JP2023542123A - 高い比エネルギー密度を有するリチウムイオン電池 - Google Patents

Abstract

アノード（１２０）／セパレータ（１１８）／カソード（１３０）のシーケンスを有するリボン形状の電極－セパレータアセンブリ（１０４）を含む二次リチウムイオン電池（１００）が知られている。アノード（１２０）及びカソード（１３０）は、第１長手方向エッジ（１１５ａ、１２５ａ）及び第２長手方向エッジを有するストリップ形状の集電体（１１５、１２５）であって、それぞれストリップ形状の主領域（１２２、１１６）において電極材料（１５５、１２３）が装荷される、ストリップ形状の集電体（１１５、１２５）をそれぞれ含み、電極材料が装荷されない自由端ストリップ（１２１、１１７）は、第１長手方向エッジ（１１５ａ、１２５ａ）に沿って延在する。電極－セパレータアセンブリ（１０４）は、２つの末端端面を有する巻線の形態であり、且つハウジングによって封入される。アノード（１２０）及びカソード（１３０）は、第１長手方向エッジ（１１５ａ）が末端端面の一方から突出し、及び第１長手方向エッジ（１２５ａ）が末端端面の他方から突出するように、電極－セパレータアセンブリ（１０４）内で互いに対して形成及び／又は配設される。電池は、第１長手方向エッジ（１１５ａ、１２５ａ）の１つと直接接触する金属製接触要素（１０１ａ、１０２、１５５）を含む。接触要素（１１１）は、溶接によってこの長手方向エッジ（１１５ａ、１２５ａ）に接続される。負極材料層（１５５）が金属リチウムを含むことが提案される。

Description

以下に記載される本発明は、二次リチウムイオン電池に関する。

電気化学電池は、酸化還元反応により、貯蔵された化学エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。これらは、一般に、セパレータによって分離された正及び負極を含む。放電時、酸化プロセスの結果として負極で電子が放出される。これは、外部の電気消費者によって引き出され得る電子流をもたらし、この場合、電気化学電池は、エネルギー供給者として機能する。同時に、電池内では、電極反応に対応するイオン電流が発生する。このイオン電流は、セパレータを通過し、且つイオン伝導電解質によって保証される。

放電が可逆的である場合、即ち放電時に発生する電気エネルギーへの化学エネルギーの変換を逆転させることができ、且つ従って電池を再度充電することができる場合、これは、二次電池であると表現される。二次電池の場合に一般に使用されるアノードしての負極の表記及びカソードとしての正極の表記は、電気化学電池の放電機能を意味する。

多くの用途では、現在、二次リチウムイオン電池が使用されており、なぜなら、これらは、高電流を提供することができ、且つ比較的高いエネルギー密度によって特徴付けられるためである。これらは、リチウムの使用に基づいており、リチウムは、イオンの形態で電池の電極間を移動し得る。リチウムイオン電池の負極及び正極は、一般に、いわゆる複合電極によって形成され、これらの複合電極は、電気化学的に活性な構成要素及び電気化学的に活性でない構成要素を含む。

原則的に、リチウムイオンを吸収及び放出し得るすべての材料は、二次リチウムイオン電池のための電気化学的に活性な構成要素（活性材料）として使用され得る。多くの場合、黒鉛状炭素などの炭素に基づく粒子が負極に使用される。リチウムのインターカレーションに適した他の非黒鉛状炭素材料も使用され得る。加えて、リチウムと合金化可能な金属及び半金属材料も使用され得る。例えば、スズ、アルミニウム、アンチモン及びケイ素の元素は、リチウムと金属間相を形成することがきる。例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）及びマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）又はこれらの誘導体などのリチウム金属酸化物を正極のための活性材料として使用することができる。電気化学的に活性な材料は、一般に、電極中に粒子の形態で含有される。

電気化学的に活性でない構成要素として、複合電極は、一般に、個々の活性材料のためのキャリアとして機能する、例えば金属製フォイルなど、平坦な且つ／又はストリップ形状の集電体を含む。負極のための集電体（アノード集電体）は、例えば、銅又はニッケルから形成され得ると共に、正極のための集電体（カソード集電体）は、例えば、アルミニウムから形成され得る。更に、電極は、電極バインダ（例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）又は例えばカルボキシメチルセルロースなどの別のポリマー）、導電性改善添加剤及び他の添加剤を、電気化学的に活性でない構成要素として含み得る。電極バインダは、電極の機械的安定性を保証し、且つ多くの場合に集電体への活性材料の接着を保証する。電解質として、リチウムイオン電池は、一般に、有機溶剤（例えば、エーテル及び炭酸のエステル）中の六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）などのリチウム塩の溶液を含む。

リチウムイオン電池の製造中、複合電極は、アセンブリを形成するために１つ又は複数のセパレータと組み合わされる。また、このプロセスでは、電極及びセパレータは、通常、必要に応じてラミネーション又は接合により圧力下で１つに結合される。次いで、アセンブリに電解質を含浸させることにより、電池の基本機能を確立することができる。

多くの実施形態では、アセンブリは、巻線として形成されるか又は巻線内に作製される。一般に、これは、正極／セパレータ／負極のシーケンスを含む。多くの場合、アセンブリは、負極／セパレータ／正極／セパレータ／負極又は正極／セパレータ／負極／セパレータ／正極の可能なシーケンスを有する、いわゆるバイセルとして製造される。自動車部門の用途、電動アシスト自転車又は更に電動工具などの高エネルギー要件を有する他の用途の場合、最大可能エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が必要とされ、これらは、充電及び放電時に同時に高電流が印加され得る。

言及される用途のための電池は、多くの場合、例えば２１×７０（ｍｍを単位とする直径＊高さ）を有する円筒形の丸い電池として設計される。このタイプの電池は、巻線の形態のアセンブリを常に含む。このフォームファクタの最近のリチウムイオン電池は、既に最大で２７０Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を実現することができる。しかし、このエネルギー密度は、中間段階として見なされるに過ぎない。市場は、更に高いエネルギー密度を有する電池を既に要求している。

しかし、改善された電気化学電池を開発する場合、エネルギー密度以外に考慮すべき他の要因が存在する。極めて重要なパラメータは、充電及び放電中の電力損失を低減するために可能な限り低く維持するべきである電池の内部抵抗並びに電池の温度調節に不可欠であり得る電極の熱接続でもある。これらのパラメータは、巻線の形態の複合アセンブリを収容する円筒形の丸い電池についても非常に重要である。電池の高速充電中、電力損失に起因して電池内に熱の蓄積が発生する可能性があり、これは、大量の熱機械応力と、結果的に電池構造の変形及び損傷とをもたらし得る。このリスクは、集電体の電気接続が、巻回された複合アセンブリから軸方向に突出する、集電体に溶接された別個の導電体タブを介して行われる場合に増大し、なぜなら、充電又は放電中、大きい負荷下においてこれらの導電体タブで局所的に加熱が発生し得るためである。

国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレットは、電極－セパレータアセンブリ及びその電極がリボンの形状であり、且つ巻線の形態である電池を記載している。電極は、それぞれ電極材料が装荷された集電体を有する。正極の集電体の長手方向エッジが１つの側部で巻線から突出し、且つ負極の集電体の長手方向エッジが別の側部で巻線から突出するように、逆極の電極が電極－セパレータアセンブリ内で互いにオフセットされて配置される。集電体の電気的接触のために、電池は、ライン形状の接触ゾーンが形成されるように、長手方向エッジの１つの上部に載置された少なくとも１つの接触要素を有する。接触要素は、溶接により、ライン形状の接触ゾーンに沿って長手方向エッジに接続される。これは、集電体に電気的に接触し、且つ更にその全長にわたって関連する電極に電気的に接触することを可能にする。これは、記載される電池内の内部抵抗を大幅に低減する。その後、大電流の発生をはるかに良好に吸収することができる。

非常に高いエネルギー密度は、特にスズ、アルミニウム、アンチモン及び／又はケイ素が負極で活性材料として使用される場合に達成され得る。ケイ素は、３５００ｍＡｈ／ｇ超の最大容量を有する。これは、グラファイトの比容量の約１０倍である。しかし、実際には、大きい割合の言及される金属活性材料を有する電極材料の使用は、困難を伴う。これらの材料から製造された粒子は、充電及び放電中に比較的強い体積変化を受ける。これは、機械的応力及び場合によりまた機械的損傷をもたらす。例えば、負極中における１０％超のケイ素の割合は、これまでのところ制御が困難となっている。

従来技術と比較して改善されたエネルギー密度によって特徴付けられ、且つ同時にその内部抵抗及び受動的熱放散能力に関して優れた特性を有するリチウムイオン電池を提供することが本発明の目的であった。この目的は、請求項１の特徴を有するリチウムイオン電池によって達成される。電池の好適な実施形態は、従属請求項から明らかである。

本発明による二次リチウムイオン電池は、常に、以下の特徴ａ～ｊ：
ａ．電池は、アノード／セパレータ／カソードのシーケンスを有するリボン形状の電極－セパレータアセンブリを含むこと、
ｂ．アノードは、第１長手方向エッジ及び第２長手方向エッジを有するリボン形状のアノード集電体を含むこと、
ｃ．アノード集電体は、負極材料の層が装荷されたストリップ形状の主領域と、電極材料が装荷されない、第１長手方向エッジに沿って延在する自由端ストリップとを有すること、
ｄ．カソードは、第１長手方向エッジ及び第２長手方向エッジを有するリボン形状のカソード集電体を含むこと、
ｅ．カソード集電体は、正極材料の層が装荷されたストリップ形状の主領域と、電極材料が装荷されない、第１長手方向エッジに沿って延在する自由端ストリップとを有すること、
ｆ．電極－セパレータアセンブリは、２つの末端端面を有する巻線の形態であること、
ｇ．電極－セパレータアセンブリは、ハウジング内に封入されること、
ｈ．アノード及びカソードは、アノード集電体の第１長手方向エッジが末端面の一方から突出し、及びカソード集電体の第１長手方向エッジが末端面の他方から突出するように、電極－セパレータアセンブリ内で互いに対して形成及び／又は配置されること、
ｉ．電池は、第１長手方向エッジの１つと直接接触する金属製接触要素を有すること、
ｊ．接触要素は、溶接によってこの長手方向エッジに接続されること
を有する。

本発明による解決策
本発明による電池は、以下の特徴：
ｋ．負極材料の層は、金属リチウムを含むこと
によって特に特徴付けられる。高容量カソードは、２００～２５０ｍＡｈ／ｇの範囲でリチウムを可逆的に保存し得る一方、金属リチウムの理論的容量は、約３８４２ｍＡｈ／ｇである。この結果、非常に薄いアノードを有する電池の製造が可能である。しかし、カソード側では、比較的大きい表面電荷が必要とされる。しかし、全体としてエネルギー密度を大幅に増大させることができる。

アノードの好適な構造的特性
いくつかの好適な実施形態では、アノードは、金属リチウムの薄い層として存在し得る。この層は、例えば、アノード集電体上のガス相からＣＶＤ又はＰＶＤ法（ＣＶＤ＝化学気相成長法、ＰＶＤ＝物理気相成長法）を利用して堆積させることができる。しかし、特に好ましくは、本発明による電池は、常に、以下の２つの追加的な特徴ａ及びｂ：
ａ．負極材料の層は、開孔構造を有する多孔性の導電性マトリックスを含むこと、
ｂ．金属リチウムは、マトリックスの孔内に埋め込まれること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、直前の追加的な特徴ａ及びｂは、組合せで実現される。

