JP2023528018A - 電気化学セル - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのストリップ形状の負電極及び少なくとも１つのストリップ形状の正電極を含む電気化学セル（１０；１００）に関する。負電極及び正電極は、それぞれの集電体と、集電体上に電気化学的に適用されるそれぞれの活性成分とを含む。その過程において、少なくとも１つの負電極及び少なくとも１つの正電極はアセンブリを形成し、少なくとも１つのセパレータにより分離される。少なくとも１つの負電極、少なくとも１つのセパレータ、及び少なくとも１つの正電極のアセンブリは、巻き軸（１４）の周りに螺旋状に巻かれ、巻線（１９）を形成する。負電極及び正電極は、負電極の集電体の長手方向縁部が、巻線の末端面のうちの一方から出て、正電極の集電体の長手方向縁部が、末端面のうちの他方から出るように、アセンブリ内で互いに設計され及び／又は配置されている。セルは、出ている長手方向縁部のうちの１つに直接接触し、この長手方向縁部に溶接プロセスにより接続している、少なくとも１つの接触シートメタル構成要素を含む。巻線（１９）は、巻き軸（１４）が延びる中央空洞（２０）を含み、セルは、第１及び第２の端面（１１、１２）を有するハウジングと、巻線（１９）が配置される内部を密封して包囲する環状ハウジングケーシング（１３）とを有する。中央空洞（２０）は、巻線（１９）の状態の変化を定性的及び／又は定量的に検出できる少なくとも１つのセンサ手段（２４、２１）又は少なくともセンサ手段（２５）の一部分を含み、少なくとも１つのセンサ手段により検出された測定値を表示できる、及び／又はその測定値を受信及び／又は分析ユニットに送信することができる、表示及び／又は接触手段（２３）が、第１の及び／又は第２の端面（１１、１２）に位置する。

Description

本発明は、電気化学セルに関し、具体的には、二次電気化学セル及びそのような電気化学セルを製造する方法に関する。

電気化学セルでは、２つの電気的に結合しているが空間的に分離した部分反応からなる電気化学的なエネルギー供給反応が起こる。比較的低い酸化還元電位で起こる１つの部分反応が負電極で生じ、比較的高い酸化還元電位で起こる１つの部分反応が正電極で生じる。放電中、酸化プロセスの結果として、電子が負電極において放出され、その結果、電子流が外部の消費体を介して正電極に流れ、正電極から対応する量の電子が引き取られる。したがって、正電極において還元プロセスが起こる。同時に、電荷の均一化のために、電極反応に対応するイオン電流が電気化学セル内で生じる。このイオン電流は、セパレータを横切り、イオン導電電解液によって確保される。

二次（再充電可能）電気化学セルでは、この放電反応は可逆的であり、したがって、放出中に生じた化学エネルギーから電気エネルギーへの変換を逆転させることが可能である。

用語「アノード」及び「カソード」は、二次電気化学セルに関連して使用される場合、電極は通常、それらの放電機能に従って命名される。したがって、そのようなセルにおける負電極はアノードであり、正電極はカソードである。

二次電気化学セルの良く知られる例は、リチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、リチウムイオンを可逆的に吸収及び放出することができる電極、並びにリチウムイオンを含有する電解液を含む。

リチウムイオン電池は一般に、アセンブリの形で、その電極及びセパレータを含有する。そのようなアセンブリは、いくつかのセルで構成されるセル積層体であり得る。しかしながら、ほとんどの場合、アセンブリは、巻かれた形態の単一セル（概して、巻線アセンブリ又は巻線セル）である。

アセンブリにおいて、正電極と負電極、並びにセパレータは、一般に、互いに平坦に重なり合っている。ほとんどの場合、電極及びセパレータは、例えば、貼り合わせ（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）により又は接合により接続される。一般に、それらが巻かれるかどうかに関係なく、複合アセンブリは正電極／セパレータ／負電極のシーケンスを含む。多くの場合、アセンブリは、いわゆるバイセルとして製造され、その予想されるシーケンスは、負電極／セパレータ／正電極／セパレータ／負電極、又は正電極／セパレータ／負電極／セパレータ／正電極である。

高エネルギー要件を有する自動車用途又は他の用途のために、多くの場合、いくつかの巻かれた電気化学セルが接続されて、高電圧を発生させるための電池モジュールが形成される。セルのうちのちょうど１つが通常動作から逸脱する結果、全モジュールへの損傷が生じる可能性がある。したがって、セルの動作を監視することが望ましい。なぜなら、監視により、セルの問題となる状態を適時に検出でき、適切な手段を開始できるからである。

センサ技術を電気化学セルに組み込むための様々な手法が既に知られている。例えば、国際公開第２０１３／１２０６６８Ａ１号パンフレットが、電気エネルギー蓄積装置のセル用のセンサ装置について記載しており、セルのハウジング内の基準電極に加えて、センサデータを記録するための装置が設けられており、その装置は、アノード及びカソードに接続している。これにより、例えば、セルにおける温度及び／又は圧力に関するデータを得ることができる。

独国特許出願公開第１０２０１２２２３４８０Ａ１号明細書は、セルの少なくとも１つのパラメータを監視する装置を有するセルについて記載しており、その装置は、少なくとも１つのセンサ、例えば化学センサ又は電圧センサを含む。監視装置の動作のために必要な動作電圧は、セルから引き出される。

本発明は、電池モジュールにおける個々の電気化学セルの動作を監視することを可能にする技術的解決策を提供するという目的に基づく。この解決策は、電気化学セルを製造する工程に組み込むことが、可能な限り容易でなければならない。

この目的は、後述する電気化学セル及び方法によって、特に請求項１に記載の特徴を有する後述する電気化学セルの好ましい実施形態によって達成される。このセルの好ましい実施形態も、従属請求項から明らかでろう。更には、この目的は、更なる独立請求項に従う、そのようなセルを製造する方法によって達成される。

本発明による電気化学セルは、常に以下の特徴によって、特徴付けられる：
ａ．セルは、少なくとも１つのリボン形状の負電極を含む、
ｂ．セルは、少なくとも１つのリボン形状の正電極を含む、
ｃ．少なくとも１つの負電極及び少なくとも１つの正電極はアセンブリを形成し、少なくとも１つのセパレータにより互いに分離されている、
ｄ．少なくとも１つの負電極、少なくとも１つのセパレータ、及び少なくとも１つの正電極のアセンブリは、巻き軸の周りに巻かれ、巻線を形成する、
ｅ．巻線は巻き軸が通る中央空洞を含む、
ｆ．セルは、第１の端面及び第２の端面を有するハウジングを有し、環状ハウジングシェルが内部空間を密封して（sealingly）包囲し、内部空間内に巻線が配置されている。

セルの具体的な特徴的な機能は、以下の通りである：
ｇ．巻線の状態の変化を定性的及び／又は定量的に検出することが可能な、少なくとも１つのセンサ手段又は少なくともセンサ手段の一部分が、中央空洞内に配置されている、
ｈ．第１の端面及び／又は第２の端面上に、少なくとも１つのセンサ手段により検出された測定値を表示することができる、及び／又は測定値を受信ユニット及び／又は評価ユニットに送信することができる、表示手段及び／又は接触手段が存在する。

特に好ましい実施形態では、本発明による電気化学セルは、以下の特徴によって特徴付けられる：
ａ．セルは、少なくとも１つのリボン形状の負電極を含む、
ｂ．セルは、少なくとも１つのリボン形状の正電極を含む、
ｃ．少なくとも１つの負電極及び少なくとも１つの正電極は、それぞれ、集電体と、集電体に適用される電気化学的活性成分とを含む、
ｄ．少なくとも１つの負電極及び少なくとも１つの正電極はアセンブリを形成し、少なくとも１つのセパレータにより互いに分離されている、
ｅ．少なくとも１つの負電極と、少なくとも１つのセパレータと、少なくとも１つの正電極とを含むアセンブリは、巻き軸の周りに渦巻き状に巻かれ、巻線を形成し、巻線は、２つの末端面及び円周方向巻線シェルを有する、
ｆ．負電極及び正電極は、負電極の集電体の長手方向縁部が、巻線の末端面のうちの一方から突出し、正電極の集電体の長手方向縁部が、末端面のうちの他方から突出するように、アセンブリ内で互いに構成され及び／又は配置されている、
ｇ．セルは、突出している長手方向縁部のうちの１つに直接接触し、長手方向縁部に溶接により接続している、少なくとも１つの接触シートメタル部材を含む、
ｈ．巻線は巻き軸が通る中央空洞を含む、
ｉ．セルは、第１の端面及び第２の端面を有するハウジングを有し、環状ハウジングシェルが内部空間を密封して包囲し、内部空間内に巻線が配置されている、
ｋ．巻線の状態の変化を定性的及び／又は定量的に検出することが可能な、少なくとも１つのセンサ手段又は少なくともセンサ手段の一部分が、中央空洞内に配置されている、
ｌ．第１の端面及び／又は第２の端面上に、少なくとも１つのセンサ手段により検出された測定値を表示することができる、及び／又は測定値を受信ユニット及び／又は評価ユニットに送信することができる、表示手段及び／又は接触手段が存在する。

したがって、本発明によるセルは、特に、少なくとも１つのセンサ手段又はセンサ手段の少なくとも一部分を巻線の中央空洞内に配置することにより、その中央空洞が機能的に使用されるという事実により特徴付けられる。センサ手段の助けを借りて又はセンサ手段により、様々なタイプの巻線の状態の変化を検出でき、それにより、センサ手段の設計に応じて、セルの状態監視及び／又は診断が可能になる。センサ手段又はセンサ手段の一部を巻線の中央空洞内に配置することにより、電気化学セルにセンサ手段を装備するための、特に実装が容易な実施可能な解決策が提供される。

上述した状態変化は、本明細書では、セルの機能にとって重要な、セルの特性であると理解される。具体的には、本明細書では、圧力変化、温度変化及び／又は電圧変化が役割を担う。

原則として、本明細書に記載されるセンサ手段又はセンサ手段の一部の配置は、再充電可能（二次）電池及び非再充電可能（一次）電池の両方に好適である。しかしながら、監視機能の必要性は、一般に一次電池にとってはより低いので、及び一次電池にとって、センサ手段に関連する費用とその利点との割合のバランスがよくない場合があるので、記載されている概念によるセンサ手段の配置は、主として二次電池にとって有利である。したがって、本発明によるセルは、好ましくは二次電気化学セルである。

好ましくは、リボン形状のアノード及びリボン形状のカソードは、アノード集電体の第１の長手方向縁部が末端面のうちの一方から突出し、カソード集電体の第１の長手方向縁部が末端面のうちの他方から突出することを確実にするために、電極－セパレータアセンブリ内で互いにオフセットされている。

オフセットされた配置、及び対応する集電体の突出する長手方向縁部と少なくとも１つの接触シートメタル部材との接触により、巻線の内部に配置されたセンサシステムの特定の利点を、特に有利な協力する形で利用することが可能になる。

好ましくは、突出している長手方向縁部のうちの１つに直接接触し、それに溶接により接合されている、少なくとも１つの接触シートメタル部材が、長手方向縁部上に直接載っている。

他の好ましい実施形態では、接触シートメタル部材は、プレート形状、すなわち接触板の形である。したがって、セルは、好ましくは、接触のために形成された、長手方向縁部に載置される少なくとも１つの接触板を含む。

端面から突出する長手方向縁部は、好ましくは、セルのハウジングの一部分に接触するように設計されている。この目的のため、長手方向縁部には、例えば、対応する電気化学的活性成分が存在しないように保持されていてもよく、又は対応する電気化学的活性成分が除去されていてもよい。

好ましくは、したがって、アノード集電体及び／又はカソード集電体は、それらの長手方向縁部のうちの１つに沿って延び、電極材料が設けられていない、少なくとも１つの自由縁部ストリップを有する。

