DE10047206A1

DE10047206A1 - Gehäuse für elektrochemische Zellen

Info

Publication number: DE10047206A1
Application number: DE10047206A
Authority: DE
Inventors: Tim Schaefer
Original assignee: GAIA Akkumulatorenwerke GmbH
Current assignee: GAIA Akkumulatorenwerke GmbH
Priority date: 2000-09-23
Filing date: 2000-09-23
Publication date: 2002-06-06
Also published as: WO2002025752A1; DE10194033D2; AU2001291634A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für elektrochemische Zellen mit Poldurchführungen, vorzugsweise Deckel, insbesondere für Lithium-Ion-Polymerbatterien (LIB). DOLLAR A Sie ist bei einem Gefäß, das direkt mit einem Kontakt (einer Elektrode) verbunden ist und einem Deckel aus dem gleichen Material besteht, in den der gegenpolige Kontakt (Elektrode), geschützt durch eine Isoliermasse, eingeführt, dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A - das Gefäß und sein Deckel aus Aluminium oder dessen Legierungen bestehen, DOLLAR A - der Deckel mit dem Gefäß hermetisch dicht verbunden ist, DOLLAR A - der durch das Gehäuse führende gegenpolige Kontakt durch eine isolierfähige Masse, die einen Schmelzpunkt zwischen 300 DEG und 600 DEG C hat, vom Gefäß elektrisch und mechanisch getrennt ist und DOLLAR A - ggf. Füllrohre oder Sensoren durch die Gefäß- oder Deckelwand geführt werden, die ebenfalls in die isolierfähige Masse eingebettet sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, wenn als isolierfähige Masse ein Glaslot (Lotgläser) mit eingesetzt wird. DOLLAR A Die erfindersiche Lösung bringt große Vorteile für den Montageprozeß, insbesondere von LIB, und führt zu langfristig wartungsfreien und nach außen dichten Zelleinheiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für elektrochemische Zellen mit Poldurch führungen, vorzugsweise im Deckel, insbesondere für Lithium-Ion-Polymerbatterien (nachfolgend auch LIB genannt). Es handelt sich insbesondere um Zellgehäuse und Poldurchführungen im Fertigdeckel für elektrochemische Zellen. Jede von ihnen beinhaltet einen Polymer-Elektrolyt, der Lithium-Ionen leitet, zwei reversible Elektro den, die Lithium-Ionen einlagern, und Batterien, die eine oder mehr solcher Zellen umfassen, insbesondere für solche, die Polymer Elektrolyt Lithium Batterien verwenden.

Batterien, Akkumulatoren und dergleichen bestehen grundsätzlich aus einem Gehäuse, in dem Elektroden sowie ein Elektrolyt angeordnet sind. Der Begriff Polymerelektrolyt beschreibt eine Technologie, bei der der Separator nicht aus einer "inerten", porösen Folie und einem injizierten Flüssigelektrolyten besteht, sondern aus onenleitenden Polymeren mit zusätzlicher Separatorfunktion. Um die durch die Batterie und dergleichen erzeugte elektrische Spannung abgeben zu können, sind bekannterweise durch den Deckel des Gehäuses Pole, insbesondere Bleipole, hindurchgeführt. Ein wesentliches Qualitätsmerkmal bei derartigen Batterien ist dabei eine dichte Poldurchführung, das heißt diese Poldurchführung sollte über die gesamte Lebensdauer der Batterie elektrolyt- und gasdicht sein.

Aus US-Patent 6 033 800, US-Patent 5 492 779 und US-Patent 4 467 021 sind Behälter oder Einhausungsvarianten bekannt, die gesondert hermetisch abgedichtet werden müssen.

Polbolzen bzw. Kontakte der gattungsgemässen Art sind aus DE 195 36 683 bekannt. Aus dem DE 198 04 963 sind Polbolzen bekannt, die für galvanische Zellen mit nichtwässrigem Elektrolyten geeignet sind, bei denen eine Vielzahl von Stromab leitern (Kontaktfähnchen) der Elektroden mit den Polbolzen verbunden sind. Dabei ist im Durchgangsbereich des Polbolzens durch den Zelldeckel eine Keramik vorgesehen, die insbesondere mit dem Zelldeckel verlötet ist.