必要に応じて、アノードは、金属リチウムに加えて、例えばリチウムが合金化される少なくとも１つの金属などの少なくとも１つの更なる材料を含み得る。必要に応じて、同様に、少なくとも１つの更なる材料もマトリックスの孔内に取り込まれる。金属リチウムアノードを有する電池の市場性をこれまで妨げてきた１つの問題点は、このようなアノードが完全な放電中に完全に劣化することである。従って、アノードの体積は、放電中にゼロに近づき得る。活性材料としてのケイ素の場合と同様に、これは、電池内の大きい体積変化をもたらす可能性があり、これは、充電中に反対方向に反復される。この問題は、電池が、いくつかの層化されたアノード及びカソードが交互に変化する順序で積層される構造を有する場合に特に重大となる。この場合、個々の体積変化が加算される。金属リチウムアノードを有する電池に伴って発生し得る別の問題は、金属リチウムが充電中にアノード側で不均等に蓄積し、且つ極端な場合、場合によりデンドライトが形成され得ることである。

開孔構造を有する導電性マトリックスは、充電及び放電プロセスでアノード側に発生する体積変化が最小化されることを保証する。リチウムが少なくとも主に且つまた必要に応じて完全に電池の孔内に存在する充電状態から開始して、リチウムは、放電中にアノード中で欠乏する。しかし、従来技術で既知の金属リチウムアノードを有する電池とは対照的に、このアノードは、このプロセスで実質的に体積を失わず、なぜなら、これは、主にマトリックスによって決定されるためである。充電中、リチウムは、マトリックスの導電性に起因して再度アノード中で均一に堆積し得る。従って、不均等なリチウム堆積及び関連する局所的な体積の増大又は場合によりデンドライトの形成を回避することができる。加えて、接触要素を介した第１長手方向エッジの１つの接続との組合せで電圧及び温度勾配が最小化される。

本発明にとって大きい重要性を有するものは、マトリックスの開孔構造である。周知のように、開孔を有する構造は、孔壁内でチャネル又はアパーチャによって相互接続された複数の孔を有する構造である。この結果、開孔を有する構造は、一般に、大きい内部表面積を有する。

好適な更なる発展形態では、本発明による電池は、以下の２つの追加的な特徴ａ及びｂ：
ａ．マトリックスは、４０～９５％の範囲の多孔度を有すること、
ｂ．マトリックス中の孔は、２～５０μｍの範囲の平均直径によって特徴付けられること
の少なくとも１つによって特徴付けられる。特に好ましくは、直前の追加的な特徴ａ及びｂは、組合せで実現される。

多孔度（孔の体積／マトリックスの合計体積の比率）及び孔サイズ分布の判定は、現在、困難ではない。標準化された方法に従い、対応する判定を実行する多数の計測機器が存在する。上述の値は、ＩＳＯ１５９０１－１及びＤＩＮ６６１３３規格による判定を意味する。直前の特徴ａの可能な発展形態では、マトリックスは、好ましくは、５０％～９５％、特に好ましくは７０％～９５％、特に８０％～９５％の範囲の多孔度を有する。直前の特徴ｂの可能な発展形態では、マトリックス中の孔は、好ましくは、７．５～１５０μｍ、特に好ましくは９～１３０μｍ、特に１０～１２０μｍの範囲の平均直径を有する。

マトリックス中の孔は、特に好ましくは、０．５μｍ～５０μｍの範囲、更に好ましくは１～４０μｍの範囲、特に１～２５μｍ、最も好ましくは１～１０μｍの範囲の平均直径を有する通路によって互いに接続される。理想的には、マトリックスは、電池の充電及び放電中に化学的に変化しない材料からなる。

好適な発展形態では、本発明による電池は、常に、以下の４つの追加的な特徴ａ～ｄ：
ａ．マトリックスは、有機化合物の炭化によって形成された炭素を含むこと、
ｂ．マトリックスは、５０～１００重量％の範囲の割合で炭素を含むこと、
ｃ．炭素に加えて、マトリックスは、炭素よりも高い又は低い導電性を有する少なくとも１つのフィラーを含有すること、
ｄ．フィラーは、カーボンブラック、ＣＮＴ、グラフェン及び金属粒子からなる群から選択される少なくとも１つであること
の少なくとも１つを有する。好ましくは、直前の追加的な特徴ａ及びｂ、特に好ましくは直前の追加的な特徴ａ～ｄは、組合せで実現される。

炭化可能な有機化合物及びまた炭化の方法の適切な変形形態については、欧州特許出願公開第２６６９２６０Ａ１号明細書、国際公開第２０１７／０８６６０９Ａ１号パンフレット及び米国特許第５５１０２１２Ａ号明細書に記載されており、これらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる。非常に好ましくは、開孔構造を有する多孔性の導電性マトリックスは、多孔性有機化合物、特に多孔性構造を有するポリマーから製造される。

この多孔性有機化合物、特に多孔性構造を有するポリマーの形成は、例えば、欧州特許出願公開第２６６９２６０Ａ１号明細書によれば、例えば、この目的のために利用可能なジエン化合物の開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）により、モノマー－水エマルジョンのモノマー相を重合させることにより実行することができる。重合中、水の液滴が発生する。続く水の除去後、空洞がその場所に留まる。これらの空洞を有する得られるポリマーマトリックスは、後続のステップで炭化され得、これにより酸化処理などの中間ステップが依然として必要となり得る。

これに関連して、炭化は、有機化合物のほとんど純粋な炭素への変換を意味する。このような変換は、一般に、非常に高い温度及び酸素の不存在下で発生する。例えば、ポリマーは、炭化のために、好ましくは酸素を含まない雰囲気中で５５０℃～２５００℃の範囲の温度に加熱され得る。

特に、その孔サイズにおけるマトリックスの特性も欧州特許出願公開第２６６９２６０Ａ１号明細書に従って具体的に調節することができる。この目的のため、異なる量の界面活性剤を水中モノマーエマルジョンに追加することができる。好ましくは、界面活性剤の体積分率は、（エマルジョン中の重合可能なモノマーの量に基づいて）０．１％～８％の範囲で変更される。

特徴ｃによるフィラーは、マトリックスの導電性を選択的に増加又は減少させるために使用され得る。フィラーを導入するために、例えば、上述の水中モノマーエマルジョンにそれを追加することができる。好ましくは、マトリックスは、０．１～３０重量％の範囲の割合で少なくとも１つのフィラーを含む。

好適な更なる発展形態では、本発明による電池は、常に、以下の追加的な特徴ａ：
ａ．アノード集電体上の負極材料の層は、５～１００μｍの範囲の厚さを有すること
を有する。

金属リチウムは、例えば、電気化学的堆積を利用してマトリックスの孔内に導入することができる。この目的のため、マトリックスをリチウム塩溶液と接触させることが可能であり、且つＤＣ電圧ソースの負極に接続することができる。代わりに、例えば、ＮＭＣ材料などのリチウムイオンを含むカソード材料をカソード側で使用することもできる。この結果、マトリックスの孔内における金属リチウムの電気化学的堆積が最初の充電中に発生する。別の可能性は、ＣＶＤ又はＰＶＤによってリチウムを堆積させることであろう。

好適なカソード側の構造
本発明による電池の正極のための適切な活性材料は、例えば、ＬｉＣｏＯ_２及びＬｉＦｅＰＯ_４などの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である。具体的には、ＦｅがＣｏ、Ｎｉ又はＭｎによって部分的に置換されたＬｉＦｅＰＯ_４の誘導体も興味深い。更に良好に適するのは、特に、化学式ＬｉＮｉＭｎ_ｘｙＣｏＯ_ｚ２（ここで、ｘ＋ｙ＋ｚは、通常、１である）を有するリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ）、化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４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（ここで、ｘ＋ｙ＋ｚは、通常、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。例えば、化学式Ｌｉ_１．１１（Ｎｉ_０．４０Ｍｎ_０．３９Ｃｏ_０．１６Ａｌ_０．０５）_０．８９Ｏ_２を有するリチウムニッケルマンガンコバルトアルミナ（ＮＭＣＡ）若しくはＬｉ_１＋ｘＭ－Ｏ化合物及び／又は上述の材料の混合物などのこれらの誘導体も使用することができる。言及されるカソードの活性材料は、好ましくは、微粒子の形態で使用される。

特に好適な実施形態では、本発明による電池のカソードは、常に、以下の追加的な特徴ａ～ｅ：
ａ．正極材料は、可逆的リチウム挿入及び除去が可能な少なくとも１つの金属酸化物化合物、好ましくはコバルト及び／又はマンガン酸化物化合物、特に好ましくはＮＭＣ、ＮＣＡ又はＮＭＣＡを活性材料として含むこと、
ｂ．可逆的リチウム取り込み及び除去が可能な少なくとも１つの金属酸化物化合物は、８０重量％～９９重量％の量で電極材料に含有されること、
ｃ．正極材料は、電極バインダ及び／又は導電剤を含むこと、
ｄ．電極バインダは、０．５重量％～１５重量％、好ましくは０．５重量％～５重量％の量で正極材料中に存在すること、
ｅ．導電剤は、０．１重量％～１５重量％、好ましくは０．５重量％～３．５重量％の量で正極材料中に存在すること
の少なくとも１つを有する。好ましくは、直前の追加的な特徴ａ～ｅは、組合せで実現される。

カソードの活性材料は、好ましくは、電極バインダのマトリックス中に埋め込まれ、マトリックス中の隣接する粒子は、好ましくは、互いに直接接触する。導電剤は、電極の導電性を上昇させる機能を有する。一般的な電極バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリレート又はカルボキシメチルセルロースに基づく。一般的な導電剤は、カーボンブラック及び金属パウダである。

別の特に好適な実施形態では、本発明による電池のカソードは、常に、以下の追加的な特徴ａ～ｅ：
ａ．正極材料の層は、開孔構造を有する多孔性の導電性マトリックスを含むこと、
ｂ．硫黄が、このマトリックス中に含まれること
の少なくとも１つを有する。好ましくは、直前の追加的な特徴ａ～ｂは、組合せて充足される。

従って、好適な実施形態では、本発明による電池のカソードは、活性材料として硫黄を含むカソードである。従って、本発明による電池は、リチウム－硫黄電池であり得る。例えば、カソードは、例えば、グラファイト、カーボンブラック、ＣＮＴ及びグラフェンを含む群からのものなど、導電性を改善するための添加剤との硫黄の混合物を含み得る。しかし、代わりに、カソードは、ポリスルフィドなどの化学的に改質された形態の硫黄を含み得る。

セパレータ
電極－セパレータアセンブリは、好ましくは、少なくとも１つのリボン形状のセパレータ、更に好ましくはそれぞれ第１及び第２長手方向エッジ及び２つの端部を有する２つのリボン形状のセパレータを含む。好ましくは、セパレータは、電気絶縁プラスチックフィルムから形成される。セパレータは、液体電解質によって貫通され得ることが好ましい。この目的のため、使用されるプラスチックフィルムは、例えば、孔を有することができる。フォイルは、例えば、ポリオレフィン又はポリエーテルケトンからなり得る。プラスチック材料から製造された不織布及び織物又は他の電気絶縁シート構造もセパレータとして使用され得る。好ましくは、５μｍ～５０μｍの範囲の厚さを有するセパレータが使用される。しかし、セパレータ－液体電解質の組合せの代替として、電池は、例えば、固体状態電解質も有し得る。

固体状態電解質は、好ましくは、ポリマー－導電性塩複合体に基づくポリマー固体状態電解質であり、これは、いかなる液体成分も伴うことなく単一相で存在する。ポリマーマトリックスとして、ポリマー固体状態電解質は、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を有することができる。リチウムビス（トリフルオロメタン）スルホニルイミド（ＬｉＴＦＳＩ）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）及びリチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ_４）などのリチウム導電性塩がこれらに溶解され得る。電池がリチウム－硫黄電池である場合、セパレータは、その中に溶解した電解質及び任意のリチウムスルフィドからアノードを保護する保護層を有することができる。この保護層は、例えば、セパレータのカソード側に適用することができる。

