第二末端部分512设置成形成第二重叠区域51”。
优选地并且如先前所解释的，第一重叠区域51'和第二重叠区域51”可以被构造成内接于源自主轴线500的、在10°与30°之间、尤其是在10°与20°之间的角段，尤其是当所考虑的重叠区域的表面最小时是如此的。
还优选地，为了优化外壳5的部件50与多个电极之间的接触表面，外壳5的不同部件被设置成使得同一部件50的部分511、512具有它们的位置从一个重叠区域51到另一重叠区域的交替。例如，在所示示例中，第一板52的第一部分511在第一重叠区域51'中沿着径向轴线250插置在多个电极3与第二板53的第二部分512之间，而第一板52的第二部分512在第二重叠区域51”中至少通过第二板53的第一部分511与多个电极3分开。
此外，外壳5可以被构造成使得第一重叠区域51和第二重叠区域51在外壳5中具有相对或基本相对的定位，例如在所示示例中是在直径上相对的。
在电化学电池单体1中，外壳5沿着径向轴线250插置在多个电极3与至少一个回位元件6之间。换言之，该至少一个回位元件沿着径向轴线250一方面插置在多个电极3与包装件2的至少一部分(尤其是壳体21)之间并且另一方面插置在外壳5与包装件的至少一部分之间。图3至图7和图9至图11描述了压缩装置4的不同实施例和替代方案。图3至图7展示了包括根据第一实施例生产的单个回位元件6的压缩装置4的示例。图10和图11展示了回位元件6的第二实施例的生产示例。[图9]描述了包括根据第一实施例的多个回位元件的压缩装置4的替代生产。应当理解，当压缩装置4包括多个回位元件时，参考回位元件6给出的所有描述可以扩展到多个回位元件的全部或一部分。而且，压缩装置4可以有利地包括根据第二实施例的多个回位元件6，或者替代性地，包括根据第一实施例和/或第二实施例的多个回位元件6。
通常，回位元件6可至少部分地弹性变形，并且被构造成根据多个电极3的体积在至少一个第一构型与至少一个第二构型之间变形。应当理解，这种构型代表了回位元件6的最极限位置，在所述构型之间能够存在至少一个中间位置。尤其是，第一构型可以被认为是所谓的“静置”构型，当回位元件没有受到作用力或当这种作用力减小时，回位元件6通过其弹性特性返回或旨在返回到该“静置”构型。
根据图3至图7所示的第一实施例，回位元件6包括本体61和多个翅片62。
本体61具有闭合结构并且被构造成至少包围由多个电极3和外壳5形成的组件。尤其是，本体61的形式优选地与外壳5和/或多个电极3的形式互补。例如，当外壳5具有圆形基部时，同样适用于回位元件6的本体61，以优化回位元件6与外壳5之间的接触表面。类似的原理适用于具有多边形基部、尤其是正方形或矩形基部的外壳5。这样，本体61可以以轴线600为中心，该轴线可以有利地与多个电极3的延伸轴线200和/或外壳5的延伸轴线500重合。换言之，多个电极3和/或外壳5和/或至少一个回位元件6可以是同心的或基本上同心的。
特别地，本体61具有刚性结构，也就是说，尤其是使得本体不会因多个电极3的体积变化而变形或变形很小的结构。因此，本体可以有助于设定多个电极3的容许最大体积的限制。
多个翅片62连接至本体61并具有可弹性变形的结构。尤其是，本体61和多个翅片62形成一件式组件，也就是说，它们不能彼此分离，从而不会致使回位元件6的破坏或退化。例如，回位元件6可以由不锈钢制成，然后通过切入本体61来获得多个翅片62，并且每个翅片62邻接本体61中包括的开口64。
下面的描述是参考翅片62给出的，但是应当理解，与翅片相关的任何特征可以扩展到多个翅片62的全部或一部分。翅片62具有长形结构，例如矩形结构。特别地，翅片62可以平行于或基本平行于本体61的轴线600延伸，尤其是沿着本体的轴线延伸。
