JP2013502676A - 電気化学的セルの製造方法 - Google Patents

Abstract

セパレータによって互いに分離されている少なくとも２つの電極を有する電極積層体（５）と、液体に対して密閉されて閉鎖されている、少なくとも２つの部分（４）から成る被覆体（２）と、電気的にこれらの電極と接合されており、被覆体（２）を通って外部に向かって延伸する、少なくとも２つの導電体（３）とを備える電気化学的セル（１）の製造法で、まず第１の方法ステップにおいて、導電体（３）は、成形プロセスによって、成形部分（６，７，８）と接合され、第２の方法ステップにおいて、これらの成形部分（６，７，８）は被覆体（２）と接合される。

Description

本願発明は、電気化学的セル特に平型バッテリーセルの製造方法と、そのような方法に従って製造された電気化学的セルとに関する。

特許文献１は、ガルバニセルを示している。そこでは、金属容器の内部に、ロールパックの形状で電気セルが収容されている。ロールパックの電極と接合されている、正の（positiv）電流コレクタと負の（negativ）電流コレクタとが備わっている。金属容器から正端子を電気的に絶縁する、リング状のプラスチック要素が備わっている。

欧州特許第１２３０６９２号明細書の翻訳ＤＥ６００２９１２３号明細書

本発明は、電気化学的セルの改善された製造方法を提供することを課題とする。

本発明の基になっている課題は、請求項１に記載の電気化学的セルの製造方法と、請求項７に記載の電気化学的セルとによって解決される。本発明の有利な構成とさらなる形態とは、従属請求項において述べられている。

本発明に従った電気化学的セルは、セパレータによって互いに分離されている少なくとも２つの電極を有する電極積層体を備える。さらに当該電気化学的セルは、液体に対して密閉されて閉鎖されている、少なくとも２つの部分部分から成る被覆体を備える。電気的に電極と接合されており、被覆体を通って外部に向かって延伸する、少なくとも２つの導電体が備わっている。第１の方法ステップにおいては、導電体は、成形プロセスによって、成形部分と接合される。第２の方法ステップにおいては、成形部分は被覆体と接合される。その際導電体は、好適には、被覆体の開口部において被覆体を貫通する。その際被覆体の開口部は好適には、被覆体の少なくとも２つの部分の間のシーム部に形成されている。成形部分は、特に導電体と共に、被覆体の開口部を密閉する。そのために成形部分は、被覆体の開口部で被覆体と接合され、特に、成形部分が特に導電体と共に、開口部を完全におよび／あるいは液体に対して密閉されて閉鎖するように、開口部と接合される。成形部分と被覆体の部分との間の材料接続的接合が行われ得る。

本件では導電体とは、１つの電極から電気消費物の方向への電子の流れも可能にできる装置と理解され得る。導電体は、逆の流れ方向でも作用できる。導電体は、電気的に電極もしくは電極積層体のアクティブな電極集合体と接合されていてよく、さらに接続ケーブルと接合されていてよい。導電体の態様は、電極積層体の態様に適合されていてよい。好適には、導電体は、プレート型あるいはフィルム状に形成されている。好適には、電極積層体の各電極は、自らの１つの導電体を備え、もしくは同一の極性の電極が、共通の導電体に接合されている。

被覆体とは、本発明の枠内においては、電極積層体を外部に対して画定できる、少なくとも部分的な境界と理解され得る。被覆体は、好適にはガスと液体に対して密閉されており、その結果外界との材料の往来は起こり得ない。電極積層体は被覆体内部に設けられている。少なくとも１つの導電体、特に２つの導電体が、被覆体から出て延伸し、電極積層体の接続に用いられる。しかしながら、複数の導電体特に２つあるいは４つの導電体が被覆体から延伸してもよい。外部に向かって延伸する導電体はその際、好適には電気化学的セルのプラス端子接続部とマイナス端子接続部である。

