电化学电池的制作方法

以下描述的本发明涉及到电化学电池。

背景技术：

特别地，电化学电池的众所周知的实施例是纽扣电池和圆形电池。纽扣电池通常具有圆柱形外壳，它的高度等于或小于它的直径。在圆形电池的情况下，外壳同样是圆柱形，但是它的高度超出了它的直径。

在每一种情况下，在外壳中存在真正不同的电化学系统都是可能的。非常普遍的电池是基于锌/空气、锌/mno2和镍/锌的那些电池。二次(可充电)系统也很普遍。这些系统的实例是镍/金属氢化物电池、镍/镉电池和锂离子电池。

一般来讲，圆形电池和纽扣电池的圆柱形外壳通常由两个固态的、通常是金属的外壳部分构成，在所述两个外壳部分之间布置电绝缘密封。一个外壳部分电连接到正电极且具有相应的正极性。另一个电连接到负电极且具有相应的负极性。密封意在防止具有相反极性的外壳部分之间电接触。而且，意图在于阻碍液体和湿气从外壳逃离且防止其渗入到外壳中。

金属外壳的使用与各种缺陷相关联。金属外壳借助于复杂的深拉伸(deepdrawing)方法来制造，且尽管采用了特定的预防措施，但是从来都不能完全排除由电解液或者由在充电和放电操作中形成的其他腐蚀性物质对外壳的腐蚀性侵蚀。

技术实现要素：

本发明的目的是提供具有不具备上述缺陷的外壳的纽扣电池和圆形电池。

通过具有权利要求1中的特征的电化学电池实现所述目的。在作为从属权利要求的权利要求2至7中规定了根据本发明的电池的优选实施例。所有权利要求的措辞由此都通过引用结合到该说明书中。

根据本发明的电化学电池由于以下特征而总是显著的：

●它包括具有至少一个正电极和至少一个负电极的复合电极主体：在这种复合主体中，至少一个正电极和至少一个负电极被以固定方式彼此接合，通常是经由叠层或者粘附接合来彼此接合。在相反极性的电极之间通常布置分离层，所述分离层可以是例如聚烯烃的多孔聚合物膜。

从现有技术中已知缠绕式复合电极主体。例如在wo2010/146154a2和wo2010/089152a1中，描述了具有缠绕式复合电极主体的纽扣电池。这些文献中描述的复合电极主体也可用于根据本发明的电池。

为了制造这种缠绕式复合电极主体，在第一步骤中制造带状形式的单个电池。为此目的，带状形式的正电极和带状形式的负电极彼此组合并且与带状形式的一个或多个分离层组合。例如可将电极叠置在分离层的相反侧上。然后，将由此制造的带状形式的单个电池馈送至缠绕装置并在那里处理以给出缠绕式复合电极主体。为此目的，单个电池通常被缠绕在缠绕轴或者缠绕芯上。在通常预定数目的缠绕(此处缠绕被理解为意味着复合体围绕缠绕轴或缠绕芯的每一次完整旋转)之后，停止缠绕操作。例如借助于切割或者冲压工具，将所形成的缠绕式复合主体与单个电池的紧随其后的目前为止仍未缠绕的部分分离。

●复合电极主体被浸渍电解液：电解液的选择依赖于针对电池选择哪种电化学系统。如果本发明的电池是镍/金属氢化物电池，则电解液是碱性的。如果电池是锂离子电池，则电解液通常包括有机碳酸盐和溶解于其中的导电锂盐的混合物。

●它包括具有不透液体内芯的外壳：与常规电池的情况相同，外壳的主要功能是防止液体(电解液)从外壳逃离以及防止湿气渗出和渗入外壳。

●浸渍了电解液的复合电极主体被设置在内芯中：目的通常是使复合电极主体以最大效率填充内芯。在内芯中的任何死体积都对能量密度具有不利影响。

根据本发明的电池的特定特征在于外壳由pek(聚醚酮)或者pek基材料构成。

如众所周知的，聚醚酮是高热稳定性的热塑材料。最常使用的聚醚酮是聚芳醚酮(缩写为paek)。

最公知和最重要的代表性pek中的一种是peek(聚醚醚酮)。更优选地，根据本发明的电池的外壳由peek或者peek基材料构成。

pek基材料是至少部分由pek构成的材料。相似地，peek基材料是至少部分由peek构成的材料。除了pek或者peek之外，pek或者peek基材料还可含有其他成分，例如无机或有机填料和/或色素。但是，优选的是，pek或peek在材料中存在的量总是为至少20％(按重量)。优选地，pek或peek是pek/peek基材料的主要成分。

peek的熔化温度为约335℃至345℃。存在各种衍生物(例如peeek(聚(醚醚醚酮))和pekk(聚(醚酮酮))，所述各种衍生物具有稍微不同的熔点(例如，pekk为约391℃或者peeek为约324℃)。所有这些衍生物都适合作为根据本发明的电池的外壳材料。