翅片62可以在本体61的沿着轴线600测量的高度675的全部或一部分上延伸。根据非限制性示例，翅片62可以至少在本体61的高度675的大部分上延伸，例如在该高度的70％至95％上延伸。替代性地，多个翅片62可以沿着本体61的高度675彼此连续地延伸，然后所述翅片62中的每个翅片在本体61的高度675的一部分上延伸。特别地，本体61可以包括两个末端唇缘65，这两个末端唇缘沿着轴线600是相反的并且是实心的，也就是说没有翅片62。而且，回位元件6可以在外壳5的高度的全部或一部分上延伸，该高度沿着主轴线500限定，外壳5以该主轴线为中心。换言之，回位元件6的高度675可以有利地小于或等于外壳5的高度，外壳将由回位元件6施加的作用力进行分配。因此，可以通过减小回位元件6的尺寸来减小电化学电池单体的组件的重量。
翅片62在其一侧连接到本体61并且具有相对于本体可变的倾角α，从而使得翅片可弹性变形。倾角α的这种变化的目的是确保翅片62与外壳5之间的永久接触，而与多个电极3的体积和外壳5的基部的主尺寸550无关。其结果是，回位元件6对多个电极3施加恒定且适当的压缩，以便在卷绕体或堆叠体内保持适当的接触，并且与电化学电池单体1的操作周期或磨损无关。
尤其是，如[图5]所示，当该至少一个回位元件6处于第一构型时，也就是说当多个电极的体积和外壳5的主尺寸550最小时，倾角α的值最大。然后，翅片62展开并伸展以从本体61突出，以便对外壳5施加压缩力，并因此间接地对多个电极3施加压缩力。当回位元件移位至第一构型时，也就是说翅片展开并且倾角α增大，由回位元件6施加的作用力引起外壳5的变形，并且尤其是外壳5的部分511、512相对于彼此的移位。重叠区域的表面增大并且外壳5的主尺寸550减小。因此，当多个电极3的体积减小时，例如在放电阶段期间，回位元件6使得可以将外壳5压靠在多个电极上，并且回位元件允许压缩卷绕体的或堆叠体的各个部件以保持其良好接触。然后，外壳5与回位元件6的本体61分开的间隙增大，直到当回位元件6处于第一构型时该间隙最大。作为优选示例，翅片62可以被构造成具有严格小于90°、尤其是小于85°的最大倾角α。
相反，如上所解释的，当多个电极3的体积增加时，电极对外壳5施加作用力，外壳将该作用力传递至翅片62。然后，翅片朝向本体61折回，并且翅片62的倾角α相对于当回位元件6处于第一构型时观察到的倾角减小。由此折回的翅片62进而对外壳5和多个电极3施加压缩力，也使得可以保持各个部件之间的接触，如先前所解释的。尤其是，当该至少一个回位元件6处于第二构型时，也就是说当多个电极的体积相对于电池单体的压缩装置4和/或包装件2所允许的最大极限而言最大时，倾角α的值最小。特别地，当多个电极的体积最大时，最小倾角α可以为零，使得外壳5伸展成与多个翅片62和本体61的全部或一部分接触。
因此，外壳5的存在与回位元件6结合并且外壳沿着径向轴线250插置在回位元件与多个电极3之间有利地使得可以确保由回位元件6施加在多个电极3上的压缩力的均匀分布。由翅片62局部施加在外壳5的外表面501上的作用力实际上分布在外壳5的结构中。由于外壳5的与外表面501相反的内表面502与电极3的卷绕体或堆叠体之间的接触表面大于在翅片62与外壳5之间观察到的接触表面，因此允许由回位元件6施加在多个电极3上的作用力的更均匀的传递。
为此，回位元件6的多个翅片62优选地在本体61的圆周上具有规则布置。换言之，翅片规则地分布在本体61中，并且具有将相邻的翅片62分开的规则的间距。类似地，多个翅片62中的翅片62优选地具有相同的尺寸。
