本发明涉及一种适用于提供非常高电流的储能元件、以及制造这种储能元件的方法。
背景技术：
1、应用领域和现有技术
2、电化学储能元件可以通过氧化还原反应将储存的化学能转化为电能。电化学储能元件的最简单形式之一是电化学单体（cell）。它包括正电极和负电极，该正电极和负电极例如通过分隔件彼此分离。在放电过程中，由于氧化过程，电子在负电极释放。这导致电子电流可以被外部用电设备吸出（电化学单体作为该外部用电设备的能源）。同时，在单体内出现与电极反应相对应的离子电流。这种离子电流穿过分隔件，通常由离子传导电解质实现。
3、如果放电是可逆的，也就是说，如果可以逆转放电过程中发生的化学能转化为电能的过程并对单体进行再充电，则该单体被称为二次单体。在二次单体中将负电极指定为阳极并将正电极指定为阴极，是指电化学单体的放电功能。
4、二次锂离子单体在当今的许多应用中被用作储能元件，因为它们可以提供高电流并且具有相对较高的能量密度。它们基于锂的使用，锂可以离子形式在单体的电极之间来回迁移。锂离子单体的负电极和正电极通常由所谓的复合电极形成，除了电化学活性成分外，这些复合电极还包括电化学惰性成分。
5、原则上，可以吸收和释放锂离子的任何材料都可以用作二次锂离子单体的电化学活性成分（活性材料）。对于负电极，例如使用石墨碳等碳基颗粒。锂钴氧化物（licoo2）、锂锰氧化物（limn2o4）、磷酸铁锂（lifepo4）、或其衍生物可以用作用于正电极的活性材料。电化学活性材料通常以颗粒形式包含在电极中。
6、作为电化学惰性成分，复合电极通常包括扁平和/或带状集电器，例如金属箔，其用作相应活性材料的载体。用于负电极的集电器（阳极集电器）可以由例如铜或镍制成，用于正电极的集电器（阴极集电器）可以由例如铝制成。此外，作为电化学惰性成分，电极可以包括电极粘合剂（例如，聚偏二氟乙烯（pvdf）或其他聚合物，例如羧甲基纤维素）、导电增强添加剂、和其他添加剂。电极粘合剂确保电极的机械稳定性，并且通常还确保活性材料与集电器的粘附。
7、作为电解质，锂离子单体通常包括锂盐（诸如，六氟磷酸锂（lipf6））在有机溶剂（例如，碳酸醚和碳酸酯）中的溶液。
8、在锂离子单体的制造过程中，复合电极与一个或多个分隔件结合来形成装配件。电极和分隔件通常在压力下结合，也可能通过层压或粘合结合。然后，通过用电解质浸渍装配件，可以建立单体的基本功能。
9、在许多实施例中，装配件以绕组的形式形成或被加工成绕组。替代地，装配件也可以是电极的堆叠。
10、与锂离子单体类似，可以生产钠离子单体（其使用钠离子形式的碱金属钠）、钾离子单体（其使用钾离子形式的碱金属钾）、钙离子单体（其使用钙离子形式的碱金属钙）、镁离子单体（其使用镁离子形式的碱金属镁）、和铝离子单体（其使用铝离子形式的碱金属铝）。对于具有这些替代的单体化学成分的单体，复合电极的结构及其进一步加工通常可以采用1:1的比例，从而使用针对相应单体化学成分量身定制的集电器材料、电极材料、电解质、和分隔件。
11、特别是钠离子单体在此期间已经达到了实际成熟。与锂离子技术不同，钠离子单体的生产不受稀缺资源的限制。然而，它们的平均能量密度低于锂离子单体。
12、由于其高能量密度，锂离子单体特别适合作为汽车行业电动机的电源，也适用于电动自行车或其他具有高能量要求的应用，例如电动工具。这需要优化锂离子单体，使其在充电和放电过程中能够承受高电流。
13、传统上，电极特别是通过金属条（凸舌）与卷绕的装配件接触，金属条通过焊接连接到集电器并从卷绕的装配件的端面突出，如us 2005/0277019 a1的图1和图2所示。当出现高电流时，这可能是有害的。传统锂离子单体的凸舌和电化学活性成分都具有有限的高电流容量，特别是在充电方向和低温（<10°c）下。电梯度和热梯度都会出现。从机械上讲，卷绕的装配件也会受到凸舌的干扰，这可能会导致不利的压力条件。
14、从wo 2017/215900 a1中已知圆柱形锂离子单体，其中装配件由带状电极形成并且以绕组的形式存在。每个电极都具有装载有电极材料的集电器。相反极化的电极在装配件内彼此偏置地布置，使得正电极的集电器的纵向边缘在一侧从绕组突出，负电极的集电器的纵向边缘在另一侧从绕组突出。对于集电器的电接触，单体具有接触板而不是凸舌，接触板放置在绕组的端面上并通过焊接连接到集电器的纵向边缘。这使得电接触集电器，从而也在它们的整个长度上电接触相关电极成为可能。这大大降低了所述单体内的内阻。因此，可以更好地吸收大电流，也可以更有效地从绕组中散热。
15、类似的单体设计可以在ep 3916841 a1、ep 3916828 a1、ep 3916827 a1、ep3916829 a1、ep 3916870 a1、ep 3916869 a1、ep 3916877 a1、ep 3965196 a1、和ep3916868 a1中找到。
16、锂离子单体尚未在市场上确立其作为配备内燃机的机动车辆或其他一些特殊应用的起动机电池的地位。铅酸电池仍然主要用于这些应用，其中电极由铅或二氧化铅组成，电解质由稀硫酸组成。铅酸电池可以在短时间内提供高电流，即使在低温下也能表现良好。此外，它们的生产也相对不费力。
17、然而，出于环境原因，迫切需要一种替代品，因为铅毒性极大。尽管许多国家存在高效的电池沉积系统，但在铅矿开采和后续加工以及铅回收过程中铅的释放有时很难避免。
技术实现思路
1、目的和解决方案
2、本发明的目的是提供一种储能元件，其在低温下的性能不低于铅蓄电池，但比锂离子单体便宜，并且可以在充电过程中吸收高电流，在放电过程中输送高电流。
3、这个目的通过具有独立权利要求1的特征的储能元件来实现。具有权利要求13的特征的电池也对问题的解决有贡献。本发明的优选实施例在从属权利要求中定义。
4、根据本发明的储能元件
