JP2012516004A - 外被を備えるガルバニ電池 - Google Patents

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Abstract

本発明による、とりわけ実質的に角柱形のガルバニ電池は、少なくとも1つの第1の電極積層体を有する。第1の電流導体が第1の電極積層体と接続されている。さらにガルバニ電池は、第1の電極積層体を少なくとも部分的に包囲する外被を有する。その際、第1の電流導体は外被から部分的にはみ出している。さらにガルバニ電池は、第2の電極積層体と第2の電流導体を有する。外被は、少なくとも1つの第1の成形部品と第2の成形部品を有する。成形部品の1つは、他の成形部品よりも高い熱伝導性を有する。成形部品は、少なくとも1つの電極積層体を少なくとも部分的に包囲するように設けられている。

Description

本発明は、バッテリ用のガルバニ電池に関する。本発明を、自動車駆動装置に給電するためのリチウムイオンバッテリに関して説明する。本発明は、ガルバニ電池の化学的特性、構造形式、または給電される駆動装置の種類とは無関係に使用することもできることを指摘しておく。
従来技術から、複数のガルバニ電池を備える、自動車駆動装置の給電用のバッテリが公知である。この種のバッテリの駆動中にはガルバニ電池において不可逆的化学反応も発生する。この不可逆的反応により、ガルバニ電池の充電容量が低減する。
本発明の根底にある課題は、バッテリのガルバニ電池の充電容量を、より多数の充電サイクルにわたって維持することである。
これは本発明によれば、独立請求項の対象によって達成される。本発明の好ましい改良形態は、従属請求項の対象である。
本発明による、とりわけ実質的に角柱形のガルバニ電池は、少なくとも1つの第1の電極積層体を有する。第1の電流導体が第1の電極積層体と接続されている。さらにガルバニ電池は、第1の電極積層体を少なくとも部分的に包囲する外被を有する。ここで第1の電流導体は外被から部分的にはみ出している。さらにガルバニ電池は、第2の電極積層体と第2の電流導体を有する。外被は、少なくとも1つの第1の成形部品と第2の成形部品を有する。成形部品の一方が、他方の成形部品よりも高い熱伝導性を有する。成形部品は、少なくとも1つの電極積層体を少なくとも部分的に包囲するように設けられている。
ここでガルバニ電池とは、電気エネルギーの放出にも用いられる装置を意味するものとする。ガルバニ電池は、エネルギーを化学的な形態で蓄積する。電流の放出の前に化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。場合によっては、ガルバニ電池は、電気エネルギーを吸収し、化学エネルギーに変換して蓄積するのにも適する。これは再充電可能なガルバニ電池と呼ばれる。電気エネルギーから化学エネルギーへのまたはその逆の変換には損失が伴い、不可逆化学反応が付随する。不可逆化学反応により、ガルバニ電池の領域をエネルギー蓄積およびエネルギー変換のために使用できなくなる。そのため、ガルバニ電池の蓄積能力または充電容量もまた、放電および充電過程または充電サイクルの数が増大するとともに低下する。ガルバニ電池の動作温度の上昇によっても不可逆化学反応は増大する。ガルバニ電池の形態は、使用場所での使用可能な空間に応じて選択される。好ましくは、ガルバニ電池は実質的に円柱状または角柱状に形成される。
ここで電極積層体とは、少なくとも2つの電極と、その間に配置された電解質との構成体を意味するものとする。電解質は部分的にセパレータによって吸収することができる。その際、セパレータは電極同士を分離する。
好ましくは少なくとも1つの電極、特に好ましくは少なくとも1つのカソードは、化学式LiMPO4の化合物を有し、ここでMは元素周期表の第一列の少なくとも1つの遷移金属のカチオンである。遷移金属カチオンはとりわけMn、Fe、NiおよびTi、またはこれらの元素の組合せからなる群から選択される。化合物は、カンラン石構造、好ましくはカンラン石超構造を有することが好ましい。
別の実施形態では、好ましくは少なくとも1つの電極、特に好ましくは少なくとも1つのカソードがマンガン酸リチウム、好ましくはスピネル型のLiMn2O4、コバルト酸リチウム、好ましくはLiCoO2、またはニッケル酸リチウム、好ましくはLiNiO2、またはこれら2種または3種の酸化物の混合物、またはマンガン、コバルトおよびニッケルを含有するリチウム混合酸化物を有する。
正電極と負電極は、1つまたは複数のセパレータによって互いに分離されていることが好ましい。このようなセパレータ材料は、例えば多孔性の無機材料からなることができ、このセパレータ材料は、セパレータを通る物質移動がセパレータ層と垂直には生じ得るが、セパレータ層と平行な物質移動は妨げられる、またはそれどころか抑制されるような性質を有する。