電解質
ほとんどの場合、電池は、液体電解質を含み、液体電解質は、溶剤又は溶剤混合物及びリチウムイオン含有導電性塩からなり、且つそれによりセパレータが含浸されることが好ましい。適切な導電性塩は、ＬｉＴＦＳＩ、又はＬｉＰＦ_６、又はＬｉＢＦ_４を含む。適切な溶剤は、有機カーボネート、特にエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、１，２－ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）又はジエチルカーボネート（ＤＥＣ）及びこれらの混合物を含む。本発明による電池が例えばリチウム－硫黄電池である場合、ジオキソラン（ＤＯＬ）及びＤＭＥの混合物を溶剤として使用することができる。加えて、電解質は、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ_３）などの不働態化添加剤を含み得る。

第１の特に好適な変形形態では、本発明による電池は、電解質に関して、以下の４つの追加的な特徴ａ～ｄ：
ａ．電池は、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）及び２－メチルテトラヒドロフラン（ｍＴＨＦ）の混合物を含む電解質を含むこと、
ｂ．混合物中におけるｍＴＨＦに対するＴＨＦの体積比（THF :to mTHF）は、２：１～１：２の範囲であり、最も好ましくは、この体積比は、１：１であること、
ｃ．電池は、導電性塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を含む電解質を含むこと、
ｄ．導電性塩は、１．５～２．５Ｍ、特に２Ｍの割合で電解質中に存在すること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、４つの直前の特徴ａ～ｄは、互いに組合せで実現される。

第２の特に好適な変形形態では、本発明による電池は、電解質に関して、以下の追加的な特徴ａ～ｆ：
ａ．電池は、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の混合物を含む電解質を含むこと、
ｂ．混合物中におけるＤＭＣに対するＥＣの体積比（EC :to DMC）は、１：７～５：７の範囲であり、特に好ましくは、この体積比は、３：７であること、
ｃ．電池は、導電性塩としてＬｉＰＦ_６を含む電解質を含むこと、
ｄ．導電性塩は、１．０～２．０Ｍ、特に１．２～１．５Ｍの濃度で電解質中に存在すること、
ｅ．電解質は、特に１～３重量％の割合で、ビニレンカーボネートを含むこと、
ｆ．電解質は、特に０．５～２重量％の割合で、エチレンサルフェート（ＤＴＤ）を含むこと
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、６つの直前の特徴ａ～ｆは、互いに組合せで実現される。

第３の特に好適な変形形態では、本発明による電池は、電解質に関して、以下の６つの追加的な特徴ａ～ｆ：
ａ．電池は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）及びメチルアセテート（ＭＡ）の混合物を含む電解質を含むこと、
ｂ．混合物中におけるＥＣ及びＭＡの体積分率は、それぞれ２０体積％～４０体積％の範囲であり、及び混合物中におけるＤＭＣの体積分率は、３０体積％～５０体積％の範囲であること、
ｃ．電池は、導電性塩としてＬｉＰＦ_６を含む電解質を含むこと、
ｄ．導電性塩は、１．０～２．０Ｍ、特に１．２～１．５Ｍの濃度で電解質中に存在すること、
ｅ．電解質は、特に１～３重量％の割合で、ビニレンカーボネートを含むこと、
ｆ．電解質は、特に０．５～２重量％の割合で、エチレンサルフェート（ＤＴＤ）を含むこと
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、６つの直前の特徴ａ～ｆは、互いに組合せで実現される。

第４の特に好適な変形形態では、本発明による電池は、電解質に関して、以下の４つの追加的な特徴ａ～ｄ：
ａ．電池は、１，３－ジオキソラン（ＤＯＬ）及びジメトキシエタン（ＤＭＥ）の混合物を含む電解質を含むこと、
ｂ．混合物中におけるＤＭＥに対するＤＯＬの体積比（DOL :to DME）は、２：１～１：２の範囲であり、特に好ましくは、この体積比は、１：１であること、
ｃ．電池は、導電性塩としてリチウムビス（トリフルオロメタン）スルホニルイミド（ＬｉＴＦＳＩ）を含む電解質を含むこと、
ｄ．導電性塩は、０．５～２．０Ｍ、特に１Ｍの濃度で電解質中に存在すること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、４つの直前の特徴ａ～ｄは、互いに組合せで実現される。

第５の特に好適な変形形態では、本発明による電池は、電解質に関して、以下の４つの追加的な特徴ａ～ｄ：
ａ．電池は、アセトニトリル（ＡＮ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニルカーボネート（ＶＣ）及びフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）からなる群から選択される少なくとも１つの溶剤を含む電解質を含むこと、
ｂ．電解質中に溶解されるのは、フルオロメタン（ＦＭ）、ジフルオロメタン（ＤＦＭ）、フルオロエタン（ＦＥ）、１，１－ジフルオロエタン（１，１－ＤＦＥ）、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（１，１，１，２－ＴＦＥ）及び２－フルオロプロパン（２－ＦＰ）からなる群から選択される少なくとも１つの化合物であること、
ｃ．電池は、導電性塩としてリチウムビス（トリフルオロメタン）スルホニルイミド（ＬｉＴＦＳＩ）を含む電解質を含むこと、
ｄ．導電性塩は、０．５～２．０Ｍ、特に１．２Ｍの濃度で電解質中に存在すること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、４つの直前の特徴ａ～ｄは、互いに組合せで実現される。

第６の特に好適な変形形態では、本発明による電池は、電解質に関して、以下の３つの追加的な特徴ａ～ｃ：
ａ．電池は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、アセトニトリル（ＡＮ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、スルホラン（ＳＬ）及びエチルアセテート（ＥＡ）からなる群から選択される少なくとも１つの溶剤を含む電解質を含むこと、
ｂ．電解質は、２．５～６．０モルの量で導電性塩を含むこと、
ｃ．導電性塩は、ＬｉＴＦＳＩであること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、３つの直前の特徴ａ～ｃは、互いに組合せで実現される。

巻線として形成された電極－セパレータアセンブリの好適な構造
リボン形状のアノード、リボン形状のカソード及び１つ又は複数のリボン形状のセパレータは、好ましくは、電極－セパレータアセンブリ内において巻線の形態で螺旋状に巻回される。電極－セパレータアセンブリを生成するために、リボン形状の電極が１つ又は複数のリボン形状のセパレータと共に巻回装置に供給され、これらは、好ましくは、巻回軸を中心として螺旋状に巻回される。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、円筒形又は中空円筒形の巻線コア上に巻回され、巻回コアは、巻線マンドレル上に着座し、且つ巻回後に巻線内に留まる。巻線シェルは、例えば、プラスチックフィルム又は接着テープによって形成することができる。巻線シェルを１つ又は複数のセパレータ巻線によって形成することも可能である。１つ又は複数のセパレータの長手方向エッジは、巻線として形成された電極－セパレータアセンブリの端面を形成することが好ましい。巻線の末端端面から突出するアノード集電体及び／又はカソード集電体の長手方向エッジは、５０００μｍ、好ましくは３５００μｍを超え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エッジは、２５００μｍ以下、特に好ましくは１５００μｍ以下だけ巻線の端面から突出する。特に好ましくは、カソード集電体の長手方向エッジは、３５００μｍ以下、特に好ましくは２５００μｍ以下だけ巻線の端面から突出する。好ましくは、アノード及びカソードは、アノード集電体の第１長手方向エッジが末端端面の一方から突出し、及びカソード集電体の第１長手方向エッジが末端端面の他方から突出することを保証するために、電極－セパレータアセンブリ内で互いにオフセットされる。

集電体
本発明による電池の集電体は、可能な限り大きい面積にわたり、個々の電極材料に含まれる電気化学的に活性な構成要素に電気的に接触する機能を有する。好ましくは、集電体は、金属からなるか、又は少なくとも表面上で金属化される。アノード集電体のための特に適切な金属は、例えば、銅若しくはニッケル又は他の導電性材料、特に銅及びニッケル合金又はニッケルによって被覆された金属である。一般的に、ステンレス鋼も１つの可能性である。カソード集電体のための適切な金属は、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を含む。例えば、タイプ１．４４０４などのステンレス鋼もここでは１つの可能性である。

好ましくは、アノード集電体及び／又はカソード集電体は、それぞれの場合に４μｍ～３０μｍの範囲の厚さを有する金属フォイル、特に４μｍ～３０μｍの範囲の厚さを有するリボン形状の金属フォイルである。しかし、フォイルに加えて、金属製の又は金属化された不織布、又は開孔金属発泡体、又は展伸金属などの他のリボン形状の基材を集電体として使用することができる。集電体は、好ましくは、個々の電極材料が両側に装荷される。

集電体の低材料設計
特に好適な実施形態では、本発明による電池は、以下の特徴ａ～ｃ：
ａ．溶接によって接触要素に接続された集電体のストリップ形状の主領域は、複数のアパーチャを有すること、
ｂ．主領域内のアパーチャは、丸い又は正方形の孔、特に打ち抜かれた又は穿孔された孔であること、
ｃ．溶接によって接触要素に接続された集電体は、特に丸い孔又はスロット状の孔の穿孔により、主領域内で穿孔されること
の少なくとも１つによって特徴付けられる。好ましくは、直前の特徴ａ及びｂ又はａ及びｃ並びに特に好ましくは３つの直前の特徴ａ～ｃは、互いの組合せで実現される。

複数のアパーチャは、集電体の体積の低減及びまた重量の低減をもたらす。この結果、電池内により多くの活性材料を導入し、且つ結果的に電池のエネルギー密度を大幅に増大させることが可能になる。この結果、最大で二桁の百分率範囲のエネルギー密度の増大を実現することができる。いくつかの好適な実施形態では、アパーチャは、レーザーによってストリップ形状の主領域内に導入される。原則的に、アパーチャの形状は、本発明にとって重要ではない。重要なことは、アパーチャの挿入の結果として集電体の体積が低減され、及び活性材料のためのより大きいスペースが存在することであり、なぜなら、アパーチャが活性材料によって充填され得るためである。

アパーチャを挿入する際にその最大直径が過大ではないことを保証することが有利であり得る。好ましくは、アパーチャの寸法は、個々の集電体上の電極材料の層の厚さの２倍以下であるべきである。

特に好適な実施形態では、本発明による電池は、以下の特徴ａ：
ａ．集電体内、特に主領域内のアパーチャは、１μｍ～３０００μｍの範囲の直径を有すること
によって特徴付けられる。この好適な範囲内において、１０μｍ～２０００μｍ、好ましくは１０μｍ～１０００μｍ、特に５０μｍ～２５０μｍの範囲の直径が更に好ましい。

特に好ましくは、本発明による電池は、常に、以下の特徴ａ及びｂ：
ａ．溶接によって接触要素に接続された集電体は、少なくとも主領域の部分的セクション内において、同じ集電体の自由端ストリップよりも小さい単位面積当たりの重量を有すること、
ｂ．溶接によって接触要素に接続された集電体は、自由端ストリップにアパーチャを有しないか又は単位面積当たりで主領域よりも少ない数のアパーチャを有すること
の少なくとも１つを有する。直前の特徴ａ及びｂは、互いに組合せで実現されることが特に好ましい。

アノード及びカソード集電体の自由端ストリップは、第１長手方向エッジに向かって主領域の境界を定める。好ましくは、アノード及びカソード集電体の両方は、その個々の長手方向エッジに沿って自由端ストリップを含む。アパーチャが主領域を特徴付ける。換言すれば、主領域と自由端ストリップとの間の境界は、アパーチャを有する領域と、アパーチャを有しない領域との間の遷移に対応する。アパーチャは、好ましくは、主領域上で実質的に均一に分散する。