聚醚酮对几乎所有的有机和无机化学物品都是稳定的。它们仅对uv辐射以及强酸和氧化条件敏感，但是这些通常在电池中不会遇到。

使用pek作为外壳材料会带来各种优势。与金属材料相比，作为热塑材料，pek非常容易处理和形成。相对于在电化学电池中常见的腐蚀性物质，pek基本上是非常惰性的。作为电绝缘体，pek最小化了跨过外壳短路的机会。而且，与金属外壳材料相比，pek具有低很多的密度。假设具有相同的外壳厚度，使用pek会带来非常明显的重量优势。

优选的是，根据本发明的电池出于以下额外特征中的至少一个而是显著的：

●在优选实施例中，外壳包括一起形成外壳内芯的两个外壳部分。

两个外壳部分优选由peek膜构成。这些优选地具有在从50μm至500μm的范围内的厚度。在该范围内，进一步优选的是在从100μm至300μm的范围内的厚度。

●借助于粘合剂或否则通过焊接，可将外壳部分彼此接合。相应地，在优选实施例中，外壳部分经由至少一个焊接的或接合的接缝而彼此连接。

在原理上，通过焊接来连接外壳部分是优选的。pek的外壳部分(尤其是外壳膜)可被彼此焊接而毫无困难，例如可借助于激光器进行焊接。

热塑材料-诸如pek-仅吸收来自固态激光器在固态激光器的800和1100nm之间的标准波长范围内的激光辐射的小比例。为了这些热塑材料可借助于激光辐射而高效地进行熔化和焊接，可以添加改善其吸收特性的添加剂。吸收来自固态激光器在所述波长范围内的辐射的所有无机或有机色彩色素(例如炭黑)都适合于该目的。

外壳部分例如可借助于热熔性粘合剂或者化学硬化粘合剂来接合。合适的实例是聚酰亚胺粘合带、聚乙烯或者聚丙烯密封膜、环氧树脂或者聚亚安酯。

在根据本发明的电池的进一步优选实施例中，复合电极主体包括：

●至少一个输出导体，至少一个输出导体电连接到复合电极主体的至少一个正电极；和/或

●至少一个输出导体，至少一个输出导体电连接至复合电极主体的至少一个负电极。

优选地，(多个)输出导体被引导出外壳的内芯至外部，尤其是在两个外壳部分之间。

在特别优选的实施例中，外壳具有至少两个空间上分离的被焊接或被接合的接缝，优选的是，被焊接或被接合的接缝均具有环形剖面。

当根据本发明的电池具有以下额外特征中的至少一项时，情况尤其如此：

●当上述复合电极主体是环状时。

●当不透液体内芯是环状且被布置在中心通孔或凹槽周围时。

●当环状复合电极主体被布置在环状内芯内部时。

●常规圆形电池和纽扣电池的外壳是圆柱形的。它们不具有中心通孔或凹槽。

如开始所述，圆形电池和纽扣电池的圆柱形外壳通常由两个固体的、通常是金属的外壳部分构成，在所述两个外壳部分之间布置电绝缘密封。这些电池总是恰好具有一个密封区。在根据本发明的电池的稍后实施例中，情况有所不同。作为存在中心通孔或凹槽的结果，这些电池通常具有两个或多个密封区。因此，情况也可能是需要多于一个密封以密封根据本发明的电池。

在具有中心通孔或凹槽的所有实施例中，根据本发明的电池外壳包括通孔或者凹槽。中心通孔总是连续的，且由此从一侧到另一侧穿过外壳且相应地可从外壳的两侧到达。相反地，凹槽不是连续的。仅可从外壳的一侧到达。

在根据本发明的电池的特别优选的实施例中，所述电池具有以下附加特征中的至少一个：

●外壳采取中空圆柱的形式。

●中心通孔或凹槽具有圆柱形几何形状。

●外壳包括：彼此间隔开且彼此平行的两个圆形的环状外壳端部，以及连接外壳端部的环状内部外壳坯料(housingshell)和连接外壳端部的环状外部外壳坯料，其中每一个外壳坯料和每一个外壳端部具有指向内芯的内侧和指向相反方向的外侧。