本発明の主旨においては、電極積層体とは、ガルバニセルもしくは電気化学的セルの構成部材群として、化学エネルギーの貯蔵と電気エネルギーの放出とにも用いられる装置と理解され得る。そのために電極積層体は複数のプレート型の要素、つまり少なくとも２つの電極、すなわちアノードとカソードと、電解質を少なくとも部分的に収容するセパレータとを備える。好適には少なくとも１つのアノードとセパレータとカソードとは互いに重ね合わされもしくは積重されており、セパレータは少なくとも部分的にアノードとカソードとの間に設けられている。アノードとセパレータとカソードのこのような連続が、電極積層体内で任意にしばしば繰り返されてよい。好適には、プレート型の要素は、電極巻回体として巻回されている。以下においては、「電極積層体」という用語は、電極巻回体にも用いられる。電気エネルギーの放出前に、貯蔵された化学エネルギーは電気エネルギーに変換される。充電中に、電極積層体に供給された電気エネルギーは、化学エネルギーに変換され、貯蔵される。好適には、電極積層体は、複数の電極ペアとセパレータとを備える。特に好ましくは、いくつかの電極が、重なり合って特に電気的に互いに接合されている。

好適には、成形プロセスは、少なくとも１つの鋳造法特に射出成形法を含む。好適には、鋳造法は射出成形法である。好適には、鋳造物質として、絶縁材料特にプラスチックが用いられる。

鋳造法によって成形部分を製造することにより、成形部分は特に、鋳造法の後にある程度の硬度を備える材料から製造され得る。電気化学的セルの被覆体の閉鎖は、しばしばシーム部への加圧を伴う。その際圧力は成形部分にも加えられかねないので、ある程度の硬度を備える成形部分は、製造プロセスの要求に対してより頑丈である。

好適には、少なくとも１つの導電体が成形プロセスの間に、成形部分に少なくとも部分的に取り囲まれもしくはインサート射出成形される。この場合、少なくとも部分的に取り囲まれるもしくは部分的にインサート射出成形されるとは、特に、導電体が成形プロセスの間に、少なくともリング状に成形部分によって取り囲まれ、もしくはインサート射出成形されることと理解され得る。その際導電体は、好適には２つの側特にすべての側から、好適には一体的な成形部分によって少なくともリング状に取り囲まれる。その際成形部分は、好適にはリング状に閉鎖された覆いを形成し、当該覆いは、特に、電気化学的セルの被覆体の開口部のための支持面として用いられ得る。成形部分は好適には、特に被覆体の開口部の領域において、導電体と、被覆体の少なくとも１つの部分との間に絶縁層を形成するために形成されている。

その際導電体の端部は、鋳造プロセスの間とその後に、成形部分から突出してよい。突出した端部は特に、完成した電気化学的セルにおいて電気化学的セルの被覆体の内部に設けられている導電体の領域である。さらに、特に、導電体の突出した別の端部は、完成した電気化学的セルに、電気化学的セルの被覆体の外部に設けられている導電体の領域である。特に、成形法が鋳造法特に射出成形法であるならば、導電体は、成形プロセスの間、成形部分によってインサート射出成形されてよい。その際１つの導電体特に２つあるいは複数の導電体が鋳型に入れられてよく、続いて鋳造物質によって少なくとも部分的に取り囲まれ、特にインサート射出成形されてよい。

好ましい構成においては、少なくとも２つの導電体が、鋳造法の間に少なくとも部分的に同一の成形部分によって取り囲まれ、特にインサート射出成形されることが意図されている。しかも、電気化学的セルのさらなる特にすべての導電体が、少なくとも部分的に同一の成形部分によって取り囲まれてよい。「同一の成形部分」という表現は、この場合特に、成形部分が唯一の本体すなわち一体的な成形部分を形成することと理解され得る。その限りでは、好適には、同一の成形部分の材料すべてが、空間的かつ物質的に互いに接合されている。その限りでは、好適には個々の成形部分が少なくとも２つの導電体を取り囲む。成形部分は好適には、両導電体を互いに絶縁させる。成形部分は好適には、２つの導電体に互いに間隔を取らせ、それによってスペーサとして作用してよい。成形部分は、２つの導電体と固定して接合されていてよい。

