CN117957664A - 蓄能器元件 - Google Patents

蓄能器元件 Download PDF

Info

Publication number
CN117957664A
CN117957664A CN202280062300.5A CN202280062300A CN117957664A CN 117957664 A CN117957664 A CN 117957664A CN 202280062300 A CN202280062300 A CN 202280062300A CN 117957664 A CN117957664 A CN 117957664A
Authority
CN
China
Prior art keywords
anode
cathode
current collector
main region
contact piece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280062300.5A
Other languages
English (en)
Inventor
R·斯特恩
A·索德纳
M·埃尔默
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VARTA Microbattery GmbH
Original Assignee
VARTA Microbattery GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VARTA Microbattery GmbH filed Critical VARTA Microbattery GmbH
Publication of CN117957664A publication Critical patent/CN117957664A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/045—Cells or batteries with folded plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种蓄能器元件(100)，包括第一阳极(101)、第二阳极(102)、第一阴极(103)和第二阴极(104)。阳极(101、102)和阴极(103、104)分别包括电极材料(105、106)以及共用的阳极集流体(107)和阴极集流体(108)。共用的阳极集流体分别包括：第一主区域(109、111)和第二主区域(110、112)，其在两侧附有由相应的电极材料(107、108)制成的层；并且在主区域之间分别具有无材料的连接区段(113、114)，该连接区段将第一主区域(109、111)和第二主区域(110、112)连接并且未附有电极材料。阳极(101、102)和阴极(103、104)共同地形成复合体(115)，在复合体中，阳极和阴极以通过隔膜层(116)分离的方式以第一阳极(101)/隔膜层(116)/第一阴极(103)/隔膜层(116)/第二阳极(102)/隔膜层(116)/第二阴极(104)的顺序存在。在复合体(115)内，无材料的连接区段(114、114)分别以弯曲的方式存在，并且将第一和第二阳极(101、102)以及第一和第二阴极(103、104)连接。在此，阳极集流体(107)的弯曲的连接区段(113)从复合体(115)的一侧伸出，并且阴极集流体(108)的弯曲的连接区段(114)从复合体(115)的另一侧(119)伸出。在此，弯曲的连接区段(113)与第一接触片(117)直接接触，并且弯曲的连接区段(114)与第二接触片(118)直接接触。

Description

蓄能器元件
技术领域
本发明涉及一种适合用于提供非常高的电流的蓄能器元件。
背景技术
电化学的蓄能器元件能够通过氧化还原反应将所储存的化学能转换成电能。电化学的蓄能器元件的最简单的形式是电化学电芯。电化学电芯包括通过隔膜相互分离的正电极和负电极。在放电时，在负电极处通过氧化过程释放电子。由此引起电子流，该电子流可被外部的电负载取用，为此，电化学电芯用作能源供应。同时，在电芯之内出现与电极反应相应的离子流。该离子流横穿隔膜，并且通过引导离子的电解液实现。
如果放电是可逆的，即存在再次反向实现在放电时进行的化学能到电能的转换并且由此再次给电池充电的可能性，则将其称为二次电芯。在二次电芯中，通常的负电极作为阳极并且正电极作为阴极的称谓一般涉及电化学电芯的放电功能。
目前，作为蓄能器元件，二次的锂离子电芯用于多种应用，因为其能够提供高的电流并且其突出之处在于相对高的能量密度。锂离子电芯基于可以以离子的形式在电芯的电极之间往复迁移的锂的应用。锂离子电芯的负电极和正电极通常由所谓的复合电极形成，除了电化学活性的组分之外，该复合电极也包括无电化学活性的组分。
作为用于二次的锂离子电芯的电化学活性的组分(活性材料)，原则上可以考虑所有能够吸收并再次释放锂离子的材料。对于负电极，为此例如使用以碳(例如石墨碳)为基础的颗粒。作为用于正电极的活性材料，例如可以使用钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)或其衍生物。电化学活性的材料通常以颗粒形式包含在电极中。
作为无电化学活性的组分，复合电极通常包括用作用于相应的活性材料的载体的、面形的和/或带形的集流体，例如金属膜。用于负电极的集流体(阳极集流体)例如可以由铜或镍构成，并且用于正电极的集流体(阴极集流体)例如可以由铝构成。此外，作为无电化学活性的组分，电极可以包括电极粘合剂(例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或者其他聚合物，例如羧甲基纤维素)、改善导电性能的添加剂和其他附加物。电极粘合剂保证了电极的机械稳定性并且常常也保证活性材料在集流体上的附着。
