DE10151240A1 - Elektrochemisches Element mit einem Polymerzellenverbund und Verfahren zur Ausbildung eines Verbundkörpers zur Einhausung - Google Patents

Elektrochemisches Element mit einem Polymerzellenverbund und Verfahren zur Ausbildung eines Verbundkörpers zur Einhausung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Element mit einem Polymerzellenverbund, der in einem isolierenden Verbundkörper mit Dampfdiffusionssperre eingehaust ist und Verfahren zur Ausbildung des Verbundkörpers. Der Polymerzellenverbund wird durch ansich bekannte Zusammensetzungen der Elektrodenmassen und des Separators gebildet, der auf den Elektrodenmassen Stromleitbänder aufweist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Verbundkörper zur Einhausung ein integrierter Bestandteil des Polymerzellenverbunds ist, der nahtlos, randlos und spaltfrei als eine dampfdiffusionsdichte Verbundschicht aufgebracht ist. Bevorzugt wird die Verbundschicht auf die Stromleitbänder direkt verschmolzen und die Stromleitbänder als Dampfdiffusionssperre genutzt. Mit einem derart ausgebildeten Polymerzellenverbund, insbesondere für eine Li-Polymerbatterie, wird durch die verbesserte Dampfdiffusionssperre eine maximale Zyklenkapazität erreicht und die Energiedichte erhöht. Darüber hinaus ist diese Einhausung kontinuierlich mit dem Polymerzellenverbund herstellbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Element mit einem Polymerzellenverbund, der in einem isolierenden Verbundkörper mit Dampfdiffusionssperre eingehaust ist, wobei der Polymerzellenverbund aus einer als Schicht ausgeformten Anodenmasse und Kathodenmasse besteht, die bevorzugt mit einem aus Polymerelektrolyt hergestellten Separator getrennt sind und zu einem oder mehrfachen Polymerzellenbändern ausgebildet sind, der jeweils auf den vom Separator abgewandten Seiten der Anodenmasse und Kathodenmasse ein Stromleitband aufweist und Verfahren zum Ausbilden des Verbundkörpers zur Einhausung eines Polymerzellenverbundes.
  • Elektrochemische Elemente, bei denen ein Polymerzellenverbund der genannten Art in einem Verbundkörper mit einer Dampfdiffusionssperre bevorzugt isoliert eingehaust ist, sind allgemein bekannt.
  • Als Verbundkörper zum Einhausen eines Polymerzellenverbundes haben sich insbesondere für Li-Polymerbatterien flexible Verpackungen, die auch allgemein als Softpack's bezeichnet werden, in den Fällen durchgesetzt, wo entweder eine Einhausung des Polymerzellenverbundes mit Zellbechern, Dosen oder Büchsen verfahrenstechnisch schwer durchführbar ist, wie beispielsweise bei einem dünnen Polymerbatteriedesign, oder z. B. bei Li-Polymerbatterien, die bei tragbaren Computern, Mobiltelefonen u. ä. eine weite Verbreitung gefunden haben.
  • Diese flexiblen Verpackungen oder auch Softpack's werden bekanntlich durch geeignete geprägte Folien, Verbundfolien oder auch aus Rundbodenbeutel gebildet, die an den Polymerzellenverbund enganliegend angepaßt und anschließend dampfdiffusionsdicht und stabil bevorzugt unter einem Vakuum verschweißt werden. Das Anpassen und die Verarbeitung einer derartigen Verpackung an den Polymerzellenverbund ist aber mit erheblichen Problemen verbunden. Selbst dann, wenn die Verarbeitung unter Vakuum erfolgt, kann eine Faltenbildung beim Verschweißen oder eine Blasenbildung nicht immer mit Sicherheit völlig ausgeschlossen werden. Folglich können sich in den Falten und Blasen sektoral konzentriert elektrochemische Elemente ansammeln, die mit der Zeit zur Zerstörung der Dampfdiffusionssperre führen.
