JP2023505816A - 延長された寿命を有するリチウムイオンバッテリ - Google Patents

延長された寿命を有するリチウムイオンバッテリ Download PDF

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Abstract

【課題】バッテリの加速的な劣化を防止して寿命延長を図ること。【解決手段】電気化学的な基礎において電気エネルギーを蓄えるバッテリであって、ハードケースとして形成され、密封してシールされたハウジングと、有機電解物に基づく、ハウジングに含まれる少なくとも１つの電気化学的なセルとを備え、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所がハウジングの壁部２０４に設けられており、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所が、ハウジング内部へのアクセス部を得るように、及び得られたハウジング内部へのアクセス部を再び密閉するように構成されており、ハウジング内部へのアクセス部が、開放された状態で、電気化学的なセルの抜気をするように構成されている。

Description

本発明は、ハードケースとして形成され、有機電解物に基づく少なくとも１つの電気化学的なセルを含む、密封してシールされたハウジングを有するバッテリを動作させる方法と、当該方法により動作され得るバッテリとに関するものである。
図１ａ～図１ｃには、電気化学的な基礎において電気エネルギーを貯蔵するバッテリを製造する方法ステップが示されており、バッテリには、少なくとも１つの、有機電解物に基づく電気化学的なリチウムイオンセル（リチウムイオン電池）が含まれている。第１の方法ステップでは、図１ａに概略的に示された閉鎖されていないバッテリ１００が提供される。当該バッテリはハードケースとして形成されたハウジング１０１を備えており、当該ハウジングは、その壁部１０４のうち１つにおいて、異なる極性の２つの端子クランプ（１０２，１０３）と、ハウジング内部へのアクセス部とを有している。電気化学的なセルの電極、集電装置及びアレスタはハウジング１０１に含まれており、アレスタは、それぞれ両端子クランプ１０２，１０３のうち１つに電気的に接続されている。ハウジング内部へのアクセス部は、ハウジング壁部１０４における開口部１０５として形成されているとともに、壁部１０４の符号１０６で示される部分によって画定される／区切られる。破線で示される円内に含まれる壁部１０４の一部が図１ｂに概略的に図示されている。当該図１ｂには、ハウジング外側における開口部１０５が開口部分を有しており、当該開口部分の開口断面は、開口部の残りの部分の開口断面よりも大きいことが示されている。図１ｂに示された矢印は、第２の方法ステップ、すなわち、セル（図においては示されていない）を有機電解物で充填（補充）するために、ハウジング内部へのアクセス部１０５を通して有機電解物を充填することが示唆されている。その後、第３の方法ステップでは、ハウジング内部へのアクセス部１０５が、金属から成る閉鎖手段１１３で密封してシールされる。このとき、本質的に開口部１０５のハウジング外側の端部に位置する開口部分の形状を有する閉鎖手段１１３は、当該開口部分へ入れられ、ハウジング壁部１０４に溶接されるため、閉鎖手段１１３によって閉鎖される開口部１０５’は、永続的に密封してシールされている。当該方法により製造されるバッテリのハウジングは、中にあるセルの有機電解物を化学的に汚染されることなく再び開放されることができない。第３の方法ステップが図１ｃに概略的に図示されている。
このように製造されるバッテリの寿命は、本質的に、リチウムイオンセル（リチウムイオン電池）において進行する劣化プロセスによって決定される。当該プロセスにより、一方では有機電解物及び循環可能なリチウムの消費につながり、他方では、セルにおける気体圧力を増大させる気体の発生に至る。特に、セルにおける気体圧力の増大は、電極間の接触の低減に関連している。加えて、電極間の接触を低減が始まる気体圧力は、セルハウジングの機械的な特性と、セルハウジングにおける、ジェリーロール又はスタックとして形成される電極の配置と、セルハウジングのデザインとに依存し得る。例えば、リチウムイオンセルの加速的な劣化は、標準のＰＨＥＶ２プリズムハードケースにおいて、約３ｂａｒの内部の気体圧力から生じることがある。
これまで説明した方法により製造されるバッテリでは、内部の気体圧力は徐々に増大し、所定の内部の気体圧力の到達後、セルの加速的な劣化が始まる。
したがって、本発明の課題は、気体の発生に起因するセルの加速的な劣化を防止することが可能な、又は当該劣化を少なくとも緩和することが可能な、ハードケースとして形成され、密封してシールされるハウジングと、有機電解物に基づく電気化学的なリチウムイオンセルとを含むバッテリを提供することにある。
当該課題の解決手段は、請求項１の示唆により達成される。当該示唆の様々な実施形態及び発展形態は、請求項２～７の対象である。
また、本発明の課題は、本発明によるバッテリに適用され、気体の発生によるセルの加速的な劣化を防止し、又は当該劣化を少なくとも緩和する方法を提供することにある。
当該課題の解決手段は、請求項８の示唆により達成される。当該示唆の様々な実施形態及び発展形態は、請求項９～１５の対象である。
本発明の第１の態様は、電気化学的な基礎において電気エネルギーを蓄えるバッテリに関するものであり、当該バッテリは、
ハードケースとして形成され、密封してシールされたハウジングと、
有機電解物に基づく、ハウジングに含まれる少なくとも１つの電気化学的なセルと
を備え、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所がハウジングの壁部に設けられており、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所が、ハウジング内部へのアクセス部を得るように、及び得られたハウジング内部へのアクセス部を再び密閉するように構成されており、ハウジング内部へのアクセス部が、開放された状態で、電気化学的なセルの抜気をするように構成されている。