5、根据本发明的储能元件具有以下特征a.至g.：
6、a. 它包括作为电极的阴极和阳极，该阴极和阳极是它们所在装配件的部分，并且被分隔件或固体电解质层按照阴极/分隔件或固体电解质层/阳极的顺序分离，
7、b. 阴极包括阴极集电器和正电极材料，
8、c. 阳极包括阳极集电器和负电极材料，
9、d. 阴极集电器具有
10、- 主区域，其两侧装载有正电极材料的层，以及
11、- 自由边缘条，其沿着阴极集电器的边缘延伸并且没有装载正电极材料，
12、和/或
13、阳极集电器具有
14、- 主区域，其两侧装载有负电极材料的层，以及
15、- 自由边缘条，其沿着阳极集电器的边缘延伸并且没有装载负电极材料，
16、e. 阴极和阳极在装配件内相对于彼此形成和/或布置，使得阴极集电器的自由边缘条从装配件的一侧突出和/或阳极集电器的自由边缘条从另一侧突出，以及
17、f. 储能元件包括与自由边缘条中的一个直接接触的第一接触金属片和/或与自由边缘条中的另一个直接接触的第二接触金属片，
18、其中
19、g. 电极包括选自包括以下各项的群组的至少一种离子类型：钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、和铝离子，在二次储能元件的充电和放电过程中，这些离子在阴极和阳极之间交换。
20、因此，在其最简单的实施例中，根据本发明的储能元件是钠离子单体、钾离子单体、钙离子单体、镁离子单体、或铝离子单体。在这些变体中，根据本发明，具有钠离子单体化学性质的储能元件是特别优选的。
21、在出现非常高的电流和/或低温的情况下，必须尽量减少单体的所有电化学活性成分中的任何电、热、和离子梯度。避免欧姆损耗起着决定性的作用。整个装配件（包括电解质空间）的最低可能梯度对使用寿命和载流能力至关重要。
22、在卷绕的装配件的整个长度上，第一和/或第二接触金属片确保了装配件的电极的均匀电连接和热连接，从而提高了性能并延长了使用寿命。接触金属片消除了对用于电极接触的凸舌的需求。因此，在热机械应力下，卷绕的装配件内不会发生可能导致问题的机械干扰。
23、令人惊讶的是，已经发现，根据本发明的储能元件的设计能够特别高效地连接装配件的电极，特别是对于钠离子系统（但也适用于其他后锂系统，如上述基于钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、和铝离子的系统）。因此，高性能钠离子材料可以以高达100 c的速率充电和放电。此外，特别是钠离子系统也可以设计为耐深度放电。
24、具有卷绕的装配件的储能元件
25、根据本发明的储能元件的装配件可以形成为绕组或电极堆叠。在卷绕变体中，它具有以下特征a.至e.：
26、a. 电极和集电器以及由电极材料制成的层是带状的，
27、b. 它包括至少一个带状分隔件或至少一个带状固体电解质层，
28、c. 装配件呈绕组形式，其中，电极和至少一个分隔件围绕绕组轴卷绕，其中，装配件包括第一和第二端子端面以及绕组壳，并且阴极集电器的自由边缘条从第一端面突出和/或阳极集电器的自由边缘条从第二端面突出，
29、d. 它包括外壳，特别是金属外壳，包括外壳壳体或侧壁以及端面处的底部和盖子，以及
30、e. 形成为绕组的装配件在外壳中对齐，使得绕组壳抵靠在外壳壳体的内侧或侧壁上。
31、带状分隔件形成装配件中的分离层。
32、在本实施例中，装配件优选地包括带状分隔件或两个带状分隔件，每个分隔件具有第一和第二纵向边缘以及两端。
33、绕组和外壳特别优选为圆柱形。然后，外壳优选地具有周向外壳壳体和圆形底部和盖子。在圆柱形外壳中，形成为圆柱形绕组的装配件优选地轴向对齐。
34、电极和至少一个分隔件优选地围绕绕组轴螺旋卷绕。
35、对称和非对称绕组接触
36、绕组形式的装配件可以对称和非对称地接触。
37、对称接触意味着
38、- 储能元件的阴极和阳极在装配件内形成和/或布置，使得阴极集电器的自由边缘条从装配件的一个端面突出，并且阳极集电器的自由边缘条从装配件的另一个端面突出，以及
39、- 储能元件包括与自由边缘条中的一个直接接触的第一接触金属片和与自由边缘条中的另一个直接接触的第二接触金属片。
40、因此，两个电极经由接触金属片在绕组的两个端面处接触。
41、不对称接触意味着
42、- 储能元件的阴极和阳极在装配件内形成和/或布置，使得只有阴极集电器的自由边缘条或只有阳极集电器的自由边缘条从装配件的一个端面突出，以及
43、- 储能元件仅包括一个接触金属片，该接触金属片与从装配件突出的阴极集电器或阳极集电器的自由边缘条直接接触。
44、在本实施例中，只有一个电极经由接触金属片在装配件的两个端面之一处接触。优选地，至少一个金属导体条（凸舌）固定到另一个电极的集电器上，该集电器从装配件的另一个端子端面突出。
45、在非对称接触的情况下，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至c.之一：
46、a. 至少一个金属导体条通过焊接连接到盖子或穿过盖子的金属柱，而从端面之一突出的自由边缘条焊接到底部或直接放置在外壳底部的金属片（变体a），
47、或
48、b. 至少一个金属导体条焊接到底部，而从其中一个端面突出的自由边缘条通过焊接连接到盖子或穿过盖子的柱体（变体b），
49、或
50、c. 至少一个金属导体条焊接到底部，而从其中一个端面突出的自由边缘条通过焊接连接到穿过盖子的柱体或放置在自由边缘条上并电耦合到盖子或柱体的金属片（变体c）。
51、在变体b中，外壳的底部充当接触金属片，这可能是特别有利的，因为在本实施例中，可以实现经由自由边缘条耦合的电极的最佳散热。