  • Aber auch dickere Polymerzellenverbünde, wie unter anderem bei einem Bi-Zellenverbund, können auf diese Weise nicht praktikabel eingehaust werden, da insbesondere die Schweißzonen bei den Durchführungen der Kontaktierung instabil sind oder werden, folglich wäre die Dampfdiffusionssperre nicht oder nicht mehr voll wirksam und die Zyklenstabilität der Li-Polymerbatterie beeinträchtigt.
  • Das nach dem gegenwärtigen Stand der Technik geeignete und verfügbare Material für einen flexiblen Verbundkörper als Verpackung von Li-Polymerbatterien besteht beispielsweise aus einem Verbundmaterial, das schichtweise aus oriented Polyethylene Telephtar, Aluminiumfolie, einem Schutzfilm sowie Polyethylene oder Polypropylene gebildet ist, und das als vorgefertigte Verpackungskörper in einem zusätzlichen Verfahrensschritt an den gefertigten Polymerzellenverbund angepaßt und verschweißt wird.
  • Durch den zusätzlichen Verfahrensschritt zur Einhausung kann jedoch nicht vollständig ausgeschlossen werden, daß trotz strenger Gewährleistung der verfahrenstechnischen Voraussetzungen, die für die Herstellung von Li-Polymerbatterien geboten sind, daß das im Li- Polymerzellenverbund verfahrensbedingt enthaltene Lithiumsalz (LiPF6) im Elektrolyt mit Wasser reagiert, wodurch Hydrofluorsäure entsteht, die das Dichtungsmaterial des Verpackungsmaterials beschädigt.
  • Aber auch die carbonatischen Lösungsmittel (wie EC, DEC, DMC) des Elektrolyten oder daraus entstehende Lösungsmitteldämpfe können ein Anschwellen von einer oder mehreren Schichten im Verpackungsmaterial bewirken. In beiden Fällen wird folglich die Klebkraft vermindert und es kann zu Rissen im Verpackungsmaterial führen. Risse im Verpackungsmaterial führen aber in Verbindung mit der Aluminiumfolienschicht im Verpackungsmaterial zu Kurzschlüssen. Desweiteren besteht durch die Rissbildung die Gefahr, daß der Verpackungskörper nicht mehr hermetisch dicht ist, so daß Wasser hindurch diffudieren kann. Die Folge ist, daß die Batterieleistung weiter abfällt und die Zyklenkapazität verringert wird.
  • Ist die einlaminierte Aluminiumfolie lochfrei und homogen, was bei einem kontinuierlichen Prozeß des Verpackungsverbunds nicht immer garantiert werden kann, kann zwar ein Eindringen von Wasser durch die Aluminiumfolie an sich ausgeschlossen werden aber die Ränder, Kanten und Schweißzonen der Verpackung stellen für ein Eindringen von Wasser weiterhin ein nicht auszuschließendes Risiko dar. Um dieses Risiko zu minimieren, ist auch bekannt, die Randstreifen des Verpackungsverbundes um 90° nach außen einfach oder mehrfach umzufalten. Das bedeutet aber eine Verringerung der volumetrischen Energiedichte der Li-Polymerbatterie und einen hohen Wärmeübergangswiderstand. Folglich wird die Wärmeableitung beeinträchtigt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die einleitend genannten elektrochemischen Elemente durch einen verbesserten Verbundkörper zum Einhausen des Polymerzellenverbunds dadurch zu verbessern, daß die vorgegebene Zyklenkapazität beispielsweise einer Li- Polymerbatterie durch eine gesicherte Dampfdiffusionssperre gesichert ist, die volumetrische Energiedichte erhöht und die Wärmeableitung verbessert wird sowie Verfahren zu schaffen, mit denen der Polymerzellenverbund in einem quasi kontinuierlichen Verfahrensablauf hermetisch und formschlüssig mit dem Verbundkörper eingehaust wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verbundkörper ein integrierter Bestandteil des Polymerzellenverbunds ist, der nahtlos, randlos und spaltfrei als eine dampfdiffusionsdichte Verbundschicht fest aufgebracht ist.