还应当注意的是，沿着本体61的圆周分布的所示的翅片62的数量决不是限制性的。应当理解，回位元件可以包括不同数量的翅片，尤其是多于或少于不同附图中所示的数量。
如先前所解释的，压缩装置4可以替代性地有利地包括多个回位元件6，每个回位元件至少部分地与外壳5接触地延伸。上述描述经必要修改后适用于本替代方案，与回位元件6相关的特征能够扩展至多个回位元件6的全部或一部分。在[图9]所示的示例中，不同的回位元件6是根据如前所述的第一实施例生产的，也就是说，每个回位元件包括本体61和多个翅片62。
多个回位元件6沿多个电极3的和/或外壳5的至少一个尺寸、尤其是最长尺寸设置。换言之，多个回位元件6可以沿多个电极3的延伸轴线200和/或沿外壳5以其为中心的主轴线500设置。例如，在如图所示的圆柱形电化学电池单体1的情况下，这样的尺寸可以是外壳5的和/或电极3的卷绕体的高度。多个回位元件6于是可以在这一尺寸的全部或一部分上延伸，不同的回位元件601、602、603能够彼此接触或彼此不接触。
在该特定情况下，压缩装置4包括第一回位元件601、第二回位元件602和第三回位元件603，这些回位元件沿外壳5的主轴线500以及沿多个电极3的卷绕体的延伸轴线200(也就是说沿着它们的高度)彼此接触地设置。特别地，第一回位元件601和/或第二回位元件602和/或第三回位元件603可以是同轴的。尤其是，它们可以以主轴线500和/或以延伸轴线200为中心，也就是说，多个回位元件6和/或外壳5和/或电极3的卷绕体或堆叠体中的全部或一部分可以是同心的。
第一回位元件601沿着所考虑的尺寸具有中央位置，而第二回位元件602和第三回位元件603沿着该相同尺寸具有更末端的位置。换言之，第二回位元件602和第三回位元件603在第一回位元件601的两侧沿着主轴线500和/或延伸轴线200延伸。
特别地，不同的回位元件可以被构造成具有不同的特性，例如不同的刚度系数。实际上，多个电极3的体积变化在所考虑的卷绕体或堆叠体内可以是不均匀的。尤其是，已知这种变化在卷绕体的或堆叠体的中央部分可能更大。鉴于此，压缩装置4可以有利地被构造成使得沿着多个电极3的和/或外壳5的高度具有中央定位的第一回位元件601的特征在于，其刚度系数大于第二回位元件602的和/或第三回位元件603的刚度系数。
因此，这样的布置一方面可以有助于如下文详细描述的电化学电池单体1的组装，并且另一方面使施加在外壳5上的压缩力适应于在卷绕体的或堆叠体的不同部分中观察到的多个电极3的体积变化的任何不均匀性。应当理解，所示和先前详细描述的示例决不是限制性的。而且，当压缩装置4包括多个回位元件6时，压缩装置可以包括多于或少于三个的回位元件6，并且前面的描述于是经必要修改后适用于这样的替代方案。而且，这些不同的回位元件6于是可以被设置成彼此接触或相距非零距离，使得它们在外壳5的高度的全部或一部分上延伸，外壳有利地使得可以分配由这些不同的回位元件施加的作用力。
根据可以与上文中的不同实施例和替代方案一起实施的另一替代方案(未示出)，电化学电池单体1可以替代性地或与先前解释的实施例和替代方案组合地包括沿着多个电极3的至少一个尺寸、尤其是最长尺寸设置的多个外壳5。换言之，多个外壳5可以沿着多个电极3的延伸轴线200设置。参考多个回位元件6给出的描述经必要修改后适用于此，多个外壳5优选地在多个电极的所考虑的尺寸的全部上延伸。
