JP2023542942A - エネルギー蓄電池 - Google Patents

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Abstract

エネルギー蓄電池（１００）は、アノード／セパレータ／カソードのシーケンスを有する電極－セパレータアセンブリ（１０４）を含む。電極－セパレータアセンブリ（１０４）は、２つの末端端面及びそれらの間の巻線シェルを有する中空円筒形巻線の形態である。エネルギー蓄電池は、ハウジングを含み、ハウジングは、中空の円筒形内部空間を封入する。ハウジングの内部空間内において、巻線として形成された電極－セパレータアセンブリ（１０４）は、軸方向に位置合わせされる。内部空間を画定するために、ハウジングは、外径及び内径を有する第１環状閉鎖部材（１０１０）と、外径及び内径を有する第２環状閉鎖部材（１０２０）と、末端円形開口部の対を有する第１管状ハウジング部分（１０３０）であって、第１管状ハウジング部分（１０３０）の直径は、第１環状閉鎖部材（１０１０）及び第２環状閉鎖部材（１０２０）の外径に一致する、第１管状ハウジング部分（１０３０）と、２つの末端円形開口部を有する第２管状ハウジング部分（１０４０）であって、第２管状ハウジング部分（１０４０）の直径は、第１環状閉鎖部材（１０１０）及び第２環状閉鎖部材（１０２０）の内径に一致する、第２管状ハウジング部分（１０４０）とを含む。電極－セパレータアセンブリのリボン形状の電極の接触は、中空円筒形巻線の末端端面から突出する電極の長手方向エッジを介して起こる。エネルギー蓄電池は、長手方向エッジの１つと直接接触し、且つ好ましくは溶接によってこの長手方向エッジに接続される、少なくとも部分的に金属製の接触要素を含む。第１又は第２環状閉鎖要素（１０１０、１０２０）は、接触要素として機能する。ハウジングの第２管状ハウジング部分（１０４０）は、両側で開放しており、且つエネルギー蓄電池を通して軸方向に延在するチャネル（１５００）を画定する。

Description

本発明は、中空円筒形巻線の形態の電極－セパレータアセンブリを有するエネルギー蓄電池、複数のこのようなエネルギー蓄電池を有するバッテリー及びこのようなエネルギー蓄電池を製造する方法に関する。
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、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可能になる。
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。
現在、二次リチウムイオン電池は、多くの用途で使用されており、なぜなら、これらの電池は、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、炭素に基づく粒子、特に黒鉛状炭素が負極に使用される。リチウムをインターカレーションすることができる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（ＬｉＣｏＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）又はこれらの誘導体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、それぞれ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（ＬｉＰＦ６）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では、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も考慮すべき他の要因が存在する。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必要がある電池の内部抵抗及び電池の温度調節のために不可欠であり得る電極の熱接続も極めて重要なパラメータである。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の場合にも非常に重要である。電池の充電及び放電中、電力損失に起因して熱蓄積が電池内で発生する可能性があり、これは、大きい熱機械的且つ電気化学的応力と、結果的に電池の構造及び電池の化学的特性の変形及び損傷とをもたらし得る。リスクは、集電体の電気接続が、巻回されたアセンブリから軸方向に突出する、集電体に溶接された個別の伝導体タブを介して実施される場合の増大したリスクからなり、なぜなら、充電又は放電中、大きい負荷時にこれらの導体タブ及び隣接する電極領域で加熱が局所的に発生し得るためである。電極複合体からの熱放散は、これらの熱的ボトルネックを介して非常に乏しくのみ発生し得る。熱蓄積は、特に電極複合体／巻線のコア内で発生し得る。従って、熱的損失のレベルに加えて、電池の熱的挙動が多くの用途で決定的であり、熱を放散する能力も主要な役割を果たす。
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。また、軸方向及び半径方向における熱伝導性は、多くの場合に大幅に異なる。軸方向における熱伝導は、端面に接触したアレスタプレートによって既に大幅に改善されている。これにより、ポールを介した冷却力のより効果的な結合が可能になる。それにも関わらず、電池コアから熱を放散することは、困難なままであり、熱容量は、特により大きい電池の場合に増大する。従って、冷却力の結合の効率性が非常に重要である。
低温では、例えば、氷点下の温度における電池の充電を可能にするために、電池の温度制御／加熱の可能性も重要である。当然のことながら、類似の考慮事項がここでも適用される。
言及される熱機械的応力の結果としてのエネルギー蓄電池に対する損傷を防止するか又は少なくとも最小限にするために、エネルギー蓄電池の安全且つ穏やかな動作を保証する定義された動作温度範囲を維持する必要がある。従って、一般に、エネルギー蓄電池の温度制御のための対策が意味をなす。
バッテリー又はバッテリーモジュールのエネルギー蓄電池を冷却するためにクーラント回路を使用することが知られている。例えば、バッテリーモジュールが熱放散のためにその裏面で押圧される冷却又は冷蔵プレートを使用し得る。
他の手法は、液体冷却媒体と共に機能する。例えば、独国特許出願公開第１０２００７０２４８６９Ａ１号明細書は、冷却媒体がモジュールのハウジングを通過する電気器具のためのバッテリーモジュールを記載している。
独国特許出願公開第１０２０１４１１２６２８Ａ１号明細書は、冷却可能なバッテリーモジュールを記載しており、このバッテリーモジュールは、互いに所定の距離で配置された２つの保持プレートと、封止された方式で端部において保持プレート内の通路を通過する複数の丸い電池とを有する。電池が散在した空間が保持プレート間に形成され、電池の周りに流れる導電性クーラントを受け入れるように形成される。電池の端部に配置された電池極は、この空間の外側に配置される。クーラントは、好ましくは、エチレングリコールに基づくクーラントである。
バッテリーモジュールの空気冷却も既知である。国際公開第２０１３／０２３８４７Ａ１号パンフレットは、好ましくは角柱状のバッテリー電池のバッテリー電池積層体を有する、特に自動車のためのバッテリーモジュールを記載しており、空気ダクトは、バッテリー電池間に配置される。これは、空気流によってバッテリー電池の十分な冷却を可能にすることを意図される。
独国特許出願公開第１０２０１４２０１１６５Ａ１号明細書は、いくつかの電気的に相互接続されたバッテリー電池を含むバッテリーモジュールを提案している。個々のバッテリー電池は、バッテリー電池に沿って実質的に延在するチャネルを通過する空気流によって温度制御される。バッテリー電池は、バッテリー電池ホルダの個々のバッテリー電池コンパートメント内に収容される。冷却空気が流れるチャネルは、バッテリー電池コンパートメントの側壁内に配置される。十分な冷却効果のために、バッテリー電池ホルダの材料は、良好な熱伝導特性を有しなければならない。
それにも関わらず、既知の従来技術の冷却概念は、多くの場合、不満足な結果のみを提供する。とりわけ、個々のエネルギー蓄電池が異なる程度に冷却されるような不均等な冷却効果がバッテリー又はバッテリーモジュールの異なる領域内で発生し得る。乏しく冷却された電池の場合、これは、電池の充電／放電サイクル挙動及び従ってその寿命に悪影響を有し得る。
更に、既知の冷却概念では、冷却が、エネルギー蓄電池の内側領域ではなく、外側領域を対象とするという問題が発生する。しかし、これは、正確には熱蓄積が発生し得る場所である。この問題は、より大きい円筒形エネルギー蓄電池、特に２５ｍｍ以上、特に３０ｍｍ以上の直径を有する円筒形電池の場合に特に深刻である。
対照的に、本発明は、内側領域内でも冷却が利用可能となるように設計されるエネルギー蓄電池を提供することをそれ自体の課題としている。しかし、同時に、エネルギー蓄電池は、可能な場合、その電極の全表面及び長さにわたって非常に良好なエネルギー密度及び均一な電流分布によって特徴付けられる必要もある。加えて、エネルギー蓄電池は、その内部抵抗及び受動的熱放散能力に関して良好な特性を有する必要もある。
この目的は、後述の円筒形エネルギー蓄電池、特に請求項１の特徴を有する円筒形エネルギー蓄電池の好適な実施形態によって達成される。更に、この課題は、後述のバッテリー及び後述のエネルギー蓄電池を製造する方法、特に更なる従属請求項によるバッテリー及び方法の好適な実施形態によって解決される。エネルギー蓄電池のいくつかの有利な実施形態及び本発明の更なる態様も従属請求項から明らかになるであろう。
本発明による円筒形エネルギー蓄電池は、常に、以下の特徴ａ．～ｌ：
ａ．エネルギー蓄電池は、アノード／セパレータ／カソードのシーケンスを有する電極－セパレータアセンブリを含むこと、
ｂ．電極－セパレータアセンブリは、２つの末端端面及びそれらの間の巻線シェルを有する中空円筒形巻線の形態であること、
ｃ．エネルギー蓄電池は、ハウジングを含むこと、
ｄ．ハウジングは、中空の円筒形内部空間を封入すること、
ｅ．巻線の形態の電極－セパレータアセンブリは、中空の円筒形内部空間内で軸方向に位置合わせされること、
ｆ．内部空間の境界を定めるために、ハウジングは、
－ 外径及び内径を有する第１環状閉鎖部材、
－ 外径及び内径を有する第２環状閉鎖部材、
－ ２つの末端円形開口部を有する第１管状ハウジング部分であって、第１管状ハウジング部分の直径は、第１環状閉鎖部材及び第２環状閉鎖部材の外径に一致する、第１管状ハウジング部分、及び
－ ２つの末端円形開口部を有する第２管状ハウジング部分であって、第２管状ハウジング部分の直径は、第１環状閉鎖部材及び第２環状閉鎖部材の内径に一致する、第２管状ハウジング部分
を含むこと、
ｇ．電極－セパレータアセンブリのアノードは、リボン形状であり、且つ第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、
ｈ．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含むこと、
