JP2015528626A

JP2015528626A - 電気化学的セルの化成方法、電気化学的セル及びバッテリ

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Publication number: JP2015528626A
Application number: JP2015525766A
Authority: JP
Inventors: ティム・シェーファー; マグヌス・ミケル; マルクス・ヴォーニグ; イーリス・シュティーベルト
Original assignee: リ−テック・バッテリー・ゲーエムベーハー
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2015-09-28
Also published as: US20150228999A1; US20140045030A1; WO2014023396A1; EP2883264A1

Abstract

特に自動車両で使用するために設計されたバッテリ用の、第１導体及び第２導体を有する電気化学的セルを、第１接触要素及び第２接触要素を有する化成ユニットを用いて化成するための方法であって、第１導体が、取外し可能に構成された第１化成接触部分を有し、第２導体が、取外し可能に構成された第２化成接触部分を有する方法において、この方法はステップ：（Ｓ１ａ）化成ユニットの第１接触要素を第１導体の第１化成接触部分へ押付けるステップ、（Ｓ１ｂ）化成ユニットの第２接触要素を第２導体の第２化成接触部分へ押付けるステップ、（Ｓ５）化成処理を実施するステップ、（Ｓ６ａ）第１導体から第１化成接触部分を取外すステップ、及び（Ｓ６ｂ）第２導体から第２化成接触部分を取外すステップを有する。

Description

本発明は、特に自動車両で使用するために設計されたバッテリのための電気化学的セルの化成（Ｆｏｒｍｉｅｒｕｎｇ）方法、並びに対応して化成された電気化学的セル、及びこれらの電気化学的セルを備えるバッテリに関する。

これに関して、優先権出願ＤＥ１０２０１２０１５５７５及びＤＥ１０２０１２０１７８２９の内容全てが、参照によって本願明細書に組み入れられる。

電気化学的セルの製造の際に、特性を改善するために、セルに化成を施すことは公知である。化成は、電気化学的セルの好ましくは複数回の充電及び放電を含む。技術水準から、電気化学的セルの異なる化成方法、並びに対応して化成された電気化学的セル、及びこれらの電気化学的セルを備えるバッテリが知られている。殊に自動車両で使用するために、電気化学的セルの改善された化成方法が所望されている。

本発明は、電気化学的セルの改善された化成方法、並びに対応して化成された電気化学的セル、並びにバッテリを提供するという課題を基礎とする。

この課題は、請求項１記載の電気化学的セルの化成方法、請求項１１記載の電気化学的セル、並びに請求項１３記載のバッテリにより解決される。従属請求項は、本発明の有利な更なる形態に関する。

この課題は、特に自動車両で使用するために設計されたバッテリ用の、第１導体（Ａｂｌｅｉｔｅｒ）及び第２導体を有する電気化学的セルを、第１接触要素及び第２接触要素を有する化成ユニットを用いて化成するための方法であって、第１導体が、取外し可能に構成された第１化成接触部分を有し、第２導体が、取外し可能に構成された第２化成接触部分を有するこの方法において、この方法が次のステップ：化成ユニットの第１接触要素を第１導体の第１化成接触部分へ押付けるステップ、化成ユニットの第２接触要素を第２導体の第２化成接触部分へ押付けるステップ、化成処理を実施するステップ、第１導体から第１化成接触部分を取外すステップ、及び第２導体から第２化成接触部分を取外すステップ、を有することにより解決される。この形態の利点は、化成ユニットと電気化学的セルとの接触、及びその結果その化成を改善することができることにある。この形態の他の利点は、化成の際に、第１導体の最終状態及び第２導体の最終状態に不利な影響を与えることなく、場合により化成接触部分により強く負荷をかけることができるので、化成が加速的に実施されうることにある。

電気化学的セルとは、本発明において、電気化学的エネルギー貯蔵装置、すなわちエネルギーを化学的形で貯蔵し、電気の形で消費装置へ供給し、また特に充電装置から電気の形で取り出すこともできる装置と解釈される。このような電気化学的エネルギー貯蔵装置の例は、ガルバニ電池又は燃料電池である。電気化学的セルは、電極配置として設計されている電気的に異なる電荷を貯蔵するための少なくとも１つの第１及び第２装置、並びに上記装置双方の電気的連動を生ずるための媒体を有し、その際、電荷担体がこれら双方の装置間を移動しうる。電気的連動を生ずるための媒体とは、例えば、イオン伝導体として作用する電解質と解釈される。