作为电解液，锂离子电芯通常包括锂盐例如六氟磷酸锂(LiPF6)在有机溶剂(例如碳酸醚和碳酸酯)中的溶液。
在制造锂离子电芯时，将复合电极与一个或多个隔膜组合成复合体。在此，电极和隔膜大多在压力下，需要时也通过层压或通过粘接相互连接。随后，可以通过利用电解质浸润该复合体建立电芯的基本功能。
在多种实施方式中，以缠绕体的形式构成复合体，或者将复合体处理成缠绕体。备选地，复合体也可以是由电极组成的垛。
对于在车辆领域中的应用，对于电动自行车，或者也对于其他具有高的能量需求的应用，例如在工具中，需要具有尽可能高的能量密度的锂离子电芯，该锂离子电芯同时能够在充电和放电时被加载高的电流。
在WO 2017/215900 Al中阐述了一种柱形的圆电芯，在其中，复合体由带形的电极构成并且以缠绕体的形式存在。电极分别具有附有电极材料的集流体。在复合体内，彼此错开地布置相反极性的电极，从而正电极的集流体的纵向边缘在一侧从缠绕体中离开，并且负电极的集流体的纵向边缘在另一侧从缠绕体中离开。为了集流体的电接触，电芯具有接触板，接触板坐落在缠绕体的端侧上并且通过焊接与集流体的纵向边缘连接。由此实现，在其整个长度上电接触集流体以及进而同样从属的电极。这非常显著地降低了在所阐述的电芯之内的内电阻。因此，可以显著更好地截取所出现的高电流，并且也可以更好地从缠绕体中导出热。
在此的潜在问题是，在安装接触板时，集流体的边缘常常不受控地被压缩，由此可能引起不确定的折叠。由此妨碍在端侧和接触板之间大面积的、形状配合的接触。此外，增大了端侧的细微短接或短路的风险，例如由于布置在电极之间的隔膜损坏。
为了解决这个问题，在WO 2020/096973 Al中提出，对集流体的边缘进行预处理，尤其是移除集流体边缘的部分，从而集流体边缘构造成矩形。
从US2018/0190962 Al和JP 2015-149499 A中已知有目的地使集流体的边缘预变形。
已知的解决方案具有的缺点是，集流体边缘的预处理非常昂贵。
发明内容
相对地，本发明的目的是，提供一种蓄能器元件，该蓄能器元件的突出之处在于由电极和一个或多个隔膜组成的复合体，该复合体可更简单地借助于接触板接触。此外，蓄能器元件的突出之处也应该在于更好的安全性。
该目的通过具有独立权利要求1所述的特征的蓄能器元件实现。在从属权利要求中定义了本发明的优选的实施方式。
根据本发明的蓄能器元件
根据本发明的蓄能器元件始终具有直接下述特征a.至h.：
a.蓄能器元件包括阴极和阳极，阴极和阳极是复合体的一部分，在复合体中，阴极和阳极以通过隔膜或电解质层分离的方式以阴极/隔膜或电解质层/阳极的顺序存在，
b.阴极包括阴极集流体和正的电极材料，
c.阴极集流体具有
·主区域，该主区域附有由正的电极材料制成的层，以及
·自由的边条，该自由的边条沿着阴极集流体的边缘延伸并且未附有正的电极材料，
d.阳极包括阳极集流体和负的电极材料，
e.阳极集流体具有
·主区域，该主区域附有由负的电极材料制成的层，以及
·自由的边条，该自由的边条沿着阳极集流体的边缘延伸并且未附有负的电极材料，
f.阳极和阴极如此构造和/或彼此布置在电极隔膜复合体内，使得阳极集流体的自由的边条从复合体的一侧离开，并且阴极集流体的自由的边条从复合体的另一侧离开，
g.电芯包括第一接触片和第二接触片，第一接触片与自由的边条中的一个直接接触，并且第二接触片与自由的边条中的另一个直接接触，并且
h.由于弯曲过程，与接触片中的一个直接接触的边条中的至少一个具有U形的或V形的横截面，并且由此在一侧上具有长延伸的凹部或凹处，并且在另一侧上具有与凹部对应的长延伸的抬高部。
因此，根据本发明的蓄能器元件的突出之处特别是在于，蓄能器元件具有这样的集流体，即，该集流体的自由的边条经受弯曲过程，并且突出之处在于特殊的配置方案及其电极的布置方案。在复合体内，两个正电极和两个负电极分别通过共用的集流体相互连接，其中，两个相互连接的、相同极性的电极以夹心的方式包围相反极性的电极。
柱形的实施方式
根据本发明的蓄能器元件可以构造成柱形的圆电芯或也可以构造成棱柱形。在柱形的实施方式中，蓄能器元件具有直接下述特征a.至g.：
a.电极和集流体以及由电极材料制成的层构造成带形。
b.连接区段构造成条形。
c.蓄能器元件包括至少一个带形的隔膜，隔膜包括隔膜层。
d.复合体以具有两个末端端侧和缠绕体套的柱形的缠绕体的形式存在，在缠绕体中，电极和至少一个隔膜以螺旋形地缠绕的方式存在。
e.蓄能器元件包括柱形的金属壳体，金属壳体包括环绕的壳体套并且在端侧处包括圆形的底部和盖部。
f.在金属壳体中，构造成缠绕体的复合体轴向定向，使得缠绕体套贴靠在环绕的壳体套的内侧处，
g.集流体的弯曲的连接区段从缠绕体的末端端侧中伸出。
在该实施方式中，复合体优选地包括一个带形的隔膜或两个带形的隔膜，该一个或两个隔膜分别具有第一和第二纵向边缘以及两个端部件。
在该实施方式中，特别优选地，根据本发明的蓄能器元件的突出之处在于直接下述特征a.：
a.金属壳体包括杯形的、构造成柱形的壳体件，该壳体件具有末端开口和盖构件，盖构件封闭构造成杯形的壳体件的末端开口。
优选地，盖构件具有圆形的周部，并且如此布置在构造成杯形的壳体件的圆形开口中，使得边缘沿着环绕的接触区域贴靠在构造成杯形的壳体件的内侧处，其中，盖构件的边缘通过环绕的焊缝与构造成杯形的壳体件连接。在这种情况中，两个壳体件优选地具有相同的极性，即，或者与正电极电耦接或者与负电极电耦接。在这种情况中，壳体还包括极穿过部，该极穿过部用于电接触不与壳体电连接的电极。
在一种备选的实施方式中，在盖构件的边缘上装上电绝缘的密封件，该电绝缘的密封件将盖构件与杯形的壳体件电地分离。在这种情况中，壳体大多通过卷边封闭密封。