52、根据变体b，如果阳极集电器直接连接到底部，而阴极集电器经由凸舌（tab）连接，则特别有利。在绕组面向盖子的端面上同时使用导体条，同时通过理想情况下其集电器的整个纵向边缘连接阳极，可以提供体积优势，这在能量优化的单体中特别有益。同时，阳极的良好连接产生了积极的影响，从而提高了本发明的单体的性能和使用寿命。特别是，阳极的均匀电和热连接有利于提高快速充电能力。在这种情况下，应该特别提到的是，钠离子电解质通常比锂离子电解质具有更高的电导率，因此在厚或高负载电极、快速充电（>2 c）和低温性能（<0 °c）方面具有优势。
53、具有卷绕的装配件的储能元件的优选的进一步实施例
54、在具有卷绕的装配件的储能元件中，（一个或多个）接触金属片优选地平放在一个或两个端面上，优选地以自由边缘条在其整个长度上与接触金属片接触的方式。然而，在实践中，这往往无法实现。
55、根据本发明的具有卷绕的装配件的储能元件是特别优选的，因为它具有紧接着的以下特征a：
56、a. 金属外壳包括杯状、圆柱形形成的外壳部分，该外壳部分具有端子开口，优选为圆形开口，以及封闭杯状外壳部分的端子开口的盖子。
57、在许多优选实施例中，盖子包括几个组件。例如，盖子可以包括破裂膜和/或配备有cid功能（cid=电流中断装置）。
58、盖子优选地具有圆形圆周，并且以这样的方式布置在杯状外形壳部分的圆形开口中，即边缘沿着圆周接触区抵靠在杯状外壳部分的内侧，其中盖子的边缘通过圆周焊缝连接到杯状外壳部分。在这种情况下，两个外壳部分优选地具有相同的极性，因此电耦合到正电极或负电极。在这种情况下，外壳还包括柱体套管，该柱体套管用于电接触未与外壳电连接的电极。
59、在替代实施例中，电绝缘密封件安装在盖子的边缘，将盖子与杯状外壳部分电隔离。在这种情况下，外壳通常由压接闭合件（crimp closure）密封。
60、形成为圆柱形圆形单体的储能元件的高度优选在50mm至150mm的范围内。圆柱形圆形单体的直径优选在15mm至100mm的范围。
61、在根据本发明的储能元件是圆柱形圆形单体的实施例中，阳极集电器、阴极集电器、和一个或多个分隔件或固体电解质层优选具有以下尺寸：
62、- 长度在0.3米至25米的范围中，
63、- 宽度在30毫米至145毫米的范围中。
64、在本实施例中，接触金属片优选地具有圆形基本形状。
65、棱柱形实施例
66、在棱柱形实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至c.，特别优选紧接着的特征a.至d.：
67、a. 装配件为棱柱形堆叠的形式，其中，阴极和阳极与另外的阴极和阳极堆叠在一起。
68、b. 电极和集电器以及由电极材料制成的层形成为多边形，特别是矩形。
69、c. 它包括至少一个带状或多边形，特别是矩形的分隔件或至少一个带状或多边形，尤其是矩形的固体电解质。
70、d. 堆叠由棱柱形外壳包围。
71、在堆叠中，具有相反极性的相邻电极总是通过分隔件或固体电解质层彼此分离。
72、棱柱形外壳优选地由具有端子开口和盖子的杯状外壳部分组成。在本实施例中，杯状外壳部分的底部和盖子优选地具有多边形，特别优选地具有矩形的基部区域。杯状外壳部分的端子开口的形状对应于底部和盖子的形状。此外，外壳包括几个，优选四个矩形侧面部分，它们将底部和盖子彼此连接。
73、棱柱单体也可以被构建为所谓的软包单体（pouch cells）。使用复合薄膜代替金属外壳部分，通过深冲压工艺将复合薄膜形成适当的形状。电流导体通过复合薄膜热焊接/密封的分区引出到外部。
74、分离层可以由几个分隔件形成，每个分隔件都布置在相邻的电极之间。然而，带状分隔件也可以将堆叠的电极彼此分离。在阳极和阴极之间有几个分隔件的情况下，分隔件优选地还具有多边形，特别是矩形的基部区域。
75、在本实施例中，接触金属片优选地具有矩形形状。
76、在棱柱形实施例的一些优选变体中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.和b.中的至少一个：
77、a. 堆叠的阴极的阴极集电器的自由边缘条从堆叠的一侧突出，并与第一接触金属片直接接触。
78、b. 堆叠的阳极的阳极集电器的自由边缘条从堆叠的另一侧突出，并与第二接触金属片直接接触。
79、优选地，紧接在前面的特征a.和b.彼此结合实现。
80、在棱柱形实施例的进一步优选变体中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.和b.中的至少一个。
81、a. 阴极集电器的自由边缘条彼此平行排列。
82、b. 阳极集电器的自由边缘条彼此平行排列。
83、紧接在前面的特征a.和b.优选地彼此结合实现。
84、优选的电化学实施例和电解质
85、在本发明的另一个特别优选的实施例中，根据本发明的储能元件具有以下特征之一：
86、a. 储能元件是钠离子单体。
87、b. 储能元件包括钠离子单体。
88、c. 储能元件包括以下电解质之一：
89、- naclo4，溶解在至少一种有机溶剂中，特别是溶解在pc中或选自包括ec/dec/fec和pc/fec的群组的碳酸盐混合物中。
90、电解质中的naclo4的浓度优选为0.3-5m，特别优选0.7m-1.7m。
91、在ec/dec/fec的混合物中，三种成分优选以1:2至2:1范围内的体积比，特别是1:1:0.5的体积比包含在电解质中。
92、在包含ec/dec的混合物的情况下，成分优选以1:2至2:1范围内的体积比包含在电解质中。
93、- napf6和/或natfsi（双（三氟甲烷磺酰基）酰亚胺钠），溶解在至少一种有机溶剂中，特别是溶解在pc中或选自包括ec/dec/fec、ec/pc、ec/dec、fec/emc、和pc/fec的群组的碳酸盐混合物中或诸如thf/mthf的醚混合物中。