ここで、セパレータ材料は、粒子が温度閾値に達するかこれを超えると融解し、セパレータ層の孔を少なくとも局所的に縮小または閉鎖する粒子を散在させた、またはそうした粒子を少なくともその表面に有する、多孔性無機材料からなることが特に好ましい。このような粒子は好ましくは、ポリマー、またはポリマー混合物、ワックス、あるいはそれら材料の混合物を含む材料の群から選択された材料からなることができる。
本発明の一実施形態では、出発物質として化学反応に関与する移動可能な構成成分によって毛細管作用に基づいてセパレータ層の孔が充填されるようにセパレータ層が構成されていることが特に好ましく、これにより、セパレータ層の孔の外には、ガルバニ電池内に存在する移動可能な構成成分の総量のうち比較的僅かな部分しか存在しない。これに関連して、ガルバニ電池内に存在する電解質またはその化学構成成分またはそれら構成成分の混合物は、特に好ましい出発物質であり、この出発物質は本発明の特に好ましい一実施形態によれば、多孔性のセパレータ層全体をできるだけ濡らすまたは含浸させるが、セパレータ層の外には存在せず、または無視できる程度にしか存在せず、または比較的僅かな量しか存在しない。このような構成は、ガルバニ電池の製造の際に、多孔性のセパレータを、ガルバニ電池内に存在する電解質、または適切に選択された化学反応の別の出発物質で含浸させ、その結果、この出発物質が引き続きセパレータ内にだけ十分に存在するようにすることによって得ることができる。
化学反応に基づき、気泡形成によってまたは局所的加熱によって、おそらくまずは局所的にだけ圧力上昇が生じる場合、この出発物質は他の領域から反応領域に流れることができない。この出発物質がまだ流れることができる限り、またはまだ流れることができる間、この出発物質の他の箇所での使用可能性は対応して減少する。最終的に反応は停止するか、または少なくとも小さな領域に制限されたままとなることが好ましい。
本発明によれば、電子伝導性がなく、または電子伝導性が悪く、かつ少なくとも部分的に物質透過性の担体からなるセパレータが使用されることが好ましい。この担体は、少なくとも片側を無機材料でコーティングされていることが好ましい。少なくとも部分的に物質透過性の担体としては、不織フリースとして形成された有機材料が使用されることが好ましい。好ましくはポリマー、特に好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)を含む有機材料が、好ましくはイオン伝導性の無機材料でコーティングされ、この無機材料はさらに好ましくは-40℃〜200℃の温度範囲でイオン伝導性である。無機材料は好ましくは、元素Zr、Al、Liの少なくとも1つを含む酸化物、リン酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩の群からの少なくとも1つの化合物、特に好ましくは酸化ジルコンを含む。イオン伝導性の無機材料は、最大直径が100nm未満の粒子を有することが好ましい。
このようなセパレータは、例えばEvonik株式会社（ドイツ）から商品名「Separion」で市販されている。
電極積層体は、化学エネルギーを蓄積し、それを電気エネルギーに変換するためにも用いられる。再充電可能なガルバニ電池の場合、電極積層体は電気エネルギーを化学エネルギーに変換することもできる。例えば電極は、プレート状またはフィルム状に構成されている。電極積層体はまた巻くこともでき、実質的に円柱形を有することができる。これはむしろ電極コイルと呼ばれる。以下では概念「電極積層体」を、電極コイルにも使用する。第1の電極積層体と第2の電極積層体は、同様に構成されることが好ましい。電極積層体は、リチウムまたは他のアルカリ金属をイオンの形態で有することもできる。
ここで電流導体とは、電子を電極から別の電気作用機構、とりわけ電気的負荷に向けて流すこともできるデバイスを意味するものとする。電流導体は、反対の電流方向にも作用する。電流導体は、電極積層体と導電接続されている。電流導体は、接続ケーブルと接続することもできる。電流導体の形態は、ガルバニ電池または電極積層体の形態に適合されている。電流導体は、プレート状および/またはフィルム状に構成されていることが好ましい。第1の電流導体は外被から部分的にはみ出している。第2の電流導体は外被から部分的にはみ出してもよく、また2つの電極積層体間に導電性の接続を形成してもよい。好ましくは電極積層体の各電極が固有の電流導体を有するか、または同じ極性の電極が共通の電流導体に接続されている。