更なる特に好適な実施形態では、本発明による電池は、常に、以下の特徴ａ～ｃ：
ａ．主領域内の集電体の単位面積当たりの重量は、自由端ストリップ内の集電体の単位面積当たりの重量と比較して５％～８０％だけ低減されること、
ｂ．集電体は、主領域内において５％～８０％の範囲で孔面積を有すること、
ｃ．集電体は、主領域内で２０Ｎ／ｍｍ^２～２５０Ｎ／ｍｍ^２の引っ張り強さを有すること
の少なくとも１つを有する。直前の特徴ａ～ｃは、互いに組合せで実現されることが特に好ましい。

多くの場合に自由断面と称される孔面積は、ＩＳＯ７８０６－１９８３に従って判定され得る。主領域内の集電体の引っ張り強さは、アパーチャを有しない集電体と比較して低減される。その判定は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ５２７パート３に従って実行することができる。

アノード集電体及びカソード集電体は、アパーチャに関して同一であるか又は類似することが好ましい。個々の実現可能なエネルギー密度の改善が加算される。従って、好適な実施形態では、本発明による電池は、常に、以下の特徴ａ～ｃ：
ａ．アノード集電体のストリップ形状の主領域及びカソード集電体の主領域は、両方とも複数のアパーチャによって特徴付けられること、
ｂ．電池は、第１接触要素として、溶接によって第１長手方向エッジの一方に接続された接触要素を含み、且つ溶接によって第１長手方向エッジの他方に接続された第２金属接触要素を更に含むこと
の少なくとも１つを有する。直前の特徴ａ及びｂは、互いに組合せで実現されることが特に好ましい。

上述のアパーチャが提供された集電体の好適な実施形態は、アノード集電体及びカソード集電体に独立して適用可能である。

穿孔された集電体又は他の方法で複数のアパーチャが提供されたものの使用は、リチウムイオン電池の場合、真剣に検討されておらず、なぜなら、このような集電体に電気的に接触することが非常に困難であるためである。冒頭で言及されているように、集電体の電気的接続は、多くの場合、別個の導体タブを介して行われる。しかし、これらの導体タブと穿孔された集電体との間に確実な溶接接続を形成することは、許容できない故障率を伴うことなく産業的な大量生産プロセスで実現することが困難である。

本発明によれば、この問題は、記載のように集電体エッジを接触要素に溶接することにより解決される。本発明による概念は、別個の導体タブを完全に省略することを可能にし、従って低い材料含有量を有し、且つアパーチャが提供された集電体の使用を可能にする。特に、集電体の自由端ストリップにアパーチャが提供されない実施形態では、溶接は、非常に低い不良率で確実に実行することができる。

溶接によって接触要素に接続された集電体の好ましくはストリップ形状の主領域が複数のアパーチャを有する、記載される実施形態のすべては、請求項１の特徴ｋから完全に独立して実現され得ることが強調されるべきである。従って、本発明は、請求項１の特徴ａ～ｊを有する電池も含み、溶接によって接触要素に接続された集電体のストリップ形状の主領域は、複数のアパーチャを有するが、アノードは、必ずしも金属リチウムを有しない。代わりに、アノードは、活性材料として、任意選択によりケイ素、アルミニウム、スズ及びアンチモン又は例えば酸化ケイ素などのこれらの材料の化合物若しくは合金を含む群から選択される材料との組合せにおいて、好ましくはまた微粒子の形態において、リチウムを挿入することができる黒鉛状炭素又は非黒鉛状炭素材料などの炭素に基づく粒子を含み得る。代わりに又は加えて、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）又はこの誘導体も、好ましくは、この場合にも微粒子の形態で負極に含まれ得る。

ハウジング
特に好適な実施形態では、本発明による電池のハウジングは、常に、以下の特徴ａ～ｂ：
ａ．電極－セパレータアセンブリを封入するハウジングは、末端円形開口部を有する金属製チューブ状ハウジング部分を含むこと、
ｂ．ハウジング内において、巻線として形成された電極－セパレータアセンブリは、巻線シェルがチューブ状ハウジング部分の内側に当接するように軸方向に位置合わせされること
の少なくとも１つを有する。直前の特徴ａ及びｂは、互いに組合せで実現されることが特に好ましい。

ハウジングの閉鎖
特に好ましくは、電池は、常に、以下の２つの特徴ａ及びｂ：
ａ．接触要素は、円形エッジを含むこと、
ｂ．接触要素は、チューブ状ハウジング部分の末端円形開口部を閉鎖すること
を有する。

従って、本発明によれば、円形エッジを有する接触要素を使用することと、接触要素によってチューブ状ハウジング部分の末端円形開口部を閉鎖することとが提案される。従って、接触要素は、電極との電気的接触を実施する役割を果たすのみならず、ハウジング部分としても機能する。これは、接触要素とハウジング部分との間の別個の電気的接続がもはや必要とされないため、大きい利点を有する。この結果、ハウジング内に空間が生成され、電池アセンブリが単純化する。加えて、電池の集電体に対するハウジング部分の直接的な接続は、優れた熱放散特性をそれに与える。

好適な更なる発展形態では、本発明による電池は、常に、以下の４つの特徴ａ～ｄ：
ａ．接触要素は、金属ディスクであるか又はそれを含み、そのエッジは、接触要素の円形エッジの一部分に対応するか又はそれを形成すること、
ｂ．金属ディスクは、そのエッジが周囲方向接触ゾーンに沿ってチューブ状ハウジング部分の内側に当接するようにチューブ状ハウジング部分内に配置されること、
ｃ．金属ディスクのエッジは、周囲方向溶接シームによってチューブ状ハウジング部分に接続されること、
ｄ．第１長手方向エッジの１つは、溶接によって接触要素、特に金属ディスクに接続されること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、すべての４つの直前の特徴ａ～ｄは、互いに組合せで実現される。

金属ディスクのエッジが周囲方向接触ゾーンに沿って管状ハウジング部分の内側に当接することを可能にするために、管状ハウジング部分は、少なくとも金属ディスクのエッジが当接するセクション内に円形断面を有することが好ましい。セクションは、この目的のために、中空円筒形であることが好都合である。このセクション内の管状ハウジング部分の内径は、対応する方式により、接触要素のエッジの外径及び特に金属ディスクの外径に対して適合される。

管状ハウジング部分に対する金属ディスクのエッジの溶接は、具体的には、レーザーを利用して実行することができる。しかし、代わりに、はんだ付け又は接合により金属ディスクを固定することも可能であろう。別個の封止要素は、周囲方向溶接シームの場合に必要とされない。金属ディスク及び管状ハウジング部分は、溶接シームを介して封止状態で接続される。加えて、溶接された結合部は、金属ディスクと管状ハウジング部分との間のほとんど抵抗を有しない電気接続も保証する。

更に好適な更なる発展形態では、本発明による電池は、常に、以下の４つの特徴ａ～ｄ：
ａ．接触要素は、金属ディスクであるか又はそれを含み、そのエッジは、接触要素の円形エッジの一部分に対応するか又はそれを形成すること、
ｂ．電池は、電気絶縁材料から製造された環状封止を含み、これは、接触要素の円形エッジを封入すること、
ｃ．金属ディスクは、環状封止が周囲方向接触ゾーンに沿ってチューブ状ハウジング部分の内側に当接するようにチューブ状ハウジング部分内に配置されること、
ｄ．第１長手方向エッジの１つは、溶接によって接触要素、特に金属ディスクに接続されること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、すべての４つの直前の特徴ａ～ｄは、互いに組合せで実現される。

従って、この実施形態では、円形エッジを有するものを接触要素として使用することと、電気絶縁材料から製造された環状封止を接触要素の円形エッジ上に取り付けることと、チューブ状ハウジング部分の末端円形開口部を閉鎖するために接触要素を使用することとが提案される。電池は、例えば、封止が圧縮される圧着又は圧着プロセスによって閉鎖することができる。

環状封止が周囲方向接触ゾーンに沿って内側に当接することを可能にするために、チューブ状ハウジング部分は、少なくとも封止が当接するセクション内で円形断面を有することも好ましい。この目的のため、セクションが中空円筒形であることが好都合である。このセクション内のチューブ状ハウジング部分の内径は、対応する方式により、接触要素のエッジの外径、特にその上に取り付けられた封止を有する金属ディスクの外径に対して適合される。封止自体は、従来のプラスチック封止であり得、これは、それぞれの場合に使用される電解質に対して化学的に抵抗性であるべきである。適切な封止材料は、当業者に既知である。

電気絶縁材料から製造された環状封止を有する閉鎖の変形形態は、接触要素がチューブ状ハウジング部分から電気的に絶縁されることを意味する。これは、電池の電極を形成する。金属ディスクのエッジが周囲方向溶接シームによってチューブ状ハウジング部分に接続される閉鎖の変形形態の場合、チューブ状ハウジング部分及び接触要素は、同じ極性を有する。

接触要素
接触要素は、金属ディスクを含むいくつかの個々の部分からなり得るが、これらは、必ずしもすべて金属から製造される必要はない。最も単純な実施形態では、金属ディスクは、１つの平面内にのみ延在する円形周囲を有する平坦なシート金属部分である。しかし、多くの場合、更に精巧な設計が好ましいことがある。例えば、金属ディスクは、付形され得、この場合、例えば好ましくは同心構成において、起伏のある断面をもたらし得る１つ又は複数の円形の凹部及び／又は上昇部をその中心に有する。その内側表面が１つ又は複数の隆起又は線形の凹部及び／又は上昇部を有することも可能である。更に、ディスクは、例えば、Ｕ字形状の断面を有する二重層化されたエッジ領域を有するように、半径方向内向きに折り曲げられたエッジを有することもできる。

本発明の第１の好適な実施形態の更なる発展形態では、本発明による電池は、常に、以下の３つの特徴ａ～ｃ：
ａ．金属ディスクは、少なくとも１つのチャネル形状及び／又は点状の凹部をその面の１つの上に有し、これは、その他方の面上で少なくとも１つの線形及び／又は点状の上昇部として現れること、
ｂ．少なくとも１つの上昇部を有する面は、第１長手方向エッジの１つと直接接触すること、
ｃ．少なくとも１つの上昇部及び第１長手方向エッジの１つは、少なくとも１つの溶接スポット及び／又は少なくとも１つの溶接シームによって接続されること
の少なくとも１つを有する。直前の特徴ａ～ｃは、組合せで実現されることが特に好適である。

従って、好ましくは、長手方向エッジは、上昇部に直接溶接される。更に、いくつかのビードが細長い凹部として導入されることが好ましい。

本発明による電池の金属ディスクの好適な発展形態では、電池は、相応して、以下の２つの特徴ａ及びｂ：
ａ．金属ディスクは、その面の１つの上において好ましくは星形状の構成でいくつかのチャネル形状の凹部を有し、これは、その他方の面上で線形の上昇部として現れること、
ｂ．金属ディスクは、金属ディスクを第１長手方向エッジの１つに溶接した結果として、チャネル形状の凹部のそれぞれに少なくとも１つの溶接シームを含み、これは、好ましくは、２つの平行溶接シームであること
の少なくとも１つによって特徴付けられる。特に好ましくは、直前の特徴ａ及びｂは、組合せで実現される。

星形状の構成及び必要に応じて二重の溶接シームは、金属ディスクと第１長手方向エッジの１つとの間に良好な且つとりわけ均一な接合を保証する。

特に好適な更なる発展形態では、本発明による電池は、常に、以下の特徴ａ及びｂ：
ａ．接触要素は、金属ディスクに加えて接触シート要素部材を含むこと、
ｂ．接触シート金属部材は、第１長手方向エッジの１つと直接接触し、且つ溶接によってこの長手方向エッジに結合されること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、直前の特徴ａ及びｂは、組合せで実現される。