94、电解质中的napf6和/或natfsi的浓度优选为0.3-5m，特别优选0.7m-1.7m。
95、在ec/pc混合物中，两种成分优选以1:2至2:1范围内的体积比存在于电解质中。
96、在ec/dec混合物中，两种成分优选以1:2至2:1范围内的体积比存在于电解质中。
97、在fec/emc的混合物中，两种成分优选以1:2至2:1范围内的体积比，特别是3:7的比例包含在电解质中。
98、如有必要，电解质可以包含高达10%的fec。
99、- nafsi和/或natfsi和/或natdi，溶解在至少一种有机溶剂中，特别是溶解在1,4-二恶烷（dx）和/或1,3-二氧戊环（dol）和/或者二甲醚（dme）中。
100、电解质中的nafsi和/或natfsi和/或nandi的浓度优选为0.3-5m，特别优选0.7m-1.7m。
101、- nafsi和/或natfsi和/或nandi，溶解在至少一种有机溶剂中，特别是溶解在碳酸二甲酯（dx）和/或磷酸三（2,2,2-三氟乙基）酯（tfp）中。
102、电解质中的nafsi和/或natfsi和/或nandi的浓度优选为0.5-2.5 m，特别优选1m-2 m。
103、在ec/pc混合物中，成分优选以1:2至2:1范围内的体积比包含在电解质中。
104、液体成分优选以1:2至2:1范围内的体积比包含在电解质中。
105、- nan(so2f)2，溶解在至少一种有机溶剂中，特别是溶解在1,4-二恶烷（dx）和/或1,3-二氧戊环（dol）和/或者二甲醚（dme）中。
106、电解质中的nan(so2f)2的浓度优选为0.3-5m，特别优选0.7m-1.7m。
107、在dx/dol混合物中，成分优选以1:2至2:1范围内的体积比包含在电解质中。
108、- nabf4，溶解在至少一种有机溶剂中，特别是溶解在四乙二醇二甲醚（tegdme）和/或acn和/或pc和/或gbl中。
109、电解质中的nabf4的浓度优选为0.3-5m，特别优选为0.7-17m。
110、tegdme中含有nabf4的电解质特别适用于具有钠金属阳极的单体（见下文）。
111、特别优选特征a.和c.以及特征b.和c.彼此结合。
112、特征a.特别涉及作为圆柱形圆形单体的根据本发明的储能元件的所述实施例。在该实施例中，储能元件优选地包括恰好一个电化学单体。
113、特征b.特别涉及上述根据本发明的储能元件的棱柱形实施例。在该实施例中，储能元件还可以包括一个以上电化学单体。
114、优选地，根据本发明的基于钠离子的储能元件还包括电解质，该电解质包含以下溶剂中的至少一种和以下导电盐中的至少一种：
115、优选的溶剂是：
116、- 碳酸盐：碳酸丙烯酯（pc）、碳酸亚乙酯-碳酸亚丙酯（ec-pc）、丙烯酸二甲酯-碳酸甲乙酯（pc-dmc-emc）、碳酸二乙酯-碳酸二乙酯（ec-dec）、碳酸乙烯酯-碳酸二甲酯（ec-dmc）、碳酸乙烯酯-碳酸甲乙基酯（ec-emc）、碳酸亚乙酯-碳酸二甲酯-碳酸甲乙酯（ec-dmc-emc）、碳酸亚乙酯/碳酸二甲酯/碳酸二乙酯（ec-dmc-dec）。
117、- 醚类：四氢呋喃（the）、2-甲基四氢呋喃、二甲醚（dme）、1,4-二恶烷（dx）、1,3-二氧戊环（dol）、二甘醇二甲醚（degdme）、四乙二醇二甲醚（tegdme）。
118、- 腈类：乙腈（acn）、己二腈（aon）、γ-丁内酯（gbl）。
119、还可以考虑磷酸三甲酯（tmp）和磷酸三（2,2,2-三氟乙基）酯（tfp）。
120、优选的导电盐是：
121、napf6、二氟（草酸）硼酸钠（nabob）、nabf4、双（氟磺酰基）酰亚胺钠（nafsi）、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑钠（natdi）、双（三氟甲磺酰基）亚胺钠（nanfsi）、naasf6、nabf4、naclo4、nab(c2o4)2、nap(c6h4o2)3、nacf3so3、三氟甲磺酸钠（natf）、和et4nbf4。
122、与溶剂一样，导电盐也可以作为两种或更多种主要盐的混合物使用。
123、在优选实施例中，添加剂可以添加到电解质中。优选添加剂的示例，特别是用于稳定的添加剂如下：
124、碳酸氟乙烯酯（fec）、反式二氟碳酸乙烯酯（dfec）、亚硫酸乙烯酯（es）、碳酸乙烯酯（vc）、双（2,2,2-三氟乙基）醚（btfe）、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑钠（natdi）、双（氟磺酰基）酰亚胺钠（nafsi）、氯化铝（ai-ci（3））、硫酸乙烯酯（dtd）、二氟磷酸钠（napo2f2）、草酸二钠（naodfb）、磷酸二氟双草酸钠（nadfop）、和硼酸三（三甲基甲硅烷基）酯（tmsb）。
125、也可以使用离子液体代替具有上述导电盐的液体电解质，例如在1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺（pmpyrr-tfsi）中的0.8 mol/l双（氟磺酰基）亚胺钠（na-tfsi）。
126、钠聚合物电解质是另一种选择，例如基于聚环氧乙烷（peo）或聚偏二氟乙烯六氟丙烯的聚合物电解质，诸如p(eo)8nacf3so3或羟乙基纤维素聚环氧乙烷。
127、代替基于有机溶剂的液体电解质，在特殊应用中也可以使用含有来自oh-、no3-、ci-、和so42-的群组的阴离子的钠水电解质，或nafsi、natdi、或natfsi的水溶液。
128、电极材料的优选实施例
129、基于钠离子的根据本发明的储能元件的负电极材料优选为以下材料中的至少一种：
130、- 碳，特别是硬碳（纯碳或具有氮和/或磷掺杂）或软碳或石墨烯基材料（氮掺杂），碳纳米管、石墨；
