具有高的比能量密度的锂离子单体电池的制作方法

1.下面描述的发明涉及一种包括电极-隔膜-复合结构的锂离子单体电池。


背景技术：

2.电化学单体电池能够通过氧化还原反应将所储存的化学能转换成电能。它们通常包括由隔膜彼此分隔的正电极和负电极。在放电时，在负电极上通过氧化过程释放电子。由此产生能够由外部的电负载分流的电子流，对所述外部的电负载来说电化学单体电池用作能量供应源。同时，在单体电池的内部出现与电极反应相对应的离子流。这种离子流横穿隔膜并且能够通过引导离子的电解质来实现。
3.如果放电是可逆的、也就是说存在将在放电时进行的从化学能到电能的转换重又倒转且因此重又给单体电池充电的可行方案，则谈及二次单体电池。在二次单体电池中常见的将负电极称作阳极并且将正电极称作阴极的情况涉及电化学单体电池的放电功能。
4.广泛使用的二次锂离子单体电池基于锂的使用，锂能够以离子的形式在单体电池的电极之间来回移动。在此，所述锂离子单体电池突出之处在于相对高的能量密度。锂离子单体电池的负电极和正电极通常由所谓的复合电极来形成，所述复合电极除了在电化学上活性的组分外也包括在电化学上非活性的组分。
5.原则上，能够接收并且重又输出锂离子的所有材料都能够考虑作为用于二次锂离子单体电池的在电化学上活性的组分（活性材料）。对于负电极来说，为此经常使用基于碳的颗粒、如例如石墨碳。也能够使用其他非石墨碳材料，其适合于插入锂。此外，也能够使用能够与锂制成合金的金属的和半金属的材料。例如，锡、铝、锑和硅这些元素能够与锂形成金属间相。作为用于正电极的活性材料，例如能够使用钴酸锂（licoo2）、锰酸锂（limn2o4）、磷酸铁锂（lifepo4）或者其衍生物。所述在电化学上活性的材料通常以颗粒形式包含在电极中。
6.作为在电化学上非活性的组分，所述复合电极通常包括面状的和/或带状的集电器、例如用活性材料来涂覆的金属箔。用于负电极的集电器（阳极集电器）例如能够由铜或镍来形成，并且用于正电极的集电器（阴极集电器）例如能够由铝来形成。此外，所述电极能够包括电极粘接剂（例如聚偏氟乙烯（pvdf）或其他聚合物、例如羧甲基纤维素）。这确保了电极的机械稳定性并且经常也确保了活性材料在集电器上的附着。此外，所述电极能够包含改进导电性的添加剂和其他添加物。
7.作为电解质，锂离子单体电池通常包括锂盐、如六氟磷酸锂（lipf6）在有机溶剂（例如碳酸的醚和酯）中的溶液。
8.在制造具有一个或多个隔膜的锂离子单体电池时，所述复合电极被组合成复合体。在此，电极和隔膜通常在压力下、必要时也通过层压或通过粘合来彼此连接。单体电池的基本功能能力而后能够通过用电解质浸渍复合结构这种方试来建立。
9.在许多实施方式中，所述复合体平坦地构成，从而多个复合体能够平坦地彼此上下堆叠。然而，所述复合体经常以绕组的形式来形成或被加工成绕组。
10.通常，不管是否卷绕，所述复合体都包括正电极/隔膜/负电极的序列。复合体经常被制造为所谓的双单体电池，其具有的可能的序列是：负电极/隔膜/正电极/隔膜/负电极或者正电极/隔膜/负电极/隔膜/正电极。
11.对于在汽车领域内的应用来说、对于电动自行车来说或者也对于具有高能量需求的、如例如在工具中的应用来说，需要具有尽可能高的能量密度的锂离子单体电池，其同时能够在充电和放电时用高电流来加载。
12.通常，用于所提到的应用的单体电池构造为例如具有形状系数21
×
70（直径乘以高度以mm计）柱状的圆形单体电池，这种类型的单体电池始终包括呈绕组的形式的复合体。这种形状系数的现代锂离子单体电池已经能够达到直至270 wh/kg的能量密度。然而，这种能量密度仅被视为中间步骤。市场上已经要求具有还更高的能量密度的单体电池。
13.然而，在开发改进的锂离子单体电池时，除了仅能量密度之外还要注意其他因素。单体电池的内阻以及电极的热连接也是异常重要的参数，所述内阻应该保持得尽可能低，以便减小在充电和放电时的功率损耗，并且所述热连接对单体电池的温度调节来说是必要的。这些参数对于包含呈绕组的形式的复合体的柱状的圆形单体电池来说也非常重要。在给单体电池快速充电时，由于功率损耗而可能在单体电池中出现热积聚，所述热积聚可能导致严重的热机械应力并且因此导致单体电池结构的变形和损坏。如果所述集电器的电连接通过被焊接到集电器上的、轴向从所卷绕的复合体中伸出的单独的导体片（ableiterfahnen）来实现，则会严重地存在所述风险，因为在充电或放电时在强烈负荷下可能局部地在这些导体片上出现发热情况。
14.在wo 2017/215900 a1中说明了这样一些单体电池，对于所述单体电池来说电极-隔膜-复合结构以及其电极带状地构成并且以绕组的形式存在。所述电极分别具有用电极材料加载的集电器。相反极化的电极在电极-隔膜-复合结构的内部彼此错开地布置，从而正电极的集电器的纵向边缘在一侧并且负电极的集电器纵向边缘在另一侧从所述绕组中伸出。为了与集电器电接触，所述单体电池具有至少一个接触板，所述接触板如此安放在纵向边缘之一上，从而产生线状的接触区。所述接触板沿着线状的接触区通过焊接与纵向边缘连接。由此可能的是，在集电器和因此所属的电极的长度范围内对该集电器和因此也对该电极进行电接触。这明显降低了所描述的单体电池的内部的内阻。因此，能够更好地捕集大电流的出现。
15.然而，对于在wo 2017/215900 a1中所说明的单体电池来说成问题的是，将纵向边缘和接触板彼此焊接起来非常困难。电极的集电器相对于接触板具有非常小的厚度。因此，所述集电器的边缘区域在机械上极其敏感并且在焊接过程的期间可能意外地被压下或被熔化。此外，在焊接接触板时可能会导致电极-隔膜-复合结构的隔膜的熔化。在极端情况下，由此可能引起短路。


技术实现要素：

16.本发明的任务在于，提供锂离子单体电池，所述锂离子单体电池突出之处在于相对于现有技术得到改进的能量密度以及尽可能在其电极的整个面和长度的范围内的均匀的电流分布，并且所述锂离子单体电池同时在其内阻和其被动的散热能力方面拥有出色的特性。此外，所述单体电池突出之处也应该在于得到改进的可制造性和安全性。
17.该任务通过具有权利要求1的特征的以下所描述的锂离子单体电池、尤其以下所描述的锂离子单体电池的优选的实施方式来解决。这种优选的实施方式的优选的设计方案从从属权利要求中得出。
18.按照本发明的锂离子单体电池突出之处始终在于以下特征a.到j.：a. 所述单体电池包括拥有阳极/隔膜/阴极的序列的电极-隔膜-复合结构、优选拥有阳极/隔膜/阴极的序列的带状的电极-隔膜-复合结构；b. 所述阳极包括负的电极材料和阳极集电器，该阳极集电器具有第一纵向边缘和第二纵向边缘以及两个端部件；c. 所述阳极集电器具有
‑ꢀ
用由负的电极材料构成的层来加载的主区域、优选用由负的电极材料构成的层来加载的带状的主区域，以及
‑ꢀ
自由边缘带，该自由边缘带沿着所述阳极集电器的第一纵向边缘延伸并且该自由边缘带没有用所述电极材料来加载；d. 所述阴极包含正的电极材料和具有第一纵向边缘和第二纵向边缘及两个端部件的阴极集电器；e. 所述阴极集电器具有
‑ꢀ
用由正的电极材料构成的层来加载的主区域、优选用由正的电极材料构成的层来加载的带状的主区域，以及
‑ꢀ
自由边缘带，该自由边缘带沿着所述阴极集电器的第一纵向边缘延伸并且该自由边缘带没有用所述电极材料来加载；f. 所述电极-隔膜-复合结构以具有两个位于端部的端侧的绕组的形式存在；g. 所述电极-隔膜-复合结构被壳体包围；h. 所述阳极和阴极在电极-隔膜-复合结构内部错开地布置，从而所述阳极集电器的第一纵向边缘从位于端部的端侧中的一个端侧中伸出，并且所述阴极集电器的第一纵向边缘从位于端部的端侧中的另一个端侧中伸出；i. 所述单体电池具有平行于端侧来布置的金属的接触元件、尤其金属的接触板，该接触元件优选根据长度与第一纵向边缘之一直接接触；j. 所述接触元件、尤其金属的接触板通过焊接与这个纵向边缘连接。
19.特别优选的是，所述单体电池包括两个接触元件、尤其两块金属的接触板，其中一个接触元件与阳极集电器的第一纵向边缘直接接触，并且另一个接触元件与阴极集电器的第一纵向边缘直接接触，其中所述接触元件和与其接触的纵向边缘分别通过焊接来彼此连接。
20.所述集电器用于尽可能大面积地电接触在电极材料中所包含的在电化学上活性的组分。优选所述集电器作为金属而存在或至少在表面上被金属化。例如铜或镍或其他导电的材料、尤其铜及镍合金又或者镀镍金属适合作为用于阳极集电器的金属。原则上也能够考虑不锈钢。例如铝又或者其他导电的材料、尤其铝合金也适合作为用于阴极集电器的金属。
21.优选所述阳极集电器和/或阴极集电器分别是具有处于4
ꢀµ
m至30
ꢀµ
m范围内的厚度的金属箔、尤其具有处于4
ꢀµ
m至30
ꢀµ
m范围内的厚度的带状的金属箔。
22.然而，除了箔之外，作为集电器也能够使用其他带状的基材、如金属的或金属化的无纺织物或开孔的泡沫或金属板网。
23.所述集电器优选在两侧上用各自的电极材料来加载。
24.在自由边缘带中，各个集电器的金属没有相应的电极材料。优选各个集电器的金属在那里未被覆盖，从而其例如通过焊接而可供电接触所用。
25.特别优选的是，按照本发明的锂离子单体电池是二次锂离子单体电池。
26.对于单体电池的阳极和阴极来说，基本上能够使用所有对二次锂离子单体电池来说已知的电极材料。
27.在负电极中，作为活性材料能够使用碳基颗粒、如石墨碳或优选同样呈颗粒形式的能够插入锂的非石墨碳材料。作为补充方案或替代方案，在所述负电极中也能够包含优选同样呈颗粒形式的钛酸锂（li4ti5o
12
）或其衍生物。
28.按照本发明的单体电池突出之处特别在于紧随的特征k.：k. 所述隔膜包括至少一种改进其相对于热负荷的抵抗能力的无机材料。
29.这种材料保护隔膜免受由于如尤其在焊接接触元件、尤其接触板时可能出现的那样的局部加热而引起的收缩。因此，短路的风险显著地得到降低。
30.在一种优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到c.中的至少一个特征：a. 所述电极-隔膜-复合结构包括第一隔膜和第二隔膜；b. 所述第一隔膜和第二隔膜相同地构成；c. 所述电极-隔膜-复合结构具有阳极/第一隔膜/阴极/第二隔膜的序列、或第一隔膜/阳极/第二隔膜/阴极的序列。
31.特别优选的是，前述特征a.和c.、必要时前述特征a.至c也彼此组合地实现。
32.优选不仅所述第一隔膜而且所述第二隔膜都借助于至少一种无机材料相对于热负荷得到改进。
33.在其他可能的优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.或b.中的至少一个特征：a. 所述第一和/或第二隔膜是电绝缘的平面式结构、例如薄膜或织物或无纺织物，其尤其由至少一种塑料构成，其具有处于5
ꢀµ
m至50
ꢀµ
m的范围内、优选处于10
ꢀµ
m至30
ꢀµ
m的范围内的厚度；b. 所述第一和/或第二隔膜的边缘、尤其所述第一和/或第二隔膜的纵向边缘形成电极-隔膜-复合结构的端侧。
34.特别优选的是，前述特征a.和b.彼此组合地实现。
35.与一个或多个隔膜的优选的厚度相关的上述数据涉及包括无机材料的隔膜。
36.特别优选的是，所述阳极集电器和/或阴极集电器的从绕组的位于端部的端侧中伸出的纵向边缘从端侧或侧面中伸出不超过5000