接触のために、電極の対応する長手方向縁部には、好ましくは電極材料がない。長手方向縁部は、好ましくは、対応する接触シートメタル部材、特に接触板に、導電性を有して直接接続している。接触シートメタル部材、特に接触板は、セルのハウジングの一部分であってもよい。代替実施形態では、接触シートメタル部材は、ハウジング部分に電気的に接続している。このタイプの接触は、国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレットに記載されている。本明細書にて国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレットへの完全な参照がなされる。

電極及びセパレータのアセンブリの製造において、反対の極性を有する集電体が同じ端面から突出しないことを確実にするように留意される。なぜなら、これが短絡の危険性を増加させる可能性があるからである。しかしながら、記載される互い違いの配置では短絡の危険性が最小限に抑えられる。なぜなら、反対極性を有する集電体が巻線の反対側の端面から突出するからである。

オフセットされた配置により生じる集電体の突出部を使用して、長手方向縁部に、可能であればその全長にわたって、適切なダイバータにより接触することにより、利点を引き出すことができる。国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレットに記載されるような接触板は、特にダイバータとして好適である。本明細書に記載される接触板はまた、本発明によるセル内の内部抵抗を著しく低減させることもできる。したがって、記載される配置は、大電流の発生を非常に良好に吸収できる。

内部抵抗が最小化されるので、高電流における熱損失が低減される。

全体として、本発明によるセルは、接触シートメタル部材を介して集電体の長手方向縁部に接触する結果としての特に良好な温度挙動によって特徴付けられる。したがって本発明によるセルは、本発明により巻線内に設けられるセンサシステムと組み合わせて、セルの最適状態管理の可能性を提供する。

好ましくは、接触シートメタル部材、具体的には接触板は、２００μｍ～１０００μｍの範囲の厚さを有する金属板である。好ましくは、接触シートメタル部材、具体的には接触板は、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、又はニッケルめっき鋼から構成される。

接触シートメタル部材、具体的には接触板が、長手方向縁部に接続することができるいくつかの方法がある。接触シートメタル部材と、アノード集電体又はカソード集電体の縁部ストリップとの間の接続が直接接続であることが重要である。接触シートメタル部材と電極の集電体との直接接続は、優れた放熱特性を提供することができる。接触シートメタル部材は、導電性を有してハウジングに直接接続されてもよく、又は、接触シートメタル部材は、ハウジングの一部分であってもよい。接触シートメタル部材、具体的には接触板は、ライン形状の接触ゾーンに沿って長手方向縁部と接触していてもよい。本発明によれば、長手方向縁部は１つ以上のセクションを含むことができ、その各々が、接触シートメタル部材、具体的には接触板に、溶接シームによって、その全長にわたって連続的に接続されている。

予想される発展形態では、接触シートメタル部材、具体的には接触板に、その全長にわたって連続的に接続するセクションは、対応する長手方向縁部の全長の少なくとも２５％にわたって、好ましくは少なくとも５０％にわたって、特に好ましくは少なくとも７５％にわたって延びていてもよい。

いくつかの実施形態では、長手方向縁部は、接触シートメタル部材、具体的には接触板に、その全長に沿って連続的に溶接されていてもよい。

少なくとも１つの接触シートメタル部材、具体的には接触板は、少なくとも１つのスロット及び／又は少なくとも１つの穿孔を有してもよい。これらは、溶接された接合部の生産中に、シートメタル、具体的にはプレートの変形を相殺する機能を有する。

好ましい実施形態では、接触シートメタル部材、具体的には接触板は、ディスクの形状、具体的には円形の又は少なくともほぼ円形のディスクの形状を有する。その時、それは、円形の又は少なくともほぼ円形の外側ディスク縁部を有する。ほぼ円形のディスクは、具体的には、少なくとも１つの切り出された弓形、好ましくは２～４個の切り出された弓形を有する、円の形状を有するディスクとして理解されるべきである。

特に好ましくは、本発明による電池は、負電極の集電体の長手方向縁部上に載置されて渦巻き形状を有するライン形状の第１の接触ゾーンをもたらす第１の接触シートメタル部材、具体的には第１の接触板と、正電極の集電体の長手方向縁部上に載置されて渦巻き形状を有するライン形状の第２の接触ゾーンをもたらす第２の接触シートメタル部材、具体的には第２の接触板と、を有する。

特に好ましい実施形態では、負電極の第１の接触シートメタル部材、具体的には第１の接触板と、集電体とは、両方とも同一材料から構成される。これは、特に好ましくは、銅、ニッケル、チタン、ニッケルめっき鋼、及びステンレス鋼を含む群から選択される。

第２の接触シートメタル部材、具体的には第２の接触板と、正電極の集電体とは両方とも、特に好ましくは、アルミニウム、ニッケル、チタン、ニッケルめっき鋼、及びステンレス鋼を含む群から選択される。

本発明によるセルのセンサ手段は、異なるタイプのセンサ又はセンサ手段を含んでもよい。特に好ましい実施形態では、以下の追加の特徴ａ～ｃのうちの少なくとも１つが提供される：
ａ．少なくとも１つのセンサ手段は、基準電極を含む、又は基準電極である。
ｂ．少なくとも１つのセンサ手段は、温度センサを含む、又は温度センサである。
ｃ．少なくとも１つのセンサ手段は、圧力センサを含む、又は圧力センサである。

特に好ましい実施形態では、少なくとも１つのセンサ手段は、基準電極及び温度センサを含む。更には、基準電極と圧力センサとの組み合わせも好ましい場合がある。更に、温度センサと圧力センサとの組み合わせも好ましい場合がある。特に好ましい形態では、基準電極、温度センサ、及び圧力センサの組み合わせが好ましい。

加えて、少なくとも１つのセンサ手段はまた、特にセルにおいて放出され得る様々な化学物質を検出するための、他のセンサ手段、例えばガスセンサを含んでもよい。ガスセンサは、例えば、光学測定原理又は他の測定原理に基づいてもよい。更には、他のセンサ、例えば他の光学センサが使用されてもよい。

基準電極により、セルの電極電位を測定することができる。電極電位は、セルの状態、例えば充電状態を評価するための重要な測定される変数である。具体的には、基準電極と負電極及び／又は基準電極と正電極との間の電位差を、このようにして記録することができる。

温度センサを使用して、セル内の温度を記録し監視することができる。温度により、セルの状態に関して結論を出すことも可能になる。具体的には、セルの機能に非常に有害な影響を及ぼす可能性がある、過剰な加熱（コアの過熱）を検出できる。更には、温度センサを使用して、例えば充電過程にとって好ましくない、低過ぎる温度を検出することもできる。具体的には、温度センサは、セルの熱管理を可能にする。

温度センサは、光学センサ、例えば赤外線センサであり得る。しかしながら、温度センサは、温度の関数としてその抵抗が変化する熱電対又は電子温度センサを含むことができる。

圧力センサを使用して、特に、内部セル圧力（巻き圧力）を記録することができ、圧力センサは、セルの状態に関して結論を出すことも可能にする。セル内での増加する内圧は電解液の分解を示す可能性があり、これは、対応するガス放出に関連し、その結果、ガス圧力は増加する。

基準電極に関して、好ましい実施形態では、セルは、以下の追加の特徴ａ．及びｂ．のうちの少なくとも１つによって特に特徴付けられる：
ａ．基準電極は、中央空洞内に位置する。
ｂ．センサ手段は、基準電極により決定された測定値を表示及び／又は接触手段に送信することができる少なくとも１つの接続手段を含む。
好ましい実施形態では、直前の特徴ａ．及びｂ．は、一緒に実現される。

特に好ましい実施形態では、セルは、以下の特徴ａ．により、基準電極に関して特徴付けられる：
ａ．基準電極はリチウム又はリチウム含有材料を含み、少なくとも１つの接続手段は導電体である。
導電体は、リチウム又はリチウム含有材料に、好ましくは直接接触して、電気的に接触している。

本発明によるセルがリチウムイオン電池である場合、基準電極のためにリチウム又はリチウム含有材料を使用することは、もちろん特に有利である。既に説明したように、電位差を測定するための基準として、リチウム又はリチウム含有材料の定められた電位を使用することができる。

更には、リチウム又はリチウム含有材料は、リチウム貯蔵部として機能することもできる。リチウムイオン電池は、自由リチウム又は自由リチウムイオンの入手可能性に依存し、それにより、利用可能な自由リチウム（可動リチウム）の含有量は、セルの稼働寿命を通じて減少する。したがって、セル内に追加のリチウム源を加えることにより、リチウムイオン電池の寿命を延長できる。したがって、必要に応じて貯蔵部からセルの電極までリチウムを供給すること、又は電極から過剰なリチウムを除去してリチウムめっきを防止することが可能である。この目的のため、リチウム貯蔵部として機能する電極は、例えば接続手段として機能できる導電体を介して、リチウムイオン電池の負電極又は正電極に接続できる。必要であれば、過剰なリチウムを、リチウム貯蔵部に供給し、そこに堆積させることができる。これら用途のために、セル内のアノード及びカソードの個々の電位の別々の監視、及び／又は例えばＤＶＡ（差動電圧分析）などの電気化学的分析を介したセルバランスの外部監視、を可能にする手段が提供できる。

導電体の一方の端部は、好ましくは、基準電極に、又は基準電極のリチウム若しくはリチウム含有材料に電気的に接触し、導電体の別の端部は、表示手段及び／又は接触手段に電気的に接触している。基準電極は、セルの陽極及び陰極に加えて、セルの第３の極を形成する。

導電体と、基準電極又はそれに接続するリチウム貯蔵部とは、第３の極として、セルの他の２つの極から、すなわち、正電極及び負電極と、それらに電気的に結合された任意の更なるセル構成要素とから、電気的に絶縁されていなければならない。

リチウム、又は基準電極若しくはリチウム貯蔵部のリチウム含有材料は、例えば、金属リチウム、リチウム金属酸化物、リチウム金属リン酸塩、又は当業者に良く知られる材料であり得る。通常、これらの材料は、電解液と接触している。リチウムを有する又はリチウム含有材料を有する基準電極の実施形態は、適宜、リチウムめっきを検出し、必要に応じて、それを防止することに特に適している。

温度センサに関して、セルは、有利には、以下の追加の特徴ａ．及びｂ．のうちの少なくとも１つによって特徴付けられる：
ａ．温度センサは、中央空洞内に位置する。
ｂ．センサ手段は、温度センサにより決定された測定値を表示及び／又は接触手段に送信することができる少なくとも１つの接続手段を含む。
有利には、直前の特徴ａ．及びｂ．は、一緒に実現される。

温度センサを巻線の中央空洞内に配置することにより、温度をセルの中央において検出することが可能であり、その結果、例えば、セルのハウジング上の温度センサと比較して、セルの温度に関する特に正確な有意性のある情報を得ることができる。

温度センサにより検出できるセンサデータは、接続手段を介して表示手段及び／又は接触手段に送信することができ、その結果、セルの温度管理は、データの対応する転送及び／又は評価によって可能になる。

温度センサに関する特に好ましい実施形態では、セルは、以下の特徴によって特徴付けられる：
ａ．温度センサは、温度依存性を有する抵抗体である、又は温度依存性を有する抵抗体を含み、少なくとも１つの接続手段は導電体を含む。

温度依存抵抗器としての温度センサ設計（例えば、ＮＴＣ素子（負特性サーミスタ）又はＰＴＣ素子（正特性サーミスタ））により、セル内の温度センサの、特に費用効果が高く実用的な実装が可能になる。ＮＴＣ及びＰＴＣ素子は、小型化された形で製造でき、したがって、本発明によるセル内の温度センサ手段として特に好適である。便宜上、温度依存性を有する抵抗器は、温度センサに接続する導電体を介して表示手段及び／又は接触手段に接続している。