従って、この実施形態では、接触要素は、少なくとも２つの個々の部分を含む。金属ディスクは、ここで、接触シート金属部材が集電体の長手方向エッジに接触する状態でハウジングを閉鎖するように使用される。接触シート金属部材は、いくつかの好適な実施形態では、円形周囲を有し得るが、これは、決して必須ではない。いくつかの場合、接触シート金属部材は、例えば、金属のストリップであり得るか、又は星形状の構成におけるものなど、複数のストリップ形状のセグメントを有し得る。

特に好ましくは、第１接触要素及び／又は第２接触要素と、場合により更に個々の接触要素の接触シート金属部材とは、個々の末端端面の少なくとも６０％、好ましくは少なくとも７０％、特に好ましくは少なくとも８０％を覆うような寸法にされる。

可能な限り大きい面積にわたって端面を覆うことは、本発明による電池の熱管理のために重要である。カバレージが大きいほど、可能な場合、その全体長にわたって個々の集電体の長手方向エッジに接触する可能性が高くなる。

いくつかの実施形態では、接触要素又は接触シート金属部材が上部に配置される前に、集電体の長手方向エッジに事前処理を適用することが有利であることが証明されている。具体的には、接触要素の１つの面上のビード又は少なくとも１つの線形及び／若しくは点状の上昇部に対応するように、少なくとも１つの凹部を長手方向エッジ内に折り曲げることができる。

事前処理により、集電体の長手方向エッジに対して指向性又は非指向性の成形を適用しておくこともできる。例えば、これらは、定義された方向に折り曲げるか又は圧縮することができる。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのスロット及び／又は少なくとも１つの穿孔を含む接触シート金属部材を使用することができる。これらは、溶接結合部が第１長手方向エッジに対して生成された際、接触シート金属部材の変形と相互作用する機能を有し得る。

更に、接触シート金属部材は、孔又はギャップなどの凹入を有し得、これらは、計量中に電解質の分散を促進し、且つ形成中又は巻線の内側からの誤用又は欠陥の結果として形成されるガスの漏れを促進する目的のために機能する。

好ましくは、接触シート金属部材及び金属ディスクは、２次元の接触表面が提供されるように、少なくともいくつかの領域内で互いの上に平坦に位置する。好ましくは、接触シート金属部材及び金属ワッシャは、互いに直接接触する。この場合、これらは、特に好ましくは、溶接又ははんだ付けによって互いに固定される。

特に好ましい実施形態では、接触シート金属部材は、国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレットに記載の接触プレートと同様に設計される。特に好適な実施形態では、接触要素は、金属ディスクに加えて且つまた任意選択により接触シート金属部材に加えて、円形周囲を有する付形された金属ポールカバーを含み得、これは、金属ディスク上に溶接され得、且つ金属ディスクのエッジ及びポールカバーのエッジが接触要素のエッジを一緒に形成するように金属ディスクとほぼ又は正確に同じ直径を有する。更なる実施形態では、ポールカバーのエッジは、金属ディスクの半径方向内向きに折り曲げられたエッジによって封入され得る。好適な実施形態では、場合により、２つの個々の部分間にクランプ接続が存在し得る。

第１長手方向エッジの１つに対する接触要素の溶接
集電体のエッジを接触要素と溶接する概念は、国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレット又は特開２００４－１１９３３０Ａ号公報から既知である。この技術は、特に大きい電流搬送能力及び低い内部抵抗を可能にする。集電体のエッジに対して接触要素、特にこの場合にもディスク形状の接触要素を電気的に接続する方法に関連して、国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレット及び特開２００４－１１９３３０Ａ号公報を詳細に参照されたい。

ハウジングカップを有するハウジングの変形形態
本発明の特に好適な実施形態では、本発明による電池は、常に、以下の追加的な特徴ａ及びｂ：
ａ．チューブ状ハウジング部分は、円形底部を含むハウジングカップの一部分であること、
ｂ．第１長手方向エッジの他方は、底部に直接当接し、且つ好ましくは溶接によって底部に接続されること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、直前の特徴ａ及びｂは、組合せで実現される。

この変形形態は、電気絶縁材料から製造された環状封止を有する上述の閉鎖の変形形態による電池の場合に特に好適である。金属ディスクのエッジが周囲方向溶接シームによってチューブ状ハウジング部分に接続される、閉鎖の変形形態が使用される場合、一般に極ブッシングが必要とされる。

ハウジングカップの使用については、例えば、冒頭で言及されている国際公開第２０１７／２１５９００Ａ１号パンフレットから電池ハウジングの構造において長年にわたって既知である。しかし、本明細書で提案されるハウジングカップの底部に対する集電体の長手方向エッジの直接的な接続は、既知ではない。

従って、本発明によれば、巻線として形成された電極－セパレータアセンブリの反対側の端面から突出する正及び負極の集電体エッジを、それぞれの場合にハウジング部分、即ち閉鎖要素として機能する上述のカップの底部及び接触要素に直接結合することが可能であり且つ好ましい。従って、活性のある構成要素のための電池ハウジングの利用可能な内部容積の使用がその理論的最適値に近づく。

底部又は接触シート金属部材に対する第１長手方向エッジの他方の結合は、接触要素に対する第１長手方向エッジの一方の結合の場合と同じ設計原理を基本的に踏襲する。長手方向エッジは、螺旋状に巻回された電極の場合、螺旋状の経路を有するライン形状の接触ゾーンが得られるように底部に当接する。この線形の且つ好ましくは螺旋状の接触ゾーンに沿って又はそれを横断して、可能な限り均一である底部に対する長手方向エッジの接続が適切な溶接結合部を利用して実現され得る。

２つの蓋部を有するハウジングの変形形態
本発明の別の特に好適な実施形態では、本発明による電池は、常に、以下の３つの追加的な特徴ａ～ｃ：
ａ．チューブ状ハウジング部分は、別の末端円形開口部を有すること、
ｂ．電池は、この更なる末端開口部を閉鎖する円形エッジを有する閉鎖要素を含むこと、
ｃ．更なる末端開口部のための閉鎖要素は、金属ディスクであるか又はそれを含み、そのエッジは、金属閉鎖要素の円形エッジの一部分に対応するか又はそれを形成すること
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、直前の特徴ａ～ｃは、組合せで実現される。

この実施形態では、チューブ状ハウジング部分は、閉鎖要素と共にハウジングカップを置換する。従って、ハウジングは、３つのハウジング部分からなり、その１つは、チューブ状であり、且つ他の２つ（接触要素及び閉鎖要素）は、蓋部としてチューブ状部分の末端を閉鎖する。製造技術に関して、これは、利点を提供し、なぜなら、ハウジングカップと異なり、チューブ状ハウジング部分の製造のために深絞りダイが必要とされないためである。加えて、閉鎖要素に対する第１長手方向エッジの他方の直接的な接続は、上述のハウジングカップの底部に対する接続と基本的に同じ利点をもたらす。

この実施形態では、チューブ状ハウジング部分は、好ましくは、円筒形又は中空円筒形である。最も単純な実施形態では、閉鎖要素は、円形周囲を有する金属ディスクである。更に好ましくは、閉鎖要素の金属ディスクは、接触要素の金属ディスクと同様に形成することができる。

いくつかの好適な実施形態では、閉鎖要素、特に金属ディスクは、例えば、Ｕ字形状の断面を有する二重層化されたエッジ領域を有するように、半径方向内向きに折り曲げられたエッジを有することができる。更なる実施形態では、閉鎖要素、特に金属ディスクは、Ｌ字形状の断面を有するように９０°だけ折り曲げられたエッジを有することもできる。

これらの特に好適な実施形態の更なる発展形態では、本発明による電池は、常に、以下の特徴ａ～ｃ：
ａ．閉鎖要素の金属ディスク又は閉鎖要素を形成する金属ディスクは、そのエッジが周囲方向接触ゾーンに沿ってチューブ状ハウジング部分の内側に当接するようにチューブ状ハウジング部分内に配置されること、
ｂ．金属ディスクのエッジは、周囲方向溶接シームによってチューブ状ハウジング部分に接続されること、
ｃ．チューブハウジング部分は、閉鎖要素のエッジ、特に金属ディスクのエッジ上で半径方向内向きに折り曲げられた円形エッジを含むこと
の少なくとも１つを有する。特に好ましくは、直前の特徴ａ及びｂ並びに任意選択により更に直前の特徴ａ～ｃは、組合せで実現される。

従って、この更なる発展形態によれば、溶接により、更なる末端開口部内に閉鎖要素を固定することが好ましい。また、別個の封止要素は、ここでは、周囲方向溶接シームと共に必要とされない。この更なる発展形態は、電池が上述の第１閉鎖の変形形態に従って封止される場合に特に好ましい。閉鎖要素のエッジの半径方向の折り曲げは、閉鎖要素を固定するために必要とされない任意選択の対策であるが、それにも関わらず好都合であり得る。

更なる発展形態では、本発明による電池は、以下の特徴ａ又はｂ：
ａ．第１長手方向エッジの他方は、閉鎖要素の金属ディスク又は閉鎖要素を形成する金属ディスクに直接当接し、且つ好ましくは溶接によって金属ディスクに接続されること、
ｂ．第１長手方向エッジの他方は、金属ディスクに直接当接する接触シート金属部材に溶接されること
の１つを有する。

原則的に、接触要素の場合と同様に、第１長手方向エッジの他方の長手方向エッジと金属ディスク又は閉鎖要素との間には、接触シート金属部材を介して間接的な接続のみが存在することも可能である。この場合、好ましくは、接触シート金属部材と閉鎖要素、特に閉鎖要素の金属ディスクとの間には、直接的な溶接による接続が存在する。接触シート金属部材は、上述の接触要素の場合のその対応物と同様に設計され得る。

金属ディスク又は閉鎖要素の接触シート金属部材に対する第１長手方向エッジの他方の結合も、接触要素に対する第１長手方向エッジの一方の結合の場合と同じ基本的な設計原理を踏襲する。長手方向エッジは、金属ディスク又は接触シート金属部材に当接し、これによりライン形状の接触ゾーンをもたらし、これは、螺旋状に巻回された電極の場合に螺旋状の経路を有する。この線形の且つ好ましくは螺旋状の接触ゾーンに沿って又はそれを横断して、可能な限り均一である接触シート金属部材に対する長手方向エッジの接続が適切な溶接結合部を利用して実現され得る。

ハウジング材料
ハウジングカップ、金属ディスク及び／若しくは接触シート金属部材並びに閉鎖要素又はその若しくはそれらの構成要素が製造される材料の選択は、アノード又はカソード集電体が個々のハウジング部分に装着されるかどうかに依存する。好適な材料は、基本的に、集電体自体が製造されるのと同じ材料である。例えば、前記ハウジング部分は、以下の材料：合金化又は非合金化アルミニウム、合金化又は非合金化チタン、合金化又は非合金化ニッケル、合金化又は非合金化銅、ステンレス鋼（例えば、タイプ１．４３０３又は１．４４０４）、ニッケルでめっきされた鋼からなり得る。

更に、ハウジング及びその構成要素は、例えば、鋼の層及びアルミニウム又は銅の層を含む多層化された材料（クラッド材料）からなり得る。これらの場合、アルミニウムの層又は銅の層は、例えば、ハウジングカップの内側又はハウジングカップの底部を形成する。他の好適な材料は、当業者に既知である。

電極の好適な実施形態
自由端ストリップ内では、個々の集電体の金属は、好ましくは、個々の電極材料を有しない。いくつかの好適な実施形態では、個々の集電体の金属は、例えば、上述のように接触又は閉鎖要素に対する溶接による電気的接触のために利用可能となるようにその場所で露出する。

しかし、いくつかの更なる実施形態では、自由端ストリップ内の個々の集電体の金属は、少なくともいくつかの領域内では、被覆された集電体よりも大きい熱抵抗力を有し、且つ個々の集電体上に配設された電極材料と異なる支持材料で被覆され得る。