ꢀµ
m、优选不超过3500
ꢀµ
m。
37.特别优选的是，所述阳极集电器的纵向边缘从绕组的端侧中伸出不超过2500
ꢀµ
m、特别优选不超过1500
ꢀµ
m。特别优选的是，所述阴极集电器的纵向边缘从绕组的端侧中伸出不超过3500
ꢀµ
m、特别优选不超过2500
ꢀµ
m。
38.关于所述阳极集电器和/或阴极集电器的超出部分的数字说明涉及在使所述侧面
或端侧与接触元件、尤其接触板接触之前的自由的超出部分。在焊接接触元件、尤其接触板时，可能出现所述集电器的边缘的变形。
39.所述自由的超出部分选择得越小，所述集电器的用电极材料覆盖的、优选带状的主区域就能够构造得越宽。这能够对按照本发明的单体电池的能量密度有积极贡献。
40.如果所述电极-隔膜-复合结构以具有两个位于端部的端侧的绕组的形式存在，则优选的是，所述隔膜带状地构成、尤其具有第一纵向边缘和第二纵向边缘以及两个端部件。
41.在一种优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.：a. 所述至少一种无机材料作为颗粒状的填充材料包含在隔膜、尤其第一隔膜和/或第二隔膜中。
42.因此，所述隔膜优选能够是电绝缘的塑料薄膜，颗粒状的填充材料被置入到所述塑料薄膜中。优选的是，塑料薄膜能够被电解质穿透，例如因为其具有微孔。所述薄膜例如能够由聚烯烃或由聚醚酮来形成。不排除的是，也能够使用由这样的塑料材料构成的无纺织物和织物。
43.所述隔膜中的颗粒状的填充材料的份额为优选至少40重量%、特别优选至少60重量%。
44.在另一种优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.：a. 所述至少一种无机材料作为涂层存在于隔膜、尤其第一隔膜和/或第二隔膜的表面上。
45.因此，所述隔膜优选也能够是塑料薄膜或无纺织物或织物或其他电绝缘的平面式结构，其用颗粒状的填充材料来涂覆。
46.在这种情况下，优选使用具有处于5
ꢀµ
m至20
ꢀµ
m范围内、优选处于7
ꢀµ
m至12
ꢀµ
m范围内的基础厚度的隔膜。所述隔膜的总厚度由基础厚度和涂层厚度得出。
47.在一些实施方式中，所述平面式结构、尤其塑料薄膜的仅一面用无机材料来涂覆。在其他实施方式中，所述平面式结构、尤其塑料薄膜优选在两面用无机材料来涂覆。
48.所述涂层的厚度优选在0.5
ꢀµ
m至5
ꢀµ
m的范围内。由此表明，在双面涂覆的情况下，所述隔膜的总厚度优选处于6
ꢀµ
m至30
ꢀµ
m的范围内、特别优选处于8
ꢀµ
m至22
ꢀµ
m的范围内。在单面涂层的情况下，所述厚度优选处于5.5
ꢀµ
m至20.5
ꢀµ
m的范围内、特别优选处于7.5
ꢀµ
m至17
ꢀµ
m的范围内。
49.必要时也能够优选的是，所使用的隔膜包括作为填料的无机材料和作为涂层的相同或不同的无机材料。
50.在其他可能的优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到e.中的至少一个特征：a. 所述至少一种无机材料是或包括电绝缘材料；b. 所述至少一种无机材料是或包括至少一种选自具有陶瓷材料、玻璃陶瓷材料和玻璃的类别的材料；c. 所述至少一种无机材料是或者包括传导锂离子的陶瓷材料、例如li5alo4*li4sio4或lialsi2o6；d. 所述至少一种无机材料是或包括氧化的材料、尤其金属氧化物；
e. 所述陶瓷或氧化的材料是氧化铝（al2o3）、氧化钛（tio2）、氮化钛（tin）、氮化钛铝（tialn）、氧化硅、尤其二氧化硅（sio2）或碳氮化钛（ticn）。
51.特别优选的是，前述特征为a.至c.或前述特征a.和b.和d.或前述特征a.和b.和e.彼此组合地实现。
52.在所提到的材料中，氧化铝（al2o3）、氧化钛（tio2）和二氧化硅（sio2）作为涂层材料是特别优选的。
53.在其他可能的优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到c.中的至少一个特征：a. 所述第一隔膜和/或第二隔膜仅局部地包括至少一种无机材料；b. 所述第一隔膜和/或第二隔膜沿着第一和/或第二纵向边缘具有边缘带，在所述边缘带中所述第一隔膜和/或第二隔膜作为涂层和/或作为颗粒状的填充材料包括至少一种无机材料；c. 所述第一隔膜和/或第二隔膜具有优选带状的主区域，在该主区域中所述第一隔膜和/或第二隔膜没有至少一种无机材料。
54.特别优选的是，前述特征为a.至c.彼此组合地实现。
55.绝对不是强制必需的是，所述隔膜包括均匀分布的无机材料或者均匀且到处都用所述材料来涂覆。相反，甚至可能优选的是，所述隔膜在特定区域中、例如在所提及的主区域中没有无机材料。在这个区域中，不像在隔膜的边缘处那样需要所述隔膜的提高的热稳定性。此外，所述无机材料尤其在这个区域内可能会助长按照本发明的单体电池的内阻的不期望的升高。
56.集电器的边缘的保护。
57.然而，在一些实施方式中，相应的集电器的金属在自由边缘带中也能够用支承材料来涂覆，该支承材料比用其涂覆的集电器更具热稳定性，并且该支承材料不同于布置在相应的集电器上的电极材料。
[0058]“更具热稳定性”在此应该意味着，所述支承材料在集电器的金属熔化的温度下保持固态。因此，它要么具有比金属高的熔点，要么它在金属已经熔化的温度下才升华或分解。
[0059]
优选不仅所述阳极集电器而且所述阴极集电器都分别沿着第一纵向边缘具有未用相应的电极材料加载的自由边缘带。在一种改进方案中，优选的是，不仅所述阳极集电器的至少一个自由边缘带而且所述阴极集电器的至少一个自由边缘带都用支承材料来涂覆。特别优选的是，为所述区域中的每个区域使用相同的支承材料。
[0060]
在本发明的范围内可使用的支承材料原则上能够是金属或金属合金，只要该金属或金属合金具有比用来构造表面的金属高的熔点，所述表面用支承材料来涂覆。然而在许多实施方式中，按照本发明的锂离子单体电池单元突出之处优选在于紧随的附加特征a.到d.中的至少一个特征：a. 所述支承材料是非金属的材料；b. 所述支承材料是电绝缘的材料；c. 所述非金属的材料是陶瓷材料、玻璃陶瓷的材料或玻璃；d. 所述陶瓷材料是氧化铝（al2o3）、氧化钛（tio2）、氮化钛（tin）、氮化钛铝
（tialn）、氧化硅、尤其二氧化硅（sio2）或碳氮化钛（ticn）。
[0061]
按照本发明，所述支承材料特别优选根据前述特征b.并且尤其优选根据前述特征d.来构造。
[0062]
非金属的材料的概念尤其包括塑料、玻璃和陶瓷材料。
[0063]
电绝缘的材料的概念在此应宽泛地来解释。其原则上包括任何电绝缘的材料、尤其还有所提到的塑料。
[0064]
陶瓷材料的概念在此应宽泛地来解释。对此尤其指碳化物、氮化物、氧化物、硅化物或这些化合物的混合物和衍生物。
[0065]
就“玻璃陶瓷的材料”的概念而言尤其指包括被嵌入在非结晶的玻璃相中的结晶颗粒的材料。
[0066]“玻璃”的概念原则上表示任何无机玻璃，所述无机玻璃符合上面所定义的热稳定性标准，并且所述无机玻璃相对于可能存在于单体电池中的电解质在化学上是稳定的。
[0067]
特别优选的是，所述阳极集电器由铜或铜合金制成，而同时所述阴极集电器由铝或铝合金制成并且所述支承材料是氧化铝或氧化钛。
[0068]
此外，能够优选的是，所述阳极集电器和/或阴极集电器的自由边缘带用由支承材料构成的条带来涂覆。
[0069]
阳极集电器和阴极集电器的主区域、尤其带状的主区域优选平行于集电器的相应的纵向边缘来延伸。优选所述带状的主区域在阳极集电器和阴极集电器的面积的至少90%、特别优选至少95%的范围内延伸。
[0070]
在一些优选的实施方式中，所述支承材料被直接施加在优选带状的主区域的旁边、然而在此没有完全遮盖自由的区域。例如，所述支承材料以条带或线的形式沿着阳极集电器和/或阴极集电器的纵向边缘被施加，从而其仅部分地覆盖相应的边缘带。在此，所述自由边缘带的延长的部分区域能够紧靠地沿着这个纵向边缘保持未被覆盖。
[0071]
能够相应地优选的是，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到c.中的至少一个特征：a. 所述阳极集电器的自由边缘带和/或所述阴极集电器的自由边缘带包括第一部分区域和第二部分区域，其中所述第一部分区域用支承材料来涂覆，而所述第二部分区域则未被涂覆；b. 所述第一部分区域和第二部分区域分别具有线或条带的形状并且彼此平行地伸展；c. 所述第一部分区域布置在阳极集电器或阴极集电器的带状的主区域与第二部分区域之间。
[0072]
特别优选的是，前述特征a.至c.彼此组合地实现。
[0073]
在一种作为替代方案的实施方式中，能够优选的是，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.：a. 所述阳极集电器的自由边缘带和/或所述阴极集电器的自由边缘带用支承材料一直涂覆到第一纵向边缘。
[0074]
特别优选的是，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.和b.的组合：a. 所述隔膜和/或隔膜仅局部地包括至少一种无机材料；
b. 所述隔膜和/或隔膜在以下区域中包括至少一种无机材料，所述区域在电极-隔膜-复合结构中覆盖支承材料与相应邻接的电极材料之间的边界。
[0075]
电极材料和电解质的优选的设计方案。
[0076]
在一些特别优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.：a. 所述负的电极材料作为活性材料包括至少一种选自具有硅、铝、锡、锑的类别的材料和份额为20重量%至90重量%的这些材料的化合物或合金，所述化合物或合金能够可逆地转入且转出锂。
[0077]
所述重量说明在此涉及负的电极材料的干燥质量，即没有电解质并且没有考虑阳极集电器的重量。
[0078]
锡、铝、锑和硅能够与锂形成金属间相。在此，尤其在使用硅的情况下，用于容纳锂的容量超过石墨或类似材料的容量的许多倍。
[0079]
在优选同样以颗粒的形式使用的、所提到的活性材料的情况下，硅是特别优选的。按照本发明，特别优选的是相应的单体电池，所述单体电池的负电极作为活性材料包括份额为20重量%至90重量%的硅。
[0080]
硅、铝、锡和/或锑的一些化合物也能够可逆地转入并且转出锂。例如，在一些优选的实施方式中，硅能够以氧化的形式包含在所述负电极中。在这些实施方式中，能够优选的是，所述负电极具有份额为20重量%至90重量%的氧化硅。
[0081]
按照本发明的单体电池的设计能够实现显著的优点。如开头所提到的那样，在电极中（在所述电极中集电器的电连接通过开头所提及的单独的导体片来进行）在充电和放电时紧挨着在导体片的附近出现比远离导体片要大的热机械应力。这种差别特别明显地显现在负电极处，所述负电极作为活性材料具有一定份额的硅、铝、锡和/或锑。
[0082]