131、- 磷或硫（转化阳极）；
132、- 聚阴离子：na2ti3o7、na3ti2(po4)3、tip2o7、tinb2o7、na-ti-(po4)3、na-v-(po4)3或者na-m-po4-p2o7，m=v、ti、fe、co、ni、mn、或3d过渡金属和添加的掺杂元素（诸如al、cu、zn）的混合物；
133、- na4m3(po4)2(p2o7)，m=na、zn、al、mg、或ca；
134、- sn或sb基材料，诸如sn(na15sn4)、sb(na3sb)、sno2、sb2o3；
135、- 普鲁士蓝：低钠变体（用于含水电解质的系统）；
136、- 过渡金属氧化物：v2o5、mno2、tio2、nb2o5、fe2o3、na2ti3o7、nacrtio4、na4ti5o12；
137、- m=ti、v、cr、mo、或nb，a=al、si、和ga，x=c和/或n的mxenes，例如，ti3c2；
138、- 有机物：例如，对苯二甲酸钠（na2c8h2o4）。
139、合适的阳极材料的示例性概述也可以在zhang等人的出版物“sodium-ionbattery anodes: status and future trends”（energychem 1，100012（2019），2019年，第19页表2）中找到。
140、替代地，也可以在阳极侧使用钠金属阳极。金属钠优选地嵌入在具有良好钠湿润性的多孔导电基质结构中。在本文中，最小的电、热、和机械梯度非常重要；在本发明的单体中，通过以电极绕组的面侧接触为特征的设计实现了这些功能。
141、根据本发明的基于钠离子的储能元件的正电极材料优选为以下材料中的至少一种：
142、- 聚阴离子：nafepo4（三叶石型）、na2fe-(p2o7)、na4fe3(po4)2(p2o7) 、na2fepo4f、na/na2[fe1/2mn1/2]po4f、na3v2(po4)2f3、na3v2(po4)3、na4(comnni)3(po4)2p2o7、nacopo4、na2copo4f；
143、- 硅酸盐：na2mnsio4、na2fesio4；
144、- 普鲁士蓝/白：普鲁士蓝（pb）以axfe[fe(cn)6]1-y*nh2o的形式存在，a=碱金属，0<x<2且y<1、普鲁士白（na~2），以na2fe[fe(cn)6]、kfe2(cn)6、mnfe(cn)6、fe2(cn)6的形式存在；
145、- 层状氧化物：nacoo2、nafeo2、nanio2、nacro2、navo2、natio2、na(feco)o2、na(nifeco)3o2、na(nifemn)o2、和na(nifecomn)o2、na(nimnco)o2。
146、上述正电极材料的混合物也是可用的。
147、此外，根据本发明的储能元件的电极优选地包含电极粘合剂和/或添加剂，以提高导电性。活性材料优选地嵌入在电极粘合剂的基质中，其中活性材料优选地以颗粒形式使用，基质中的相邻颗粒优选彼此直接接触。导电剂具有提高电极的电导率的功能。传统的电极粘合剂基于，例如，聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚丙烯酸酯（na）、丁苯橡胶、藻酸盐（na）、或羧甲基纤维素，或者不同粘合剂的混合物。传统的导电剂是碳黑、细石墨、碳纤维、碳纳米管、和金属粉末。
148、对于钠离子基储能元件，以下材料组合是特别优选的：
149、- 正电极：na3v2(po4)3
150、负电极：硬质碳
151、电解质：优选ec:pc:dmc中的napf6（45:45:10体积百分比）
152、- 正电极：na2/3(ni1/3mn2/3)o2
153、负电极：硬质碳
154、- 正电极：na2fe[fe(cn)6]
155、负电极：硬质碳
156、电解质：优选ec:pc中的napf6
157、离子沉积
158、钠、钾、钙、镁、或铝离子单体的功能基于足够移动离子的可用性（在钠离子单体的情况下，例如，移动钠离子），以通过在阳极和阴极或负电极和正电极之间迁移来平衡吸出的电流。在本技术的背景下，移动离子被理解为是指在根据本发明的储能元件的放电和充电过程中可用于电极中的存储和提取过程的离子或者可以为此目的被激活的离子。在例如钠离子单体的放电和充电过程中，移动钠会随着时间的推移而损失。这些损失是各种通常不可避免的副反应的结果。在钠离子单体的第一次充电和放电循环中，已经发生了移动钠的损失。在第一次充电和放电循环期间，通常在负电极处的电化学活性成分的表面上形成覆盖层。该覆盖层被称为固体电解质相间（sei），通常主要由电解质分解产物和一定量的钠组成，钠牢固地结合在该层中。
159、为了补偿这些损失，根据本发明的钠离子基储能元件在优选实施例中的特征在于紧接着的以下特征a.和b.中的至少一个：
160、a. 储能元件包括未被正电极和/或负电极包围的钠或含钠材料的沉积物，通过该沉积物可以补偿操作过程中移动钠的损失。
161、b. 沉积物与储能元件的电解质接触。
162、特别优选的是，紧接在前面的特征a.和b.彼此组合实现。
163、特别合适的含钠材料是例如，na3n、na2c2o4、na2s、na2c4o4、na2c6o6、edta-4na、dpta-5na、na3p、或c12h9na（联苯钠）。例如，这些材料可以添加到电极活性材料中。附加的钠源可以提高容量或延长循环寿命。
164、还可以设想，电极可以用过量的钠离子预充电。
165、这同样适用于根据本发明的基于钾、钙、镁、或铝离子的储能元件的实施例。
166、钠金属阳极的优选实施例
167、如上所述，钠金属阳极也可用于阳极侧，其中金属钠优选地嵌入在导电基质结构中。