图10和图11示意性地展示了分别当回位元件处于第一构型和第二构型时包括回位元件6的第二实施例的电化学电池单体1的生产示例。所示的电化学电池单体1通过其回位元件6与之前描述的电化学电池单体区分开，因此前面的描述、尤其是涉及电化学电池单体1的结构、回位元件6的数量或外壳5的描述经必要修改后适用于下面的描述。
在本实施例中，回位元件6或者替代性地多个回位元件6中的至少一个回位元件6具有所谓的“手风琴”结构。尤其是，这种手风琴结构优选地内接于与外壳5的和/或多个电极3的形式互补的形式。“手风琴”结构被理解成包括多个波纹或如图所示的多个折叠部63的结构，这些波纹或折叠部可弹性变形并由角度β限定，角度的尺寸可根据多个电极3的体积并且因此根据外壳5的主尺寸550而变化。这里，折叠部或波纹63被限定在与延伸轴线200或主轴线500正交的平面中，但是应当理解，它们可以在回位元件6的高度的全部或一部分上延伸。换言之，不同的折叠部或波纹63可以沿着多个电极3的延伸轴线200和/或外壳5的主轴线延伸。而且，应当理解，所示的波纹或折叠部63的形式决不是限制性的。因此，这样的波纹或折叠部63可以具有如图所示的尖的、修圆的和/或平坦的末端部分或顶点，以及如图所示的直部分或弯曲部分。
与先前所解释的一样，根据本实施例的回位元件6可以由金属材料、特别是不锈钢制成。
角度β和/或折叠部63或波纹的形式根据至少一个回位元件6是处于第一构型(也就是说，当多个电极的体积和外壳5的主尺寸550最小时)还是处于第二构型(也就是说，当多个电极3的体积和外壳5的主尺寸550最大时)而变化。作为示例，当回位元件6在如[图10]所示的第一构型中静置时，特定于每个折叠部或波纹63的角度值β可以在40°与120°之间、甚至在45°与60°之间。
因此，手风琴结构使得回位元件6包围外壳5，并且在与外壳5的接触区域和非接触区域(也就是说伸展至距外壳5的非零距离)之间具有交替。这里，回位元件6的每个折叠部或波纹63由沿外壳5的外轮廓或外周边与外壳5接触的两个区域界定。类似地，回位元件6伸展成与包装件2、尤其是包装件的内表面接触，转向多个电极3。
根据第二实施例的压缩装置4通过对外壳5与包装件2之间的回位元件6的折叠部或波纹63实施更大或更小的挤压允许电极3的卷绕体的或堆叠体的体积变化，这些折叠部或波纹变形，例如如[图11]的插图所示。因此，回位元件6抵靠包装件2并且与外壳5持续接触、至少部分接触，以便允许多个电极3的体积变化，同时在外壳5上的接触区域中施加作用力，该作用力然后被均匀地传递到多个电极3。当多个电极3的体积增加时，外壳5的主尺寸5也增加，从而将回位元件6挤压抵靠到包装件2上。在所示示例中，折叠部63的直部分变形以形成圆弧，然后角度β逐渐减小，直到回位元件6达到第二构型。然后回位元件6进而在外壳5和多个电极3上施加压缩力，如上所述。相反，当多个电极3的体积减小时，作用在包装件2上的回位元件6自然地返回到第一构型。回位元件对外壳5施加作用力，引起外壳的主尺寸550减小并将外壳压靠在多个电极3上。与第一实施例一样，由回位元件6局部地施加在外壳上的压缩力因此随后被更均匀地传递至多个电极。应当理解，回位元件6的挤压的示例决不是限制性的并且在此被表示为指示。
本发明还涉及一种用于制造如前所述的电化学电池单体1的方法。[图12]所示的方法尤其是实现了包括根据第一实施例的单个回位元件6的压缩装置4。然而，应当理解，本方法经必要修改后扩展至第二实施例以及包括多个回位元件6的和/或外壳5的生产替代方案。
该方法可以可选地包括堆叠或卷绕多个电极3的步骤，以便具有交替的阳极和阴极，尤其是使得相邻的阳极和阴极被绝缘元件分开，如先前所解释的。替代性地，多个电极3可以预先根据卷绕体或堆叠体组装来供应。