Um das Qualitätserfordernis der dichten und beständigen Poldurchführungen zu erfüllen, ist es auch bekannt, zwischen dem Pol und dem Deckel im Bereich der Pol durchführung diese abdichtend mit hartem Kunststoff zu umspritzen bzw. zu ver gießen. Ebenso ist es bekannt, zusätzlich zwischen dem Pol und dem Deckel Abdichtungen in Form von Dichtungsringen, oder Dichtungen aus Viton, Teflon vorzusehen.

Aufgrund der elektrochemischen Anforderungen an die Beständigkeit des Materials in galvanischen Zellen mit nichtwäßrigen Elektrolyten wird der positive Polbolzen vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung gefertigt. Die bekannten Batterie becher bestehen regelmäßig aus Edelstählen (wie SUS 304, SUS 316 oder SUS 318 bzw. Molybdän und diversen Legierungen, wie Nirosta). Aus DE 198 39 211 sind Zellendeckel bekannt, die Anschlüsse zum Einsatz eines Nachfüllmittels vorsehen, wobei jede Zelle einen Deckel aufweist und bei installiertem Nachfüllanschluß und/oder Elektrolytumwälzmittel die Nachfüllanschlüsse in Verbindung stehen.

Ein niedriger Innenwiderstand und verbessertes Lagen/erhalten haben unmittelbaren Einfluß auf die Qualität der Batterien (Erhaltung der Nennspannung, Kapazität). Kontaktprobleme der Aktivmaterialien bzw. Kollektoren bzw. oxidierte (hydroxidierte) verschmutzte Batteriehülsen sind hier als mögliche Ursachen zu nennen. Um dies zu umgehen, ist es bekannt, Einkerbungen vorzusehen. Gemäß WO 98/18170 ist es bekannt, die Elektroden mit einem Lack zu überziehen. Das jap. Patent H 9-171802 schlägt organische Beschichtungen vor, die durch Erhitzen karbonatisiert werden, die dann weitere Schichten aus Chrom aufweisen. DE 198 52 202 sieht vor, daß in dem galvanischen Überzug Partikel aus vorwiegend Kohlenstoff eingelagert sind.

Nachteilig sind bekannte Bleipole für LIB und separat zu verschließende, hermetisch abzudichtende Batteriegehäuse und Tröge. Kunststofflösungen sind nicht optimal, da sie nicht dauerhaft dampfdiffusionsdicht sind. Edelstähle und Legierungen daraus als Material für Batteriebecher sind teuer und für LIB nicht günstig. Bekannte Keramikverbindungen reißen aus, und Glaseinschmelzungen erfordern sehr hohe Temperaturen, etwa 1500°C, sind daher nachteilig. Kontaktprobleme aus Folge chemischer Reaktionen wie Oxydation mindern die Qualität der Batterien, keine der bekannten Lösungen hat sich für LIB als vorteilhaft erwiesen, da insbesondere keine ausreichende Beständigkeit und elektrochemische Kompatibilität gegeben waren. Ebenso war ein Konzept für eine gesteuerte LIB so nicht umsetzbar, da insbesondere Sensorkontakte und -funktionen nicht geeignet realisiert werden konnten.