軸方向の空洞は、通常、セルハウジングの端面間の距離の８５～９９％、好ましくは９０～９９％である長さを有する。好ましくは、温度センサは、空洞の中心領域に、具体的には空洞の中央三分の一に配置される。この方法により、検出された温度値が巻線内の中心点での温度を反映することが確実になる。

特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、以下の追加の特徴を含む：
ａ．細長いキャリア本体、特に細長い中空本体が、巻線の中央空洞内に配置されている。

細長いキャリア本体について、特に細長い中空本体について、本発明によるセル内へのセンサ手段の挿入は、特に有利な形で実現できる。それにより、細長いキャリア本体は、センサ及び／又は少なくとも１つのセンサ手段用のキャリアの機能を想定している。

細長い中空本体は、具体的には、本発明によるセルの製造中に巻線の中央空洞内に挿入される、又は電極及びセパレータが巻かれる、細長いチューブであってもよい。巻取コアと呼ばれることが多い、このようなチューブは、セルの周期的な装填中に巻線が変形して中央空洞内に入ることを防止すること、及び／又は酷使条件下での巻線の崩壊を防止することができる。例えば、上昇するガス圧力は、メンブレンの破裂を介して効率的に緩和できる。

必要に応じて、細長い中空本体は、好ましくは、少なくとも部分的領域で、必要であれば全体的領域で、中空円筒として設計される。

細長い中空本体は、例えば、１～１０ｍｍの範囲の外径、特に、２～７ｍｍ、好ましくは２～５ｍｍの外径を有してもよい。細長い中空本体の壁厚は、例えば、０．１～１ｍｍの範囲、例えば０．５ｍｍであってもよい。例えば、３ｍｍの外径を有する細長い中空本体は、２ｍｍの内径を有することができる。他の実施形態では、寸法は幾分大きく、例えば５ｍｍの外径、及び、例えば４ｍｍの内径であってもよい。

本発明によるセルの特に好ましい実施形態によれば、特に一実施形態では巻取コアとしての細長い中空本体を使用して、特に有利な形態で、少なくとも１つのセンサ手段又はその部品が、巻線の中央空洞内に配置される。例えば、細長い中空本体をキャリア本体として使用して、温度センサ及び／又は基準電極を中央空洞内に配置することが可能である。

また、細長いキャリア本体、具体的には細長い中空本体に関して、また巻取コアとしてのその実施形態では、好ましい実施形態では、本発明によるセルは、以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つにより特徴付けられる：
ａ．細長いキャリア本体は、少なくとも部分的に、ガラス、及び／又はセラミック、及び／又は金属、及び／又はプラスチックからなる。
ｂ．細長いキャリア本体は、少なくとも部分的に又は完全に導電性である。
ｃ．細長いキャリア本体は、導電性材料で少なくとも部分的にコーティングされている。
ｄ．細長いキャリア本体は、ハウジング及び／又は電極のうちの少なくとも１つから電気的に絶縁されている。
ｅ．細長いキャリア本体は、ハウジングの端面のうちの少なくとも１つに密封して接続されている。

一般に、細長いキャリア本体は、ガラス若しくはステンレス鋼などの電解液安定材料、又はテフロンなどの電解液安定プラスチックから構成されていると有利である。キャリア本体の電解液安定材料は、電解液とキャリア本体との化学的相互作用を防止する。

特に有利な形態では、上記の特徴ｂ．に従う細長いキャリア本体は導電性であり、それにより、巻線の中央空洞内のセンサ手段と、端面における表示手段及び／又は接触手段との電気的接触が、追加の導電体なしで実現できる。この目的のため、細長いキャリア本体は特に、上記の特徴ａ．による金属、例えば、銅、ニッケル、ステンレス鋼、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼、又は他の合金で構成されてもよい。本実施形態では、キャリア本体は、例えば、上述した基準電極若しくはリチウム貯蔵部、及び／又は温度センサを、表示手段及び／又は接触手段に接続する導電体として機能することができる。本実施形態では、例えば、巻線の中央空洞内に突出している細長いキャリア本体の一端は、金属リチウム又はリチウム含有材料などの基準電極材料でコーティングされていてもよい。その時、この基準電極の電気的接続は、導電性のキャリア本体を介して行うことができる。しかしながら、その時、一般に、キャリア本体をセルハウジングから電気的に絶縁すること、すなわち、それをハウジングから、及び／又は直前の特徴ｄ．に従う電極のうちの少なくとも１つから、電気的に切り離すことが必要である。

他の実施形態では、特に、細長いキャリア本体が上記特徴ａ．に従うガラス及び／又はセラミックから構成されている場合、特徴ｃ．に従う細長いキャリア本体はまた、導電性材料で少なくとも部分的にコーティングされて導電性が実現されてもよい。このように、更に、キャリア本体内又はキャリア本体上に位置するセンサ手段の電気的接続が、追加の導電体なしで実現できる。しかしながら、必要に応じて、コーティング、又はコーティングを伴うキャリア本体は、セルハウジングから電気的に絶縁されていなければならない。

直前の特徴ｄ．を、好ましくは直前の特徴ｂ．又はｃ．と組み合わせて、細長いキャリア本体を、ハウジングから、及び／又はセルの電極のうちの少なくとも１つ、好ましくは両方から、電気的に切り離すことが特に有利である。この手段により、セル内に配置されるセンサシステムが、セルの電圧状態及び充電とは独立に作動され、その結果、例えば、センサシステムによるセルの意図的でない放電が生じる可能性はない。

一般に、本明細書に記載される少なくとも１つのセンサ手段がそれ自身の電気回路で動作し、それにより、セル自体の蓄積及び放電能力が影響を受けない場合、有利である。

センサ手段としての基準電極の場合、基準電極が、好ましくは細長いキャリア本体と共に、ハウジング及び電極に対して電気的に絶縁されていることは必須である。

上記の特徴ｅ．に従う、ハウジングの端面のうちの少なくとも１つに対する細長いキャリア本体の密封した接続は、本発明によるセルを特に単純な形で製造することを可能にし、少なくとも１つのセンサ手段は、製造中に、細長いキャリア本体と共に巻線の内部に挿入でき、ハウジング又はハウジングの端面に対する細長いキャリア本体の密封した接続により、セルのハウジングに必要な密封が確保される。密封した接続は、例えば、キャリア本体とハウジングとの間に封止材を配置することにより、又は、接着剤、溶接、ハンダ付け若しくは他の接続により実現できる。

特に、センサ手段としての温度センサ及び／又は圧力センサの場合、細長いキャリア本体は、例えばガラス及び／又はセラミックで構成され、電気的に非導電性であり得る。これらの実施形態では、例えば、巻線の内部に配置される温度センサは、好適な導電体により電気的に接続でき、電気導体は、内部で、又は細長い中空本体の壁に沿って送られて、表示手段及び／又は接触手段に至る。

温度センサの場合、巻線の内部の残りの部分に対して、細長いキャリア本体を介する良好な熱的接続が存在すれば有用であり得る。特に、細長いキャリア本体には、良好な温度交換を可能にする材料が使用されなければならない。

原則として、細長いキャリア本体は、巻線の中央空洞の全長を占めることができる。しかしながら、細長いキャリア本体が中央空洞の長さの一部分だけ、例えば巻線の全長の５０～８０％の範囲の長さを占めることも可能である。

本発明によるセルの別の特に好ましい実施形態によれば、セルは、以下の追加の特徴ａ．及びｂ．のうちの少なくとも１つによって特徴付けられる：
ａ．細長いキャリア本体は、セルの温度制御のために構成されている。
ｂ．細長いキャリア本体は、外部温度制御装置と接触している。
好ましい形態では、直前の特徴ａ．及びｂ．は、組み合わせて実現される。

本実施形態では、細長いキャリア本体は冷却体及び／又は発熱体として使用されるので、セルの温度管理が特に有利な形で可能である。加熱能力は、例えば、外側温度が低い場合に非常に役立つことができる。なぜなら、特にセルの充電工程では、特定の最低温度が必要だからである。セルの過剰な加熱が起こり、セルの機能に悪影響を及ぼす可能性がある場合、冷却は特に有利であり得る。好ましくは、この実施形態では、キャリア本体は、少なくとも部分的に金属からなる。

原則として、セルの温度制御は、細長い中空本体を巻線の中央中空本体内に挿入することなく、外部温度制御装置有りで、又は必要であれば無しで可能である。しかしながら、巻線内部での細長いキャリア本体の使用は、特に温度制御のために有利である。なぜなら、細長いキャリア本体は、直接、巻線の中央において冷却が生じることを可能にするからである。冷却は、能動的又は受動的であり得る。能動的な冷却の場合、キャリア本体は、その中を冷却剤が流れるように設計されていなければならない。例えば、これとの関連において、細長いキャリア本体及び特に細長い中空本体にとって、金属チューブが好適であり、金属チューブは、例えば、セルの温度制御用の外部温度制御装置としての水冷装置に連結できる。このチューブは、外部で機能する冷却システムがセル内部に至る延長部を形成する。

前述の圧力センサに関して、好ましい実施形態では、セルは、以下の特徴ａ．～ｃ．のうちの少なくとも１つによって特徴付けられる：
ａ．圧力センサは、ハウジングの端面のうちの１つの上に位置する、
ｂ．センサ手段は、中央空洞内に突出する中空本体を含み、中空本体を介して、ハウジングにより包囲される内部空間が圧力センサと通信状態にある、
ｃ．圧力センサは、圧電性圧力センサである。
特に好ましい実施形態では、直前の特徴ａ及びｂは、互いに組み合わせて実現される。直前の特徴ａ．、ｂ．及びｃ．の組み合わせが特に好ましい。

上記の特徴ｂ，による中空本体は、好ましくは上述したキャリア本体の好ましい実施形態である。したがって、この中空本体は、好ましくは、中央空洞内に配置されるセンサ手段、すなわち圧力センサの一部分である。中空本体を使用して、空洞内での圧力変化を端面に位置する圧力センサに伝えることができる。

中央空洞内に突出している中空本体と、ハウジングの端面のうちの１つに配置される圧力センサとの通信接続により、巻線内部の圧力を圧力センサにより検出することが可能になる。セル内部でのガス圧力の蓄積により引き起こされ得る内圧の増加が、セルの断裂又は破裂の危険性に関連する。この点で、必要に応じて、危険を防止するための圧力解放又は類似の手段を開始することが可能となるように、圧力監視が重要な監視変数を表す。

好ましい実施形態では圧力センサとして使用できる圧電性圧力センサが、特に本発明によるセルにとって特に好適な低コストの構成要素である。予想される発展形態では、セルは、以下の特徴ａ．～ｃ．のうちの少なくとも１つに従う圧力センサに関する特徴を有する：
ａ．圧力センサは、中空本体の範囲を定める。
ｂ．中空本体は細長い中空本体であり、その一端は圧力センサにより境界が定められる。
ｃ．中空本体は、巻線との接触圧力を均一化する少なくとも１つの開口部を有する。
好ましい実施形態では、直前の特徴ａ．及びｂ．、並びに特に特徴ａ．、ｂ．及びｃ．は、一緒に実現される。

圧力センサに対して、巻線の中央空洞内に位置する中空本体の範囲を定めることにより、中空本体の内部空間と圧力センサとの間の通信接続が、特に単純且つ実用的な形で実現される。