好ましくは、この方法において、第１接触要素を押付けるステップは、第１化成接触部分の表面層を突き刺す（ｄｕｒｃｈｓｔｏｓｓｅｎ）ように実施される。更に好ましくは、この方法において、第２接触要素を押付けるステップは、第２化成接触部分の表面層を突き刺すように実施される。この形態の利点は、接触抵抗が減少し、従って接触及び化成が改善されうることにある。

好ましくは、この方法において、化成ユニットの第１接触要素は、少なくとも１つの尖端部（Ｓｐｉｔｚｅ）を有する。更に好ましくは、この方法において、化成ユニットの第２接触要素は、少なくとも１つの尖端部を有する。この形態の利点は、接触が殊に容易に改善されうることにある。

好ましくは、この方法において、第１接触要素は、第１の数の第１接触ピンとして構成されていて、この際、殊に好ましくは、第１接触要素が３つの第１接触ピンを有する。更なる好ましい実施例によれば、第１接触要素において、唯一つの第１接触ピンが構成されている。更に好ましくは、この方法において、第２接触要素は、第２の数の第２接触ピンとして構成されていて、この際、殊に好ましくは、第２接触要素が３つの第２接触ピンを有する。更なる好ましい実施例によれば、第２接触要素において、唯一つの第２接触ピンが構成されている。

好ましくは、この方法において、第１接触ピンは個別に支持されている。更に好ましくは、この方法において、第２接触ピンは個別に支持されている。この形態の利点は、接触抵抗を更に減少するために、圧力を殊に良好に適合することができる点にある。

好ましくは、この方法において、第１接触要素は、その接触端部に、少なくとも１つの接触スパイク（Ｋｏｎｔａｋｔｚａｃｋｅｎ）を備えるキャップを有し、この際、殊に好ましくは、第１接触要素は特に４つの接触スパイクを備える３つのキャップを有する。更に好ましくは、第２接触要素は、その接触端部に、少なくとも１つの接触スパイクを備えるキャップを有し、この際、殊に好ましくは、第２接触要素は特に４つの接触スパイクを備える３つのキャップを有する。この形態の利点は、接触が容易に大きな効果で改善されうることにある。

好ましくは、この方法は、第１接触要素を押付けるステップの後に、更に次のステップ：化成ユニットの第１接触要素と第１導体の第１化成接触部分との第１接触の第１パラメータデータを検出するステップ、検出された第１パラメータデータを制御装置に送るステップ、及び検出された第１パラメータデータが予め決められた第１限界値を示す場合に、検出された第１パラメータデータに依存して第１接触の変更を実施するステップを有する。

更に好ましくは、第２接触要素を押付けるステップの後に、この方法は、更に次のステップ：化成ユニットの第２接触要素と第２導体の第２化成接触部分との第２接触の第２パラメータデータを検出するステップ、検出された第２パラメータデータを制御装置に送るステップ、及び検出された第２パラメータデータが予め決められた第２限界値を示す場合に、検出された第２パラメータデータに依存して第２接触の変更を実施するステップを有する。この形態の利点は、化成の間に所望の性能で接触がより容易に維持されうることにある。

好ましくは、この方法において、接触の第１パラメータデータの検出のステップは、少なくとも１つの次のステップ：化成ユニットの第１接触要素と第１導体の第１化成接触部分との第１接触の第１接触抵抗を検出するステップ、及び／又は化成ユニットの第１接触要素と第１導体の第１化成接触部分との第１接触の第１温度を検出するステップを有する。更に好ましくは、この方法において、接触の第２パラメータデータの検出のステップは、少なくとも１つの次のステップ：化成ユニットの第２接触要素と第２導体の第２化成接触部分との第２接触の第２接触抵抗を検出するステップ、及び／又は化成ユニットの第２接触要素と第２導体の第２化成接触部分との第２接触の第２温度を検出するステップを有する。

好ましくは、この方法において、接触の第１変更を実施するステップは、次のステップ：第１接触要素が第１導体の第１化成接触部分に押付けられる第１圧力を高めるステップを有する。更に好ましくは、この方法において、接触の第２変更を実施するステップは、次のステップ：第２接触要素が第２導体の第２化成接触部分に押付けられる第２圧力を高めるステップを有する。

好ましくは、この方法において、化成工程の実施のステップは次のステップ：定格容量の２５〜４０％の範囲で電気化学的セルの第１化成を実施するステップ、定格容量の７５〜９０％の範囲で電気化学的セルの第２化成を実施するステップ、及び定格容量の１００％まで電気化学的セルの第３化成を実施するステップを有する。この形態の利点は、化成された電気化学セルの容量が高められうることにある。