  • Durch die integrierte Ausbildung des Polymerzellenverbunds mit dem Verbundkörper als Verbundschicht wird gewährleistet, daß der Verbundkörper in Verbindung mit den vorgeschlagenen erfinderischen Verfahren zur Ausbildung des Verbundkörpers, die nachfolgend noch erläutert werden, formschlüssig und nahtlos sowie schweißrandlos an der Mantelfläche des Polymerzellenverbunds anliegt und angepaßt ist. Folglich werden Falten- und Blasenbildungen, so daß zusätzlich wirkende Streßeinflußfaktoren auf den Polymerzellenverbund, die infolge der Falten- und Blasenbildung sektoral durch elektrochemische Elemente konzentriert und auf den Polymerzellenverbund einwirken, völlig ausgeschlossen und die einwirkenden Streßfaktoren auf den Polymerzellenverbund sind ausschließlich auf die bei einer Li-Polymerbatterie prozeßbedingten Streßfaktoren beschränkt, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Zyklenkapazität einer Li-Polymerbatterie beiträgt.
  • Durch die in sich geschlossene rand- und nahtlos ausgebildete Verbundschicht als Verbundkörper zur Einhausung des Polymerzellenverbunds, die auch die durchgeführten Kontaktfähnchen hermetisch versiegelt, kann auf einen zusätzlichen Verschluß des Verbundkörpers verzichtet werden, so daß mögliche Undichtheiten infolge der Verschlußverfahren von vornherein vermieden werden. Mit der in sich geschlossenen Verbundschicht wird aber auch das Risiko einer Rißbildung in der Materialstruktur des Verbundkörpers verhindert, die zu einer Wasserdiffusion durch den Verbundkörper führen kann.
  • Folglich wird durch die erfinderische Einhausung des Polymerzellenverbunds eine Dampfdiffusionsdichtheit erreicht, die eine signifikante Qualitätsverbesserung einer Li-Polymerbatterie sichert.
  • Desweiteren werden durch die randlos ausgebildete Verbundschicht inaktive Zellenmassenanteile eliminiert und die volumetrische Energiedichte kann erhöht werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bilden die Stromleitbänder gleich die Dampfdiffusionssperre. Auf diese Weise kann auf eine zusätzliche metallische Folie in der Verbindungsschicht verzichtet und damit die Kosten zur Herstellung einer Li-Polymerbatterie verringert werden. Aber auch das Verfahren zum Einhausen des Polymerzellenverbunds wird damit erheblich vereinfacht.
  • Vorteilhaft ist, wenn die Stromleitbänder metallische Folien, beispielweise aus elektrisch gut leitfähigen Metallen, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium u. ä., sind.
  • Als Stromleitbänder sind aber auch elektrisch leitfähige Polymere, wie Polyanilin, oder Polymerblens denkbar. In diesem Fall wird als Dampfdiffusionssperre eine zusätzliche metallische Folie in der Verbundschicht vorgesehen. Denkbar ist aber auch, daß zukünftig ein zur Verfügung stehendes elektrisch leitfähiges und dampfdiffusionsdichtes Polymer oder ein elektrisch leitfähiger und dampfdiffusionsdichter ausgebildeter Polymerblend eingesetzt wird.
  • Für die Verbundschicht, die den Verbundkörper für die Einhausung des Polymerzellenverbunds ausbilden, werden bevorzugt Materialien eingesetzt, die konstruktionssteife, temperaturbeständige, schwerentflammbare und dampfdiffusionsdichte Eigenschaften besitzen und im erhitzten Zustand gut ineinander verlaufen und verschmelzen.