好適には成形部分は、シーリングバンドの形状で形成されている。その際シーリングバンドは、特にもっぱら個々の導電体をリング状に取り囲み、その際特に、電気化学的セルの被覆体の開口部を設置するために用いられ得る、周回面を形成する。

代替的な実施形態においては、成形部分は、シーリングストリップの形状で形成されていてよい。その際シーリングストリップは、特に２つあるいは複数の導電体を取り囲み、これらをそれぞれ好適にはリング状に取り囲み、その際特に、電気化学的セルの被覆体の開口部を設置するために用いられ得る、周回面を形成する。

シーリングストリップが複数の導電体を取り囲むことができることによって、特に、隣り合って設けられた２つの導電体の間の領域において被覆体の固定フランジでの狭部を回避することができる。さらに、これまで個々に実施されているシーリング手段の製造を統一することができる。

代替的なさらなる実施形態においては、成形部分は、周回するシーリングフレームの形状で形成されていてよい。その際シーリングフレームは、特に２つあるいは複数の導電体を取り囲んでいる。シーリングフレームは、好適には２つの導電体と固定されて、特に材料接続的に接合されている。さらにシーリングフレーム自身は、周回して閉鎖された形状を備え、当該形状に、それぞれ異なる２つの側から被覆体の２つの半部がフランジ取り付けされ得る。その限りでは、シーリングフレームは、好適には、特にシェル形の２つの被覆体半部あるいは２つのシェルのシーム部である。そのようなシーリングフレームの利点は、シーム部が凹部の形状をした三次元の湾曲を備えることなく、シーム部全体が被覆体半部に均一に形成され得るということにある。これによって取り付けが容易になり、より良好な密閉効果が促進される。

好適には、成形部分は射出成形部分として形成されている。成形部分は、少なくとも１つの導電体を少なくとも部分的に、特に導体フィードスルーの領域で取り囲んでいる。

成形部分は、好適には少なくともシーリング領域において、被覆体より高くなっている。この場合高くなっているとは、特に、成形部分が、セル内部からセル外部への方向で、導電体に沿った方向で、さらにセル外部の方向に被覆体よりも延伸していることと理解され得る。その際、開口部の領域において成形部分が、被覆体の別の領域においてよりも原則的に長く構成されているよう意図されていてよい。その際成形部分は、開口部の外部に設けられ、被覆体の一部とは当接していない部分を備える。これの代替あるいはこれとの組み合わせで、開口部の領域において被覆体が、被覆体の別の領域においてよりも短くされて構成されているよう意図されていてよい。より長いあるいはより短いというのは、本件においては、セル内部からセル外部への方向、すなわち開口部の隙間方向における、被覆体あるいは成形部分の広がりに関連している。

本発明は、図に基づいて以下においてより詳細に説明される。図に示されるのは以下である。

第１実施形態における本発明に係る電気化学的セルの斜視図である。 第１実施形態における本発明に係る電気化学的セルの分解図である。 第１実施形態における本発明に係る電気化学的セルの、射出されたシーリングバンドを有する導電体の詳細図である。 第１実施形態における本発明に係る電気化学的セルの断面図である。 第１実施形態における本発明に係る電気化学的セルの、シーリング領域の拡大断面図である。 第２実施形態における本発明に係る電気化学的セルの斜視図である。 第２実施形態における本発明に係る電気化学的セルの分解図である。 第２実施形態における本発明に係る電気化学的セルの、射出されたシーリングストリップを有する導電体の詳細図である。 第２実施形態における本発明に係る電気化学的セルの、シーリング領域の拡大断面図である。 第３実施形態における本発明に係る電気化学的セルの斜視図である。 第３実施形態における本発明に係る電気化学的セルの分解図である。 第３実施形態における本発明に係る電気化学的セルの、射出されたシーリングフレームを有する導電体の詳細図である。 第３実施形態における本発明に係る電気化学的セルの、シーリング領域の拡大断面図である。