好ましくは、電流導体は部分的にコーティングされており、このコーティングはとりわけ電気絶縁性に構成されている。
ここで外被とは、化学物質が電極積層体から外界に流出することをも阻止する機構を意味するものとする。さらに外被は、電極積層体の化学構成成分を、外界との好ましくない相互作用から保護する。例えば外被は、電極積層体を外界からの水または水蒸気の浸入から保護する。外被はフィルム状に構成することができる。外被は、熱エネルギーの放出をできるだけ妨げないようにすべきである。ここで外被は少なくとも2つの成形部品を有する。外被は、電極積層体の形態に少なくとも部分的に適合されていることが好ましい。
ここで成形部品とは、電極積層体の形態に適合されている固体を意味するものとする。場合によっては、成形部品は、別の成形部品および/または電極積層体と協働して初めてその形態を取る。電極積層体が平行六面体形の場合、成形部品は実質的に長方形に裁断することができる。その際、成形部品の寸法は、電極積層体の特定の寸法より大きく選択されることが好ましい。2つの成形部品が電極積層体の周りに配置されたとき、成形部品は電極積層体から部分的に突き出し、突出縁部を部分的に形成する。ここで成形部品の縁部領域は、好ましくは別の成形部品の縁部領域と、好ましくは平坦に接触する。例えば1つの成形部品は平坦なプレートとして構成され、別の成形部品は電極積層体の周りで第1の成形部品に密着する。
1つの成形部品が、他の成形部品よりも高い熱伝導性を有し、少なくとも1つの電極積層体に部分的かつ熱伝導的に接触する。成形部品と電極積層体との温度差に応じて、熱エネルギーが電極積層体から外へ、または電極積層体中に伝達される。
好ましくは、成形部品は2つの電極積層体の間に配置され、両方の電極積層体と熱伝導的に接触する。
ここで包囲するとは、成形部品が別の成形部品と一領域で接触することができることを意味するものとする。その際、少なくとも1つの電極積層体が、関係する成形部品の間に置かれる。包囲の後、少なくとも2つの成形部品は一領域で平坦に、好ましくは少なくとも関係する成形部品の境界エッジまたは縁部領域に沿って接触する。
自動車駆動装置に給電するためにバッテリから一時的に大電流が取り出されるが、この大電流はバッテリのガルバニ電池を著しく加熱することがある。温度上昇とともに、ガルバニ電池内で不可逆化学反応も増大する。本発明によればガルバニ電池の外被は、外被の他の部分に比べて著しく高い熱伝導性を特徴とする成形部品によって形成される。したがって熱抵抗を著しく低減することができ、電極積層体への熱流または電極積層体からの熱流を高めることができる。このようにしてガルバニ電池内の熱出力を、温度差が小さい場合でも放出することができる。
ガルバニ電池の動作温度を制限することにより、不可逆化学反応が減少し、ガルバニ電池の充電容量が十分に維持され、動作寿命が長くなり、根底にある課題が解決される。
以下、本発明の好ましい改良形態について説明する。
有利には、外被の少なくとも2つの成形部品が、互いに結合されるように設けられている。この結合は、例えば摩擦接合または好ましくは一体接合である。種々の成形部品の材料に応じて、これらは例えば接着または溶接法によって互いに結合される。とりわけ超音波溶接またはレーザ溶接を、少なくとも2つの成形部品を結合するために使用することができる。その際に、場合によっては、関係する成形部品の表面の少なくとも1つを前処理または活性化するのが有益である。摩擦接合または一体接合により、好ましくは環状ストライプ形の結合が、成形部品間の空間を外界に対して密封するように、成形部品が結合される。付着性改善のために、介挿されるストライプ、例えばシールテープも使用することができる。少なくとも2つの成形部品が、第1の結合領域でとりわけ一体接合で互いに結合されることが好ましい。この第1の結合領域は、関係する成形部品の縁部領域に沿って延在することが好ましい。その際、第1の結合領域はストライプ状に構成される。第1の結合領域が成形部品の境界エッジに沿って、完全に一周する必要はない。関係する成形部品を結合する前に、さらなる介挿部品を、やはり成形部品と摩擦接合または一体接合で結合されるように配置することができる。とりわけ電流導体は、これが外被から部分的にはみ出すように介挿される。したがって外被は、電流導体の領域でも外界に対して気密である。
有利には外被の少なくとも1つの成形部品が熱伝達領域を有する。この熱伝達領域は、電極積層体へのまたは電極積層体からの熱伝達の改善にも役立つ。好ましくは、熱伝達領域には第1の温度調節手段が流れ込み、および/または熱伝達領域が温度調節要素と熱伝導的に接触している。成形部品の熱伝達領域は、成形部品の表面の大部分に対応していてもよい。熱伝達領域は同時に、ガルバニ電池を温度調節要素に、例えばねじ、リベット、接着、または溶接によって固定するために役立つことができる。