优选地，构造成柱形的圆电芯的蓄能器元件的高度在50mm至150mm的范围内。优选地，柱形的圆电芯的直径在15mm至60mm的范围内。具有该外形尺寸的柱形的圆电芯尤其是适合用于机动车的电驱动部的电流供给。
在其中根据本发明的电芯是柱形的圆电芯的实施方式中，阳极集流体、阴极集流体和一个或多个隔膜优选地具有以下尺寸：
-在0.5m至25m的范围内的长度
-在30mm至145mm的范围内的宽度
在该实施方式中，接触片优选地具有圆形的基础形状。
棱柱形的实施方式
在棱柱形的实施方式中，根据本发明的蓄能器元件具有直接下述特征a.至f.:
a.电极和集流体以及由电极材料制成的层构造成多边形，优选地矩形。
b.连接区段构造成条形。
c.蓄能器元件包括至少一个带形的或矩形的隔膜，隔膜包括隔膜层。
d.复合体以棱柱形的垛的形式存在，在该垛中，电极和隔膜层以堆垛的方式存在。
e.垛被棱柱形的壳体包围，
f.集流体的弯曲的连接区段从垛的相邻的或相对的侧中伸出。
优选地，棱柱形的壳体由具有末端开口的杯形的壳体件和盖构件组成。在该实施方式中，杯形的壳体件的底部和盖构件优选地具有多边形的、特别优选地矩形的基础面。杯形的壳体件的末端开口的形状相应于底部和盖构件的形状。此外，壳体包括多个、优选地四个矩形的侧部件，侧部件将底部和盖构件相互连接。
隔膜层可以由多个分别布置在相邻的电极之间的隔膜构成。但也可行的是，带形的隔膜将垛的电极相互分离。在阳极和阴极之间存在多个隔膜的情况中，隔膜优选地同样具有多边形的、尤其是矩形的基础面。
在该实施方式中，接触片优选地具有矩形的基础形状。
优选的电化学的实施方式
在本发明的另一特别优选的实施方式中，根据本发明的蓄能器元件的突出之处在于以下特征中的一者：
a.蓄能器元件是锂离子电芯。
b.蓄能器元件包括锂离子电芯。
特征a.尤其是涉及所描述的根据本发明的蓄能器元件作为柱形的圆电芯的实施方式。在该实施方式中，蓄能器元件优选地包括刚好一个电化学电芯。
特征b.尤其是涉及所描述的根据本发明的蓄能器元件的棱柱形的实施方式。在该实施方式中，蓄能器元件也可以包括多于一个电化学电芯。
对于蓄能器元件的电极，基本上可以使用所有已知的用于二次锂离子电芯的电极材料。
在负电极中，作为活性材料，可以使用以碳(例如石墨碳)为基础的颗粒，或者能够用于锂的插层的、非石墨的碳材料，优选地同样以颗粒形式。备选地或附加地，在负电极中也可以包含钛酸锂(Li4Ti5O12)或其衍生物，优选地同样以颗粒形式。此外，负电极可以包含具有硅、铝、锡、锑的组中的至少一种材料或者能够可逆地嵌入和转移的锂的材料的化合物或合金，例如氧化硅(需要时与以碳材料为基础的活性材料组合的方式)作为活性材料。锡、铝、锑和硅能够与锂形成金属间相。在此，尤其是在硅的情况中，用于吸收锂的能力比石墨或相似材料的用于吸收锂的能力高出多倍。此外，由金属的锂制成的薄的阳极也是合适的。
对于正电极，作为活性材料，例如可以考虑锂-金属氧化物-化合物和锂-金属磷酸盐-化合物，例如LiCoO2和LiFePO4。此外，很适合的尤其是具有化学式LiNixMnyCozO2(其中，x+y+z通常为1)的锂镍锰钴氧化物(NMC)，具有化学式LiMn2O4的锂锰尖晶石(LMO)，或者具有化学式LiNixCoyAlzO2(其中，x+y+z通常为1)的锂镍钴铝氧化物(NCA)。也可以使用其衍生物，例如具有化学式Li1.11(Ni0.40Mn0.39Co0.16Al0.05)0.89O2的锂镍锰钴铝氧化物(NMCA)，或者Li1+xM-O化合物和/或所述材料的混合物。优选地，也以颗粒的形式应用阴极的活性材料。
此外，根据本发明的蓄能器元件的电极优选地包含电极粘合剂和/或用于改善导电能力的添加剂。活性材料优选地嵌入由电极粘合剂制成的基质中，其中，在基质中的相邻的颗粒优选地直接相互接触。导电介质用于提高电极的导电能力。通常的电极粘合剂例如以例如聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚丙烯酸酯或羧甲基纤维素为基础。通常的导电介质是碳黑和金属粉末。
根据本发明的蓄能器元件优选地包括电解质，在锂离子电芯的情况中，尤其是包含以至少一种以溶解在有机溶剂(例如有机的碳酸盐或环醚例如THF或腈的混合物)中的形式存在的锂盐，例如六氟磷酸锂(LiPF6)，为基础的电解质。其他可用的锂盐例如是四氟硼酸锂(LiBF4)，双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiTFSI)，双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)和双乙二酸硼酸锂(LiBOB)。
以锂离子为基础的构造成柱形的圆电芯的根据本发明的蓄能器元件的额定容量优选地为最大直至90000mAh。在作为锂离子电芯的实施方式中，通过外形尺寸21×70，蓄能器元件优选地具有在1500mAh至7000mAh的范围内的，特别优选地在3000至5500mAh范围内的额定容量。在作为锂离子电芯的实施方式中，通过外形尺寸18×65，电芯优选地具有在1000mAh至5000mAh的范围内的，特别优选地在2000至4000mAh范围内的额定容量。
在欧盟，严格管理用于说明二次电池的额定容量的厂商数据。即，例如用于二次的镍铬电池的额定容量的数据以根据标准IEC/EN 61951-1和IEC/EN 60622的测量为基础，用于二次镍金属氢化物电池的额定容量的数据以根据标准IEC/EN 61951-2的测量为基础，用于二次锂电池的额定容量的数据以根据标准IEC/EN 61960的测量为基础，并且用于二次铅酸电池的额定容量的数据以根据标准IEC/EN 61056-1的测量为基础。任何在本申请中的额定容量的数据优选地同样以这些标准为基础。
隔膜的优选的实施方式
优选地，一个或多个隔膜由电绝缘的塑料膜构成。优选的是，隔膜可以被电解质浸透。为了这个目的，所使用的塑料膜例如可以具有微孔。该膜例如可以由聚烯烃或聚醚酮制成。由塑料材料制成的无纺布和织物或者其他电绝缘的表面组织也可以用作隔膜。优选地，使用具有在5μm至50μm的范围内的厚度的隔膜。