通过接触元件、尤其接触板来进行一个或多个集电器的电连接，这不仅能够实现按照本发明的单体电池的比较均匀的和有效的散热，更确切地说由此也能够将在充电和放电时出现的热机械负荷均匀地分布到绕组上。令人惊讶的是，这能够实现对所述负电极中的很高份额的硅和/或锡和/或锑进行掌控，对于＞50%的份额来说，在充电和放电时相对很少出现或不会出现由于热机械负荷引起的损坏。通过提高阳极中的例如硅的份额，能够大大提高所述单体电池的能量密度。
[0083]
本领域的技术人员明白，锡、铝、硅和锑不必强制是超纯形式的金属。因此，例如硅颗粒也能够具有其他元素的痕迹或份额、尤其例如份额在40重量%以下的、尤其份额在10重量%以下的其他金属（除了根据充电状态本来就含有的锂之外）。因此，也能够使用锡、铝、硅和锑的合金。
[0084]
在特别优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.和b.中的至少一个特征：a. 所述负的电极材料作为负的活性材料还包括能够可逆地转入且转出锂的碳基颗粒、如例如石墨碳、尤其由硅和这些碳基颗粒构成的混合物；b. 能够插入锂的碳基颗粒以5重量%至75重量%的份额、尤其以15重量%至45重量%的份额包含在电极材料中。
[0085]
在另外的特别优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特
征a.到c.中的至少一个特征：a. 所述负的电极材料包括电极粘接剂和/或传导介质；b. 所述电极粘接剂以1重量%至15重量%的份额、尤其以1重量%至5重量%的份额包含在负的电极材料中；c. 所述传导介质以0.1重量%至15重量%的份额、尤其以1重量%至5重量%的份额包含在负的电极材料中。
[0086]
特别优选的是，前述特征为a.至c彼此组合地实现。
[0087]
所述活性材料优选被嵌入到由电极粘接剂构成的基体中，其中所述基体中相邻的颗粒优选彼此直接接触。
[0088]
传导介质用于提高电极的导电性。常见的电极粘接剂例如基于聚偏氟乙烯（pvdf）、聚丙烯酸酯或者羧甲基纤维素。常见的传导介质是炭黑和金属粉末。
[0089]
在本发明的范围内特别优选的是，所述正的电极材料包括pvdf粘接剂，并且所述负的电极材料包括聚丙烯酸酯粘接剂、尤其锂聚丙烯酸。
[0090]
对于正电极来说，作为活性材料例如考虑锂-金属氧化物-化合物和锂-金属磷酸盐-化合物、如licoo2和lifepo4。此外，较好合适的尤其是具有总分子式lini
x
mnycozo2（其中x＋y＋z典型地为1）的氧化锂镍锰钴（nmc）、具有总分子式limn2o4的锂锰尖晶石（lmo）、或具有总分子式lini
x
coyalzo2（其中x＋y＋z典型地为1）的氧化锂镍钴铝（nca）。也能够使用其衍生物、例如具有总分子式li
1.11
(ni
0.40
mn
0.39
co
0.16
al
0.05
)
0.89
o2的氧化锂镍锰钴铝（nmca）或li
1＋x
m-o化合物和/或所提到的材料的混合物。
[0091]
按照本发明的单体电池的阳极中的高含量的硅决定了相应的高容量的阴极，以便能够实现良好的单体电池平衡。因此，尤其优选使用nmc、nca或nmca。
[0092]
在特别优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到e.中的至少一个特征：a. 所述正的电极材料作为活性材料包括至少一种能够可逆地转入且转出锂的金属氧化物化合物，优选前面提到的化合物之一、尤其nmc、nca或nmca；b. 所述至少一种氧化化合物以50重量%至99重量%的份额、尤其以80重量%至99重量%的份额包含在电极材料中；c. 所述正的电极材料同样优选包括电极粘接剂和/或传导介质；d. 所述电极粘接剂以0.5重量%至15重量%的份额、特别优选以1重量%至10重量%的份额、尤其以1重量%至2重量%的份额包含在正的电极材料中；e. 所述传导介质以0.1重量%至15重量%的份额包含在正的电极材料中。
[0093]
特别优选的是，前述特征a.到e.彼此组合地实现。
[0094]
不仅就正电极而言而且也就负电极而言，优选的是，相应地包含在电极材料中的组分的百分比份额彼此补充至100重量%。
[0095]
高容量的阴极能够可逆地在200-250 mah/g的范围内储存锂，而硅的理论容量为大约3500 mah/g。这导致具有高的单位面积载荷的比较厚的阴极和具有低的单位面积载荷的非常薄的阳极。因为诸如硅的材料由于非常高的容量而对小的电压变化作为强烈反应，所以阳极集电器应该尽可能均匀地被涂覆。集电器的载荷中和/或电极材料的压缩中的小的差别已经能够导致电极平衡和/或稳定性方面的严重的局部偏差。
[0096]
出于这个原因，在优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.：a. 所述负电极的单位面积重量每至少10 cm2的面积单位与平均值相差最大2%。
[0097]
在此，所述平均值作为至少10个测量结果除以所实施的测量的次数的商来得出。
[0098]
此外，所述单体电池优选包括例如基于至少一种锂盐、如例如六氟磷酸锂（lipf6）的电解质，所述电解质溶解地存在于有机溶剂中（例如存在于有机碳酸盐或环醚、如thf或腈的混合物中）。其他可用的锂盐例如是四氟硼酸锂（libf4）、双（三氟代甲烷磺酰基）亚胺锂（litfsi）、双（氟磺酰基）亚胺锂（lifsi）、和双（草酸）硼酸锂（libob）。
[0099]
在特别优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到d.中的至少一个特征：a. 所述单体电池包括电解质，该电解质包括由四氢呋喃（thf）和2-甲基四氢呋喃（mthf）构成的混合物；b. thf的体积比：相对于混合物中的mthf处于2：1到1：2的范围内、特别优选为1：1；c. 所述单体电池包括电解质，该电解质包括作为导电盐的lipf6；d. 所述导电盐以1至2.5 m的份额、尤其以1至1.5 m的份额包含在电解质中。
[0100]
特别优选的是，按照本发明的单体电池的电解质突出之处在于所有前述特征a.到d.。
[0101]
在作为替代方案的特别优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到e.中的至少一个特征：a. 所述单体电池包括电解质，所述电解质包括由氟代碳酸乙烯酯（fec）和碳酸甲乙酯（emc）构成的混合物；b. fec的体积比：相对于混合物中的emc处于1：7至5：7的范围内、特别优选为3：7；c. 所述单体电池包括电解质，该电解质包括作为导电盐的lipf6；d. 所述导电盐以1.0至2.0 m、尤其1.5 m的浓度包含在电解质中；e. 所述电解质包括尤其份额为1至3重量%的碳酸亚乙烯酯（vc）。
[0102]
特别优选的是，按照本发明的单体电池的电解质突出之处在于所有前述特征a.到e.。
[0103]
为了改进循环稳定性，优选如此对按照本发明的单体电池的阳极与阴极的容量的比例进行平衡，使得硅的可能容量未被完全利用。
[0104]
特别优选的是，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.：a. 如此对按照本发明的单体电池的阳极与阴极的容量的比例进行平衡，使得在运行中每克负电极的电极材料仅可逆地使用700-1500 mah。
[0105]
通过该措施能够明显减小体积变化。
[0106]
要强调的是，所有所描述的实施方式（在所述实施方式中所述负的电极材料作为活性材料包括至少一种选自具有硅、铝、锡、锑的类别的材料和这些材料的化合物或合金，所述化合物或合金能够可逆地转入且转出锂）也能够完全独立于来自权利要求1的特征j.来实现。由此，本发明也包括具有权利要求1的特征a.到i.的单体电池，其中所述阳极强制地具有20重量%至90重量%的份额的硅、铝、锡和/或锑来作为活性材料，但是所述隔膜不必
强制地包括改进其相对于热负荷的抵抗能力的至少一种无机材料。
[0107]
接触元件的优选的设计方案。
[0108]
集电器的边缘与接触板的焊接的方案已经由wo 2017/215900 a1或jp 2004-119330 a已知。接触板的使用能够实现特别高的电流负荷能力和低的内阻。因此，关于用于将接触元件、尤其接触板与集电器的边缘电连接起来的方法，要全面参照wo 2017/215900 a1和jp 2004-119330 a的内容。
[0109]
在最简单的情况下，所述接触元件是板件，其被构造用于能够平坦地放置在绕组状的电极-隔膜-复合结构的端侧上。这对于确保有效的焊接来说是重要的。
[0110]
如上面已经解释的那样，所述接触元件优选作为接触板、即板形地构造。
[0111]
在一些优选的实施方式中，按照本发明的单体电池具有紧随的特征a.和b.中的至少一个特征：a. 作为接触元件、尤其作为接触板，使用具有处于50
ꢀµ
m至600
ꢀµ
m、优选150-350
ꢀµ
m的范围内的厚度的金属板；b. 所述接触元件、尤其接触板由合金化的或非合金化的铝、钛、镍或铜制成，但必要时也由不锈钢（例如1.4303或1.4304型）或镀镍钢制成。
[0112]
在一些实施方式中，能够使用具有至少一个狭槽和/或至少一个穿孔的接触元件、尤其接触板。这些接触元件用于在建立焊接连接时抑制板的变形。
[0113]
如下面还要更详细地解释的那样，其中布置有电极-隔膜-复合结构的壳体能够柱状地或棱柱形地构成。
[0114]
在所述壳体柱状地构成的情况下，优选使用接触元件、尤其接触板，其具有盘片的形状、尤其圆形的或至少近似圆形的盘片的形状。因此，它们而后具有外部的圆形的或至少近似圆形的盘片边缘。在此，“近似圆形的盘片”尤其应该是指以下盘片，所述盘片具有拥有至少一个分开的圆弧段、优选拥有两个至四个分开的圆弧段的圆的形状。
[0115]
在所述壳体棱柱形地构成的情况下，优选使用具有矩形的基本形状的接触元件、尤其接触板。
[0116]
在更简单的情况下，所述接触元件能够是金属条或具有多个条带状的分段，所述分段例如以星形的布置形式存在。
[0117]
在特别优选的实施方式中，所述阳极集电器和被焊接到其上的接触元件、尤其被焊接到其上的接触板均由相同的材料制成。该材料特别优选地选自具有铜、镍、钛、镀镍钢和不锈钢的类别。
[0118]
在另外的特别优选的实施方式中，所述阴极集电器和被焊接在其上的接触元件、尤其被焊接在其上的接触板均由相同的材料构成。该材料特别优选地选自合金化的或非合金化的铝、钛和不锈钢（例如1.4404型）。
[0119]
如上面所提到的那样，按照本发明的单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述第一纵向边缘之一优选根据长度与所述金属的接触板直接接触。由此能够产生线状的接触区。
[0120]
在可能的优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到c.中的至少一个特征：a. 所述阳极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与金属的接触元件、尤其金属