Daher stellte sich die Aufgabe, für LIB, andere elektrochemische Zellen und dergleichen, optimierte Zellgehäuse und Poldurchführungen möglichst einen Fertigdeckel mit Kontaktteil zu erarbeiten. Somit sollten insbesondere LIB kontaktiert und eingehaust werden, die über eine sogenannte stirnseitige Kontaktierung verfügen. Diese werden versetzt gewickelt, so daß das Zelllaminat, monofilar oder bifilar, mit überstehenden metallischen Rändern metallischer oder anderer geeigneter Stromsammler, vorrangig Cu- und Alfolien anforderungsgerecht kontaktiert werden kann. Die Lösungen hatten die Optimierung der Energiedichte zu unterstützen, dauerhaft, beständig und dicht zu sein, und es sollten keine gesonderten Gehäuse wie Tröge erforderlich sein, die hermetisch abgedichtet werden müssen. Um dichte Durchführungen zu bekommen, oblag es, Alternativen zu Einglasungen zu finden, die insbesondere bei niedrigen Temperaturen anspruchsgerecht sind. Ebenso die Qualität insofern weitergehend zu sichern, dass ein niedriger Innenwiderstand und verbesserte Lagerbeständigkeit erreicht und steuerbare Batterien unterstützt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Gehäuse für elektrochemische Zellen, insbesondere für Lithium-Ionen-Polymerbatterien, das aus einem Gefäß, das direkt mit einem Kontakt (einer Elektrode) verbunden ist, und einem Deckel aus dem gleichen Material besteht, in den der gegenpolige Kontakt (Elekarode), geschützt durch eine Isoliermasse, eingeführt wird, gelöst, wenn

- das Gefäß und sein Deckel aus Aluminium oder dessen Legierungen bestehen,
- der Deckel mit dem Gefäß hermetisch dicht verbunden ist,
- der durch das Gehäuse führende gegenpolige Kontakt durch eine isolierfähige Masse, die einen Schmelzpunkt zwischen 300° und 600°C hat, vom Gefäß elektrisch und mechanisch getrennt ist und
- ggfs. Füllrohre oder Sensoren durch die Gefäß- oder Deckelwand geführt werden, die ebenfalls in die isolierfähige Masse eingebettet sind.

Vorzugsweise sollte das Gefäß als zylindrisches Gefäß (Becher) ausgebildet sein.

Wirtschaftliche, dampfdiffusionsdichte, leichte und nahtlose Gehäuse, die zudem strahlungsabweisend und recyclingfähig sind, können erfindungsgemäß insbesondere aus herkömmlichen Aluminium-, Leichtmetall- und deren Legierungen hergestellt werden.

Als Zellbehälter oder Einhausungen können Becher der gattungsgemäßen Art, rund und unrund, insbesondere aus herkömmlichen Kondensatorbechern und dergleichen, ausgewählt werden.

Solche Becher werden meist im Fließpreßverfahren industriell hergestellt und sind in entsprechender Qualität verfügbar. Eine besonders vorteilhafte Lösung wird erfindungsgemäß im Einsatz von sogenannten Kondensatorenbechern gesehen, die industriell häufig ohne weitere Werkzeugkosten erhältlich sind.

Fig. 1 zeigt eine solche Ausführungsform.

Im Becherboden (11) ist dabei ein Kontakt (1) bereits eingearbeitet, der der Kontak tierung oder Fixierung dient und vielfältig etwa mittels Gewinde, Schlitzen, Bohrungen versehen sein kann, um eine bessere Kontaktierung zu ermöglichen. Von Vorteil ist, diesen Kontakt (1) so auszugestalten, daß dieser als Träger der Elektronik dienen kann, was auf der Deckelseite (siehe Fig. 2) aufgrund höherer mechanischer Belastung nachteilig ist. Die Kontakte (1 und 7) können auch weiterbehandelt sein, etwa galvanisch um verbesserte elektrische Verbindungen zu schaffen. Der Becherboden (11) kann auch gleichstark der Becherwand (2) sein, und es können auch hier Durchführungen erfolgen, die beispielsweise Stromsensoranschlüssen dienen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß ein Leitlack oder Haftvermittler gemäß DE 100 30 571.7 direkt in die Hülsen (Fig. 1) eingedüst wird, nachdem die Hülsen oder Becher hergestellt und ggf von Öl und Widerstandsschichten, so aus Aluminiumoxid, befreit sind. Dies kann in einfacher Weise als eine mögliche Weiterbehandlung mittels herkömmlicher Lackpistolen geschehen.