ｉ．電極－セパレータアセンブリのカソードは、リボン形状であり、且つ第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、
ｊ．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含むこと、
ｋ．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、
ｌ．エネルギー蓄電池は、第１長手方向エッジの１つと直接接触し、且つ好ましくは溶接によってこの長手方向エッジに接続される、少なくとも部分的に金属製である接触要素、好ましくは金属から完全に製造されるか又は金属製構成要素のみからなる接触要素を含むこと
を有する。
電気化学的システムの好適な実施形態
原則的に、本発明は、その電気化学的実施形態とは無関係にエネルギー蓄電池を含む。しかし、特に好適な実施形態では、本発明によるエネルギー蓄電池は、リチウムイオン電池、特に二次リチウムイオン電池である。従って、二次リチウムイオン電池について既知である基本的にすべての電極材料がエネルギー蓄電池のアノード及びカソードのために使用され得る。
リチウムイオン電池として設計される、本発明によるエネルギー蓄電池の負極では、リチウムをインターカレーションすることができる、好ましくは更に粒子形態の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活性材料として使用することができる。代わりに又は加えて、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）若しくはその派生物又は酸化ニオビウム若しくはその派生物も負極内に好ましくはまた粒子状の形態で含まれ得る。更に、負極は、活性材料として、任意選択により炭素に基づく活性材料との組合せにおいて、例えば酸化ケイ素などのリチウムを可逆的にインターカレーション及びデインターカレーションすることができるケイ素、アルミニウム、スズ、アンチモン又はこれらの材料の化合物又は合金からなる群から選択された少なくとも１つの材料を含み得る。スズ、アルミニウム、アンチモン及びケイ素は、リチウムと金属間相を形成し得る。リチウムを吸収する能力は、特にケイ素の場合、グラファイト又は同等の材料のものを何倍も超過する。金属製リチウムから製造された薄いアノードも使用され得る。
本発明によるリチウムイオン電池の形態におけるエネルギー蓄電池の正極の場合、ＬｉＣｏＯ２及びＬｉＦｅＰＯ４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が適切な活性材料である。更に、化学式ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２（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ＬｉＭｎ２Ｏ４（ここで、ｘ＋ｙ＋ｚは、通常、１である）を有するリチウムマンガンスピネル（ＬＭＯ）又は化学式ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚＯ２（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）が特に良好に適している。例えば、化学式Ｌｉ１．１１（Ｎｉ０．４０Ｍｎ０．３９Ｃｏ０．１６Ａｌ０．０５）０．８９Ｏ２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）又はＬｉ１＋ｘＭ－Ｏ化合物及び／又は前記材料の混合物などのこれらの派生物も使用され得る。カソード活性材料も好ましくは粒子状の形態で使用される。
加えて、リチウムイオン電池として設計される、本発明によるエネルギー蓄電池の電極は、好ましくは、導電性を改善するために電極バインダ及び／又は添加剤を含む。活性材料は、好ましくは、マトリックス中の隣接する粒子が好ましくは互いに対して直接接触する状態で電極バインダのマトリックス中に埋め込まれる。導電剤は、電極の導電性を向上させる機能を有する。一般的な電極バインダは、例えば、ポリビニリデンフルオライド（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粉末である。
本発明によるエネルギー蓄電池は、好ましくは、（例えば、ＴＨＦ又はニトリルなどの有機炭酸塩又は環状エーテルの混合物などの）有機溶剤中に溶解して存在する電解質、リチウムイオン電池の場合には特にリチウムヘキサフルオロフォスフェート（ＬｉＰＦ６）などの少なくとも１つのリチウム塩に基づく電解質を含む。使用され得る他のリチウム塩は、リチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）、リチウムビス（フルオロスルフォニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）及びリチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）を含む。
セパレータの好適な実施形態
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２つのリボン形状のセパレータを含み、そのそれぞれは、第１長手方向エッジ及び第２長手方向エッジを有する。好ましくは、セパレータは、電気絶縁性のプラスチックフィルムから形成される。セパレータは、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、微細孔を有し得る。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。プラスチック材料又は他の電気絶縁性のシート構造から製造された不織布及び織物もセパレータとして使用され得る。好ましくは、５μｍ～５０μｍの範囲内の厚さを有するセパレータが使用される。いくつかの実施形態では、アセンブリの１つ又は複数のセパレータは、固体電解質の１つ又は複数の層でもあり得る。
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作製するために、リボン形状の電極が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、端面、特に１つ又は複数のセパレータの長手方向エッジによって形成された端面から５０００μｍ以下、好ましくは３５００μｍ以下だけ突出する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、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。
集電体の好適な実施形態
エネルギー蓄電池の集電体は、可能な限り大きい面積にわたり、それぞれの電極材料内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。リチウムイオン電池として設計される、本発明によるエネルギー蓄電池の場合、アノード集電体のための適切な金属は、例えば、銅若しくはニッケル又は他の導電性材料、特に銅若しくはニッケル合金又はニッケル被覆金属である。ステンレス鋼も一般的に１つの可能性である。リチウムイオン電池として設計される、本発明によるエネルギー蓄電池の場合、アルミニウム合金を含むアルミニウム又は他の導電性材料がカソード集電体のための金属として特に適している。
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、それぞれの電極材料が両側に装荷される。
一部の特に好適な実施形態では、本発明によるエネルギー蓄電池は、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得る。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、それぞれ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、本発明によるエネルギー蓄電池は、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組み付けられた集電体は、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、そのそれぞれ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／ｍｍ２～２５０Ｎ／ｍｍ２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していることが好ましい。それぞれの実現可能なエネルギー密度改善が加算される。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．エネルギー蓄電池は、接触要素を含み、これは、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１つに接続され、及び少なくとも部分的に、好ましくは完全に金属製であり、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。
本発明による解決策
具体的には、電池は、以下の２つの特徴ｍ．及びｎ．：
ｍ．ハウジングの第１及び第２環状閉鎖部材は、接触部材として機能すること、及び
ｎ．第２管状ハウジング部分は、両側で開放しており、且つエネルギー蓄電池を通して軸方向に延在するチャネルを画定すること
によって特徴付けられる。
連続的な軸方向のチャネルは、好ましくは、エネルギー蓄電池の中心を通して、特に中空円筒形巻線の軸が軸方向チャネル内に位置するように延在する。
好適な実施形態では、エネルギー蓄電池のハウジングは、円筒形形状を有し、チャネルは、ハウジングを通して軸方向に延在する通路を形成する。更なる発展形態では、本発明によるエネルギー蓄電池のハウジングは、中空円筒形である。これは、チャネル又は第２管状ハウジング部分が円形又は少なくとも楕円形の断面を有する場合に該当する。第２管状ハウジング部分が円形断面を有しない場合、「内径」という用語は、その最大直径を意味する。
第１管状ハウジング部分は、第２管状ハウジング部分よりも大きい直径を有し、且つエネルギー蓄電池の円筒形又は中空円筒形ハウジングの外側ハウジングシェルを形成する一方、第２管状ハウジング部分は、円筒形又は中空円筒形ハウジングの内側ハウジングシェルを形成することが好ましい。これにより、環状閉鎖要素は、エネルギー蓄電池のハウジングの末端蓋部を形成する。
好ましくは、第１管状ハウジング部分の直径は、封止接続が第１管状ハウジング部分の末端開口部と閉鎖要素の外側エッジとの間で可能であるように、第１環状閉鎖要素及び第２環状閉鎖要素の外径に一致する。例えば、外側エッジの１つは、溶接又ははんだ付けによって開口部の１つに固定することができる。例えば、電気絶縁性の封止は、外側エッジの他方に、それが開口部の他方で機械的手段によって固定された状態で適用され得る。同じことは、第２管状ハウジング部分の直径を第１及び第２環状閉鎖要素の内径に一致させることにも適用される。