これに関連して、「より大きい熱抵抗力を有する」は、支持材料が、集電体の金属が溶解する温度でその固体状態を維持することを意味するように意図される。従って、これは、金属よりも高い融点を有するか、又は金属が既に溶解している温度で昇華若しくは分解するのみである。

本発明に関連して使用され得る支持材料は、支持材料によって被覆された表面がそれからなる金属よりも高い溶解点を有する場合、原則的に金属又は金属合金であり得る。しかし、多くの実施形態では、本発明による電池は、好ましくは、以下の追加的な特徴ａ～ｄ：
ａ．支持材料は、非金属材料であること、
ｂ．支持材料は、電気絶縁材料であること、
ｃ．非金属材料は、セラミック材料、ガラス－セラミック材料又はガラスであること、
ｄ．セラミック材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、酸化ケイ素、特に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）又は炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）であること
の少なくとも１つを有する。本発明によれば、支持材料は、特に好ましくは直前の特徴ｂ．及び特に好ましくは直前の特徴ｄ．に従って形成される。

非金属材料という用語は、特にプラスチック、ガラス及びセラミック材料を含む。「電気絶縁材料」という用語は、これに関連して広範に理解されるものとする。原則的に、これは、任意の電気絶縁材料、特に前記プラスチックも含む。セラミック材料という用語は、これに関連して広範に理解されるものとする。特に、これは、カーバイド、窒化物、酸化物、シリケート又はこれらの化合物の混合物及び誘導体を含む。

「ガラス－セラミック材料」という用語は、特に非晶質ガラス相に埋め込まれた結晶質粒子を含む材料を意味する。

「ガラス」という用語は、基本的に、上記で定義された熱安定性基準を満たし、且つ電池内に存在し得る任意の電解質に対して化学的に安定している任意の無機ガラスを意味する。特に好ましくは、アノード集電体は、銅又は銅合金からなる一方、同時に、カソード集電体は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、及び支持材料は、酸化アルミニウム又は酸化チタンである。アノード及び／又はカソード集電体の自由端ストリップは、支持材料のストリップで被覆されることが更に好適であり得る。

アノード集電体及びカソード集電体の主領域、特にストリップ形状の主領域は、好ましくは、集電体の個々のエッジ又は長手方向エッジに対して平行に延在する。好ましくは、ストリップ形状の主領域は、アノード集電体及びカソード集電体の面積の少なくとも９０％、特に好ましくは少なくとも９５％にわたって延在する。

いくつかの好適な実施形態では、支持材料は、ストリップ又はラインの形態では、好ましくはストリップ形状の主領域に直接隣接して適用されるが、長手方向エッジに直接沿って個々の集電体の金属が露出されるように、プロセスで自由領域を完全には覆わない。

本発明による電池の他の好適な実施形態
本発明による電池は、ボタン電池であり得る。ボタン電池は、形状が円筒形であり、且つその直径未満の高さを有する。好ましくは、高さは、４ｍｍ～１５ｍｍの範囲である。ボタン電池は、５ｍｍ～２５ｍｍの範囲の直径を有することが更に好ましい。ボタン電池は、例えば、時計、補聴器及び無線ヘッドフォンなどの小さい電子装置に電気エネルギーを供給するのに適している。

本発明によるリチウム電池の形態のボタン電池の公称容量は、一般に、最大で１５００ｍＡｈである。好ましくは、公称容量は、１００ｍＡｈ～１０００ｍＡｈの範囲、特に好ましくは１００～８００ｍＡｈの範囲である。

しかし、特に好ましくは、本発明による電池は、円筒形の丸い電池である。円筒形の丸い電池は、その直径を上回る高さを有する。これらは、例えば、自動車部門における又は電動アシスト自転車若しくは電力ツールの場合などの高エネルギー要件を有する、冒頭で言及された用途に特に適している。

好ましくは、丸い電池として設計された電池の高さは、１５ｍｍ～１５０ｍｍの範囲である。円筒形の丸い電池の直径は、好ましくは、１０ｍｍ～６０ｍｍの範囲である。これらの領域では、例えば、１８×６５（ｍｍを単位とする直径＊高さ）又は２１×７０（ｍｍを単位とする直径＊高さ）のフォームファクタが特に好適である。これらのフォームファクタを有する円筒形の丸い電池は、自動車内の電気駆動装置に電力を供給するのに特に適している。

リチウムイオン電池として設計された本発明による円筒形の丸い電池の公称容量は、好ましくは、最大で９００００ｍＡｈ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電池は、好ましくは、１５００ｍＡｈ～７０００ｍＡｈの範囲、特に好ましくは３０００～５５００ｍＡｈの範囲の公称容量を有する。１８×６５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電池は、好ましくは、１０００ｍＡｈ～５０００ｍＡｈの範囲、特に好ましくは２０００～４０００ｍＡｈの範囲の公称容量を有する。

欧州連合では、製造者は、二次電池の公称容量に関する情報の提供において厳格に規制されている。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／ＥＮ６１９５１－１及びＩＥＣ／ＥＮ６０６２２規格による計測に基づかなければならず、二次ニッケル－金属水素化物電池の公称容量に関する情報は、ＩＥＣ／ＥＮ６１９５１－２規格による計測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／ＥＮ６１９６０規格による計測に基づかなければならず、及び二次鉛－酸電池の公称容量に関する情報は、ＩＥＣ／ＥＮ６１０５６－１規格による計測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任意の情報も好ましくはこれらの規格に基づいている。

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、本発明による電池が円筒形の丸い電池であり、及び好ましくは以下の寸法：
－ ０．５ｍ～２５ｍの範囲の長さ、
－ ３０ｍｍ～１４５ｍｍの範囲の幅
を有する実施形態では、リボン形状である。これらの場合、電極材料が装荷されない、第１長手方向エッジに沿って延在する自由端ストリップは、好ましくは、５０００μｍ以下の幅を有する。

フォームファクタ１８×６５を有する円筒形の丸い電池の場合、集電体は、好ましくは、
－ ５６ｍｍ～６２ｍｍ、好ましくは６０ｍｍの幅、及び
－ ２ｍ以下、好ましくは１．５ｍ以下の長さ
を有する。

フォームファクタ２１×７０を有する円筒形の丸い電池の場合、集電体は、好ましくは、
－ 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
を有する。

本発明の特に好適な実施形態では、本発明による電池は、以下の追加的な特徴：
ａ．接触要素は、更なる圧力閾値が超過された場合、圧力がそれを介してハウジングから逃げることができる安全弁を含むこと
によって特徴付けられる。

この安全弁は、例えば、電池の膨張を防止するために、電池内の定義された過圧で破裂し得る破裂ダイアフラム、破裂布又は類似の既定の亀裂点であり得る。特に好ましくは、接触要素の金属ディスクは、特に既定の亀裂点の形態の安全弁を有することができる。

角柱状の実施形態
金属リチウムを含むアノードの使用は、円筒形電池に限定されない。むしろ、２つ以上の同一の電極－セパレータアセンブリから形成された角柱状ハウジングによって封入された積層体を含むエネルギー貯蔵要素もこのようなアノードを含み得る。

従って、本発明は、以下の特徴ａ～ｋ：
ａ．エネルギー貯蔵要素は、アノード／セパレータ／カソードのシーケンスを有する少なくとも２つの電極－セパレータアセンブリを含むこと、
ｂ．アセンブリのアノードは、好ましくは、形状が矩形であり、且つそれぞれアノード集電体エッジを有するアノード集電体を含むこと、
ｃ．アノード集電体は、負極材料が装荷された主領域と、電極材料が装荷されない、個々のアノード集電体エッジに沿って延在する自由端ストリップとをそれぞれ有すること、
ｄ．アセンブリのカソードは、好ましくは、形状が矩形であり、且つそれぞれカソード集電体エッジを有するカソード集電体を含むこと、
ｅ．カソード集電体は、それぞれ正極材料の層が装荷された主領域と、電極材料が装荷されない、個々のカソード集電体エッジに沿って延在する自由端ストリップとを有すること、
ｆ．少なくとも２つの電極－セパレータアセンブリは、互いの上に積層され、アセンブリからなる積層体は、２つの末端面を含むこと、
ｇ．電極－セパレータアセンブリの積層体は、角柱状ハウジング内に封入されること、
ｈ．アノード及びカソードは、アノード集電体エッジが末端面の一方から突出し、及びカソード集電体エッジが末端面の他方から突出するように互いに対して形成及び／又は配置されること、
ｉ．エネルギー貯蔵要素は、前記アノード集電体エッジ又は前記カソード集電体エッジと直接接触する金属製接触要素を含むこと、
ｊ．接触要素は、それが直接接触するエッジに溶接によって結合されること、
ｋ．負極材材料の層は、金属リチウムを含むこと
を有するエネルギー貯蔵要素も含む。

負極材料の層、正極材料の層、セパレータ及び電解質に関して、本発明によるリチウムイオン電池の場合と同じ好適な発展形態が適用される。

本発明による一実施形態における集電体の平面図である。 図１に示される集電体の断面図である。 巻線の形態の電極－セパレータアセンブリ内に加工され得るアノードの平面図である。 図３に示されるアノードの断面図である。 図３に示されるアノードを使用して製造された電極－セパレータアセンブリの平面図である。 図５に示される電極－セパレータアセンブリの断面図である。 本発明による電池の接触要素の様々な実施形態である（断面図）。 本発明による電池の一実施形態の部分図である（断面図）。 本発明による電池の更なる実施形態の部分図である（断面図）。 本発明による電池の更なる実施形態の図である（断面図）。 本発明による電池の更なる実施形態の図である（断面図）。

図１及び図２は、本発明による電池内で使用され得る集電体１１５の設計を示す。図２は、Ｓ_１に沿った断面図である。集電体１１５は、複数のアパーチャ２１１を含み、これらは、矩形孔である。領域１１５ｘは、アパーチャ２１１によって特徴付けられる一方、アパーチャは、長手方向エッジ１１５ａに沿った領域１１５ｚ内に見出されない。従って、集電体１１５は、領域１１５ｚ内よりも領域１１５ｘ内ではるかに小さい単位面積当たりの重量を有する。

図３及び図４は、図１及び図２に示される集電体１１５の両方の面に対して負極材料１５５を適用することによって製造されたアノード１２０を示す。図４は、Ｓ_２に沿った断面図である。集電体１１５は、ここで、負極材料１２３の層が装荷されたストリップ形状の主領域１２２と、電極材料１５５が装荷されない、長手方向エッジ１１５ａに沿って延在する自由端ストリップ１２１とを有する。加えて、電極材料１５５は、アパーチャ２１１も充填する。

図５及び図６は、図３及び図４に示されるアノード１２０を使用して製造された電極－セパレータアセンブリ１０４を示す。加えて、これは、カソード１３０及びセパレータ１１８及び１１９も含む。図６は、Ｓ_３に沿った断面図である。カソード１３０は、アノード１２０と同じ集電体設計に基づいて構築される。好ましくは、アノード１２０及びカソード１３０の集電体１１５及び１２５は、その個々の材料選択のみが異なる。例えば、カソード１３０の集電体１２５は、正極材料１２３の層が装荷されたストリップ形状の主領域１１６と、電極材料１２３が装荷されない、長手方向エッジ１２５ａに沿って延在する自由端ストリップ１１７とを含む。螺旋状に巻回することにより、電極－セパレータアセンブリ１０４を、本発明の電池内に含まれ得るものなどの巻線に変換することができる。いくつかの好適な実施形態では、自由端ストリップ１１７及び１２１は、両面上及び少なくともいくつかの領域内において、例えば酸化ケイ素又は酸化アルミニウムなどのセラミック材料などの電気絶縁支持材料によって被覆される。