Geeignet sind als Batteriebehältnis ganz allgemein Dosen und Behälter, rund und unrund, aus verschiedenen Materialien und Materialkombinationen (auch Dosen für Lebensmittel).

So können Softdrinkdosen und Weissblechdosen eingesetzt werden, die beispiels weise mittels einer einfachen Maschine (Lubeca) dauerhaft verschlossen werden können. Dazu werden die Deckel fertig positioniert und verschlossen. Die Deckel werden automatisch zugeführt und können ggfs. vorbehandelt werden. Diese Behälter werden mittels Dosenverschliessmaschinen dicht hergestellt, ggfs. kann ein Dichtungsmittel oder Dichtungselement eingearbeitet werden. Auch Klebetechniken können als Verschlusstechnik und Isolation der Durchführungen eingesetzt werden.

Der Aufbau eines erfindungsgemäßen Batteriedeckels ist in der Fig. 2 skizziert.

Er besteht aus einem Polkontakt (7), der durch einen Deckel hindurchgeführt ist und vorzugsweise mit Glaslot eingeglast (8) wurde, wobei besondere Anschlüsse für einen Stromsensor (10) mit vorgesehen werden. Diese können in einem Stück mit dem Polkontakt (7) oder separat eingeglast (8) werden.

Solche Durchführung auf der Basis von Glasloten konnten mit mindestens temperaturbeständig bis 150°C sowie bis 10 bar druckbeständig hergestellt werden.

Eine Vorzugsvariante besteht darin, daß der gegenpolige Kontakt im Innern des Gehäuses als Platte ausgebildet ist, so daß die beiden Kontakte (Anode und Kathode) Gehäuseboden und Gehäusedeckel fast ausfüllen.

Der Deckei ist innen tiefgezogen (4) mit nach oben stehendem Rand vorzugsweise gleicher Wandstärke wie beim Becher nach Fig. 2 versehen, der mit dem Becher rand (3, 6) verschweißt oder auf andere Art hermetisch verschlossen werden kann. Erfindungsgemäß sind Sicken in den Deckelboden (9) eingearbeitet, die einen er höhten Wärmeübergang ermöglichen und den Deckel gemäß Fig. 2 stabilisieren.

In das Glaslot (8), das den Kontakt (7) hält, fixiert und hermetisch ist, kann eine Berstscheibe (12) zur Sicherheit der Batterie eingearbeitet werden, wenn vor Überdruck geschützt werden muß. Dann entfallen gesonderte Überdrucksicher heitsventile.

Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, wenn als isolierfähige Masse ein Glaslot (Lötgläser) mit eingesetzt wird. Dabei handelt es sich um Gläser mit niedriger Viskosität und kleiner Oberflächenspannung bei Schmelzpunkt zwischen 420° und 520°C.

Unter Glaslot können erfindungsgemäß im weitesten Sinne auch glaslotähnliche Lot werkstoffe oder Verbundlote mit Glasanteilen mit Schmelzpunkten zwischen 300° und 600°C eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß von Vorteil ist die Einglasung mittels handelsüblichen Glaslot vorzusehen (beispielsweise aus TA 23 oder PA 23 der Firma AmeriGlas). Sofern andere Materialkombinationen als Cu/Al vorgesehen werden sollen, sind auch Einschmelzlegierungen wie Nicosil gegen Glaslot und Einschmelzkörper anzuordnen.

Dabei kann ein solches Legierungsrohr mit dem Cu-Kontaktbolzen (7) hart verlötet werden.