更に、本発明の課題は、取外し可能に構成された第１化成接触部分を有する第１導体と、取外し可能に構成された第２化成接触部分を有する第２導体とを備える電気化学的セルにおいて、電気化学的セルが上記方法で化成されていることにより解決される。

好ましくは、電気化学的セルにおいて、第１化成接触部分は第１導体の外側端部に配置されている。更に好ましくは、第２化成接触部分は第２導体の外部端部に配置されている。この形態の利点は、化成処理後に、第１導体からの第１化成接触部分の取外しもしくは第２導体からの第２化成接触部分の取外しが、より良好に実施されうることにある。

更に、この課題は、電気化学的セルを備えるバッテリにおいて、バッテリの電気化学的セルが上記方法で化成されていることにより解決される。

次に、本発明の観点を、好ましい実施例によって、また図を用いて詳述する。

実施例による電気化学セルの化成方法に関する流れ図である。第１パラメータデータの検出に関する、図１で示した流れ図の第１詳細表示図である。第２パラメータデータの検出に関する、図１で示した流れ図の第２詳細表示図である。好ましい実施例による化成処理の実施に関する、図１で示した流れ図の第３詳細表示図である。

図１は、本発明の実施例による電気化学的セルの化成方法に関する流れ図である。電気化学的セルは、第１化成接触部分を備える第１導体と、第２化成接触部分を備える第２導体とを有する。化成ユニットは、第１導体の第１化成接触部分のための第１接触要素と、第２導体の第２化成接触部分のための第２接触要素とを有する。

ステップＳ１ａで、化成ユニットの第１接触要素を、第１導体の第１化成接触部分に押付ける。ステップＳ１ｂで、化成ユニットの第２接触要素を、第２導体の第２化成接触部分に押付けるが、その際、ステップＳ１ａとＳ１ｂは、同時に又は互いに自由に選択可能な順序で実施されうる。

好ましい実施例により、ステップＳ２ａで、化成ユニットの第１接触要素と第１導体の第１化成接触部分との第１接触の第１パラメータデータを検出する。

図２ａから分かるように、第１パラメータデータを検出するステップ２ａは、化成ユニットの第１接触要素と第１導体の第１化成接触部分との第１接触の第１接触抵抗を検出するステップ２ａ’及び／又は化成ユニットの第１接触要素と第１導体の第１化成接触部分との第１接触の第１温度を検出するステップ２ａ’’を含みうる。

更に、好ましい実施例により、ステップ２ｂで、化成ユニットの第２接触要素と第２導体の第２化成接触部分との第２接触の第２パラメータデータを検出するが、その際、ステップＳ１ａとＳ１ｂは、同時に又は互いに自由に選択可能な順序で実施されうる。

図２ｂから分かるように、第２パラメータデータを検出するステップ２ｂは、化成ユニットの第２接触要素と第２導体の第２化成接触部分との第２接触の第２接触抵抗を検出するステップ２ｂ’及び／又は化成ユニットの第２接触要素と第２導体の第２化成接触部分との第２接触の第２温度を検出するステップ２ｂ’’を含みうる。

図１から更に分かるように、好ましい実施例において、ステップＳ３ａで、検出された第１パラメータデータを制御装置に送ることができ、かつステップＳ３ｂで、検出された第２パラメータを制御装置に送ることができ、その際、ステップＳ３ａとＳ３ｂは、同時に又は互いに自由に選択可能な順序で実施されうる。

この実施例において、ステップＳ４ａで、検出された第１パラメータデータが予め決められた第１限界値を示す場合に、検出された第１パラメータに依存して第１接触の変更を実施することができる。更に、ステップＳ４ｂで、検出された第２パラメータデータが予め決められた第２限界値を示す場合に、検出された第２パラメータに依存して第２接触の変更を実施することができ、その際、ステップＳ４ａとＳ４ｂは、同時に又は互いに自由に選択可能な順序で実施されうる。

図に記載されていない実施例により、第１接触の変更を実施するステップＳ４ａは、第１接触要素が第１導体の第１化成接触部分に押付けられる第１圧力を高めるステップＳ４ａ’を有していてよい。更に、第２接触の変更を実施するステップＳ４ｂは、第２接触要素が第２導体の第２化成接触部分に押付けられる第２圧力を高めるステップＳ４ｂ’を有していてよい。