これにより、本発明による方法をバッテリに適用することができ、その適用により、通常圧力（地表における気圧）に低減された内部の気体圧力を有するバッテリを提供することができ、これにより、バッテリの寿命が本質的に延長される。
ハウジングに含まれる１つ又は複数の電気化学的なセルは、好ましくはリチウムイオンセルである。
有利な一実施形態では、ハウジング内部へのアクセス部が、開放された状態において、更に追加的な電解物で電気化学的なセルを充填するように構成されている。
これにより、本発明による方法の適用によって、電解物が少なくとも部分的に新たにされることができ、したがって、バッテリの寿命を更に延長することが可能である。
好ましい一実施形態では、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所は、閉鎖手段によって密封される開口部としてハウジングの壁部に形成されているとともに、ハウジング内部へのアクセス部を当該閉鎖手段を貫通することで得るように構成されている。
これにより、ハウジング内部へのアクセス部を、容易に、迅速かつ確実に得ることが可能である。
好ましい一実施形態では、閉鎖手段によって密封される開口部の開口断面が、外方へ向けて徐々に、又は段状に拡大しており、開口部が、異なる大きさの開口断面を有する少なくとも２つの開口部分を備えており、閉鎖手段が、開口部のハウジング外側の端部に関して埋没して配置されている。
これにより、本発明による方法の適用によって、別の閉鎖手段を壁部の外面に対して埋没して（したがって外部からの機械的な影響に対して保護して）設けることができ、開口部を確実かつ効果的に密閉することが可能である。
開口部が、異なる大きさの開口断面を有する２つよりも多くの開口部分を備えていれば、有利には、本発明による方法を少なくとも２回（又は複数回）任意の、及び同一のバッテリに適用することが可能である。
本発明の意味合いでは、開口部分の開口断面は、（本質的に）開口部の深さ方向に対して垂直な加工部分の断面と理解されるべきである。開口部分の開口断面は、同一の大きさ及び形状を有することができる。これは、例えば、加工部分が円筒状の形状を有する場合である。
好ましい一実施形態では、ハウジングの壁部に形成された開口部の区画部が階段状又は円すい状である。
これにより、閉鎖手段の形状を、例えば円筒状あるいは円すい台状の薄板として容易に保持することができる。
好ましい一実施形態では、閉鎖手段が開口部の開口断面に配置され、該開口断面の形状が、閉鎖手段の外縁部の形状に本質的に適合して（ぴったりと）対応しており、閉鎖手段の外縁部が、該外縁部を包囲するハウジングの壁部と密封して結合される。
これにより、アクセス部／加工部の閉鎖を特に効率的かつ確実に実行することが可能である。
閉鎖手段の厚さは、例えば、当該閉鎖手段が貫通工具の先端部によって貫通され得るように寸法設定されている。ハウジング内部へ至ることがあるとともにハウジング内部にある電気化学的なセルを不意に短絡させることがある粒子が貫通時に生じないように、先端部の表面が平滑であれば有利である。好ましくは、閉鎖手段及びハウジングは金属で形成されているとともに、閉鎖手段は、ハウジングの壁部に溶接又ははんだ付けされている。金属は、アルミニウムであってよい。
開口部又は個別の開口部分の開口断面は、円形状、だ円状、矩形状、多角形状のうち１つ又はこれらの組合せであってよい。開口部は、それぞれ異なるように成形された回大断面を有する開口部分を有することができる。例えば、開口部は、丸みのある開口部分と、その上に配置された矩形状の開口部分とを有することが可能である。
好ましい一実施形態では、閉鎖手段が、
－平坦な薄板又はプレート、
－ハウジング内部へ向いた表面側がポリマ層で覆われている平坦な薄板又はプレート、
－閉鎖手段の少なくとも表面側で、内側の範囲に凹部を備えた薄板又はプレート、
－閉鎖手段の少なくとも表面側で、内側の範囲に凹部を備えているとともに、ハウジング内部へ向いた凹部がポリマ層で覆われている薄板又はプレート
のうちいずれかとして形成されている。
これにより、ハウジング壁部との閉鎖手段の溶接時又ははんだ付け時になされるエネルギー入力に応じて、適合した閉鎖手段を選択することが可能である。例えば、場合によっては薄く平坦な閉鎖手段が損傷し得る大きなエネルギー入力の場合には、少なくとも１つの凹部を有する閉鎖手段を選択することができる。当該閉鎖手段は、内側の範囲のみが薄く構成されており、当該内側の範囲は、厚く構成された外側の縁部範囲によって周囲で包囲されている。このとき、外側の縁部範囲の厚さは、溶接時又ははんだ付け時になされるエネルギー入力によって閉鎖手段が損傷することがないように構成されている。閉鎖手段の貫通時に粒子がハウジング内部へ至るとともにそこで短絡を生じさせることを防止する閉鎖手段を選択することも可能である。例えば、ハウジング内部に向いた表面側にポリマ層を有するように閉鎖手段を選択することが可能である。
好ましくは、閉鎖手段はアルミニウムで形成されている。
好ましい一実施形態では、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所は、ネジ閉鎖部として形成されており、当該ネジ閉鎖部は、ネジキャップを回して開けることでハウジング内部へのアクセス部を得るように、及びネジキャップを回して閉めることでハウジング内部への得られたアクセス部を再び閉鎖するように構成されている。
これにより、ハウジング内部へのアクセス部を任意に頻繁に開放し再び閉鎖することが可能であり、これにより、本発明による方法を任意に頻繁に１つの、及び同一のバッテリに適用することが可能である。
本発明の第２の態様は、ハードケースとして形成され、有機電解物に基づく少なくとも１つの電気化学的なセルを含む、密封してシールされたハウジングを有する、バッテリを動作させる方法に関するものであり、当該方法は、
少なくとも１つのセルの抜気をするために、ハウジングにこのために構成された、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所においてハウジングを開放すること、及び
ハウジングの開放によって生じるハウジング内部へのアクセス部を再密閉すること
を有する。