Vorzugsweise werden zur Erreichung einer beständigen und dichten Durchführung (8) sog. GTM (Glass to Metal) also Glas/Metall oder GLTM (Glas Lot to Metal) also Glaslot/Metall oder CTM (Ceramic to Metal) also Keramik/Metall und Kunststoffver bunde wie AL/PP, AL/PET und andere mehr eingesetzt. Grundsätzlich können Pol durchführungen (8) ebenso aus Epoxid-Glashartgewebe, Schichtpressstoffen, Glimmererzeugnissen sowie Mineralpressstoffen, auch aus Papierverbunden bestehen, wobei jeweils zu differenzieren ist, inwieweit eine geeignete Technologie und je nach Anwendungsfall eine ausreichende Qualität der Durchführungen hinsichtlich der Beständigkeit und Diffusionsdichtheit erreicht werden kann

Das Kontaktteil gemäß Fig. 2 besteht aus einem Rundbolzen mit Kontaktierungs einheit (5). Diese besteht aus gut leitendem Material, vorzugsweise Kupfer (besonders vorteilhaft ist der Einsatz von S-ECU Materialqualitäten; d. h. sauerstofffreies Kupfer, desoxydiert oder nicht desoxydiert (gem. DIN 1787)), und es können Kerben, Strukturen, Beschichtungen vorgesehen sein, die den Kontakt schützen, als Führung oder der besseren Kontaktierung dienen. Die Kontaktierungseinheit ist vorzugsweise als Kontaktplatte (5) gearbeitet, die im Durchmesser entsprechend kleiner ist als der Deckel (6) und dadurch einen geeigneten Schutz vor Kurzschlüssen bietet. Eine Variante besteht darin, diese Kontaktierungsplatte mit Öffnungen zu versehen, um diese leichter zu machen.

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Lösung als Batteriedeckeldurchführung. Die Innenzylinderhöhe (4) für die Einglasung (8) sollte aber so gewählt sein, daß sie eine gute Auflage erhält, so wie in Fig. 2 mit ca. 3,5 mm vorgeschlagen. Vorteilhaft ist es, im Innenzylinder bzw. inneren Rand (4) axiale Vertiefungen vorzusehen, die durchgängig sein können. Diese axialen Vertiefungen für den Sinterglaskörper sind vorschlagsgemäß kragenförmig im Innenzylinder (4) eingearbeitet.

Dies erleichtert in besonderem Maß die Einglasung, da das Glaslot (8) einen guten Widerhalt findet, den man Glaslotbremse nennen kann.

Statt axialer Vertiefungen können andere konstruktive Maßnahmen eingesetzt werden, wie Führungen, vertikale Vertiefungen und dergleichen.

Die Zylinderoberfläche (7) sollte eine Rauigkeit von Rz = 1,6 ym betragen und die Abweichung vom Zylinder kleiner 0,2 sein.

Zur Erlangung eines verbesserten Kurzschlußverhaltens, etwa im Crashfall, sowie zur Fixierung des Wickels wird erfindungsgemäß eine nichtleitende, temperatur beständige Fixier- und Klebemasse vorzugsweise in den Abstand zwischen die Kontaktplatte (5) und der Becherwand (2) eingebracht. Alternativ können Klebe bänder, vorzugsweise Elektroklebebänder oder Folien, so insbesondere PET- (Polyethylenterephthalat)Folien bzw. Glasfließmaterialien eingesetzt werden.

Diese bilden dann eine Zwischenlage und verhindern beispielsweise bei Deforma tion einen Kurzschluß. Von besonderem Vorteil ist der Einsatz von Klebstoffen, die nicht durch die katalytische Wirkung der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit auszu härten beginnen. Epoxidmaterialien und die beschriebenen anearoben Klebstoffe sind spaltfüllend, temperaturbeständig von -60° bis +220°C, weil insbesondere durch Aktivatoren oder wärme der Aushärtevorgang beeinflußt oder dauerelastische Eigenschaft eingestellt werden kann, sind diese Materialien gut zur Fixierung des Zelllaminates im Becher geeignet.

Selbst bei der ersten Dehnung des Laminats, etwa während der Formation geht das Material mit, so daß es nicht zur Deformation oder Ähnlichem kommen kann oder das Laminat beschädigt wird. Als besonders geeignete Klebstoffmaterialien haben sich einkomponentige Reaktionsklebstoffe auf Basis von Acrylaten herausgestellt (beispielsweise aus der Produktlinie Omni/Fit von Henkel). Somit läßt sich vorteilhaft, etwa durch Punktauftrag des Klebstoffs, in wenigen Sekunden insbesondere die Kontaktierungseinheit fixieren. Vorteilhaft ist der Einsatz dieser Fixier- bzw. Klebmassen dadurch, daß gewissermaßen durch eine Maßnahme die Vibrations festigkeit der Anordnung im Rütteltest verbessert, Kurzschlüsse vermindert und die Kontaktierungseinheit schnell fixiert werden kann.