根据本发明的方法包括如下步骤：将至少一个回位元件6定位E1在工具8上，尤其是用于保持和/或引导至少一个回位元件6的工具。当压缩装置4包括多个回位元件6时，这些回位元件设置在同一工具8上。作为非限制性示例，该工具可以具有与回位元件6(特别是回位元件6的内表面)至少部分地互补的形式。例如，对于内接于圆柱形或基本上圆柱形形式的回位元件6，工具可以具有圆柱形形式。特别地，这样的工具可以被构造成当回位元件6处于第一构型和/或以便以第一构型定位回位元件时与回位元件配合。
并行地，外壳5围绕多个电极3的卷绕体或堆叠体定位。这个定位步骤可以在将该至少一个回位元件6定位E1在工具上之前、同时或之后执行。
当电化学电池单体1包括电绝缘片7时，根据本发明的方法包括在将外壳5定位在多个电极3上之前将多个电极3卷绕在片7中的步骤。换言之，然后将外壳5围绕由片7和电极3的卷绕体或堆叠体形成的组件设置，以便仅与片直接接触。
然后将由多个电极3和外壳5形成的组件面向由工具保持的该至少一个回位元件6放置E2。特别地，这样的组件被设置成使得外壳5和该至少一个回位元件6同心。在该特定情况下，外壳5和回位元件6两者均以外壳5的主轴线500和/或电极3的卷绕体的延伸轴线200为中心。
然后，在变形步骤E3中，该至少一个回位元件6变形，以便被设置成包围外壳5。在步骤E3中，该至少一个回位元件可以相对于外壳5变形并移位E3，以包围外壳5及多个电极3。尤其是，该至少一个回位元件6可以通过沿着外壳5的主轴线500的和/或电极3的卷绕体或堆叠体的延伸轴线200的平移运动而移位。
然后可以将由多个电极、外壳5和该至少一个回位元件6形成的组件插入到刚性包装件2中，尤其是插入到壳体21中。然后将盖22设置成气密地封闭电池单体，然后密封。替代性地，当电化学电池单体1包括电解质时，在包装件2封闭之前或之后通过注射将电解质插入到壳体21中，使得压缩装置4和多个电极3浸入所述电解质中。然后可以定位盖22并且封闭和密封包装件2。
因此，本发明提出一种用于电能储存装置的电化学电池单体，该电能储存装置尤其是旨在用于机动车辆，该电化学电池单体包括多个电极和压缩装置，该压缩装置适应于在电化学电池单体的操作循环过程中以及老化时观察到的多个电极的体积变化。压缩装置尤其是包括外壳和至少一个可至少部分弹性变形的回位元件。这种压缩装置有利地允许持续地进行适应于多个电极的压缩，以便保持其各个元件彼此接触，并因此允许其操作的更好的均匀性，并因此允许其老化的更好的均匀性，从而使得它更好适应新的充电模式。
然而，本发明不应限于此处描述和展示的手段和构型，并且还扩展到任意等同的手段或构型以及这些手段的任意技术上有效的组合。特别地，电端子的形式和尺寸或电极的数量可以被修改而不削弱本发明，只要它们最终实现了本文件中所描述和展示的功能。

Claims (11)

1.一种用于储存电能的电化学电池单体(1)，其特征在于，该电化学电池单体包括多个电极(3)、用于该多个电极(3)的压缩装置(4)、以及能够接纳该多个电极(3)和该压缩装置(4)的刚性包装件(2)，该压缩装置(4)包括：
-至少一个回位元件(6)，该至少一个回位元件能够至少部分地弹性变形、被构造成基于该多个电极(3)的体积在第一构型与第二构型之间变形，该至少一个回位元件(6)插置在该多个电极与该刚性包装件(2)的至少一部分之间；
-金属外壳(5)，该金属外壳包括一个或多个部件(50)，该外壳(5)插置在该至少一个回位元件(6)与该多个电极(3)之间，并且该外壳(5)包围该多个电极(3)以具有该外壳(5)的两个不同部分的至少一个重叠区域(51)，该至少一个重叠区域的表面根据该多个电极(3)的体积而变化。