これにより、バッテリの抜気、すなわちその内部の気体圧力を通常圧力（地表における気圧）へ低減することができ、ハウジング内部への水の侵入を防止することが可能である。
ハウジングに含まれる１つ又は複数の電気化学的なセルは、好ましくはリチウムイオンセルである。
好ましい一実施形態では、方法は、セルに追加的な電解物を補充するために、ハウジングの開放時に生じるアクセス部を通してハウジング内部へ追加的な電解物を充填することを更に有する。
これにより、消費された有機電解物を置換することができ、これにより、バッテリの寿命が更に延長される。有機電解物は、バッテリの動作中にセルにおける化学的な副反応によって消費されることがあり、このとき生じる反応生成物が時間の経過において蓄積される。
好ましい一実施形態では、アクセス部をあらかじめ閉鎖する第１の閉鎖手段の貫通によって、このために構成された箇所においてハウジングの開放が行われる。
これにより、ハウジング内部へのアクセス部を、容易に、迅速かつ確実に得ることが可能である。
第１の閉鎖手段の貫通は、貫通工具の先端部によって行われることができる。このとき、第１の閉鎖手段の厚さは、当該第１の閉鎖手段が貫通工具によって貫通され得るように寸法設定されており、第１の閉鎖手段及び貫通工具は、ハウジング内部へ至り得るとともに当該ハウジング内にある電気化学的なセルを不意に短絡させ得る粒子が貫通時に生じないように構成されている。この意味合いでは、第１の閉鎖手段がアルミニウムから成り、先端部の表面が平滑であれば有利である。
好ましい一実施形態では、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所が、開放前に密封された開口部としてハウジングの壁部に形成されており、開口部の開口断面が、ハウジング内部から外方へ向けて徐々に、又は段状に拡大しており、
開口部が、開放前に、第１の閉鎖手段によって密封されており、
第１の閉鎖手段が、アクセス部のハウジング外側の端部に関して埋没して配置されており、
アクセス部の再密閉が、埋没して配置された第１の閉鎖手段の上方において、開口部に第２の閉鎖手段を取り付けることによって行われる。
これにより、第２の閉鎖手段が、壁部の外面に対して埋没して（したがって外部からの機械的な影響に対して保護されて）設けられているのみならず、得られるハウジング内部へのアクセス部も、確実かつ効果的に密封してシールされることが可能である。
好ましくは、開口部は異なる大きさの開口断面を有する少なくとも２つの開口部分を備えており、第１の閉鎖手段は、より小さな開口断面を有する開口部分においてより大きな開口断面を有する開口部分に対して埋没して配置されており、第２の閉鎖手段は、より大きな開口断面を有する開口部分へ設けられている。このとき、第２の閉鎖手段の外縁部の形状は、第２の閉鎖手段と接触する壁部分の形状に適合して対応することが可能である。
好ましい一実施形態では、第２の閉鎖手段が開口部の開口断面に配置され、該開口断面の形状が、第２の閉鎖手段の外縁部の形状に本質的に適合して対応しており、第２の閉鎖手段の外縁部が、該外縁部を包囲するハウジングの壁部と密封して結合される。
これにより、特に第２の閉鎖手段の縁部を当該縁部を包囲する壁部分に溶接することで、アクセス部の再密閉を特に効果的かつ確実に行うことが可能である。
第２の閉鎖手段が配置される開口部分の開口断面は、円形状、だ円状、矩形状、多角形状のうち１つ又はこれらの組合せであってよい。
第２の閉鎖手段は、ハウジングの外面が開口部全体を覆うようにハウジングの外面に設けられることも可能であるとともに、ハウジングの外面に密封して結合されることが可能である。この場合、第２の閉鎖手段の外縁部の形状は、開口部の開口断面に依存せずに選択されることが可能である。
好ましくは、ハウジング及び第２の閉鎖手段は、金属（例えばアルミニウム）から成り、第２の閉鎖手段は、溶接／はんだ付けによって当該第２の閉鎖手段を包囲するハウジングの壁部と密封して結合されている。
第２の閉鎖手段によって再閉鎖されたハウジングを第２の閉鎖手段の貫通によって再び開口するために、第２の閉鎖手段の厚さが、当該第２の閉鎖手段が貫通工具によって貫通され得るように寸法設定されており、第２の閉鎖手段及び貫通工具が、ハウジング内部へ至り得るとともに当該ハウジング内にある電気化学的なセルを不意に短絡させ得る粒子が貫通時に生じないように構成されていることが有利である。第２の閉鎖手段がアルミニウムから成る場合には特に有利である。
好ましい一実施形態では、貫通が、管状の部分を有する貫通工具を用いて行われ、追加的な電解物の充填が、貫通工具の管状の部分を用いて行われる。
これにより、追加的な有機電解物の充填を、容易に、効果的かつ確実に達成することが可能である。
好ましい一実施形態では、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所がネジ閉鎖部として形成されており、ハウジングの開放がネジ閉鎖部の開放によって行われ、ハウジングの密閉がネジ閉鎖部の閉鎖によって行われる。
これにより、ハウジング内部へのアクセス部及びその再密閉を容易に達成できるのみならず、任意に頻繁に実行することも可能であり、したがって、本発明による方法は、原則的には、１つの、及び同一のバッテリに任意に頻繁に適用されることが可能である。
好ましい一実施形態では、
－追加的な電解物が、セルに含まれる電解物と同一のタイプであり、
－追加的な電解物が、寿命を延長するようにセルへ作用し、及び／又はセルの電極との電解物の副反応を抑制又は防止する１つ又は複数の添加物を含み、又は
追加的な電解物が、追加的な電解物の充填につづくセルのサイクルにおいて追加的な電気化学的に活性なリチウムを提供するリチウムを含む分子、特にリチウムを含む塩類を含む。
これにより、バッテリの寿命を更に延長することが可能である。
本発明は、当該方法により動作され得るバッテリに関するものでもある。
本発明の別の利点、特徴及び適用可能性は、図面に関連した以下の詳細な説明から明らかである。