Berstscheiben (12) als konstruktive Überdrucksicherungen können bedarfsgerecht eingearbeitet werden, wie dies Fig. 3 veranschaulicht, zweckmäßig können es auch Druckventile sein.

An sich bekannte Füllstutzen, die hermetisch verschliessbar sind, werden angeordnet, um eine Evakuierung nach der Formation vorzusehen, damit sog. Formationsgas entweichen kann und danach weiterhin ein Zugang besteht. Sensor durchführungen sind ebenso einfach herzustellen. Sie dienen der Generation von Meßdaten, die wesentlich im Rahmen einer sog. intelligenten Batterie anzuordnen sind. Gemäß einer besonderen Ausführung dient die Glasdurchführung (8) oder Glas als Sensorelement dahingehend, daß sie Überdruck generiert und ggf. durch Bersten eliminiert.

Nach dem Bau braucht jede Batteriezelle, unabhänig von deren chemischer Zusammensetzung, eine sogenannte Formierung. Dies ist eine Phase kontrollierten Ladens und Entladens, in der die späteren Eigenschaften der Batterie entscheidend mit bestimmt werden. Hier treten neben dem Prozeß der reversiblen Energiespeiche rung, der später im Idealfall der einzig vorkommende Prozeß ist, andere Prozesse auf, wie auch der sog. Formationsgasbildung, gegebenenfalls müssen diese Gase abgeführt werden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung eines Drucksensors mit einer Berstscheibe (12) aus Glaslot, der so oder direkt am Kontaktteil angeordnet werden kann. Nach System anforderung oder zur Erkenntnisgewinnung ist ein sog. Füllstutzen (10)oder Vakuumtube anzuordnen. Die Berstscheibe (12) kann als Sollbruchstelle durchgängig aus den verwendeten Poldurchführungsmaterial bestehen, wobei ein oder mehrere Stoffe zusätzlich eingebaut sein können. Erfindungsgemäß von besonderem Vorteil ist die Nutzung von Glasloten (8) der beschriebenen Arten.

Vakuumtube oder der Füllstutzen oder dergleichen ist gemäß Fig. 3 paßfähig zur Berstscheibe bzw. zum Drucksensor gearbeitet.

In Fig. 4 ist ein fertiges optimiertes Zellgehäuse mit Poldurchführung vorrangig für Lithium-Ion-Polymerbatterien skizziert. Ein Füllstutzen oder Vakuumtube (10) ist angeordnet, die Lösung der Einglasung (8) eignet sich insbesondere für ein oder mehrere Sensordurchführungen, die so als Kontaktdrähte, die eingeglast werden (8), erfindungsgemäß eingearbeitet sein können. Ferner ist ein Kontakt (7), hier mit Gewinde skizzert, eingeglast (8): Die innen liegende, verdeckte Kontaktplatte (5), die fest mit dem Kontakt (7) verbunden ist, dient über eine Positionierung der Kontaktie rung und Fixierung des Zellwicklers. Der Rand des Deckels (6) wird über die Her stellung einer Kerbnaht mittels geeigneter Schweißverfahren oder anderer geeigneter Verbindungstechniken dauerhaft hermetisch mit der Becherwand (2) oder dem Becherrand (3) verbunden.

Ein elektronisches Batteriemanagementsystem (BMS) stellt weitere Funktionen zur Verfügung, die zur steuerbaren Batterie beitragen, andere Systeme entlasten und zum Vorteil gerade bei hochstromigen Anwendungen dienen. Der Stromsensor soll die notwendigen Daten präzise und zuverlässig an das BMS liefern. Er zeichnet sich durch eine höhere Genauigkeit und geringere Verlustleistung aus, und ermöglicht damit eine präzisere Ladezustandsermittlung. Für den Anwender sollen Informationen über den Ladezustand, Lebensdauer usw. der Batterie zur Verfügung gestellt werden.

