JP2014508375A - 電気化学的エネルギー貯蔵器を保護するためのフィルム - Google Patents

Abstract

特に、電気化学的エネルギー貯蔵器の製造中、輸送時あるいは閉塞時に、当該電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面を破損から保護するためのフィルム。

Description

これによって、優先出願ＤＥ１０２０１００５５４０１．４の全内容が、関連付けによって、本願の構成要素となっている。

本願発明は、電気化学的エネルギー貯蔵器特にガルバニセルのハウジング表面あるいは外装表面を保護するためのフィルムと、電気化学的エネルギー貯蔵器の製造法と、電気化学的エネルギー貯蔵器とに関する。

１つあるいは複数の貯蔵セルから構成されている、電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリー（一次貯蔵器）と蓄電池（二次貯蔵器）とが知られており、当該貯蔵セルにおいては、充電電流の供給時には、電解質内若しくは電解質間で、カソードとアノードとの間の電気化学的充電反応において、電気エネルギーが化学エネルギーに変換されて貯蔵され、且つ、電気消費物の接続時には、電気化学的放電反応において化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。その際一次貯蔵器は通常１度しか充電されず、放電後には廃棄処理されるのに対し、二次貯蔵器は複数回（数百回から１万回以上）の充電と放電のサイクルが可能である。その際述べておくべきことは、蓄電池も時として、例えば、周知のように頻繁に充電サイクルを経験する車両用バッテリーのように、バッテリーと呼ばれることである。

最近数年間で、リチウム化合物ベースの一次貯蔵器と二次貯蔵器が重要性を増している。これらは高いエネルギー密度と熱に対する安定性とを備え、少ない自己放電で一定の電圧を供給し、且ついわゆるメモリ効果が無い。

エネルギー貯蔵器と特にリチウムバッテリーとリチウム蓄電池を薄いプレート形状に作ることが知られている。そのようなセルでは、薄いフィルム形状のカソード材料とアノード材料、電極とセパレータとが、適切なやり方で互いに載置され（積重され）、複合材料から成るフィルム外装に包装されるが、電流導体がセルの縁部で側面から突出している。

フィルム外装は、エネルギー貯蔵器の製造時、輸送時、組立て時に、当該エネルギー貯蔵器が使用される環境で、特に引掻かれたり突き刺されたりして破損する危険に曝されており、それによってエネルギー貯蔵器のフィルム外装の密封性が損なわれかねない。

本願発明の課題はそれゆえ、このような状況を改善するか、あるいは和らげることである。この課題は、独立製品請求項のいずれか１項に記載の製品によって、若しくは独立方法請求項のいずれか１項に記載の方法によって解決される。従属請求項は、本発明の有利な更なる形態を保護することになる。

本発明に従えば、特に、電気化学的エネルギー貯蔵器の製造中、輸送時あるいは閉塞時に、当該電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面を破損から保護するためのフィルムが意図されている。本発明に係るフィルムは、他のフィルムと容易に区別するために、以下において所々で保護フィルムとも呼ばれる。

この関連においては、フィルムとは、薄い好適には板形状の対象物あるいは、好適には対象物の表面に塗布されているか塗布され得る薄い材料層と理解され得る。その際好ましい材料は、金属あるいはプラスチックである。好適にはフィルムは、まず第１に、連続したウェブで製造され、巻き取られ、後に適当なピースに切断される。プラスチックフィルムは好適には、高密度あるいは低密度のポリエチレンのようなポリオレフィンから、あるいはポリプロピレンから成る。しかしその他に、例えばポリ塩化ビニル、ポリスチレン、あるいは様々なポリエステル及びポリカーボネートも、プラスチックフィルムを作るのに適している。そのようなフィルムの力学的負荷能力は、好適には、ファイバ好適にはグラスファイバで補強することによって、あるいは網状組織を導入することによって向上させることができる。同様に、特定の添加剤好適にはポリマーが、そのようなフィルムの熱的負荷能力を向上させる。

好適にはこのフィルムは、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面から、当該フィルムをほぼ残らず取り除くことができるように、構成されている。これを達成する可能性は、フィルムの接着剤コーティングをやめて、材料の直接的な接着性あるいは凝集性によって、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面に保護フィルムを付着させるようにすることにある。しかし、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面から保護フィルムを取り除く際に、事実上完全に保護フィルムに残る接着剤もある。この接着剤の化学的且つ物理的組成は、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面を製造するために用いられる材料に依存する。