外被の少なくとも1つの成形部品は曲げ剛性を有するように形成されていることが好ましい。この成形部品は電極積層体に支持を提供し、電極積層体を機械的損傷から保護することができ、またはガルバニ電池と収容装置との機械的接続に役立つことができる。この成形部品は金属プレートまたは金属板として構成されることが好ましい。成形部品は例えばビード、盛り上がった縁部領域またはリブによって補強することができる。
外被の少なくとも1つの成形部品は薄壁に形成されることが好ましい。壁厚は、少なくとも1つの成形部品を機械的、電気的または熱的要件に適合させるように構成されることが好ましい。その際、壁厚は一様である必要はない。薄壁の成形部品の壁厚が増大した領域は、ヒートシンクまたはヒートタンクとして作用することができ、したがって熱エネルギーを電極積層体から放出し、またはこれに輸送するのに寄与することができる。成形部品を薄壁に構成すれば、重量およびスペースも節約される。好ましくは少なくとも1つの成形部品はフィルム、特に好ましくは複合フィルムとして構成される。複合フィルム用の材料として、金属またはプラスチックも考えられる。
外被の少なくとも1つの成形部品は、少なくとも一領域にコーティングを有することが好ましい。このコーティングは、成形部品に課される要件に適合させるためにも役立つ。例えばコーティングは、電気絶縁のため、ガルバニ電池の化学物質に対して成形部品を保護するため、接着剤接続の付着性改善のため、熱伝導性の改善のため、または外界からの有害な作用から保護するために役立つ。コーティングは、成形部品の表面に化学的活性化を引き起こすことができる。コーティングは、好ましくは成形部品の材料とは異なる材料からなる。少なくとも1つの成形部品が、複数の異なるコーティングを有することもでき、これらを成形部品の異なる箇所に配置することもできる。成形部品が電極積層体と電気接触している場合、電流導体はこの成形部品に対して好ましくは電気的に絶縁される。
有利には外被の少なくとも1つの成形部品は切欠部、とりわけ皿状凹部を有する。この形態により、成形部品は、増加した慣性極モーメントまたは曲げ剛性を得る。この切欠部は、電極積層体を少なくとも部分的に収容することが好ましい。これは電極積層体の保護にも役立つ。切欠部を有する成形部品の壁厚は好ましくは要件に適合されている。外被の複数の成形部品が切欠部を有することもでき、それらの切欠部が電極積層体を収容するための共通の空間を形成する。成形部品は、深絞り加工またはコールドフロープレスされた金属板として構成されることが好ましい。成形部品は、深絞り加工されたプラスチックプレート、または複合フィルム、またはプラスチックフィルムとして構成されることが好ましい。切欠部を有する外被の成形部品は、別の成形部品と結合するために設けられた、少なくとも1つの第1の結合領域をさらに有する。
有利には少なくとも1つの成形部品は、第2の結合領域を有する。第2の結合領域は、ガルバニ電池を例えばハウジング内、フレーム内、または基板上に固定するためにも役立つ。第2の結合領域は、当該の成形部品と別の本体との結合が所定の様式でのみ行われるように構成されることが好ましい。
例えば第2の結合領域は、別の本体のある領域に対応する幾何形態を有する。
好ましくは、成形要素、例えば穴およびピンの配置により、成形部品と別の本体との結合が所定の様式でのみ可能であるようにすることができる。貫通穴またはねじの配置も、所定の様式での結合のみを許容することができる。第2の結合領域は、第1の結合領域から空間的に分離されていることが好ましい。外被の少なくとも1つの成形部品は、好ましくは複数の別個の第2の結合領域を有する。成形部品と他の本体との結合は、例えばリベット、ねじ、溶接、または接着によって行われる。好ましくは成形部品の第2の結合領域と、この成形部品の熱伝達領域とが一致する。これらの領域では、成形部品が例えば温度調節要素、フレーム、またはバッテリハウジングの基板と結合される。
有利には、本発明によるガルバニ電池の少なくとも2つの電極積層体は、互いに導電接続されている。導電接続は、電極積層体の電流導体を介して間接的に行うことができる。この接続は、電極積層体の電気直列接続またはそれらの並列接続を提供することができる。
それぞれ第1の電流導体が第1の電極積層体と、第2の電流導体が第2の電極積層体と接続されている。両方の電流導体が外被から部分的にはみ出している場合、電流導体または電極積層体の導電接続を外被の外で行うことができる。例えば2つの電流導体が、成形部品の縁部から突き出ている。その際、少なくとも1つの電流導体が、別の電流導体の方向にはみ出すことができ、これと部分的に導電接触または導電接続することができる。さらに少なくとも1つの電流導体は、部分的に電気絶縁的にコーティングすることができる。