バッテリを製造するための公知の方法の１つのステップを概略的に示す図である。 バッテリを製造するための公知の方法の１つのステップを概略的に示す図である。 バッテリを製造するための公知の方法の１つのステップを概略的に示す図である。 本発明によるバッテリを製造するための方法の１つのステップを概略的に示す図である。 本発明によるバッテリを製造するための方法の１つのステップを概略的に示す図である。 本発明によるバッテリを製造するための方法の１つのステップを概略的に示す図である。 第１の実施形態による本発明によるバッテリを示す図である。 第１の実施形態によるバッテリを動作させるための本発明による方法の１つのステップを概略的に示す図である。 第１の実施形態によるバッテリを動作させるための本発明による方法の１つのステップを概略的に示す図である。 第１の閉鎖手段の２つの態様の高さ方向における断面を概略的に示す図である。 第１の閉鎖手段の２つの態様の高さ方向における断面を概略的に示す図である。 第１の閉鎖手段の一態様によるバッテリハウジングの密閉を概略的に示す図である。 第１の閉鎖手段の他の態様によるバッテリハウジングの密閉を概略的に示す図である。 第２の実施形態による本発明によるバッテリを示す図である。 第２の実施形態によるバッテリを動作させるための本発明による方法の１つのステップを概略的に示す図である。 第２の実施形態によるバッテリを動作させるための本発明による方法の１つのステップを概略的に示す図である。
図２ａ～図２ｃには、電気化学的な基礎において電気エネルギーを貯蔵する本発明によるバッテリを製造する方法が概略的に示されており、バッテリには、少なくとも１つの、有機電解物に基づく電気化学的なリチウムイオンセル（リチウムイオン電池）が含まれている。
第１の方法ステップでは、閉鎖されていないバッテリ２００が提供される。当該バッテリ２００は、図２ａに概略的に図示されているとともに、異なる極性の２つの端子クランプ２０２，２０３及びハウジング内部へのアクセス部を有する壁部２０４をもった、ハードケースとして形成されたハウジング２０１と、当該ハウジング２０１に含まれる（したがって図では概略的に図示されていない）、少なくとも１つの電気化学的なセルの電極、集電装置（電流コレクタ）及びアレスタとを備えている。２つの端子クランプ２０２，２０３のそれぞれは、その各極性に対応するアレスタに電気的に接続されている。ハウジング２０１には、複数のセルの電極、集電装置及びアレスタを含むことが可能である。
ハウジング内部へのアクセス部は、ハウジング壁部２０４における開口部２０５として形成されているとともに、壁部２０４の符号２０６で示される部分によって画定される／区切られる。図２ｂには、開口部２０６の長手断面が概略的に示されている。ここで、開口部の長手断面によって、断面が開口部２０５を通る深さ方向へ延びる切断部においてどのように生じるかという断面の図示が意図されている。図２ｂから容易に分かるように、開口部２０５は、異なる大きさの開口部断面を有する複数の開口部分を備えており、当該開口部分は外方へ向けて段状に拡大しており、開口部２０５を包囲する／区切るハウジング壁部２０４の一部が階段状に形成されている。しかし、開口部分が外方へ徐々に拡大し、ハウジング壁部を包囲するハウジング壁部の一部が円すい状に形成されることも可能である。開口部分の形状は、円形状、だ円状、矩形状又は多角形状であってよい。
電気化学的な１つ又は複数のセルの動作に必要な電解物は、開口部２０５として形成された、ハウジング内部へのアクセス部を介してハウジング２０１へ充填される。ハウジングへの電解物の当該充填は、第２の方法ステップにおいて行われるとともに、図２ｂでは矢印で概略的に示唆されている。
ハウジング２０１への電解物の充填後、第３の方法ステップでは、ハウジング内部への水の侵入を防止するために、ハウジング２０１が密封してシールされる。図２ｃに示されているように、当該密封したシールは、第１の閉鎖手段２０７ａによって開口部を密閉することによって行われる。第１の密封手段２０７ａは、薄板又はプレートとして形成されることができるとともに、開口部分２０８の開口断面に（本質的に適合して）対応する形状を有し得る。第１の閉鎖手段２０７ａが、開口部分２０８へ入れられるとともに、第１の閉鎖手段２０７ａの外側の側縁部を（本質的に）接触するように包囲するハウジング壁部の一部において溶接又ははんだ付けによって密封して結合されることで、開口部の密閉が行われる。このようにして実現される密封された開口部２０５’により、ハウジング内部への水の侵入が防止される。第１の閉鎖手段２０７ａは、貫通工具によって貫通され、これにより、ハウジング内部へのアクセス部を再び得ることができる。有利には、第１の閉鎖手段２０７ａは、アルミニウムで構成されており、平坦であり、０．２～０．４ｍｍの範囲にある厚さｄ１を有している。
図２ｄには本発明の第１の実施形態によるバッテリ２４０が示されており、当該バッテリは、図２ａ～図２ｃに関連して説明した方法により製造されることが可能である。電気化学的な基礎において電気エネルギーを蓄えるバッテリ２４０は、ハードケースとして形成され、密封してシールされたハウジング２４１と、当該ハウジング２４１に含まれ、当該ハウジング２４１に配置された異なる極性の端子クランプ２０２，２０３に接続された、有機電解物に基づく電気化学的な１つ又は複数のセルとを備えている。また、ハウジングの壁部２０４には、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所２１０が設けられており、当該箇所は、ハウジング内部へのアクセス部を得るように、及び得られたアクセス部をハウジング内部に対して再び密閉するように構成されている。さらに、ハウジング内部へのアクセス部は、１つ若しくは複数の電気化学的なセルを抜気するために、及び／又は１つ若しくは複数の電気化学的なセルを追加的な電解物で満たす（補充する）ために、開放された状態で設置されている。
第１の実施形態によれば、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所２１０は、第１の閉鎖手段２０７ａによって密封される開口部２０５’としてハウジング２４１の壁部２０４に形成されているとともに、ハウジング内部へのアクセス部を当該第１の閉鎖手段２０７ａを貫通することで得るように設置／構成されている。箇所２１０の長手断面が図２ｃに概略的に図示されている。