的接触板直接接触并且通过焊接与这个接触元件、尤其这个接触板连接，其中在所述纵向边缘与所述金属的接触元件、尤其金属的接触板之间存在线状的接触区；b. 所述阴极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与金属的接触元件、尤其金属的接触板直接接触并且通过焊接与这个接触元件、尤其这个接触板连接，其中在所述纵向边缘与所述金属的接触元件、尤其金属的接触板之间存在线状的接触区；c. 所述阳极集电器的第一纵向边缘和/或所述阴极集电器的第一纵向边缘包括一个或多个区段，所述区段分别在其整个长度的范围内通过焊缝连续地与相应的接触元件、尤其相应的接触板连接。
[0121]
前述特征a.和b.能够不仅彼此独立地而且也组合地实现。然而，优选所述特征a.和b.在这两种情况下与前述特征c.组合地实现。
[0122]
通过所述接触元件，能够使所述集电器并且由此也使所属的电极优选在其整个长度范围内电接触。恰好这一点非常明显地有利于在按照本发明的单体电池内部的内阻的所提到的降低。由此，所描述的布置结构能够出色地捕集大电流的出现。随着内阻的最小化，在高电流的情况下热损耗降低。此外，有利于将热能从电极-隔膜-复合结构中排出。
[0123]
存在多种如何能够将所述接触元件与纵向边缘连接起来的可行方案。
[0124]
所述接触元件能够沿着线状的接触区通过至少一个焊缝与纵向边缘连接。所述纵向边缘因此能够包括一个或多个区段，所述区段分别在其整个长度的范围内通过焊缝连续地与一个或多个接触元件、尤其接触板连接。特别优选的是，这些区段具有5 mm、优选10 mm、特别优选20 mm的最小长度。
[0125]
在一种可能的改进方案中，所述与接触元件、尤其接触板在其整个长度范围内连续连接的一个或多个区段在相应的纵向边缘的总长度的至少25%、优选至少50%、特别优选至少75%的范围内延伸。
[0126]
在一些优选的实施方式中，所述纵向边缘在其整个长度的范围内连续地与接触元件、尤其接触板焊接在一起。
[0127]
在另外的可能的实施方式中，所述接触元件与相应的纵向边缘通过多个或大量焊接点来连接。
[0128]
如果所述电极-隔膜-复合结构以螺旋形的绕组的形式存在，那么所述阳极集电器和阴极集电器的从绕组的位于端部的端侧中伸出的纵向边缘通常同样具有螺旋形的几何形状。而后这也类似地适用于线状的接触区，沿着所述线状的接触区所述接触元件、尤其接触板与相应的纵向边缘焊接在一起。
[0129]
所述壳体的优选的设计方案。
[0130]
在制造由电极和隔膜构成的复合结构时，通常要注意的是，不会出现相反极性的集电器的单侧的突出情况，因为这可能提高短路危险。然而，在所描述的错开地布置阳极和阴极的情况下，短路危险被降低到最低限度，因为相反极性的集电器从绕组的对置的端侧中伸出。
[0131]
按照本发明，能够利用所述集电器的由错开布置所引起的突出部分，其方式为：借助于相应的电流分导件（stromableiter）优选在所述集电器的整个长度的范围内接触所述集电器。按照本发明，所提及的接触元件用作电流分导件。这种电接触非常明显地降低了在按照本发明的单体电池内部的内阻。所描述的布置结构因此能够非常好地捕集大电流的出
现。随着内阻的最小化，在高电流的情况下热损耗降低。此外，有利于将热能从所卷绕的电极-隔膜-复合结构中排出。在强烈负荷下，发热不是局部地而是均匀地分布地出现。
[0132]
除了所提到的元件之外，按照本发明的锂离子单体电池也适宜地包括由两个或更多个壳体件构成的壳体，所述壳体优选气密地和/或液密地包围呈绕组的形式的电极-隔膜-复合结构。
[0133]
在使用接触元件时，通常需要将接触元件与壳体电连接起来又或者与从壳体中引出的电导体电连接起来。例如，所述接触元件为此能够与所提到的壳体件直接连接或通过电导体来连接。
[0134]
在特别优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于，所述壳体的一部分用作接触元件、尤其接触板，并且/或者所述接触元件、尤其接触板形成壳体的一部分，该部分包围着电极-隔膜-复合结构。
[0135]
这些实施方式是特别有利的。一方面，它们从散热方面看是最佳的。在绕组内部产生的热能够通过边缘、尤其纵向边缘被直接释放给壳体。另一方面，通过这种方式能够几乎最佳地利用具有预先给定的外部尺寸的壳体的内部空间。每个单独的接触元件和每个单独的用于将接触元件与壳体连接起来的电导体都需要壳体内部的空间并且助长了单体电池的重量。在放弃这样的单独的组件的情况下，这个空间供活性材料所用。因此，按照本发明的单体电池的能量密度能够进一步得到提高。
[0136]
在第一种特别优选的接触变型方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.和b.中的至少一个特征、特别优选地在于这两个特征的组合：a. 所述壳体包括具有底部和环绕的侧壁及开口的杯形的第一壳体件以及将所述开口封闭的第二壳体件；b. 所述接触元件、尤其接触板是第一壳体件的底部。
[0137]
优选所述壳体柱状地或棱柱形地构成。所述杯形的第一壳体件相应优选具有圆形的或矩形的横截面，并且所述第二壳体件以及所述第一壳体件的底部相应优选圆形地或矩形地构成。
[0138]
如果所述电极-隔膜-复合结构以具有两个位于端部的端侧的绕组的形式存在，则所述壳体优选是柱状的。
[0139]
如果所述壳体柱状地构成，则该壳体通常包括柱状的壳体周面以及圆形的上部和圆形的下部，其中在这种变型方案中所述第一壳体件包括壳体周面和圆形的下部，而所述第二壳体件则相应于圆形的上部。所述圆形的上部和/或圆形的下部能够用作接触元件、尤其用作接触板。
[0140]
如果所述壳体棱柱形地构成，则所述壳体通常包括多个矩形的侧壁以及多边形的、尤其矩形的上部和多边形的、尤其矩形的下部，其中在这种变型方案中所述第一壳体件包括侧壁和多边形的下部，而所述第二壳体件则相应于圆形的多边形的上部。所述上部和/或下部能够用作接触元件、尤其用作接触板。
[0141]
不仅所述第一壳体件而且所述第二壳体件也优选由导电材料、尤其由金属材料制成。所述壳体件例如能够彼此独立地由镀镍的钢板或者由合金化的或非合金化的铝制成。
[0142]
在所述第一种接触变型方案的一种优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到e.中的至少一个特征、尤其在于前述特征a.到e.的组合：
a. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阳极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个纵向边缘通过焊接与所述金属的接触板连接；b. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阴极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个纵向边缘通过焊接与所述金属的接触板连接；c. 所述接触元件中的一个接触元件、尤其所述接触板中的一个接触板是第一壳体件的底部；d. 所述接触元件中的另一个接触元件、尤其所述接触板中的另一个接触板通过电导体与第二壳体件连接；e. 所述单体电池包括密封部，该密封部使第一壳体件和第二壳体件彼此电绝缘。
[0143]
在这种实施方式中，为了包围电极-隔膜-复合结构而能够使用传统的壳体件。没有浪费用于布置在底部与电极-隔膜-复合结构之间的电导体的位置空间。在底部侧不需要单独的接触元件、尤其单独的接触板。为了封闭壳体，能够将所述电绝缘的密封部套装到第二壳体件的边缘上。能够将由第二壳体件和密封部构成的结构组件装入到第一壳体件的开口中并且例如借助于卷边过程将其机械地固定在那里。
[0144]
在所述第一种接触变型方案的一种特别优选的实施方式中，所述第二壳体件也能够用作接触元件、尤其接触板。在这种实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到e.中的至少一个特征、尤其在于前述特征a.到e.的组合：a. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阳极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个纵向边缘通过焊接与所述金属的接触板连接；b. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阴极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个纵向边缘通过焊接与所述金属的接触板连接；c. 所述接触元件中的一个接触元件、尤其所述接触板中的一个接触板是第一壳体件的底部；d. 所述接触元件中的另一个接触元件、尤其所述接触板中的另一个接触板是第二壳体件；e. 所述单体电池包括电气的密封部，该电气的密封部使所述第一壳体件和第二壳体件彼此电绝缘。
[0145]
在这种实施方式中，在所述电极-隔膜-复合结构的任何一侧上都不需要用于将接触元件与壳体件连接起来的电导体。一方面，接触元件附加地具有壳体件的功能，在另一方面，壳体的一部分用作接触元件。所述壳体内部的空间能够得到最佳利用。
[0146]
在所述第一种接触变型方案的另一种优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到e.中的至少一个特征：a. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阳极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个纵向边缘通过焊接与所述金属的接触板连接；
b. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阴极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个纵向边缘通过焊接与所述金属的接触板连接；c. 所述接触元件中的一个接触元件、尤其所述接触板中的一个接触板是第一壳体件的底部；d. 所述第二壳体件焊入到第一壳体件的开口中并且包括极穿引部、例如被电绝缘体包围的极螺栓，电导体通过所述极穿引部从壳体中引出；e. 所述接触元件中的另一个接触元件、尤其所述接触板中的另一个接触板与这个电导体电连接。
[0147]
特别优选的是，前述特征为a.到e.彼此组合地实现。
[0148]
在这种实施方式中，所述壳体件彼此焊接并且由此彼此电连接。出于这个原因，需要所提到的极穿引部。
[0149]
在第二种优选的接触变型方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.和b.中的至少一个特征、特别优选在于这两个特征的组合：a. 所述壳体包括具有两个位于端部的开口的管状的第一壳体件、将所述开口中的一个开口封闭的第二壳体件、和将所述开口中的另一个开口封闭的第三壳体件；b. 所述接触元件、尤其接触板是第二壳体件或第三壳体件。
[0150]
在这种接触方案变型方案中，所述单体电池的壳体优选也柱状地或棱柱形地构成。所述管状的第一壳体件相应优选地具有圆形的或矩形的横截面，并且所述第二壳体件和第三壳体件相应优选地圆形地或矩形地构成。