有利には少なくとも1つの成形部品が、とりわけ外被内部に少なくとも1つのスリットを有する。スリットは、好ましくは電気絶縁的にコーティングされたエッジによって画定されている。第2の電流導体は、成形部品のスリットを通って案内される。好ましくは第2の電流導体は、スリットを密封するように構成されており、および/または部分的に電気絶縁的にコーティングされている。第2の電流導体の領域は、第1の電流導体と少なくとも部分的に導電接続されている。少なくとも2つの電極積層体は電気的に直列に接続されることが好ましい。2つの電極積層体を有するガルバニ電池が、引き出された、極性の異なる2つの電流導体だけを有することもできる。
有利には少なくとも2つのガルバニ電池が、1つのバッテリにまとめられる。その際、少なくとも2つのガルバニ電池が、好ましくは互いに平行に配置される。角柱状または平行六面体の電池が、好ましくは互いに平坦に接触され、実質的に平行六面体のパケットを形成することができる。
さらにバッテリには、少なくとも1つの温度調節要素が配設されている。温度調節要素は、あらかじめ定められた温度を有し、この温度は時間的に変化させることができる。温度調節要素の温度は、好ましくはガルバニ電池の電極積層体の温度に応じて選択される。あらかじめ定められた温度勾配により、この電極積層体への、またはこの電極積層体からの熱の流れが引き起こされる。その際に、温度調節要素は電極積層体と、温度調節要素に接触している少なくとも1つの成形部品またはその熱伝達領域を介して熱エネルギーを交換する。既存のガルバニ電池も、第2の結合領域を介して温度調節要素と、特に摩擦接合または一体接合により結合することができる。
有利には温度調節要素は、温度調節要素の所定の温度を調節するための少なくとも1つの第1のチャネルをも有する。好ましくはこのチャネルには第2の温度調節手段が充填されている。特に好ましくは、第2の温度調節手段は、この少なくとも1つのチャネルを流れる。このとき、流れる第2の温度調節手段は、温度調節要素に熱エネルギーを供給し、またはそれから熱エネルギーを排出する。少なくとも1つの温度調節要素は、好ましくは熱交換器と動作可能に接続されている。熱交換器は、とりわけ第2の温度調節手段によって、この温度調節要素から熱エネルギーを排出し、またはこの温度調節要素に熱エネルギーを供給する。熱交換器または温度調節手段は、自動車の空気調和装置と相互作用することができる。熱交換器は、電気加熱機構を有することができる。
有利には、少なくとも2つのガルバニ電池を備えるバッテリは、ガルバニ電池の少なくとも1つの成形部品に第1の温度調節手段が流れ込むように動作される。例えば第1の温度調節手段として、周囲空気または自動車の空気調和装置の冷媒が使用される。第1の温度調節手段は、少なくとも1つの成形部品、その熱伝達領域、または電極積層体よりも高い温度を有することも低い温度を有することもできる。
有利には本発明によるガルバニ電池は、まず、外被の少なくとも2つの成形部品が1つの電極積層体を取り囲んで一体になるように製造される。このとき、ガルバニ電池の電流導体を介挿することができる。続いて2つの成形部品を、互いにとりわけ一体接合で結合し、それによりとりわけ少なくとも2つの成形部品による環状の結合を形成する。このようにして好ましくは、気密な外被が電極積層体の周りに形成される。
続いて少なくとも1つの成形部品を、曲げることにより、とりわけ成形部品の少なくとも1つの縁部領域を盛り上げることにより、変形された状態にする。好ましくは第1の結合領域は、少なくとも部分的に面取りする。このとき少なくとも1つの成形部品の寸法を縮小することができる。有利には、成形部品の盛り上がった領域は、電極積層体の追加の機械的保護をもたらす。有利にはこの盛り上がった縁部領域は、該当する成形部品の慣性極トルクを高める。
本発明のさらなる利点、特徴、および適用可能性は、図面に関連する以下の説明から明らかになる。
2つの電極積層体を備える本発明によるガルバニ電池の斜視図である。 2つの電極積層体を備える本発明によるガルバニ電池の分解図である。 2つの電極積層体を備える本発明によるガルバニ電池の側面図および断面図である。 2つの電極積層体を備える本発明によるガルバニ電池の部分拡大断面図である。 電流導体が接続された2つの電極積層体を備える本発明によるガルバニ電池の斜視図である。 2つの電極積層体と、接続された電流導体とを備える本発明によるガルバニ電池の部分拡大断面図である。 内部で電気的に直列に接続された2つの電極積層体を備える本発明によるガルバニ電池を示す図である。 図7のガルバニ電池の分解図である。 図7および8のガルバニ電池のスリットを備える成形部品の斜視図である。 2つの電極積層体と内部直列接続を備える本発明によるガルバニ電池の拡大部分図である。