"Intelligenz" erhält die Batterie durch elektronische Komponenten wie Lade- und Leistungsmodule, sowie den in das Batteriedesign zu integrierenden Stromsensor, wie er im DE 198 60 561.7 beschrieben ist.

Die Konstruktion von unterschiedlichen Zellaufbauten zu Modulen ist durch das erfindungsgemäße Gehäuse einfacher geworden, und das Heraustreten von Weichmachern bzw. Dämpfen, so von carbonatischen Lösungsmitteln, in das Modulgehäuse, das die empfindliche Elektronik beinhalten könnte, wird auf Null reduziert. Weitergehend ist die Anwendung unterschiedlicher Gehäusematerialien für das Modulgehäuse erlaubt, wie z. B. Plastik, und es ist nicht länger eine hermetische Dichtung erforderlich. Die erfinderische Lösung bringt einige große Vorteile für den Montageprozeß, insbesondere von LIB. Schließlich ist es ein besonderer Vorteil, eine auf lange Sicht wartungsfreie und nach außen dichte Zelleinheit zu haben.

Die Erfindung soll nachstehend für den besonderen Anwendungsfall einer Batterie in "Sandwich"-Anordnung erläutert werden:
Bei folgender Lithium-Ionen-Polymerbatterie (LIB) entsteht ein sogenanntes Gel elektrolytsystem. Dabei ist das Polymer der Träger für die hochsiedenden polaren und aprotischen Elektrolytkomponenten (Ethylen- und Propylencarbonat) in denen ein Lithiumleitsalz wie LIPF₆, Lithiumperchlorat oder LiCF₃SO₃ gelöst ist. Die Lithium- Ionenleitfähigkeit wird nun im Gegensatz zu dem älteren "klassischen" Polymer- Festelektrolytsystem durch die flüssige Komponente bestimmt und liegt bei ≧ 1 mS/cm. Das Elektrolyt-System dient gleichzeitig als Separatar zwischen den Elektroden. Dieser Elektrolyt kann somit kaum verfließen und so insbesondere die Dichtung beeinträchtigen. Als Kathodenaktivmaterial wird Lithium-Mangan-Spinell verwendet (LiMn₂O₄).

Als Anodenaktivmaterial werden Interkalationsgraphite eingesetzt. In den Elektroden fungiert der Polymerelektrolyt als Binder zwischen den elektrochemisch aktiven Partikeln. Die Elektrodenmassen werden als dünne Schichten (50-250 µm) auf Metallfolien aufgebracht, und die Batterie in "Sandwich"-Anordnung hergestellt. Im Gegensatz zu Flüssigelektrolytsystemen entstehen selbsthaftende Laminate. Damit entfällt der bei festgelegten Flüssigelektrolytsystemen notwendige Anpreßdruck durch die Wickelung, und freie Formgestaltung wird möglich.

Der sogenannte Zellwickel entsteht aus dem Zusammenwickeln der drei Einzel bahnen für Anode, Feststoffelektrolyt und Kathode (zuzüglich von Isolationsfolie bei monofilarer Wicklung). Dabei werden die bei der Beschichtung eingewickelten Schutzfolien entfernt. Die Kontaktierung erfolgt auf den bei der Beschichtung jeweils freigehaltenen Metallstreifen am Rand der Ableiterfolie. Sie erfolgt zeitgleich zum Wickelprozeß durch ein Reibschweißverfahren. Definierte Kontaktfähnchen werden auf dem metallischen Rand der jeweiligen Ableiterfolie so angebracht, daß sie trotz des variablen Wickelumfangs übereinander zu liegen kommen.

Eine Elektrode hat Kontakt mit dem Gehäuseboden, die andere steht in direkter Verbindung zur Kontaktplatte des Deckels.