168、在进一步的实施例中，优选的是，根据本发明的储能元件的特征在于以下特征中的至少一个：
169、a. 阳极包括具有凹陷和/或孔隙的基质，金属钠储存在其中。
170、b. 基质附着在阳极集电器的表面。
171、c. 基质包括碳颗粒和粘合剂。
172、d. 基质包括导电剂和/或填料。
173、e. 基质是阳极集电器的粗糙表面。
174、特别优选的是，紧接在前面的特征a.至d.或a.和d.彼此结合实现。
175、碳颗粒、导电剂、或填料例如是硬碳、活性碳、导电石墨、碳黑、碳纳米管、石墨烯、或氧化石墨烯，或者精细分散的金属，诸如ag、cu、al、ni、或pt。例如，碳颗粒可以包含20-80%（重量百分比）的硬碳、80-20%（重量百分比）的碳黑、和0-10%（重量百分比）的银，优选的是，成分的重量比例加起来为100%（重量百分比）。
176、粘合剂基本上可以是任何也适用于生产锂离子电池的复合电极的粘合剂。合适的示例包括聚偏二氟乙烯（pvdf）或另一种聚合物，诸如，羧甲基纤维素或其衍生物。
177、碳基基质可以包括掺杂元素，诸如硼、氧、氟、或氮。
178、碳基基质的厚度优选为500 nm至250µm。
179、阳极集电器的表面可以通过例如激光处理被粗糙化。
180、此外，优选的是，根据本发明的储能元件的特征在于以下特征中的至少一个：
181、a. 阳极包括成核层，特别是代替基质，金属钠储存在成核层中和/或金属钠沉积在成核层上。
182、b. 成核层基本上由选自包括锡、银、金、锗、碳、铂、锌、铝、镁、和硅的群组的至少一种材料组成。
183、c. 成核层已经通过pvd（物理气相沉积）或cvd（化学汽相沉积）沉积在阳极集电器的表面上。
184、由锡、银、金、锗、和/或碳制成的成核层有助于钠的沉积。碳、银、金、铂、锌、铝、镁、锡、和硅降低过电压。
185、成核层还可以包括掺杂元素，诸如硼、氧、氟、或氮。
186、成核层的厚度优选为100nm至50µm。
187、优选的是，基质和/或成核层占负电极干重的比例小于30%（重量百分比），优选小于5%（重量百分比）。
188、为了制造具有基质或成核层的电极，最好使用具有基质或成核层但不含任何金属钠的阳极集电器。在初始充电过程中，钠最好沉积在基质或成核层中和/或上。所需的钠最好通过阴极供应。例如，na3v2(po4)3可以用作此目的的正电极材料。替代地，钠沉积也可以通过预碱化进行。该程序可防止枝晶生长。此外，它确保电极中没有不希望的过量钠。
189、在第一充电过程中提供脱气选项可能是有用的，这样根据本发明的储能元件的外壳中就不会积聚过大的压力。
190、特别优选的是，阳极容量与阴极容量的比率在0.7至1.2的范围内。
191、根据本发明的储能元件特别优选，因为它具有紧接着的以下特征：
192、特别优选的是，成核层和/或基质被覆盖以覆盖层。因此，负电极优选地包括以下层顺序：
193、- 金属集电器
194、- 基质（matrix）或成核层
195、- 覆盖层
196、因此，基质或成核层布置在覆盖层和集电器之间。
197、覆盖层的厚度优选地在300nm至30µm的范围内。
198、覆盖层优选地由陶瓷材料形成或包括这种陶瓷材料。陶瓷材料优选为氧化铝（al2o3）、氢氧化铝或羟基氧化铝（alooh）、氧化硅（siox，x在>1且≤2的范围内）、氧化钛（tio2）、氮化钛（tin）、氮化铝钛（tialn）、或碳氮化钛（ticn）。
199、在进一步可能的优选实施例中，覆盖层由化学式为na1+xzr2sixp3-xo12（其中0<x<3）的超离子导体形成，或包括这种离子导体。
200、在进一步可能的优选实施例中，覆盖层由聚合物形成，特别是聚硅氧烷、聚环氧乙烷、全氟聚醚、或聚丙烯腈，或者包含这种聚合物。
201、如果覆盖层包括陶瓷材料，则在优选实施例中其还包括粘合剂。该粘合剂基本上可以是也适合作为活性材料的粘合剂的粘合剂，例如羧甲基纤维素。
202、分隔件和固体电解质的优选实施例
203、一个或多个分隔件优选地由电绝缘塑料薄膜形成。优选地，分隔件可以被电解质渗透。为此，所使用的塑料薄膜可以例如具有微孔。该薄膜可以由例如聚烯烃或聚醚酮组成。由塑料材料或其他电绝缘平面结构制成的非织造布和织物也可用作分隔件。优选厚度在5µm至50µm范围内的分隔件。
204、也可以使用纤维素基材料制成的分隔件。这些材料具有良好的润湿性和高温稳定性。
205、特别是在储能元件的棱柱形实施例中，装配件的一个或多个分隔件也可以是一层或多层固体电解质。
206、固体电解质可以是例如，基于聚合物导电盐络合物的聚合物固体电解质，其以单相存在，不含任何液体成分。作为聚合物基质，聚合物固体电解质可以包括例如，聚丙烯酸（paa）、聚乙二醇（peg）、或聚甲基丙烯酸甲酯（pmma），特别是聚环氧乙烷（peo）。在钠离子单体的情况下，钠导电盐，诸如双（三氟甲烷）磺酰亚胺钠（natfsi）、六氟磷酸钠（napf6）、和四氟硼酸钠（nabf4）可以以溶解形式存在。
207、分隔件的陶瓷增强
208、在个别情况下，分隔件的其他优选设计可能是合适的。根据本发明的储能元件优选地还具有紧接着的以下特征a.和b.中的至少一个：
209、a. 在具有卷绕的装配件的储能元件的情况下，阴极集电器的自由边缘条或阳极集电器的自由边缘条从其突出的装配件的一侧由分隔件的边缘形成，特别是分隔件的纵向边缘。
210、b. 形成该侧的分隔件的边缘或纵向边缘，特别是端面（end face），用陶瓷增强。
211、在优选的进一步实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.：
212、a. 陶瓷增强由至少一种颗粒陶瓷材料实现，特别是分隔件中的至少一种颗粒状陶瓷填充材料。