図１は、本発明による方法において、ステップＳ５で電気化学的セルの化成処理を実施することを示し、図３は、電気化学的セルの化成処理を実施するための好ましい実施例の流れ図を示す。ステップＳ５ａで定格容量の特に２５〜４０％の範囲で電気化学的セルの第１化成を実施し、ステップＳ５ｂで定格容量の特に７５〜９０％の範囲で電気化学的セルの第２化成を実施し、ステップＳ５ｃで定格容量の特に１００％まで電気化学的セルの上記中間製品の第３化成を実施する。

本発明による方法において、電気化学的セルの化成処理を実施するステップＳ５後に、ステップＳ６ａで第１化成接触部分を取外し、ステップＳ６ｂで第２化成接触部分を取外すが、その際、ステップＳ６ａとＳ６ｂは、同時に又は互いに自由に選択可能な順序で実施されうる。

Ｓ１ａ化成ユニットの第１接触要素を、第１導体の第１化成接触部分に押付ける
Ｓ１ｂ化成ユニットの第２接触要素を、第２導体の第２化成接触部分に押付ける
Ｓ２ａ化成ユニットの第１接触要素と第１導体の第１化成接触部分との第１接触の第１パラメータデータを検出する
Ｓ２ａ’ 化成ユニットの第１接触要素と第１導体の第１化成接触部分との第１接触の第１接触抵抗を検出する
Ｓ２ａ’’ 化成ユニットの第１接触要素と第１導体の第１化成接触部分との第１接触の第１温度を検出する
Ｓ２ｂ化成ユニットの第２接触要素と第２導体の第２化成接触部分との第２接触の第２パラメータデータを検出する
Ｓ２ｂ’ 化成ユニットの第２接触要素と第２導体の第２化成接触部分との第２接触の第２接触抵抗を検出する
Ｓ２ｂ’’ 化成ユニットの第２接触要素と第２導体の第２化成接触部分との第２接触の第２温度を検出する
Ｓ３ａ検出された第１パラメータデータを制御装置に送る
Ｓ３ｂ検出された第２パラメータデータを制御装置に送る
Ｓ４ａ検出された第１パラメータデータが予め決められた第１限界値を示す場合に、検出された第１パラメータに依存して第１接触の変更を実施する
Ｓ４ａ’ 第１接触要素が第１導体の第１化成接触部分に押付けられる第１圧力を高める
Ｓ４ｂ検出された第２パラメータデータが予め決められた第２限界値を示す場合に、検出された第２パラメータに依存して第２接触の変更を実施する
Ｓ４ｂ’ 第２接触要素が第２導体の第２化成接触部分に押付けられる第２圧力を高める
Ｓ５化成処理を実施する
Ｓ５ａ定格容量の２５〜４０％の範囲で電気化学的セルの第１化成を実施する
Ｓ５ｂ定格容量の７５〜９０％の範囲で電気化学的セルの第２化成を実施する
Ｓ５ｃ定格容量の１００％まで電気化学的セルの第３化成を実施する
Ｓ６ａ第１化成接触部分を取外す
Ｓ６ｂ第２化成接触部分を取外す