[0151]
如果所述壳体柱状地构成，那么所述第一壳体件通常空心柱状地构成，而所述第二壳体件和第三壳体件则圆形地构成并且能够用作接触元件、尤其用作接触板并且同时用作底部和盖，其能够在端部封闭第一壳体件。
[0152]
如果所述壳体棱柱形地构成，则所述第一壳体件通常包括多个矩形的、通过共同的棱边彼此连接的侧壁，而所述第二壳体件和第三壳体件则分别多边形地、尤其矩形地构成。不仅所述第二壳体件而且所述第三壳体件也能够用作接触元件、尤其用作接触板。
[0153]
不仅所述第一壳体件而且所述第二壳体件也优选由导电材料、尤其由金属材料制成。所述壳体件例如能够由镀镍的钢板、不锈钢（例如1.4303或1.4304型）、铜、镀镍铜或由合金化的或非合金化的铝制成。也能够优选的是，与阴极电连接的壳体件由铝或铝合金制成，并且与阳极电连接的壳体件由铜或铜合金或镀镍铜制成。
[0154]
这种变型方案的大的优点是，为了形成壳体不需要通过前置的变形过程和/或浇铸过程制造的杯形的壳体件。取而代之的是，所提到的管形的第一壳体件用作起点。
[0155]
在所述第二种变型方案的一种优选的改进方案中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到e.中的至少一个特征、尤其在于前述特征a.到e.的组合：a. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阳极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个第一纵向边缘通过焊接与所述金属的接触板连接；b. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阴极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个纵向边缘通过焊接与所
述金属的接触板连接；c. 所述接触元件中的一个接触元件、尤其所述接触板中的一个接触板焊入到第一壳体件的位于端部的开口中的一个开口中并且是第二壳体件；d. 所述第三壳体件焊入到第一壳体件的位于端部的开口中的另一个开口中并且包括极穿引部（电导体通过该极穿引部从壳体中引出）、例如被电绝缘体包围的极螺栓；e. 所述接触元件中的另一个接触元件、尤其所述接触板中的另一个接触板与这个电导体电连接。
[0156]
特别优选的是，前述特征a.到e.彼此组合地实现。
[0157]
在所述第二种变型方案的另一种优选的改进方案中，按照本发明的单体电池的突出之于紧随的特征a.到d.中的至少一个特征：a. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阳极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个第一纵向边缘通过焊接与所述金属的接触板连接；b. 所述单体电池具有金属的接触元件、尤其金属的接触板，所述阴极集电器的第一纵向边缘优选根据长度与所述金属的接触板直接接触，并且这个纵向边缘通过焊接与所述金属的接触板连接；c. 所述接触元件中的一个接触元件、尤其所述接触板中的一个接触板焊入到第一壳体件的位于端部的开口中的一个开口中并且是第二壳体件；d. 所述接触元件中的另一个接触元件、尤其所述接触板中的另一个接触板作为第三壳体件来封闭所述第一壳体件的位于端部的开口中的另一个开口并且借助于密封部与第一壳体件隔离。
[0158]
特别优选的是，前述特征a.到d.彼此组合地实现。
[0159]
两种实施方式突出之处在于：在一个壳体侧上，接触元件、尤其接触板用作壳体件并且与第一壳体件通过焊接来连接。在另一侧上，接触元件、尤其接触板同样能够用作为壳体件。但是，该接触板必须与第一壳体件电绝缘。作为替代方案，在此也又能够再次利用极穿引部来工作。
[0160]
按照本发明的单体电池的极穿引部始终包括电绝缘体，所述电绝缘体阻止壳体与从壳体中引出的电导体的电接触。所述电绝缘体例如能够是玻璃或陶瓷材料或塑料。
[0161]
所述电极-隔膜-复合结构优选以柱状的绕组的形式存在。以这种绕组的形式提供电极允许特别有利地利用柱状的壳体中的空间。因此，在优选的实施方式中，所述壳体同样是柱状的。
[0162]
在其他优选的实施方式中，所述电极-隔膜-复合结构优选以棱柱形的绕组的形式存在。以这种绕组的形式提供电极允许特别有利地利用棱柱形的壳体中的空间。因此，在优选的实施方式中，所述壳体同样是棱柱形的。
[0163]
此外，棱柱形的壳体能够特别好地被由多个电极-隔膜-复合结构构成的棱柱形的堆叠体所填充。所述电极-隔膜-复合结构为此目的能够特别优选地具有基本上矩形的基本形状。
[0164]
所述壳体件优选是具有处于50
ꢀµ
m至600
ꢀµ
m的范围内、优选处于150-350
ꢀµ
m的范围内的厚度的板件。所述板件又优选由合金化的或非合金化的铝、钛、镍或铜制成、必要时
也由不锈钢（例如1.4303或1.4304型）或镀镍钢制成。
[0165]
要强调的是，所有所描述的实施方式（在所述实施方式中所述壳体的一部分用作接触元件、尤其用作接触板并且/或者所述接触元件、尤其接触板形成壳体的一部分，该部分包围着所述电极-隔膜-复合结构）、尤其所述第一种和第二种接触变型方案也能够完全在不取决于来自权利要求1的特征j的情况下得以实现。由此，本发明也包括具有权利要求1的特征a.到i.的单体电池，其中所述壳体的一部分用作所述接触元件、尤其用作所述接触板并且/或者所述接触元件、尤其所述接触板形成所述壳体的一部分，但是所述隔膜不必强制性地包括至少一种改进其相对于热负荷的抵抗能力的无机材料。
[0166]
所述集电器的优选的设计方案。
[0167]
在特别优选的设计方案中，按照本发明的单体电池特征在于紧随的特征a.到c.中的至少一个特征：a. 所述通过焊接与接触元件、尤其接触板连接的集电器的主区域、优选所述通过焊接与接触板连接的集电器的带状的主区域具有许多穿孔；b. 所述主区域中的穿孔涉及圆形的或有角的孔、尤其冲孔或钻孔；c. 所述通过焊接与接触元件、尤其接触板连接的集电器在主区域中尤其通过圆孔穿孔或长孔穿孔而被穿孔。
[0168]
许多穿孔引起所述集电器的体积的减小并且也引起其重量的减小。这使得能够将更多的活性材料引入到单体电池中并且通过这种方式显著地提高单体电池的能量密度。因此，能够实现高达两位数的百分比范围的能量密度提高。
[0169]
在一些优选的实施方式中，所述穿孔借助于激光被引入到所述带状的主区域中。
[0170]
原则上，所述穿孔的几何形状对于本发明来说不是重要的。重要的是，由于穿孔的引入而减小所述集电器的质量并且存在更多的用于活性材料的位置空间，因为所述穿孔能够用活性材料填充。
[0171]
反之能够非常有利的是，在引入穿孔时要注意，所述穿孔的最大直径不要过大。优选所述穿孔应当不大于相应集电器上的电极材料层的厚度的两倍。
[0172]
在特别优选的设计方案中，按照本发明的单体电池特征在于紧随的特征a.：a. 所述集电器中的、尤其在主区域中的穿孔具有处于1
ꢀµ
m至3000
ꢀµ
m范围内的直径。
[0173]
在这个优选的范围之内，处于10
ꢀµ
m至2000
ꢀµ
m、优选10
ꢀµ
m至1000
ꢀµ
m、尤其50
ꢀµ
m至250
ꢀµ
m的范围内的直径是进一步优选的。
[0174]
特别优选的是，按照本发明的单体电池突出之处还在于紧随的特征a.和b.中的至少一个特征：a. 所述通过焊接与接触元件、尤其接触板连接的集电器至少在主区域的部分区段中具有比同一集电器的自由边缘带要小的单位面积重量；b. 所述通过焊接与接触元件、尤其接触板连接的集电器在自由边缘带中没有穿孔或每单位面积具有比在主区域中要少的穿孔。
[0175]
特别优选的是，前述特征a.和b.彼此组合地实现。
[0176]
阳极集电器和阴极集电器的自由边缘带朝向第一边缘或第一纵向边缘限定所述主区域。优选不仅所述阳极集电器而且所述阴极集电器也分别沿着它们的两条边缘、尤其
沿着它们的两条纵向边缘包括自由边缘带。
[0177]
所述穿孔表征主区域。换句话说，所述主区域与一个或多个自由边缘带之间的边界对应于具有与不具有穿孔的区域之间的过渡。
[0178]
所述穿孔优选基本上在主区域的范围内均匀地分布。
[0179]
在另外的特别优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处在于紧随的特征a.到c.中的至少一个特征：a. 所述集电器的单位面积重量在主区域中相对于集电器的在自由边缘带中的单位面积重量减少了5%至80%；b. 所述集电器在主区域中具有处于5%至80%范围内的孔面积；c. 所述集电器在主区域中具有20 n/mm2至250 n/mm2的抗拉强度。
[0180]
根据iso 7806-1983能够确定所述经常也被称为自由横截面的孔面积。所述集电器的在主区域中的抗拉强度相对于无穿孔的集电器降低。对其的确定能够根据din en iso 527第3部分来进行。
[0181]
优选的是，所述阳极集电器和阴极集电器在穿孔方面相同或相似地构成。分别可实现的能量密度改进相加。因此，在优选的实施方式中，按照本发明的单体电池突出之处还在于紧随的特征a.到c.中的至少一个特征：a. 所述阳极集电器的主区域和阴极集电器的主区域的特征、优选所述阳极集电器的带状的主区域和阴极集电器的带状的主区域的特征都在于许多穿孔；b. 所述单体电池作为第一接触元件或作为第一接触板包括安放在第一边缘或纵向边缘之一上的接触元件、尤其接触板，并且所述单体电池此外包括安放在第一边缘或纵向边缘中的另一边缘或纵向边缘上的第二接触元件、尤其第二金属的接触板；c. 所述第二接触元件、尤其第二接触板通过焊接与这另一纵向边缘连接。
[0182]
特别优选的是，前述特征a.至c.彼此组合地实现。所述特征b.和c.能够组合地实现、但是也能够在没有特征a.的情况下实现。
[0183]
所述设有穿孔的集电器的前面所描述的优选的设计方案能够彼此独立地运用到阳极集电器和阴极集电器上。
[0184]
对于锂离子单体电池来说，迄今还没有认真地考虑使用经穿孔的或者以其他方式设有许多穿孔的集电器，因为这样的集电器只能非常差地进行电接触。如开头所提到的那样，所述集电器的电连接经常通过单独的导体片来进行。然而，在工业大量生产过程中在没有可接受的错误率的情况下难以实现将这些导体片可靠地焊接到经穿孔的集电器上。
[0185]
按照本发明，这个问题通过所述集电器边缘与一个或多个接触元件、尤其接触板的所描述的焊接来解决。按照本发明的方案能够实现完全放弃单独的导体片并且因此能够实现使用材料少的、设有穿孔的集电器。尤其在所述集电器的自由边缘带不设有穿孔的实施方式中，焊接能够可靠地以极低的废品率进行。
[0186]
如果所述集电器的边缘、尤其所述集电器的纵向边缘设有上面所描述的支承层并且所述隔膜如所描述的那样相对于热负荷得到改进，则这一点尤其适用。
[0187]
要强调的是，所有所描述的实施方式（在所述实施方式中所述通过焊接与接触元件、尤其接触板连接的集电器的优选带状的主区域具有许多穿孔）也能够完全在不取决于来自权利要求1的特征j.的情况下得以实现。因此，本发明也包括具有权利要求1的特征a.