Die Lithium-Ionen Polymertechnologie ermöglicht es, den Forderungen des Marktes, wie z. B. der Automobilindustrie, nach flexiblem Design, gerecht zu werden. Ausgangspunkt sind spezielle, gewickelte und kontaktierte Zellen. Das Kaschieren und Wickeln der Laminate erlaubt große Variationsbreiten und modularen Aufbau von Batterien für die verschiedensten Anwendungsfelder und Leistungsbereiche. Desweiteren ist eine freie Formgebung in Flachzellen beliebiger Größe, im Gegen satz zu anderen Batteriesystemen, machbar. Dadurch wird ein "Verschmelzen" von Gerät und Batterie zu einem System mit neuen, verbesserten Eigenschaften möglich, indem die Batterie z. B. als Gehäusekomponente aufgenommen wird.

Beispielhafte Lithium Polymerzellen sind gemäß besonderer Ausführung 207 mm hoch, haben einen Durchmesser von 85 mm bei 2,12 kg Gewicht, 3,8 V und einer Nennkapazität von 5 Ah (C5).

Die Größen der Zellen sind variabel, wobei besondere Anforderungen leicht berücksichtigt werden können. Die nachfolgende Tabelle zeigt ein Beispiel von charakteristischen elektrischen Daten solcher LIB:

Lithium Polymerzelle

Liste der Bezugszeichen

1

Kontakt am Boden

2

Becherwand

3

Becherrand

11

Becherboden

4

Rand, innen, Deckel

5

Kontaktplatte

6

Deckel

7

Kontakt im Deckel

8

Glas, Glaslot

9

Deckelboden

10

Füllstutzen, Sensordurchführung

11

Becherboden

12

Berstscheibe

Claims

1. Gehäuse für elektrochemische Zellen, insbesondere für Lithium-Ionen- Polymerbatterien, aus einem Gefäß, das direkt mit einem Kontakt (einer Elektrode) verbunden ist, und einem Deckel aus dem gleichen Material, in den der gegenpolige Kontakt (Elektrode), geschützt durch eine Isoliermasse, eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gefäß und sein Deckel aus Aluminium oder dessen Legierungen bestehen,
der Deckel mit dem Gefäß hermetisch dicht verbunden ist,
der durch das Gehäuse führende gegenpolige Kontakt durch eine isolierfähige Masse, die einen Schmelzpunkt zwischen 300° und 600°C hat, vom Gefäß elektrisch und mechanisch getrennt ist und
ggfs. Füllrohre oder Sensoren durch die Gefäß- oder Deckelwand geführt werden, die ebenfalls in die isolierfähige Masse eingebettet sind.

2. Gehäuse für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß als zylindrisches Gefäß (Becher) ausgebildet ist.

3. Gehäuse für elektrochemische Zellen, insbesondere für Lithium-Ionen-Polymer- Batterien, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenpolige Kontakt im Innern des Gehäuses als Platte ausgebildet ist, so daß die beiden Kontakte (Anode und Kathode) Gehäuseboden und Gehäusedeckel fast ausfüllen.

4. Gehäuse für elektrochemische Zellen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierfähige Masse ein Glaslot mit Schmelzpunkt zwischen 420° und 520°C eingesetzt wird.

5. Gehäuse für elektrochemische Zellen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierfähige Masse ein glaslotähnlicher Lotwerkstoff oder Verbundlote mit Glasanteilen mit Schmelzpunkten zwischen 300°C und 600°C eingesetzt wird.

6. Gehäuse für elektrochemische Zellen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Deckel des Gehäuses eine Berstscheibe befindet, die mit der isolierfähigen Masse und den anderen Einführungen in das Gehäuse (Kontakt, Füllrohr oder Sensor) verbunden ist.

7. Gehäuse für elektrochemische Zellen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Deckel des Gehäuse ein Druckventil befindet, daß mit der isolierfähigen Masse und den anderen Ein führungen in das Gehäuse (Kontakt, Füllrohr oder Sensor) verbunden ist.