  • Erfindungsgemäß haben sich vorteilhafterweise Materialien erwiesen, die bereits auf dem Markt bekannt sind und bereits bei anderen Einhausungsvarianten von Polymerzellenverbünden genutzt werden, wie Duro- und Thermoplaste, die der Gruppe von temperaturbeständigen, schwerentflammbaren Duro- und Thermoplasten zugeordnet werden oder Styrolpolymere und/oder Styrolcopolymere oder Polyolefine, Homo- oder Copolymerisate und Fluorelastomere oder ein Blend aus Styrol/Butatien Polymer und/oder Polythylen sowie eine Kombination von Polythylene Telephatelate, oriented Nylon, Polythylene Polypropylene.
  • Es hat sich überraschend gezeigt, daß diese Materialien neben den typischen batteriespezifischen Eigenschaften, die für die Einhausung von Polymerzellenverbünden gefordert werden, auch gute verfahrenstechnische Eigenschaften aufweisen, damit mit einem der nachfolgenden beschriebenen Verfahren eine Verbundschicht als Verbundkörper auf dem Polymerzellenverbund ausgebildet werden kann, die eine gute Konstruktionssteife aufweist und um den Polymerzellenverbund und im Durchdringungsbereich der Kontaktfähnchen eine flächige spaltfreie und bündige sowie nahtlose und dampfdiffusionsdichte Einhausung des Polymerzellenverbundes gewährleistet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Verbundkörper zur Einhausung des Polymerzellenverbundes durch ein Verfahren durchgeführt, nach dem der laminierte Polymerzellenverbund drucklos durch ansich bekannte Gießverfahren mit einer Verbundmasse in der Weise eingehaust wird, in dem der Polymerzellenverbund nacheinander beiderseits in einem zweistufigen Verfahren mit einer dampfdiffusionsdichten und isolierenden Verbundmasse vergossen wird und die aufgebrachte Verbundmasse in einem Formwerkzeug durch Erwärmung nahtlos zu einer geschlossenen und zum Polymerzellenverbund spaltfreien Verbundschicht am Polymerzellenverbund verschmolzen wird.
  • Vorteilhaft ist, wenn zum Vergießen der Verbundmasse ein Rotationsgußverfahren oder ein Schleudergußverfahren genutzt wird.
  • Dieser Verfahrensablauf zur Ausbildung der Verbundschicht als Verbundkörper zur Einhausung des Polymerzellenverbunds ist bei einem prismatischen und runden Design des elektronischen Elements gut reproduzierbar und auch durchgängig für großtechnische Zwecke in einem geschlossenen Verfahrensablauf unter Schutzgas problemlos durchführbar.
  • Nach einem weiteren erfinderungsgemäßen Verfahren wird der Verbundkörper zur Einhausung des Polymerzellenverbundes in der Weise ausgebildet, daß der Polymerzellenverbund direkt mit einem oder mehreren transparenten oder intransparenten Folienverbünden eingeschlossen wird und anschließend unter Erhitzung und Druck eine geschlossene nahtlose und zum Polymerzellenverbund spaltfreie Verbundschicht anlaminiert wird. Vorteilhaft ist, wenn eine Schicht des Folienverbunds aus einem dampfdiffusionsdichten Sperrschichtpolymer besteht.
  • Mit diesem Verfahren kann die Verbundschicht kontinuierlich beim Laminieren des Polymerzellenverbundes mit ausgebildet werden, so daß durch das gleichzeitige Anlaminieren der geschlossenen Verbundschicht eine Beschädigung des Polymerzellenverbunds, beispielsweise durch Reagieren des Lithiumsalzes aus dem Elektrolyt mit Wasser verhindert aber zumindestens weitgehend eingeschränkt wird.
  • Bevorzugt wird zum Anlaminieren eine ansich bekannte Düsen-Coextrusion genutzt, die allgemein auch beim Laminieren des Polymerzellenverbundes Verwendung findet.