巻線の中央空洞内に挿入できる細長いチューブの形状が、中空本体にとって特に好適である。

本実施形態では、中空本体が少なくとも１つの開口部を有し、その開口部を介して、中空本体の内部がセルハウジングの内部空間に接続すること、及びその開口部を介して、中空本体の内部と、巻線が配置されるセルハウジングにより包囲される空間との間における圧力が均一化できると有利である。中空本体における開口部は、任意の形態で設計できる。例えば、中空本体の端部、例えばセルの内部に又は巻線の内部に突出する細長いチューブの端部が、開口部として構成されてもよい。加えて、又は代替実施形態では、１つ以上の穴又は他の開口部が、中空本体の壁に設けられていてもよい。これらは、例えば、マイクロホールであってもよく、ホールの総面積は、例えば０．１～１０ｍｍ^２の範囲、例えば約０．５ｍｍ^２である。中空本体における少なくとも１つの開口部の設計のための決定的要因は、巻線の領域と中空本体の内部との間の圧力の均一化が、可能な限り迅速に起こるということである。

しかしながら、圧力センサが存在しないいくつかの更なる実施形態では、中空本体の内部は、好ましくは気密な形で分離され、開口部及び／又はアパーチャを介してセル内の他の空洞に接続されることはない。

最も単純なケースでは、表示及び／又は接触手段は、セルハウジングの外側から接触できる、及び少なくとも１つのセンサ手段、例えば基準電極に対して電気的に接続している、電気的接触であってもよい。

本発明によるセルの特に好ましい実施形態では、セルは、以下の追加の特徴ａ．及びｂ．のうちの１つによって特徴付けられる：
ａ．表示及び／又は接触手段は、ＰＣＢ基板を含む。
ｂ．表示及び／又は接触手段は、ＰＣＢ基板である。
ｃ．表示及び／又は接触手段は、ＰＣＢ基板上に配置されている。
ＰＣＢ基板（プリント回路基板）は、電子部品用のキャリアとして機能する基板である。このようなＰＣＢは、一般に、例えば薄い銅層からエッチングされた導体トラックを含む電気絶縁材料から構成される。電気絶縁材料は、例えば、ガラス繊維複合材料であって、例えばエポキシ樹脂を主成分とするものであってもよい。

特に好ましい実施形態では、このようなＰＣＢ基板は、本発明によるセルの表示及び／又は接触手段を形成する又はそれを含む、又は表示及び／又は接触手段の一部分である。これら実施形態では、センサ手段は、ＰＣＢ基板に直接的に又は間接的に接触している。この場合、ＰＣＢ基板は、ハウジングの一部分、具体的には、セルのハウジングの端面若しくは端面の一部分を形成するか、又はＰＣＢ基板は、ハウジングの端面に取り付けられていてもよい。

表示及び／又は接触手段はまた、セルハウジングの外側から接触できる、前述した接触部であってもよく、その接触部はＰＣＢ基板上に位置する。

少なくとも１つのセンサ手段をＰＣＢ基板に相互接続することにより、更なる外部ユニットへの接続、具体的には外部評価ユニット及び／又はセルの外部管理システムへの接続を、単純な形で実現できる。

原則として、ＰＣＢ基板の代替として、センサ手段により検出できる測定値を表示及び／又は送信するための他の接触及び／又は表示手段が使用されてもよい。

セルの特に好ましい実施形態では、セルは、以下の追加の特徴ａ．及びｂ．のうちの少なくとも１つによるＰＣＢ基板により特徴付けられる：
ａ．ＰＣＢ基板は、上述したような少なくとも１つのセンサ手段及び／又は細長いキャリア本体を収容するための中央凹部又はアパーチャを有する。
ｂ．ＰＣＢ基板は、端面の取り囲む領域に又は取り囲むハウジングシェルに、密封して接続されている。
特に好ましい実施形態では、直前の特徴ａ．及びｂ．は組み合わされる。

円筒状円形セル又はボタン電池の形のセルの古典的な又は従来の設計では、蓋による閉鎖部は、通常、セルハウジングの一方の端面上に提供される。この側は、以下では閉鎖部側と称する。他の端面は、ハウジング底部を形成する。

表示及び／又は接触手段、具体的にはＰＣＢ基板は、ハウジング底部に配置されること、又はハウジング底部の一部分を形成すること、具体的にはハウジング底部に組み込まれることが好ましい。

それに応じて、少なくとも１つのセンサ手段を、そして、適切な場合には細長いキャリア本体を、ハウジングの底部を介して巻線の内部に又は中央中空本体内に導入し、それらを、底面上の接触及び／又は表示手段を介して外部に接続することが有利な場合もあり、この接続は、好ましくは底側の端面上のＰＣＢ基板を介してなされる。

しかしながら、少なくとも１つのセンサ手段、及び／又は表示及び／又は接触手段を、閉鎖部側上に又は閉鎖部側に組み込むことも可能である。

特に好ましい方法では、ＰＣＢ基板が凹部又はアパーチャを含み、その中に、少なくとも１つのセンサ手段、及び／又はセンサ手段の少なくとも一部分、及び／又は細長いキャリア本体を挿入できる。これらの場合、密閉したハウジングを必要とするセルの機能を確実にするために、この中央凹部又はアパーチャを密封すること、そして同様に、ＰＣＢ基板を、端面の取り囲む領域又は隣接するハウジングシェルに対して密封することが好都合である。

特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、以下の特徴のうちの少なくとも１つによって特徴付けられる：
ａ．セルは、リチウムイオン電池である。
ｂ．このセルは、円筒状円形セルである。
ｃ．このセルは、ボタン電池である。

ここでは、直前の特徴ａ．及びｂ．の組み合わせ、又は直前の特徴ａ．及びｃ．の組み合わせが特に好ましい。

本発明によるセルは、特に好ましいリチウムイオン電池、とりわけ二次リチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、特に高いエネルギー密度により特徴付けられ、したがって、高エネルギー要件を有する様々な用途、例えば自動車セクターにおいて、特に有利に使用できる。これにも関わらず、本発明によるセルは、異なる起源を有するセル、例えばニッケル水素電池であり得る。

一般に、リチウムイオン電池の電極は通常、複合電極により形成され、各々が一般に、導電性集電体、及び電気化学的活性成分（しばしば活性材料と称される）、及び電気化学的不活性成分を含む。これもまた、本発明によるケースであってもよい。

集電体は、電気化学的活性成分に可能な限り大きな領域にわたって電気的に接触する機能を有する。それらは、通常、リボン形状の金属基板、例えば金属箔から構成される。それらは、構造化、例えば、穿孔又は延伸されることができ、又は、それらは、金属発泡体から、又は金属メッシュ若しくは金属グリッドから、又は金属化された不織布から形成できる。負電極の集電体は、例えば、銅又はニッケルなどの金属で形成されてもよく、及び／又は導電性箔で形成されてもよい。正電極用の集電体については、好適なベース材料は、例えば、アルミニウム又はチタンを含む。

必要に応じてリチウムがリチウム貯蔵部からセルに供給される、又は過剰なリチウムが電極から除去されてリチウムめっきが防止される、上述のケースでは、集電体がリチウムイオンに対して浸透性を有することが好ましい。この目的のため、例えば、集電体はアパーチャを有することができ、又は、集電体として、金属製の若しくは金属化された不織布、又は開放気孔発泡体を使用できるが、特に、何らかの別の方法でアパーチャを有するように構造化された有孔膜も使用できる。

二次リチウムイオン電池の電極用の活性材料として、リチウムイオンを吸収及び放出することが可能な全ての材料を使用できる。具体的には、炭素ベース材料、例えばリチウムをインターカレートできる黒鉛炭素材料又は非黒鉛炭素材料を負電極のために使用できる。チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）もまた、活性材料として好適である。更には、リチウムと合金化が可能である金属材料及び半金属材料が使用できる。例えば、元素であるスズ、アンチモン及びシリコンが、リチウムとの間で金属間フェーズを形成できる。特に、炭素ベースの活性材料は、金属材料及び／又は半金属材料と組み合わせることもできる。

例えば、リチウム金属酸化物化合物及びリチウム金属リン酸塩化合物、例えばＬｉＣｏＯ_２及びＬｉＦｅＰＯ_４が、二次リチウムイオン電池の正電極に好適である。更には、特によく適する材料は、化学式ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚは典型的には１である）を有するリチウムニッケルマンガン酸化コバルト（ＮＭＣ）、化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４を有するリチウムマンガンスピネル（ＬＭＯ）、又は化学式ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚは典型的には１である）を有するリチウムニッケルコバルトアルミナ（ＮＣＡ）である。これら材料の混合物も使用できる。

電気化学的不活性成分として、何よりもまず、電極結合剤及び通電剤について言及する。電極結合剤は、電極の機械的安定性を確実にし、電気化学的活性材料の粒子と集電体との接触を提供する。共通電極結合剤は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリレート、又はカルボキシメチルセルロースを主成分としている。カーボンブラックなどの導電剤は、電極の電気伝導率を増加させる機能を有する。

多孔質プラスチックフィルム、例えばポリオレフィン又はポリエーテルケトンから作られたフィルムは、リチウムイオン電池用のセパレータとして特に好適である。これらの材料から作られる不織布及び織物を使用することもできる。

リチウムイオン電池は、イオン導電性電解液として、例えば、リチウム塩が溶解された有機カーボネート混合物を含有することができる。リチウムイオン電池用の従来技術から公知のいかなるリチウム塩も、この目的のために好適である。顕著な実施例は、ヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）である。好ましくは、リチウムイオン電池の電極及びセパレータは、電解液で含浸されている。

センサシステムの記載されている組み込みは、それらのアノード及びカソードが中央空洞を有する巻線の形で配置されるならば、様々なタイプのセルに好適である。

上記の特徴ｂ．によれば、本発明によるセルの特に好ましい実施形態では、セルは円筒状円形セルである。

円筒状円形セルは、ボタン電池から区別されるように、その直径よりも大きい高さを有する。円筒状円形セルは、最新の計測、セキュリティ及び自動車用途に、例えば、電気メータ、水量計、ガスメータ、暖房費用消費メータ、医療ピペット、センサ及び警報システム、家庭警報システム、センサ及びセンサネットワーク、自動車盗難防止システム用バックアップ電池に、電気エネルギーを供給するのに好適である。

好ましくは、円形セルの高さは、１５ｍｍ～１５０ｍｍの範囲にある。円筒状円形セルの直径は、好ましくは１０ｍｍ～５０ｍｍの範囲にある。これらの範囲では、例えば、１８×６５（直径×高さ、単位はｍｍ）、又は２１×７０（直径×高さ、単位はｍｍ）のフォームファクタが特に好ましい。これらのフォームファクタを有する円筒状円形セルは、自動車及び工具の電気駆動部に電力供給するのに特に好適である。

リチウムイオン電池としての一実施形態では、円筒状円形セルとして設計される本発明によるセルの公称容量は、一般に最大６０００ｍＡｈである。２１×７０のフォームファクタの場合、リチウムイオン電池としての一実施形態におけるセルは、好ましくは２０００ｍＡｈ～５０００ｍＡｈの範囲、特に好ましくは３０００～４５００ｍＡｈの範囲の公称容量を有する。

欧州連合（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｕｎｉｏｎ）では、製造業者は、二次セル及び電池の公称容量に関する情報を提供するにあたって厳しく規制されている。例えば、二次ニッケルカドミウム電池の公称容量に関する情報は、ＩＥＣ／ＥＮ ６１９５１－１及びＩＥＣ／ＥＮ ６０６２２標準規格に従う測定値に基づかなければならず、二次ニッケル水素電池の公称容量に関する情報はＩＥＣ／ＥＮ ６１９５１－２標準規格に従う測定値に基づかなければならず、二次リチウム電池の公称容量に関する情報はＩＥＣ／ＥＮ ６１９６０標準規格に従う測定値に基づかなければならず、二次鉛蓄電池の公称容量に関する情報はＩＥＣ／ＥＮ ６１０５６－１標準規格に従う測定値に基づかなければならない。本出願における公称容量に関するいかなる情報も、好ましくはこれらの標準規格に基づいている。