好適にはこのフィルムは引き離しタブを備え、当該引き離しタブを使って、このフィルムを再び電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面から容易に引き離すことができる。この引き離しタブは好適には接着剤でコーティングされておらず、しかも、引き離しタブによって引き離しが容易になる保護フィルムが、全体的にあるいは部分的に接着剤でコーティングされていても、引き離しタブは好適には接着剤でコーティングされていない。好適には引き離しタブの表面は、瘤や畝のある、あるいは別の、摩擦を高める構造を有し、それによって保護フィルムの引き離しは更に容易になる。

好適には、多層フィルム、特に好適には、好適には異なる材料から成るかあるいは異なる材料を備える複数のフィルムから成る積層束が問題となる。好適にはそのような多層フィルムは、異なるプラスチックの組み合わせから成る多層複合体としても作られる。それによって、例えば透過挙動のような特定の特性が改善され得る。その際、プラスチックフィルムの他に、好適には金属フィルムもそのような多層複合体に加工される。

好適にはフィルムは、少なくとも１つの面が少なくとも部分的に、接着剤でコーティングされている。特に好適には、この接着剤は、ポリアクリレート及び／あるいはイソシアネートを備えるか、あるいはポリアクリレート及び／あるいはイソアクリレートを含む。好適にはフィルムは、少なくとも１つの面が少なくとも部分的に、アクリレート分散系すなわちポリアクリレートを備える分散系でコーティングされている。

好適にはフィルムは、接着性によって、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面に付着している。接着力あるいは粘着力とも呼ばれる接着性（ラテン語 adhaerere「付着する」参照）は、接触する２つの凝集相の間、すなわち無視できる蒸気圧を有する固体と液体との間に形成される界面層の物理的な状態である。この状態の主な特性は、分子の相互作用によって界面層で引き起こされる、関与する相の力学的な結合である。この力学的な結合を引き起こす力は、すべてが研究し尽くされたわけではなく、それゆえ様々な接着理論がある（http://de.wikipedia.org/wiki/Adh?sion）。接着性は、分子の力による、異なるあるいは同一の２つの物質の接触面での付着力を備える。物質は、固体あるいは液体の状態で存在してよい。接着剤の分野においては、接着とは、接着層が接合部表面に付着することと理解される。接着のプロセスはまだ完全に解明されていない。接着剤系と、様々な接合部表面との間の依存関係は非常に複雑なので、このプロセスは特に困難になる。接着フィルムは、接着剤無しに、両材料間の分子の引力によって、滑らかな／光沢のある表面に付着する。前提となるのは、接着性を達成するために、分子ができる限り近づくことである。

好適にはフィルムは、当該フィルムが接触している、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面の部分に対して、化学的に不活性な状態である。これは好適には、保護フィルムあるいは、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面と接触する保護フィルムの層が、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面と同じあるいは化学的に似た材料から成ることによって、達成される。

本発明に従えば、電気化学的エネルギー貯蔵器の製造法であって、先述の請求項のいずれか１項に記載の少なくとも１つのフィルムが、少なくとも部分的に、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面に取り付けられる方法が意図されている。

好適には、フィルムが皺無しに且つ空気を含まずに取り付けられる方法が意図されている。

好適には、フィルムが、フィルムの生産時、あるいは深絞り時、あるいは電気化学的エネルギー貯蔵器製造の後続のステップの間に取り付けられる方法が意図されている。この関連において、深絞りという言葉は、熱成形や類似の製造方法も一緒に含むべきである。ＤＩＮ８５８４に従えば、深絞りは、裁断薄板（円形板金、フィルム、プレート、板あるいはブランクとも呼ばれる）を、一方が開いた中空体の中へ引張圧力成形すること、あるいは張り出した中空体を、板厚を故意に変更することなく、横断面がより小さい中空体の中へ引張圧力成形することである（http://de.wikipedia.org/wiki/Tiefziehen）。丸い裁断板は、円形板金とも呼ばれる。深絞りは、最も重要な薄板成形法に数えられ、例えば包装産業と自動車産業及び航空機建造のような、大量生産にも小ロットにも使われる。