  • In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Schichten des Polymerzellenverbundes und die Folienverbände gleichzeitig aber einzeln laminiert werden und die laminierten Schichten mit den Stromleitbändern zusammengeführt werden und bevorzugt in einer Verbunddüse spaltfrei verbunden und der Folienverband oder die Folienverbände zu einer geschlossenen nahtlosen und spaltfreien Verbundschicht verschmolzen werden. Um die Homogenität in den zu laminierenden Massen zu verbessern, empfiehlt es sich, daß vor dem Laminieren die Elektrodenmassen, der Separator und die Verbundmassen in einer beruhigten Zone des Mischers stofflich und thermisch durch den sich aufbauenden Förderdruck homogenisiert werden.
  • Dieses Verfahren gestattet einen vollständig in sich geschlossenen kontinuierlichen Verfahrensablauf zur Herstellung von elektrochemischen Elementen, insbesondere von Li-Polymerbatterien, die in einem Flachzellendesign ausgebildet werden.
  • Nach einem weiteren Verfahren wird der Verbundkörper zum Einhausen des Polymerzellenverbands erfindungsgemäß in der Weise ausgeführt, daß der Polymerzellenverbund von angepaßten und vorgefertigten Formkörpern aus isolierendem und dampfdiffusionsdichtem Material umschlossen und anschließend durch ein Injektion-Molding-Verfahren oder Spritzgußverfahren eine geschlossene nahtlose und zum Polymerzellenverbund spaltfreie Verbundschicht ausgebildet wird. Auch dieses Verfahrenweise erlaubt eine quasi kontinuierliche Herstellung eines elektrochemischen Elements und ist insbesondere zum Einhausen von Mehrfachpolymerzellenverbünden und Wickelzellen für Li-Polymerbatterien geeignet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Laminate der Elektrodenmassen, des Separators und der Verbundmassen mit getrockneter Luft von 0,1 bis 12 ppm Restfeuchte beaufschlagt. Bevorzugt wird die getrocknete Luft aus einem Trockenluftstrom von 30-100 ppm entnommen, der über ein Molsieb geführt und getrocknet wird.
  • Durch diese Behandlung der Laminate und der Verbundmasse für die Verbundschicht zum Einhausen in Verbindung mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zur Einhausung von elektrochemischen Elementen, insbesondere Li-Polymerbatterien, kann die Restfeuchte auf ein Niveau gehalten werden, das absolut als unkritisch für elektrochemische Elemente oder Li-Polymerbatterien angesehen werden kann.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind.
  • Die nachfolgende ausführliche Beschreibung erfolgt an Beispielen zur Einhausung eines Polymerzellenverbunds, der für Li-Polymerbatterien allgemein zur Anwendung kommt und der in den verschiedensten Zusammensetzungen und nach den unterschiedlichsten Verfahren hergestellt sein kann, so daß auf die Zusammensetzung der Elektrodenmassen und des Separators sowie deren Herstellung nur soweit eingegangen wird, wie es zur näheren Erläuterung der Erfindung als relevant erscheint.
  • Der Polymerzellenverbund besteht danach im wesentlichen aus einer als Schicht ausgeformten Elektrodenmasse und Anodenmasse, die vorteilhafterweise mit einem aus Polymerelektrolyt hergestellten Separator getrennt sind. Die Anodenmasse und Kathodenmasse ist jeweils auf der vom Separator abgewandten Seite mit einem Stromleitband versehen, die jeweils mit einem Kontaktfähnchen zur Kontaktierung versehen sind.
  • Die Stromleitbänder, die auch als Ableiter, Stromsammler, Elektroden- oder Kollektorfolien bezeichnet werden, bestehen in der Regel aus geschlossenen, also aus loch- und rissfreien, Aluminium-, Kupfer- oder Nickelfolien, können aber auch leitfähige Polymere oder Blends, wie beispielsweise Polyanilin, sein und weisen eine Dicke von 15-100 µm auf.
