DE102007012693A1 - Miniaturized and encapsulated battery, especially for mobile telecommunications, is filled with a liquid electrolyte from a dispenser by evacuation of the intermediate zone - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem aktiven Batteriebereich, welche mit Flüssigelektrolyt befällt ist, als auch einen Elektrolytdispenser zum Befüllen einer Batterie. Des Weiteren ist ein Verfahren zum Befüllen einer Batterie mit Flüssigelektrolyt beschrieben.The The invention relates to a battery having an active battery area, which is filled with liquid electrolyte, as also an electrolyte dispenser for filling a battery. Furthermore, a method for filling a battery described with liquid electrolyte.
Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung von mikroelektronischen Bauteilen und mikroelektronischen Systemen werden Anstrengungen unternommen, die dazugehörigen Energiespeicher in Form von Batterien zu verkleinern. Die Miniaturisierung von Batterien in Folienbauweise stößt allerdings an ihre Grenzen. Deshalb werden für sehr kleine Batterien Vakuumverfahren entwickelt. Zur Herstellung von besonders kleinen Batterien werden beispielsweise die Batterien auf einem Substrat hergestellt und mit einer Dünnfilmbeschichtung als Verkapselung bzw. als Gehäuse verse hen. Hierbei wird unter anderem als Technik die Dünnfilmtechnologie mit Gasphasenabscheidung verwendet. Die so hergestellten Batterien sind jedoch aufgrund der hohen Investitionskosten der Produktion und der geringen Abscheideraten im Herstellungsverfahren sehr teuer. Des Weiteren sind die Schichtdicke der Dünnfilmbatterien begrenzt und die Kapazität folglich gering. Die kontinuierliche Steigerung der Energiedichte in der konventionellen Batteriefertigung kann daher aufgrund von aufwendigen Neuentwicklungen in der Produktion nicht immer genutzt werden.by virtue of the increasing miniaturization of microelectronic components and microelectronic systems, efforts are being made the associated energy storage in the form of batteries to downsize. The miniaturization of batteries in foil construction However, it reaches its limits. That's why developed for very small batteries vacuum process. to Production of particularly small batteries, for example the batteries are made on a substrate and coated with a thin film hen as encapsulation or as housing hen. This is among other things as technology, the thin-film technology with vapor deposition used. However, the batteries thus produced are due to the high investment costs of production and low deposition rates very expensive in the manufacturing process. Furthermore, the layer thickness the thin-film batteries limited and the capacity consequently low. The continuous increase in energy density in conventional battery manufacturing can therefore be due to elaborate new developments in production are not always used become.
Die
Zumeist werden metallische Stromleiter als Außenwände genutzt, wobei zwischen einer elektrochemische Zelle und den Stromableitern ein Zwischenraum existiert, welcher mit einem Polymer abgedichtet wird. Dieses Verfahren funktioniert jedoch nur gut bei der Verwendung von Festkörperelektrolyten. Diese besitzen aber bei Raumtemperatur nur eine ungenügende Leitfähigkeit. Deshalb muss für die meisten Anwendungen Flüssigelektrolyt eingesetzt werden, welcher von der elektrochemischen Zelle aufgesogen werden muss.mostly become metallic conductors as outer walls used, being between an electrochemical cell and the current conductors There is a gap which is sealed with a polymer becomes. However, this method only works well in use of solid state electrolytes. But these have at room temperature only insufficient conductivity. Therefore must for most applications liquid electrolyte can be used, which is absorbed by the electrochemical cell must become.
Das Einbringen von Flüssigelektrolyt in die elektrochemische Zelle ist mit Schwierigkeiten verbunden. Ist beispielsweise der Batterieseparator der elektrochemischen Zelle bereits mit Elektrolyt getränkt, so ist es nahezu unmöglich als Verkapselung eine Polymerschicht zu erzeugen bzw. einen Klebstoff auszuhärten, ohne dass eine Reaktion zwischen dem Polymer und dem Elektrolyt stattfindet. Auch Vakuumbeschichtungsverfahren zum Abdichten scheiden aus, da während des Abpumpvorgangs zu viel Elektrolyt aus der Batterie wieder verdampft.The Introducing liquid electrolyte into the electrochemical Cell is fraught with difficulties. Is for example the Battery separator of the electrochemical cell already with electrolyte soaked, it is almost impossible than encapsulating one To produce polymer layer or to cure an adhesive, without a reaction between the polymer and the electrolyte takes place. Also divorce vacuum coating process for sealing because there is too much electrolyte during the pumping process the battery evaporates again.
In
der
Eine weitere Alternative besteht darin, die elektrochemische Zelle zu verkapseln und mit Hilfe eines kleinen Lochs einen direkten Zugang zur elektrochemischen Zelle freizulegen und durch dieses kleine Loch die elektrochemische Zelle zu befüllen. Jedoch wird insbesondere beim Verschließen des Loches die elektrochemische Zelle hohen mechanischen bzw. thermischen Belastungen ausgesetzt, welche die Zelle irreversibel schädigen können und zu einer Ausdampfung von Elektrolyt aus der elektrochemischen Zelle führen können.A Another alternative is to use the electrochemical cell encapsulate and with the help of a small hole direct access to expose the electrochemical cell and through this small Hole to fill the electrochemical cell. However, it will especially when closing the hole the electrochemical Cell exposed to high mechanical or thermal loads, which can damage the cell irreversibly and too Evaporation of electrolyte from the electrochemical cell being able to lead.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mit Flüssigelektrolyt befüllbare Batterie zu schaffen, die effizient befüllt werden kann und kostengünstig herzustellen ist.The The object of the present invention is to provide a liquid electrolyte to create a fillable battery that fills efficiently can be and is inexpensive to manufacture.
Das Problem wird gelöst mit einer erfindungsgemäßen Batterie nach Anspruch 1 und einem Elektrolytdispen ser nach Anspruch 14, als auch einem Verfahren zum Befüllen einer Batterie nach Anspruch 26.The Problem is solved with an inventive A battery according to claim 1 and an electrolyte disc according to claim 14, as well as a method for filling a battery according to claim 26.
Eine erfindungsgemäße Batterie weist einen Träger auf, auf welchem mindestens zwei Elektroden, wobei eine erste Elektrode eine Anode und eine zweite Elektrode eine Kathode ist, und mindestens ein Separator schichtartig aufeinander angeordnet sind, wobei der Separator zwischen der Anode und der Kathode aufgetragen ist, und die aufeinander angeordneten Anode, Kathode und Separator einen aktiven Batteriebereich bilden, wobei auch eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen umfasst sein kann. Der aktive Batteriebereich ist hierbei äquivalent mit den in der Einleitung erwähnten elektrochemischen Zellen. Der aktive Batteriebereich ist in einem Innenraum angeordnet, welcher durch den Träger und eine Umkapselung gegeben ist. Zwischen dem Träger und/oder der Umkapselung und dem aktiven Batteriebereich ist ein Zwischenraum, welcher mit elektrisch nicht leitendem Material gefüllt ist und mindestens ein Loch zum Befüllen des Innenraums mit Flüssigelektrolyt aufweist. Der Zwischenraum wird mit mindestens einem Material gefüllt, wobei das Material Hohlraumeinschlüsse besitzt und das Loch so angeordnet ist, dass es ausschließlich innerhalb des Zwischenraums angeordnet ist und das Material mit den Hohlraumeinschlüssen das mindestens eine Loch mit dem aktiven Batteriebereich verbindet. Insbesondere bildet das mindestens eine Loch keinen direkten Zugang zum aktiven Batteriebereich der Batterie: Der Zugang erfolgt nur über das Material mit den Hohlraumeinschlüssen. Des Weiteren ist das Loch verschließbar.A battery according to the invention has a carrier on which at least two electrodes, wherein a first electrode is an anode and a second electrode is a cathode, and at least one separator are arranged in layers, wherein the separator between the anode and the cathode is applied, and the stacked anode, cathode and separator form an active battery area, wherein a plurality of electrochemical cells may also be included. The active battery area is equivalent to the electrochemical cells mentioned in the introduction. The active battery area is arranged in an interior space which is given by the carrier and an encapsulation. Between the carrier and / or the encapsulation and the active battery area is a gap, which is filled with electrically non-conductive material and at least one hole for filling the interior with Flüs having sigelektrolyt. The space is filled with at least one material, wherein the material has cavities and the hole is arranged so that it is located exclusively within the gap and the material with the cavity inclusions connects the at least one hole to the active battery area. In particular, the at least one hole does not provide direct access to the active battery area of the battery: access is only via the void inclusion material. Furthermore, the hole is lockable.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Batterie liegt darin, dass die Batterie erst dann mit Flüssigelektrolyt aufgefüllt wird, wenn die Batterie vollständig verkapselt ist. Um den Elektrolyt einzufüllen wird in die Verkapselung ein Loch oder eine Öffnung eingebracht, so dass eine Verbindung zwischen dem Außenraum und dem Material mit Hohlraumeinschlüssen hergestellt wird. Auf diese Art und Weise kann die Batterie vor dem Befüllen mit Elektrolyt getrocknet oder mit Gasen gespült werden, um die Batterien zu reinigen. Das im Zwischenraum angeordnete Material mit Hohlraumeinschlüssen sollte den Zwischenraum zumindest teilweise, vorzugsweise zur Hälfte ausfüllen. Dadurch, dass das Loch eine Verbindung zum Material mit Hohlraumeinschlüssen herstellt, dieses Loch jedoch ausschließlich dem Material mit Hohlraumeinschlüssen und nicht mit dem aktiven Batteriebereich in Berührung steht, werden mechanische und thermische Belastungen beim Befüllen des aktiven Batteriebereichs mit Elektrolyt und beim Verschließen des Loches minimiert. Beim Befüllen mit Elektrolyt kann das Material mit Hohlraumeinschlüssen den Flüssigelektrolyt in den Hohlräumen aufnehmen und sehr gut auf den aktiven Batteriebereich verteilen, so dass der Flüssigelektrolyt sehr gut von den aktiven Massen und der Separatorstruktur aufgesaugt wird und nahezu kein ungebundener Flüssigelektrolyt zurück bleibt. Abhängig vom verwendeten Elektrolyt kann die Batterie als Primärbatterie oder als aufladbare Sekundärbatterie ausgebildet sein. Des Weiteren kann aufgrund der im Material eingeschlossenen Hohlräume eine effektive Evakuierung des Batterieinnenraums vor dem Befüllen mit Elektrolyt durchgeführt werden. Auch eine Spülung des aktiven Batteriebereichs mit Gasen ist über die Verbindung des Materials mit Hohlraumeinschlüssen möglich.Of the Advantage of the battery according to the invention is that the battery is then filled with liquid electrolyte when the battery is completely encapsulated. Around to fill the electrolyte is in the encapsulation Inserted hole or opening, so that a connection between the exterior and the cavity-containing material will be produced. In this way, the battery before dried with electrolyte or flushed with gases be used to clean the batteries. The arranged in the space Material with cavity inclusions should be the intermediate space at least partially, preferably in half. This allows the hole to connect to the material with void inclusions produces, but this hole exclusively the material with cavities and not with the active battery area In contact, mechanical and thermal loads when filling the active battery area with electrolyte and minimized when closing the hole. When filling with electrolyte, the material may contain cavities pick up the liquid electrolyte in the cavities and spread very well on the active battery area, so that the liquid electrolyte very well from the active masses and The separator structure is absorbed and almost no unbound Liquid electrolyte remains. Dependent From the electrolyte used, the battery can be used as a primary battery or be designed as a rechargeable secondary battery. Of Further, due to the cavities enclosed in the material an effective evacuation of the battery interior before filling be carried out with electrolyte. Also a conditioner of the active battery area with gases is via the connection of the material with cavity inclusions possible.
Durch die vollständige Verkapselung der Batterie ent stehen keine Probleme damit, dass nach dem Befüllen mit Elektrolyt die elektrochemische Zelle nachträglich am Rand abgedichtet werden müssen. Dadurch besteht keine Gefahr, dass die Randabdichtung mit dem Elektrolyt reagiert oder aufgrund der Materialbeschaffenheit, wie beispielsweise bei Polymeren, nicht vernetzen bzw. aushärten kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass basenhaltige Elektrolyte für alkalische Batterien und die sehr reaktiven Elektrolyte und deren Leitsalze von Lithium-Ionenbatterien, wie z. B. Lithiumchlorid, für die erfindungsgemäße Batterie verwendet werden können, da die Batterie nicht das Problem der nachträglichen Reaktanz des Elektrolyten mit dem Material der Abdichtung aufweist.By the complete encapsulation of the battery ent are none Problems with the fact that after filling with electrolyte electrochemical cell subsequently sealed at the edge Need to become. There is no risk that the edge seal reacts with the electrolyte or due to the nature of the material, as with polymers, do not crosslink or cure can. This results in the advantage that base-containing electrolytes for alkaline batteries and the very reactive electrolytes and their conductive salts of lithium-ion batteries, such as. B. lithium chloride, used for the battery according to the invention Since the battery does not have the problem of subsequent reactance having the electrolyte with the material of the seal.
Aufgrund der geringen Größe der Öffnungen kann nur eine geringe Menge des Elektrolyts ausdunsten. Dadurch, dass das Loch ausschließlich im Zwischenraum angeordnet ist, und so über die Hohlraumeinschlüsse Zugang zum aktiven Batteriebereich erlangt wird, können zum Schließen des Loches verschiedene Techniken bzw. Materialien verwendet werden, die nicht mit Elektrolyten bzw. Elektrolyt reagieren können und den aktiven Batteriebereich aufgrund des Abstands nicht aufheizen.by virtue of the small size of the openings can evaporate only a small amount of the electrolyte. As a result of that the hole is located exclusively in the intermediate space, and so on the void inclusions access to active battery area can be closed of the hole different techniques or materials are used which can not react with electrolytes or electrolyte and does not heat up the active battery area due to the distance.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie sind in den untergeordneten Ansprüchen beschrieben.advantageous Further developments of the battery according to the invention are described in the subordinate claims.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie ist dadurch gegeben, dass der Träger eine Vertiefung aufweist und der aktive Batteriebereich in der Vertiefung angeordnet ist. Durch die Vertiefung wird eine Kavität geschaffen, welche leicht den aktiven Batteriebereich aufnehmen kann und den Zwischen raum zwischen dem aktiven Batteriebereich und dem Träger leicht füllen lässt. Des Weiteren kann die Verkapselung flächig und nahezu eben aufgebracht werden. Der Vorteil besteht darin, dass Vertiefungen im Träger, wie beispielsweise einer Leiterplatte, kostengünstig aufzubringen sind und mit herkömmlichen Verfahren vorgenommen werden können. Vorteilhafterweise werden für den Träger und/oder die Verkapselung Materialien verwendet, die eine geringe Aufnahme und Permeationsrate von Gasen und Flüssigkeiten aufweisen, wie Metall, Glas oder Silizium.A advantageous development of the invention Battery is given by the fact that the wearer a recess and the active battery area disposed in the recess is. Through the depression, a cavity is created, which can easily absorb the active battery area and the space between between the active battery area and the vehicle easily can fill. Furthermore, the encapsulation be applied flat and almost flat. The advantage is that depressions in the carrier, such as a circuit board, are inexpensive to apply and can be made with conventional methods. Advantageously, for the carrier and / or the encapsulation materials used that low uptake and permeation rate of gases and liquids, such as Metal, glass or silicon.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist es weiterhin, dass der Träger mindestens zwei Bauteile aufweist, wobei ein erstes Bauteil ein flächiges, im Wesentlichen ebenes, Substrat ist und ein zweites Bauteil ein Isolationsrahmen ist, welcher auf dem ersten Bauteil angeordnet ist. Der Vorteil besteht darin, dass mit Hilfe des Isolationsrahmens, welcher nachträglich metallisch beschichtet werden kann, verschiedene Batterieformen ermöglicht werden. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn herkömmliche Techniken auf dem Substrat nicht verfügbar sind. Der Isolationsrahmen kann verschweißt oder aufgeklebt, aber auch durch Aushärtung von Polymeren oder galvanischer Abscheidung deponiert und lithographisch strukturiert werden.A Advantageous further development is that the carrier has at least two components, wherein a first component a flat, substantially planar, substrate is and second component is an insulating frame, which on the first component is arranged. The advantage is that with the help of the isolation frame, which can be subsequently coated metallically, different battery shapes are possible. This offers especially if conventional techniques are not available on the substrate. The isolation frame Can be welded or glued on, but also by curing deposited by polymers or electrodeposition and lithographically structured become.
Zweckmäßig ist es, dass für das Material mit den Hohlraumeinschlüssen eine Polymermatrix oder mit eingeschlossenen Partikeln und/oder eine Co-Polymermatrix mit eingeschlossenen Partikeln und/oder eine Polymermatrix mit Weichmacher verwendet wird. Diese Weiterbildung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Polymermatrix eine Poly-Vinyliden-Di-Fluorid-Polymermatrix (PVDF) oder eine Poly- Vinyliden-Fluorid-Co-Hexafluoropropylen-Polymermatrix (PVFD-HFP) ist. Dadurch besitzt das Material mit den Hohlraumeinschlüssen eine poröse Struktur. Aufgrund der eingeschlossenen Partikel in der Polymermatrix kann eine hochporöse Struktur hergestellt werden, welche einfach herzustellen ist und nur geringe Kosten verursacht. Die Verwendung von einer Polymermatrix mit Weichmachern empfiehlt sich insbesondere dann, wenn auch die aktiven Massen bzw. die Separatorstruktur der erfindungsgemäßen Batterie mit Hilfe von Weichmachern hergestellt wurde. Allgemein wird das Material der porösen Struktur zu den Materialien des aktiven Batteriebereichs kompatibel gewählt, in dem Sinne, dass es zu keinen Reaktionen zwischen dem porösen Material und den Materialien des aktiven Batteriebereichs kommt.It is expedient that for the material with the cavity inclusions a polymer matrix or with entrapped particles and / or a trapped particle co-polymer matrix and / or a polymer matrix with plasticizer. This development is particularly advantageous if the polymer matrix is a polyvinylidene-di-fluoride polymer matrix (PVDF) or a polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene polymer matrix (PVFD-HFP). As a result, the material with the cavity inclusions has a porous structure. Due to the trapped particles in the polymer matrix, a highly porous structure can be produced which is easy to produce and incurs low cost. The use of a polymer matrix with plasticizers is recommended in particular when the active materials or the separator structure of the battery according to the invention has been produced with the aid of plasticizers. Generally, the material of the porous structure is chosen to be compatible with the materials of the active battery region, in the sense that there will be no reactions between the porous material and the materials of the active battery region.
Vorteilhafterweise wird die Batterie mit zwei Löchern im gefüllten Zwischenraum versehen. Der Vorteil besteht darin, dass zeitgleich über ein Loch die Batterie von Gasen evakuiert werden kann, und über das andere Loch der Elektrolyt eingefüllt werden kann. Dadurch kann aufgrund des Unterdrucks im Batterieinnenraum der Elektrolyt schneller aufgenommen werden, was eine Zeitersparnis mit sich bringt. Zum anderen können durch die Evakuation Gase aus dem Batterieinnenraum entfernt werden, welche von der Trocknung der Batterie oder beim Spülen der Batterie mit Gasen, haften geblieben sind. Hier ist insbesondere das Gas Argon zu nennen, bei welchem es Hinweise gibt, dass es die problemlose Befüllung mit Elektrolyt behindert.advantageously, the battery is filled with two holes in the Space provided. The advantage is that at the same time over a hole the battery of gases can be evacuated, and over the other hole the electrolyte can be filled. As a result, due to the negative pressure in the battery interior of the electrolyte be recorded faster, which saves time. On the other hand, the evacuation of gases from the battery interior which are due to the drying of the battery or when rinsing the battery with gases, have remained stuck. Here is in particular to call the gas argon, where there is evidence that it is the hampers trouble-free filling with electrolyte.
Zu einer besseren Befüllung des Zwischenraums mit dem Material mit Hohlraumeinschlüssen kann es vorteilhaft sein, dass die zwei Elektroden eine unterschiedliche Größe aufweisen, wobei die größere Elektrode auf dem Träger und die kleinere Elektrode auf dem Separator angeordnet ist. Dadurch entsteht ein Zwischenraum, welcher einen kleinen Querschnitt an der unten gelegenen Fläche des Trägers aufweist, welche nach oben hin sich stetig vergrößert. Dies verhindert im Allgemeinen, dass sich Lufteinschlüsse bilden können.To a better filling of the gap with the material With cavity inclusions, it may be advantageous that the two electrodes have a different size have, wherein the larger electrode on the Carrier and the smaller electrode arranged on the separator is. This creates a gap, which has a small cross-section at the lower surface of the carrier, which increases steadily upwards. This generally prevents air pockets from forming can.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist es, dass das mindestens eine Loch in der Batterie mit einem Stöpsel und/oder mit verschweißten Metallpartikeln und/oder mit einem Lot mit niedrigem Schmelzpunkt verschlossen ist. Der Vorteil ist, dass zum Verschließen des Loches andere Materialien als zum Verkapseln der Batterie verwendet werden können. Dies bedeutet insbesondere, dass vor dem Befüllen mit Elektrolyt beispielsweise Polymere verwendet werden können, welche bei Anwesenheit von Elektrolyt nicht aushärten oder ausnetzen können, zum Verschließen des Loches jedoch Metalle, welche resistent gegenüber Elektrolyten, wie beispielsweise basenhaltigen Elektrolyten sind, verwendet werden können.A Another advantageous development is that the at least one Hole in the battery with a plug and / or with welded Metal particles and / or with a solder with a low melting point is closed. The advantage is that for closing of the hole used other materials than for encapsulating the battery can be. This means in particular that before the Fill with electrolyte, for example, polymers are used can, which do not cure in the presence of electrolyte or wetting, for closing the hole however, metals which are resistant to electrolytes, such as, for example, base-containing electrolytes can be used.
Die erfindungsgemäße Batterie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der aktive Batteriebereich auf dem Träger eine Fläche von weniger als 100 mm2, vorzugsweise kleiner als 10 mm2, und eine Dicke senkrecht zur Fläche von weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 500 μm, aufweist. Der Vorteil besteht darin, dass eine kostengünstige Batterie in sehr kleinen Ausmaßen hergestellt wird, welche effektiv mit Elektrolyt befüllt werden kann. Die Verwendung von Flüssigelektrolyt bei derartig kleinen Batterien ist auch deswegen vorteilhaft, da Flüssigelektrolyt im Gegensatz zu Festkörperelektrolyten bei Raumtemperatur eine zufrieden stellende Leitfähigkeit aufweist. Dies bedeutet insbesondere, dass die flachen Flüssigelektrolyt-gefüllten Batterien im Alltagsgebrauch verwendet werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die gleichen Materialien verwendet werden können, die zur Massenproduktion von Lithium-Polymerbatterien verwendet werden und bezüglich aller Batterieeigenschaften wie Stabilität, Zyklisierbarkeit, Energiedichte, Leistungsdichte und Sicherheit optimiert sind.The battery according to the invention is particularly advantageous if the active battery area on the carrier has an area of less than 100 mm 2 , preferably less than 10 mm 2 , and a thickness perpendicular to the area of less than 10 mm, preferably less than 500 μm , The advantage is that a low-cost battery is manufactured in very small dimensions, which can be effectively filled with electrolyte. The use of liquid electrolyte in such small batteries is also advantageous because liquid electrolyte, in contrast to solid state electrolytes at room temperature has a satisfactory conductivity. This means in particular that the flat liquid electrolyte-filled batteries can be used in everyday use. Another advantage is that the same materials can be used that are used for the mass production of lithium polymer batteries and are optimized with respect to all battery properties such as stability, Zyklisierbarkeit, energy density, power density and security.
Zum Befüllen der erfindungsgemäßen Batterie kann ein erfindungsgemäßer Elektrolytdispenser verwendet werden. Der Elektrolytdispenser umfasst mindestens einen Elektrolyttank und mindestens einen Stutzen, wobei der mindestens eine Stutzen ein Dichtungssystem zum Herstellen einer dichten Verbindung mit einer zu betankenden Vorrichtung aufweist und der Elektrolyttank direkt oder über mindestens ein Ventil mit dem mindestens einen Stutzen zum Befüllen der zu betankenden Vorrichtung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugpumpe vorhanden ist, welche direkt oder über mindestens ein Ventil mit mindestens einem Stutzen zur Herstellung eines Unterdruckes in der zu betankenden Vorrichtung verbindbar ist.To the Filling the battery according to the invention For example, an electrolyte dispenser according to the invention can be used become. The electrolyte dispenser comprises at least one electrolyte tank and at least one nozzle, wherein the at least one nozzle a sealing system for making a tight connection with a device to be refueled and the electrolyte tank directly or via at least one valve with the at least a nozzle for filling the device to be refueled is connectable, characterized in that a suction pump available which is directly or via at least one valve at least one nozzle for producing a negative pressure in the can be connected to refueling device.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Elektrolytdispensers besteht darin, dass vor dem Befüllen mit Elektrolyt ein Unterdruck vorzugsweise ein Grob- oder ein Feinvakuum im Batterieinnenraum erzeugt wird, was zum einen flüchtige Gase aus dem Batterieinnenraum evakuiert und zum anderen den Elektrolyt schneller im Batterieinnenraum verteilt, da dieser aufgrund des Unterdrucks angesaugt wird.Of the Advantage of the electrolyte dispenser according to the invention is that before filling with electrolyte Vacuum preferably a coarse or a fine vacuum in the battery interior is generated, which on the one hand volatile gases from the battery interior evacuates and on the other hand, the electrolyte faster in the battery compartment distributed because it is sucked in due to the negative pressure.
Hierbei kann ein Stutzen, welcher auf einem Loch der Batterie angesetzt wird, wobei sowohl die Saugpumpe als auch der Elektrolyttank über ein Ventil mit dem einen Stutzen in Verbindung stehen, oder zwei Stutzen, wobei sowohl der Elektrolyttank als auch die Saugpumpe einen eigenen Stutzen besitzen, welche auf zwei verschiedenen Löchern der Batterie angeordnet sind, verwendet werden. Durch das vorzeitige Evakuieren werden Schwachstellen beim Befüllen der Batterie beseitigt.Here, a nozzle, which is attached to a hole of the battery, wherein both the suction pump and the electrolyte tank via a valve with the one nozzle in connection, or two nozzles, wherein both the electrolyte tank and the suction pump have their own nozzle, which are arranged on two different holes of the battery can be used. Premature evacuation eliminates weak points when filling the battery.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Elektrolytdispensers sind in den untergeordneten Ansprüchen gegen.Further advantageous developments of Elektrolytdispensers are in the subordinate claims against.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist es, dass die Saugpumpe als Vakuumpumpe bzw. Membranvakuumpumpe ausgebildet ist. Die Verwendung einer trockenen ölfreien Pumpe ist dabei vorteilhaft. Aufgrund des hohen Unterdrucks werden sowohl eine größere Menge von Gasen aus dem Batterieinnenraum evakuiert als auch der Ansaugdruck für den Elektrolyt erhöht. Dies hat insgesamt eine bessere Durchsetzung des Batterieinnenraums mit Elektrolyt und eine schnellere Befüllung zur Folge.A advantageous development is that the suction pump as a vacuum pump or membrane vacuum pump is formed. The use of a dry oil-free Pump is advantageous. Due to the high negative pressure will be both a larger amount of gases from the battery interior evacuated as well as the suction pressure for the electrolyte increased. Overall, this has better enforcement of the battery interior with electrolyte and a faster filling result.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Elektrolytdispensers ist es, dass mindestens ein Ventil als Zwei-Wege-Ventil ausgebildet ist. Dies bedeutet, insbesondere bei Vorhandensein von nur einem Stutzen, dass über ein einziges Zweiwegeventil der Innenraum nacheinander evakuiert und mit Elektrolyt befüllt werden kann. Des Weiteren kann über die Ausführung als Zwei-Wege-Ventil eine Vorrichtung zur Spülung des Batterieinnenraums mit Gasen, wie beispielsweise Argon, trockener Luft oder Stickstoff vollzogen werden.A Another advantageous embodiment of Elektrolytdispensers is it is that at least one valve designed as a two-way valve is. This means, especially in the presence of only one piece, that over a single two-way valve the interior one after the other can be evacuated and filled with electrolyte. Furthermore Can be over the execution as a two-way valve a device for flushing the battery interior with Gases, such as argon, dry air or nitrogen become.
Zweckmäßig ist es, dass mindestens zwei Stutzen vor handen sind, wobei ein erster Stutzen direkt oder über ein Ventil mit dem Elektrolyttank und ein zweiter Stutzen direkt oder über ein Ventil mit der Saugpumpe verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich ein gleichzeitiges Evakuieren bzw. Anbringen von Unterdruck und das Befüllen des Batterieinnenraums mit Elektrolyt vornehmen. Dies erlaubt eine besonders effiziente Befüllung und Herstellung einer Elektrolyt-gefüllten Batterie. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von mindestens zwei Öffnungen und Stutzen ist es, dass der Durchmesser der Einfüllstutzen und der Absaugstutzen an ihre Aufgabe angepasst werden können. Zur genauen Dispensierung des Elektrolyten können Kanülen mit nur wenigen Mikrometern Innendurchmesser verwendet werden. Für eine Evakuierung, beispielsweise eine Vakuumevakuierung, ist ein großer Saugquerschnitt vorteilhaft, so dass der Saugstutzen einen größeren Innendurchmesser im Millimeter-Bereich aufweisen sollte. Bei großflächigen und sehr flachen Batterien kann es auch sinnvoll sein, jeweils mehrere Löcher für die Befüllung und Evakuierung herzustellen.expedient it is that at least two nozzles are present, with a first Nozzle directly or via a valve with the electrolyte tank and a second nozzle directly or via a valve with the suction pump is connected. That way you can a simultaneous evacuation or application of negative pressure and Fill the interior of the battery with electrolyte. This allows a particularly efficient filling and production an electrolyte-filled battery. Another advantage when using at least two openings and nozzles is it that the diameter of the filler neck and the Extractor can be adapted to their task. For accurate dispensing of the electrolyte cannulas be used with only a few microns inside diameter. For an evacuation, for example a vacuum evacuation, is a large suction cross-section advantageous, so that the suction nozzle a larger inside diameter in the millimeter range should have. For large and very flat Batteries can also make sense, each with several holes for filling and evacuation.
Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, dass mindestens ein Stutzen einen Verschluss nach Außen aufweist. Mit Hilfe eines Verschlusses am Stutzen kann möglicherweise auf ein Ventil verzichtet werden. Das Ventil bzw. die Ventilfunktion wäre somit in den Stutzen selbst eingebaut. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn die mit der zu betankenden Vorrichtung verbundene Seite des Stutzens erhitzbar ist, so dass gleichzeitig nach dem Befüllen bzw. Evakuieren das Loch in der Umkapselung der Batterie bzw. der zu betankenden Vorrichtung verschlossen werden kann. Dies würde eine besonders effiziente Befülltechnik erlauben, da nach dem Befüllen die Batterie geschlossen wird und somit fertig gestellt ist.One Another advantage is given by the fact that at least one nozzle has a closure to the outside. With the help of a lock it may be possible to dispense with a valve at the nozzle. The valve or the valve function would thus be in the nozzle self-installed. Furthermore, it may be advantageous if the connected to the device to be refueled side of the nozzle is heated, so that at the same time after filling or Evacuate the hole in the enclosure of the battery or to refueling device can be closed. This would allow a particularly efficient filling, because after filling the battery is closed and thus finished is placed.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist es, dass die Saugpumpe mit einem Druckmesser verbunden ist, wobei mit dem Druckmesser der Unterdruck in der zu betankenden Vorrichtung gemessen wird. Dies erlaubt eine Kontrolle, wann der für die Elektrolytbefüllung geeignete Unterdruck im Batterieinnenraum erreicht ist.A Another advantageous embodiment is that the suction pump with a pressure gauge is connected, with the pressure gauge of the negative pressure is measured in the device to be refueled. This allows one Control when the for the electrolyte filling suitable negative pressure in the battery interior is reached.
Da der Elektrolytdispenser zweckmäßigerweise bei sehr kleinen Batterien eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Ventile bzw. Pumpen als Mikroventile bzw. Mikropumpen ausgebildet sind. Dadurch lässt sich eine Miniaturisierung des Elektrolytdispensers auf die Ausmaße der sehr kleinen Batterie vornehmen.There the electrolyte dispenser expediently at is used very small batteries, it is advantageous if the valves or pumps designed as micro valves or micropumps are. This allows a miniaturization of the electrolyte dispenser to the dimensions of the very small battery.
Zweckmäßig ist es auch, wenn das Befüllen von Elektrolyt und das Herstellen eines Unterdrucks unabhängig voneinander steuerbar sind, d. h., insbesondere bei Vorhanden sein von Ventilen, die Ventile unabhängig voneinander steuerbar sind.expedient It is also when the filling of electrolyte and manufacturing a negative pressure are independently controllable, d. h., Especially in the presence of valves, the valves independently are controllable from each other.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Elektrolytdispenser eine Steuerung aufweist, welche das mindestens eine Ventil und die Saugpumpe ansteuert. In dieser Steuerung können die Informationen über den Unterdruck und/oder den Ventilstatus und/oder den Befüllungsstatus des Elektrolyttanks zusammengeführt werden und so verschiedene Evakuierung- oder Befüllungsabläufe geschaltet werden. So kann zuerst evakuiert und danach befüllt werden, oder während des Evakuierens befüllt werden, oder zuerst evakuiert, einen kurzen Zeitabschnitt gleichzeitig befüllt und danach nur noch befüllt werden.Farther it is expedient if the electrolyte dispenser having a control, which the at least one valve and the Actuates suction pump. In this control, the information about the negative pressure and / or the valve status and / or the filling status of the electrolyte tank are merged and so different Evacuation or filling processes switched become. So can be evacuated first and then filled, or be filled during evacuation, or first evacuated, a short period filled simultaneously and then only be filled.
Die Verwendung einer Steuerung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Steuerung elektronische und/oder mechanisch-elektronische Bauteile aufweist und/oder eine Zeitsteuerung umfasst.The Use of a controller is particularly advantageous when the control electronic and / or mechanical-electronic components and / or includes a timer.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen einer Batterie mit einem Flüssigelektrolyt, wobei die Batterie einen aktiven Batteriebereich umfasst, umfasst mindestens die nachfolgenden Schritte. Zuerst wird mindestens ein Loch in einer Umkapselung der Batterie aufgebracht. Danach werden Gasen aus einem Innenraum der Batterie evakuiert und anschließend der Innenraum der Batterie mit einem Elektrolyt befüllt. Abschließend wird das Loch der Batterie verschlossen. Der Vorteil liegt in der besonders effizienten Befüllung der Batterie. Durch das Evakuieren werden störende Gase aus dem Innenraum entfernt und der Elektrolyt kann somit maximal in den Innenraum der Batterie einfluten.The inventive method for filling a battery with a liquid electrolyte, wherein the battery comprises an active battery area, comprises at least the subsequent steps. First, at least one hole is applied in an encapsulation of the battery. Thereafter, gases are evacuated from an interior of the battery and then the interior of the battery filled with an electrolyte. Finally, the hole of the battery is closed. The advantage lies in the particularly efficient filling of the battery. By evacuating disturbing gases are removed from the interior and the electrolyte can thus maximally flood into the interior of the battery.
Durch das Einbringen eines sehr kleinen Lochs, welches zweckmäßigerweise insbesondere nicht den aktiven Batteriebereich berührt, sondern mit dem Material mit Hohlraumeinschlüssen in der Zwischenschicht verbunden ist, werden keine zusätzlichen Belastungen oder mechanischen Belastungen auf den aktiven Batteriebereich ausgeübt. Das Verfahren ist sowohl zum Befüllen von Primärbatterien als auch zum Befüllen von aufladbaren Sekundärbatterien geeignet.By the introduction of a very small hole, which expediently especially not touching the active battery area, but with the material with cavity inclusions in the intermediate layer connected, no additional charges or mechanical loads on the active battery area. The Method is both for filling primary batteries as well as for charging rechargeable secondary batteries suitable.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den untergeordneten Ansprüchen angegeben.Further advantageous developments of the invention Methods are given in the subordinate claims.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Batterie und/oder einem erfindungsgemäßen Elektrolytdispenser vorgenommen.advantageously, the method is used in conjunction with an inventive Battery and / or an electrolyte dispenser according to the invention performed.
Die Vorteile ergeben sich aus den Vorteilen der erfindungsgemäßen Erfindungen.The Advantages result from the advantages of the invention Inventions.
Vorteilhafterweise wird beim Evakuieren der Gase zumindest ein Grobvakuum, vorzugsweise ein Feinvakuum, im Innenraum der Batterie erzeugt. Dadurch ergibt sich eine besonders vollständige Evakuierung und schnelle Befüllung der Batterie. Während bzw. vor dem Evakuieren der Gase kann der Innenraum der Batterie mit einem Gas, vorzugsweise mit Argon oder trockener Luft oder Stickstoff, gespült wird. Der Vorteil besteht in der säubernden Wirkung der Spülung mit Gasen.advantageously, When evacuating the gases at least a rough vacuum, preferably a fine vacuum, generated in the interior of the battery. This results a very complete evacuation and fast Filling the battery. During or before evacuation the gases may be the interior of the battery with a gas, preferably with argon or dry air or nitrogen. The advantage is the cleansing effect of the conditioner with gases.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist, wenn nach dem Befüllen der Batterie mit Elektrolyt und vor dem Verschließen des mindestens einen Lochs der Batterie die Batterie aufgeladen oder formiert wird. Der Vorteil besteht darin, dass während des Aufladens auftretende Gase aus der Batterie ausdampfen können und so kein Überdruck in der Batterie eingebracht wird.A Particularly advantageous embodiment of the method is, if after filling the battery with electrolyte and before closing of the at least one hole of the battery charges the battery or is formed. The advantage is that during Charging gases can evaporate from the battery and so no pressure in the battery is introduced.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gegenstände und des Verfahrens sind in den weiteren untergeordneten Ansprüchen beschrieben.Further advantageous developments of the invention Objects and the procedure are in the further subordinate Claims described.
Im Folgenden sollen die erfindungsgemäßen Vorrichtungen anhand einiger Ausführungsbeispiele genauer erläutert werden. Es zeigenin the The following are the devices of the invention explained in more detail with reference to some embodiments become. Show it
In
den
Der
Aufbau des aktiven Batteriebereichs
In
der
Der
aktive Batteriebereich wird in die Vertiefung
Zwischen
dem aktiven Batteriebereich
Das
poröse Material
In
Nach
dem Auffüllen des Zwischenraumes wird die Batterie mit
der Materialschicht
In
der Materialschicht
Eine
weitere Ausbildungsform der Batterie ist in
In
Die
in den
Die
hier dargestellte Batterie kann sehr klein ausgebildet werden. Dabei
sind Flächen von weniger als einem Quadratzentimetern und
Dicken des aktiven Batteriebereichs
In
In
Der
Stutzen
Die
Saugpumpe
Im
Folgenden soll der Betrieb des Elektrolytdispensers erläutert
werden. Die Stutzen
Da
die Batterie ausgehend von den Einfüllstellen eine mikroporöse
Struktur
Die
Steuerung
In
Der
hier gezeigte Elektrolytdispenser
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 10346310 A1 [0003] - DE 10346310 A1 [0003]
- - EP 1730801 [0006] - EP 1730801 [0006]
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DE102007012693A DE102007012693A1 (en) | 2007-03-13 | 2007-03-13 | Miniaturized and encapsulated battery, especially for mobile telecommunications, is filled with a liquid electrolyte from a dispenser by evacuation of the intermediate zone |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102007012693A DE102007012693A1 (en) | 2007-03-13 | 2007-03-13 | Miniaturized and encapsulated battery, especially for mobile telecommunications, is filled with a liquid electrolyte from a dispenser by evacuation of the intermediate zone |
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