特に好適には、本発明によるエネルギー蓄電池は、常に、以下の特徴ａ．及びｂ：
ａ．エネルギー蓄電池は、２つの少なくとも部分的に金属製の接触要素、好ましくは２つの完全に金属の接触要素を含み、これらのそれぞれは、第１長手方向エッジの１つと直接接触し、且つ好ましくは溶接によってこれらの長手方向エッジに接続されること、
ｂ．第１及び第２環状閉鎖要素は、２つの接触要素として機能すること
を有する。従って、この実施形態では、２つの第１長手方向エッジは、好ましくは溶接により、接触要素として機能する閉鎖要素の１つにそれぞれ直接接続される。原則的に、溶接ではなく、はんだ付けにより、長手方向エッジを接触要素に接続することが可能である。
特に好適な方式では、本発明によるエネルギー蓄電池は、常に、以下の追加的な特徴ａ：
ａ．両側で開放しており、且つエネルギー蓄電池を通して軸方向に延在するチャネルは、エネルギー蓄電池の温度制御のために設けられること
を有する。
接触要素は、１つ又は両方の電極と電気的に接触するように機能するのみならず、ハウジング部分としても機能する。これは、従来のエネルギー蓄電池のものと異なり、接触要素とハウジング部分との間の別個の導電体が必要とされないために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、且つ電池アセンブリが単純化される。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、この電池に非常に良好な熱放散特性を与える。
同時に、両側で開放しているチャネルは、エネルギー蓄電池の温度が内側から制御されることを可能にし、これは、特により大きい形式の電池の場合、最適な温度管理を可能にし、且つ従ってエネルギー蓄電池の最大の性能及び最大の寿命をもたらす。
従って、本発明によるエネルギー蓄電池は、集電体が、電池ハウジングの一部分である接触要素を介して接続されるという電池設計の利点を、エネルギー蓄電池のための特に効果的な冷却概念を実装し得るという利点と組み合わせる。この結果、従来のエネルギー蓄電池よりも大きい、本発明によるエネルギー蓄電池を設計することが可能になる。可能な限り均一に電極の端面を接続することにより、軸方向及び中空シリンダの更なる内部表面を介した半径方向の両方でハウジング表面又は接触要素を介した熱放散が改善される。
これに関連して、冷却概念という用語は、必ずしも排他的に冷却を意味せず、一般的に温度制御を意味する。冒頭で述べられているように、温度管理は、一般に、２つ以上のエネルギー蓄電池を含むバッテリー又はバッテリーモジュールの最適な動作のために有利である。ここで、動作中に加熱するエネルギー蓄電池の冷却が主要な役割を果たす。しかし、例えば、充電又は放電プロセスのためにエネルギー蓄電池の必要とされる最低温度を保証するために、加熱も有用且つ必要であり得る。特に有利な方式では、それ自体既知である温度管理システムを本発明によるエネルギー蓄電池の動作のために使用することが可能であり、特に温度センサシステムも使用され得る。
第１の主要な実施形態では、エネルギー蓄電池は、冷却概念の実現に関して、以下の追加的な特徴：
ａ．両側で開放しているチャネルは、温度制御媒体、特に気体又は液体の流れのために設計されること
によって特に特徴付けられ得る。
原則的に、様々なタイプの温度制御媒体が本発明によるエネルギー蓄電池を動作させるために適している。特に有利な方式では、流動可能な温度制御媒体、特に気体又は液体が使用される。当然のことながら、それぞれの温度制御媒体は、冷却のため又は必要に応じてエネルギー蓄電池の外側電池エンベロープを加熱するために使用され得る。
特に好適なものは、例えば、温度制御媒体としての空気の使用であり、これにより、温度制御された空気は、冷却又は必要に応じて更に加熱するために、単純な方式で本発明によるエネルギー蓄電池を通過し得る。冷却のために、例えば、ファン又は他の吹き出し若しくは吸い込み装置により、両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネルを通過する周辺空気を使用することができる。
他の実施形態では、例えば、エチレングリコールに基づくクーラントなどの水又は別の冷却液体などの液体温度制御媒体を使用することができる。この場合、それぞれの液体が、両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネルを通過するのに用いられる適切な圧送装置を提供することができる。好ましくは、液体調温（tempering）媒体を循環システム内に供給することができる。
本発明によるエネルギー蓄電池内における冷却概念又は温度制御概念に関する第２の主要な実施形態によれば、エネルギー蓄電池は、以下の追加的な特徴：
ａ．金属製ロッド又はチューブが、両側で開放しているチャネルに調温手段（tempering agent）として挿入されること
によって特に特徴付けられる。
本発明のこの実施形態によれば、両側で開放しているチャネルの内側及び従って本発明によるエネルギー蓄電池の中心に配置された金属製ロッド又はチューブは、いわゆるヒートパイプの意味で使用される。ヒートパイプは、特に良好な熱伝達特性によって特徴付けられ、且つ従って上昇した又は低減された温度に迅速に移行され得る。
特に好適な方式では、金属製チューブは、実際の意味でヒートパイプとして使用され、これは、適切な温度制御媒体によって入力された温度を実現し、これにより、温度制御媒体は、ヒートパイプ内に且つ必要に応じてそれを通して伝達される。この場合、電池の能動的な冷却は、チューブによって行われる。
他の実施形態では、固体金属製ロッドを使用することも可能であり、これは、良好な温度伝導特性に起因して、本発明によるエネルギー蓄電池の内部への非常に迅速な温度伝達を可能にする。ロッドは、チャネルの外側で調温され得る。この目的のため、ロッドは、適切な冷却及び／又は加熱手段と結合され得、これは、バッテリーモジュールの一部分であり得る。例えば、中実の銅ロッド又は銅チューブを調温媒体として使用し得、これは、両側で開放しているチャネルに挿入され、且つ適切な冷却及び／又は加熱要素に接続される。
環状閉鎖又は接触要素の好適な実施形態
本発明によれば、第１及び／又は第２環状閉鎖要素は、接触要素としても機能する。又は換言すれば、接触要素は、本発明による電池のハウジングの一部分である。好ましくは、第１及び／又は第２環状閉鎖要素は、内周を画定する内側エッジと、外周を画定する外側エッジとをそれぞれ有する。好適な実施形態では、両方のエッジは、円形である。
最も単純な場合、第１及び／又は第２環状閉鎖要素は、中央アパーチャ、特に中央円形孔を有する金属製環状ディスクによって形成され得るか又はそれを含み得る。電極集電体の１つ又は複数の長手方向エッジは、好ましくは、溶接又ははんだ付けにより、これらの金属製の開口ディスクに接続される。
最も単純な実施形態では、開口ディスクは、１つの平面内にのみ延在する円形周囲を有する金属部材である。しかし、多くの場合、更に精緻な設計が好ましいことがある。例えば、開口ディスクは、同心構成における円形のくぼみ及び／若しくは上昇部又は線形のくぼみ及び／若しくは上昇部など、その中心の周りに１つ又は複数のくぼみ及び／又は上昇部を有するように付形され得る。更に、開口ディスクは、例えば、Ｕ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し得る。
接触要素又は環状閉鎖要素は、必ずしもそのすべてが金属から製造される必要がない開口ディスクを含む、いくつかの個々の部分からなり得る。特に好適な実施形態では、接触要素は、例えば、円形周囲を有する金属製のポールカバーを含み得、これは、開口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又は環状閉鎖要素のエッジを一緒に形成するように、開口ディスクとほぼ又は正確に同じ直径を有する。更なる一実施形態では、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、クランプ接続が２つの個々の部分間に存在し得る。しかし、両方の部分は、溶接によっても接続され得る。
金属ディスク及びポールカバーは、好ましくは、中間の空間を封入する。この目的のため、ポールカバーは、好ましくは、中央湾曲を有する。本発明による電池では、中間空間は、好ましくは、電池の周囲から締め切られてはいない。一般に、ポールカバーは、少なくとも１つのアパーチャ、特に中央アパーチャを含み、これを通して、温度制御媒体は、チャネルが中間空間を介して電池の周囲と連通し得るように中間空間に進入し、且つそれから突出し得る。
更なる一実施形態では、第１及び／又は第２環状閉鎖要素は、２つの面を有する接触シート金属部材を含み得、その１つは、開口ディスクの方向に対向し、且つ好ましくは溶接又ははんだ付けによって開口ディスクに接続される。巻線から出現する電極集電体の１つ又は複数の長手方向エッジは、好ましくは、１つ又は複数の接触シート金属部材の他方の面に直接当接し、且つ好ましくは溶接又ははんだ付けによってそれに接続される。開口金属ディスクに対応するように、接触シート金属部材は、好ましくは、中央アパーチャ、特に中央円形孔も有する。上述の実施形態とは対照的に、電極集電体の長手方向エッジは、ここで、開口ディスクに直接当接せず、代わりに接触シート金属部材に直接当接する。開口ディスクは、ハウジングを閉鎖するように機能する一方、接触シート金属部材は、集電体の長手方向エッジに接触する。
いくつかの好適な実施形態では、接触シート金属部材は、円形周囲を有し得るが、これは、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、金属ストリップであり得るか、又は例えば星形状の構成で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、接触要素又は環状閉鎖要素並びに場合により更にそれぞれの接触要素又は閉鎖要素の接触シート金属部材は、それぞれ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。覆いが大きいほど、可能な場合にはその長さ全体にわたり、それぞれ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。
集電体の長手方向エッジは、事前処理により、指向性又は非指向性の成形を受けていてもよい。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、溶接接続が電極集電体の長手方向エッジに実施されるとき、接触シート金属部材の変形を相殺する機能を有し得る。これは、計量された電解質が良好に分散され得、且つ発生した任意の気体が電極複合体の内部から逃避し得ることを保証することも意図される。
開口ディスクに対向する接触シート金属部材の面は、好ましくは、接触シート金属部材と開口ディスクとが直接接触する場合に二次元の接触表面が存在する、即ち接触シート金属部材及び開口ディスクが少なくともいくつかの領域内で互いに上下に平坦に位置するように設計される。