尤其是在蓄能器元件的棱柱形的实施方式中，复合体的所述一个或多个隔膜也可以是由固体电解质组成的一个或多个层。
构造成缠绕体的复合体的优选的结构
在构造成缠绕体的复合体中，带形的阳极、带形的阴极、以及一个或多个带形的隔膜优选地以螺旋形地缠绕的方式存在。为了制造复合体，将带形的电极与所述一个或多个带形的隔膜一起输送给缠绕设备，并且在缠绕设备中优选地绕缠绕轴螺旋形地进行缠绕。在几种实施方式中，为此将电极和隔膜缠绕在柱形的或空心柱形的卷芯上，卷芯坐落在缠绕芯轴上，并且在缠绕之后留在缠绕体中。
例如，缠绕体套可以通过塑料膜或胶带构成。
也可行的是，缠绕体套通过缠绕一圈或多圈隔膜构成。
集流体的优选的实施方式
蓄能器元件的集流体用于，尽可能大面积地电接触包含在相应的电极材料中的电化学活性的组件。优选地，集流体由金属制成或者至少在表面上金属化。在以锂离子技术为基础的蓄能器元件的情况中，例如铜或镍，或者同样其他导电的材料，尤其是铜合金和镍合金，或者涂覆了镍的金属，适合作为用于阳极集流体的材料。原则上也可考虑不锈钢。在以锂离子技术为基础的蓄能器元件的情况中，尤其是铝，或者其他导电材料，也包括铝合金，适合作为用于阴极集流体的金属。
优选地，阳极集流体和/或阴极集流体分别是具有在4μm至30μm的范围内的厚度的金属膜，在所描述的蓄能器元件作为柱形的圆电芯的配置方案的情况中，尤其是为具有在4μm至30μm的范围内的厚度的带形的金属膜。
然而，除了膜之外，也可以将其他带形的基质，例如金属或金属化的无纺布，或者开孔的金属泡沫，或者金属板网用作集流体。
在所描述的作为柱形的圆电芯的蓄能器元件的配置方案的情况中，优选的是，所述一个或多个隔膜的纵向边缘形成构造成缠绕体的复合体的端侧。
在所描述的蓄能器元件的棱柱形的配置方案的情况中，优选的是，所述一个或多个隔膜的边缘形成垛的这样的侧，即，集流体的弯曲的连接区段从该侧中伸出。
此外优选的是，从缠绕体的末端端侧中或从垛的侧离开的阳极集流体的弯曲的连接区段以不大于5500μm，优选地不大于4000μm的方式从所述端侧或侧中伸出。
特别优选地，阳极集流体的弯曲的连接区段以不大于3000μm，特别优选地不大于2000μm的方式从垛的所述侧或者缠绕体的端侧中伸出。特别优选地，阴极集流体的弯曲的连接区段以不大于4000μm，特别优选地不超过3000μm的方式从垛的所述侧或者缠绕体的端侧中伸出。
第一接触片的优选的实施方式/第一接触片在阳极集流体处的连结
优选地，第一接触片与阳极集流体电连接。特别优选地，第一接触片直接通过焊接与阳极集流体的弯曲的连接区段连接。
但在一种备选的实施方式中，第一接触片也可以机械地，例如通过压连接或卡接连接或弹簧连接与阳极集流体的弯曲的连接区段连接。
在本发明的一种特别优选的实施方式中，第一接触片的突出之处在于直接下述特征a.或b.中的至少一者：
a.接触片由镍或铜或钛或镍合金或铜合金或钛合金或不锈钢制成。
b.接触片由与阳极集流体相同的材料制成。
优选的是，以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.。
接触片或者与壳体电连接，但是或者与接触极电连接，接触极被引导穿过壳体并且相对于壳体电绝缘。在此，该电接触可以通过直接焊接或机械的连接实现。需要时，该电的连接也可以通过独立的电导体建立。
在本发明的另一特别优选的实施方式中，第一接触片的突出之处在于直接下述特征a.至g.中的至少一者：
a.接触片具有在50μm至600μm的范围内的，优选地在150μm至350μm的范围内的优选的均匀的厚度。
b.接触片具有两个相对的平侧并且基本上仅仅在一个维度上延伸。
c.接触片是盘或优选地矩形的板。
d.接触片的尺寸设计成，接触片覆盖阳极集流体的弯曲的连接区段从中离开的侧或端侧的至少60％，优选地至少70％，特别优选地至少80％。
e.接触片具有至少一个缺口，尤其是至少一个孔和或至少一个切口。
f.接触片具有至少一个凹槽，凹槽在接触片的一个平侧上表现为长形的凹部并且在相对的平侧上表现为长形的抬高部，其中，接触片通过载有长形的抬高部的平侧坐落在阳极集流体的弯曲的连接区段上。
g.接触片在凹槽的区域中与阳极集流体的弯曲的连接区段焊接在一起，尤其是通过一个或多个布置在凹槽中的焊缝。
特别优选的是，以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.和d.。在一种优选的实施方式中，以与特征c.或e.中的一者或特征f.和g.组合的方式实现特征a.和b.和d.。特别优选地，以相互组合的方式实现所有特征a.至g.。
尽可能大面积地覆盖端侧对于根据本发明的蓄能器元件的热管理非常重要。覆盖的越大，越能实现尽可能在其整个长度上接触阳极集流体的第一边缘。由此，可以通过接触片良好地导出在复合体中形成的热。
为了可以利用电解质浸润复合体，例如在接触片中的至少一个缺口可以是适宜的。
在一种特别优选的实施方式中，复合体具有这样的侧，即，阳极集流体的多于一个弯曲的连接区段从该侧中伸出。在该实施方式的一种改进方案中优选的是，弯曲的连接区段中的至少两个，优选地多个相邻的连接区段直接相互接触，即，不是仅仅通过第一接触片电地相互连接。
第二接触片的优选的实施方式/第二接触片在阴极集流体处的连结
优选地，第二接触片与阴极集流体电连接。特别优选地，第二接触片直接通过焊接与阴极集流体的弯曲的连接区段连接。
但在一种备选的实施方式中，第二接触片也可以机械地，例如通过压连接、弹簧连接或卡接连接与阴极集流体的弯曲的连接区段连接。
在本发明的一种特别优选的实施方式中，根据本发明的蓄能器元件的突出之处在于直接下述特征a.：
a.第二接触片由铝或由铝合金制成。