本発明によるセルが円筒状円形セルである実施形態では、アノード集電体、カソード集電体、及びセパレータは、好ましくはリボン形状であり、好ましくは以下の寸法を有する：
・ ０．５ｍ～２５ｍの範囲の長さ、
・ ３０ｍｍ～１４５ｍｍの範囲の幅。

これらの場合、第１の長手方向縁部に沿って延び電極材料が設けられていない前述した自由縁部ストリップは、好ましくは５０００μｍ以下の幅を有する。

１８×６５のフォームファクタを有する円筒状円形セルの場合、集電体は、好ましくは以下を有する：
・ ５６ｍｍ～６２ｍｍ、好ましくは６０ｍｍの幅、
・ ２ｍ以下、好ましくは１．５ｍ以下の長さ。

２１×７０のフォームファクタを有する円筒状円形セルの場合、集電体は、好ましくは以下を有する：
・ ５６ｍｍ～６８ｍｍ、好ましくは６５ｍｍの幅、及び
・ ３ｍ以下、好ましくは２．５ｍ以下の長さ。

代わりに、本発明によるセルは、上記の特徴ｃに従うボタン電池であってもよい。ボタン電池は形状が円筒状であり、円筒状円形セルとは対照的に、その直径よりも小さい高さを有する。ボタン電池は、特に、腕時計、補聴器、及びワイヤレスヘッドホンなどの小型電子装置に電気エネルギーを供給するのに好適である。

一般に、ボタン電池は、少なくとも中央部分において平坦な円形の上面と、少なくとも中央部分において平坦な円形の底面とを有し、それらの間に環状シェルを有する。上部側の平坦な領域又は部分的領域上の点と、底部側の平坦な領域又は部分的領域上の点との間の最短距離は、好ましくは４ｍｍ～１５ｍｍの範囲にある（ボタン電池の高さ）。ボタン電池のシェルの２つの対向する点の間の最大距離は、好ましくは５ｍｍ～２５ｍｍの範囲にある（ボタン電池の直径）。ここでの要件は、マントル側の２つの点の間の最大距離が、上部側及び底部側の２つの点の間の距離よりも大きいということである。したがって、円筒状円形セルとは対照的に、ボタン電池の全体的な高さは、一般に全体的な直径よりも小さい。

リチウムイオン電池としての一実施形態では、ボタン電池の形態の本発明によるセルの公称容量は、一般に最高１５００ｍＡｈである。公称容量は、好ましくは１００ｍＡｈ～１０００ｍＡｈの範囲、特に好ましくは１００～８００ｍＡｈの範囲にある。

リボン形状の電極及び少なくとも１つのリボン形状のセパレータを渦巻き状に巻くことにより作製されるリチウムイオンベースの巻線を有するボタン電池は、例えば、国際公開第２０１０／１４６１５４Ａ２号パンフレット、同第２０１２／０４８９９５Ａ１号パンフレット、及び同第２０１０／０８９１５２Ａ１号パンフレットから公知である。

円筒状円形セル及びボタン電池は、好ましくは、例えば、ニッケルめっきされた鋼又はステンレス鋼から構成される円筒状ハウジングを有することができる。ハウジングは、通常、２つの金属製ハウジング部分を含み、それらの間に、電気的に絶縁されたシールが配置される。ハウジング部分のうちの一方は、ハウジングによって包囲された正電極に電気的に接続し、正極性を有する。他方のハウジング部分は、ハウジングによって包囲された負電極に電気的に接続し、負極性を有する。シールは、反対の極性を有するハウジング部分の間での電気的接触を防止することを意図している。加えて、シールは、液体、水分又はガスの、ハウジングからの漏出、更にはハウジング内への浸透を抑制することを意図している。

巻線の好ましい実施形態
リボン形状のアノード、リボン形状のカソード、及びリボン形状のセパレータは、好ましくは、巻線の形で成形される電極－セパレータアセンブリにおいて渦巻き状に巻かれる。好ましくは、電極－セパレータアセンブリを生産するために、リボン形状の電極は、リボン形状のセパレータと共に巻取装置に供給され、それらは巻取装置において、好ましくは巻き軸の周りに渦巻き状に巻かれる。代わりに、電極及びセパレータは結合されてアセンブリになり、次いで巻かれてもよい。いくつかの実施形態では、電極及びセパレータは、この目的のために、巻取マンドレル上に載置され巻取り後に巻線内に残る中空円筒状巻取コアに巻かれる。巻線のシェルは、例えば、プラスチックフィルム又は粘着テープにより形成できる。巻線シェルは、セパレータの１回以上の巻回により形成されることも可能である。好ましくは、巻線は、円筒状接触シートメタル部材又は中空円筒形状を有する。

巻線として成形される電極－セパレータアセンブリの末端面が、セパレータの長手方向縁部により形成されることが好ましい。アノード集電体及び／又はカソード集電体の長手方向縁部が、巻線の末端面から、５０００μｍを超えて、好ましくは３５００μｍを超えて突出することがないことが更に好ましい。

特に好ましくは、アノード集電体の長手方向縁部は、巻線の端面から、２５００μｍを超えることなく、特に好ましくは１５００μｍを超えることなく突出する。特に好ましくは、カソード集電体の長手方向縁部は、巻線の端面から、３５００μｍを超えることなく、特に好ましくは２５００μｍを超えることなく突出する。

電極－セパレータアセンブリ内では、アノード集電体の第１の長手方向縁部が電極－セパレータアセンブリの末端面のうちの一方から突出し、カソード集電体の第１の長手方向縁部が電極－セパレータアセンブリの末端面のうちの他方から突出するように、電極が配置される。この目的のため、アノード及びカソードは、電極－セパレータアセンブリ内で互いにオフセットされていてもよい。

本発明による電気化学セルが２つの接触シートメタル部材を含むことが特に好ましく、その一方が、アノード集電体の自由縁部ストリップに溶接により接続され、その他方が、カソード集電体の自由縁部ストリップに溶接により接続される。

集電体の好ましい実施形態
本発明によるセルの集電体は、対応する電極材料中に含まれる電気化学的活性成分に対して、可能な限り広い領域にわたって電気的に接触する機能を有する。好ましくは、集電体は、金属で構成されている、又は表面が少なくとも金属化されている。アノード集電体用の好適な金属は、銅又はニッケル又は他の導電性材料、具体的には、銅とニッケルの合金又はニッケルコーティングされた金属を含む。ステンレス鋼もまた、通常は可能である。カソード集電体用の好適な金属は、アルミニウム、又はアルミニウム合金を含む他の導電性材料である。ここでも、ステンレス鋼は可能性であり、例えば、タイプ１．４４０４である。

好ましくは、アノード集電体及び／又はカソード集電体はそれぞれ、４μｍ～３０μｍの範囲の厚さを有する金属箔、特に、４μｍ～３０μｍの範囲の厚さを有するリボン形状の金属箔である。

特に好ましい実施形態では、カソード集電体は、アルミニウムを含む、又はアルミニウム合金から構成される、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金から構成される。更に、アノード集電体は、好ましくは、アルミニウム若しくはアルミニウム合金を含む、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金から構成される。

特に、例えば、アノード側におけるアルミニウム集電体の使用により、銅ベースの集電体の使用に勝る利点をもたらすことができる。アルミニウムは銅よりも軽いので、これはセルにおけるエネルギー密度を著しく増加させることができる。加えて、このようなセルは、深い放電に対して非常に安定な可能性があり、樹枝状結晶が形成される傾向を減らすことができる。特に好ましくは、集電体、特にアルミニウム又はアルミニウム合金をベースにする集電体の表面は、特に接触抵抗を減らすために、炭素層でコーティングすることができる。層は、好ましくは、数ｎｍから数μｍの厚さであり、例えば気相からの堆積により、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法又はスプレー法により形成できる。

箔に加えて、他のテープ状基板、例えば、金属製の若しくは金属化された不織布、又は開放気孔金属発泡体、又は膨張金属を、集電体として使用できる。集電体は、好ましくは、両側に、対応する電極材料と共に設けられる。集電体に関連して、アルミニウム、銅又はニッケル合金が参照される場合、これは、好ましくは、対応するベース金属であるアルミニウム、銅又はニッケルの少なくとも７０重量％、好ましくは少なくとも９０重量％の含有量を有することを意味する。

ハウジングの特別な実施形態
電気化学セルの特に好ましい実施形態では、セルは、電極－セパレータアセンブリを包囲するハウジングが、末端円形開口部を有する金属製の管状ハウジング部分を有するという特徴を有する。ハウジングでは、巻線として形成される電極－セパレータアセンブリは、好ましくは、巻線シェルが管状ハウジング部分の内側に接して載置されるように、軸方向に整列される。

いくつかの特に好ましい実施形態では、接触シートメタル部材又は接触シートメタル部材のうちの１つが、ハウジングを又はハウジングの開口部のうちの少なくとも１つを閉鎖している。それは、この目的のために円形縁部を有してもよい。好ましくは、接触シートメタル部材は、管状ハウジング部分の末端円形開口部を閉鎖する。したがって、接触シートメタル部材は、電極と電気的に接触する働きをするだけでなく、ハウジング部分としても機能する。接触シートメタル部材とハウジング部分との間で別個の電気的接続がもはや必要ではないので、これは大きな利点を有する。これは、ハウジング内で空間を生み出し、セルの組み立てを単純化する。加えて、セルの集電体へのハウジング部分の直接の接続が、セルの優れた放熱特性をもたらす。

接触シートメタル部材の特別な実施形態
更には、接触シートメタル部材は、金属ディスクである又は金属ディスクを含み、その縁部が接触シートメタル部材の円形縁部の一部分に対応する又は一部分を形成することが好ましい。金属ディスクは、その縁部が円周方向の接触ゾーンに沿って管状ハウジング部分の内部に当接する形で、管状ハウジング部分内に配置できる。更には、金属ディスクの縁部は、円周方向の溶接シーム又はハンダ付けシームにより管状ハウジング部分に接続できる。第１の長手方向縁部のうちの一方は、溶接により、接触シートメタル部材に、具体的には金属ディスクに接続できる。

好ましくは、金属ディスクは第１の長手方向縁部上に平坦に載置され、その結果、ライン形状の接触ゾーンになり、これは、渦巻き状に巻かれた電極の場合、渦巻き形状を有する。いくつかの実施形態では、第１の長手方向縁部は、曲げること又は変形させることもできる。

金属ディスクの縁部が円周方向の接触ゾーンに沿って管状ハウジング部分の内部に当接することを可能にするために、少なくとも金属ディスクの縁部が当接する断面において、管状ハウジング部分が円形断面を有することが好ましい。この目的のために、断面が中空円筒であることが好都合である。この断面における管状ハウジング部分の内径は、それに対応して、接触シートメタル部材の縁部の外径に、具体的には金属ディスクの外径に適合されている。

管状ハウジング部分に対する金属ディスクの縁部の溶接は、特にレーザーにより実施できる。しかしながら、代わりに、金属ディスクをハンダ付け又は接合により固定することも可能である。

円周方向の溶接された又はハンダ付けされたシームに対して、別個の密封要素は必要はない。金属ディスク及び管状ハウジング部分は、溶接シーム又はハンダ付けを介して密封して接続される。加えて、溶接された又はハンダ付けされた接合部は、金属ディスクと管状ハウジング部分との間において、実質的に抵抗のない電気的接続を確実にする。この場合、金属ディスク及び管状ハウジング部分は同じ極性を有する。

更に好ましい発展形態では、接触シートメタル部材は、金属ディスクであるか又は金属ディスクを含み、その縁部は、接触シートメタル部材の円形縁部の一部分に対応する、又はその一部分を形成し、電気絶縁材料で構成された環状シールが、接触シートメタル部材の、具体的には金属ディスクの、円形縁部を包囲している。更には、金属ディスクは、環状シールが円周方向の接触ゾーンに沿って管状ハウジング部分の内部に当接する形で、管状ハウジング部分内に配置できる。