特に、第１の閉鎖手段２０７ａは、貫通工具の先端部で貫通され得るように構成されており、貫通工具の先端部は、ハウジング内部へ至ることがないとともにその内部にある電気化学的なセルを不意に短絡させる粒子が第１の閉鎖手段２０７ａの貫通時に生じないように形成されている。図２ｃに示されているように、第１の閉鎖手段２０７ａは、厚さｄ１を有する薄板又はプレートとして形成されることができる。有利には、第１の閉鎖手段２０７ａは、アルミニウムで構成されており、平坦であり、０．２～０．４ｍｍの範囲にある厚さｄ１を有している。
図２ｃから容易に分かるように、閉鎖手段２０７ａによって密封される開口部２０５’の開口断面はハウジング内部から外方へ向けて段状に拡大しており、ハウジング壁部における開口部２０５’を画定する部分は階段状に形成されている。また、開口部２０５’は、異なる大きさの開口断面を有する２つの開口部分を備えており、閉鎖手段２０７ａは、開口部２０５’のハウジング外側の端部に関して埋没して中央の開口部分２０８に配置されている。閉鎖手段２０７ａの（外側の）縁部の形状も、開口部分２０８の形状に適合して対応している。開口部２０５’は、異なる大きさの開口断面を有する２つより多くの開口部分を備えることが可能である。開口部分が外方へ徐々に拡大し、ハウジング壁部を包囲するハウジング壁部の一部が円すい状に形成されることも可能である。開口部分の形状は、円形状、だ円状、矩形状又は多角形状であってよい。
図２ｅ及び図２ｆには、第１の実施形態によるバッテリを動作させる本発明による方法が概略的に示されている。当該方法は、バッテリの寿命を延長させるものの特にバッテリの加速的な経年劣化を防止し、又は少なくとも和らげるために、第１の実施形態によるバッテリに適用される。バッテリの加速的な経年劣化は、バッテリのハウジング内部における所定の気体圧力に達すると開始され得る。バッテリの経年劣化は、循環可能なリチウムの消費によって加速されることがある。
第１の実施形態によるバッテリ（２４０）を動作させる方法の第１のステップでは、ハウジングを開放するために構成された、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所２１０においてハウジング２４１の開放がなされる。図２ｅには、ハウジング２４１の開放中の当該箇所２１０の長手断面が概略的に示されている。また、当該図には、ハウジング２４１の開放が、貫通工具２１４による第１の閉鎖手段２０７ａの貫通によってなされることが示唆されている。このとき用いられる貫通工具２１４は、平滑な表面を有する先端部を備えているため、一方では、貫通工具は、第１の閉鎖手段２０７ａを容易に貫通することができ、他方では、ハウジング内部に至ることがある、電気化学的なセルを不意に短絡させる粒子が貫通時に生じない。
貫通工具２１４は、管又は管状の針として形成されることが可能である。図２ｅに示されているように、この場合、ハウジング内部の外部に位置する管又は管状の針２４１の端部を、ハウジング内部へのアクセス部とみなすことができる。そのため、閉鎖手段２０７ａ’の貫通によって得られるハウジング内部へのアクセス部２１２は、管２１４の上側の端部に位置する双方向矢印によって象徴化されている。
ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所２１０は、閉鎖手段２０７ａの貫通によって得られるアクセス部２１２を用いて電気化学的なセルが一方では抜気され、他方では追加的な電解物で満たされることができるように、ハウジング２１０に位置する電気化学的なセルに対して配置されている。
ハウジング内部へのアクセス部２１２を得ることで、自動的にセルの抜気につながり、追加的な電解物でのセルの充填は、別の１つのステップにおいて、ハウジング２４１の開放時に生じるアクセス部２１２を通した追加的な電解物の注入によって行われることが可能である。
第１の実施形態によるバッテリ（２４０）を動作させる方法の第２のステップでは、ハウジング２４１の開放により生じるアクセス部２１２の再密閉がなされる。図２ｆには、当該再密封された、ハウジング内部へのアクセス部の長手断面が概略的に示されている。また、当該図には、貫通された第１の閉鎖手段２０７ａ’の上方において、開口部２０５へ第２の閉鎖手段２１６を設けることでアクセス部の再密閉がなされることが示唆されている。第２の閉鎖手段２１６の外縁部は、開口部２０５のハウジング外側の端部に位置する開口部分２０９の形状に本質的に対応した形状を有することが可能である。このように形成される第２の閉鎖手段２１６は、図２ｆに示されているように、開口部分２０９へ入れられ、当該第２の閉鎖手段を包囲するハウジング壁部２０４と密閉して結合されることが可能である。ハウジング壁部２０４との第２の閉鎖手段２１６の結合は、溶接又ははんだ付けによって行われることが可能である。
アクセス部の再密閉によって、開口部２０５’（ひいてはハウジング２４１）は、再び密閉してシールされ、ハウジング内部への水の侵入が防止される。
第２の閉鎖手段２１６は、（第１の閉鎖手段２０７ａと類似して）貫通工具の先端部で貫通され得るように構成されることができ、貫通工具の先端部は、ハウジング内部へ至ることがないとともにその内部にある電気化学的なセルを不意に短絡させる粒子が第２の閉鎖手段２１６の貫通時に生じないように形成されている。有利には、第２の閉鎖手段２１６は、第１の閉鎖手段のように構成されている。この場合、第１の実施形態によるバッテリを動作させる方法は、二回目にも任意の１つのバッテリ、あるいは同一のバッテリに適用されることができるとともに、当該バッテリの寿命を更に延長させることが可能である。
第２の閉鎖手段２１６は、（第１の閉鎖手段１１３と類似して）貫通工具によって貫通されることがないか、又はハウジング内部へ至ることがある粒子が第２の閉鎖手段２１６の貫通時に生じないようにのみ貫通されることができるように構成されることも可能である。この場合、第１の実施形態によるバッテリを動作させる方法は、二回目には当該バッテリには適用されることができない。