好適な実施形態では、接触シート金属部材は、１つの平面内にのみ延在する平坦なシート金属部材であり、他の実施形態では、これは、付形されたシート金属部材であり得る。特に、これは、電極集電体の長手方向エッジと接触する面上に１つ又は複数の隆起又は細長いくぼみを有することが可能である。このような隆起又はくぼみは、直接当接する長手方向エッジへの接続を促進し得る。好ましくは、接触シート金属部材及び開口ディスクは、互いに剛性に、更に好ましくは剛性に直接接触する。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。
開口金属ディスク及び／又は接触シート金属部材は、以下の特徴ａ．及びｂ．：
ａ．使用される開口金属ディスク及び／又は接触シート金属部材は、好ましくは、５０μｍ～６００μｍの範囲、好ましくは１５０μｍ～３５０μｍの範囲の厚さを有すること、
ｂ．金属製の開口ディスク及び／又は接触シート金属部材は、合金化若しくは非合金化アルミニウム、合金化若しくは非合金化チタン、合金化若しくは非合金化ニッケル又は合金化若しくは非合金化銅だけでなく、また必要に応じてステンレス鋼（例えば、タイプ１．４３０３又は１．４４０４の）又はニッケル鍍金された鋼からなること
の少なくとも１つによって特徴付けられることが特に好ましい。直前の特徴ａ．及びｂ．は、組合せで実現されることが特に好ましい。
接触要素が開口金属ディスク及び接触シート金属部材の両方を含む場合、接触シート金属部材及び開口金属ディスクは、好ましくは、いずれも材料に関して同じ又は少なくとも化学的に関連する材料からなる。更なる実施形態では、第１及び／又は第２環状閉鎖要素の外側エッジは、例えば、環状閉鎖要素と第１（外側）管状ハウジング部分との間の接続を促進するために、９０°の角度でＬ形状に折り曲げることができる。対応して、第１及び／又は第２環状閉鎖要素の内側エッジの領域内において、この領域内の第２（内側）管状ハウジング部分と、環状の第１及び／又は第２閉鎖要素との間の接続を促進するために同等の実施形態を提供することができる。
ハウジング
好ましくは、本発明によるエネルギー蓄電池のハウジングは、従来のエネルギー蓄電池の場合のように、ハウジングカップ及び蓋部から構築されず、第１管状ハウジング部分によって外部的に、且つ第２管状ハウジング部分によって内部的に形成された中央の中空円筒形部分を含む。ハウジングのこの中央部分は、環状閉鎖要素によって両側で閉鎖され、これらは、ある意味で上部及び下部蓋部を形成する。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、管状のハウジング部分を製造するために深絞りダイが必要とされないためである。第１及び／又は第２管状ハウジング部分は、好ましくは、金属製である。しかし、原則的に、これらは、例えば、プラスチックなどの電気絶縁材料からもなり得る。
第１管状ハウジング部分は、環状閉鎖要素の外側エッジ、特に金属製アパーチャディスクの外側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有し得る。第２（内側）管状ハウジング部分も、環状閉鎖要素の内側エッジ、特に金属製の開口ディスクの内側エッジ上で半径方向外向きに折り曲げられた円形エッジを有し得る。閉鎖要素のエッジの半径方向の折り曲げは、環状閉鎖要素を固定するために絶対的に必要とされない任意選択の対策であるが、これは、それにも関わらず好都合であり得る。
特に本発明による電池がリチウムイオン電池として設計される場合、ハウジングカップ、金属ディスク及び／又は接触シート金属並びに閉鎖要素又はその構成要素が製造される材料の選択肢は、アノード又はカソード集電体がそれぞれのハウジング部分に接続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。従って、前記ハウジング部分は、例えば、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）、ニッケル被覆鋼からなり得る。
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など、多層材料（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。具体的には、第１管状ハウジング部分は、例えば、プラスチックなどの非金属製材料からもなり得る。プラスチックの電気絶縁特性が特に有利である。例えば、ハウジングの構成要素の厚さは、５０μｍ～６００μｍの範囲、好ましくは１５０μｍ～３５０μｍの範囲であり得る。他の適切な材料も当業者に既知である。
閉鎖の変形形態
原則的に、封止を伴って又は伴わずに第１及び／又は第２環状閉鎖要素を設置することが可能である。しかし、排他的に封止を有する閉鎖は、問題をもたらし得る４つの別個の封止領域をもたらすことになるであろう。従って、
ａ．第１及び第２環状閉鎖部材は、その外側エッジが周囲方向接触ゾーンに沿って管状第１ハウジング部分の内側に当接するように構成されること、
ｂ．第１及び第２環状閉鎖要素の外側エッジは、周囲方向溶接シームによって管状ハウジング部分にそれぞれ接続されること
が好ましい。
第１及び第２環状閉鎖要素の外側エッジ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、管状ハウジング部分は、少なくとも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。好都合には、これらのセクションは、この目的のために中空円筒形であり得る。これらのセクション内の管状ハウジング部分の内径は、対応して、閉鎖要素のエッジの外径、特に上述の開口ディスクの外径に適合される。
第１管状ハウジング部分及び第２管状ハウジング部分に対する閉鎖要素の外側及び内側エッジの溶接は、特にレーザーによって実行され得る。しかし、代わりに、はんだ付け又は接合によって閉鎖要素を固定することも可能である。接合は、管状ハウジング部分が金属製ではなく、且つプラスチックなどの電気絶縁性材料からなる場合に特に好適である。
いくつかの特に好適なアセンブリでは、環状閉鎖要素の少なくとも１つは、少なくとも１つのポールピン（任意選択により２つ以上のポールピン）を含み、これは、閉鎖要素の１つの接触シート金属部材に電気的に接続され、且つ同じ閉鎖要素の開口ディスク内のアパーチャを通してエネルギー蓄電池のハウジングから外に延在する。これに関連して、関係する閉鎖要素は、好ましくは、開口ディスクから少なくとも１つのポールピン及び／又は接触シート金属部材を電気的に絶縁する少なくとも１つの絶縁手段を含む。
ポールピンは、溶接又ははんだ付けによって接触シート金属部材に固定することができる。これは、好ましくは、絶縁材料によって開口ディスクから電気的に絶縁され、これは、好ましくは、封止機能も有する。
絶縁材料は、具体的には、それぞれの場合に使用される電解質に対する化学的抵抗力を適切に有する従来のプラスチック封止であり得る。適切な封止材料は、一次及び二次エネルギー蓄電池の分野の当業者に既知である。好適な代替実施形態では、ガラス若しくはセラミック及び／又はガラス－セラミック塊を絶縁材料として使用することもできる。
第１長手方向エッジの１つに対する接触要素の溶接
本発明によるエネルギー貯蔵要素の様々な実施形態では、集電体の長手方向エッジは、常に、好ましくは溶接によって環状閉鎖要素の１つ、好ましくは開口金属ディスク又は閉鎖要素の接触シート金属部材に装着される。
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２００４－１１９３３０号公報から既知である。この技術は、特に高度な電流搬送能力及び小さい内部抵抗を可能にする。従って、接触要素、特に更にディスク形状の接触要素を集電体のエッジ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２００４－１１９３３０号公報の内容を詳細に参照されたい。
接触要素又は接触要素の構成要素との第１長手方向エッジの１つの接触の結果として、螺旋状に巻回された電極の場合、螺旋形状を有するライン形状の接触ゾーンが生成される。この線形及び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、接触要素又は接触要素の構成要素に対する長手方向エッジの接続を適切な溶接結合部によって実現することができる。
電極の好適な実施形態
自由端ストリップ内では、それぞれの集電体の金属は、好ましくは、それぞれの電極材料を有しない。いくつかの好適な実施形態では、それぞれの集電体の金属は、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それぞれの集電体の金属は、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、且つそれぞれ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、本発明によるエネルギー蓄電池は、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（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、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（ＳｉＯ２）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、集電体のそれぞれのエッジ又は長手方向エッジに平行に延在する。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それぞれの集電体の金属が露出されるように、自由領域を完全には覆わない。
エネルギー蓄電池の他の好適な実施形態
本発明によるエネルギー蓄電池は、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、本発明によるエネルギー蓄電池は、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エネルギー蓄電池の高さは、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。これらの範囲では、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）、又は３２×７００（ｍｍを単位とする直径×高さ）、又は３２×９００（ｍｍを単位とする直径×高さ）のフォームファクタが特に適している。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、自動車内で電気駆動装置に電力を供給するのに特に適している。
特に好適な方式では、本発明によるエネルギー蓄電池は、以下の追加的な特徴ａ：
ａ．エネルギー蓄電池は、少なくとも２５ｍｍ、好ましくは少なくとも３０ｍｍ、更に好ましくは少なくとも３２ｍｍの外径を有すること
によって特徴付けられる。
円筒形のエネルギー蓄電池のための特に好適なフォームファクタは、３２×７５、又は３２×９１、又は６７×１７２（ｍｍを単位とする直径＊高さ）である。本発明の利点は、温度管理又は温度制御能力が特に重要であるサイズのエネルギー蓄電池の場合に特に有効である。