本実施形態では、接触シートメタル部材として円形縁部を有するものを使用して、電気絶縁材料で構成された環状シールを接触シートメタル部材の円形縁部に適用して、管状ハウジング部分の末端円形開口部を接触シートメタル部材で閉鎖することが提案される。

この場合、セルは、例えば、シールが好ましくは圧縮されるビード工程又は圧着工程により閉鎖できる。

シールは、従来のプラスチックシールとすることができ、これは、適用可能な電解液に対して化学的耐性を有しなければならない。好適な密封材料が、当業者には知られている。

電気絶縁材料から構成される環状シールを有する閉鎖部の変形形態は、接触シートメタル部材が管状ハウジング部分から電気的に絶縁されるという結果をもたらす。それは、セルの電気的な極を形成する。金属ディスクの縁部が、円周方向の溶接シーム又はハンダ付けシームにより管状ハウジング部分に接合される閉鎖部の変形形態では、管状ハウジング部分及び接触シートメタル部材は、同じ極性を有する。

接触シートメタル部材は、金属ディスクを含む複数の個々の部品で構成されていてもよい。いくつかの特に好ましい実施形態では、金属ディスクは、接触シートメタル部材である。

最も単純な実施形態では、金属ディスクは、一平面内だけで延びる円形の円周を有する平坦なシートメタル部品である。しかしながら、多くの場合、より精巧な設計が好ましい場合がある。例えば、金属ディスクは、プロファイルを有してもよく、例えば、その中心の周りに１つ以上の円形窪み及び／又は凸部を、好ましくは同心配置で有してもよく、この結果、例えば起伏を有する断面が生じてもよい。その内面が、１つ以上の隆起、又は線状の窪み及び／又は凸部を有することも可能である。更には、ディスクは半径方向内向きに曲げられた縁部を有してもよく、その結果、ディスクは、例えば、Ｕ字形断面を有する二層の縁部領域を有するか、又は半径方向９０°に曲げられ、その結果、Ｌ字形断面を有する。特に好ましい方法では、金属ディスクはその２つの側のうちの一方に少なくとも１つのチャネル状及び／又はポイント状の窪みを有することができ、それは他方の側に、少なくとも１つの線状及び／又はポイント状の凸部として現れる。少なくとも１つの凸部を有する側は、第１の長手方向縁部のうちの１つに直接接触していてもよい。更には、少なくとも１つの凸部と第１の長手方向縁部のうちの１つとは、少なくとも１つの溶接若しくはハンダ付けスポット、及び／又は少なくとも１つの溶接若しくはハンダ付けシームを介して接続されていてもよい。好ましくは、長手方向縁部は、少なくとも１つの凸部に直接、溶接又はハンダ付けされている。

いくつかの実施形態では、第１の長手方向縁部のうちの一方は、少なくとも１つの凸部との接触により曲がっていてもよい又は変形していてもよい。

更には、細長い窪みとしてビードが導入されることが好ましい場合がある。本発明によるセルの金属ディスクの好ましい発展形態では、金属ディスクは、その側のうちの一方に複数のチャネル状の窪みを、好ましくは星形構成で有してもよく、その窪みは、その他方の側に線状の凸部として突出している。更には、第１の長手方向縁部のうちの一方に金属ディスクを溶接したことの結果として、金属ディスクは、チャネル状の窪みの各々に、少なくとも１つの溶接シーム又はハンダ付けシームを、好ましくは２つの平行な溶接シームを有してもよい。星形構成及び、必要に応じて二重溶接シームが、第１の長手方向縁部のうちの一方に対する金属ディスクの良好な、とりわけ均一な、接続を確実にする。

集電体の縁部を接触シートメタル部材に溶接する概念は、国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレット又は特開２００４－１１９３３０Ａ号公報から既に公知である。この技術は、特に高い電流搬送容量及び低い内部抵抗を可能にする。したがって、接触シートメタル部材、特に更にディスク形状接触シートメタル部材を、集電体の縁部に電気的に接続する方法に関して、国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレット及び特開２００４－１１９３３０Ａ号公報の内容が完全に参照される。

ハウジングカップを含むハウジングの好ましい実施形態
上述したように、好ましい実施形態では、本発明によるセルのハウジングは、末端円形開口部を有する金属製管状ハウジング部分を含むことにより特徴付けられ、接触シートメタル部材は円形縁部を含み、管状ハウジング部分の末端円形開口部を閉鎖し、第１の長手方向縁部のうちの一方は、溶接により接触シートメタル部材に接続されている。

特に好ましい発展形態では、本発明によるセルは、管状ハウジング部分が円形の底部を含む金属製ハウジングカップの一部分であるという点で、そのハウジングに関して特徴付けられる。第１の長手方向縁部のうちの他方が、底部に直接当接し、底部には、好ましくは溶接により接続していることが提示されてもよい。

この変形形態は、環状シールが電気絶縁材料で構成されている上述した閉鎖部の変形形態によるセルに特に好適である。金属ディスクの縁部が円周方向の溶接シーム又はハンダ付けシームにより管状ハウジング部分に接続される閉鎖部の変形形態が使用される場合、極ブッシングが一般に必要である。

ハウジングカップの使用は、例えば上述した国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレットから、セルハウジングの構築において長い間にわたって知られてきた。しかしながら、本明細書で提案されるように、集電体の長手方向縁部をハウジングカップの底部に直接接続することは知られていない。

したがって、本発明によれば、巻線として形成される電極－セパレータアセンブリの反対側の端面から突出する、正電極及び負電極の集電体の縁部を、各場合について、ハウジング部分、すなわち上述したカップの底部及び閉鎖要素として機能する接触シートメタル部材に直接連結させることが可能であり、いくつかの実施形態では好ましい。したがって、活性成分のためにセルハウジングの利用可能な内部容積を使用することは、その理論的な最適条件に近づく。

ハウジング材料の好ましい実施形態
ハウジングカップ、接触シートメタル部材、及びその予想される構成要素が作製される材料の選択は、アノード集電体又はカソード集電体が対応するハウジング部分に取り付けられているかどうかに主に依存する。好ましい材料は、基本的に、集電体自体が作製される材料と同じ材料である。例えば、ハウジング部分は、以下の材料で構成されていてもよい。

合金アルミニウム又は非合金アルミニウム、合金チタニウム又は非合金チタニウム、合金ニッケル又は非合金ニッケル、合金銅又は非合金銅、ステンレス鋼（例えばタイプ１．４３０３又は１．４４０４）、ニッケルめっき鋼。

更には、ハウジング及びその構成要素は、多層材料（クラッド材料）から構成されてもよく、例えば、鋼の層、及びアルミニウム又は銅の層を含んでもよい。これらの場合、アルミニウム層又は銅層は、例えば、ハウジングカップの内部又はハウジングカップの底部を形成する。他の好適な材料が、当業者には知られている。

特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、接触シートメタル部材が、アルミニウム若しくはアルミニウム合金を含む、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金から構成されることを特徴とする。本実施形態では、アノード集電体は溶接によって接触シートメタル部材に組み立てられてもよく、カソード集電体は溶接によって閉鎖部材に組み立てられてもよい。

本実施形態は、アノード集電体及びカソード集電体も、それぞれ、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されていると特に好ましい。

ハウジング材料に関連して、アルミニウム、銅又はニッケル合金が参照される場合、これは、好ましくは、対応するベース金属であるアルミニウム、銅又はニッケルの少なくとも７０重量％、好ましくは少なくとも９０重量％の含有量を有することを意味する。

セルの更なる具体的な実施形態
本発明の特に好ましい実施形態では、本発明によるセルは、ハウジングの端面及び好ましくは接触シートメタル部材が、圧力閾値が超えた場合に圧力がハウジングから逃げることができる安全弁を有するということを特徴とする。

この安全弁は、例えば、セルの爆発を防止するために、セルの定義された超過圧力にて破裂することができる破裂ダイヤフラム、破裂十字、又は類似の所定の割れるポイントであり得る。特に好ましくは、接触シートメタル部材の金属ディスクは、特に所定の割れるポイントの形の、安全弁を有することができる。本発明によるセルの特に好ましい実施形態では、セルは、いくつかの電気的に相互接続した、好ましくは同一の電気化学セルを含む、電池モジュールの一部分である。そのような電池モジュールは、特に自動車セクターにおける用途に好適である。特に、高い電力消費及び高い電力出力に関連するそのような用途では、不規則な作動状態を検出し、必要に応じて、それを排除することが可能となるように、信頼性が高い監視システムが有用且つ重要である。

最後に、本発明は、記載されるセルを製造する方法も含み、その方法は、特に以下の工程によって特徴付けられる：
ａ．リボン形状の少なくとも１つの負電極と、少なくとも１つのセパレータと、リボン形状の少なくとも１つの正電極との、渦巻き状に巻かれたアセンブリを含む、中央空洞を有する円筒状巻線が設けられる。
ｂ．環状ハウジングシェルと、ハウジング底部と、端面開口部とを含む、カップ形状ハウジング部分が設けられる。
ｃ．巻線は、端面開口部を通してハウジング部分内に挿入される。
ｄ．端面開口部は、第２の、好ましくはディスク形状ハウジング部分により、例えばフランジング工程により、閉鎖されている。
ｅ．巻線は、電解液に浸漬されている。
ｆ．巻線の状態の変化を定性的及び／又は定量的に検出できる少なくとも１つのセンサ手段又はセンサ手段の少なくとも一部分が巻線の中央空洞内に導入される。
ｇ．表示手段及び／又は接触手段がハウジング底部に配置され、表示及び／又は接触手段は、少なくとも１つのセンサ手段により検出された測定値を表示することができる、及び／又は表示及び／又は接触手段を介して測定値を受信及び／又は評価ユニットに送信することができる。

指定された工程は、指定されたシーケンスで実施される必要はない。例えば、巻線の挿入の前又は後に、表示及び／又は接触手段をハウジング底部に配置することができる。巻線がハウジング底部に挿入される前又は後に、センサ手段を配置することもできる。電解液での巻線の含浸は、センサ手段が挿入される前、又は端面開口部が閉鎖された後に、必ずしも実施される必要があるわけではない。しかしながら、一般に、巻線がハウジング内に挿入された後に、巻線を電解液で含浸させることが好ましい。

プロセス工程で使用されるセル構成要素の好ましい実施形態に関して、繰り返しを避けるために、本発明によるセルの上記説明を参照する。

負電極及び正電極は、好ましくは、上記工程ｃ．及びｄ．の後であるが、好ましくは上記工程ｅ．の前に、ハウジングに、又はハウジングを通ることができる導電体に、電気的に接触する。

製造プロセスの特に好ましい実施形態では、少なくとも１つのセンサ手段又はセンサ手段の少なくとも一部分が挿入され、特に、上述した細長いキャリア本体、特に上述した細長い中空本体と一緒に、巻線の中央空洞内に押し込まれる。この手段は、セルの特に単純な製造を、比較的少ない手動作業と共に可能にし、それにより、この製造プロセスは特に自動製造に好適である。

センサ手段又はセンサ手段の一部は、好ましくは、ハウジングの端面のうちの１つにある、特にハウジング底部にある、中央凹部又はアパーチャを介して、巻線の内部又は中央空洞内に導入される。特に好ましい方法では、センサ手段又はセンサ手段の一部のこの挿入は、巻線の中央空洞内に挿入される細長いキャリア本体が提供される場合は、それと共に行われる。中央凹部又はアパーチャは、例えば、ＰＣＢ基板が提供される場合は、その中に位置してもよい。ＰＣＢ基板は、ハウジング底部の一部分を形成してもよく、又はハウジングを閉鎖してもよく、それにより、上述した方法でセルの接触及び／又は表示手段が形成される。