到i.的单体电池，其中所述通过焊接与接触元件、尤其接触板连接的集电器的优选带状的主区域具有许多穿孔，但是所述隔膜不必强制地包括至少一种改进其相对于热负荷的抵抗能力的无机材料。
[0188]
所述单体电池的其他优选的设计方案。
[0189]
按照本发明的锂离子单体电池能够是纽扣单体电池。纽扣单体电池柱状地构成并且具有小于其直径的高度。优选所述高度处于4 mm至15 mm的范围内。此外优选的是，所述纽扣单体电池具有处于5 mm到25 mm范围内的直径。纽扣单体电池例如适合于为小型电子设备、如手表、助听器和无线耳机供给电能。
[0190]
构造为纽扣单体电池的按照本发明的锂离子单体电池的额定容量通常高达1500 mah。优选额定容量处于100 mah至1000 mah的范围内、特别优选处于100 mah至800 mah的范围内。
[0191]
特别优选的是，按照本发明的锂离子单体电池是柱状的圆形单体电池。柱状的圆形单体电池具有大于其直径的高度。它们尤其适合于在汽车领域内的应用、适合于电动自行车或者也适合于具有高能量需求的其他应用。
[0192]
构造为圆形单体电池的锂离子单体电池的高度优选处于15 mm至150 mm的范围内。所述柱状的圆形单体电池的直径优选处于10 mm至60 mm的范围内。在这些范围之内，例如18
×
65（直径乘以高度，单位为mm）或21
×
70（直径乘以高度，单位为mm）的形状系数是特别优选的。具有这些形状系数的柱状的圆形单体电池尤其适合于为机动车的电驱动装置供电。
[0193]
所述构造为柱状的圆形单体电池的按照本发明的锂离子单体电池的额定容量优选高达90000 mah。就21
×
70的形状系数而言，所述单体电池在作为锂离子单体电池的实施方式中优选具有处于1500 mah至7000 mah的范围内、特别优选处于3000至5500 mah的范围内的额定容量。就18
×
65的形状系数而言，所述单体电池在作为锂离子单体电池的实施方式中优选具有处于1000 mah至5000 mah的范围内、特别优选处于2000至4000 mah的范围内的额定容量。
[0194]
在欧盟中，关于与二次电池的额定容量相关的数据的制造说明受到严格监督。因此，比如关于二次的镍钙电池的额定容量的数据基于按照标准iec/en 61951-1和iec/en 60622的测量，关于二次的镍金属氧化物电池的额定容量的数据基于按照标准iec/en 61951-2的测量，关于二次的锂电池的额定容量的数据基于按照标准iec/en 61960的测量，并且关于二次的铅酸电池的额定容量的数据基于按照标准iec/en 61056-1的测量。在本技术中，关于额定容量的任何数据优选同样基于这些标准。
[0195]
在按照本发明的单体电池是柱状的圆形单体电池的实施方式中，所述阳极集电器、阴极集电器和隔膜优选带状地构成并且优选具有以下尺寸：
‑ꢀ
处于0.5 m至25 m的范围内的长度；
‑ꢀ
处于30 mm至145 mm的范围内的宽度。
[0196]
所述沿着第一纵向边缘延伸且没有用电极材料加载的自由边缘带在这些情况下优选具有不超过5000
ꢀµ
m的宽度。
[0197]
就具有形状系数18
×
65的柱状的圆形单体电池而言，所述集电器优选具有
‑ꢀ
56 mm至62 mm、优选60 mm的宽度，和
‑ꢀ
不超过1.5 m的长度。
[0198]
就具有形状系数21
×
70的柱状的圆形单体电池而言，所述集电器优选具有
‑ꢀ
56 mm至68 mm、优选65 mm的宽度，和
‑ꢀ
不超过2.5 m的长度。
[0199]
锂离子单体电池的功能基于以下方面：足够的可移动的锂离子（可移动的锂）可供使用，以便通过在阳极与阴极之间或者负电极与正电极之间的移动来对被分接的电流进行补偿。本技术的范围内的可移动的锂是指，所述锂可供在锂离子单体电池的放电及充电过程范围内的电极中的转入及转出过程所用或者为此能够被激活。在锂离子单体电池的进行的放电及充电过程期间，随着时间的推移而出现可移动的锂的损耗。这些损耗由于不同的、通常不可避免的副反应而出现。在锂离子单体电池的第一次充电及放电周期的范围内，就已经出现可移动的锂的损耗。在这第一次充电及放电周期中，通常在负电极上的在电化学上活性的组分的表面上形成覆盖层。这个覆盖层被称为固体电解质中间相（sei）并且通常首先由电解质分解产物以及一定量的在这个层中固定地结合的锂所构成。
[0200]
可移动的锂的与这个过程相关联的损耗对于以下单体电池来说特别严重，所述单体电池的阳极具有硅份额。为了补偿这些损耗，按照本发明的单体电池在优选的实施方式中突出之处在于紧随的特征a.和b.中的至少一个特征：a. 所述单体电池包括不被正极和/或负电极所包括的、锂或含锂的材料的库区，借助于所述库区能够补偿所述单体电池中的在其运行期间的可移动的锂的损失；b. 所述库区与单体电池的电解质接触；c. 所述单体电池拥有电导体并且必要时额外地拥有可控制的开关，通过所述电导体或所述开关能够将所述库区与所述正电极或者负电极电连接起来。
[0201]
特别优选的是，前述特征a.至c彼此组合地实现。
[0202]
特别优选的是，所述库区布置在按照本发明的单体电池的壳体内部，并且所述电导体例如通过合适的极穿引部从壳体中引出、尤其一直引至能够从壳体的外部来分接的电触头。
[0203]
所述可电接触的锂-库区能够实现在需要时向单体电池的电极输送锂又或者为了避免锂电镀而将多余的锂从电极中导出。为此，所述锂-库区能够通过电导体相对于锂离子单体电池的负电极或正极接通。多余的锂能够在需要时被输送给锂-库区并且被贮存在那里。对于这些应用情况来说，能够设置以下器件，所述器件能够实现对于单体电池中的阳极和阴极的单个电位的单独监测和/或通过电化学分析、如dva（差分电压分析）对单体电池平衡进行的外部监测。
[0204]
所述电导体和与其连接的锂-库区必须相对于单体电池的正电极和负电极以及与其电耦合的组件电绝缘。
[0205]
所述锂-库区的锂或含锂材料例如能够是金属锂、锂金属氧化物、锂金属磷酸盐或本领域的技术人员熟悉的其他材料。
[0206]
棱柱形的实施方式。
[0207]
本发明也包括蓄能元件，所述蓄能元件包括被棱柱形的壳体包围的、由多个阳极和多个阴极构成的堆叠体。
[0208]
因此，本发明尤其也包括一种蓄能元件，该蓄能元件具有紧随的特征a.到k.：
a. 该蓄能元件包括多个阳极和阴极；b. 所述阳极分别包括阳极集电器和负的电极材料；c. 所述阳极集电器分别具有
‑ꢀ
主区域，该主区域用由负的电极材料构成的层来加载，以及
‑ꢀ
自由边缘带，该自由边缘带沿着所述阳极集电器的边缘延伸并且该自由边缘带未用所述负的电极材料来加载；d. 所述阴极分别包括阴极集电器和正的电极材料；e. 所述阴极集电器分别具有
‑ꢀ
主区域，该主区域用由所述正的电极材料构成的层来加载，以及
‑ꢀ
自由边缘带，该自由边缘带沿着所述阴极集电器的边缘延伸并且该自由边缘带未用所述正的电极材料来加载；f. 所述阳极和阴极以堆叠方式存在，其中所述堆叠体中的阳极和阴极通过隔膜来分开；g. 所述堆叠体被棱柱形的壳体包围；h. 所述阳极集电器的自由边缘带从所述堆叠体的一侧伸出，并且所述阴极集电器的自由边缘带从所述堆叠体的另一侧伸出；i. 所述蓄能元件具有接触元件，所述接触元件与所述阳极集电器和/或所述阴极集电器的自由边缘带直接接触，并且j. 所述接触元件通过焊接与这个边缘带连接；以及附加的特征部分特征k. 所述隔膜包括至少一种改进其相对于热负荷的抵抗能力的无机材料。
[0209]
对于所述由负的电极材料构成的层、所述由正的电极材料构成的层和所述集电器来说，适用与在按照本发明的锂离子单体电池的情况下相同的优选的改进方案。这同样适用于电解质，只要所述蓄能元件具有电解质并且尤其也具有隔膜和至少一种无机材料。
[0210]
优选所述蓄能元件突出之处在于以下附加特征中的至少一个特征：a. 所述隔膜仅局部地包括至少一种无机材料；b. 所述隔膜分别具有边缘带，在该边缘带中所述隔膜包括至少一种无机材料来作为涂层并且/或者作为颗粒状的填充材料；c. 所述隔膜具有主区域，在该主区域中所述隔膜没有至少一种无机材料。
[0211]
特别优选的是，所述蓄能元件包括两个接触元件，其中一个接触元件与阳极集电器的自由边缘带直接接触，并且另一个接触元件与阴极集电器的自由边缘带直接接触，其中所述接触元件和与其接触的边缘分别通过熔焊或钎焊来连接。
[0212]
在由多个单体电池来制造传统的电极堆时，为了避免短路危险而要注意的是，被连接到相反极性的集电器上的放电器不能彼此接触。因为按照本发明，所述阳极集电器的自由边缘带从堆叠体的一侧伸出，并且所述阴极集电器的自由边缘带从堆叠体的另一侧伸出，所以在按照本发明的蓄能元件中在正常情况下不存在由于相反极性的集电器的直接接触而引起的短路的危险。
[0213]
所述接触元件用作用于在蓄能元件运行时从电极中取出的电流的中心导体。在此，所述阳极集电器和阴极集电器的自由边缘带能够在理想情况下在其整个长度范围内被
连接到接触元件上。这种电接触明显降低了按照本发明的蓄能元件内部的内阻。所描述的布置结构因此能够非常好地捕集大的电流的出现。随着内阻的最小化，在高电流的情况下热损耗降低。此外，有利于将热能从所述复合体中导出。因此，在强烈负荷下，发热不是局部地而是均匀分布地出现。
[0214]
在一些优选的实施方式中，按照本发明的蓄能元件具有紧随的特征a.和b.中的至少一个特征：a. 作为接触元件使用具有处于50
ꢀµ
