具有电极装置的蓄电池单池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有布置在壳体中的电极装置的蓄电池单池，以及一种蓄电池模块和一种具有这种蓄电池单池的车辆。
【背景技术】
[0002]文献EP O 878 861 Al示出了单体添加剂例如噻吩用于锂离子蓄电池中。在蓄电池过压的情况下添加剂层开始在阴极上沉积，通过聚合挤过分离器(S印arator)并且接触阳极，由此产生内部短接。
[0003]文献EP 2 219 424 Al示出了一种材料，该材料根据施加的电压是能导电或不能导电的，例如在一个聚合物矩阵中连接的碳纳米管。这可以用于蓄电池，其中该材料用作在基底表面上的微量元素并且保护免于浪涌损坏。
[0004]文献EP O 240 063 Al示出了使用3-癸基噻吩作为蓄电池电极上的聚合物层。
[0005]用于车辆应用的锂离子蓄电池组由多个蓄电池单池组成，所述蓄电池单池相应地相互连接，以便提供期望的功率。在充电周期期间给这些蓄电池单池充电直至达到充电结束电压。
[0006]如果例如由于蓄电池单池中的过充或故障超过电压极限，那么开始分解过程并且开始在单池中形成气体，并且存在蓄电池单池的热渗透的危险。附加地这种事件也可以蔓延到相邻的蓄电池单池。由此人员和环境会受到威胁。
[0007]因此，对于蓄电池单池的有效的过充保护存在持续的兴趣。
【发明内容】
[0008]按照本发明提出一种蓄电池单池，其具有布置在单池壳体中的电极装置，其中，蓄电池单池包括可选择地导电的材料，该可选择地导电的材料在超过临界极限电压的情况下过渡到导电状态并且如此布置，使得在导电状态下电极装置的正极和负极短接。
[0009]该可选择地导电的材料在此表示一种材料，该材料根据施加的电压改变其可导电性能。优选地在此是这种可选择地导电的材料，该可选择地导电的材料在>4.3V、优选在4.3V与4.5V之间的临界极限电压下过渡到导电状态。临界极限电压在此表示如下电压，可选择地导电的材料的导电能力自从该电压而改变并且特别是由非导电状态过渡到导电状
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[0010]优选地，该可选择地导电的材料在临界极限电压之下具有小的导电能力O〈10_15S/m (西门子每米)，优选<10_n S/m并且特别优选〈10_8 S/m。在临界极限电压之上可选择地导电的材料可以具有σ>10_8 S/m (西门子每米)，优选>10_3 S/m并且特别优选MO—1 S/m的导电能力。
[0011]按照本发明的蓄电池单池的电极装置包括布置在壳体内的电极层。为了提供与电极层的电气连接，正的或负的电极层经由集电极引导到连接引线，该连接引线由壳体突出。
[0012]在一种实施方式中，该可选择地导电的材料在低于临界极限电压的情况下是不导电的并且正极与负极绝缘。因此，该可选择地导电的材料用作隔离器，并且在正极与负极之间的电势流出基本上是不可能的。
[0013]在另一种实施方式中，该可选择地导电的材料包含可选择地导电的聚合物。特别优选地，该可选择地导电的材料由可选择地导电的聚合物组成。
[0014]在另一种实施方式中，该可选择地导电的材料包含聚噻吩(Polyth1phene)，特别是聚-3-癸基噻吩(Poly (3-DecyIth1phen))。
[0015]在另一种实施方式中，电极装置包括具有正电极层和负电极层的电极线圈或缠绕的电极装置或者电极堆或堆叠的电极装置。在堆叠式布置中电极层与位于其间的分离层堆叠在一起。在线圈式单池、也称为Jelly-Roll的情况下，电极层与布置在其间的分离层卷为一个线圈。在此，电极层和分离层例如由柔性材料制造，以便实现线圈。
[0016]正电极层和负电极层可以特别是包括导电金属箔或导电板，其以活性材料涂层。给板或金属箔涂层的活性材料在此提供相应的特征，以便将电极层设计为受主或确定的离子的施主。金属箔在此可以具有75μπι至ΙΟΟμπι的厚度，例如在7μπι与15 μm之间的铜箔或在ΙΟμπι与20μπι之间的铝箔。这特别适用于缠绕的电极装置。板可以具有75μπι至250 μ m的厚度并且特别适用于堆叠的电极装置。