図1は、2つの電極積層体を備える本発明によるガルバニ電池を示す。成形部品5aは金属板として構成されている。下方エッジに沿って成形部品5aが部分的に折り曲げられている。盛り上がった領域は熱伝達領域7として、また第2の固定領域12として働く。成形部品5aの両側には、それぞれ1つの電極積層体(図示せず)が配置されている。第1の電極積層体に第1の電流導体3、3aが接続されている。これらは外被4から部分的にはみ出している。外被4はさらに2つのさらなる成形部品5、5bを有しており、これらは第1の結合領域6により、それらの間に配置された成形部品5aと一体接合で結合されている。したがって、電極積層体の抜け落ちが防止される。ここで成形部品5aは電極積層体を支持する。さらに成形部品5aは、ガルバニ電池の電極積層体との熱エネルギー交換に役立つ。温度調節要素は図示されていないが、この温度調節要素と成形部品5aは第2の結合領域12によって一体接合で結合され、熱伝達領域7によって熱伝導結合されている。
図2は、外被を閉鎖する前の、2つの電極積層体2、2aを備える本発明によるガルバニ電池を示す。一体接合を形成する前に、シールテープ16が電流導体3、3aとともに、成形部品5、5a、5bの間に介挿されることも示されている。
図3は、図1による電極積層体を2つ備える本発明のガルバニ電池の側面図を示す。図の断面図には、電極積層体2、2aが示されている。電極積層体はそれぞれ複数のアノード層、カソード層、およびセパレータ層を有する。セパレータ層に電解質が部分的に吸収されている。
図4は、図3からのガルバニ電池の一部を拡大図として示す。電極積層体が多数のアノードおよびカソードを有することが図示されており、これらが電流テープを介して第1の電流導体3、3aと接続されている。この場合、結合は溶接によって形成されている。電極2、2aが成形部品5aの両側に配置されており、この成形部品5aに伝熱的に接触していることも図示されている。
図5は、互いに電気的に接続された2つの電極積層体を備える本発明によるガルバニ電池を示す。それに加えて第2の電流導体18、18aが外被4の外で一体接合で、かつ導電結合的に互いに結合されている。極性の異なる第2の電流導体を結合することにより、電極積層体は直列に接続される。
図6は、図5からのガルバニ電池の一部を拡大して示す。第2の電流導体18、18aが成形部品5aの上方で、これらが互いに平坦に導電接触するように曲げられていることが図示されている。
図7は、互いに接続された電極積層体を備える本発明によるガルバニ電池を示す。外被4から、極性の異なる2つの第1の電流導体3、3aだけが突き出ている。2つの電極積層体が外被4内で、第2の電流導体によって導電結合され、直列に接続されていることは図示されていない。この接続は並列接続として形成することもできる。
図8は、外被4を閉鎖する前の、図7からのガルバニ電池を示す。中央に配置され、金属板として構成された成形部品5aはスリット9を有する。このスリットの縁部は電気絶縁コーティング10を施されている。第2の電流導体18、18aは、これらが互いにスリット9の窓の領域内で導電接触するように構成されている。ここでは第2の電流導体18、18aは、外被4から突き出ていない。
図9は、曲げ剛性があり、金属板として構成され、スリット9を備える成形部品5aを部分的に拡大して示す。スリット9の縁部に沿った成形部品5aの一部領域のコーティング10も図示されている。このコーティング10は、ポリマー材料から電気絶縁的に構成されている。
図10は、図7によるガルバニ電池の代替実施形態を示す。成形部品5aのスリット9の領域内の部分が拡大して示されている。2つの電極積層体2、2aが、導体突起を介して第2の電流導体18に溶接されている。第2の電流導体18はスリット9内に配置されている。第2の電流導体18は、絶縁性コーティング10により成形部品5aから電気的に分離されている。コーティング10と第2の電流導体18はそれらの寸法に関して、第2の電流導体18がまたスリット9を密封するように互いに適合されている。電極積層体2、2aを収容する外被4の2つの空間は、それぞれ気密に密封することができる。
1 ガルバニ電池
2 第1の電極積層体
2a 第2の電極積層体
3、3a 第1の電流導体
4 外被
5、5b、5c 成形部品
6 第1の結合領域
7 熱伝達領域
8 温度調節要素
9 スリット
10 コーティング
11 切欠部
12 第2の結合領域
13 第1のチャネル
14 第1の温度調節手段
18、18a 第2の電流導体

Claims (18)