リチウムイオン電池として設計される、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、二次バッテリー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－カドミウムバッテリー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－金属水素化物バッテリー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、二次リチウムバッテリー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－酸バッテリー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、本発明によるエネルギー蓄電池は、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、電池が爆発することを防止するために、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破裂点であり得る。特に好ましくは、接触要素の開口ディスクは、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。
本発明によるバッテリー
更に、本発明は、上述の説明による少なくとも２つのエネルギー蓄電池を有するバッテリーを含む。バッテリーは、両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネルを介してエネルギー蓄電池を調温する装置によって更に特徴付けられる。個々のエネルギー蓄電池は、それ自体既知の方式によって並列又は直列に相互接続され得る。
特に好適な方式では、バッテリーのエネルギー蓄電池は、バッテリーモジュール内に配置され得、それにより、バッテリーモジュールは、バッテリーを形成するように相互接続され得る。特に好適な方式では、２つ以上のエネルギー蓄電池は、バッテリーモジュールの形態でそれぞれの場合に組み合わされ、バッテリーモジュールの２つ以上は、それ自体既知の方式によってバッテリーを形成する。従って、本発明は、このようなバッテリーモジュールも含む。
好適な方式では、バッテリーは、以下の追加的な特徴：
ａ．エネルギー蓄電池の温度制御のための装置は、両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネルに温度制御媒体、特に上述の温度制御媒体の１つを導入するための手段を含むこと
によって特徴付けられる。
温度制御媒体は、非常に有効な方式で温度交換を可能にするために個々のエネルギー蓄電池を通過させることができる。具体的には、これにより、エネルギー蓄電池の冷却を実現することができる。更に、必要に応じて、一般的な温度制御、即ちエネルギー蓄電池の加熱も可能である。
気体温度制御媒体の場合、本発明によるバッテリーは、好ましくは、以下の追加的な特徴：
ａ．エネルギー蓄電池の温度制御のための装置は、気体温度制御媒体、特に空気流を駆動するための手段を含むこと、
ｂ．エネルギー蓄電池の温度制御のための装置は、両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネルを通して気体温度制御媒体、特に空気流を導くための手段を含むこと
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．は、互いに組合せで実現される。
気体温度制御媒体を駆動するための手段は、例えば、空気又は他の気体を噴き出すか又は吸い込むファン又は他の装置であり得る。このような駆動手段は、バッテリーの外側に提供され得、且つ適切な通気口又は同様のものを通してバッテリーの内側の気体の流れを実現し得る。更に、このような駆動手段は、バッテリー内にも配設され得る。
加えて又は代わりに、気体温度制御媒体が、特に、エネルギー蓄電池の内側の両側で開放しているチャネルを通して導かれるように、例えば、プラスチックから製造された操向プレート又は操向レール、バッテリー電池ホルダ内の対応するアパーチャ又は同様のものなどの操向手段を、温度制御媒体の対象を定めた操向のために提供することもできる。加えて、温度制御媒体が外側からエネルギー蓄電池の周りに流れることも好ましい。
液体温度制御媒体が提供される、本発明によるバッテリーの実施形態では、本発明によるバッテリーは、好ましくは、以下の追加的な特徴：
ａ．エネルギー蓄電池の温度制御装置は、液体温度制御媒体を移動させるための圧送手段を含むこと、
ｂ．エネルギー蓄電池の温度制御装置は、両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネルを通して液体温度制御媒体を導くための手段を含むこと
の少なくとも１つによって特徴付けられる。好ましくは、上述の特徴ａ．及びｂ．は、互いに一緒に実現される。
圧送手段は、例えば、蠕動ポンプなどの従来のポンプであり得、これにより、例えば水又は別の冷却若しくは温度制御媒体などの液体温度制御媒体をバッテリーの内部及び特に両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネルを通過させることができる。これらの圧送手段は、バッテリーの内側又は特に好適にはバッテリーの外側に配置することが可能であり、これにより、バッテリーの外側の配置の場合、バッテリーに対する液体温度制御媒体の対応する供給ライン及び排出ラインが提供される。
加えて又は代わりに、液体温度制御媒体のための操向手段をバッテリーの内側に提供することが可能であり、これにより、液体温度制御媒体は、両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネルを通して導かれる。この目的のため、例えば、金属レール若しくはプラスチックから製造されたライン若しくは電池ホルダ内の適切な開口部又は同様のものをバッテリー内に提供することができる。加えて、温度制御媒体が外側からエネルギー蓄電池の周りに流れることも好ましい。
本発明によるバッテリーの別の特に好適な実施形態では、バッテリーは、以下の追加的な特徴：
ａ．金属製ロッド又はチューブが、両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネルに調温媒体として挿入されること、
ｂ．金属製ロッド又はチューブが、冷却及び／又は加熱媒体に結合されること
によって特徴付けられる。特に、上述の特徴ａ．及びｂ．は、一緒に実現される。
金属製ロッド又はチューブは、ここで、既に上述の方式によってヒートパイプとして使用され得、これにより、エネルギー蓄電池の内部を介した冷却又は加熱のために、特に効果的な方式によって使用され得る良好な熱伝導性を有する材料が使用される。金属製ロッド又はチューブは、例えば、それ自体既知である冷却要素又は同様のものなどの冷却及び／又は加熱手段に結合されることが好都合である。
両側で開放している、エネルギー蓄電池のチャネル及び必要に応じてエネルギー蓄電池の外側ハウジングシェルの両方を介して液体温度制御媒体を使用する場合、特に電池シェルの下部及び上部領域内にエネルギー蓄電池のための適切な封止を提供することが好都合である。必要に応じて、エネルギー蓄電池の金属表面は、例えば、テフロン被覆又は同様のものによって封止され得る。
本発明によるバッテリーのバッテリーモジュールは、例えば、少なくとも２つのバッテリーブロックを含むように構築され得、そのそれぞれは、複数の円筒形エネルギー蓄電池を含む。バッテリーブロック内において、エネルギー蓄電池は、例えば、プラスチック電池ホルダなどの電池ホルダの対応するレセプタクル内に配置され得、円筒形エネルギー蓄電池の長手方向軸は、互いに平行である。温度制御媒体がエネルギー蓄電池の長手方向軸に平行にバッテリーブロックを通して流れ得るように、空気通過開口部又は別の気体若しくは液体温度制御媒体の通過のための開口部を電池ホルダ内に提供することができる。加えて、温度制御媒体が、両側で開放している個々のエネルギー蓄電池のチャネルを通して通過する開口部を好都合な方式で電池ホルダ内に提供することもできる。
バッテリーブロックは、積層体内の隣接するバッテリーブロック間で温度制御媒体が通過し得る積層体の間隙が存在するように、特定の間隔を伴って互いに上下に積層することができる。
更に、それぞれのバッテリーモジュールのバッテリーブロックの積層体を含むバッテリーモジュールのためのハウジングが好都合な方式で提供される。ハウジングは、温度制御媒体のための入口及び出口を有することができる。例えば、空気冷却の場合、空気入口及び空気出口を提供することができる。空気入口及び空気出口間で空気ファンによって流れを生成することができる。同等の方式において、液体温度制御媒体のための接続を提供することが可能であり、これにより、温度制御媒体は、適切な圧送手段によって移動する。
製造プロセス
本発明は、記載されるエネルギー蓄電池を製造する方法を更に含む。第１実施形態では、方法は、
ａ．少なくともアノード／セパレータ／カソードのシーケンスを有し、且つ２つの末端面及びそれらの間の巻線シェルを有する中空円筒形巻線の形態の電極－セパレータアセンブリを提供するステップであって、電極は、電極材料によって被覆され、且つ第１長手方向エッジ及び第２長手方向エッジを有する集電体をそれぞれ有し、長手方向エッジの一方は、末端面の一方から突出し、及び長手方向エッジの他方は、末端面の他方から突出する、ステップと、
ｂ．ハウジング、即ち、
－ 外径及び内径を有する第１環状閉鎖部材、
－ 外径及び内径を有する第２環状閉鎖部材、
－ ２つの末端円形開口部を有する第１管状ハウジング部分であって、第１管状ハウジング部分の直径は、第１環状閉鎖部材及び第２環状閉鎖部材の外径に一致する、第１管状ハウジング部分、
－ ２つの末端円形開口部を有する第２管状ハウジング部分であって、第２管状ハウジング部分の直径は、第１環状閉鎖部材及び第２環状閉鎖部材の内径に一致する、第２管状ハウジング部分
の構成要素を提供するステップと、
ｃ．ハウジングを組み立て、且つハウジング内に電極－セパレータアセンブリを配置するステップと、
ｄ．特に溶接により、電極－セパレータアセンブリをハウジングの環状閉鎖要素と接触させるステップと、
ｅ．ハウジングを閉鎖及び／又は封止するステップと
を含む。
この第１実施形態では、ハウジング内に電極－セパレータアセンブリを配置するステップは、巻線自体が第１管状ハウジング部分に挿入された状態で第２管状ハウジング部分を中空円筒形巻線の中心に挿入するステップを必要とする。
電極の電気的接続のために、環状閉鎖要素又は例えば接触シート金属部材などの環状閉鎖要素の一部分は、端面上に配置され、且つ溶接又ははんだ付けによってそれに接続される。溶接は、例えば、環状閉鎖要素の金属製の開口ディスクを通してレーザーによって実現することができる。必要に応じて、閉鎖要素の少なくとも１つは、極ブッシングを有する。