213、因此，分隔件可以优选为其中嵌入有颗粒填充材料的电绝缘塑料薄膜。优选的是，塑料薄膜可以被电解质渗透（例如，因为它具有微孔）。该薄膜可以由例如，聚烯烃或聚醚酮制成。如上所述，也可以使用由这种塑料材料制成的非织造布和织物。在个别情况下，这些也可能是优选的。
214、颗粒填充材料在分隔件中的比例优选为至少40%（重量百分比），特别优选为至少60%（重量百分比）。
215、在进一步优选的进一步实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.：
216、a. 陶瓷增强由至少一种颗粒陶瓷材料实现，该颗粒陶瓷材料作为涂层存在于一个或多个分隔件的表面上。
217、因此，分隔件也可以优选为涂覆有陶瓷材料的塑料薄膜或非织造织物或织造织物或任何其他电绝缘片材。
218、在一些实施例中，仅平坦结构的一侧，特别是塑料薄膜，涂覆有陶瓷材料。在进一步的实施例中，平坦结构，特别是塑料薄膜，优选在两侧涂覆陶瓷材料。
219、如果需要，还可以优选使用的分隔件包括陶瓷材料作为填充材料，以及相同或不同的陶瓷材料作为涂层。
220、在进一步可能的优选实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至e.中的至少一个：
221、a. 至少一种陶瓷材料/填充材料是或包括电绝缘材料。
222、b. 至少一种陶瓷材料/填充材料是或包括选自包括玻璃陶瓷材料和玻璃的群组的至少一种材料。
223、c. 至少一种陶瓷材料/填充材料是或包括钠离子传导陶瓷材料，例如，na5alo4*na4sio4或naalsi2o6或β-al2o3，或nasicon材料，诸如na3zr2si2po12。
224、d. 至少一种陶瓷材料/填充材料是或包括氧化材料，特别是金属氧化物。
225、e. 陶瓷或氧化材料是氧化铝（al2o3）、氧化硅（siox），特别是二氧化硅（sio2）、氧化钛（tio2）、氮化钛（tin）、氮化铝钛（tialn）、氧化硅，特别是二氧化硅（sio2）、或碳氮化钛（ticn）。
226、特别优选的是，紧接在前面的特征a.至c.或紧接在前面的特征a.和b.和d.或紧接在前的特征a.和b和e.彼此结合实现。
227、在所述材料中，氧化铝（al2o3）、氢氧化铝（al(oh)3）、羟基氧化铝（alooh）、氧化钛（tio2）、和二氧化硅（sio2）特别优选作为涂层材料。
228、在进一步可能的优选实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.和b.中的至少一个：
229、a. 一个或多个分隔件仅在某些区域中下包括至少一种陶瓷材料。
230、b. 一个或多个分隔件具有沿形成第一侧的边缘的边缘条，特别是第一端面，其中它们包括作为涂层和/或颗粒填充材料的至少一种陶瓷材料。
231、特别优选的是，紧接在前的特征a.和b.彼此组合实现。
232、分隔件包括均匀分布的陶瓷材料或均匀地到处涂覆材料绝非必需。相反，甚至可能更优选的是，在某些区域中，例如在上述主区域中，分隔件不含陶瓷材料。在这个区域中，分隔件的热阻增加并不像分隔件边缘那样必要。此外，陶瓷材料可能导致根据本发明的储能元件的内阻不期望地升高，特别是在该分区中。
233、然而，在许多实施例中，分隔件优选在其整个表面上，即在阳极和阴极之间，用陶瓷材料增强或涂覆。
234、没有活性材料涂层的前电极区域可以全部或部分涂覆陶瓷材料，以降低短路的风险。
235、关于用陶瓷材料涂覆分隔件的更多细节可以在wo 2021/255238 a1中找到。
236、集电器的优选实施例
237、根据本发明的储能元件的电极的集电器具有在尽可能大的面积上电接触包含在相应电极材料中的电化学活性成分的功能。优选地，集电器由金属组成或者至少在表面上被金属化。
238、特别地，在基于钠离子的根据本发明的储能元件的情况下，铝或铝合金适合作为用于阳极集电器和阴极集电器的金属材料。在阳极和阴极侧都有铝或铝合金制成的集电器的钠离子系统已被证明特别能抵抗深度放电的影响。
239、用于阴极集电器的合适铝合金是例如，1235、1050、1060、1070、3003、5052、mg3、mg212（3000系列）和gm55型铝合金。alsi、alcuti、almgsi、alsimg、alsicu、al-cutimg、和almg也是合适的。这些合金的铝含量应优选高于99.5%。
240、阳极集电器和/或阴极集电器优选的是厚度在4µm至30µm范围内的带状金属箔。
241、然而，除了箔之外，其他带状基质（诸如金属或金属化非织造布或开孔金属泡沫或膨胀金属）也可以用作集电器。
242、集电器优选在两侧装载有相应的电极材料。
243、（一个或多个）集电器的边缘增强
244、根据本发明的储能元件优选地还具有紧接着的以下特征a.至c.中的至少一个：
245、a. 在阴极集电器的自由边缘条和/或阳极集电器的自由边缘条中，阴极集电器和/或阳极集电器的表面涂覆有支撑材料，该支撑材料比涂覆有其的表面更耐热。
246、b. 非金属材料是陶瓷材料、微晶玻璃材料、或玻璃。
247、c. 陶瓷材料是氧化铝（al2o3）、氢氧化铝（al(oh)3）、羟基氧化铝（alooh）、氧化钛（tio2）、氮化钛（tin）、氮化铝钛（tialn）、或碳氮化钛（ticn）。
248、“耐热”是指支撑材料在表面熔化的温度下保持固态。因此，它要么具有比表面更高的熔点，要么处于亚气候状态，要么仅在表面已经熔化的温度下分解。
249、优选地，阴极集电器的自由边缘条和阳极集电器的自由边缘条都涂覆有支撑材料。特别优选在每种情况下使用相同的支撑材料。