m至600
ꢀµ
m、优选150-350
ꢀµ
m的范围内的厚度的金属板；b. 所述接触元件、尤其金属板由合金化的或非合金化的铝、钛、镍或铜制成或由不锈钢（例如1.4303或1.4304型）或镀镍钢制成。
[0215]
优选前述特征a.和b.彼此组合地实现。
[0216]
所述接触元件、尤其金属板的形状和尺寸优选与复合体的侧面的形状和尺寸相匹配，集电器的自由边缘带从所述侧面中伸出。在优选的实施方式中，所述接触元件矩形地构成。因此，它们也能够很好地集成到具有棱柱形的基本形状的壳体中。
[0217]
在特别优选的实施方式中，按照本发明的蓄能元件突出之处在于以下特征中的至少一个特征：a. 该蓄能元件包括至少一个具有l形轮廓的接触元件；b. 该蓄能元件包括至少一个具有u形轮廓的接触元件；c. 所述接触元件具有成角度的紧固突起。
[0218]
优选前述特征a.和c.或b.和c.彼此组合。
[0219]
在使用具有l形轮廓的接触元件时，对各个集电器的伸出的边缘带的接触能够在复合体的两侧进行。为此，当然首先必需的是，所述复合体的电极包括两条边缘，在所述边缘上所述电极的集电器具有可供熔焊或钎焊使用的自由边缘区域。
[0220]
对于所述接触元件的u形轮廓来说，通常规定，对各个集电器的伸出的边缘的接触在所述复合结构的三个侧面上进行。必要时设置的成角度的紧固突起首先设置用于将接触元件固定在蓄能器元件的壳体上，只要所述接触元件本身不是壳体的一部分。此外，所述紧固突起也能够是l形或u形轮廓的一部分并且例如也用于安置极螺栓。
[0221]
所述复合体的设有接触元件的侧面越多，所述蓄能元件的散热性能就越好。
[0222]
所述蓄能元件的棱柱形的壳体优选气密地和/或液密地包围所述复合体。该壳体优选由两个或更多个金属的壳体件来形成，如例如在ep 3 117 471 b1中所描述的那样。所述壳体件例如能够通过焊接来彼此连接。
[0223]
所述壳体优选包括多个矩形的侧壁以及一个多边形的、尤其矩形的底部和一个多边形的、尤其矩形的上部。尤其所述上部和底部也能够用作接触元件、优选用作接触板。
附图说明
[0224]
本发明的其他特征以及由本发明产生的优点从附图中并且从下面对于附图的描述中得出。下面描述的实施方式仅用于解释并且更好地理解本发明并且不应该以任何方式来限制性地理解。
[0225]
在附图中示意性地示出如下：
图1示出了在一种按照本发明的设计方案的集电器的俯视图，图2示出了图1中所示出的集电器的剖视图，图3示出了阳极的俯视图，该阳极能够被加工成呈绕组的形式的电极-隔膜-复合结构，图4示出了图3中所示出的阳极的剖视图，图5示出了在使用在图3中示出的阳极的情况下制造的电极-隔膜-复合结构的俯视图，图6示出了图5中所示出的电极-隔膜-复合结构的剖视图，图7示出了呈柱状的圆形单体电池的形式的按照本发明的单体电池的一种实施方式的剖视图，图8示出了呈柱状的圆形单体电池的形式的按照本发明的单体电池的另一种实施方式的剖视图，图9示出了呈柱状的圆形单体电池的形式的按照本发明的单体电池的另一种实施方式的剖视图，图10示出了呈柱状的圆形单体电池的形式的按照本发明单体电池的另一种实施方式的剖视图，并且图11示出了呈柱状的圆形单体电池的形式的按照本发明的单体电池的另一种实施方式的剖视图，图12示出了用于制造图11中所示出的单体电池的按照本发明的方法的图解。
具体实施方式
[0226]
图1和图2示出了能够用在按照本发明的单体电池中的集电器110的设计。图2是沿着s1的剖面。所述集电器110包括大量穿孔111，所述穿孔是矩形孔。所述区域110a特征在于穿孔111，而在所述区域110b中沿着纵向边缘110e没有穿孔。因此，所述集电器110在区域110a中具有比在区域110b中明显更小的单位面积重量。
[0227]
图3和图4示出了阳极120，该阳极在将负的电极材料123双面涂覆到图2和图3中所示的集电器110上的情况下制成。图5是沿着s2的剖面。所述集电器110现在具有带状的主区域122和自由边缘带121，所述主区域用由负的电极材料123构成的层来加载，所述自由边缘带沿着纵向边缘110e延伸并且没有用电极材料123来加载。此外，所述电极材料123也填充了穿孔111。
[0228]
图5和图6示出了在使用图4和图5中所示的阳极120的情况下制造的电极-隔膜-复合结构104。此外，所述电极-隔膜-复合结构包括阴极115以及隔膜118和119。图6是沿着s3的剖面。所述阴极115基于与阳极120相同的集电器设计。优选阳极120和阴极130的集电器110和115的区别仅在于相应的材料选择。因此，阴极130的集电器115包括带状的主区域116和自由边缘带117，所述主区域用由正的电极材料构成层125来加载，所述自由边缘带沿纵向边缘115e延伸并且所述自由边缘带没有用电极材料125来加载。通过螺旋形的卷绕，所述电极-隔膜-复合结构104能够被转换为如其能够包含在按照本发明的单体电池中的那样的绕组。
[0229]
在一些优选的实施方式中，所述自由边缘带117和121在两侧并且至少局部地用电
绝缘的支承材料来涂覆，例如用陶瓷材料、如氧化硅或氧化铝来涂覆。
[0230]
在图7中示出了具有由第一壳体件101和第二壳体件102构成的壳体的单体电池100。所述电极-隔膜-复合结构104被包围在壳体中。所述壳体在总体上柱状地构成，所述壳体件101具有圆形的底部101a、空心柱状的周面101b和与底部101a对置的圆形的开口。所述壳体件102用于封闭圆形的开口并且构造为圆形的盖。所述电极-隔膜-复合结构104以具有两个位于端部的端侧的柱状的绕组的形式存在。
[0231]
在棱柱形的实施方式的情况下，蓄能元件的剖面可能看起来完全相同。在这种情况下，所述壳体件101具有矩形的底部101a、矩形的侧壁101b和矩形的横截面以及矩形的开口，所述壳体件102为了封闭矩形的开口而构造为矩形的盖。并且在这种情况下，附图标记104不表示柱状的电极-隔膜-复合结构，而是表示由多个相同的电极-隔膜-复合结构构成的堆叠体。
[0232]
阳极集电器110的自由边缘带121从所述电极-隔膜-复合结构104的一个端侧中伸出，阴极集电器115的自由边缘带117从另一个端侧中伸出。所述阳极集电器110的边缘110e在其整个长度范围内与壳体件101的底部101a直接接触并且至少在多个区段的范围内、优选在其整个长度的范围内通过焊接与所述底部连接。所述阴极集电器115的边缘115e在其整个长度范围内与接触板105直接接触并且至少在多个区段的范围内、优选在其整个长度范围内通过焊接与所述接触板连接。
[0233]
所述接触板105又通过电导体107与壳体件102电连接。优选一方面在所述导体107与所述接触板105之间并且另一方面在所述导体107与所述壳体件102之间分别存在焊接连接。
[0234]
为了更好地清楚起见，除了集电器110和115之外，没有示出所述电极-隔膜-复合结构104的其他组件（尤其隔膜和电极材料）。
[0235]
所述壳体件101和102通过密封部103彼此电绝缘。所述壳体例如通过卷边来封闭。所述壳体件101形成单体电池100的负极，并且所述壳体件102形成该单体电池的正极。
[0236]
在图8中示出了具有由第一壳体件101和第二壳体件102构成的壳体的单体电池100。所述电极-隔膜-复合结构104被包围在壳体中。所述壳体在总体上柱状地构成，所述壳体件101具有圆形的底部101a、空心柱状的周面101b和与底部101a对置的圆形的开口。所述壳体件102用于封闭圆形的开口并且构造为圆形的盖。所述电极-隔膜-复合结构104以具有两个位于端部的端侧的柱状的绕组的形式存在。
[0237]
在棱柱形的实施方式的情况下，蓄能元件的剖面可能看起来完全相同。在这种情况下，所述壳体件101具有矩形的底部101a、矩形的侧壁101b和矩形的横截面以及矩形的开口，所述壳体件102为了封闭矩形的开口而构造为矩形的盖。并且在这种情况下，附图标记104不表示柱状的电极-隔膜-复合结构，而是表示由多个相同的电极-隔膜-复合结构构成的堆叠体。
[0238]
阳极集电器110的自由边缘带121从所述电极-隔膜-复合结构104的一个端侧中伸出，阴极集电器115的自由边缘带117从另一个端侧中伸出。所述阳极集电器110的边缘110e在其整个长度范围内与壳体件101的底部101a直接接触并且至少在多个区段的范围内、优选在其整个长度的范围内通过焊接与所述底部连接。所述阴极集电器115的边缘115e在其整个长度的范围内与接触板105直接接触并且至少在多个区段的范围内、优选在其整个长
度的范围内通过焊接与所述接触板连接。
[0239]
所述接触板105直接与金属的极螺栓108连接、优选焊接。所述极螺栓通过壳体件102中的穿孔从壳体中引出并且借助于电绝缘部106相对于壳体件102绝缘。所述极螺栓108和电绝缘部106共同形成极穿引部。
[0240]
为了更好地清楚起见，除了集电器110和115之外，在这里也没有示出所述电极-隔膜-复合结构104的其他组件（尤其隔膜和电极材料）。
[0241]
在所述底部101a中存在例如借助于钎焊、熔焊或粘接来封闭的孔109，所述孔例如能够用于将电解质引入到壳体中。作为替代方案，为了相同的目的也能够将孔引入到壳体件102中。
[0242]
所述壳体件102焊入到壳体件101的圆形的开口中。所述壳体件101和102因此具有相同的极性并且形成单体电池100的负极。所述极螺栓108形成单体电池100的正极。