第１の閉鎖手段の別の態様が図２ｇ～図２ｊに示されている。当該各第１の閉鎖手段は、本発明によるバッテリを製造する方法において、開口部２０５の密閉時に第１の閉鎖手段２０７ａに代えて用いられる／使用されることが可能である。図２ｇ～図２ｊに示された第１の閉鎖手段のうち１つで開口部２０５が密封されている（複数の）バッテリも本発明による方法によって動作されることが可能である。
図２ｇには、第１の閉鎖手段２０７ｂの高さ方向における断面が概略的に示されている。当該第１の密封手段は、第１の閉鎖手段２０７ａのように薄板状又はプレート状に形成されることができるとともに、開口部分２０８の開口断面に（本質的に適合して）対応する形状を有し得る。しかし、閉鎖手段２０７ｂの少なくとも１つの表面側は、その縁部の各点からの最小距離Ｌにおいて位置する内側の凹部２１５１を備えている。当該凹部は、より厚く構成された縁部範囲２１７によって周囲で包囲されている。有利には、閉鎖手段２０７ｂの両表面側がそれぞれ１つの凹部を備えており、当該凹部は、互いに対向するとともに、より厚く構成された縁部範囲２１７によって周囲で包囲されている。凹部２１５１又は互いに対向する凹部２１５１，２１５２によって、閉鎖手段２０７ｂにおける内側に位置する範囲は、縁部範囲２１７の厚さｄ３よりも薄い厚さｄ２を少なくとも部分的に有している。
有利には、第１の閉鎖手段２０７ｂはアルミニウムから成り、アルミニウムで形成される閉鎖手段２０７ｂについての厚さｄ２は、０．０５～０．３ｍｍの範囲にあり、アルミニウムで形成される閉鎖手段についての厚さｄ３は、０．２～０．８ｍｍの範囲にある。
図２ｈには、第１の閉鎖手段２０７ｃの高さ方向における断面が概略的に示されている。当該第１の閉鎖手段は、凹部がポリマ層２１１で覆われているか、又はポリマでコーディングされている点で閉鎖手段２０７ｂとは異なっている。ポリマは、例えばポリプロピレン又はポリエチレンであってよい。
図２ｉには、第１の閉鎖手段２０７ｂを用いたバッテリハウジング２０１の閉鎖が概略的に示されている。ここで、当該第１の閉鎖手段が開口部分２０８へ入れられるとともに、第１の閉鎖手段２０７ｂの外側の側縁部を（本質的に）接触するように包囲するハウジング壁部の一部は、縁部範囲２１７に溶接又ははんだ付けによって密封して結合される。有利には、縁部範囲２１７の最小距離Ｌひいては幅は、縁部範囲２１７とハウジング壁部の間の接触面積が最大となるように選択される。縁部範囲２１７のより厚い構成及び／又は当該縁部範囲とハウジング壁部の間の大きな接触面積によって、溶接時又ははんだ付け時になされた入熱によって、より薄く構成された内側範囲の損傷を防止することが可能である。他方では、閉鎖手段２０７ｂの内側範囲がより薄く構成されていれば、当該内側範囲の貫通をより容易に行うことが可能である。
第１の閉鎖手段２０７ｃを用いたバッテリハウジング２０１の閉鎖は、第１の閉鎖手段２０７ｂを用いたバッテリハウジングの閉鎖のように行われるが、第１の閉鎖手段２０７ｃを用いる場合には、当該第１の閉鎖手段は、ポリマ層２１１を有する凹部がハウジング内部へ向くように開口部分２０８へ入れられる。ポリマ層２１１及びハウジング壁部が互いに接触しなければ有利である。ポリマ層２１１は、閉鎖手段２０７ｃの貫通時に生じることがある粒子がハウジング内部へ至るとともに電気化学的なセルにおける短絡を引き起こすことを防止することが可能である。
図２ｊには、第１の閉鎖手段２０７ｄを用いたバッテリハウジング２０１の閉鎖が概略的に示されている。当該第１の閉鎖手段は、閉鎖手段２０７ａのように平坦な薄板又はプレートとして形成されているが、ハウジング内部へ向いた表面側には、例えばポリプロピレン又はポリエチレンを含み得るポリマコーティング２１３を備えている。第１の閉鎖手段２０７ｄを用いたバッテリハウジング２０１の閉鎖は、第１の閉鎖手段２０７ａを用いたバッテリハウジングの閉鎖のように行われるが、第１の閉鎖手段２０７ｄを用いる場合には、当該第１の閉鎖手段は、ポリマ層２１３を有する表面側がハウジング内部へ向くように開口部分２０８へ入れられる。ポリマ層２１３及びハウジング壁部が互いに接触しなければ有利である。ポリマ層２１３は、閉鎖手段２０７ｄの貫通時に生じることがある粒子がハウジング内部へ至ることを防止することが可能である。
図３ａには、本発明の第２の実施形態による、電気化学的な基礎において電気エネルギーを蓄えるバッテリ３００が示されている。バッテリ３００は、ハードケースとして形成され、密封してシールされたハウジング３０１と、当該ハウジング３０１に含まれ、当該ハウジング３０１に配置された異なる極性の端子クランプ３０２，３０３に接続された、有機電解物に基づく電気化学的な１つ又は複数のセルとを備えている。また、ハウジングの壁部３０４には、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所３１０が設けられており、当該箇所は、ハウジング内部へのアクセス部３０８を得るように、及び得られたアクセス部をハウジング内部に対して再び密閉するように構成されている。さらに、ハウジング内部へのアクセス部３０８は、１つ若しくは複数の電気化学的なセルを抜気するために、及び／又は１つ若しくは複数の電気化学的なセルを追加的な電解物で満たす（補充する）ために、開放された状態で設置されている。
第２の実施形態によれば、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所３１０は、ネジ閉鎖部３０５として形成されており、当該ネジ閉鎖部は、ネジキャップ３０６を回して開けることでハウジング内部へのアクセス部３０８を得るように、及びネジキャップ３０６を回して閉めることでハウジング内部への得られたアクセス部３０８を再び閉鎖するように構成されている。箇所２１０は、図３ｂ及び図３ｃにおいても概略的に図示されている。
図３ｂ及び図３ｃには、第２の実施形態によるバッテリを動作させる本発明による方法が概略的に示されている。当該方法は、バッテリの寿命を延長させるものの特にバッテリの加速的な経年劣化を防止し、又は少なくとも和らげるために、第２の実施形態によるバッテリに適用される。
第２の実施形態によるバッテリ（３００）を動作させる方法の第１のステップでは、ハウジング３０１の開放がネジ閉鎖部３０５の開放によってなされる。図３ｂには、当該ステップが概略的に示唆されている。
ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所３１０は、ネジ閉鎖部３０５の開放を用いて電気化学的なセルが一方では抜気され、他方では追加的な電解物で満たされることができるように、ハウジング３０１に位置する電気化学的なセルに対して配置されている。
ネジ閉鎖部３０５の開放は、自動的にセルの抜気につながり、追加的な電解物でのセルの充填は、別の１つのステップにおいて、生じたハウジング内部３０８へのアクセス部を通した追加的な電解物の注入によって行われることが可能である。
第２の実施形態によるバッテリ（３００）を動作させる方法の第２のステップでは、ハウジング内部へのアクセス部３０８の再密閉がネジ閉鎖部３０５の閉鎖によってなされる。図３ｂには、当該ステップが概略的に示唆されている。ネジ閉鎖部３０５を閉鎖することによって、ハウジング３０１は、再び密閉してシールされ、ハウジング内部への水の侵入が防止される。
本発明による両方法では、充填される追加的な電解物は、セルに含まれる電解物と同一のタイプであってよく、寿命を延長するようにセルへ作用し、及び／又はセルの電極との電解物の副反応を抑制又は防止する１つ又は複数の添加物を含むことができ、追加的な電解物の充填につづくセルの充電サイクルにおいて追加的な電気化学的に活性なリチウムを提供するリチウムを含む分子、特にリチウムを含む塩類を含むことができる。
少なくとも１つの例示的な実施形態を上述したが、多数の態様が更に存在することに留意すべきである。このとき、上述の例示的な実施形態は、非限定的な例のみを示すものであり、これにより、ここで説明される装置及び方法の範囲、適用可能性又は構成を制限することを意図するものではない。むしろ、上述の説明は、少なくとも１つの例示的な実施形態の実施のための手引きを当業者に提供するものであり、添付の特許請求の範囲にそれぞれ規定される対象から、及びその法的な等価性から逸脱することなく、その例示的な実施形態において説明される要素の機能及び配置における様々な変更を行うことができることはいうまでもない。
１００ 閉鎖されていないバッテリ
１０１ バッテリハウジング
１０２，１０３ 異なる極性の電極
１０４ ハウジングの壁部
１０５，１０５’ 密封されていないか、あるいは密封されている開口部
１０６ 開口部の区画部／区切り部
１１３ 閉鎖手段
２００ 閉鎖されていないバッテリ
２０１ バッテリハウジング
２０２，２０３ 異なる極性の電極
２０４ ハウジングの壁部
２０５，２０５’ 密封されていないか、あるいは密封されている開口部
２０６ 開口部の区画部／区切り部
２０７ａ～２０７ｄ 第１の閉鎖手段の態様
２０７’ 第１の閉鎖手段の貫通部
２０８ 開口部の第１の開口部分
２０９ 開口部の第２の開口部分
２１０ ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所
２１１ ポリマコーティング
２１２ ハウジング内部へのアクセス部
２１３ ポリマコーティング
２１４ 貫通工具
２１５１，２１５２ 第１の閉鎖手段の内側範囲における凹部
２１６ 第２の閉鎖手段
２１７ 第１の閉鎖手段の縁部範囲
２４０ 密封されたバッテリ
２４１ バッテリハウジング
３００ 閉鎖されたバッテリ
３０１ バッテリハウジング
３０２，３０３ 異なる極性の電極
３０４ ハウジングの壁部
３０５ ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所（ネジ閉鎖部）
３０６ ネジキャップ
３０７ 開口カラー部
３０８ ハウジング内部へのアクセス部

Claims (16)

  1. 電気化学的な基礎において電気エネルギーを蓄えるバッテリであって、
    ハードケースとして形成され、密封してシールされたハウジング（２４１，３０１）と、
    有機電解物に基づく、ハウジング（２４１，３０１）に含まれる少なくとも１つの電気化学的なセルと
    を備え、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所（２１０，３０５）がハウジングの壁部（２０４，３０４）に設けられており、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所（２１０，３０５）が、ハウジング内部へのアクセス部（２１２，３０８）を得るように、及び得られたハウジング内部へのアクセス部を再び密閉するように構成されており、ハウジング内部へのアクセス部（２１２，３０８）が、開放された状態で、電気化学的なセルの抜気をするように構成されていることを特徴とするバッテリ。
  2. ハウジング内部へのアクセス部が、開放された状態において、更に、追加的な電解物で電気化学的なセルを充填するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
  3. ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所（２１０）が、閉鎖手段（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ）によって密封される開口部（２０５’）としてハウジング（２０１）の壁部（２０４）に形成されているとともに、更にハウジング内部へのアクセス部を、閉鎖手段を貫通することで得るように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリ。
  4. 閉鎖手段（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ）によって密封される開口部（２０５’）の開口断面が、外方へ向けて徐々に、又は段状に拡大しており、
    開口部（２０５’）が、異なる大きさの開口断面を有する少なくとも２つの開口部分（２０８，２０９）を備えており、
    閉鎖手段（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ）が、開口部（２０５，２０５’）のハウジング外側の端部に関して埋没して配置されている
    ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリ。