電池は、好ましくは、閉鎖要素のエッジを第１及び第２ハウジング部分の開口部エッジに溶接することによって閉鎖及び封止される。この目的のため、管状ハウジング部分は、好ましくは、金属製である。
第２変形形態では、方法は、
ａ．ハウジング、即ち、
－ 外径及び内径を有する第１環状閉鎖部材、
－ 外径及び内径を有する第２環状閉鎖部材、
－ ２つの末端円形開口部を有する第１管状ハウジング部分であって、第１管状ハウジング部分の直径は、第１環状閉鎖部材及び第２環状閉鎖部材の外径に一致する、第１管状ハウジング部分、
－ ２つの末端円形開口部を有する第２管状ハウジング部分であって、第２管状ハウジング部分の直径は、第１環状閉鎖部材及び第２環状閉鎖部材の内径に一致する、第２管状ハウジング部分
の構成要素を提供するステップと、
ｂ．２つの末端面及びそれらの間に配置された巻線シェルを有する中空円筒形巻線の形態における、少なくともアノード／セパレータ／カソードのシーケンスを有する電極－セパレータアセンブリを製造するステップであって、電極は、電極材料によって被覆され、且つ第１長手方向エッジ及び第２長手方向エッジを有する集電体をそれぞれ有し、長手方向エッジの一方は、末端面の一方から突出し、及び長手方向エッジの他方は、末端面の他方から突出し、
－ 電極－セパレータアセンブリは、電極及びセパレータを第２管状ハウジング部分上に巻回することにより、中空円筒形巻線の形態で製造される、ステップと、
ｃ．ハウジングを組み立てるステップと、
ｄ．特に溶接により、電極－セパレータアセンブリをハウジングの環状閉鎖要素と電気的に接触させるステップと、
ｅ．ハウジングを閉鎖及び／又は封止するステップと
を含む。
この変形形態によれば、ハウジングの内側シェルを最終的に形成する第１管状ハウジング部分よりも小さい直径を有するハウジングの第２管状ハウジング部分は、電極－セパレータアセンブリの形成で巻線コアとして使用される。電極の電気的接触及び電池の閉鎖及び封止に関して、方法の第１変形形態を参照されたい。この実施形態でも、管状ハウジング部分は、好ましくは、金属製である。
冒頭で述べられているように、電気化学システムが機能するには、電解質が必要である。原則的に、液体及び固体電解質が可能である。好ましくは、液体電解質を導入するために、電極－セパレータアセンブリは、電解質によって含浸される。特に好適な方式では、電解質による含浸は、ハウジングが組み立てられた後に行われ、これにより、電解質は、例えば、環状閉鎖要素の１つ又は別のハウジング部分内の、この目的のために提供された開口部を通して充填され得る。電解質が充填された後、開口部は、例えば、接合又は溶接によって閉鎖される。
開口部は、例えば、電池の爆発を防止するために、電池内の定義された過圧時に破裂し得る破裂ダイアフラム、破裂布又は類似の既定の破裂点を含む金属のシート上における溶接によって閉鎖することができる。このような既定の亀裂点は、例えば、環状閉鎖要素の１つなどの別の場所に配置することもできる。
本発明の更なる特徴及び利点は、図面に関連する好適な実施例に関する以下の説明から明らかになるであろう。個々の特徴は、個々に又は互いとの組合せで実現され得る。図面では、以下を概略的に示す。
本発明によるエネルギー蓄電池の斜視側面図である。 本発明によるエネルギー蓄電池の概略長手方向断面図である。 電極の詳細を示す、本発明によるエネルギー蓄電池の概略長手方向断面図である。 バッテリーモジュールの概略断面図である。 本発明によるエネルギー蓄電池の更なる実施形態の概略側面図である。
図１は、本発明による円筒形エネルギー蓄電池１００の外部図を示す。エネルギー蓄電池１００は、円筒形の丸い電池の形態で実現される。エネルギー蓄電池１００の内側に配置された電極－セパレータアセンブリを有する中空円筒形巻線は、非可視である。外側円筒形ハウジングシェルは、第１管状ハウジング部分１０３０によって形成される。エネルギー蓄電池１００の上部端面は、第１環状閉鎖要素１０１０によって形成され、環状閉鎖要素は、接触要素１１０と同義語である。対応して、下部端面も他の環状閉鎖要素１０２０／接触要素１１０によって形成される。エネルギー蓄電池１００の内側にあるのは、第２（内側）管状ハウジング部分１０４０であり、これは、その中空円筒形の形状に起因して、エネルギー蓄電池１００の内側の両側で開放しているチャネル１５００を画定する。
第１（外側）管状ハウジング部分１０３０は、例えば、溶接、はんだ付け又は接合により、その末端円形開口部から、端面を形成する環状閉鎖要素１０１０、１０２０の外側エッジまでの領域内で接続される。接続のタイプは、管状ハウジング部分１０３０がそれからなる材料にも依存する。環状閉鎖要素１０１０、１０２０の内側エッジも、例えば、溶接、はんだ付け又は接合により、第２（内側）管状ハウジング部分１０４０又はその末端円形開口部に接続される。
図２は、本発明によるエネルギー蓄電池１００の更なる実施形態を通した概略長手方向断面を示す。中空円筒形形状の電極－セパレータアセンブリ１０４は、エネルギー蓄電池１００の内部空間内に配置される。これは、少なくとも１つのリボン形状のアノード、少なくとも１つのリボン形状のセパレータ及び少なくとも１つのリボン形状のカソードを含むが、わかりやすさを目的として、ここでは電極のすべての個々の構成要素が示されるわけではない。リボン形状のアノードは、負の活性材料によって被覆されたリボン形状のアノード集電体によって形成され、少なくともアノード集電体の長手方向エッジに沿ったエッジストリップ１１５ａは、活性材料を有しない。リボン形状のカソードは、正の活性材料によって被覆されたリボン形状のカソード集電体によって形成され、少なくともカソード集電体の長手方向エッジに沿ったエッジストリップ１２５ａは、活性材料を有しない。活性材料を有しないアノード集電体のエッジストリップ１１５ａ及び活性材料を有しないカソード集電体のエッジストリップ１２５ａは、それぞれ円筒形巻線１０４の端面から突出する。
外側ハウジングシェルは、第１管状ハウジング部分１０３０によって形成される。内側に向かって、エネルギー蓄電池１００の内部空間は、エネルギー蓄電池１００の両方の端面上で開放したエネルギー蓄電池１００の内部のチャネル１５００を画定する第２管状ハウジング部分１０４０によって境界が定められる。この実施形態では、管状ハウジング部分１０３０及び１０４０は、非導電性のプラスチックから形成される。これらは、接合によって環状閉鎖要素に接続される。
閉鎖要素１０１０は、この場合、接触要素としても機能し、従って参照符号１１０によって識別される。電極－セパレータアセンブリ１０４の電極の１つの電気的接触は、巻回された電極－セパレータアセンブリ１０４から突出し、且つ電極材料によって被覆されていない長手方向エッジ１１５ａが好ましくは溶接又ははんだ付けによって環状閉鎖要素１０１０／接触要素１１０の内側に直接接続される点で、この閉鎖要素１０１０又は接触要素１１０を介して実行される。対応して、他の電極の底部から突出する長手方向エッジ１２５ａも環状閉鎖要素１０２０／接触要素１１０の内側に直接接合される。
原則的に、１つの電極のみが、その被覆されていない長手方向エッジを介してエネルギー蓄電池の１つの端面上で環状閉鎖要素と直接接触し、及び他の電極が例えばアレスタを介して従来の方式でハウジングと接触することも可能である。
エネルギー蓄電池１００の内側の両側で開放しているチャネル１５００は、エネルギー蓄電池のための特に効果的な冷却又は温度制御概念を可能にし、なぜなら、適切な温度制御媒体を有する温度制御を、両側で開放しているチャネル１５００を介して実行することが可能であり、従って温度制御媒体により、内側及び必要に応じて外側の両方からエネルギー蓄電池１００に到達することができるためである。
図３は、特に環状閉鎖要素１０１０、１０２０及び／又は接触要素１１０の実施形態に関して、本発明によるエネルギー蓄電池１００の構造の更に可能な詳細を示す。図３に示されるエネルギー蓄電池１００は、それぞれ外側管状ハウジング部分１０３０及び内側管状ハウジング部分１０４０並びに環状閉鎖要素１０１０、１０２０及び接触要素１１０によって形成されたハウジングも有する。ハウジングは、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を含む。第２管状ハウジング部分１０４０は、両側で開放している、エネルギー蓄電池１００のチャネル１５００を封入及び画定する。
環状閉鎖要素１０１０／１１０は、円形の外側エッジ１１１ａを有する開口金属ディスク１１１と、加えて、接触シート金属部材１１３及びポールピン１０８とを含む。金属製の開口ディスク１１１は、その外側エッジ１１１ａが周囲方向接触ゾーンに沿って第１管状ハウジング部分１０３０の内側に当接するように配置される。そのエッジ１１１ａは、環状閉鎖要素１０１０／１１０のエッジに対応し、且つ周囲方向溶接シームによって第１管状ハウジング部分１０３０に接続される。加えて、第１管状ハウジング部分１０３０は、金属製の開口ディスク１１１の外側エッジ１１１ａの周りで半径方向内向きに（ここでは約９０°だけ）折り曲げられた末端折り曲げエッジ１０１ａを含む。
電極－セパレータアセンブリ１０４は、第１管状ハウジング部分１０３０の内側に当接する周囲方向巻線シェルがその間に延在する２つの末端端面を有する中空円筒形巻線の形態である。巻線の中心における空洞は、第２ハウジング部分によって充填される。電極－セパレータアセンブリ１０４は、正極及び負極と、そのそれぞれがリボン形状であり、且つ螺旋状に巻回されたセパレータ１１８及び１１９とから形成される。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の長手方向エッジは、これらの端面から突出する。対応する突出は、ｄ１及びｄ２というラベルを付与される。
アノード集電体１１５の長手方向エッジは、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の長手方向エッジは、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に負の電極材料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に正極材料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、ここでは、この領域から所定の範囲内で集電体を安定化させ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、ここでも、セラミック支持材料の被覆１６５が同様に適用される。