  • Die Stromleitbänder sowie die Stirn- und Seitenflächen des Polymerzellenverbundes sind flächig und spaltlos durch Verschmelzen einer ein- oder mehrschichtig isolierenden Verbundschicht festverbunden, die dichtend durch die Kontaktfähnchen durchdrungen wird und die einen integrierten nahtlosen Verbundkörper als Einhausung des Polymerzellenverbunds bildet.
  • Mit der unmittelbaren Integrierung des Verbundkörpers als Bestandteil des Polymerzellensystems übernehmen die Stromleitbänder, die metallischen Ursprungs sind oder aus einem dampfdiffusionsdichten Polymer oder Blends bestehen, die Funktion der Dampfdiffusionssperre, so daß auf eine zusätzliche Dampfdiffusionssperre im Verbundkörperverband der Einhausung verzichtet werden kann.
  • Ist es erforderlich, daß die Stirn- und Seitenflächen ebenfalls dampfdiffusionsdicht auszubilden sind, wird bevorzugt auf die Isolationsschicht im Verbund der Verbundschicht eine abmessungsvergrößerte zusätzliche loch- und rißfreie und als Dampfdiffusionssperre geeignete Folie aufgelegt und seitlich sowie stirnseitig umgelegt und mit einer zusätzlich aufgetragenen Schicht beim Verschmelzen mit eingeschmolzen.
  • Als Materialien für die Verbundschicht zur Ausbildung des Verbundkörpers zur Einhausung kommen Materialien zum Einsatz, die eine ausreichende Konstruktionssteife und Dampfdiffusionsdichtheit aufweisen sowie temperaturbeständig, schwerentflammbar, spannungsrißbeständig und gut verarbeitbar sind. Diese Materialien können Blends aus Styrol/Butanien; Styroflex oder Styroflexblends; Blends aus Poleolifine, Homo- oder Copolymerisate oder Fluorelastomere aber auch Styrolpolymere, Styrolcopolymere, Polyurethane oder Polyprohylen und Schichtverbindungen wie Polthylen Telephar, oriented Nylon, Polythylene, Polypropylene sein.
  • Diese Materialien werden entsprechend der gewählten Zusammensetzung einzeln oder im Gemisch entsprechend den bekannten Herstellungsverfahren für die Elektrodenmassen oder Separatoren aufbereitet, gemischt und durch eine beruhigte Zone im Mischer vor dem Laminieren durch den sich aufbauenden Druck im Mischer homogenisiert und je nach gewählten Verfahren zur Ausbildung des Verbundkörpers als Einhausung des Polymerzellenverbundes in Form einer Verbundschicht auf die Stromleitbänder des Polymerzellenverbundes aufgebracht und anschließend bei einer Temperatur, die zum Verschmelzen ausreichend aber für den Polymerzellenverbund unschädlich ist, verschmolzen.
  • Als Verfahren zum Aufbringen der Verbundschicht haben sich als bevorzugte Verfahren die ansich auf diesem Gebiet bekannten Verfahren, wie das Rotationsgieß- oder Schleudergußverfahren; die Düsen-Coextrusion sowie das Injektion-Molding-Verfahren und das Spritzgußverfahren bei der Nutzung von vorgefertigten Formkörpern erwiesen.
  • Bei der Anwendung des Rotationsgieß- oder Schleudergußverfahrens werden die entsprechend ihrer Funktionalität aufbereiteten Verbundmassen für die Verbundschicht schichtweise und drucklos auf die Stromleitbänder nacheinander beiderseits des Polymerzellenverbunds aufgegossen. Nach dem Aufgießen der Verbundmasse wird der Polymerzellenverbund mit den aufgegossenen Verbundmassen in einem oder mehreren speziell ausgebildeten Formwerkzeugen ausgeformt und die Verbundmasse vollständig um den ausgeformten Polymerzellenverbund als geschlossene und spaltfreie Verbundschicht verschmolzen.