2.如前一权利要求所述的电化学电池单体(1)，其中，该至少一个回位元件(6)包括刚性本体(61)和多个可弹性变形的翅片(62)，该多个可弹性变形的翅片连接到该本体(61)并且相对于该本体具有倾角(α)，当该至少一个回位元件(6)处于该第一构型使得该多个翅片(62)伸展以从该本体(61)突出时，该倾角(α)的值最大，并且当该至少一个回位元件(6)处于该第二构型时，该倾角α的值最小，至少该多个翅片(62)伸展成与该外壳(5)接触。
3.如权利要求1所述的电化学电池单体(1)，其中，该至少一个回位元件(6)具有“手风琴”结构，该“手风琴”结构包括多个波纹或多个可弹性变形的折叠部(63)，该多个波纹或多个可弹性变形的折叠部的形式和/或角度(β)根据该多个电极(3)的体积而变化。
4.如前述权利要求之一所述的电化学电池单体(1)，其中，该外壳(5)以主轴线(500)为中心，该重叠区域(51)的最小表面由角段界定，该角段源自该主轴线(500)并限定在与该主轴线(500)正交的平面中、在10°与30°之间、尤其是在10°与20°之间。
5.如前述权利要求之一所述的电化学电池单体(1)，其中，该多个电极(3)根据以延伸轴线(200)为中心的卷绕体和/或根据沿着延伸轴线(200)延伸的堆叠体设置，该至少一个回位元件(6)和/或该外壳(5)以这样的轴线为中心。
6.如前述权利要求之一所述的电化学电池单体(1)，其中，该压缩装置(4)包括沿着该多个电极(3)的和/或该外壳(5)的至少一个尺寸、尤其是最长尺寸设置的多个回位元件(6)，该多个回位元件(6)在所述尺寸的全部或一部分上延伸。
7.如前一权利要求所述的电化学电池单体(1)，其中，该多个回位元件(6)包括：第一回位元件(601)，该第一回位元件沿着所限定的尺寸具有中央位置；以及至少一个第二回位元件(602，603)，该至少一个第二回位元件沿着该同一尺寸具有更末端的位置，该第一回位元件(6)的刚度系数大于该至少一个第二回位元件(602，603)的刚度系数。
8.如前述权利要求之一所述的电化学电池单体(1)，进一步包括电绝缘片(7)，该电绝缘片围绕该多个电极(3)设置，以便插置在该多个电极(3)与该外壳(5)之间。
9.一种电能储存装置，该电能储存装置尤其是旨在用于机动车辆，该电能储存装置包括至少一个如前述权利要求之一所述的电化学电池单体(1)。
10.一种混合动力车辆或电动车辆，该混合动力车辆或电动车辆包括至少一个如权利要求1至8所述的电化学电池单体(1)和/或至少一个如权利要求9所述的电能储存装置。
11.一种用于制造如权利要求1至8之一所述的电化学电池单体(1)的方法，该方法包括：
-将该至少一个回位元件(6)尤其是以该第一构型定位(E1)在工具(8)上的步骤；
-将该外壳(5)围绕该多个电极(3)定位的步骤；
-将由该多个电极(3)和该外壳(5)形成的组件面向该至少一个回位元件(6)放置(E2)尤其是使得该外壳(5)和该至少一个回位元件(6)是同心的步骤；然后
-使该至少一个回位元件(6)变形的步骤(E3)，尤其是在该步骤过程中，该回位元件(6)通过相对于该外壳(5)的平移运动而移位，使得该至少一个回位元件(6)包围该外壳(5)和该多个电极(3)；然后
-将由该多个电极(3)、该外壳(5)和该至少一个回位元件(6)形成的组件插入到该刚性包装件(2)中的步骤。
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