製造プロセスの特に好ましい実施形態では、ハウジング底部にある、場合によってはＰＣＢ基板にある、この中央開口部は、電解液を投入するため又は電解液をセルの内部に導入するために使用される。これに関連して、例えば、最初に電解液が投入され、次いで、細長いキャリア本体が、巻線の内部に又は中央空洞内に導入されてもよい。次いで、ハウジングは、ハウジング底部で密封される。これは、例えば、既存の接合領域及び接触領域を接着、ハンダ付け、又は溶接することにより行うことができる。

セルの残りの生産、例えば、蓋のビード加工などは、特に円筒状円形セル又はボタン電池について知られているような、それ自体既知の方法で実施できる。

任意選択で提供される圧力センサの配置は、例えば、任意選択で提供されるＰＣＢ基板の表面上で、又はＰＣＢ基板における凹部又はアパーチャ内で行うことができる。それにより、この圧力センサは、好ましくは、中空本体として設計される任意選択で提供される細長いキャリア本体の内部と通信接続しており、その結果、巻線の内部からの圧力変動又は圧力変化は直接、圧力センサに送信される。

センサ手段又はセンサ手段の一部を巻線の内部に組み込むことは、端面を有するＰＣＢ基板を使用する代わりに、別の方法で、例えば、プラスチックシール又はガラス－金属ブッシングにより実現することもできる。

ＰＣＢ基板は、好ましくは、それ自体既知の方法で引き出すことができる接触部を有する。例えば、信号の更なる処理及び／又は評価のために、更なる評価及び／又は処理ユニットへの有線接続又は無線接続を提供することができる。外部ユニットへの信号ルーティングを実現するために、ＰＣＢ基板の接触ポイントを、例えば、慣例的な方法で有線接続することができる。必要に応じて、信号転送も無線にすることができるが、低電力要件に起因して、有線の信号転送が一般に好ましい。

このようにして、例えば、本発明による複数の個別セルが相互接続される場合、中央電池管理システムを実装することができる。例えば、共通電池管理及び監視システムにより、１０～１０００個、例えば１００個の個別セルを、相互接続、監視、及び制御することができる。

組み立て中、ＰＣＢ基板は、例えば、金属製ハウジングの、特にハウジングの底面にある、必要に応じて提供される対応する円形凹部内に挿入できる。センサ手段、及び適用可能な場合、細長いキャリア本体、及び適用可能な場合、電解液の挿入後に、ＰＣＢは、密封して接合、溶接、又は例えば、ハンダ付けされ得る。ＰＣＢ基板は、接触する機能、及び必要に応じて表示及び／又は転送する機能に加えて、密封する機能も実行する。

少なくとも１つの接触シートメタル部材を有する実施形態のセルでは、センサ手段又はセンサ手段の一部を、巻線の内部又は中央空洞内に挿入するために、接触シートメタル部材のうちの１つに中央凹部が設けられてもよい。

本発明の更なる特徴及び効果が、図面と併せて以下の実施形態の例の記述から明らかになるであろう。これとの関連で、個々の特徴はそれぞれ、別々に又は互いに組み合わせて実現されてもよい。

円形セルの中央空洞内に管状細長キャリア本体を有する円筒状円形セルの図である。 本発明によるセルの一実施形態の断面図である。 本発明によるセルの更なる実施形態の断面図である。 本発明によるセルの更なる実施形態の断面図である。 本発明による接触シートメタル部材を有する円筒状円形セルの断面図である。

図１は、円筒状円形セル１０の概略外観図を示し、この描写では、本発明によるセンサ手段の配置の詳細は示されていない。セル１０は、第１の（蓋側）端面１１及び第２の（底側）端面１２と、環状ハウジングシェル１３とを有するハウジングを含む。端面１１は、セル１０の陽極１６を含む。底側端面１２は、セルの陰極を形成する。

このハウジングは、少なくとも１つの負電極、少なくとも１つのセパレータ、及び少なくとも１つの正電極のアセンブリである巻線を収容するように設計されている。巻線は、例えば、追加の接着テープにより安定化できる。電極及びセパレータのアセンブリは、図１の破線で示される巻き軸１４の周りに巻かれる。この巻き軸１４は、巻線（図示せず）を含む中央空洞を通る。細長い中空キャリア本体１５が、この中央空洞内に配置されている。本発明によれば、このキャリア本体１５は、１つ以上のセンサ手段を収容するために設けることができ、又はそれ自体がセンサ手段の一部分であり得る。

本発明によるセルの他の実施形態では、そのようなキャリア本体１５は省略されてもよく、いずれにせよ、少なくとも１つのセンサ手段又はセンサ手段の少なくとも一部分は、巻線により設けられる中央空洞内に配置される。

図２は、本発明によるセル５０を、更なる詳細と共に断面で示す。図１で説明される要素に対応する要素には、同じ参照番号が与えられている。この図では、底端面１２が上部に示される。蓋１１は、フランジング１７によりハウジングシェル１３に固定されている。シール１８は、蓋１１をハウジングシェル１３から絶縁している。巻線１９は、ハウジング内部にある。巻線１９の電極のうちの１つが、導体３１を介して、蓋１１に、したがって極１６にも電気的に接続している。巻線１９の第２の電極は、導体３２を介して底端面１２に電気的に接続している。

巻線１９は、中央空洞２０を含む。中央空洞２０内に、細長い中空キャリア本体１５が配置されている。中空キャリア本体１５内に、温度センサ２１としてのＮＴＣ素子がある。温度センサ２１は、一対の導電体２２を介して外側に導かれ、ハウジングの底端面１２の一部分であるＰＣＢ基板２３に接触する。

本実施形態では、細長いキャリア本体１５は加えて、端面１２から離れる方向に向いたキャリア本体１５の端部に、定められた電位を有する金属コーティングを、好ましくは、金属リチウムを有する又は任意選択で別のリチウム含有材料を有するコーティングを提供することにより、基準電極２４の機能を有する。

基準電極としてのこの実施形態では、細長いキャリア本体１５は、好ましくは金属材料、例えば銅からなる、又は、例えば対応する材料でコーティングされることにより導電性を有し、それにより、基準電極２４と巻線１９のアノード又はカソードとの間の絶対電圧差を、端面１２の領域における基準電極２４により引き出すことができる。

更に、本実施形態では、圧力センサ２５が、中空キャリア本体１５の内部と連通して、ＰＣＢ基板２３上に配置されている。ここで、中空キャリア本体１５は、ここでは更に詳細には示されない少なくとも１つの開口部を含み、その結果、細長いキャリア本体１５の内部空間と、セル５０内部の取り囲まれた内部空間との間に、圧力均一化が生じる。

したがって、圧力センサ２５との関連で、セル５０内での圧力変化が、もし存在した場合、中空キャリア本体１５を通って端面に位置する圧力センサ２５に伝達されるので、中空キャリア本体１５はセンサ手段の一部分を構成する。

ＰＣＢ基板は、円周方向シール２６が設けられて、ハウジングの底端面１２における対応する凹部内に密封して挿入される。他の実施形態では、代わりに、例えば、接合、溶接、ハンダ付け等が提供されてもよい。

センサシステム用の接触及び／又は表示手段としてのＰＣＢ基板２３の使用は、センサシステムに接触するための、実装が容易で有利な設計の選択肢を提供する。同様に、例えば、ＰＣＢ基板２３の代わりに、ガラス又はプラスチック等で作製された同等のプレートを使用し、センサシステムへの接触を別の方法で提供することも可能である。

図３は、本発明によるセルからセンサシステムに関する断面を示し、これは、図２のセル５０、又は図５を参照して後述するセル１００とほとんど同等である。対照的に、図３に示す実施形態は、圧力センサを含まない。ここで示されるセルは、基準電極２４と、温度センサ２１としてのＮＴＣ素子との組み合わせを含み、これらは、端面のＰＣＢ基板２３又は相当する要素に接続されている。断面は、センサシステムをセル内に組み込むように、本発明によるセルの作製中にセルの巻線の中央空洞内に挿入できる要素を示す。

図４も、この場合は水滴形状である基準電極２４と、温度センサ２１としてのＮＴＣ素子とを有する、本発明によるセルの断面を示す。これらのセンサ手段は、細長い中空キャリア本体１５上に又はその中に配置される。温度センサ２１のリード線２２は外側に導かれ、ＰＣＢ基板２３の導体構造２７と接触するように設けられる。

ＰＣＢ基板２３は、セルの底端面１２にある対応する凹部又はアパーチャ内に挿入され、例えば、ハンダ２８又は接着剤又は他の密封剤でハウジング内に密封して挿入される。

図５に示すセル１００は、接触シートメタル部材を有するセルを示し、ここでは、巻線１９から突出する集電体の長手方向縁部１１５ａ、１２５ａが、端面に配置された接触シートメタル部材１１３及び１１４に直接接続している。更には、図２と同様に、巻線１９は中央空洞２０を含む。中央空洞２０内に、細長いキャリア本体１５が中空本体の形で配置されている。中空キャリア本体１５内に、温度センサ２１としてのＮＴＣ素子がある。温度センサ２１は、一対の導電体２２を介して外側に導かれ、ハウジングの底端面１２の一部分であるＰＣＢ基板２３に接触する。

本実施形態では、細長いキャリア本体１５は加えて、端面１２から離れる方向に向いたキャリア本体１５の端部に、定められた電位を有する金属コーティングを、好ましくは、金属リチウムを有する又は任意選択で別のリチウム含有材料を有するコーティングを提供することにより、基準電極２４の機能を有する。

本実施形態では、細長いキャリア本体１５は、好ましくは金属材料、例えば銅からなる、又は、例えば対応する材料でコーティングされることにより導電性を有し、それにより、基準電極２４と巻線１９のアノード又はカソードとの間の電圧差を、端面１２の領域における基準電極２４により引き出すことができる。

更に、本実施形態では、圧力センサ２５が、中空キャリア本体１５の内部と連通して、ＰＣＢ基板２３上に配置されている。ここで、中空キャリア本体１５は、ここでは更に詳細には示されない少なくとも１つの開口部を含み、その結果、細長いキャリア本体１５の内部空間と、セル１００内部の取り囲まれた内部空間との間に、圧力均一化が生じる。

したがって、圧力センサ２５との関連で、セル１００内での変化する圧力が、もし存在した場合、中空キャリア本体１５を通って端面に位置する圧力センサ２５に伝達されるので、中空キャリア本体１５はセンサ手段の一部分を構成する。

ＰＣＢ基板は、円周方向シール２６が設けられて、ハウジングの底端面１２における対応する凹部内に密封して挿入される。他の実施形態では、代わりに、例えば、接合、溶接、ハンダ付け等が提供されてもよい。

センサシステム用の接触及び／又は表示手段としてのＰＣＢ基板２３の使用は、センサシステムに接触するための、実装が容易で有利な設計の選択肢を提供する。同様に、例えば、ＰＣＢ基板２３の代わりに、ガラス又はプラスチック等で作製された同等のプレートを使用し、センサシステムへの接触を別の方法で提供することも可能である。

セル１００の更なる詳細を以下で説明する。

セル１００は、中空円筒状ハウジング部分１０１を含み、これは、底部１２及び蓋１１と共に、セルのハウジングを形成する。蓋１１１は、円形の円周を有する金属ディスクとして形成される。蓋１１の領域では、ハウジング部分１０１は、蓋１１によって閉鎖される円形開口部（リム１０１ａにより画定される）を有する。セルのハウジングは内部空間を包囲し、内部空間では、中空円筒状巻線１９として形成された電極－セパレータアセンブリが軸方向に整列している。蓋１１１は、その縁部１１１ａが円周方向の接触ゾーンに沿って管状ハウジング部分１０１の内面に当接するように、管状ハウジング部分１０１内に配置されている。縁部１１１ａは、円周方向の溶接シーム又はハンダ付けシームにより管状のハウジング部分１０１に接続されている。管状ハウジング部分１０１の縁部１０１ａは、金属ディスク１１１の縁部にわたって、半径方向内向きに（ここでは、約９０°で）曲げられている。