[0017]在一种优选的实施方式中，蓄电池单池设计为锂离子蓄电池单池。在此活性材料是用于锂离子的受主或施主。如此，涂层的正电极层提供一种介质，正充电的锂离子在蓄电池放电时可以存储到该介质中。
[0018]正电极层例如可以包括铝箔，该铝箔以活性材料、例如锂金属氧化物、钒氧化物、橄榄石以及可再充电的锂氧化物涂层。这种涂层例如包含过渡金属氧化物(LiM02，M=Co,N1、Fe、Mn、Al)，氧化锂钴(LiCo2O4)、磷酸锂铁(LiFePO4)或氧化锂锰(LiMn2O4)、氧化锂镍钴销(Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid)或氧化钮镇钴猛(Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan-OxicDo
[0019]负电极层相比之下提供正充电的锂离子并且例如可以包括铜箔，其以活性材料如锂、石墨、软碳、硬碳、硅、锡合金、锂合金材料或金属间化合物涂层。
[0020]在另一种实施方式中，该可选择地导电的材料包围电极装置，特别是电极线圈。在此该可选择地导电的材料可以如此包围电极装置，使得电极线圈的端部提供如下区域，在该区域中正电极层和负电极层分别通过集电极接触。
[0021]在另一种实施方式中，该可选择地导电的材料连接负极的集电极与壳体，其中正极的集电极直接与壳体连接。因此，壳体位于在正极的电势上并且与负极绝缘。
[0022]在另一种实施方式中，壳体具有壳体盖，该壳体盖包括正极和负极的连接引线，该壳体盖包括可选择地导电的材料。优选地壳体盖由可选择地导电的材料制造。在该实施方式中，在壳体盖及其联接引线之间设有另外的引线绝缘部是不必要的。
[0023]在另一种实施方式中，该可选择地导电的材料作为引线绝缘部设置在壳体与正极和/或负极的连接引线之间。
[0024]在另一种实施方式中，电极装置的核芯包括可选择地导电的材料，其中该核芯至少部分与电极装置的电极层连接。
[0025]按照本发明还提出一种蓄电池模块，其包括至少两个按照本发明的蓄电池单池。蓄电池单池在此可以串联或并联连接。此外多个蓄电池单池可以连接为一个矩阵，其中蓄电池单池支路式地串联或并联连接。
[0026]本发明的另一对象是至少一个按照本发明的蓄电池单池在车辆中的应用，特别是作为车辆中的驱动机组，以及还有一种车辆，该车辆包括至少一个按照本发明的蓄电池单池，特别是作为驱动机组。
[0027]通过应用可选择地导电的材料可以提供用于蓄电池单池的有效过充保护。如此可选择地导电的材料可以在导电状态下短接正极和负极。通过布置可选择地导电的材料可以确保:在超过临界极限电压时多余的电势可以流出。因此阻止了蓄电池单池的过充以及紧接着的分解过程，阻止蓄电池单池中的温度升高以及在气体形成。对此特别是聚合物作为导电材料是适合的，该导电材料根据施加的电压是可导电或不可导电的并且因此在临界极限电压之下是绝缘体或者在临界极限电压之上是导体。在此特别有利的是，蓄电池单池未被损坏并且可以可逆地回到正常状态。
【附图说明】
[0028]在附图中示出了本发明的实施例并且在以下描述中详细阐释。附图示出:
图1是具有缠绕的电极装置的蓄电池单池的正截面图，所述蓄电池单池由可选择地导电的材料包围；
图2是具有缠绕的电极装置的蓄电池单池的侧截面图，所述蓄电池单池由可选择地导电的材料包围；
图3是蓄电池单池的正截面图，在所述蓄电池单池中电极装置的电极和壳体通过可选择地导电的材料相互连接；
图4是蓄电池单池的正截面图，在所述蓄电池单池中壳体盖由可选择地导电的材料制造;
图5是蓄电池单池的正截面图，在所述蓄电池单池中在壳体盖与连接引线之间的引线绝缘部由可选择地导电的材料制造；以及
图6是蓄电池单池的侧截面图，在所述蓄电池单池中电极装置的核芯由可选择地导电的材料制造并且与电极连接。
[0029]在接下来对本发明的实施例的描述中，相同或相似的构件以相同或相似的附图标记表示，其中在个别情况下省去了对这些构件的重复描述。附图仅仅示意