接触シート金属部材１１３は、２つの面を含み、その１つは、開口金属ディスク１１１の方向に対向する。開口ディスク１１１及び接触シート金属部材１１３が接触することを防止するために、金属製の開口ディスク１１１と接触シート金属部材１１３との間にプラスチックスペーサ１８８が配置される。接触シート金属部材１１３の他の面上では、長手方向エッジ１１５ａは、その全体長にわたって接触シート金属部材１１３と直接接触し、且つ溶接又ははんだ付けによってそれに接続される。接触シート金属部材１１３は、ハウジング部分１０４０が通過する中央アパーチャを有する。ハウジング部分１０４０と接触シート金属部材との間に直接的な接触が存在しない。閉鎖要素１０１０又は接触要素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、且つ開口金属部材１１１内の非中央アパーチャを通してエネルギー蓄電池１００のハウジングから外に延在する。環状閉鎖要素１０１０又は接触要素１１０は、絶縁手段１０３を更に含み、これは、ポールピン１０８と、従って更にポールピン１０８に溶接された接触シート金属部材１１３とを金属製の開口ディスク１１１から電気的に絶縁する。従って、金属製の開口ディスク１１１は、外側管状ハウジング部分１０３０及びハウジング部分１０４０と直接接触し、且つ従ってこれら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、外側管状ハウジング部分１０３０及び内側管状ハウジング部分１０４０から電気的に絶縁される。第１及び第２管状ハウジング部分１０３０及び１０４０の両方は、金属製であり、且つ従って導電性を有する。
エネルギー蓄電池１００の底部は、環状閉鎖要素１０２０／接触要素１１０によって形成される。これは、ポールピン及び別個の接触シート金属部材なしに開口金属ディスクとして設計される。環状閉鎖要素１０２０／１１０は、周囲方向溶接シームにより、それぞれの場合にこの面上で第１管状ハウジング部分１０３０及びハウジング部分１０４０に接続される。この面上に提供されるのは、エネルギー蓄電池１００の第１管状ハウジング部分１０３０の折り畳まれたエッジ１０１ａでもあり、これは、環状閉鎖要素１０２０／１１０を取り囲む。
カソード集電体１２５の長手方向エッジ１２５ａは、その全体長にわたって環状閉鎖要素１０２０／１１０の内側と直接接触し、且つ溶接又ははんだ付けによってそれに接続される。従って、エネルギー蓄電池１００のこの面上の環状閉鎖要素１０２０／１１０も、ハウジングの一部分としてのみならず、カソードと電気的に接触するように機能する。
図４は、バッテリーのためのバッテリーモジュール５００の概略断面図を示し、バッテリーモジュール５００は、本発明による複数のエネルギー蓄電池１００を含む。バッテリーモジュール５００内では、本発明によるエネルギー蓄電池１００は、２つのバッテリーブロック５０１内に配置され、そのそれぞれは、互いに平行である。円筒形エネルギー蓄電池１００は、中間空間５０２が個々のエネルギー蓄電池１００間に形成されるように配置され、これを通して、温度制御媒体は、エネルギー蓄電池１００の長手方向軸に平行にバッテリーブロック５０１を通して流れることができる。温度制御媒体の流れの方向は、この実施形態では矢印によって示される。本発明による概念によれば、温度制御媒体は、両側で開放しているチャネル１５００に沿ってそれぞれエネルギー蓄電池１００を通して更に流れることができる。
バッテリーモジュール５００は、ハウジング５０３内でエネルギー蓄電池１００を保持及び位置決めするために、ハウジング５０３及びここで更に詳細に示されない要素を含む。これらの要素は、具体的には、プラスチックから製造されたいわゆる電池ホルダであり得、これは、個々の電池ブロック５０１を形成し、且つ対応するレセプタクルを有するフレームの方式で適切な方式によってエネルギー蓄電池１００を位置決め及び保持する。エネルギー蓄電池１００を保持するこれらの要素は、温度制御媒体が個々のエネルギー蓄電池１００間の間隙５０２及びそれぞれの場合に両側で開放している、エネルギー蓄電池１００の内側のチャネル１５００の両方を通して流れ得るように設けられる。
このようなバッテリーモジュール５００の２つ以上がバッテリーを形成することができる。バッテリーのこのようなモジュラー構造は、特に有利であり、なぜなら、個々のバッテリーモジュールは、必要に応じて交換及び／又は置換され得、モジュラー構造により、それぞれのバッテリーは、それぞれの要件に応じて柔軟に組立及び／又は構築され得るためである。
図４に示されるバッテリーモジュール５００の例では、空気冷却が示されており、空気の流れは、矢印によって示される。同様に、適切な圧送手段又は吸引手段によって移動する例えば液体温度制御媒体などの別の温度制御媒体を使用することもできるであろう。
ハウジング５０３は、例えば、空気用などの温度制御媒体のための入口５０４と、特に空気などの温度制御媒体のための出口５０５とを含む。この例では、空気流は、出口５０５に配置されたファン５０６によって駆動される。
適切な操向手段５０７及び５０８又は封止手段（入口５０４の領域内のバッテリーブロックと内側ハウジング壁との間の封止手段５０７及び出口５０５の領域内の２つのバッテリーブロック間の封止手段５０８）は、最初に、２つのバッテリーブロック５０１の間の中間空間内に入口５０４を介して導かれるに温度制御媒体を案内する。この中間空間から、温度制御媒体は、一方では個々のエネルギー蓄電池１００間の中間空間５０２を通して、且つ他方では両側で開放しているチャネル１５００に沿って個々のエネルギー蓄電池１００を通して流れることにより、バッテリーブロック５０１を通過する。バッテリーブロック５０１を通して流れた後、温度制御媒体は、それぞれのバッテリーブロック５０１とハウジング壁との間の中間空間内で出口５０５の方向に導かれる。
ここで断面において示されるバッテリーブロック５０１内では、エネルギー蓄電池１００は、好ましくは、複数の列として規則的なパターンで配置される。例えば、１２個の円筒形エネルギー蓄電池１００の１６個の列をそれぞれバッテリーブロック５０１内に提供することができる。それぞれの列内の電池１００は、同じ向きに配置することができる。それからオフセットされた状態で、１２個のエネルギー蓄電池１００を隣接する列内に、しかし逆転された極性を伴って配置することもできる。それぞれの場合、列にわたる１６個のエネルギー蓄電池１００の直列相互接続をジグザグパターンで提供することができる。
このような構成における本発明によるエネルギー蓄電池１００によれば、外側からのみならず、内側からも温度制御媒体が個々のエネルギー蓄電池を通過して流れることができる冷却又は温度制御概念を実現することができる。これは、例えば、全体としてより大きい且つ従ってより強力なエネルギー蓄電池を有するバッテリーモジュール及びバッテリーが実現され得るように、２５ｍｍ以上、特に３０ｍｍ以上の直径を有するなど、比較的大きい直径を有するエネルギー蓄電池が非常に効果的に調温され得、且つ特に冷却され得ることを意味する。
図５は、円筒形の丸い電池の形態で実装された本発明によるエネルギー蓄電池１００の更なる実施形態の概略図を示す。エネルギー蓄電池１００の内側には、中空円筒形巻線として形成された電極－セパレータアセンブリ１０４が配置される。記載される他の実施形態、特に図３に示される実施形態と同様に、電極－セパレータアセンブリ１０４は、少なくとも１つのリボン形状のアノード、少なくとも１つのリボン形状のセパレータ及び少なくとも１つのリボン形状のカソードを含み、電極及びその構成要素は、わかりやすさを目的として示されない。リボン形状のアノードは、負の活性材料によって被覆されたリボン形状のアノード集電体によって形成され、アノード集電体の長手方向エッジに沿った縁部ストリップは、活性材料を有しない。リボン形状のカソードは、正の活性材料によって被覆されたリボン形状のカソード集電体によって形成され、カソード集電体の長手方向エッジに沿ったエッジストリップは、活性材料を有しない。活性材料を有しないアノード集電体のエッジストリップ及び活性材料を有しないカソード集電体のエッジストリップは、それぞれ円筒形巻線１０４の端面から突出する。
電池１００の外側の円筒形ハウジングシェルは、第１管状ハウジング部分１０３０によって形成される。エネルギー蓄電池１００の上部端面は、第１環状閉鎖要素１０１０によって形成され、環状閉鎖要素は、接触要素１１０の同義語である。対応して、下部端面も別の環状閉鎖要素１０２０／接触要素１１０によって形成される。閉鎖要素１０１０／１１０は、２つの部分から構成され、及び外に向かって端面の境界を定める開口ディスク１１１と、開口ディスク１１１の下方に配置され、且つ中央凹部を有する接触シート金属部材１１３とを含む。
この面で巻回された電極－セパレータアセンブリ１０４から突出するカソード集電体の被覆されていない長手方向エッジは、接触シート金属部材１１３の下部面で接触する。好ましくは、長手方向エッジは、溶接又ははんだ付けによってそれに接続される。従って、接触シート金属部材１１３は、２つの導電体を介して開口ディスク１１１に電気的に接続される。開口ディスク１１１は、電気絶縁性の封止手段５０２により、金属製チューブによって形成された第２（内側）管状ハウジング部分１０４０から電気的に絶縁される。一方で、その外側エッジは、ハウジング部分１０３０の周囲方向開放エッジに溶接又ははんだ付けされる。
電極－セパレータアセンブリ１０４は、管状部材１０４０上で直接巻回される。この例では、アノード集電体は、好ましくは、第２管状ハウジング部分１０４０に電気的に且つ直接接続される。加えて、下部面で巻回された電極－セパレータアセンブリ１０４から突出する別の集電体の被覆されていない長手方向エッジは、電池１００の下部端面を形成する環状閉鎖要素１０２０／１１０に直接結び付けられる。ここには、好ましくは、溶接又ははんだ付けされた接続も存在する。
下部環状閉鎖要素１０２０／１１０は、電池１００の下部端面が電池１００の負極の一部分を形成するように、電気絶縁封止５０１により、第１（外側）管状ハウジング部分１０４０から電気的に絶縁される。負極の他の部分は、電池の上部端面まで延在する管状部材１０４０によって形成される。当然のことながら、逆転された分極を有する実施形態も可能である。
図示の電池の変形形態では、接触シート金属部材１１３と、対応して接触シート金属部材１１３及び開口ディスク１１１間の導電体とが省略され得る。この結果、巻回された電極－セパレータアセンブリ１０４の上部から突出するカソードの被覆されていない長手方向エッジは、好ましくは溶接又ははんだ付けにより、開口ディスク１１１の下部面に直接接続される。
電池１００の上部端面上の負の端子の接触を促進するために、第２（内側）管状ハウジング部分１０４０を形成する金属製チューブが例えば２～３ｍｍだけ電池１００の上部端面からわずかに突出することが提供され得る。
このエネルギー蓄電池１００の実施形態は、電池の負及び正の電位の両方が電池の１つの側部、この例では上部端面でタッピングされ得るという特定の利点を有する。同様に、電池１００は、反対側端面を介して従来の方式によって電気的に接触され得る。同時に、上述の説明による冷却概念は、第２（内側）管状ハウジング部分によって形成された中央チャネルを介して実現され得る。

Claims (15)

  1. 少なくとも３０ｍｍの外径を有する円筒形の丸い電池として設計されたエネルギー蓄電池（１００）であって、特徴
    ａ．前記エネルギー蓄電池は、アノード／セパレータ／カソードのシーケンスを有する電極－セパレータアセンブリ（１０４）を含むこと、
    ｂ．前記電極－セパレータアセンブリ（１０４）は、２つの末端端面及びそれらの間の巻線シェルを有する中空円筒形巻線の形態であること、
    ｃ．前記エネルギー蓄電池は、ハウジングを含むこと、
    ｄ．前記ハウジングは、中空の円筒形内部空間を封入すること、