[0243]
在图9中示出了具有由第一壳体件101和第二壳体件102构成的壳体的单体电池100。所述电极-隔膜-复合结构104被包围在壳体中。所述壳体在总体上柱状地构成，所述壳体件101具有圆形的底部101a、空心柱状的周面101b和与底部101a对置的圆形的开口。所述壳体件102用于封闭圆形的开口并且构造为圆形的盖。所述电极-隔膜-复合结构104以具有两个位于端部的端侧的柱状的绕组的形式存在。
[0244]
在棱柱形的实施方式的情况下，蓄能元件的剖面可能看起来完全相同。在这种情况下，所述壳体件101具有矩形的底部101a、矩形的侧壁101b和矩形的横截面以及矩形的开口，所述壳体件102为了封闭矩形的开口而构造为矩形的盖。并且在这种情况下，附图标记104不表示柱状的电极-隔膜-复合结构，而是表示由多个相同的电极-隔膜-复合结构构成的堆叠体。
[0245]
所述阳极集电器110的自由边缘带121从电极-隔膜-复合结构104的一个端侧中伸出，阴极集电器115的自由边缘带117从另一个端侧中伸出。所述阳极集电器110的边缘110e在其整个长度的范围内与壳体件101的底部101a直接接触并且至少在多个区段的范围内、优选在其整个长度的范围内通过焊接与所述底部连接。所述阴极集电器115的边缘115e在其整个长度的范围内与壳体件102直接接触并且至少在多个区段的范围内、优选在其整个长度的范围内通过焊接与所述壳体件连接。
[0246]
为了更好地清楚起见，除了集电器110和115之外，在这里也没有示出所述电极-隔膜-复合结构104的其他组件（尤其隔膜和电极材料） 。
[0247]
在所述底部101a中存在例如借助于钎焊、熔焊或粘接来封闭的孔109，所述孔例如能够用于将电解质引入到壳体中。在这里，在所述壳体件102中存在另一个孔109，该孔能够用于相同的目的。优选这个孔用过压阀141来封闭，该过压阀例如能够被焊接到壳体件102上。
[0248]
通常不是都需要所示出的孔109。因此，在许多情况下，图9中所示出的单体电池100仅具有所述两个孔中的一个孔。
[0249]
所述壳体件101和102通过密封部103彼此电绝缘。所述壳体例如通过卷边来封闭。所述壳体件101形成单体电池100的负极，并且所述壳体件102形成该单体电池的正极。
[0250]
在图10中示出了具有由第一壳体件101和第二壳体件102以及第三壳体件155构成的壳体的单体电池100。所述电极-隔膜-复合结构104被包围在壳体中。所述壳体在总体上
柱状地构成，所述壳体件101在此构造为具有两个端侧的圆形的开口的空心柱体。所述壳体件102和155用于封闭圆形的开口并且构造为圆形的盖。所述电极-隔膜-复合结构104以具有两个位于端部的端侧的柱状的绕组的形式存在。
[0251]
在棱柱形的实施方式的情况下，蓄能元件的剖面可能看起来完全相同。在这种情况下，所述壳体件101具有矩形的横截面以及两个矩形开口，所述壳体件102和155为了封闭矩形开口而构造为矩形的盖。并且在这种情况下，附图标记104不表示柱状的电极-隔膜-复合结构，而是表示由多个相同的电极-隔膜-复合结构构成的堆叠体。
[0252]
阳极集电器110的自由边缘带121从所述电极-隔膜-复合结构104的一个端侧中伸出，阴极集电器115的自由边缘带117从另一个端侧中伸出。所述阳极集电器110的边缘110e在其整个长度的范围内与壳体件155直接接触并且至少在多个区段的范围内、优选在其整个长度的范围内通过焊接与所述壳体件连接。因此，所述壳体件155也充当本发明的意义上的接触板。所述阴极集电器115的边缘115e在其整个长度的范围内与接触板105直接接触并且至少在多个区段范围内、优选在其整个长度的范围内通过焊接与所述接触板连接。
[0253]
为了更好地清楚起见，除了集电器110和115之外，在这里也没有示出所述电极-隔膜-复合结构104的其他组件（尤其隔膜和电极材料）。
[0254]
所述接触板105直接与金属的极螺栓108连接、优选焊接。该极螺栓通过壳体件102中的穿孔从壳体中引出并且借助于电绝缘部106相对于壳体件102绝缘。所述极螺栓108和电绝缘部106共同形成极穿引部。
[0255]
在所述壳体件102中存在例如借助于钎焊、熔焊或粘接来封闭的孔109，该孔例如能够用于将电解质引入到壳体中。作为替代方案，为了相同的目的也能够将孔引入到所述壳体件155中。
[0256]
所述壳体件102和155焊入到壳体件101的圆形的开口中。所述壳体件101、102和155因此具有相同的极性并且形成单体电池100的负极。所述极螺栓108形成单体电池100的正极。
[0257]
在图11中示出了具有由第一壳体件101和第二壳体件102构成的壳体的单体电池100。所述电极-隔膜-复合结构104被包围在壳体中。所述壳体在总体上柱状地构造，所述壳体件101具有圆形的底部101a、空心柱状的周面101b和与底部101a对置的圆形的开口。所述壳体件102用于封闭圆形的开口并且构造为圆形的盖。所述电极-隔膜-复合结构104以具有两个位于端部的端侧的柱状的绕组的形式存在。
[0258]
在棱柱形的实施方式的情况下，蓄能元件的剖面可能看起来完全相同。在这种情况下，所述壳体件101具有矩形的底部101a、矩形的侧壁101b和矩形的横截面以及矩形的开口，所述壳体件102为了封闭矩形的开口而构造为矩形的盖。并且在这种情况下，附图标记104不表示柱状的电极-隔膜-复合结构，而是表示由多个相同的电极-隔膜-复合结构构成的堆叠体。
[0259]
阳极集电器110的自由边缘带121从所述电极-隔膜-复合结构104的一个端侧中伸出，阴极集电器115的自由边缘带117从另一个端侧中伸出。所述阳极集电器110的边缘110e在其整个长度的范围内与壳体件101的底部101a直接接触并且至少在多个区段的范围内、优选在其整个长度的范围内通过焊接与所述底部连接。
[0260]
所述阴极集电器115的边缘115e在其整个长度的范围内与壳体件102直接接触并
且至少在多个区段的范围内、优选在其整个长度的范围内通过焊接与该壳体件连接。因此，所述壳体件102在这里同时用作接触板。
[0261]
所述阳极集电器110在两侧上均用由负的电极材料123构成的层来加载，但是具有自由边缘带121，所述自由边缘带沿着纵向边缘110e延伸并且所述自由边缘带没有用电极材料123来加载。取而代之，所述自由边缘带121在两侧用陶瓷的支承材料165来涂覆。
[0262]
所述阴极集电器115在两侧上用由负的电极材料125构成的层来加载，但是具有自由边缘带117，所述自由边缘带沿着纵向边缘115e延伸并且所述自由边缘带没有用电极材料125来加载。取而代之，所述自由边缘带117在两侧用陶瓷的支承材料165来涂覆。
[0263]
在优选的实施方式中，所述集电器110和115能够在其用电极材料123和125加载的区域中被穿孔，例如如在图1和图2中所示。
[0264]
所述电极-隔膜-复合结构104具有两个端侧，所述端侧通过隔膜118和119的纵向边缘118a和119a以及118b和119b来形成。所述集电器110和115的纵向边缘从这些端侧中伸出。相应的超出部分用d1和d2来表示。
[0265]
所述隔膜118和119要么分别具有至少一个拥有陶瓷涂层的表面，要么它们分别包括改进其相对于热负荷的稳定性的陶瓷的填充材料。
[0266]
在所述壳体件102中存在孔109，该孔例如能够用于将电解质引入到壳体中。所述孔用过压阀141来封闭，该过压阀与壳体件102例如通过焊接来连接。
[0267]
所述壳体件101和102通过密封部103来彼此电绝缘。所述壳体通过卷边来封闭。为此，所述壳体件的开口边缘101c径向向内弯曲。所述壳体件101形成单体电池100的负极，并且所述壳体件102形成该单体电池的正极。
[0268]
为了制造图11所中示出的单体电池而能够按照图12来进行，下面描述各个方法步骤a至i。首先提供所述电极-隔膜-复合结构104，在其上端侧上放置用作接触板的壳体件102。在步骤b中，将所述壳体件与阴极集电器115的纵向边缘115e焊接起来。在步骤c中，将环绕的密封部103套装到壳体件102的边缘上。在步骤d中用该壳体件将所述电极-隔膜-复合结构104如此推入到壳体件101中，直至所述阳极集电器110的纵向边缘110e与所述壳体件101的底部101a直接接触。在步骤e中，将所述纵向边缘与所述壳体件101的底部101a焊接起来。在步骤f中，通过卷边进行所述壳体的封闭。为此，使所述壳体件101的开口边缘101c径向向内弯曲。在步骤g中，用电解质填充所述壳体，所述电解质通过开口109被配入到壳体中。在步骤h和i中，借助于被焊接到所述壳体件102上的过压阀141来封闭所述开口109。
[0269]
所述电极-隔膜-复合结构104例如能够具有由95重量%的nmca、2重量%的电极粘接剂、和3重量%的炭黑作为传导介质所构成的正电极。
[0270]
在一些优选实施方式中，所述负电极能够包括例如70重量%的硅、25重量%的石墨、2重量%的电极粘接剂、和3重量%的炭黑作为传导介质。作为电解质，能够使用thf/mthf（1：1）中的lipf6的2m溶液、或fec/emc（3：7）中的lipf6的具有2重量%vc的1.5 m溶液。
[0271]
在许多其他优选的实施方式中，使用具有高份额的碳基储存材料以及＜10重量%的硅/氧化硅-份额的阳极。在这些情况下，经常使用传统的电解质，其中导电盐溶解在有机碳酸盐的混合物中。