  1. 第1の電極積層体(2)と、
    第1の電極積層体(2)に接続された第1の電流導体(3、3a)と、
    第1の電極積層体(2)を少なくとも部分的に包囲する外被(4)とを有し、
    前記第1の電流導体(3、3a)が前記外被(4)から部分的にはみ出している、とりわけ実質的に角柱形のガルバニ電池(1)において、
    前記ガルバニ電池(1)がさらに第2の電極積層体(2a)と第2の電流導体(18、18a)を有し、
    前記外被(4)が少なくとも1つの第1の成形部品(5a)と第2の成形部品(5b)を有し、1つの成形部品が他の成形部品よりも高い熱伝導性を有し、
    前記成形部品(5、5a、5b)がさらに、少なくとも1つの電極積層体(2、2a)を少なくとも部分的に包囲するように設けられていることを特徴とするガルバニ電池(1)。
  2. 前記外被(4)の少なくとも2つの成形部品(5、5a、5b)が、少なくとも部分的にとりわけ一体接合で互いに結合されるように設けられており、外被(4)の少なくとも2つの成形部品(5、5a、5b)が、第1の結合領域(6)でとりわけ一体接合で互いに結合されるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載のガルバニ電池(1)。
  3. 前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、とりわけ温度調節要素(8)および/または第1の温度調節手段(14)と接触するように設けられた熱伝達領域(7)を有することを特徴とする請求項1または2に記載のガルバニ電池(1)。
  4. 前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が曲げ剛性を有するように形成されており、および/または前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が壁薄に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
  5. 前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、少なくとも一部領域にコーティング(10)を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
  6. 前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、とりわけ電極積層体(2)を収容するための切欠部(11)を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
  7. 前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、第2の結合領域(12)を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
  8. 第1の電流導体(3、3a)が第1の電極積層体(2)と接続されており、
    第2の電流導体(18、18a)が第2の電極積層体(2a)と接続されており、
    第2の電流導体(18、18a)が、第1の電流導体(3、3a)または第1の電極積層体(2)と接続されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
  9. 少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、スリット(9)を有し、
    少なくとも1つの第2の電流導体(18、18a)が前記スリット(9)を通して案内されており、
    第2の電流導体(18、18a)が、第1の電流導体(3、3a)または第1の電極積層体(2)と、とりわけ前記外被(4)内部で接続されていることを特徴とする請求項8に記載のガルバニ電池(1)。
  10. 少なくとも1つの電極積層体(2、2a)を備え、前記電極積層体(2、2a)が少なくとも1つの電極、とりわけ少なくとも1つのカソードを含み、前記カソードが化学式LiMPO4の化合物を有し、ここでMは元素周期表の第一列の少なくとも1つの遷移金属のカチオンであり、前記遷移金属カチオンはとりわけMn、Fe、NiおよびTi、またはこれらの元素の組合せからなる群から選択され、前記化合物がとりわけカンラン石構造、好ましくはカンラン石超構造を含み、Feが特に好ましいことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