接触片或者与壳体电连接，但是或者与接触极电连接，接触极被引导穿过壳体并且相对于壳体电绝缘。在此，该电接触可以通过直接焊接或机械的连接实现。需要时，该电的连接也可以通过独立的电导体建立。
除了其材料特点之外，第二接触片优选地构造成与坐落在阳极集流体的第一边缘上的接触片相似。优选地，第二接触片的突出之处在于直接下述特征a.至g.中的至少一者：
a.第二接触片具有在50μm至600μm的范围内的，优选地在150μm至350μm的范围内的优选的均匀的厚度。
b.第二接触片具有两个相对的平侧并且基本上仅仅在一个维度上延伸。
c.第二接触片是盘或优选地矩形的板。
d.第二接触片的尺寸设计成，第二接触片覆盖阴极集流体的弯曲的连接区段从中离开的侧或端侧的至少60％，优选地至少70％，特别优选地至少80％。
e.第二接触片具有至少一个缺口，尤其是至少一个孔和或至少一个切口。
f.第二接触片具有至少一个凹槽，凹槽在接触片的一个平侧上表现为长形的凹部并且在相对的平侧上表现为长形的抬高部，其中，接触片通过载有长形的抬高部的平侧坐落在阴极集流体的弯曲的连接区段上。
g.第二接触片在凹槽的区域中与阴极集流体的弯曲的连接区段焊接在一起，尤其是通过一个或多个布置在凹槽中的焊缝。
在此也特别优选的是，以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.和d.。在一种优选的实施方式中，以与特征c.或e.中的一者或特征f.和g.组合的方式实现特征a.和b.和d.。特别优选地，在此也以相互组合的方式实现所有特征a.至g.。
优选地，阴极集流体的弯曲的连接区段在第二接触片处的连结或焊接与所描述的阳极集流体的弯曲的连接区段的连结相似，即，特别优选地通过在凹槽的区域中焊接。
在优选的实施方式中，第二接触片直接与杯形的壳体件的底部或底部的一部分焊接在一起。在另外的优选的实施方式中，第二接触片通过独立的载流体与杯形的壳体件的底部连接。在第二种情况中优选的是，独立的载流体不仅与杯形的壳体件的底部而且与第二接触片焊接在一起。优选地，独立的载流体由铝或铝合金制成。
在一种特别优选的实施方式中，复合体具有这样的侧，即，阴极集流体的多于一个弯曲的连接区段从该侧中伸出。在该实施方式的一种改进方案中优选的是，弯曲的连接区段中的至少两个，优选地多个相邻的连接区段直接相互接触，即，不是仅仅通过第二接触片电地相互连接。
壳体件的优选的设计方案
在本发明的另一特别优选的实施方式中，根据本发明的蓄能器元件的突出之处在于直接下述特征a.和b.中的至少一者：
a.构造成杯形的壳体件由铝、不锈钢或镀镍的钢制成。
b.盖构件由铝、不锈钢或镀镍的钢制成。
特别优选地，以相互组合的方式实现直接上述特征a.和b.。
在几个实施方式中，阴极集流体的弯曲的连接区段直接连结在壳体处是值的期望的。为了这个目的，弯曲的连接区段例如可以借助于激光焊接在构造成杯形的壳体件的底部处。在这种情况中，构造成杯形的壳体件的底部用作第二接触板。
反之，在几个实施方式中可以规定，第一接触板用作盖构件，即，用作壳体的一部分。
电极的优选的设计方案
在本发明的另一特别优选的实施方式中，根据本发明的蓄能器元件的突出之处在于直接下述特征a.或b.中的一者：
a.根据本发明的蓄能器元件构造成柱形的圆电芯，并且其电极具有在40μm至300μm的范围内的，优选地在40μm至100μm的范围内的厚度。
b.根据本发明的蓄能器元件构造成棱柱形，并且其电极具有在40μm至100μm的范围内的厚度，优选地＞100μm直至最大300μm的厚度。
在柱形的配置方案的情况中，同时缠绕第一和第二阳极以及第一和第二阴极，但对于相同的缠绕圈数，相应位于外部的电极比相应位于内部的电极略长。为了从中不出现问题，在柱形的配置方案中，优选地将电极的厚度选择成非常小。在棱柱形的配置方案中，这方面并不重要。
附图说明
从权利要求和以下结合附图对本发明的优选的实施例的描述中得到本发明的其他特征和优点。在此，单个的特征分别可以单独地实现或以相互组合的方式实现。
在附图中：
·图1示出了穿过现有技术的电芯的横截面图，在其中，接触板被压紧在集流体的伸出的边缘上，
·图2示意性地示出了具有共用的集流体的第一阳极和第二阳极(从上方的俯视图以及在横截面中)，
·图3示意性地示出了具有共用的集流体的第一阴极和第二阴极(从上方的俯视图以及在横截面中)，
·图4示意性地示出了由在图2中示出的阳极和在图3中示出的阴极构成的复合体(以横截面图)，
·图5示意性地示出了具有两个坐落在其上的接触板的棱柱形的复合体，同样在横截面中示出，
·图6示出了在图5中示出的复合体的电极(从上方的俯视图)，
·图7示意性地示出了根据本发明的蓄能器元件，其包括在图5中示出的棱柱形的复合体和用于该复合体的壳体，同样在横截面中示出，
·图8示出了具有两个由电极材料制成的带形的条形部的集流体，两个带形的条形部通过结构上弱化的中间条形部相互连接(垂直从上方的俯视图)。
·图9示出了可以由根据图2和3的阳极和阴极构成的复合体的另一实施方式，以及
·图10示出了具有两个坐落在其上的接触板的棱柱形的复合体的另一实施方式，同样在横截面中示出。
具体实施方式
图1示出了将接触板118压紧在集流体的伸出的边缘108上的结果，该伸出的边缘从由负电极和正电极以及位于其之间的隔膜(在图中未示出)组成的复合体115的一侧离开。在压紧时，可能出现集流体的边缘108的不受控的压缩。这种压缩又部分地造成不确定的折叠，这例如可在直接在接触板118上方的区域中清楚地看到，在该处，该边缘的单个的缠绕圈在完全不同的方向上弯曲。由此妨碍了在集流体边缘108和接触板118之间大面积的、形状配合的接触。
图2一方面以从上方的俯视图并且另一方面以横截面图(沿着S1的截面)示出了带形的集流体107，在该带形的集流体上施加有第一带形的阳极101和第二带形的阳极102。