図７は、本発明による電池１００を封止するのに適した接触要素１１０の様々な実施形態Ａ～Ｈの断面図を提供する。詳細には、
Ａ：ここでは、本発明による接触要素１１０の最も単純な実施形態、即ち１つの平面上にのみ延在する円形周囲を有する平坦な金属ディスクが示されている。金属ディスクは、例えば、アルミニウムからなり得る。
Ｂ：ここで示される接触要素１１０は、金属ディスク１１１及び金属ポールカバー１１２を含む。金属ディスク１１１及びポールカバー１１２は、それぞれ円形周囲及び同じ直径を有する。金属ディスク１１１は、１つの平面上にのみ延在するが、ポールカバー１１２は、中央隆起を有する。接触要素１１０の２つの部分１１１及び１１２は、好ましくは、溶接によって１つに結合される（図示されない）。
Ｃ：ここで示される接触要素１１０は、金属ディスク１１１及び金属ポールカバー１１２を含む。ポールカバー１１２は、Ｂにおけるポールカバーと同様に設計される。しかし、金属ディスク１１１のエッジ１１１ａは、この場合、金属ディスク１１１がエッジ領域内でＵ字形状の断面を有するように、半径方向内向きに折り曲げられる。折り曲げられたエッジ１１１ａは、ポールカバー１１２のエッジ１１２ａを取り囲み、且つ従ってポールカバー１１２を金属ディスク１１１に固定する。それにも関わらず、金属ディスク１１１及びポールカバー１１２は、加えて、１つに溶接されることが好ましい。
Ｄ：ここで示される接触要素１１０は、金属ディスク１１１及び金属接触シート金属部材１１３を含む。接触シート金属部材１１３は、金属ディスク１１１に平坦に当接し、且つ好ましくはそれに対して溶接される。金属ディスク１１１は、例えば、ステンレス鋼からなり得、及び接触シート金属部材１１３は、例えば、アルミニウム合金からなり得る。
Ｅ：ここで示される接触要素１１０は、金属ディスクのみを含む。Ａにおける金属ディスクとは対照的に、これは、その上面上に円形凹部１１１ｂを有し、且つその下面上に対応する凸部を有し、即ち、これは、付形されている。
Ｆ：ここで示される接触要素１１０は、金属ディスクのみを含む。Ａに示される金属ディスクとは対照的に、これは、半径方向内向きに折り畳まれたエッジ１１１ａ及びその結果二層化されたエッジ領域を有する。
Ｇ：ここで示される接触要素１１０は、金属ディスク１１１及び金属ポールカバー１１２を含み、これは、中央隆起を有する。金属ディスク１１１のエッジ１１１ａは、金属ディスク１１１がエッジ領域内でＵ字形状の断面を有するように、半径方向内向きに折り曲げられる。折り曲げられたエッジ１１１ａは、ポールキャプ１１２のエッジ１１２ａを取り囲み、且つ従ってポールキャップ１１２を金属ディスク１１１に固定する。好ましくは、金属ディスク１１１及びポールキャップ１１２のエッジ１１１ａ及び１１２ａは、加えて、溶接によって相互に接続される（図示されない）。金属ディスク１１１の中心に孔１１４が見出され、それを通して、金属ディスク１１１及びポールカバー１１２によって封入されたキャビティ１１６にアクセス可能である。過圧保護装置１２０がポールカバー１１２内に統合され、これは、キャビティ１１６内の過圧の場合にトリガすることができる。最も単純な場合、過圧保護１２０は、既定の亀裂点であり得る。
Ｈ：ここで示される接触要素は、唯一の金属ディスク１１１を含み、これは、９０°だけ折り曲げられたＬ字形状の断面を有するエッジ１１１ａを有する。
上述の２つの蓋部を有するハウジングの変形形態の範囲内で使用され得る、本発明による閉鎖要素も好ましくは実施形態Ａ～Ｈに従って設計することができる。

図８に示される電池１００は、図７Ｂに示される接触要素１１０を含み、そのエッジ１１０ａは、金属ディスク１１１のエッジ１１１ａ及び１１２ａ並びに金属ポールカバー１１２によって形成される。中空円筒形金属製ハウジング部分１０１と共に、接触要素１１０は、電池１００のハウジングを形成し、且つハウジング部分１０１の末端開口部を閉鎖する。接触要素のエッジ１１０ａは、周囲方向接触ゾーンに沿ってチューブ状ハウジング部分１０１の内側１０１ｂに当接し、且つ周囲方向溶接シームによってチューブ状ハウジング部分１０１に接続される。ハウジング部分１０１のエッジ１０１ａは、接触要素１１０のエッジ１１０ａ上で半径方向内向きに折り曲げられる。ハウジング内では、螺旋状に巻回された電極－セパレータアセンブリ１０４は、その巻線シェル１０４ａがチューブ状ハウジング部分１０１の内側に当接するように軸方向に位置合わせされる。アノード集電体の長手方向エッジ１１５ａは、巻線として形成された電極－セパレータアセンブリの上部端面１０４ｂから突出する。これは、金属ディスク１１１の裏面に直接溶接される。

図９に示される電池１００は、図１Ｂに示される接触要素１１０を含み、そのエッジ１１０ａは、金属ディスク１１１のエッジ１１１ａ及び１１２ａ並びにポールカバー１１２によって形成される。中空円筒形金属製ハウジング部分１０１と共に、接触要素１１０は、電池１００のハウジングを形成し、且つハウジング部分１０１の末端開口部を閉鎖する。接触要素のエッジ１１０ａは、周囲接触ゾーンに沿ってチューブ状ハウジング部分１０１の内側１０１ｂに当接し、且つ周囲方向溶接シームによってチューブ状ハウジング部分１０１に接続される。ハウジング部分１０１のエッジ１０１ａは、接触要素１１０のエッジ１１０ａ上で半径方向内向きに折り曲げられる。接触要素１１０は、２つの面を有する接触シート金属部材１１３を更に含み、その１つは、金属ディスク１１１の方に面し、場合によりそれに平坦に当接し、且つ溶接によって金属ディスク１１１に結合される。ハウジング内では、螺旋状に巻回された電極－セパレータアセンブリ１０４は、その巻線シェル１０４ａが管状金属ハウジング部分１０１の内側に当接するように軸方向に位置合わせされる。アノード集電体の長手方向エッジ１１５ａは、巻線として形成された電極－セパレータ組立板の上部端面１０４ｂから突出する。これは、接触シート金属部材１１３の裏面に直接当接し、且つ接触シート金属部材１１３の裏面に溶接される。

図１０に示される電池１００は、本発明の上述の第３の好適な変形形態の一例である。これは、電極－セパレータアセンブリ１０４を含み、これは、その巻線シェル１０４ａがチューブ状ハウジング部分１０１の内側表面１０１ｂに当接するように、中空円筒形ハウジング部分１０１内に軸方向に挿入される。電極－セパレータアセンブリ１０４は、螺旋状に巻回されたリボン形状のアノードと、螺旋状に巻回されたリボン形状のカソードとを含む。アノードは、リボン形状のアノード集電体を含み、及びカソードは、リボン形状のカソード集電体を含む。アノード集電体は、負極材料の層が装荷される。カソード集電体は、正極材料の層が装荷される。アノード集電体の長手方向エッジ１１５ａは、巻線として形成された電極－セパレータアセンブリ１０４の上部端面１０４ｂから突出する。カソード集電体の長手方向エッジ１２５ａは、巻線の形態の電極－セパレータアセンブリ１０４の下部端面１０４ｃから突出する。

電池１００は、管状且つ中空円筒形の金属ハウジング部分１０１を含み、これは、２つの末端開口部を有する。上部開口部は、金属ディスク１１１によって閉鎖され、これは、そのエッジ１１１ａが周囲方向接触ゾーンに沿って管状ハウジング部分１０１の内側１０１ｂに当接するように管状ハウジング部分１０１内に配置される。金属ディスク１１１のエッジ１１１ａは、周囲方向溶接シームによって管状ハウジング部分１０１に接続される。金属ディスク１１１は、接触要素１１０の一部であり、これは、金属ディスク１１１に加えて、接触シート金属部材１１３及びポールピン１０８を含む。金属接触シート金属部材１１３は、２つの面を含み、その１つ、図では上部面は、金属ディスク１１１の方向に面する。長手方向エッジ１１５ａは、接触シート金属部材１１３の他方の面、この場合には下部面に直接当接する。長手方向エッジ１１５ａは、溶接によって接触シート金属部材１１３に接続される。ポールピン１０８は、接触シート金属部材１１３に溶接され、且つ金属ディスク１１１内の中央アパーチャを通して電池１００のハウジングから外に延在する。

接触要素１１０は、絶縁手段１０３を更に含み、これは、ポールピン１０８及び従って更にポールピンに溶接された接触シート金属部材１１３を金属ディスク１１１から電気的に絶線する。ハウジング部分１０１の底部開口部は、閉鎖要素１４５によって閉鎖される。閉鎖要素１４５は、そのエッジ１４５ａが周囲方向接触ゾーンに沿って管状ハウジング部分１０１の内側１０１ｂに当接する金属ディスクである。閉鎖要素１４５のエッジ１４５ａは、周囲方向溶接シームによって管状ハウジング部分１０１に接続される。カソード集電体の長手方向エッジ１２５ａは、接触シート金属部材１１３の内（上部）側に直接当接する。長手方向エッジ１２５ａは、溶接によって閉鎖要素１４５に接続される。溶接は、例えば、レーザーを利用して、閉鎖要素１４５の金属ディスクを通した溶接によって実現され得る。

図１１に示される電池１００は、ハウジングカップ１０７の一部である中空円筒形ハウジング部分１０１を含み、これは、円形底部１０７ａ及び（エッジ１０１ａによって定義された）円形開口部を含む。ハウジングカップ１０７は、深絞りされた部分である。ハウジングカップ１０７は、円形エッジ１１１ａを有する平坦な金属ディスク１１１を含む接触要素１１０と共に、巻線として形成された電極－セパレータアセンブリ１０４が軸方向に位置合わせされる内部空間１３７を封入する。金属ディスク１１１は、そのエッジ１１１ａが周囲方向接触ゾーンに沿って管状ハウジング部分１０１の内側表面１０１ｂに当接するように管状ハウジング部分１０１内に配置される。そのエッジ１１１ａは、接触要素のエッジに対応し、且つ周囲方向溶接シームによって管状ハウジング部分１０１に接続される。管状ハウジング部分１０１のエッジ１０１ａは、接触要素１１０のエッジ１１０ａの上で半径方向内向きに（ここでは約９０°だけ）折り曲げられる。

電極－セパレータアセンブリ１０４は、２つの末端端面を有する円筒形巻線の形態であり、その間に周囲方向巻線シェルが延在し、それにより中空円筒形ハウジング部分１０１の内側に当接する。これは、正極及び負極及びセパレータ１１８及び１１９から形成され、これらのそれぞれは、リボン形状であり、且つ螺旋状に巻回される。電極－セパレータアセンブリ１０４の２つの端面は、セパレータ１１８及び１１９の長手方向エッジによって形成される。集電体１１５及び１２５は、これらの端面から突出する。対応する突出には、ｄ１及びｄ２のラベルが付与される。

アノード集電体１１５は、電極－セパレータアセンブリ１０４の上部端面から突出し、及びカソード集電体１２５は、下部端面から突出する。アノード集電体１１５は、ストリップ形状の主領域内で負極材料１５５の層が装荷される。カソード集電体１２５は、ストリップ形状の主領域内で正極材料１２３の層が装荷される。アノード集電体１１５は、その長手方向エッジ１１５ａに沿って延在するエッジストリップ１１７を有し、これは、電極材料１５５が装荷されない。代わりに、ここで、この領域からの範囲内で集電体を安定化するために、セラミック支持材料の被覆１６５が適用される。カソード集電体１２５は、その長手方向エッジ１２５ａに沿って延在するエッジストリップ１２１を有し、これは、電極材料１２３が装荷されない。代わりに、ここで、同様にセラミック支持材料の被覆１６５が適用される。