    ｅ．前記ハウジングの前記内部空間内において、巻線として形成された前記電極－セパレータアセンブリ（１０４）は、軸方向に位置合わせされること、
    ｆ．前記内部空間の境界を定めるために、前記ハウジングは、
    － 外径及び内径を有する第１環状閉鎖部材（１０１０）、
    － 外径及び内径を有する第２環状閉鎖部材（１０２０）、
    － ２つの末端円形開口部を有する第１管状ハウジング部分（１０３０）であって、前記第１管状ハウジング部分（１０３０）の直径は、前記第１環状閉鎖部材（１０１０）及び前記第２環状閉鎖部材（１０２０）の前記外径に一致する、第１管状ハウジング部分（１０３０）、
    － ２つの末端円形開口部を有する第２管状ハウジング部分（１０４０）であって、前記第２管状ハウジング部分（１０４０）の直径は、前記第１環状閉鎖部材（１０１０）及び前記第２環状閉鎖部材（１０２０）の前記内径に一致する、第２管状ハウジング部分（１０４０）
    を含むこと、
    ｇ．前記電極－セパレータアセンブリの前記アノードは、リボン形状であり、且つ第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、
    ｈ．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（１１７）とを含むこと、
    ｉ．前記電極－セパレータアセンブリの前記カソードは、リボン形状であり、且つ第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、
    ｊ．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と、前記電極材料（１２３）が装荷されない、前記第１長手方向エッジ（１２５ａ）に沿って延在する自由端ストリップ（１２１）とを含むこと、
    ｋ．前記アノード及び前記カソードは、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、及び
    ｌ．前記エネルギー蓄電池は、前記第１長手方向エッジ（１１５ａ、１２５ａ）の１つと直接接触し、且つ好ましくは溶接によって前記長手方向エッジに接続される、少なくとも部分的に金属製の接触要素を含むこと、並びに
    追加的な特徴
    ｍ．前記第１又は第２環状閉鎖部材（１０１０、１０２０）は、前記接触部材として機能すること、及び
    ｎ．前記第２管状ハウジング部分（１０４０）は、両方の端部で開放しており、且つ前記エネルギー蓄電池を通して軸方向に延在するチャネル（１５００）を画定すること
    を有するエネルギー蓄電池（１００）。
  2. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記両側で開放しているチャネル（１５００）は、前記エネルギー蓄電池の温度制御のために設けられること
    を有する、請求項１に記載のエネルギー蓄電池。
  3. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記両側で開放しているチャネル（１５００）は、温度制御媒体、特に気体又は液体の流れのために提供されること
    を有する、請求項１又は２に記載のエネルギー蓄電池。
  4. 以下の追加的な特徴：
    ａ．金属製ロッド又はチューブが、前記両側で開放しているチャネル（１５００）に調温手段として挿入されること
    を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のエネルギー蓄電池。
  5. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記エネルギー蓄電池（１００）は、円筒形の丸い電池であること
    を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のエネルギー蓄電池。
  6. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記円筒形エネルギー蓄電池（１００）は、少なくとも３２ｍｍの外径を有すること
    を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のエネルギー蓄電池。
  7. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記エネルギー蓄電池（１００）は、リチウムイオン電池であること
    を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のエネルギー蓄電池。
  8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の少なくとも２つのエネルギー蓄電池（１００）と、両側で開放している、前記エネルギー蓄電池の前記チャネル（１５００）を介して前記エネルギー蓄電池を調温するための手段とを含むバッテリー。
  9. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記バッテリーエネルギー蓄電池（１００）は、バッテリーを形成するために相互接続されるバッテリーモジュール（５００）内に配置されること
    を有する、請求項８に記載のバッテリー。
  10. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記エネルギー蓄電池の温度制御のための前記装置は、両側で開放している、前記エネルギー蓄電池の前記チャネル（１５００）内に温度制御媒体を導入するための手段を含むこと
    を有する、請求項８又は９に記載のバッテリー。
  11. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記エネルギー蓄電池の温度制御のための前記装置は、気体温度制御媒体、特に空気流を駆動するための手段を含むこと、
    ｂ．前記エネルギー蓄電池を調温するための前記装置は、両側で開放している、前記エネルギー蓄電池の前記チャネル（１５００）を通して気体調温媒体、特に空気流を導くための手段を含むこと
    の少なくとも１つを有する、請求項８～１０のいずれか一項に記載のバッテリー。
  12. 以下の追加的な特徴：
    ａ．前記エネルギー蓄電池温度制御装置は、液体温度制御媒体を移動させるための圧送手段を含むこと、
    ｂ．前記エネルギー蓄電池温度制御装置は、両側で開放している、前記エネルギー蓄電池の前記チャネル（１５００）を通して液体温度制御媒体を導くための手段を含むこと
    の少なくとも１つを有する、請求項８～１０のいずれか一項に記載のバッテリー。
  13. 以下の追加的な特徴：
    ａ．金属ロッド又はチューブが、両側で開放している、前記エネルギー蓄電池の前記チャネル（１５００）に温度制御手段として挿入されること、
    ｂ．前記金属製ロッド又はチューブが、冷却及び／又は加熱媒体に結合されること
    を有する、請求項８～１２のいずれか一項に記載のバッテリー。
  14. 請求項１～７のいずれか一項に記載のエネルギー蓄電池を製造する方法であって、
    ａ．少なくともアノード／セパレータ／カソードのシーケンスを有する電極－セパレータアセンブリ（１０４）を提供するステップであって、前記アセンブリは、２つの末端端面及びそれらの間の巻線シェルを有する中空円筒形巻線の形態であり、前記電極は、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集電体（１１５、１２５）をそれぞれ含み、前記長手方向エッジ（１１５ａ、１２５ａ）の一方は、前記末端端面の一方から突出し、及び前記長手方向エッジの他方は、前記末端端面の他方から突出する、ステップと、
    ｂ．ハウジング、即ち、
    － 外径及び内径を有する第１環状閉鎖部材（１０１０）、
    － 外径及び内径を有する第２環状閉鎖部材（１０２０）、
    － ２つの末端円形開口部を有する第１管状ハウジング部分（１０３０）であって、前記第１管状ハウジング部分（１０３０）の直径は、前記第１環状閉鎖部材（１０１０）及び前記第２環状閉鎖部材（１０２０）の前記外径に一致する、第１管状ハウジング部分（１０３０）、
    － ２つの末端円形開口部を有する第２管状ハウジング部分（１０４０）であって、前記第２管状ハウジング部分（１０４０）の直径は、前記第１環状閉鎖部材（１０１０）及び前記第２環状閉鎖部材（１０２０）の前記内径に一致する、第２管状ハウジング部分（１０４０）
    の構成要素を提供するステップと、
    ｃ．前記ハウジング内における前記電極－セパレータアセンブリ（１０４）の配置下で前記ハウジングを組み立てるステップと、
    ｄ．特に溶接により、前記電極－セパレータアセンブリを前記ハウジングの前記環状閉鎖要素と電気的に接触させるステップと、
    ｅ．前記ハウジングを閉鎖及び／又は封止するステップと
    を含む方法。
  15. 請求項１～７のいずれか一項に記載のエネルギー蓄電池を製造する方法であって、
    ａ．ハウジング、即ち、
    － 外径及び内径を有する第１環状閉鎖部材（１０１０）、
    － 外径及び内径を有する第２環状閉鎖部材（１０２０）、
    － ２つの末端円形開口部を有する第１管状ハウジング部分（１０３０）であって、前記第１管状ハウジング部分（１０３０）の直径は、前記第１環状閉鎖部材（１０１０）及び前記第２環状閉鎖部材（１０２０）の前記外径に一致する、第１管状ハウジング部分（１０３０）、
    － ２つの末端円形開口部を有する第２管状ハウジング部分（１０４０）であって、前記第２管状ハウジング部分（１０４０）の直径は、前記第１環状閉鎖部材（１０１０）及び前記第２環状閉鎖部材（１０２０）の前記内径に一致する、第２管状ハウジング部分（１０４０）
    の構成要素を提供するステップと、
    ｂ．２つの末端端面及びそれらの間の巻線シェルを有する中空円筒形巻線の形態における、少なくともアノード／セパレータ／カソードのシーケンスを有する電極－セパレータアセンブリ（１０４）を作製するステップであって、前記電極は、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集電体（１１５、１２５）をそれぞれ含み、前記長手方向エッジ（１１５ａ、１２５ａ）の一方は、前記末端端面の一方から突出し、及び前記長手方向エッジの他方は、前記末端端面の他方から突出し、
    － 前記電極－セパレータアセンブリは、前記電極及びセパレータを前記第２管状ハウジング部分（１０４０）上に巻回することにより、前記中空円筒形巻線の形態で作製される、ステップと、
    ｃ．前記ハウジングを組み立てるステップと、
    ｄ．特に溶接により、前記電極－セパレータアセンブリを前記ハウジングの前記環状閉鎖要素と電気的に接触させるステップと、
    ｅ．前記ハウジングを閉鎖及び／又は封止するステップと
    を含む方法。
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