電極－セパレータアセンブリは、２つの末端面を有する円筒状巻線１９の形であり、末端面の間に、円周方向巻線シェルが延び、これは、中空円筒状ハウジング部分１０１の内側に接して載置されている。それは、正電極及び負電極、並びにセパレータ１１８及び１１９で形成され、それぞれがリボン形状であり、渦巻き状に巻かれている。電極－セパレータアセンブリ又は巻線１９の２つの端面は、セパレータ１１８及び１１９の長手方向縁部により形成される。集電体１１５及び１２５は、これらの端面から突出している。カソード集電体１２５は、例えば、アルミニウムで構成されていてもよい。アノード集電体１１５は、例えば、銅、ニッケル又はアルミニウムで構成されていてもよい。

アノード集電体１１５は電極－セパレータアセンブリの上端面から突出し、カソード集電体１２５は下端面から突出する。アノード集電体１１５は、負電極材料１５５の層と共にストリップ形状の主領域に設けられる。カソード集電体１２５は、正電極材料１２３の層と共にストリップ形状の主領域に設けられる。アノード集電体１１５はその長手方向縁部１１５ａに沿って延びている縁部ストリップ１１７を有し、これには電極材料１５５が設けられていない。その代わりに、この領域における集電体を安定化させる任意選択の手段として、セラミック支持材料のコーティング１６５がここで塗布される。カソード集電体１２５はその長手方向縁部１２５ａに沿って延びている縁部ストリップ１２１を有し、これには電極材料１２３が設けられていない。その代わりに、セラミック支持材料の任意選択のコーティング１６５が、この領域にも塗布される。

蓋１１１は、極ピン１０８を介して接触シートメタル部材１１０に電気的に接続されている。金属接触シートメタル部材１１３は２つの側を含み、そのうちの１つが、図では上部側が、蓋１１１に向かって面している。接触シートメタル部材１１３の他の側、この場合は下側に、長手方向縁部１１５ａが、その全長にわたって接触シートメタル部材１１３と直接接触し、したがって、蓋１１１と電気的に接触し、蓋には溶接によって接続されている。

好ましい実施形態では、蓋１１１、接触シートメタル部材１１３、及び極ピンは一緒に、単一工程で組み立てできる蓋アセンブリ１１０を形成する。

極ピン１０８は、接触シートメタル部材１１３に溶接されるか又はハンダ付けされ、金属ディスク１１１における中央アパーチャを通ってセル１００のハウジングから外に延びている。蓋アセンブリ１１０は、絶縁手段１０３を更に含み、絶縁手段は、極ピン１０８を、したがって極ピンに溶接された又はハンダ付けされた接触シートメタル部材１１３も、蓋１１１から電気的に絶縁する。蓋１１１だけが、ハウジング部分１０１と直接接触しており、したがって電気的に接触している。極ピン１０８及び接触シートメタル部材１１３は、ハウジングカップから絶縁されている。

カソード集電体１２５の縁部１２５ａは、好ましくはその全長にわたって、接触シートメタル部材１１４に直接接触している。縁部１２５ａは、溶接により（具体的にはレーザーにより）、接触シートメタル部材１１４と共に組み立てられる。接触シートメタル部材１１４は、セルの反対側の端面上の接触シートメタル部材１１３と機能的に同等である。しかしながら、接触シートメタル部材１１４は、細長いキャリア本体１５が通るための中央凹部を有する。接触シートメタル部材１１４は、ハウジングの底部１２に、例えば溶接により電気的に導電して接続されている。

Claims (14)

1. 以下の特徴を有する電気化学セル（１０；１００）：
   ａ．前記セルは、リボン形状の少なくとも１つの負電極を含む、
   ｂ．前記セルは、リボン形状の少なくとも１つの正電極を含む、
   ｃ．前記少なくとも１つの負電極及び前記少なくとも１つの正電極は、それぞれ、集電体と、前記集電体に適用される電気化学的活性成分とを含む、
   ｄ．前記少なくとも１つの負電極及び前記少なくとも１つの正電極はアセンブリを形成し、少なくとも１つのセパレータにより互いに分離されている、
   ｅ．前記少なくとも１つの負電極と、前記少なくとも１つのセパレータと、前記少なくとも１つの正電極とを含む前記アセンブリは、巻き軸（１４）の周りに渦巻き状に巻かれ、巻線（１９）を形成し、前記巻線は、２つの末端面及び円周方向巻線シェルを有する、
   ｆ．前記負電極及び前記正電極は、前記負電極の前記集電体の長手方向縁部が前記巻線の前記末端面のうちの一方から突出し、前記正電極の前記集電体の長手方向縁部が前記末端面のうちの他方から突出するように、前記アセンブリ内で互いに構成され及び／又は配置されている、
   ｇ．前記セルは、突出している前記長手方向縁部のうちの１つに直接接触し、前記長手方向縁部に溶接により接続している、少なくとも１つの接触シートメタル部材を含む、
   ｈ．前記巻線（１９）は、前記巻き軸（１４）が通る中央空洞（２０）を含む、
   ｉ．前記セルは、第１の端面（１１）及び第２の端面（１２）を有するハウジングを有し、環状ハウジングシェル（１３）が内部空間を密封して包囲し、前記内部空間内に前記巻線（１９）が配置されている、
   ｊ．前記巻線（１９）の状態の変化を定性的及び／又は定量的に検出できる少なくとも１つのセンサ手段（２４、２１）又は少なくともセンサ手段（２５）の一部分が前記中央空洞（２０）内に配置されている、
   ｋ．前記第１の端面（１１）及び／又は前記第２の端面（１２）上に、前記少なくとも１つのセンサ手段（２４、２１、２５）により検出された測定値を表示することができる、及び／又は前記測定値を受信ユニット及び／又は評価ユニットに送信することができる、表示手段及び／又は接触手段（２３）が存在する。
2. 以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを有する、請求項１に記載のセル：
   ａ．前記少なくとも１つのセンサ手段は、基準電極（２４）を含む、
   ｂ．前記少なくとも１つのセンサ手段は、温度センサ（２１）を含む、
   ｃ．前記少なくとも１つのセンサ手段は、圧力センサ（２５）を含む。
3. 以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを有する、請求項２に記載のセル：
   ａ．前記基準電極（２４）は、前記中央空洞（２０）内に位置する、
   ｂ．前記センサ手段は、前記基準電極（２４）により決定された測定値を前記表示及び／又は接触手段（２３）に送信することができる少なくとも１つの接続手段（１５）を含む。
4. 以下の追加の特徴を有する、請求項３に記載のセル：
   ａ．前記基準電極（２４）はリチウム又はリチウム含有材料を含み、前記少なくとも１つの接続手段（１５）は導電体である。
5. 以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを有する、請求項２～４のいずれか一項に記載のセル：
   ａ．前記温度センサ（２１）は前記中央空洞（２０）内に位置する、
   ｂ．前記センサ手段は、前記温度センサ（２１）により決定された測定値を前記表示及び／又は接触手段（２３）に送信することができる少なくとも１つの接続手段（２２）を含む。
6. 以下の追加の特徴を有する、請求項５に記載のセル：
   ａ．前記温度センサ（２１）は、温度依存性を有する抵抗体であるか、又は温度依存性を有する抵抗体を含み、前記少なくとも１つの接続手段は導電体（２２）を含む。
7. 以下の追加の特徴を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のセル：
   ａ．細長いキャリア本体（１５）、具体的には細長い中空本体が、前記巻線（１９）の前記中央空洞（２０）内に配置されている。
8. 以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを有する、請求項７に記載のセル：
   ａ．前記細長いキャリア本体（１５）は、少なくとも部分的に、ガラス、及び／又はセラミック、及び／又は金属、及び／又はプラスチックからなる、
   ｂ．前記細長いキャリア本体（１５）は、少なくとも部分的に又は完全に導電性である、
   ｃ．前記細長いキャリア本体（１５）は、導電性材料で少なくとも部分的にコーティングされている、
   ｄ．前記細長いキャリア本体（１５）は、前記ハウジング及び／又は前記電極のうちの少なくとも１つから電気的に絶縁されている、
   ｅ．前記細長いキャリア本体（１５）は、前記ハウジングの前記端面（１１、１２）のうちの少なくとも１つに密封して接続されている。
9. 以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを有する、請求項７又は８に記載のセル：
   ａ．前記圧力センサ（２５）は前記ハウジングの前記端面（１２）のうちの１つの上に位置する、
   ｂ．前記センサ手段は、前記中央空洞内に突出する前記細長い中空本体（１５）を含み、前記細長い中空本体（１５）を介して、前記ハウジングにより包囲される前記内部空間が圧力センサ（２５）に通信接続している、
   ｃ．前記圧力センサ（２５）は圧電性圧力センサである。
10. 以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを有する、請求項７～９のいずれか一項に記載のセル：
    ａ．前記細長いキャリア本体（１５）は、前記セル（１０）の温度制御用に構成されている、
    ｂ．前記細長いキャリア本体（１５）は、外部温度制御装置と接触している。
11. 以下の追加の特徴のうちのいずれか１つを有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載のセル：
    ａ．前記表示及び／又は接触手段は、ＰＣＢ基板（２３）を含む、
    ｂ．前記表示及び／又は接触手段は、ＰＣＢ基板（２３）である、
    ｃ．前記表示及び／又は接触手段は、ＰＣＢ基板上に配置されている。
12. 以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを有する、請求項１１に記載のセル：
    ａ．前記ＰＣＢ基板（２３）は、請求項９に記載の少なくとも１つのセンサ手段（２４、２１、２５）及び／又は細長いキャリア本体（１５）を収容するための中央凹部又はアパーチャを有する、
    ｂ．前記ＰＣＢ基板（２３）は、前記端面（１１、１２）の取り囲む領域に又は取り囲む前記ハウジングシェルに、密封して接続されている、
    ｃ．前記ＰＣＢ基板（２３）は、前記端面（１１、１２）の取り囲む領域に又は取り囲む前記ハウジングシェルに、密封して接続されている、
    ｄ．前記ＰＣＢ基板（２３）は、前記セルの前記ハウジングの一部分、具体的には前記ハウジングの前記端面又は前記端面の一部分を形成する。
13. 以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のセル：
    ａ．前記セル（１０）は、リチウムイオン電池である、
    ｂ．前記セル（１０）は、円筒状円形セルである、
    ｃ．前記セル（１０）は、ボタン電池である。
14. 以下の工程を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載のセルを製造する方法：
    ａ．リボン形状の少なくとも１つの負電極と、少なくとも１つのセパレータと、リボン形状の少なくとも１つの正電極との、渦巻き状に巻かれたアセンブリを含む、中央空洞を有する円筒状巻線が設けられる、
    ｂ．環状ハウジングシェル（１３）と、ハウジング底部と、端面開口部とを有する、カップ形状のハウジング部分が設けられる、
    ｃ．前記巻線（１９）は、前記端面開口部を通して前記ハウジング部分内に挿入される、
    ｄ．前記端面開口部は、第２の、好ましくはディスク形状のハウジング部分によって閉鎖される、
    ｅ．前記巻線（１９）は、電解液に浸漬されている、
    ｆ．前記巻線の状態の変化を定性的及び／又は定量的に検出できる少なくとも１つのセンサ手段又はセンサ手段の少なくとも一部分が前記巻線の前記中央空洞内に導入される、
    ｇ．表示及び／又は接触手段（２３）が前記ハウジング底部（１２）に配置され、前記表示及び／又は接触手段（２３）は、前記少なくとも１つのセンサ手段（２４、２１、２５）により検出された測定値を表示することができる、及び／又は前記表示及び／又は接触手段（２３）を介して前記測定値を受信及び／又は評価ユニットに送信することができる。

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