図１は、第１実施形態における本発明に係る電気化学的セル１を示している。電気化学的セルは、被覆体２の内部に設けられている電極積層体５を備える。電極積層体５の電極には、２つの導電体３が接続されており、当該導電体３は被覆体２を貫通し、その限りでは電気化学的セル１の外部の接続部である。被覆体２は、ミラー反転に構成された２つの被覆体部分すなわちシェル４から形成されている。

各シェル４は、周回する固定フランジ１５を備える。固定フランジ１５には、両シェル４が互いに当接し合い、互いに固定されている。その際認識され得るのは、シェル４は固定フランジ１５にそれぞれ２つの凹部１０を備えることである。シェル４が組み立てられた状態では、両凹部１０は互いに覆い合っており、その結果被覆体２のそれぞれ１つの開口部１１ができる。開口部１１が備わっている被覆体２の領域は、シーリング領域９と称される。開口部１１を通って導電体３は、セル内部から外部に貫通して延伸する。

導電体３をシェル４に対して電気的に絶縁するために、導電体３はシーリング領域９において、本実施形態においてはそれぞれ１つのシーリングバンド６の形状で構成されている成形部分を備える。シーリングバンド６はプラスチックから作られており、射出成形法で導電体３の周りに取着され、すなわち導電体の周囲に射出されている。その際、まず導電体が鋳型に入れられ、続いて射出成形材料によってインサート射出成形された。その際各導電体３のために、当該導電体をリング状に取り囲む、別個のシーリングバンド６が備わっている。シーリングバンド６は、導電体３と共に、それぞれ１つの開口部１１を充填し、その際、シェル４の凹部１０と導電体３との間のリング状空間を閉鎖する。

シェル４は多層の材料から作られており、アルミニウムから作られている第１の層１２を備える。アルミニウム層１２の内部に備わっている第２の層１３は、プラスチックから作られており、その限りでは、プラスチック層１３である。特に図１ｂ）において認識され得るのは、両凹部１０の間にそれぞれ１つの狭部１４が、両シェル４の固定フランジ１５に備えられていることである。両シェル４の両狭部１４は、電気化学的セルが閉鎖されている場合に、互いに当接し合う。両狭部１４の間を密閉するためのさらなる手段は、その限りでは備わっていない。シェル４は、深絞りによって作られていてよい。

シーリングバンド６は、導電体３の配列と平行に延在する隙間方向に沿って、シェル４よりも高くなっている。その際シーリングバンド６は、開口部１１からシェル４よりもさらに延伸する。これにより、導電体３とシェル４との間の改善された絶縁がもたらされる。

図２は、ほぼ第１実施形態に相当する、本発明に係る電気化学的セル１の第２実施形態を示している。それゆえ以下においては、第１実施形態との相違点のみが取り上げられる。

特に図２ｂ）から認識され得るように、唯一の凹部１０のみがシェル４の固定フランジ１５に備わっており、当該凹部１０を通って両導電体３が、被覆体２を貫通して延伸する。さらに認識され得るのは、射出成形部分として両導電体３の周囲に設けられている成形部分が、シーリングストリップ７の形状で表わされていることである。その際、まず両導電体が鋳型に入れられ、続いて射出成形材料によってインサート射出成形された。シーリングストリップ７は、導電体３をそれぞれリング状に取り囲む。シーリングストリップ７はシェル４に対して導電体３を電気的に絶縁する。シーリングストリップ７は、両導電体３と共に、開口部１１を充填する。両導電体３が同時に貫通して延伸する開口部が１つだけ備えられているので、第２実施形態に従った被覆体２においては、２つの開口部１１の間に狭部１４は備わっていない。第２実施形態においても、シーリングストリップ７は開口部１１の領域において、シェル４よりも高くなっている。

図３は、第３実施形態における本発明に係る電気化学的セル１を示している。第３実施形態は大体第２実施形態に相当し、以下においては、第２実施形態との相違点のみが取り上げられる。