第一阳极101和第二阳极102在共用的集流体107两侧分别具有由电极材料105组成的带形的层。带形的集流体107包括第一主区域109和第二主区域110，其中，第一主区域109附有由第一阳极101的负的电极材料105组成的带形的层，并且第二主区域110附有由第二阳极102的负的电极材料105组成的带形的层。在第一主区域109和第二主区域110之间，存在条形的、无材料的连接区段113，该连接区段将第一主区域109和第二主区域110相互连接并且未附有电极材料105。
图3一方面以从上方的俯视图并且另一方面以横截面图(沿着S2的截面)示出了带形的集流体108，在该带形的集流体上施加有第一带形的阴极103和第二带形的阴极104。
第一阴极103和第二阴极104在共用的集流体108两侧分别具有由电极材料106组成的带形的层。带形的集流体108包括第一主区域111和第二主区域112，其中，第一主区域111附有由第一阴极103的正的电极材料106组成的带形的层，并且第二主区域112附有由第二阴极104的正的电极材料106组成的带形的层。在第一主区域111和第二主区域112之间，存在条形的、无材料的连接区段114，该连接区段将第一主区域111和第二主区域112相互连接并且未附有电极材料106。
在图4中示出的复合体115(以横截面图示出)由在图2中示出的阳极101和102以及在图3中示出的阴极103和104构成。为此，在使共用的集流体107和108弯曲的情况下，分别将带形的阳极101和102以及阴极103和104相互叠在一起，其中，同时将阴极103布置在阳极101和102之间并且将阳极102布置在阴极103和104之间，并且所有相邻的电极通过布置在其之间的隔膜层116相互分离。在另一步骤中，可以将此时产生的以顺序阳极101/隔膜层116/阴极103/隔膜层116/阳极102/隔膜层116/阴极104的垛螺旋形地缠绕到轴上。于是，复合体115以具有两个末端端侧119和120以及缠绕体套121的柱形的缠绕体的形式存在，在该缠绕体中，电极101、102、103和104以螺旋形地缠绕的方式存在。所示出的横截面是穿过这种螺旋形的缠绕体的两个紧挨的缠绕圈的截面。
因此，在缠绕体中，阴极103以夹心的方式被包围在阳极101和102之间，并且阳极102以夹心的方式被包围在阴极103和104之间。仅仅无材料的、现在弯曲的连接区段114从复合体115的左侧119离开，并且无材料的、现在弯曲的连接区段113从相对的右侧120离开。
图5示出了以棱柱形的垛的形式存在的复合体115。在该垛中，电极101、102、103、104以及105、106、107和108以堆垛的方式存在，分别通过隔膜层116分离。电极具有矩形的基础形状。电极101和102、103和104、105和107、以及106和108分别具有共用的集流体，并且通过弯曲的、无材料的连接区段113和114以及122和123相互连接。
仅仅与正电极耦接的无材料的连接区段114和122从垛115的左侧119离开，与负电极耦接的无材料的连接区段113和123从相对的右侧120离开。弯曲的连接区段114和122与接触片118直接接触。弯曲的连接区段113和123与接触片117直接接触。因为已经稍微用压力将接触片117和118施加在侧119和120上，存在与四个连接区段113、123、114和123的面式的接触。优选地，弯曲的连接区段113、123、114和123与接触片117和118焊接在一起。
在图6中以俯视图示出了电极101、102、103、104以及105、106、107和108。可清楚的看到无材料的连接区段113和114和122和123。为了制造垛115，必须在弯曲该连接区段的情况下将通过相应的连接区段相互连接的电极相互叠在一起。随后，将相反极性的电极以夹心的方式相互组合成在图5中示出的结果。
在图7中示出了根据本发明的蓄能器元件100。该蓄能器元件包括在图5中示出的棱柱形的复合体115和棱柱形的壳体。棱柱形的壳体由杯形的壳体件124和盖构件125组成。
接触极126被引导穿过盖构件125，接触极通过焊接与接触片117连接。接触极126借助于绝缘元件127相对于盖构件125电绝缘。接触片118焊接在壳体件124的底部处。
在图8中示出了具有两个由电极材料106制成的带形的条形部的集流体，这两个条形部通过结构弱化的条形的、无材料的连接区段114相互连接。在连接区段114中引入多个在结构上减弱该连接区段的小的切口128。这简化了电极到缠绕体的处理。
图9示出了复合体115，该复合体与在图4中示出的复合体的区别仅仅在于，集流体的连接区段113和114构造得相对更长，并且因此更多地从垛的所述侧中伸出。这种实施方式能够实现这样的配置方案，即，在其中相邻的缠绕圈的连接区段不仅通过接触片相互连接，而且直接相互接触。
图10示出了复合体115，该复合体与在图5中示出的复合体的区别仅仅在于，集流体的连接区段113和123以及114和122构造得相对更长。在所示出的实施方式中，连接区段构造成，可以通过接触片117和118如此使连接区段变形，使得连接区段与相邻的连接区段(在此连接区段114与连接区段122并且连接区段113与连接区段123)直接接触。由此，在接触片117和118下方形成在理想情况中几乎连续的导电面，该导电面在相当大的程度上促进了热能的导出以及同样复合体115在接触片处的电连结。

Claims (6)

1.一种蓄能器元件(100)，具有以下特征：
a.蓄能器元件包括第一阳极(101)、第二阳极(102)、第一阴极(103)和第二阴极(104)；
b.所述第一阳极(101)和第二阳极(102)分别包括负的电极材料(105)和共用的阳极集流体(107)；
c.所述共用的阳极集流体(107)包括：
第一主区域(109)和第二主区域(110)，其中，所述第一主区域(109)在两侧附有由所述第一阳极(101)的负的电极材料(105)制成的层，并且所述第二主区域(110)在两侧附有由所述第二阳极(102)的负的电极材料(105)制成的层，以及