  11. 少なくとも1つの電極積層体(2、2a)を備え、前記電極積層体(2、2a)が少なくとも1つの電極、好ましくは少なくとも1つのカソードを含み、前記カソードが、マンガン酸リチウム、好ましくはスピネル型のLiMn2O4、コバルト酸リチウム、好ましくはLiCoO2、またはニッケル酸リチウム、好ましくはLiNiO2、またはこれら2種または3種の酸化物の混合物、またはマンガン、コバルト、およびニッケルを含有するリチウム混合酸化物を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
  12. 少なくとも1つの電極積層体(2、2a)を備え、前記電極積層体が少なくとも1つのセパレータを含み、前記セパレータが電子伝導性を有さず、または電子伝導性が悪く、かつ少なくとも部分的に物質透過性の担体からなり、前記担体は、好ましくは少なくとも片側が無機材料でコーティングされており、
    少なくとも部分的に物質透過性の担体として、好ましくは不織フリースとして形成された有機材料が好ましくは使用され、前記有機材料が、好ましくはポリマー、特に好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)を含み、
    前記有機材料が、好ましくはイオン伝導性の無機材料でコーティングされており、前記無機材料はさらに好ましくは-40℃〜200℃の温度範囲でイオン伝導性であり、前記無機材料が好ましくは、元素Zr、Al、Liの少なくとも1つを含む酸化物、リン酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩の群からの少なくとも1つの化合物、特に好ましくは酸化ジルコンを含み、イオン伝導性の前記無機材料が好ましくは、最大直径が100nm未満の粒子を有することを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
  13. 請求項1から12のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)を少なくとも2つ備えるバッテリにおいて、
    前記ガルバニ電池(1)が実質的に互いに平行に配置されており、
    バッテリにさらに少なくとも1つの温度調節要素(8)が配設されており、前記少なくとも1つの温度調節要素(8)が、少なくとも1つのガルバニ電池(1)の外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)と接触するように設けられていることを特徴とするバッテリ。
  14. 前記少なくとも1つの温度調節要素(8)が少なくとも1つの第1のチャネル(13)を有し、前記第1のチャネル(13)に好ましくは第2の温度調節手段(14)が充填されており、および/または
    前記少なくとも1つの温度調節要素(8)が、熱交換器(15)と動作可能に接続されていることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)を少なくとも2つ備える、請求項13に記載のバッテリ。
  15. 前記温度調節要素(8)の温度が、バッテリのガルバニ電池(1)の所望の動作温度に応じて選択されることを特徴とする請求項13または14に記載のバッテリの駆動方法。
  16. 前記温度調節要素(8)の少なくとも1つの第1のチャネル(13)を、前記第2の温度調節手段(14)が流れることを特徴とする請求項14または15に記載のバッテリの駆動方法。
  17. 請求項1から12のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)を少なくとも2つ備えるバッテリの駆動方法において、
    少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)、とりわけ成形部品(5、5a、5b)の熱伝達領域(7)に第1の温度調節手段(14)が流れ込み、または部分的にそこを迂回して流れることを特徴とする駆動方法。
  18. 請求項1から12のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)の製造方法において、
    まず、外被(4)の少なくとも2つの成形部品(5、5a、5b)が、とりわけ一体接合で互いに結合され、
    続いて、外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、出発状態から曲げによって変形された状態にされ、このとき成形部品(5、5a、5b)の少なくとも1つの長さが、変形された状態では出発状態より低減されていることを特徴とする製造方法。
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