熱成形は、熱可塑性プラスチックの成形法である。以前は、加熱成形、深絞りあるいは真空深絞りと呼ばれていた（http://de.wikipedia.org/wiki/Thermoformen）。半製品に応じて、熱成形法を区別している。より薄い半製品はフィルムと呼ばれ、より厚い（約１．５ｍｍ以上）半製品はプレートと呼ばれる。フィルム半製品は、大きな（直径１．８ｍまで）ロールで熱成形機械に送られてよい。

好適には、フィルムが、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面に貼り付けられるか、積層されるか、コーティングされるか、あるいは吹き付けられる方法が意図されている。積層（あるいはラミネート）は、接着剤によって、薄いしばしばフィルム状の層を支持材料と接合させることを意味する（http://de.wikipedia.org/wiki/Laminieren）。

好適には、多層フィルムが、好適には１層１層電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面に取り付けられる方法が意図されている。

本発明に従えば、前述の製品請求項のいずれか１項に記載のフィルムあるいは前述の方法請求項のいずれか１項に従って製造されたフィルムを有する電気化学的エネルギー貯蔵器も意図されている。

以下において、本発明が、好ましい実施例に基づいてより詳細に記述される。本発明のこれらの実施例あるいは別の実施例の特徴は、更なる実施例の特徴と組み合わされてよく、それで本発明の更なる実施例を獲得する。

本発明に従った典型的な電気エネルギー貯蔵セルは、外部から供給される電気エネルギーを貯蔵し、貯蔵された電気エネルギーを外部に向かって放電するために調整され適合されている、アクティブな部分を装備されている。電気エネルギー貯蔵セルは更に、アクティブな部分を好適にはガス漏れや液漏れ無しに被覆する、フィルム材料から成る被覆体あるいはフィルム外装を備える。その上電気エネルギー貯蔵セルは少なくとも２つの集電器を備え、当該集電器は、アクティブな部分と接合されており、外部からアクティブな部分へ電流を供給し、且つアクティブな部分から放電された電流を外部に放電するために調整され適合されており、被覆体で被覆された部分は、ほぼ直方体の形態の好適には角柱形の形成物であり、第１空間方向におけるその大きさは、残る２つの空間方向における大きさよりも好適にははるかに小さく、その結果ほぼ平行な互いに向かい合う２つの平坦面及び両平坦面を接合する４つの幅狭面が定義されており、第１電流導体と第２電流導体とは、好適には両平坦面の平面に対して平行に、互いに向かい合う２つの幅狭面から、逆方向に被覆体から突き出ている。

電気化学的エネルギー貯蔵器の、電気化学的にアクティブな構成部材は、好適にはアルミニウム複合フィルム内に溶接され、しかも、集電フィルムの延長されたそれぞれの部分が、１つの面で溶接シームを通って貫通し、接続部若しくは電流導体として外部に向かって出っ張っているように、溶接される。これらは好適には、一緒に複合フィルムの溶接シームを貫通して外部に向かってガイドされるか、あるいは集電フィルムの端部がフィルム外装内部でまとめられ、フィルム外装を貫通して垂直に延在する例えばリベットのような接合手段によって、フィルム外装外部に載置された棒状の電流導体と接合される。

エネルギー貯蔵器の被覆体は、電極と分離層とから成る積層をガス漏れや液漏れ無しに被覆する、好適にはフィルム外装、特に好適には積層フィルムあるいはフィルムの積層束を備える。特に、被覆体は第１絶縁層と、導電層と、第２絶縁層とを備え、絶縁層は好適には、プラスチックから成るか、あるいはそのようなプラスチックを備える。

導電層は、好適にはアルミニウムあるいはアルミニウム合金あるいはその他の金属あるいはその他の金属合金から成るか、あるいはアルミニウムあるいはアルミニウム合金あるいはその他の金属あるいはその他の金属合金を備える。このやり方で、例えば溶接性、力学的安定性、電気的且つ磁気的防御性、外部からの液体、蒸気、ガス特に水、水蒸気、空気に対する密封性、内部からの酸や電解質に対する耐久性のような、被覆体の様々な機能と特性とを、同程度に若しくは同時に満たすことができる。

被覆体は好適には、少なくとも１つの溶接シーム、好適には、向かい合う幅狭面に沿って延伸する２つの溶接シーム、特に好ましくは、両平坦面の１つを越えてあるいは第３の幅狭面に沿って延伸する溶接シームを備えるように、あるいは幅狭面に沿って互いに溶接されている２つの部分フィルムを備えるように、形成されている。