金属ディスク１１１に加えて、接触要素１１０は、接触シート金属部材１１３及びポールピン１０８を更に含む。金属接触シート金属部材１１３は、２つの面を含み、その１つ、図では上部面は、金属ディスク１１１の方向に面する。接触シート金属１１３の他方の面、この場合には底部の面上では、長手方向エッジ１１５ａは、その全体長にわたり、接触シート金属１１３及び従って接触要素１１０と直接接触し、且つ好ましくはその全体長にわたり、少なくともいくつかのセクション上で溶接によってそれに対して接続される。代わりに、ここで、上述のマルチピン接続が存在し得る。従って、接触要素１１０は、同時にアノードの電気的接触のために且つハウジング部分として機能する。

ポールピン１０８は、接触シート金属部材１１３に溶接され、且つ金属ディスク１１１内の中央アパーチャを通して電池１００のハウジングから外に延在する。接触要素１１０は、絶縁手段１０３を更に含み、これは、金属ディスク１１１からポールピン１０８及び従って更にポールピンに溶接された接触シート金属部材１１３を電気的に絶縁する。金属ディスク１１１のみがハウジングカップ１０７と直接接触し、且つ従って更にそれと電気的に接触する。ポールピン１０８及び接触シート金属部材１１３は、ハウジングカップから絶縁される。

カソード集電体１２５のエッジ１２５ａは、その全長にわたって底部１０７ａと直接接触し、且つ好ましくはその全長にわたり、少なくともいくつかのセクションにわたって（特にレーザーの支援を伴う）溶接によってそれに接続される。代わりに、ここで、上述のマルチピン接続が存在し得る。従って、底部１０７ａは、ハウジングの一部としてのみならず、カソードの電気接触のためにも機能する。

例えば、電極－セパレータアセンブリ１０４は、９５重量％のＮＭＣＡ、２重量％の電極バインダ及び導電剤としての３重量％のカーボンブラックからなる正極を含み得る。アノード１０１は、その孔内に金属リチウムが取り込まれる開孔構造を有する多孔性の導電性マトリックス１０１ｂを含み得る。電解質は、ＴＨＦ／ｍＴＨＦ（１：１）中におけるＬｉＰＦ_６の２Ｍ溶液又は２重量％のＶＣを有するＦＥＣ／ＥＭＣ（３：７）中におけるＬｉＰＦ_６の１．５Ｍ溶液であり得る。

Claims (13)

1. 二次リチウムイオン電池であって、特徴
   ａ．前記電池は、アノード（１２０）／セパレータ（１１８）／カソード（１３０）のシーケンスを有するリボン形状の電極－セパレータアセンブリ（１０４）を含むこと、
   ｂ．前記アノード（１２０）は、第１長手方向エッジ（１１５ａ）及び第２長手方向エッジを有するリボン形状のアノード集電体（１１５）を含むこと、
   ｃ．前記アノード集電体（１１５）は、負極材料（１５５）の層が装荷されたストリップ形状の主領域（１２２）と、前記電極材料（１５５）が装荷されない、前記第１長手方向エッジ（１１５ａ）に沿って延在する自由端ストリップ（１２１）とを有すること、
   ｄ．前記カソード（１３０）は、第１長手方向エッジ（１２５ａ）及び第２長手方向エッジを有するリボン形状のカソード集電体（１２５）を含むこと、
   ｅ．前記カソード集電体（１２５）は、正極材料（１２３）の層が装荷されたストリップ形状の主領域（１１６）と、前記電極材料（１２５）が装荷されない、前記第１長手方向エッジ（１１５ｅ）に沿って延在する自由端ストリップ（１１７）とを有すること、
   ｆ．前記電極－セパレータアセンブリ（１０４）は、２つの末端端面（１０４ｂ、１０４ｃ）を有する巻線の形態であること、
   ｇ．前記電極－セパレータアセンブリ（１０４）は、ハウジング内に封入されること、
   ｈ．前記アノード（１２０）及び前記カソード（１３０）は、前記アノード集電体（１１５）の前記第１長手方向エッジ（１１５ａ）が前記末端面の一方から突出し、及び前記カソード集電体（１２５）の前記第１長手方向エッジ（１２５ａ）が前記末端面の他方から突出するように、前記電極－セパレータアセンブリ（１０４）内で互いに対して形成及び／又は配置されること、
   ｉ．前記電池は、前記第１長手方向エッジ（１１５ａ、１２５ａ）の１つと直接接触する金属製接触要素（１１１）を有すること、及び
   ｊ．前記接触要素（１１１）は、溶接によって前記長手方向エッジ（１１５ａ、１２５ａ）に接続されること、並びに
   追加の特徴的な特徴
   ｋ．前記負極材料（１５５）の層は、金属リチウムを含むこと
   を有する二次リチウムイオン電池。
2. 以下の追加的な特徴：
   ａ．前記負極材料（１５５）の層は、開孔構造を有する多孔性の導電性マトリックスを含むこと、
   ｂ．前記金属リチウムは、前記マトリックスの孔内に埋め込まれること
   を有する、請求項１に記載の電池。
3. 以下の追加的な特徴：
   ａ．前記マトリックスは、４０～９５％の範囲の多孔度を有すること、
   ｂ．前記マトリックス中の前記孔は、２～５０μｍの範囲の平均直径によって特徴付けられること
   を有する、請求項２に記載の電池。
4. 以下の追加的な特徴：
   ａ．前記マトリックスは、有機化合物の炭化によって形成された炭素を含むこと、
   ｂ．前記マトリックスは、５０～１００重量％の範囲の割合で前記炭素を含むこと、
   ｃ．前記炭素に加えて、前記マトリックスは、前記炭素よりも高い又は低い導電性を有する少なくとも１つのフィラーを含有すること、
   ｄ．前記フィラーは、カーボンブラック、ＣＮＴ、グラフェン及び金属粒子からなる群から選択される少なくとも１つであること
   の少なくとも１つを有する、請求項１又は２に記載の電池。
5. 以下の追加的な特徴：
   ａ．前記アノード集電体（１１５）上の前記負極材料（１５５）の層は、５～１００μｍの範囲の厚さを有すること
   の少なくとも１つを有する、請求項１又は２に記載の電池。
6. 以下の追加的な特徴：
   ａ．前記正極材料（１２３）は、可逆的リチウム堆積及び除去が可能な少なくとも１つの金属酸化物化合物、好ましくは少なくとも１つのコバルト及び／又はマンガン酸化物化合物、特にＮＭＣ、ＮＣＡ又はＮＭＣＡを活性材料として含むこと、
   ｂ．可逆的リチウム取り込み及び除去が可能な前記少なくとも１つの金属酸化物化合物は、８０重量％～９９重量％の量で前記電極材料（１２３）に含有されること、
   ｃ．前記正極材料（１２３）は、電極バインダ及び／又は導電剤を含むこと、
   ｄ．前記電極バインダは、０．５重量％～１５重量％の量で前記正極材料（１２３）に含有されること、
   ｅ．前記導電剤は、０．１重量％～１５重量％の量で前記正極材料（１２３）中に存在すること
   の少なくとも１つを有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池。
7. 以下の追加的な特徴：
   ａ．前記正極材料（１２３）の層は、開孔構造を有する多孔性の導電性マトリックスを含むこと、
   ｂ．硫黄が、前記マトリックス中に含まれること
   を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池。
8. 以下の追加的な特徴：
   ａ．前記電池は、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）及び２－メチルテトラヒドロフラン（ｍＴＨＦ）の混合物を含む電解質を含むこと、
   ｂ．前記混合物中におけるｍＴＨＦに対するＴＨＦの体積比は、２：１～１：２の範囲であり、特に好ましくは、前記体積比は、１：１であること、
   ｃ．前記電池は、導電性塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を含む電解質を含むこと、
   ｄ．前記導電性塩は、１．５～２．５Ｍ、特に２Ｍの割合で前記電解質中に存在すること
   の少なくとも１つを有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池。
9. 以下の追加的な特徴：
   ａ．前記電池は、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の混合物を含む電解質を含むこと、
   ｂ．前記混合物中におけるＤＭＣに対するＥＣの体積比は、１：７～５：７の範囲であり、特に好ましくは、前記体積比は、３：７であること、
   ｃ．前記電池は、導電性塩としてＬｉＰＦ_６を含む電解質を含むこと、
   ｄ．前記導電性塩は、１．０～２．０Ｍ、特に１．２～１．５Ｍの濃度で前記電解質中に存在すること、
   ｅ．前記電解質は、特に１～３重量％の割合で、ビニレンカーボネートを含むこと、
   ｆ．前記電解質は、特に０．５～２重量％の割合で、エチレンサルフェート（ＤＴＤ）を含むこと
   の少なくとも１つを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池。
10. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記電池は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）及びメチルアセテート（ＭＡ）の混合物を含む電解質を含むこと、
    ｂ．前記混合物中におけるＥＣ及びＭＡの体積分率は、それぞれ２０体積％～４０体積％の範囲であり、及び前記混合物中におけるＤＭＣの体積分率は、３０体積％～５０体積％の範囲であること、
    ｃ．前記電池は、導電性塩としてＬｉＰＦ_６を含む電解質を含むこと、
    ｄ．前導電性塩は、１．０～２．０Ｍ、特に１．２～１．５Ｍの濃度で前記電解質中に存在すること、
    ｅ．前記電解質は、特に１～３重量％の割合で、ビニレンカーボネートを含むこと、
    ｆ．前記電解質は、特に０．５～２重量％の割合で、エチレンサルフェート（ＤＴＤ）を含むこと
    の少なくとも１つを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池。
11. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記電池は、１，３－ジオキソラン（ＤＯＬ）及びジメトキシエタン（ＤＭＥ）の混合物を含む電解質を含むこと、
    ｂ．前記混合物中におけるＤＭＥに対するＤＯＬの体積比は、２：１～１：２の範囲であり、特に好ましくは、前記体積比は、１：１であること、
    ｃ．前記電池は、導電性塩としてリチウムビス（トリフルオロメタン）スルホニルイミド（ＬｉＴＦＳＩ）を含む電解質を含むこと、
    ｄ．前記導電性塩は、０．５～２．０Ｍ、特に１Ｍの濃度で前記電解質中に存在すること
    の少なくとも１つを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池。
12. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記電池は、アセトニトリル（ＡＮ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニルカーボネート（ＶＣ）及びフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）からなる群から選択される少なくとも１つの溶剤を含む電解質を含むこと、
    ｂ．前記電解質中に溶解されるのは、フルオロメタン（ＦＭ）、ジフルオロメタン（ＤＦＭ）、フルオロエタン（ＦＥ）、１，１－ジフルオロエタン（１，１－ＤＦＥ）、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（１，１，１，２－ＴＦＥ）及び２－フルオロプロパン（２－ＦＰ）からなる群から選択される少なくとも１つの化合物であること、
    ｃ．前記電池は、導電性塩としてリチウムビス（トリフルオロメタン）スルホニルイミド（ＬｉＴＦＳＩ）を含む電解質を含むこと、
    ｄ．前記導電性塩は、０．５～２．０Ｍ、特に１．２Ｍの濃度で前記電解質中に存在すること
    の少なくとも１つを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池。
13. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記電池は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、アセトニトリル（ＡＮ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、スルホラン（ＳＬ）及びエチルアセテート（ＥＡ）からなる群から選択される少なくとも１つの溶剤を含む電解質を含むこと、
    ｂ．前記電解質は、２．５～６．０モルの量で導電性塩を含むこと、
    ｃ．前記導電性塩は、ＬｉＴＦＳＩであること
    の少なくとも１つを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池。