在所述第一主区域(109)与所述第二主区域(110)之间的无材料的连接区段(113)，该连接区段将所述第一主区域(109)和所述第二主区域(110)相互连接并且未附有电极材料(105)；
d.所述第一阴极(103)和第二阴极(104)分别包括正的电极材料(106)和共用的阴极集流体(108)；
e.所述共用的阴极集流体(108)包括：
第一主区域(111)和第二主区域(112)，其中，所述第一主区域(111)在两侧附有由所述第一阴极(103)的正的电极材料(106)制成的层，并且所述第二主区域在两侧附有由所述第二阴极(104)的正的电极材料(106)制成的层，以及
在所述第一主区域(111)与所述第二主区域(112)之间的无材料的连接区段(114)，该连接区段在所述第一主区域(111)与所述第二主区域(112)之间延伸并且未附有电极材料(106)；
f.阳极(101、102)和阴极(103、104)形成复合体(115)，在所述复合体中，阳极和阴极以通过隔膜层(116)分离的方式以第一阳极(101)/隔膜层(116)/第一阴极(103)/隔膜层(116)/第二阳极(102)/隔膜层(116)/第二阴极(104)的顺序存在；
g.在所述复合体(115)内，所述共用的阳极集流体(107)和共用的阴极集流体(108)的无材料的连接区段(113、114)分别以弯曲的方式存在，并且将所述第一阳极(101)和第二阳极(102)以及第一阴极(103)和第二阴极(104)连接，其中，阳极集流体(107)的弯曲的连接区段(113)从所述复合体(115)的一侧(120)伸出，并且阴极集流体(108)的弯曲的连接区段(114)从所述复合体(115)的另一侧(119)伸出；
h.所述蓄能器元件具有第一接触片(117)和第二接触片(118)，所述第一接触片与阳极集流体(107)的弯曲的连接区段(113)直接接触，并且所述第二接触片(118)与阴极集流体(108)的弯曲的连接区段(114)接触。
2.根据权利要求1所述的蓄能器元件，具有以下附加特征：
a.电极(101、102、103、104)和集流体(107、108)以及由电极材料(105、106)制成的层构造成带形；
b.所述连接区段(113、114)构造成条形；
c.所述蓄能器元件包括至少一个带形的隔膜，该至少一个隔膜包括所述隔膜层(116)；
d.所述复合体(115)以具有两个末端端侧和缠绕体套的柱形的缠绕体的形式存在，在所述缠绕体中，电极(101、102、103、104)和至少一个隔膜以螺旋形地缠绕的方式存在；
e.所述蓄能器元件包括柱形的金属壳体，所述金属壳体包括环绕的壳体套并且在端侧处包括圆形的底部和盖部；
f.在所述金属壳体中，构造成缠绕体的复合体(115)轴向定向，使得所述缠绕体套贴靠在所述环绕的壳体套的内侧处；
g.集流体(107、108)的弯曲的连接区段(113、114)从所述缠绕体的末端端侧中伸出。
3.根据权利要求1所述的蓄能器元件，具有以下附加特征：
a.电极(101、102、103、104)和集流体(107、108)以及由电极材料(105、106)制成的层构造成矩形；
b.所述连接区段(113、114)构造成条形；
c.所述蓄能器元件包括至少一个带形的或矩形的隔膜，该至少一个隔膜包括所述隔膜层(116)；
d.所述复合体(115)以棱柱形的垛的形式存在，在所述垛中，电极(101、102、103、104)和隔膜层(116)以堆垛的方式存在；
e.所述垛被棱柱形的壳体包围，
f.集流体(107、108)的弯曲的连接区段(113、114)从所述垛的相邻的或相对的侧中伸出。
4.根据权利要求1所述的蓄能器元件，具有以下附加特征：
a.所述第一接触片(117)通过焊接与阳极集流体(107)的弯曲的连接区段(113)连接，和/或所述第二接触片(118)通过焊接与阴极集流体(108)的弯曲的连接区段(114)连接；
b.所述第一接触片(117)与阳极集流体(107)的弯曲的连接区段(113)机械地连接，和/或所述第二接触片(118)与阴极集流体(108)的弯曲的连接区段(114)机械地连接。
5.根据权利要求2所述的蓄能器元件，具有以下附加特征：
a.电极(101、102、103、104)具有在40μm至200μm的范围内的厚度。
6.根据权利要求3所述的蓄能器元件，具有以下附加特征：
a.电极(101、102、103、104)具有在40μm至1000μm的范围内的厚度。
CN202280062300.5A 2021-09-17 2022-08-22 蓄能器元件 Pending CN117957664A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21197577.6 2021-09-17
EP21197577.6A EP4152434A1 (de) 2021-09-17 2021-09-17 Energiespeicherelement
PCT/EP2022/073277 WO2023041290A1 (de) 2021-09-17 2022-08-22 Energiespeicherelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117957664A true CN117957664A (zh) 2024-04-30

Family

ID=77838745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280062300.5A Pending CN117957664A (zh) 2021-09-17 2022-08-22 蓄能器元件