  • Bei einem weiteren kontinuierlich durchführbaren Verfahren zur Ausbildung eines integrierten Verbundkörpers zur Einhausung eines Polymerzellenverbunds wird der Polymerzellenverbund mit einem oder mehreren transparenten oder intransparenten Folienverbünden aus Isoliermasse umschlossen, und anschließend durch Erhitzung und Druck eine nahtlose und zum Polymerzellenverbund spaltfreie Verbundschicht anlaminiert, die beim Ausformen der Li-Polymerzelle aus dem Polymerzellenverbund als geschlossene Verbundschicht um die Polymerzelle verschmolzen wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird vorteilhafterweise eine Düsen-Coextrusion genutzt, bei der gleichzeitig mit dem Laminieren des Polymerzellenverbunds mit den Stromleitbändern die Isoliermasse als Verbundschicht anlaminiert wird. Zu diesem Zweck sind die transparenten oder intransparenten Folienverbünde, welche die Verbundschicht bilden, oder, wenn auch erforderlich, die Stromleitbänder mit einer Breite ausgebildet, die geeignet ist, die Seitenflächen des Polymerzellenverbunds beim Anlaminieren mit speziell ausgebildeten Walzen teilweise zu überdecken. Auf diese Weise kann bei verbreiterten Stromleitbändern einerseits gleichzeitig durch die Stromleitbänder eine Dampfdiffusionssperre an den Seitenflächen gebildet werden, andererseits wird aber durch das teilweise Überdecken der Seitenflächen mit den Stromleitbändern gewährleistet, daß beim Verschmelzen der Folienverbünde zu einer geschlossenen Verbundschicht isolierende Verbundmassen in den freien Spalt zwischen den Stromleitbändern eintreten und einen Kurzschluß verhindern.
  • Bei dem weiteren Verfahren zur Ausbildung des integrierten Verbundkörpers zum Einhausen des Polymerzellenverbunds werden die als Isoliermasse ausgebildeten Kneten zu speziellen Formkörpern ausgeformt, die bevorzugt im gewünschten Zellendesign geformt werden. In die Formkörper wird der ausgeformte Polymerzellenverbund eingelegt und anschließend wird in einem bevorzugten Zwei- oder Mehrkomponentenspritzguß oder durch ein Injektion-Molding-Verfahren die Isoliermasse in und um die Formkörper als eine in sich geschlossene und nahtlose Verbindungsschicht gespritzt.
  • Aber auch andere Verfahren, wie das Kalandern, Spritzblas- oder Streckverfahren sowie ein Formpressen sind zur Ausbildung der geschlossenen Verbundschicht als integrierter Verbundkörper zur Einhausung von Polymerzellenverbünden anwendbar.
  • Die Kontaktierung der Polymerzelle mit dem integrierten Verbundkörper erfolgt mit metallischen Folienableitern, die in Verlängerung der Strombänder aus dem Verbundkörper herausgeführt und mit in den integrierten Verbundkörper eingehüllt sind.
  • Die Kontaktierung der Polymerzelle mit dem integrierten Verbundkörper kann aber auch nachträglich erfolgen, in dem die Verbundschicht im Bereich der Kontakte kurzzeitig angeschmolzen wird und die Kontakte eingeschoben werden.

Claims (20)

1. Elektrochemisches Element mit einem Polymerzellenverbund, der in einem isolierenden Verbundkörper mit Dampfdiffusionssperre eingehaust ist, wobei der Polymerzellenverbund aus einer als Schicht ausgeformten Anodeninasse und Kathodenmasse besteht, die bevorzugt mit einem aus Polymerelektrolyt hergestellten Separator getrennt sind und zu einem Polymerzellenbund ausgebildet sind, das jeweils auf der vom Separator abgewandten Seite der Anodenmasse und Kathodenmasse ein Stromleitband aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper ein integrierter Bestandteil des Polymerzellenverbunds ist, der nahtlos und randlos und spaltfrei als eine dampfdiffusionsdichte Verbundschicht fest aufgebracht ist.
2. Elektrochemisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitbänder gleich die Dampfdiffusionssperre bilden.
3. Elektrochemisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitbänder metallische Folien oder Folien aus elektrisch leitfähigen Polymeren oder Polymerblends sind.
4. Elektrochemisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Polymer ein Polyanilin ist.
5. Elektrochemisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundschicht aus einem temperaturbeständigen, schwerentflammbaren und dampfdiffusionsdichten Duro- oder Thermoplast besteht.
6. Elektrochemisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundschicht aus Styrolpolymere und/oder Styrolcopolymere besteht.
7. Elektrochemisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundschicht aus Polyolefine, Homo- oder Copolymerisaten oder Fluorelastomeren besteht.
8. Elektrochemisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundschicht aus einem Blend aus Styrol/Butatien Polymer und/oder Polythylene besteht.
9. Elektrochemisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundschicht aus einer Kombination von Polythylene Telephtalate, oriented Nylon, Polythylene Polyporopylene besteht.
10. Verfahren zum Ausbilden des Verbundkörpers für ein elektrochemisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der laminierte Polymerzellenverbund drucklos durch ansich bekannte Gießverfahren mit einer Verbundmasse in der Weise eingehaust wird, in dem der Polymerzellenverbund nacheinander beiderseits in einem zweistufigen Verfahren mit einer dampfdiffusionsdichten und isolierenden Verbundsmasse vergossen wird und die aufgebrachte Verbundmasse in einem Formwerkzeug durch Erwärmung nahtlos zu einer geschlossenen und zum Polymerzellenverbund spaltfreien Verbundschicht am Polymerzellenverbund verschmolzen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Gießverfahren ein Rotationsgießverfahren oder ein Schleudergußverfahren genutzt wird.
12. Verfahren zum Ausbilden des Verbundkörpers für ein elektrochemisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerzellenverbund direkt mit einem oder mehreren transparenten oder intransparenten Folienverbünden umschlossen wird und anschliessend durch Erhitzung und Druck eine geschlossene nahtlose und zum Polymerzellenverbund spaltfreie Verbundschicht anlaminiert wird, die nach dem Ausformen der Polymerzelle zu einer nahtlosen und geschlossenen Verbundschicht verschmolzen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht des Folienverbunds aus einem dampfdiffusionsdichten Sperrschichtpolymer besteht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auflaminieren eine an sich bekannte Düsen-Coextrusion genutzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten des Polymerzellenverbundes und die Folienverbände einzeln und gleichzeitig laminiert werden und die laminierten Schichten mit den Stromleitbändern zusammengeführt und bevorzugt in einer Verbunddüse spaltfrei verbunden und der Folienverband oder die Folienverbände zu einer geschlossenen nahtlosen und spaltfreien Verbundschicht verschmolzen werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Laminieren die Elektrodenmassen, der Separator und die Verbundmasse in einer beruhigten Zone des Mischers stofflich und thermisch durch den sich aufbauenden Förderdruck homogenisiert werden.
17. Verfahren zum Ausbilden des Verbundkörpers für ein elektrochemisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerzellenverbund von angepaßten und vorgefertigten Formkörpern aus isolierendem und dampfdiffusionsdichtem Material umschlossen wird und durch ein Injektion-Molding-Verfahren oder Spritzguaverfahren eine geschlossene nahtlose und zum Polymerzellenverbund spaltfreie Verbundschicht ausgebildet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundschicht an den Polymerzellenverband mit einem Zwei- oder Mehrkomponentenspritzguß ausgebildet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Laminate der Elektrodenmassen, des Separators und der Verbundschicht mit getrockneter Luft von 0,1 bis 12 ppm Restfeuchte beaufschlagt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, das die getrocknete Luft von 0,1 bis 12 ppm aus einem Trockenluftstrom von 30-100 ppm entnommen wird, der über ein Molsieb geführt und getrocknet wird.
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