  5. ハウジング（２０１）の壁部（２０４）に形成された開口部（２０５，２０５’）の区画部（２０６）が階段状又は円すい状であることを特徴とする請求項３又は４に記載のバッテリ。
  6. 閉鎖手段（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ）が開口部（２０５，２０５’）の開口部分（２０８）に配置されており、該開口部分の形状が、閉鎖手段の外縁部の形態に本質的に適合して対応しており、閉鎖手段（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ）の外縁部が、該外縁部を包囲するハウジングの壁部と密封して結合されていることを特徴とする請求項３～５のいずれか１項に記載のバッテリ。
  7. 閉鎖手段が、
    －平坦な薄板又はプレート（２０７ａ）、
    －ハウジング内部へ向いた表面側がポリマ層（２１３）で覆われている平坦な薄板又はプレート（２０７ｄ）、
    －閉鎖手段の少なくとも表面側で、内側の範囲に凹部２１５１を備えた薄板又はプレート（２０７ｂ）、
    －閉鎖手段の少なくとも表面側で、内側の範囲に凹部を備えているとともに、ハウジング内部へ向いた凹部がポリマ層（２１１）で覆われている薄板又はプレート（２０７ｃ）
    のうちいずれかとして形成されていることを特徴とする請求項３～６のいずれか１項に記載のバッテリ。
  8. ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所が、ネジ閉鎖部（３０５）として形成されており、該ネジ閉鎖部が、ネジキャップ（３０６）を回して開けることでハウジング内部へのアクセス部（３０８）を得るように、及びネジキャップ（３０６）を回して閉めることでハウジング内部への得られたアクセス部（３０８）を再び閉鎖するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリ。
  9. ハードケースとして形成され、有機電解物に基づく少なくとも１つの電気化学的なセルを含む、密封してシールされたハウジング（２０１，３０１）を有する、バッテリ（２４１，３０１）を動作させる方法であって、
    少なくとも１つのセルの抜気をするために、ハウジングにこのために構成された、ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所（２１０，３０５）においてハウジング（２０１，３０１）を開放すること、及び
    ハウジング（２０１，３０１）の開放によって生じるハウジング内部へのアクセス部（２１２，３０８）を再密閉すること
    を有する方法。
  10. セルに追加的な電解物を補充するために、ハウジングの開放時に生じるアクセス部（２１２，３０８）を通してハウジング内部へ追加的な電解物を充填することを更に有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. アクセス部をあらかじめ閉鎖する第１の閉鎖手段（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ）の貫通によって、このために構成された箇所（２１０）においてハウジング（２０１）の開放が行われることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
  12. ハウジング内部へのアクセス部を得るための箇所（２１０）が、開放前に密封された開口部（２０５’）としてハウジング（２０１）の壁部（２０４）に形成されており、開口部の開口断面が、ハウジング内部から外方へ向けて徐々に、又は段状に拡大しており、
    開口部（２０５’）が、開放前に、第１の閉鎖手段（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ）によって密封されており、
    第１の閉鎖手段（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄ）が、アクセス部のハウジング外側の端部に関して埋没して配置されており、
    アクセス部（２１２）の再密閉が、埋没して配置された第１の閉鎖手段の上方において、開口部（２０５）に第２の閉鎖手段（２１６）を取り付けることによって行われる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 第２の閉鎖手段（２１６）が開口部（２０５）の開口断面（２０９）へ配置され、該開口断面の形状が、第２の閉鎖手段（２１６）の外縁部の形状に本質的に適合して対応しており、第２の閉鎖手段（２１６）の外縁部が、該外縁部を包囲するハウジング（２０１）の壁部（２０４）と密封して結合されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 貫通が、管状の部分を有する貫通工具（２１４）を用いて行われ、追加的な電解物の充填が、貫通工具（２１４）の管状の部分を用いて行われることを特徴とする請求項１１～１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. ハウジング内部へのアクセス部（３０８）を得るための箇所がネジ閉鎖部（３０５）として形成されており、ハウジングの開放がネジ閉鎖部（３０５）の開放によって行われ、ハウジングの密閉がネジ閉鎖部（３０５）の閉鎖によって行われることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
  16. －追加的な電解物が、セルに含まれる電解物と同一のタイプであり、
    －追加的な電解物が、寿命を延長するようにセルへ作用し、及び／又はセルの電極との電解物の副反応を抑制又は防止する１つ又は複数の添加物を含み、
    追加的な電解物が、追加的な電解物の充填につづくセルのサイクルにおいて追加的な電気化学的に活性なリチウムを提供するリチウムを含む分子、特にリチウムを含む塩類を含むことを特徴とする請求項９～１５のいずれか１項に記載の方法。
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