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4152434A1 (zh)
KR (1) KR20240058929A (zh)
CN (1) CN117957664A (zh)
WO (1) WO2023041290A1 (zh)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3068092B1 (ja) * 1999-06-11 2000-07-24 花王株式会社 非水系二次電池用正極の製造方法
KR101590217B1 (ko) * 2012-11-23 2016-01-29 주식회사 엘지화학 전극조립체의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체
KR20170032456A (ko) * 2015-01-14 2017-03-22 가부시끼가이샤 도시바 비수 전해질 전지 및 전지 팩
JP5979273B2 (ja) 2015-04-13 2016-08-24 日本ケミコン株式会社 コンデンサの製造方法
FR3037724B1 (fr) 2015-06-22 2017-07-21 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'un faisceau electrochimique d'accumulateur au lithium avec pliage ou enroulement des extremites de feuillard sur elles-memes
EP3258519A1 (de) 2016-06-16 2017-12-20 VARTA Microbattery GmbH Elektrochemische zelle mit optimiertem innenwiderstand
US20190305377A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-03 Intel Corporation Folded battery cell structure for application of stack pressure
JP2022512776A (ja) 2018-11-05 2022-02-07 テスラ，インコーポレイテッド タブレス構造電極を有するセル
CN112310423B (zh) * 2019-12-04 2022-03-15 宁德时代新能源科技股份有限公司 叠片电芯生产系统以及叠片电芯成型方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4152434A1 (de) 2023-03-22
KR20240058929A (ko) 2024-05-03
WO2023041290A1 (de) 2023-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8734983B2 (en) Housing for electrochemical devices
US20230275331A1 (en) Energy storage cell and production method
US20230223551A1 (en) Lithium-ion cell with a high energy density
CN115702517A (zh) 具有高的比能量密度的锂离子单体电池
CN116918117A (zh) 用于制造电化学的储能器元件的方法
US20230307802A1 (en) Energy storage cell
KR20170030290A (ko) 전극 조립체 및 이차 전지
KR101515672B1 (ko) 2 이상의 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체 및 이에 의한 전기 화학 소자
US20230207833A1 (en) Lithium-ion cell with high specific energy density
US20230238569A1 (en) Lithium-ion cell with a high specific energy density
US20230207789A1 (en) Secondary electrochemical lithium-ion cell
US20240006654A1 (en) Lithium-ion cell with a high specific energy density
CN117957664A (zh) 蓄能器元件
CN118056330A (zh) 蓄能器元件以及制造方法
CN118056329A (zh) 蓄能器元件以及制造方法
US20230291080A1 (en) Energy storage cell and production method
KR20240074795A (ko) 에너지 저장 요소 및 제조 공정
CN117501493A (zh) 蓄能器元件，由蓄能器元件组成的复合体以及制造方法
JP7494248B2 (ja) セル及びその製造のための方法
KR20240006681A (ko) 에너지 저장 소자, 에너지 저장 소자의 조립체 및 제조 방법
JP2023001050A (ja) セル及びその製造のための方法
CN118104044A (zh) 储能电池单体、由储能电池单体制成的复合体和制造方法
JP2023160803A (ja) エネルギー貯蔵要素及び生産方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination