EP3711103A1 - Dünne, sekundäre miniaturzelle mit metallischem, mittels eines kunststoffdeckels verschlossenem gehäuse und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Dünne, sekundäre miniaturzelle mit metallischem, mittels eines kunststoffdeckels verschlossenem gehäuse und verfahren zu ihrer herstellung

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EP3711103A1
EP3711103A1 EP18807903.2A EP18807903A EP3711103A1 EP 3711103 A1 EP3711103 A1 EP 3711103A1 EP 18807903 A EP18807903 A EP 18807903A EP 3711103 A1 EP3711103 A1 EP 3711103A1
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EP
European Patent Office
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housing
parts
electrical conductor
plastic
metal
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EP18807903.2A
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Andreas GAUGLER
Konrad Holl
Mario Wroblewski
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VARTA Microbattery GmbH
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VARTA Microbattery GmbH
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention described below relates to a thin secondary miniature battery with a nominal capacity ⁇ 1000 mAh and their manufacture.
  • battery originally meant several galvanic cells connected in series. Today, however, individual galvanic cells (single cells) are often referred to as a battery. This is also the case here.
  • Batteries can be subdivided according to their rated capacity.
  • the rated capacity is the amount of energy assured by the manufacturer under specified discharge conditions, which can be taken from a battery. It is usually given in ampere hours (Ah) or milliamp hours (mAh). From the nominal capacity can be derived, over which period a discharge under the specified discharge conditions until reaching the discharge voltage of a battery removed who can. If, for example, a secondary (rechargeable) battery has a nominal capacity of 1800 mAh, it can deliver a current of 200 mA, for example over a period of 9 hours, taking into account the aforementioned discharge conditions. Batteries with a nominal capacity ⁇ 1000 mAh are referred to herein as miniature batteries.
  • a well-known embodiment of a miniature battery is the button cell.
  • a button cell usually has a housing whose height is smaller than its diameter and which includes a positive and a negative electrode. As a rule, the housing has a cylindrical geometry.
  • the housing may contain different electrochemical systems. Very popular are button cells based on zinc / air, zinc / Mn0 2 and nickel / zinc. Secondary systems, eg based on nickel / metal hydride, nickel / cadmium or on the basis of lithium ions, are also very common.
  • the housing of button cells usually consists of two housing parts, the cell cup and the cell cover, between which an electrically insulating seal is arranged.
  • the cell cup is in electrical connection with the positive electrode and is correspondingly positively poled.
  • the cell lid is usually in electrical connection with the negative electrode and is correspondingly negatively polarized.
  • the gasket should have an electrical contact between Prevent the oppositely polarized housing halves. In addition, it is a Entwei surfaces and also to prevent ingress of liquid or gases from or into the housing.
  • Miniature batteries are needed for a variety of portable small electronic devices.
  • the use of miniature batteries in button cell shape is often not optimal due to their cylindrical shape.
  • Many small appliances have a prismatic design, so the space available for the miniature battery also has a prismatic geometry.
  • the resulting dead with use zy-cylindrical button cells dead volumes are difficult to exploit. Therefore, pouch cells are often used instead of button cells.
  • Pouch cells contain at least one composite of flat electrode and separator layers. This is enclosed by a housing formed from two flexible housing films.
  • housing sefolien are particularly multi-layer composite films with a surrounded on both sides by plastic layers layer of aluminum.
  • An example of this is a multilayer composite film with the sequence polyamide / aluminum / polyethylene.
  • the housing films are joined together at their edges, for example by gluing or welding.
  • this results in a relatively wide seal area, which is at the expense of the volumetric energy density of pouch cells.
  • button cells with "prismatic design” would be desirable, so for example cuboid button cells. These could optimally utilize the volumes available in portable electronic small appliances.
  • the production of such button cells however, so far failed production problems.
  • her liquid-tight closure proved to be critical.
  • button cells are usually closed by a crimping process in which the housing parts of a button cell are positively connected to one another.
  • a cell lid is inserted together with an electrically insulating circumferential seal in a cell cup, the edge of which is then bent radially inwardly. In this case, the seal is pressed against the cell lid, resulting in the desired liquid-tight seal.
  • considerable axial mechanical forces act on the housing parts.
  • the present invention has for its object to provide a miniature battery that meets the spatial requirements in portable electronic small appliances better than any known button and pouch cells.
  • the invention proposes a miniature battery with the genann th in claim 1 features and a method with the features mentioned in claim 8.
  • the miniature battery according to the invention is rechargeable, so it is a secondary battery. It always has the following characteristics:
  • the housing comprises a first and a second base part as housing parts.
  • the two base parts each have an inside facing the inside of the case and an outward facing outside.
  • the housing comprises as housing parts four side parts connecting the two base parts.
  • Each of the side parts has an inside of the housing directed inside and an outwardly facing outside.
  • Each of the side parts are associated with two immediately adjacent side parts, with which it is preferably connected in each case via a common edge.
  • Each of the side panels is associated with a non-immediately adjacent side panel, which is arranged parallel to it.
  • the miniature battery according to the invention is a very narrow battery.
  • the shortest distance between a point on the outside of the first base part and a point on the outside of the second base part is in the range of only 1.5 mm to 5 mm.
  • the shortest Distance between a point on the outside of a side part and a point on the outer side of the side part arranged parallel to it is larger in comparison.
  • the distance is here before given in the range of 10 mm to 100 mm.
  • the nominal capacity of the battery according to the invention is usually at most 1000 mAh. Before given to the nominal capacity is in the range of 100 mAh to 1000 mAh, more preferably in the range of 100 to 800 mAh.
  • the miniature battery according to the invention is characterized by the following features:
  • an electrochemical cell having a positive electrode and a negative electrode is arranged,
  • the miniature battery comprises a first electrical conductor which is electrically connected to the positive electrode,
  • the miniature battery comprises a second electrical conductor which is electrically connected to the negative electrode,
  • one of the side parts is designed as a plastic part and connected to the housing adjacent to it cohesively connected
  • the housing parts adjoining the side part designed as a plastic part consist (all) of a metal or of a metal alloy,
  • the first and / or the second electrical conductor is or are led out through the plastic part as part formed side part of the housing.
  • the cohesive composite of the formed as Ku nststoffteil side part with the adjacent it to the housing parts ensures the liquid-tight closure of the housing, without it being necessary for the above-mentioned crimping process mandatory.
  • the housing of the miniature battery according to the invention is preferably closed crimp-free.
  • first and the second electrical conductors are both led out of the housing by the side part designed as a plastic part.
  • egg ner of the two conductors by the side part designed as a plastic part parallel arrange te side part is led out of the housing part.
  • This parallel side part should then also be formed of plastic.
  • one of the electrical conductors is led out through the plastic part designed as a side part of the housing, while the other electrical conductor is electrically connected to one of the existing metal or metal alloy housing parts.
  • the housing or part of the housing itself serves as a battery.
  • the housing preferably has a prismatic geometry. It is particularly preferably cuboidal.
  • the miniature battery according to the invention is characterized by at least one of the following additional features:
  • the two base parts and three of the side parts are made of metal or metal alloy.
  • the two base parts are each rectangular in shape and each have a length in the range of 20 mm and 100 mm and a width in the range of 10 mm to 100 mm. In FITS preferred embodiments, the dimensions of the two base parts are identical.
  • the two base parts each have a preferably substantially uniform thickness in the range of 0.05 to 0.4 mm.
  • the thickness of the two basic parts is identical.
  • the three side parts are rectangular and each have a length in the range of 10 mm to 100 mm and a width in the range of 1.5 mm to 5 mm.
  • the three side parts each have a preferably substantially uniform thickness in the range of 0.05 to 0.5 mm. In some preferred embodiments, the thickness of the three side panels is identical.
  • the dimensions of the three side panels can be identical, but not necessarily.
  • two of the three side parts of the metal or metal alloy are arranged parallel to each other.
  • the dimensions are preferably identical, but from the measurements of the third side part deviate.
  • the two side parts arranged parallel to each other may have a length in the range of 10 mm to 100 mm and a width in the range of 1.5 mm to 5 mm, while the third side part has a length of 20 mm to 100 mm and a width in the range from 1.5 mm to 5 mm.
  • the two side parts arranged parallel to each other may have a length in the range of 20 mm to 100 mm and a width in the range of 1.5 mm to 5 mm, while the third side part has a length in the range of 10 mm to 100 mm and a width in the range of 1.5 mm to 5 mm.
  • the third side part preferably has a thickness in the range of 0.1 to 0.5 mm, while the other two side parts have a thickness in the range of 0.05 to 0.5 mm.
  • the formed from the metal or metal alloy base parts and side parts of the housing are preferably made of metallic materials such as aluminum, aluminum alloys, steel or nickel-plated steel. Also suitable are, in particular, T rimetals, for example with the sequence of nickel, steel and copper (from outside to inside). Aluminum and aluminum alloys are particularly suitable as housing material for lithium-ion batteries.
  • the prismatic housing cup can be formed by a deep drawing process. But it is also possible to weld individual base and side parts to the prismatic housing cup.
  • the electrochemical cell arranged in the housing of the miniature battery according to the invention may in particular be a nickel-cadmium cell, a nickel-metal hydride cell or a lithium-ion cell.
  • At least one single cell based on lithium ions is arranged in the interior.
  • the electrodes of lithium ion-based single cells are preferably layered. Together with at least one layered separator, they form a composite of flat electrode and separator layers.
  • the miniature battery according to the invention comprises at least one such composite.
  • the composite can be spirally wound up.
  • it is preferred in most embodiments that the electrodes and the at least one separator are stacked flat on top of each other.
  • a plurality of lithium-ion-based individual cells, each consisting of layered, flat stacked electrodes and separators may also be stacked on top of one another in the interior space.
  • the electrodes of the electrochemical cell in particular of the single cell based on lithium ions, comprise in preferred embodiments metallic current collectors, which are usually present in the form of films, nets, lattices, foams, nonwovens or felts.
  • metallic current collectors which are usually present in the form of films, nets, lattices, foams, nonwovens or felts.
  • positive electrode of the single cell lithium-ion base are usually used as current collectors nets or films of Alumi, for example, aluminum expanded metal or aluminum foil.
  • networks or films of copper are preferably used as current collectors.
  • thin electrode films are formed on the current collectors from mostly pasty compositions comprising a suitable electrochemically active material ("active material” for short).
  • Active materials suitable for the electrodes of a lithium-ion-based single cell must be able to absorb and release lithium ions which migrate from the negative to the positive electrode (and vice versa) during charging or discharging.
  • Active materials which are suitable for negative electrodes of lithium-ion-based single cells are, in particular, graphitic carbon or non-lithium capable of intercalating lithium. graphitic carbon materials in question.
  • metallic and semi-metallic materials which can be alloyed with lithium can also be used.
  • the elements tin, antimony and silicon are able to form intermetallic phases with lithium.
  • the carbon-based active materials may also be combined with the metallic and / or semi-metallic materials.
  • Lithi umkobaltoxid with the empirical formula LiCo0 2
  • Lithiumnickelmangancobaltoxid with the empirical formula LiNi x Mn y Co z 0 2 (where x + y + z typically 1
  • Lithium manganese spinel having the empirical formula LiMn 2 O 4
  • lithium iron phosphate having the empirical formula LiFePC
  • lithium nickel cobaltaluminum oxide NCA having the empirical formula LiNi x Co y Al z 0 2 (where x + y + z is typically 1 is). It is also possible to use mixtures of the stated materials.
  • the miniature turbocharged battery according to the invention is characterized by at least one of the following additional features:
  • the first and / or the second electrical conductor consist of a metal, in particular of a metal foil.
  • the first and / or the second electrical conductor are designed as strips.
  • the first and / or the second electrical conductor have a thickness in the range of 0.05 mm to 0.7 mm, preferably in the range of 0.07 mm to 0.3 mm.
  • the first and / or the second electrical conductor have a width in the range of 1 mm to 15 mm, preferably in the range of 5 mm to 15 mm.
  • the first and / or the second electrical conductor are separate components which are electrically connected to the metallic current collectors of the electrodes of the electrochemical cell, for example by means of welding.
  • parts of the current collectors which are not coated with electrode material may be used as electrical conductors.
  • a current collector may have a non denier with electro-coated Ableiterfahne, which is connected directly to one of the metallic Ge housing parts, for example by means of welding.
  • a current collector have a non-coated with electrode material Ableiterfahne, which is led out as an electrical conductor through the part formed as a plastic part of the housing.
  • the miniature battery is characterized by at least one of the following additional features:
  • the first electrical conductor connected to the positive electrode consists of a metal foil made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the second electrical conductor connected to the negative electrode consists of a metal foil made of copper or a copper alloy.
  • the first and / or the second electrical conductor may consist of a multilayer metal composite or of a metal foil which is galvanically coated on its outside.
  • the second electrical conductor may be a metal foil made of copper, the outside of which has been galvanically coated with nickel.
  • the miniature turbocharged battery according to the invention is characterized by at least one of the following additional features:
  • the formed as a plastic part side part consists of an electrically insulating plastic, which is particularly preferably a thermoplastic elastomer (TPE).
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the side part formed as a plastic part is rectangular and has a length in the range of 10 mm to 100 mm and a width in the range of 1.5 mm to 5 mm.
  • the side part formed as a plastic part has a thickness in the range of 1 mm to 7 mm.
  • Thermoplastic elastomers are plastics that behave at room temperature comparable to the classic elastomers, but are plastically deformed when heat is applied. mold and thus show a thermoplastic behavior. In general, this is realized by elastic polymer chains are incorporated into a thermoplastic base material, which give this rubber-elastic properties.
  • thermoplastic elastomers are weldable. They have excellent sealing properties.
  • TPE-A or TPA thermoplastic copolyamides
  • thermoplastic elastomers used, in particular olefinic TPE-V's and TPE-O's, which include a primer system that improves their adhesion to metal surfaces.
  • Suitable adhesion promoter systems are described, for example, in WO 2016/038089 A1.
  • the electrically insulating synthetic material may also be a polyphenylene sulfide (PPS) or a polyether ketone (PEK), in particular a PEK.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEK polyether ketone
  • Polyether ketones are known to be high temperature resistant thermoplastics. The most common polyether ketones are polyaryletherketones (PAEK for short). Polyether ketones are resistant to almost all organic and inorganic chemicals. They are sensitive only to UV radiation as well as to strongly acidic and oxidizing conditions, as they are usually not found in batteries.
  • PAEK polyaryletherketones
  • PEEK polyetheretherketone
  • the melting temperature of PEEK is approx. 335 ° C to 345 ° C.
  • various derivatives eg PEEEK (poly (ether ether ether ketone)) and PEKK (poly (ether ketone ketone)
  • PEEEK poly (ether ketone ketone)
  • PEKK poly (ether ketone ketone)
  • melting points eg PEKK about 391 ° C or PEEEK about 324 ° C. All of these derivatives are suitable as material for the plastic part.
  • the formed as a plastic part side part must not necessarily have a constant thickness over its entire surface. It may, for example, a U-shaped cross section aufwei sen. This is the case, for example, if the side part has a rectangular bottom and four side walls perpendicular to the bottom. The side walls of the side part are in this case preferably in a two-dimensional, surface contact with the adjacent to the plastic part formed from side part metallic housing parts.
  • the miniature battery according to the invention is characterized by at least one of the following additional features:
  • the formed as a plastic part side part has at least one opening through which the housing can be filled with an electrolyte.
  • the diffusion barrier is a metal layer, in particular in the form of a metal foil or a metal-plastic composite foil.
  • the at least one opening, through which the housing can be filled with an electrolyte, is closed by the diffusion barrier.
  • the at least one opening which is usually a simple hole. Then the hole must be closed. This can be done in particular by means of the metallic diffusion barrier.
  • the closure of the at least one opening can be done for example by means of an adhesive or sealing pads.
  • the closure also takes place only after the formation of the inventions to the invention miniature battery.
  • the diffusion barrier is intended to counteract diffusion of water vapor and air into the housing and diffusion of liquid electrolyte component out of the housing. Serves the diffusion barrier for closing the at least one opening, but it can simultaneously serve ashydroxyven valve in the form of a bursting membrane.
  • an aluminum foil or a multilayer composite foil with a layer of aluminum surrounded on both sides by plastic layers can serve as the diffusion barrier.
  • An example of a suitable composite film is a multilayer composite film having the sequence polyamide / aluminum / polyethylene. The films can be laminated on the outside of the part formed as a plastic part, for example, for example.
  • the diffusion barrier completely covers the outside of the plastic part formed as a plastic part.
  • the housing may have a first opening, which serves to fill the housing with the electrolyte, and a second opening, which forms a safety valve after closure with a suitable membrane, for example the described diffuser onssperre.
  • This first opening can after the filling of the Elekt rolyten closed, for example by means of an adhesive or sealing pads, by means of an adhesive, in particular a hot melt adhesive, or by means of a matching lid or closure who the.
  • the production of the secondary miniature battery according to the invention is preferably carried out according to a method comprising the following steps:
  • Provision of the first and / or the second electrical conductor Provision of the first and / or the second electrical conductor.
  • the formation of the electrical connection between the positive and / or the negative electrode and the first and / or the second electrical conductor takes place after the formation of the plastic part.
  • the formation of the electrical connection is preferably carried out by welding Ver.
  • the cell is preferably inserted into the prismatic cup from the two base parts and the three side parts. It is further preferred that the first and the second electrical ladder are both positioned in the tool in the manner described, so that in the result nis both conductors are guided through the partially formed as a plastic side part.
  • two formed as a plastic part side parts are formed in the manner described, wherein the first electrical conductor is guided through one of the two as plastic part fancy te side parts and the second electrical conductor through the other of the two abandonedbil finished as a plastic part.
  • the cell in an open housing comprising as housings made of the metal or of the metal alloy first and the second base part and two of the four side parts is used. So here, preferably, a prismatic cup open on two sides is used.
  • the plastic parts designed as side parts with the respective adjacent, consisting of the metal or of the metal alloy housing parts are materially connected.
  • the formation of the cohesive connection is particularly preferably by means of induction or by welding.
  • the Ge housing parts of the metal or of the metal alloy are at least partially inductively heated so strong that the trained as a plastic part side part melts in contact areas. During the subsequent cooling, the cohesive compound is formed.
  • Inductive heating of electrically conductive bodies is a well-known process in which metals are heated by eddy current losses generated in them, generally with high efficiency. Vorlie ing all housing parts are heated from the metal or from the metal alloy by eddy currents generated in them. The heated housing parts then heat again in the Maisberei chen designed as a plastic part side part until it melts.
  • the process according to the invention particularly preferably comprises at least one of the following additional steps:
  • the housing is filled through the opening with the electrolyte.
  • batteries based on lithium ions contain a vaporizable electrolytes comprising combustible organic constituents, for example a mixture of organic carbonates as solvent.
  • the opening can either be formed simultaneously with the formed as a plastic part side part or be introduced after its formation in the plastic part, example, by a bore.
  • Figure 1 is an illustration of a first embodiment of a miniature battery according to the invention in a plan view obliquely from the front;
  • Figure 2 is an illustration of a second embodiment of a miniature battery according to the invention in a plan view obliquely from the front and an embodiment of a diffusion barrier according to the invention;
  • Figure 3 is an illustration of a third embodiment of a miniature battery according to the invention in a plan view obliquely from the front and another embodiment of a diffusion barrier according to the invention.
  • Figure 4 is an illustration of a fourth embodiment of a miniature battery according to the invention in a plan view obliquely from the front;
  • Figure 5 is an illustration of an embodiment of the method according to the invention for producing a secondary miniature battery according to the invention.
  • the miniature battery 100 shown in FIG. 1 comprises a prismatic housing 101 which comprises a total of six housing parts.
  • Five of the housing parts consist of a thin metal sheet.
  • it is the base part 102, the base part 103 which forms the rear side of the housing 101 and is arranged parallel to the base part 102, and also around the side parts 104, 105 and 107 (the sides 105 and 107 likewise not being visible).
  • One of the housing parts, the side part 106, is formed as a plastic part and connected to the angren to it by the metallic housing parts 102, 103, 104 and 105 cohesively.
  • an electrochemical cell 108 Disposed in the housing 101 is an electrochemical cell 108 (not visible here) which has at least one positive electrode 109 and at least one negative electrode 110.
  • the at least one positive electrode 109 is connected to the electrical conductor 111.
  • the at least one negative electrode 110 is connected to the electrical conductor 112.
  • the two conductors 111 and 112 are led out of the housing 101 by the side part 106 formed as a plastic part.
  • the formed as a plastic part side part 106 has the aperture 114, through which the Ge housing 101 can be filled with an electrolyte Beeuropa.
  • the opening can by means of a sticker be closed from a metal / plastic composite film. Such a sticker can take over the func on a bursting membrane and thus serve as a safety valve.
  • the illustrated miniature battery 100 has a markedly small thickness (shortest distance between a point on the outside of the base part 102 and a point on the outside of the invisible base part 103) of only 4 mm. Its height (shortest distance between a point on the outside of the side part 106 and a point on the outside of the side part 107) is 40 mm and its width (shortest distance between a point on the outside of the side tenteils 105 and a point on the outside of the Side part 104) is only 30 mm.
  • the base parts 102 and 103 and the metallic side parts 104 and 105 each have a thickness in the range of 0.12 to 0.4 mm.
  • the side portion 107 has a thickness in the range of 0.15 to 0.5 mm.
  • the electrochemical cell contained in the housing 101 is a lithium ion cell. Due to the small housing dimensions, it has a nominal capacity of well below 1000 mAh.
  • the illustrated in Fig. 2 embodiment of a miniature battery 100 differs in the embodiment shown in FIG. 1 only in that the outer side of the side part 106 is covered with a Diffusion sion lock 115.
  • the diffusion barrier 115 (see separate illustration) is an aluminum foil that has been laminated to the outside of the side part 106 with the aid of a pressure-sensitive adhesive.
  • the diffusion barrier 115 has the recesses 115 a and 115 b, which are large enough that the electrical conductors 111 and 112 can be passed through without coming into contact with the diffusion barrier 115. As a result, a short circuit between the electrical conductors 111 and 112 is prevented.
  • the diffusion barrier 115 also continues to cover the fürbre tion 114, which is not visible here accordingly. this can also perceive the function of a bursting membrane.
  • the illustrated in Fig. 3 embodiment of a miniature battery according to the invention differs from the embodiment shown in Fig. 2 only in that the diffusion barrier 115 is oversized. It can be folded over the side part 106 limiting edges who the and thus also covers a strip-shaped portion of the base parts 102 and 103 and the side parts 104 and 105th
  • the embodiment of a miniature battery according to the invention shown in Fig. 4 differs from the embodiment shown in Fig. 1 in that it has two separate openings 114a and 114b.
  • the housing 101 can be filled with an electrolyte. Preference is then given to one of Openings, for example, the opening 114a, closed by means of a diffusion barrier of the type described above and then serves as a safety valve.
  • the other opening 114b can be closed, for example, by means of an adhesive pad.
  • the open prismatic housing 113 is provided for this purpose. This includes the already mentioned base parts 102 and 103 and the side parts 104, 105 and 107.
  • the interior of the open NEN housing 113 is accessible via the rectangular opening 113a, the opening area corresponds exactly to the surface of the side part 107.
  • the side part 106 formed as a plastic part is provided, which was formed as an injection molded part around the electrical conductors 111 and 112.
  • the conductors 111 and 112 each have terminal free contact portions 111b and 111c and 112b and 112c and the non-terminal portions purple and 112a, which are directly in contact with the plastic material of the housing part 106.
  • the electrochemical cell 108 includes the negative electrode 110 and the positive electrode (not visible) 109. Each of the electrodes has a metallic collector tab. Thus, the negative electrode 110 is provided with the collector tab 110a and the positive electrode 109 is provided with the collector tab 109a. About this collector paths, the electrochemical cell can be connected in a further step with the guided through the housing part 106 arresters 111 and 112. This is preferably done by welding the collector paths 109a and 110a with the terminal sections 111c and 112c.
  • the resulting intermediate product from the electrochemical cell 108 and the housing part 106 is installed in the open housing 113.
  • the electrochemical cell is pushed into the housing inner until the side part 106, the rectangular opening 113 a fills.
  • the housing part 106 is then materially connected to the housing parts 102, 103, 104 and 105 immediately adjacent to it, preferably by being heated so high by induction that the housing part 106 melts in the contact areas.
  • the housing can be filled with electrolyte through the opening 114.
  • the opening 114 for example, one of the diffusion barriers shown in FIG. 2 or FIG. 3 can be laminated onto the outside of the housing part 106.

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Abstract

Eine sekundäre Miniaturbatterie (100) mit einer Nennkapazität ≤ 1000 mAh umfasst ein flüssigkeitsdicht verschlossenes Gehäuse (101) mit zwei parallel zueinander angeordneten Basisteilen (102, 103) und vier Seitenteilen (104, 105, 106, 107). Der kürzeste Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des ersten Basisteils (102) und einem Punkt auf der Außenseite des zweiten Basisteils (103) beträgt lediglich 1,5 bis 5 mm. In dem Gehäuse (101) ist eine elektrochemische Zelle (108) mit einer positiven Elektrode (109) und einer negativen Elektrode (110) angeordnet, an die ein erster elektrischer Leiter (111) und/oder ein zweiter elektrischer Leiter (112) angebunden sind. Eines der Seitenteile (106) ist als Kunststoffteil ausgebildet und mit den an es angrenzenden, aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung bestehenden Gehäuseteilen (102, 103, 104, 105) stoffschlüssig verbunden. Mindestens einer der Leiter (111, 112) ist durch das Seitenteil (106) aus dem Gehäuse (101) herausgeführt. Bei der Herstellung der Miniaturbatterie (100) werden zur Bildung des Seitenteils (106) der Leiter (111) und/oder der Leiter (112) derart in einem Werkzeug positioniert, dass ein nicht endständiger Abschnitt (111a, 112a) des oder der Leiter (111, 112) mit einem Kunststoff oder einem Kunststoffvorläufer in Kontakt tritt und von diesem umschlossen wird. Nach dem elektrischen Kontaktieren der Elektroden (109, 110) und den Leitern (111, 112) wird die Zelle (108) in ein Gehäuse (113) eingesetzt. Zum Verschließen des Gehäuses (113) wird das Seitenteil (106) mit den an es angrenzenden Gehäuseteilen (102, 103, 104, 105) stoffschlüssig verbunden.

Description

Dünne, sekundäre Miniaturzelle mit metallischem, mittels eines Kunststoffdeckels verschlossenem
Gehäuse und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft eine dünne sekundäre Miniaturbatterie mit einer Nennkapazität < 1000 mAh und ihre Herstellung.
Der Begriff „Batterie“ meinte ursprünglich mehrere in Serie geschaltete galvanische Zellen. Heute werden jedoch auch einzelne galvanische Zellen (Einzelzellen) häufig als Batterie bezeichnet. Dies wird auch vorliegend so gehandhabt.
Batterien lassen sich anhand ihrer Nennkapazität unterteilen. Die Nennkapazität ist die vom Herstel ler unter festgelegten Entladebedingungen zugesicherte, einer Batterie entnehmbare Energiemenge. Gewöhnlich wird sie in Amperestunden (Ah) oder Milliamperestunden (mAh) angegeben. Aus der Nennkapazität lässt sich ableiten, über welchen Zeitraum ein Entladestrom unter den festgelegten Entladebedingungen bis zum Erreichen der Entladeschlussspannung einer Batterie entnommen wer den kann. Hat beispielsweise eine sekundäre (wieder aufladbare) Batterie eine Nennkapazität von 1800 mAh, so kann sie unter Beachtung der genannten Entladebedingungen beispielsweise über ei nen Zeitraum von 9 Stunden einen Strom von 200 mA abgeben. Batterien mit einer Nennkapazität < 1000 mAh werden vorliegend als Miniaturbatterien bezeichnet.
Eine sehr bekannte Ausführungsform einer Miniaturbatterie ist die Knopfzelle. Eine Knopfzelle weist üblicherweise ein Gehäuse auf, dessen Höhe kleiner als sein Durchmesser ist und das eine positive und eine negative Elektrode einschließt. In der Regel weist das Gehäuse eine zylindrische Geometrie auf. In dem Gehäuse können unterschiedliche elektrochemische Systeme enthalten sein. Sehr ver breitet sind Knopfzellen auf Basis von Zink/Luft, Zink/Mn02 und Nickel/Zink. Auch sekundäre Syste me, z.B. auf Basis von Nickel/Metallhydrid, Nickel/Cadmium oder auf Basis von Lithium-Ionen, sind sehr verbreitet.
Das Gehäuse von Knopfzellen besteht in aller Regel aus zwei Gehäuseteilen, dem Zellenbecher und dem Zellendeckel, zwischen denen eine elektrisch isolierende Dichtung angeordnet ist. In der Regel steht der Zellenbecher in elektrischer Verbindung mit der positiven Elektrode und ist entsprechend positiv gepolt. Der Zellendeckel steht üblicherweise in elektrischer Verbindung mit der negativen Elektrode und ist entsprechend negativ gepolt. Die Dichtung soll einen elektrischen Kontakt zwischen den entgegengesetzt gepolten Gehäusehalbteilen unterbinden. Darüber hinaus soll sie einem Entwei chen und auch einem Eindringen von Flüssigkeit oder Gasen aus dem oder in das Gehäuse entgegen wirken.
Miniaturbatterien werden für eine Vielzahl von portablen elektronischen Kleingeräten benötigt. Der Einsatz von Miniaturbatterien in Knopfzellenform ist aufgrund ihrer zylindrischen Form aber häufig nicht optimal. Viele Kleingeräte haben ein prismatisches Design, der für die Miniaturbatterie zur Ver fügung stehende Raum weist daher auch eine prismatische Geometrie auf. Die bei Verwendung zy lindrischer Knopfzellen entstehenden Totvolumina können nur schwer ausgenutzt werden. Daher werden an Stelle von Knopfzellen oft auch Pouchzellen verwendet.
Pouchzellen enthalten mindestens einen Verbund aus flachen Elektroden- und Separatorschichten. Dieser wird von einem aus zwei flexiblen Gehäusefolien gebildeten Gehäuse umschlossen. Als Gehäu sefolien eignen sich insbesondere mehrlagige Verbundfolien mit einer beidseitig von Kunststofflagen umgebenen Lage aus Aluminium. Ein Beispiel hierfür ist eine mehrlagige Verbundfolie mit der Se quenz Polyamid / Aluminium / Polyethylen. Zur Bildung des Gehäuses werden die Gehäusefolien an ihren Rändern miteinander verbunden, beispielsweise durch Verklebung oder Verschweißung. Hierbei entsteht allerdings ein relativ breiter Siegelbereich, der zu Lasten der volumetrischen Energiedichte von Pouchzellen geht.
Wünschenswert wären daher Knopfzellen mit„prismatischem Design“, also beispielsweise quader förmige Knopfzellen. Diese könnten die in portablen elektronischen Kleingeräten zur Verfügung ste henden Volumina optimal ausnutzen. Die Herstellung solcher Knopfzellen scheiterte jedoch bislang an produktionstechnischen Problemen. Als kritischer Punkt erwies sich insbesondere ihr flüssigkeits dichter Verschluss. Klassisch werden Knopfzellen bekanntlich meist durch einen Bördelprozess ver schlossen, bei dem die Gehäuseteile einer Knopfzelle formschlüssig miteinander verbunden werden. In der Regel wird dabei ein Zellendeckel mitsamt einer elektrisch isolierenden umlaufenden Dichtung in einen Zellenbecher eingeschoben, dessen Rand anschließend radial nach innen umgebogen wird. Hierbei wird die Dichtung gegen den Zellendeckel gepresst, woraus der gewünschte flüssigkeitsdichte Verschluss resultiert. Allerdings wirken bei diesem Vorgang erhebliche axiale mechanische Kräfte auf die Gehäuseteile. Während zylindrische Gehäuseteile auch bei geringen Wandstärken solchen Kräften gegenüber sehr stabil sind, treten bei Gehäuseteilen mit nicht gebogenen Seitenwänden in Teilberei chen leicht unerwünschte Deformationen auf. Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Miniaturbatterie bereitzustellen, die den räumlichen Anforderungen in portablen elektronischen Kleingeräten besser gerecht wird als die be kannten Knopf- und Pouchzellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Miniaturbatterie mit den in Anspruch 1 genann ten Merkmalen sowie ein Verfahren mit den in Anspruch 8 genannten Merkmalen vor.
Die erfindungsgemäße Miniaturbatterie ist wiederaufladbar, es handelt sich also um eine sekundäre Batterie. Sie weist stets die folgenden Merkmale auf:
• Sie umfasst ein flüssigkeitsdicht verschlossenes Gehäuse.
• Das Gehäuse umfasst als Gehäuseteile ein erstes und ein zweites Basisteil.
• Die beiden Basisteile weisen jeweils eine ins Innere des Gehäuses gerichtete Innenseite und eine nach außen weisende Außenseite auf.
• Die beiden Basisteile sind parallel zueinander angeordnet.
Darüber hinaus zeichnet sie sich die erfindungsgemäße Miniaturbatterie stets durch die folgenden Merkmale aus:
• Das Gehäuse umfasst als Gehäuseteile vier die beiden Basisteile verbindende Seitenteile.
• Jedes der Seitenteile weist eine ins Innere des Gehäuses gerichtete Innenseite und eine nach au ßen weisende Außenseite auf.
• Jedes der Seitenteile grenzt unmittelbar an das erste und das zweite Basisteil an, ist bevorzugt sogar mit diesen jeweils über eine gemeinsame Kante verbunden.
• Jedem der Seitenteile sind zwei unmittelbar angrenzende Seitenteile zugeordnet, mit denen es bevorzugt jeweils über eine gemeinsame Kante verbunden ist.
• Jedem der Seitenteile ist ein nicht unmittelbar angrenzendes Seitenteil zugeordnet, das parallel zu ihm angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie handelt es sich um eine sehr schmale Batterie. Der kür zeste Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des ersten Basisteils und einem Punkt auf der Außenseite des zweiten Basisteils liegt im Bereich von lediglich 1,5 mm bis 5 mm. Der kürzeste Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite eines Seitenteils und einem Punkt auf der Außen seite des dazu parallel angeordneten Seitenteils ist im Vergleich größer. Der Abstand liegt hier bevor zugt im Bereich von 10 mm bis 100 mm.
Die Nennkapazität der erfindungsgemäßen Batterie beträgt in der Regel maximal 1000 mAh. Bevor zugt liegt die Nennkapazität im Bereich von 100 mAh bis 1000 mAh, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 800 mAh.
In der Europäischen Union sind Herstellerangaben zu Angaben betreffend die Nennkapazitäten von seku ndären Batterien streng reglementiert. So haben etwa Angaben zu r Nennkapazität von sekundä ren Nickel-Cadmium-Batterien auf Messungen gemäß den Normen IEC/EN 61951-1 und IEC/EN 60622, Angaben zur Nennkapazität von sekundären Nickel-Metallhydrid-Batterien auf Messungen gemäß der Norm IEC/EN 61951-2, Angaben zur Nennkapazität von sekundären Lithium-Batterien auf Messungen gemäß der Norm IEC/EN 61960 und Angaben zur Nennkapazität von sekundären Blei-Säure-Batterien auf Messungen gemäß der Norm IEC/EN 61056-1 zu basieren. Jegliche Angaben zu Nennkapazitäten in der vorliegenden Anmeldung basieren bevorzugt ebenfalls auf diesen Normen.
Besonders zeichnet sich die die erfindungsgemäße Miniaturbatterie durch die folgenden Merkmale aus:
• in dem Gehäuse ist eine elektrochemische Zelle mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode angeordnet,
• die Miniaturbatterie umfasst einen ersten elektrischen Leiter, der elektrisch mit der positiven Elektrode verbunden ist,
• die Miniaturbatterie umfasst einen zweiten elektrischen Leiter, der elektrisch mit der negativen Elektrode verbunden ist,
• eines der Seitenteile ist als Kunststoffteil ausgebildet u nd mit den an es angrenzenden Gehäuse teilen stoffschlüssig verbunden,
• die an das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil angrenzenden Gehäuseteile bestehen (alle) aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung,
• der erste und/oder der zweite elektrische Leiter ist oder sind durch das als Kunststoffteil ausge bildete Seitenteil aus dem Gehäuse herausgeführt. Der stoffschlüssige Verbund des als Ku nststoffteil ausgebildeten Seitenteils mit den an es angrenzen den Gehäuseteilen gewährleistet den flüssigkeitsdichten Verschluss des Gehäuses, ohne dass es hier für zwingend des eingangs erwähnten Bördelprozesses bedarf. Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie ist bevorzugt bördelfrei verschlossen.
Es ist bevorzugt, dass der erste und der zweite elektrische Leiter beide durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil aus dem Gehäuse herausgeführt sind. Allerdings ist es auch möglich, dass ei ner der beiden Leiter durch das zu dem als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteil parallel angeordne te Seitenteil aus dem Gehäuseteil herausgeführt ist. Dieses parallel angeordnete Seitenteil sollte dann ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet sein.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist einer der elektrischen Leiter durch das als Kunst stoffteil ausgebildete Seitenteil aus dem Gehäuse herausgeführt, während der andere elektrische Leiter mit einem der aus dem Metall oder der Metalllegierung bestehenden Gehäuseteile elektrisch verbunden ist. In diesem Fall dient also das Gehäuse bzw. ein Teil des Gehäuses selbst als Batteriepol.
Wie sich den obigen Ausführungen bereits implizit entnehmen lässt, weist das Gehäuse bevorzugt eine prismatische Geometrie auf. Besonders bevorzugt ist es quaderförmig ausgebildet.
In bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich die erfindungsgemäße Miniaturbatterie durch min destens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:
• Die beiden Basisteile und drei der Seitenteile sind aus dem Metall oder der Metalllegierung aus gebildet.
• Die beiden Basisteile sind jeweils rechteckig ausgebildet und weisen jeweils eine Länge im Be reich von 20 mm und 100 mm und eine Breite im Bereich von 10 mm bis 100 mm auf. In beson ders bevorzugten Ausführungsformen sind die Abmessungen der beiden Basisteile identisch.
• Die beiden Basisteile weisen jeweils eine bevorzugt im Wesentlichen gleichmäßige Dicke im Be reich von 0,05 bis 0,4 mm auf. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Dicke der beiden Basisteile identisch.
Die drei Seitenteile sind rechteckig ausgebildet und weisen jeweils eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm auf. • Die drei Seitenteile weisen jeweils eine bevorzugt im Wesentlichen gleichmäßige Dicke im Be reich von 0,05 bis 0,5 mm auf. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die Dicke der drei Seitenteile identisch.
• Die aus dem Metall oder der Metalllegierung ausgebildeten Basisteile und Seitenteile des Gehäu ses bilden einen prismatischen Gehäusebecher mit einer rechteckigen Öffnung, die du rch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil verschlossen ist.
Die unmittelbar vorstehend angeführten zusätzlichen Merkmale können grundsätzlich unabhängig voneinander verwirklicht sein, besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
Die Abmessungen der drei Seitenteile können identisch sein, müssen aber nicht. Wie implizit aus obi gen Ausführungen hervorgeht, sind von den drei Seitenteilen aus dem Metall oder der Metalllegierung zwei parallel zueinander angeordnet. Bei diesen sind die Abmessungen bevorzugt identisch, die Ab messungen des dritten Seitenteils weichen jedoch ab. So können beispielsweise die beiden parallel zueinander angeordneten Seitenteile eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm aufweisen während das dritte Seitenteil eine Länge von 20 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm aufweist. Umgekehrt können die beiden parallel zueinander angeordneten Seitenteile eine Länge im Bereich von 20 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm aufweisen, während das dritte Seitenteil eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm aufweist.
Analoges gilt für die Dicke der Seitenteile. Übersteigen die Abmessungen des dritten Seitenteils die der beiden anderen Seitenteile, so ist es bevorzugt, dass das dritte Seitenteil eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm aufweist während die beiden anderen Seitenteile eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm aufweist. Im umgekehrten Fall weist das dritte Seitenteil bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm auf während die beiden anderen Seitenteile eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm aufweisen.
Die aus dem Metall oder der Metalllegierung ausgebildeten Basisteile und Seitenteile des Gehäuses sind bevorzugt aus metallischen Materialien wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl oder verni ckeltem Stahl. Weiterhin geeignet sind insbesondere auch T rimetalle, beispielsweise mit der Abfolge Nickel, Stahl und Kupfer (von außen nach innen). Aluminium und Aluminiumlegierungen sind beson ders als Gehäusematerial für Lithium-Ionen-Batterien geeignet. Der prismatische Gehäusebecher kann durch einen Tiefziehprozess gebildet werden. Es ist aber auch möglich, einzelne Basis- und Seitenteile zu dem prismatischen Gehäusebecher zu verschweißen.
Bei der in dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie angeordneten elektrochemischen Zelle kann es sich insbesondere um eine Nickel-Cadmium-Zelle, eine Nickel-Metallhydrid-Zelle oder eine Lithium-Ionen-Zelle handeln.
Besonders bevorzugt ist in dem Innenraum mindestens eine Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis an geordnet. Die Elektroden von Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis liegen bevorzugt schichtförmig vor. Gemeinsam mit mindestens einem schichtförmigen Separator bilden sie einen Verbund aus flachen Elektroden- und Separatorschichten. Besonders bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Miniatur batterie mindestens einen solchen Verbund. Der Verbund kann spiralförmig aufgewickelt sein. Vorlie gend ist es allerdings in den meisten Ausführungsformen bevorzugt, dass die Elektroden und der min destens eine Separator flach aufeinander gestapelt sind. Gegebenenfalls können in dem Innenraum auch mehrere Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis, die jeweils aus schichtförmigen, flach aufeinander gestapelten Elektroden und Separatoren bestehen, aufeinander gestapelt vorliegen.
Die Elektroden der elektrochemischen Zelle, insbesondere der Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis, umfassen in bevorzugten Ausführungsformen metallische Stromkollektoren, die meist in Form von Folien, Netzen, Gittern, Schäumen, Vliesen oder Filzen vorliegen. Im Fall der positiven Elektrode der Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis werden als Stromkollektoren meist Netze oder Folien aus Alumi nium, beispielsweise aus Aluminiumstreckmetall oder aus einer Aluminiumfolie, eingesetzt. Auf der Seite der negativen Elektrode der Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis werden als Stromkollektoren bevorzugt meist Netze oder Folien aus Kupfer verwendet.
Zur Herstellung der schichtförmigen Elektroden von Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis werden aus meist pastenförmigen Zusammensetzungen, die ein geeignetes elektrochemisch aktives Material (kurz„Aktivmaterial“) umfassen, auf den Stromkollektoren dünne Elektrodenfilme gebildet. Für die Elektroden einer Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis geeignete Aktivmaterialien müssen Lithium- Ionen aufnehmen und wieder abgeben können, die beim Laden bzw. Entladen von der negativen zur positiven Elektrode (und umgekehrt) wandern.
Als für negative Elektroden von Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis geeignete Aktivmaterialien kommen insbesondere graphitischer Kohlenstoff oder zur Interkalation von Lithium befähigte nicht- graphitische Kohlenstoffmaterialien in Frage. Weiterhin können auch metallische und halbmetallische Materialien, die mit Lithium legierbar sind, zum Einsatz kommen. So sind beispielsweise die Elemente Zinn, Antimon und Silizium in der Lage, mit Lithium intermetallische Phasen zu bilden. Insbesondere können die kohlenstoffbasierten Aktivmaterialien mit den metallischen und/oder halbmetallischen Materialien auch kombiniert werden.
Für die positiven Elektroden von Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis eignet sich insbesondere Lithi umkobaltoxid (LCO) mit der Summenformel LiCo02, Lithiumnickelmangancobaltoxid (NMC) mit der Summenformel LiNixMnyCoz02 (wobei x + y + z typischerweise 1 ist), Lithiummanganspinell (LMO) mit der Summenformel LiMn204, Lithiumeisenphosphat (LFP) mit der Summenformel LiFePC oder Lithi umnickelcobaltaluminiumoxid (NCA) mit der Summenformel LiNixCoyAlz02 (wobei x + y + z typischer weise 1 ist). Auch Mischungen der genannten Materialien können eingesetzt werden.
In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich die erfindungsgemäße Minia- turbatterie durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:
• Der erste und/oder der zweite elektrische Leiter bestehen aus einem Metall, insbesondere aus einer Metallfolie.
• Der erste und/oder der zweite elektrische Leiter sind als Streifen aus ausgebildet.
• Der erste und/oder der zweite elektrische Leiter weisen eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 0,7 mm, bevorzugt im Bereich von 0,07 mm bis 0,3 mm, auf.
• Der erste und/oder der zweite elektrische Leiter weisen eine Breite im Bereich von 1 mm bis 15 mm, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 15 mm, auf.
Auch hier können die unmittelbar vorstehenden Merkmale unabhängig voneinander verwirklicht sein. Besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
In aller Regel ist es bevorzugt, dass es sich bei dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Leiter um separate Bauteile handelt, die elektrisch mit den metallischen Stromkollektoren der Elektroden der elektrochemischen Zelle verbunden sind, beispielsweise mittels Verschweißung. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass als elektrische Leiter nicht mit Elektrodenmaterial beschichtete Teile der Stromkollektoren verwendet werden. Beispielsweise kann ein Stromkollektor eine nicht mit Elektro denmaterial beschichtete Ableiterfahne aufweisen, die unmittelbar mit einem der metallischen Ge häuseteile verbunden ist, beispielsweise mittels Verschweißung. Alternativ kann ein Stromkollektor eine nicht mit Elektrodenmaterial beschichtete Ableiterfahne aufweisen, die als elektrischer Leiter durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil aus dem Gehäuse herausgeführt ist.
Insbesondere wenn in dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie als elektrochemische Zelle eine Zelle auf Lithium-Ionen-Basis angeordnet ist, ist die Miniaturbatterie durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale gekennzeichnet:
• Der erste, mit der positiven Elektrode verbundene elektrische Leiter besteht aus einer Metallfolie aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung.
• Der zweite, mit der negativen Elektrode verbundene elektrische Leiter besteht aus einer Metallfo lie aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung.
Auch hier können die unmittelbar vorstehenden zusätzlichen Merkmale unabhängig voneinander verwirklicht sein. Besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der erste und/oder der zweite elektrische Leiter aus einem mehrlagigen Metallverbund oder aus einer Metallfolie, die auf ihrer Außenseite galvanisch beschichtet ist, bestehen. Beispielsweise kann es sich bei dem zweiten elektrischen Leiter um eine Metallfolie aus Kupfer handeln, deren Außenseite galvanisch mit Nickel beschichtet wurde.
In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich die erfindungsgemäße Minia- turbatterie durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:
• Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil besteht aus einem elektrisch isolierenden Kunst stoff, bei dem es sich besonders bevorzugt um ein thermoplastisches Elastomer (TPE) handelt.
• Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil ist rechteckig ausgebildet und weist eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm auf.
• Das als Kunststoff teil ausgebildete Seitenteil weist eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 7 mm auf.
Auch hier können die unmittelbar vorstehenden zusätzlichen Merkmale unabhängig voneinander verwirklicht sein. Besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
Bei thermoplastischen Elastomeren handelt es sich um Kunststoffe, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch ver- formen lassen und somit ein thermoplastisches Verhalten zeigen. In der Regel wird dies realisiert, indem elastische Polymerketten in ein thermoplastisches Grundmaterial eingebunden werden, die diesem gummielastische Eigenschaften verleihen.
Mit besonderem Vorteil sind thermoplastische Elastomere schweißbar. Sie weisen hervorragende Dichtungseigenschaften auf.
Erfindungsgemäß können beispielsweise thermoplastische Elastomere auf Polyamidbasis (TPE-A o- der TPA = thermoplastische Copolyamide), thermoplastische Elastomere auf Polyolefinbasis (TPE-0 oder TPO = thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis oder gegebenenfalls auch TPE-V oder TPV = thermoplastische Vulkanisate oder vernetzte thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis) zum Ein satz kommen.
Besonders bevorzugt kommen thermoplastische Elastomere zum Einsatz, insbesondere olefinische TPE-V's und TPE-O's, die ein Haftvermittlersystem umfassen, das ihre Haftung auf Metalloberflächen verbessert. Geeignete Haftvermittlersysteme sind beispielsweise in der WO 2016/038089 Al beschrie ben.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann es sich bei dem elektrisch isolierenden Kunst stoff auch um ein Polyphenylensulfid (PPS) oder um ein Polyetherketon (PEK), insbesondere um ein PEK, handeln.
Bei Polyetherketonen handelt es sich bekanntlich um hochtemperaturbeständige thermoplastische Kunststoffe. Die gebräuchlichsten Polyetherketone sind Polyaryletherketone (kurz: PAEK). Polyether ketone sind gegenüber fast allen organischen und anorganischen Chemikalien beständig. Empfindlich sind sie lediglich gegenüber UV-Strahlung sowie gegenüber stark sauren und oxidierenden Bedingun gen, wie sie in der Regel in Batterien jedoch nicht anzutreffen sind.
Zu den bekanntesten und wichtigsten Vertretern von PEK zählt PEEK (Polyetheretherketon). PEEK wird vorliegend besonders bevorzugt eingesetzt.
Die Schmelztemperatur von PEEK liegt bei ca. 335 °C bis 345 °C. Es existieren diverse Abkömmlinge (z.B. PEEEK (Poly(etheretheretherketon)) und PEKK (Poly(etherketonketon))), welche geringfügig an- dere Schmelzpunkte aufweisen (z. B. PEKK ca. 391 °C oder PEEEK ca. 324 °C). Alle diese Abkömmlinge sind als Material für das Kunststoffteil geeignet.
Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil muss zwingend nicht über seine gesamte Fläche eine gleichbleibende Dicke aufweisen. Es kann beispielsweise auch einen U-förmigen Querschnitt aufwei sen. Das ist beispielsweise der Fall, wenn das Seitenteil einen rechteckigen Boden und vier senkrecht auf dem Boden stehende Seitenwände aufweist. Die Seitenwände des Seitenteils stehen in diesem Fall bevorzugt in einem zweidimensionalen, flächigen Kontakt mit den an das als Kunststoffteil aus gebildete Seitenteil angrenzenden metallischen Gehäuseteilen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die erfindungsgemäße Mini aturbatterie durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:
• Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil weist mindestens eine Durchbrechung auf, durch die das Gehäuse mit einem Elektrolyt befüllt werden kann.
• Auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils ist eine metallische Diffusions sperre aufgebracht.
• Die Diffusionssperre ist eine Metallschicht, insbesondere in Form einer Metallfolie oder einer Me- tall-Kunststoff-Verbundfolie.
• Die mindestens eine Durchbrechung, durch die das Gehäuse mit einem Elektrolyt befüllt werden kann, ist durch die Diffusionssperre verschlossen.
Auch hier können die unmittelbar vorstehenden zusätzlichen Merkmale unabhängig voneinander verwirklicht sein. Besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
Produktionsbedingt kann es von Vorteil sein, eine im Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatte rie angeordnete elektrochemische Zelle erst nach dem Schließen des Gehäuses mit einem Elektroly ten zu tränken. Dies kann durch die mindestens eine Durchbrechung erfolgen, bei der es sich in der Regel um ein einfaches Loch handelt. Anschließend muss das Loch verschlossen werden. Dies kann insbesondere mittels der metallischen Diffusionssperre geschehen. Der Verschluss der mindestens einen Durchbrechung kann beispielsweise mittels eines Klebe- oder Siegelpads erfolgen. Gegebenenfalls erfolgt der Verschluss auch erst nach der Formation der erfin dungsgemäßen Miniaturbatterie.
Die Diffusionssperre soll einer Diffusion von Wasserdampf und Luft in das Gehäuse und einer Diffusion von flüssigem Elektrolytbestandteil aus dem Gehäuse entgegenwirken. Dient die Diffusionssperre zum Verschließen der mindestens einen Durchbrechung, so kann sie jedoch gleichzeitig als Sicherheitsven til in Form einer Berstmembran dienen.
Als Diffusionssperre kann beispielsweise eine Aluminiumfolie oder eine mehrlagige Verbundfolie mit einer beidseitig von Kunststofflagen umgebenen Lage aus Aluminium dienen. Ein Beispiel für eine geeignete Verbundfolie ist eine mehrlagige Verbundfolie mit der Sequenz Polyamid / Aluminium / Polyethylen. Die Folien können auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils beispielsweise aufkaschiert werden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen deckt die Diffusionssperre die Außenseite des als Ku nststoff te il ausgebildeten Seitenteils vollständig ab.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Gehäuse eine erste Durchbrechung auf weisen, die dem Befüllen des Gehäuses mit dem Elektrolyten dient, und eine zweite Durchbrechung, die nach einem Verschluss mit einer geeigneten Membran, beispielsweise der beschriebenen Diffusi onssperre, ein Sicherheitsventil bildet. Diese erste Durchbrechung kann nach dem Einfüllen des Elekt rolyten beispielsweise mittels eines Klebe- oder Siegelpads, mittels eines Klebstoffs, insbesondere eines Schmelzklebstoffs, oder mittels eines passenden Deckels oder Verschlusses verschlossen wer den.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Herstellung der erfindungsgemäßen sekundären Miniaturbatterie bevorzugt gemäß einem Verfahren mit den folgenden Schritten:
• Bereitstellung des ersten und/oder des zweiten elektrischen Leiters.
• Bereitstellung der Zelle mit der positiven Elektrode und der negativen Elektrode.
• Bildung des als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteils aus einem flüssigen Kunststoff oder aus einem Kunststoffvorläufer in einem Werkzeug, in dem der erste und/oder der zweite elektrische Leiter derart positioniert wird, dass ein nicht endständiger Abschnitt des oder der Leiter mit dem Kunststoff oder dem Kunststoffvorläufer in Kontakt tritt und von diesem umschlossen wird, und zwei endständige Abschnitte des oder der Leiter nicht mit dem Kunststoff oder dem Kunststoff vorläufer in Kontakt treten.
• Bildung einer elektrischen Verbindung zwischen der positiven und/oder der negativen Elektrode und dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Leiter.
• Einsetzen der Zelle in ein offenes Gehäuse umfassend als Gehäuseteile aus dem Metall oder aus der Metalllegierung das erste und das zweite Basisteil sowie drei der vier Seitenteile.
• Zum Schließen des Gehäuses Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteil und den an es angrenzenden Gehäuseteilen aus dem Me tall oder aus der Metalllegierung.
Besonders bevorzugt erfolgt die Bildung der elektrischen Verbindung zwischen der positiven und/oder der negativen Elektrode und dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Leiter nach der Bildung des Kunststoffteils. Die Bildung der elektrischen Verbindung erfolgt bevorzugt durch Ver schweißung.
Wie oben dargelegt, wird die Zelle bevorzugt in den prismatischen Becher aus den zwei Basisteilen und den drei Seitenteilen eingesetzt. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der erste und der zweite elektri sche Leiter beide in dem Werkzeug auf die beschriebene Weise positioniert werden, so dass im Ergeb nis beide Leiter durch das als Kunststoff teil ausgebildete Seitenteil geführt sind.
Es ist auch denkbar, dass zwei als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteile auf die beschriebene Weise gebildet werden, wobei der erste elektrische Leiter durch eines der zwei als Kunststoffteil ausgebilde te Seitenteile und der zweite elektrische Leiter durch das andere der zwei als Kunststoffteil ausgebil dete Seitenteile geführt ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass nach der Bildung der elektrischen Verbindung zwischen der positiven Elektrode und dem ersten elektrischen Leiter und der negativen Elektrode und dem zweiten elektrischen Leiter die Zelle in ein offenes Gehäuse umfassend als Gehäu seteile aus dem Metall oder aus der Metalllegierung das erste und das zweite Basisteil sowie zwei der vier Seitenteile eingesetzt wird. Hier kommt also bevorzugt ein an zwei Seiten offener prismatischer Becher zum Einsatz. Zum Verschließen des Gehäuses werden die als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteile mit den jeweils angrenzenden, aus dem Metall oder aus der Metalllegierung bestehenden Gehäuseteilen stoffschlüssig verbunden.
Die Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung erfolgt besonders bevorzugt mittels Induktion oder mittels Verschweißung. Bei der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung mittels Induktion ist es bevorzugt, dass die Ge häuseteile aus dem Metall oder aus der Metalllegierung zumindest bereichsweise induktiv so stark erwärmt werden, dass das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil in Kontaktbereichen aufschmilzt. Beim anschließenden Abkühlen kommt es zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung.
Induktives Erwärmen elektrisch leitfähiger Körper ist ein bekannter Vorgang, bei dem Metalle durch in ihnen erzeugte Wirbelstromverluste bei in der Regel hohem Wirkungsgrad erwärmt werden. Vorlie gend werden alle Gehäuseteile aus dem Metall oder aus der Metalllegierung durch in ihnen erzeugte Wirbelströme erwärmt. Die erwärmten Gehäuseteile erhitzen dann wiederum in den Kontaktberei chen das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil bis es schmilzt.
Erfolgt die Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung mittels Verschweißung, so ist eine Ultraschall verschweißung oder eine Verschweißung mittels eines Lasers bevorzugt.
Besonders bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mindestens einen der folgenden zu sätzlichen Schritte:
• Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil wird entweder mit der Durchbrechung gebildet oder die Durchbrechung wird in das Seitenteil nach seiner Bildung eingebracht.
• Das Gehäuse wird durch die Durchbrechung mit dem Elektrolyten befüllt.
• Die Durchbrechung wird verschlossen.
Wie oben dargelegt, kann es von Vorteil sein, eine im Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatte rie angeordnete elektrochemische Zelle erst nach dem Schließen des Gehäuses mit einem Elektroly ten zu tränken. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn es sich bei der herzustellenden Miniaturbat terie um eine Miniaturbatterie auf Lithium-Ionen-Basis handelt. Batterien auf Lithium-Ionen-Basis enthalten in aller Regel einen brennbare organische Bestandteile umfassenden, verdampfbaren Elekt rolyten, beispielsweise eine Mischung organischer Carbonate als Lösungsmittel.
Die Durchbrechung kann entweder gleichzeitig mit dem als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteil gebildet werden oder aber nach dessen Bildung in das Kunststoffteil eingebracht werden, beispiels weise durch eine Bohrung.
Das Verschließen der Durchbrechung erfolgt in Analogie zu obigen Ausführungen bevorzugt, indem die Diffusionssperre auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils aufgebracht wird. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen schematisch
Figur 1 eine Illustration einer ersten Ausführungsform einer Miniaturbatterie gemäß der Erfindung in einer Draufsicht schräg von vorne;
Figur 2 eine Illustration einer zweiten Ausführungsform einer Miniaturbatterie gemäß der Erfindu ng in einer Draufsicht schräg von vorne sowie eine Ausführungsform einer Diffusionssperre gemäß der Er findung;
Figur 3 eine Illustration einer dritten Ausführungsform einer Miniaturbatterie gemäß der Erfindung in einer Draufsicht schräg von vorne sowie eine weitere Ausführungsform einer Diffusionssperre gemäß der Erfindung; und
Figur 4 eine Illustration einer vierten Ausführungsform einer Miniaturbatterie gemäß der Erfindung in einer Draufsicht schräg von vorne; und
Figur 5 eine Illustration einer Ausführungsforme des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer sekundären Miniaturbatterie gemäß der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Miniaturbatterie 100 umfasst ein prismatisches Gehäuse 101, das insgesamt sechs Gehäuseteile umfasst. Fünf der Gehäuseteile bestehen aus einem dünnen Metallblech. Es han delt sich hierbei um das Basisteil 102, das nicht sichtbare, die Rückseite des Gehäuses 101 bildende, parallel zum Basisteil 102 angeordnete Basisteil 103 sowie weiterhin um die Seitenteile 104, 105 und 107 (wobei die Seiten 105 und 107 ebenfalls nicht sichtbar sind).
Eines der Gehäuseteile, das Seitenteil 106, ist als Kunststoffteil ausgebildet und mit den an es angren zenden metallischen Gehäuseteilen 102, 103, 104 und 105 stoffschlüssig verbunden.
In dem Gehäuse 101 ist eine (hier nicht sichtbare) elektrochemische Zelle 108 angeordnet, die mindes tens eine positive Elektrode 109 und mindestens eine negative Elektrode 110 aufweist. Die mindes tens eine positive Elektrode 109 ist mit dem elektrischen Leiter 111 verbunden. Die mindestens eine negative Elektrode 110 ist mit dem elektrischen Leiter 112 verbunden. Die beiden Leiter 111 und 112 sind durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil 106 aus dem Gehäuse 101 herausgeführt.
Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil 106 weist die Durchbrechung 114 auf, durch die das Ge häuse 101 mit einem Elektrolyt befü llt werden kann. Die Durchbrechung kann mittels eines Abklebers aus einer Metall/Kunststoff-Verbundfolie verschlossen werden. Ein solcher Abkleber kann die Funkti on einer Berstmembran übernehmen und somit als Sicherheitsventil dienen.
Die dargestellte Miniaturbatterie 100 weist eine ausgesprochen geringe Dicke (kürzester Abstand zwi schen einem Punkt auf der Außenseite des Basisteils 102 und einem Punkt auf der Außenseite des nicht sichtbaren Basisteils 103) von lediglich 4 mm auf. Ihre Höhe (kürzester Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des Seitenteils 106 und einem Punkt auf der Außenseite des Seitenteils 107) beträgt 40 mm und ihre Breite (kürzester Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des Sei tenteils 105 und einem Punkt auf der Außenseite des Seitenteils 104) beträgt lediglich 30 mm. Die bei den Basisteile 102 und 103 und die metallischen Seitenteile 104 und 105 weisen jeweils eine Dicke im Bereich von 0,12 bis 0,4 mm auf. Das Seitenteil 107 weist eine Dicke im Bereich von 0,15 bis 0,5 mm auf.
Die ein dem Gehäuse 101 enthaltene elektrochemische Zelle ist eine Lithium-Ionen-Zelle. Aufgrund der geringen Gehäusedimensionen weist sie eine Nennkapazität von deutlich unter 1000 mAh auf.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform einer Miniaturbatterie 100 unterscheidet sich in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform lediglich darin, dass die Außenseite des Seitenteils 106 mit einer Diffu sionssperre 115 abgedeckt ist. Bei der Diffusionssperre 115 ( siehe separate Darstellung) handelt es sich um eine Aluminiumfolie, die mit Hilfe eines Haftklebers auf die Außenseite des Seitenteils 106 aufkaschiert wurde. Die Diffusionssperre 115 weist die Ausnehmungen 115a und 115b auf, die groß genug sind, dass die elektrischen Leiter 111 und 112 hindurch geführt werden können ohne mit der Diffusionssperre 115 in Kontakt zu treten. Hierdurch wird ein Kurzschluss zwischen den elektrischen Leitern 111 und 112 unterbunden. Die Diffusionssperre 115 überdeckt weiterhin auch die Durchbre chung 114, die entsprechend hier nicht sichtbar ist. diese kann ebenfalls die Funktion einer Berst membran wahrnehmen.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Miniaturbatterie unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform lediglich darin, dass die Diffusionssperre 115 überdimensioniert ist. Sie kann über die das Seitenteil 106 begrenzenden Kanten umgeschlagen wer den und bedeckt somit auch einen streifenförmigen Teilbereich der Basisteile 102 und 103 sowie der Seitenteile 104 und 105.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Miniaturbatterie unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform darin, dass sie zwei separate Durchbrechungen 114a und 114b aufweist. Durch die Durchbrechungen, wahlweise durch die Durchbrechung 114a oder 114b, kann das Gehäuse 101 mit einem Elektrolyten befüllt werden. Bevorzugt wird dann eine der Durchbrechungen, beispielsweise die Durchbrechung 114a, mittels einer Diffusionssperre des oben beschriebenen Typs verschlossen und dient dann als Sicherheitsventil. Die andere Durchbrechung 114b kann beispielsweise mittels eines Klebepads verschlossen werden.
Die Herstellung der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Miniaturbatterien wird anhand von Fig. 5 illus triert. Zunächst wird hierzu das offene prismatische Gehäuse 113 bereitgestellt. Dieses umfasst die bereits erwähnten Basisteile 102 und 103 sowie die Seitenteile 104, 105 und 107. Das Innere des offe nen Gehäuses 113 ist über die rechteckige Öffnung 113a zugänglich, deren Öffnungsfläche exakt der Fläche des Seitenteils 107 entspricht.
Zum Schließen der Öffnung 113a wird das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil 106 bereitgestellt, das als Spritzgussteil um die elektrischen Leiter 111 und 112 herum gebildet wurde. Die Leiter 111 und 112 weisen jeweils endständig freie Kontaktabschnitte 111b und 111c sowie 112b und 112c auf sowie die nicht endständigen Abschnitte lila und 112a, die unmittelbar mit dem Kunststoffmaterial des Gehäuseteils 106 in Kontakt stehen.
Die elektrochemische Zelle 108 umfasst die negative Elektrode 110 sowie die (nicht sichtbare) positive Elektrode 109. Jede der Elektroden weist eine metallische Kollektorfahne auf. So ist die negative Elektrode 110 mit der Kollektorfahne 110a und die positive Elektrode 109 mit der Kollektorfahne 109a ausgestattet. Über diese Kollektorfahnen kann die elektrochemische Zelle in einem weiteren Schritt mit den durch das Gehäuseteil 106 geführten Ableitern 111 und 112 verbunden werden. Bevorzugt erfolgt dies durch Verschweißung der Kollektorfahnen 109a und 110a mit den endständigen Abschnit ten 111c und 112c.
Das dabei entstehende Zwischenprodukt aus der elektrochemischen Zelle 108 und dem Gehäuseteil 106 wird in dem offenen Gehäuse 113 verbaut. Hierzu wird die elektrochemische Zelle in das Gehäuse innere geschoben bis das Seitenteil 106 die rechteckige Öffnung 113a ausfüllt. Um einen flüssigkeits dichten Verschluss zu gewährleisten, wird anschließend das Gehäuseteil 106 mit den unmittelbar an es angrenzenden Gehäuseteilen 102, 103, 104 und 105 stoffschlüssig verbunden, bevorzugt indem diese mittels Induktion so hoch erwärmt werden, dass das Gehäuseteil 106 in den Kontaktbereichen schmilzt.
Anschließend kann das Gehäuse mit Elektrolyt durch die Durchbrechung 114 befüllt werden. Zum Verschließen der Durchbrechung 114 kann beispielsweise eine der in Fig. 2 oder Fig. 3 dargestellten Diffusionssperren auf die Außenseite des Gehäuseteils 106 aufkaschiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Sekundäre Miniaturbatterie (100) mit einer Nennkapazität < 1000 mAh mit den folgenden
Merkmalen: a. Die Miniaturbatterie (100) umfasst ein flüssigkeitsdicht verschlossenes Gehäuse (101), b. das Gehäuse (101) umfasst als Gehäuseteile ein erstes und ein zweites Basisteil (102, 103), c. die beiden Basisteile (102, 103) weisen jeweils eine ins Innere des Gehäuses (101) gerichtete Innenseite und eine nach außen weisende Außenseite auf,
d. die beiden Basisteile (102, 103) sind parallel zueinander angeordnet,
e. der kü rzeste Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des ersten Basisteils (102) und einem Punkt auf der Außenseite des zweiten Basisteils (103) beträgt lediglich 1,5 mm bis 5 mm, f. das Gehäuse (101) umfasst als Gehäuseteile vier die beiden Basisteile (102, 103) verbinden de Seitenteile (104, 105, 106, 107),
g. jedes der Seitenteile (104, 105, 106, 107) weist eine ins Innere des Gehäuses (101) gerichtete Innenseite und eine nach außen weisende Außenseite auf,
h. jedes der Seitenteile (104, 105, 106, 107) grenzt unmittelbar an das erste und das zweite Basisteil (102, 103) an,
i. jedem der Seitenteile (104, 105, 106, 107) sind zwei unmittelbar angrenzende Seitenteile zugeordnet,
j. jedem der Seitenteile (104, 105, 106, 107) ist ein nicht unmittelbar angrenzendes Seitenteil zugeordnet, das parallel zu ihm angeordnet ist, k. in dem Gehäuse (101) ist eine elektrochemische Zelle (108) mit einer positiven Elektrode (109) und einer negativen Elektrode (110) angeordnet,
l. die Miniaturbatterie (100) umfasst einen ersten elektrischen Leiter (111), der elektrisch mit der positiven Elektrode (109) verbunden ist,
m. die Miniatu rbatterie umfasst einen zweiten elektrischen Leiter (112), der elektrisch mit der negativen Elektrode (110) verbunden ist, n. eines der Seitenteile (106) ist als Kunststoffteil ausgebildet und mit den an es angrenzen den Gehäuseteilen (102, 103, 104 und 105) stoffschlüssig verbunden,
o. die an das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) angrenzenden Gehäuseteile (102, 103, 104 und 105) bestehen aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung, р. der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) ist oder sind durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) aus dem Gehäuse (101) herausge führt.
2. Miniaturbatterie (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen
Merkmale: a. Die beiden Basisteile (102, 103) und drei der Seitenteile (104, 105, 107) sind aus dem Metall oder der Metalllegierung ausgebildet.
b. Die beiden Basisteile (102, 103) sind jeweils rechteckig ausgebildet und weisen jeweils eine Länge im Bereich von 20 mm und 100 mm und eine Breite im Bereich von 10 mm bis 100 mm auf.
с. Die beiden Basisteile (102, 103) weisen jeweils eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,4 mm auf.
d. Die drei Seitenteile (104, 105, 107) sind rechteckig ausgebildet und weisen jeweils eine Län ge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm auf. e. Die drei Seitenteile (104, 105, 107) weisen jeweils eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm auf.
f. Die aus dem Metall oder der Metalllegierung ausgebildeten Basisteile (102, 103) und Seit enteile (104, 105, 107) des Gehäuses (101) bilden einen prismatischen Gehäusebecher (113) mit einer rechteckigen Öffnung (113a), die durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seiten teil (106) verschlossen ist.
3. Miniaturbatterie (100) nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die fol genden zusätzlichen Merkmale: a. Der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) bestehen aus einem Metall, insbesondere aus einer Metallfolie.
b. Der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) sind als Strei fen aus ausgebildet.
c. Der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) weisen eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 0,7 mm, bevorzugt im Bereich von 0,07 bis 0,3 mm, auf. d. Der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) weisen eine Breite im Bereich von 1 mm bis 15 mm, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 15 mm, auf.
4. Miniaturbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Der erste, mit der positiven Elektrode (109) verbundene elektrische Leiter (111) besteht aus einer Metallfolie aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung.
b. Der zweite, mit der negativen Elektrode (110) verbundene elektrische Leiter (112) besteht aus einer Metallfolie aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung.
5. Miniaturbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) besteht aus einem elektrisch isolieren den Kunststoff, bei dem es sich besonders bevorzugt um ein thermoplastisches Elastomer (TPE) handelt.
b. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) ist rechteckig ausgebildet und weist eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm auf.
c. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) weist eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 7 mm auf.
6. Miniaturbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende zusätzliche Merkmal: a. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) weist mindestens eine Durchbrechung (114, 114a, 114b) auf, durch die das Gehäuse (101) mit einem Elektrolyt befüllt werden kann.
7. Miniaturbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils (106) ist eine metallische Diffusionssperre (115) aufgebracht.
b. Die Diffusionssperre (115) ist eine Metallschicht, insbesondere in Form einer Metallfolie o- der einer Metall-Kunststoff-Verbundfolie.
c. Die mindestens eine Durchbrechu ng (114, 114a, 114b), durch die das Gehäuse (101) mit ei nem Elektrolyt befüllt werden kann, ist durch die Diffusionssperre (115) verschlossen. d. Die Diffusionssperre (115) deckt die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seiten teils (106) vollständig ab.
8. Verfahren zur Herstellung einer sekundären Miniaturbatterie (100) gemäß einem der vorherge henden Ansprüche mit den Schritten a. Bereitstellung des ersten elektrischen Leiters (111) und/oder des zweiten elektrischen Lei ters (112),
b. Bereitstellung der elektrochemischen Zelle (108) mit der positiven Elektrode (109) und der negativen Elektrode (110),
c. Bildu ng des als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteils (106) aus einem flüssigen Kunststoff oder aus einem Ku nststoffvorläufer in einem Werkzeug, in dem der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) derart positioniert wird, dass ein nicht endständiger Abschnitt (lila, 112a) des oder der Leiter (111, 112) mit dem Kunststoff oder dem Kunststoffvorläufer in Kontakt tritt und von diesem umschlossen wird, und zwei end ständige Abschnitte (111b, 111c; 112b, 112c) des oder der Leiter (111, 112) nicht mit dem Kunststoff oder dem Kunststoffvorläufer in Kontakt treten,
d. Bildung einer elektrischen Verbindung zwischen der positiven Elektrode (109) und/oder der negativen Elektrode (110) und dem ersten elektrischen Leiter (111) und/oder dem zweiten elektrischen Leiter (112),
e. Einsetzen der Zelle (108) in ein offenes Gehäuse (113) umfassend als Gehäuseteile aus dem Metall oder aus der Metalllegieru ng das erste und das zweite Basisteil (102, 103) sowie drei der vier Seitenteile (104, 105, 107), und
f. Zum Schließen des offenen Gehäuses (113) Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteil (106) und den an es angrenzen den Gehäuseteilen (102, 103, 104, 105) aus dem Metall oder aus der Metalllegierung.
9. Verfahren nach Anspruch 8 mit den folgenden zusätzlichen Schritten: a. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) wird entweder mit der Durchbrechung (114, 114a, 114b) gebildet oder die Durchbrechung (114) wird in das Seitenteil (106) nach seiner Bildung eingebracht.
b. Das Gehäuse (101) wird durch die Durchbrechung (114, 114a) mit dem Elektrolyten befüllt. c. Die Durchbrechung (114, 114a) wird verschlossen.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9 mit den folgenden zusätzlichen Schritten: a. Die Diffusionssperre (115) wird auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Sei tenteils (106) aufgebracht.
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