特に図３ｃ）から認識され得るように、シーリング手段が周回するシーリングフレーム８の形状で表わされており、当該シーリングフレーム８はフレーム領域全体にわたって一定の断面厚Ｄを備える。その際シーリングフレーム８は、２つの導電体３をリング状に取り囲む。その際シーリングフレーム８は、周回して閉鎖された形状を備え、当該形状に、それぞれ異なる２つの側から両シェル４がそのそれぞれの固定フランジ１５によってフランジ取り付けされる。その際シーリングフレーム８は、その全周にわたって一定の断面厚Ｄを備える。それゆえ、シーリングフレーム８と当接されるシェル４には、開口部を形成する凹部はもはやまったく備わり得ない。言い換えれば、被覆体２のシェル４の間に、両シェル４の間の一定に保たれた間隙で表わされる、周回する開口部１１が形成されている。間隙は、全周にわたって一定の断面厚Ｄを備え、周回するシーリングフレーム８によって完全に閉鎖される。シーリングフレーム８は、その面積が被覆体２の固定フランジ１５の面積と同一に構成されており、周回する固定フランジ１５の全領域にわたって、被覆体２の両シェル４の間に設けられている。その際固定シェル４の間の周回する開口部１１は、互いに対して距離をおいた両シェル４の配置によって作られ、シーリングフレーム８もしくは当該シーリングフレーム８によって取り囲まれた導電体３によって充填される。

１ 電気化学的セル
２ 被覆体
３ 導電体
４ シェル
５ 電極積層体
６ シーリングバンド
７ シーリングストリップ
８ シーリングフレーム
９ シーリング領域
１０ 凹部
１１ 開口部
１２ アルミニウム層
１３ プラスチック層
１４ 狭部
１５ 固定フランジ
Ｄ 断面厚

Claims (13)

1. セパレータによって互いに分離されている少なくとも２つの電極を有する電極積層体（５）と、液体に対して密閉されて閉鎖されている、少なくとも２つの部分（４）から成る被覆体（２）と、電気的にこれらの電極と接合されており、前記被覆体（２）を通って外部に向かって延伸する、少なくとも２つの導電体（３）とを備える電気化学的セル（１）の製造法にあって、
   まず第１の方法ステップにおいて、前記導電体（３）は、成形プロセスによって、成形部分（６，７，８）と接合され、第２の方法ステップにおいて、該成形部分（６，７，８）は前記被覆体（２）と接合されることを特徴とする方法。
2. 前記成形部分（６，７，８）は、前記被覆体（２）の開口部（１１）で該被覆体（２）と接合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 成形プロセスは、少なくとも１つの鋳造法、特に射出成形法を含むことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
4. 少なくとも１つの導電体（３）、特に２つあるいは複数の導電体（３）が鋳型に入れられ、続いて鋳造物質によって少なくとも部分的に取り囲まれ、特にインサート射出成形されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 少なくとも１つの導電体（３）が、成形プロセスの間、少なくとも部分的に前記成形部分（６，７，８）によって取り囲まれ、特にインサート射出成形され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方法。
6. 少なくとも２つの導電体（３）が、同一の成形部分（７，８）によって少なくとも部分的に取り囲まれ、特にインサート射出成形され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方法。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の方法によって製造されている電気化学的セル（１）。
8. 前記成形部分は、シーリングバンド（６）の形状で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電気化学的セル。
9. 前記成形部分は、シーリングストリップ（７）の形状で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電気化学的セル。
10. 前記成形部分は、周回するシーリングフレーム（８）の形状で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電気化学的セル。
11. 前記成形部分（６，７，８）は、特に前記導電体（３）を少なくとも部分的に取り囲む射出成形部分であることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の電気化学的セル。
12. 少なくとも１つの前記成形部分（６，７，８）は、少なくとも前記開口部（１１）の領域において、前記被覆体（２）より高くなっていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の電気化学的セル。
13. 請求項７から１２のいずれか一項に記載の少なくとも１つの電気化学的セル（１）を有するバッテリー構造体。

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