Claims

特に自動車両で使用するために設計されたバッテリ用の、第１導体及び第２導体を有する電気化学的セルを、第１接触要素及び第２接触要素を有する化成ユニットを用いて化成するための方法であって、前記第１導体が、取外し可能に構成された第１化成接触部分を有し、前記第２導体が、取外し可能に構成された第２化成接触部分を有する前記方法において、前記方法が次のステップ：
（Ｓ１ａ）前記化成ユニットの前記第１接触要素を前記第１導体の前記第１化成接触部分へ押付けるステップ、
（Ｓ１ｂ）前記化成ユニットの前記第２接触要素を前記第２導体の前記第２化成接触部分へ押付けるステップ、
（Ｓ５）化成処理を実施するステップ、
（Ｓ６ａ）前記第１導体から前記第１化成接触部分を取外すステップ、及び
（Ｓ６ｂ）前記第２導体から前記第２化成接触部分を取外すステップ
を有することを特徴とする、方法。
前記第１接触要素を押付ける前記ステップ（Ｓ１ａ）が、前記第１化成接触部分の表面層を突き刺すように実施され、及び／又は前記第２接触要素を押付ける前記ステップ（Ｓ１ｂ）が、前記第２化成接触部分の表面層を突き刺すように実施されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記化成ユニットの前記第１接触要素が少なくとも１つの尖端部を有し、かつ前記化成ユニットの前記第２接触要素が少なくとも１つの尖端部を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
前記第１接触要素が第１の数の第１接触ピンとして構成されていて、かつ前記第２接触要素が第２の数の第２接触ピンとして構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方法。
前記第１接触ピンが個別に支持されていて、及び／又は前記第２接触ピンが個別に支持されていることを特徴とする、請求項４記載の方法。
前記第１接触要素が、その接触端部に、少なくとも１つの接触スパイクを備えるキャップを有し、及び／又は前記第２接触要素が、その接触端部に、少なくとも１つの接触スパイクを備えるキャップ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方法。
前記第１接触要素を押付ける前記ステップ（Ｓ１a）の後に、前記方法が、更に次のステップ：
（Ｓ２ａ）前記化成ユニットの前記第１接触要素と前記第１導体の前記第１化成接触部分との第１接触の第１パラメータデータを検出するステップ、
（Ｓ３ａ）検出された前記第１パラメータデータを制御装置に送るステップ、及び
（Ｓ４ａ）検出された前記第１パラメータデータが予め決められた第１限界値を示す場合に、検出された前記第１パラメータデータに依存して前記第１接触の変更を実施するステップ
を有し、
及び／又は前記第２接触要素を押付ける前記ステップ（Ｓ１ｂ）の後に、前記方法が、更に次のステップ：
（Ｓ２ｂ）前記化成ユニットの前記第２接触要素と前記第２導体の前記第２化成接触部分との第２接触の第２パラメータデータを検出するステップ、
（Ｓ３ｂ）検出された前記第２パラメータデータを制御装置に送るステップ、及び
（Ｓ４ｂ）検出された前記第２パラメータデータが予め決められた第２限界値を示す場合に、検出された前記第２パラメータデータに依存して前記第２接触の変更を実施するステップ
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方法。
前記接触の前記第１パラメータデータの検出の前記ステップ（Ｓ２a）が少なくとも１つの次のステップ：
（Ｓ２ａ’）前記化成ユニットの前記第１接触要素と前記第１導体の前記第１化成接触部分との前記第１接触の第１接触抵抗を検出するステップ、及び／又は
（Ｓ２ａ’’）前記化成ユニットの前記第１接触要素と前記第１導体の前記第１化成接触部分との前記第１接触の第１温度を検出するステップ
を有し、
及び／又は前記接触の前記第２パラメータデータの検出の前記ステップ（Ｓ２ｂ）が少なくとも１つの次のステップ：
（Ｓ２ｂ’）前記化成ユニットの前記第２接触要素と前記第２導体の前記第２化成接触部分との前記第２接触の第２接触抵抗を検出するステップ、及び／又は
（Ｓ２ｂ’’）前記化成ユニットの前記第２接触要素と前記第２導体の前記第２化成接触部分との前記第２接触の第２温度を検出するステップ
を有することを特徴とする、請求項７記載の方法。
前記第１接触の変更を実施する前記ステップ（Ｓ４a）が次のステップ：
（Ｓ４ａ’）前記第１接触要素が前記第１導体の前記第１化成接触部分に押付けられる第１圧力を高めるステップ
を有し、
及び／又は前記第２接触の変更を実施する前記ステップ（Ｓ４ｂ）が次のステップ：
（Ｓ４ｂ’）前記第２接触要素が前記第２導体の前記第２化成接触部分に押付けられる第２圧力を高めるステップ
を有することを特徴とする、請求項７又は８記載の方法。
化成処理を実施する前記ステップ（Ｓ５）が次のステップ：
（Ｓ５ａ）定格容量の２５〜４０％の範囲で前記電気化学的セルの第１化成を実施するステップ、
（Ｓ５ｂ）定格容量の７５〜９０％の範囲で前記電気化学的セルの第２化成を実施するステップ、及び
（Ｓ５ｃ）定格容量の１００％まで前記電気化学的セルの第３化成を実施するステップ
を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
取外し可能に構成された前記第１化成接触部分を有する前記第１導体と、取外し可能に構成された前記第２化成接触部分を有する前記第２導体とを備える電気化学的セルにおいて、前記電気化学的セルが請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法で化成されていることを特徴とする、電気化学的セル。
前記第１化成接触部分が前記第１導体の外側端部に配置されていて、及び／又は前記第２化成接触部分が前記第２導体の外部端部に配置されていることを特徴とする、請求項１１記載の電気化学的セル。
前記電気化学的セルを備えるバッテリにおいて、前記電気化学的セルが請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法により化成されていることを特徴とする、バッテリ。