一実施形態は、電流導体の少なくとも１つが、被覆体の内部にある内部部分と、被覆体の外部にある外部部分とを備えるように形成されており、電流導体の内部部分は、貯蔵セルのアクティブな部分と接合されている。特に、少なくとも１つの電流導体は、被覆体の溶接シームを貫通してガイドされていてよい。この構造によって、セルの輪郭が特に滑らかで平坦になる。

代替的に、電流導体の少なくとも１つが、被覆体の外面に載置されてよく、被覆体を貫通してアクティブな部分と接触していてよい。この構造は、非常に頑丈である。

本発明は、電気エネルギーの貯蔵と放電とをそれぞれの電気化学的反応によって行う、あらゆる種類の電気エネルギー貯蔵セルに適している。ほぼセル厚を決定するアクティブな部分の特に平坦な実施は、適切に層を成して、化学的にアクティブな材料と導電性のある材料と分離材料とのフィルムを有する積層構造によって、達成される。そうしてアクティブな部分は、２種類の複数の電極を備え、それぞれ、第１の種類の電極は分離層によって第２の種類の電極から分離されており、第１の種類の電極と第２の種類の電極とは、それぞれ互いに且つ電流導体の１つと接合されている。

フィルム外装は、好適には複数の特に好適には３つの層を備え、当該フィルム外装によって、充分な力学的安定性も、電解質材料に対する耐久性も、良好な電気的且つ熱的絶縁も保証される。そうしてフィルム外装は好適には、ポリエチレンあるいはポリプロピレンのような熱可塑物質から成る内部層と、例えばアルミニウムのような金属から成る中間層と、ポリアミドのようなプラスチックから成る外部層とを備える。

エネルギー貯蔵器の製造時には、好適には、導電的に第１電流導体と接合されている、アノード側の導体ラグと、導電的に第２電流導体と接合されている、カソード側の導体ラグとを有する、積層し終わったフィルム積重物が、裁断された下側のフィルム外装の上に置かれる。製造の更なる経過において、引き続き、上側のフィルム外装が載置され、内部空間が真空にされ、両フィルム外装の縁辺部が溶接され、若しくは適切なやり方で、ガス漏れや液漏れ無しに、電流導体と接合される。適切な接着法と真空法とはそれ自体が既知であり、本願発明の構成部材ではない。

Claims (14)

1. 特に、電気化学的エネルギー貯蔵器の製造中、輸送時あるいは閉塞時に、該電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面を破損から保護するためのフィルム。
2. 電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面から、前記フィルムをほぼ残らず取り除くことができるように構成されている、請求項１に記載のフィルム。
3. 前記フィルムは引き離しタブを備えることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のフィルム。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の多層フィルム。
5. 前記フィルムは、好適にはポリアクリレート及び／あるいはイソシアネートを備えるかあるいは含む接着剤で、少なくとも１つの面が少なくとも部分的にコーティングされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のフィルム。
6. 前記フィルムは、接着性によって、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面に付着していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルム。
7. 前記フィルムは、該フィルムが接触している、電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面の部分に対して、化学的に不活性な状態であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のフィルム。
8. 電気化学的エネルギー貯蔵器の製造法であって、請求項１から７のいずれか１項に記載の少なくとも１つのフィルムが、少なくとも部分的に、前記電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面に取り付けられる方法。
9. 前記フィルムが皺無しに且つ空気を含まずに取り付けられる、請求項８に記載の方法。
10. 前記フィルムが、該フィルムの生産時、あるいは深絞り時、あるいは前記電気化学的エネルギー貯蔵器製造の後続のステップの間に取り付けられることを特徴とする請求項８あるいは９に記載の方法。
11. 前記フィルムが、前記電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面に貼り付けられるか、積層されるか、コーティングされるか、あるいは吹き付けられることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 多層フィルムが、好適には１層１層前記電気化学的エネルギー貯蔵器のハウジング表面あるいは外装表面に取り付けられることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 請求項１から７のいずれか１項に記載のフィルムを有する電気化学的エネルギー貯蔵器。
14. 請求項８から１２のいずれか１項に従って製造されたフィルムを有する電気化学的エネルギー貯蔵器。