●复合电极主体采取由电极带和至少一个分离层带形成的中空圆柱形缠绕的形式，且具有通过电极带的纵向边缘形成的端面，在其中心有轴向中空穴，所述轴向中空穴在所述端面的中心具有开口。

为了实现容量的最佳利用，合适的是尽可能地使环状复合电极主体和环状不透液体外壳的几何形状特征彼此很好地匹配。复合电极主体，诸如例如在wo2010/089152a1的图3a和图3b中所述的这些，实际上是完美的中空圆柱。当所述内芯同样采用中空圆柱形式时，这些能够最好地利用环状内芯的体积。

通孔优选采取连续圆柱形孔的形式。凹槽优选采取在一端处封闭的圆柱形孔的形式。

在优选实施例中，根据本发明的电池特征在于以下附加特征中的至少一个：

●该电池是锂离子电池，尤其是二次锂离子电池。

●复合电极主体中的至少一个电极是嵌锂电极。

●复合电极主体已经被浸渍有机电解液，其中在有机电解液中溶解了导电锂盐。

锂离子电池的电极典型地包括电化学活性成分和电化学非活性成分。

对于二次锂离子系统有用的电化学活性成分(通常也称作活性材料)是能吸收锂离子且再次将其释放的所有材料。这一点上，负电极的现有技术水平特别采用碳基材料，碳基材料诸如石墨碳或者能够嵌入锂的非石墨碳材料。此外，也可以使用可与锂形成合金的金属和半金属材料或者这种材料与碳基材料的复合物。对于正电极有用的材料特别包括锂金属氧化物化合物和锂金属磷酸盐化合物，诸如licoo2和lifepo4。

电化学非活性成分主要包括电极交联剂(binder)和集电器。后者用于在最大面积上与电化学活性成分形成电接触。它们通常由平坦金属基板构成，例如由金属箔或者金属泡沫材料或者金属化的无纺布构成。电极交联剂确保电极的机械稳定性且保证使电化学活性材料的颗粒彼此接触以及与集电器接触。此外，该术语尤其也覆盖了导体，即，例如炭黑。

向着和远离复合电极主体的电极的电子传导通常是经由输出导体接线片(lug)进行的，该接线片例如伸出所形成的缠绕式复合主体的端部。输出导体接线片电连接至集电器或者是集电器的一部分。

在原理上，根据本发明的电化学电池在其尺寸方面不作任何限制，所述尺寸方面包括直径(外部直径/内部直径)的比率或者其高度。但是，在其中外壳采取中空圆柱形式的一些实施例中，优选的是，其高度是其外部直径的不大于2倍。在一个改善方式中，高度/外部直径比率是≤1。

根据附图和以下的附图描述，本发明的其他特征和由本发明获得的优势将清楚明白。以下描述的实施例仅用于图示和用于更好地理解本发明，且决不应认为是限制。

附图说明

图1a示出了创造性的电化学电池100的一个实施例(示意性的截面图)。这包括环状复合电极主体101和由外壳部分102a和102b构成的外壳102。外壳部分102a和102b被另外分开示出(图1b和1c，示意性截面图)。此外，图1d(示意图，顶视图)和1e(示意性截面图，经由线s的截面)示出了其中使用的外壳部分102a和复合电极主体101。

环状复合电极主体101是被浸渍有机电解液的锂离子电池。复合电极主体101采取由电极带和至少一个分离层带形成的中空圆柱缠绕的形式，复合电极主体101的端面101a和101b由电极带的纵向边缘形成。

外壳部分102a和102b均由peek膜构成，peek膜的厚度在100和150μm之间。外壳部分102a具有由深拉伸形成的两个凹槽，即中心圆柱凹槽103和外部中空圆柱凹槽104。外壳部分102b为盘的形式。

外壳部分102a和102b经由两个环状焊接的接缝105和106彼此连接。它们一起包围环状内芯107，环状内芯107以不透液体方式包围了复合电极主体101。内芯107进而布置在凹槽103周围。

复合电极主体101包括：两个输出导体108和109，两个输出导体108和109电连接至复合电极主体101的一个正电极和一个负电极。输出导体108和109被引出外壳102的内芯至两个外壳部分102a和102b之间的外部。