250、与（一个或多个）自由边缘条直接接触的接触金属片优选地通过焊接连接到边缘条。这可能会导致问题，即集电器的边缘条的无意压下或熔化。支撑材料抵消了这些问题。它机械地支撑集电器的边缘条，并防止边缘熔化，特别是在边缘条的两侧都涂有支撑材料的情况下。此外，支撑材料还可以防止因上述装配件的分隔件的熔化而导致的短路。支撑材料使其覆盖的自由区域电绝缘。因此，在优选实施例中，它被形成为电绝缘的。
251、关于合适的支撑材料的更多细节可以在wo 2020/239512 a1中找到。
252、在特别优选的实施例中，支撑材料不仅覆盖阳极集电器的边缘条或边缘条的一部分，而且覆盖主区域中布置在阳极集电器上的电极材料。因此，支撑材料层也可以用作覆盖层，例如覆盖上述基质或上述成核层。当支撑材料是上述陶瓷材料之一时，这种情况是优选的。
253、支撑层还可以包括粘合剂，例如，其将支撑层的陶瓷颗粒保持在一起。
254、装配件的优选实施例
255、为了防止相反极化的电极之间在绕组或堆叠的轴向端部直接接触，优选使用比待分离的电极稍宽的分隔件。因此，在具有卷绕的装配件的储能元件中，在优选实施例中，该装配件在其轴向端部终止于分隔件凸起，该分隔件凸起相应地形成端面。
256、在所述棱柱形配置的情况下，优选的是，一个或多个分隔件的边缘形成堆叠的侧面，集电器的自由边缘条从该侧面突出。
257、进一步优选的是，从绕组的端子端面或堆叠的侧面突出的集电器的自由边缘条从端面或侧面突出不超过5500µm，优选不超过4000µm。
258、特别优选的是，阳极集电器的自由边缘条从堆叠的侧面或绕组的端面突出不超过3000µm，特别优选不超过2000µm。特别优选的是，阴极集电器的自由边缘条从堆叠的侧面或绕组的端面突出不超过4000µm，特别优选不超过3000µm。
259、在卷绕的装配件中，带状阳极、带状阴极、和一个或多个带状分隔件优选以螺旋状卷绕。为了生产该装配件，带状电极优选地与一个或多个带状分隔件一起被送入卷绕装置，并优选地围绕其中的绕组轴螺旋卷绕。在一些实施例中，为此目的，电极和一个或多个分隔件被卷绕在圆柱形或中空圆柱形卷绕芯上，该卷绕芯放置在绕组心轴上，并在卷绕后保持卷绕状态。
260、绕组壳可以由例如，塑料薄膜或胶带形成。绕组壳也可能由一个或多个分隔件绕组形成。
261、第一和/或第二接触金属片的优选实施例
262、一个或多个接触金属片优选地通过焊接连接到它们直接接触的各个集电器。特别优选的是，它们通过焊接直接连接到阳极集电器的自由边缘条。
263、在优选实施例中，接触金属片由与它们通过焊接连接的集电器相同的材料组成。
264、在特别优选的实施例中，接触金属片（特别是在根据本发明的钠离子基储能元件的情况下）由铝或铝合金组成。
265、与由铝合金制成的集电器相关的提到的相同合金适合作为铝合金。
266、在其他优选实施例中，接触金属片由例如，镍、铜、钛、镍合金、铜合金、钛合金、或不锈钢组成。
267、在本发明的进一步特别优选的实施例中，第一接触金属片具有紧接着的以下特征a.至g.中的至少一个：
268、a. 接触金属片具有优选的均匀厚度，在50µm至600µm的范围内，优选在150µm至350µm范围内。
269、b. 接触金属片具有两个相对的平坦侧面，并且基本上仅在一个维度上延伸。
270、c. 接触金属片是圆盘或优选矩形板。
271、d. 接触金属片的尺寸被设计为覆盖与其连接的相应集电器的自由边缘条从其露出的侧面或端面的至少60%，优选至少70%，特别优选至少80%。
272、e. 接触金属片具有至少一个孔，特别是至少一个洞和/或至少一个缝隙。
273、f. 接触金属片具有至少一个焊道（bead），该焊道在接触金属片的一个平坦侧面上表现为细长的凹陷，在相对的平坦侧面上呈现为细长的凸起，其中接触金属片靠在相应集电器的自由边缘条上，平坦侧面承载细长的凸起。
274、g. 接触金属片在焊道的区域中焊接到集电器的自由边缘条上，特别是通过焊道中布置的一个或多个焊缝和/或焊点。
275、特别优选的是，紧接在前面的特征a.、b.、和d.彼此结合实现。在优选实施例中，特征a.、b.、和d.与特征c.或e.中的一个或特征f.和g.结合实现。特别优选的是，所有特征a.至g.彼此结合实现。
276、尽可能多地覆盖端面对于根据本发明的储能元件的热管理很重要。覆盖面积越大，越容易在集电器的整个长度上接触集电器的第一边缘。因此，装配件中产生的热量可以经由接触金属片有效地消散。
277、特别有利的是，如果接触金属片与绕组的所有绕组直接接触，即也与绕组的最内和最外层绕组直接接触。
278、例如，接触金属片中的至少一个孔可能是有用的，以便能够用电解质浸泡装配件。
279、（一个或多个）接触金属片的电气连接
280、接触金属片是
281、- 与外壳电连接，或者
282、- 连接到接触柱，该接触柱被引导穿过外壳并与外壳电绝缘，或者
283、- 接触金属片是外壳的部分，例如，杯装外壳部分的底部或这种杯状外壳的盖子。
284、与外壳或接触柱的电接触可以特别地通过焊接或机械连接来实现。如有必要，也可以通过单独的电导体进行电气连接。
285、为了使接触金属片与集电器的连接达到最佳效果，优选对侧面或端面进行机械预处理。例如，如上所述，从电极绕组的端面突出的集电器的边缘可以变形，以形成用于具有至少一个焊道的接触金属片的凸起的合适容器。
286、外壳部分的优选设计
287、无论其形状如何（例如，棱柱形或圆柱形），根据本发明的储能元件的外壳优选为金属外壳。它特别优选地包括杯状外壳部分和盖子。
288、在本发明的优选实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.和b.中的至少一个：
289、a. 杯状外壳部分由铝、铝合金、镍、铜、不锈钢、或镀镍钢组成。
290、b. 盖子由铝、铝合金、镍、铜、不锈钢、或镀镍钢组成。
291、紧接在前面的特征a.和b.的组合是特别优选的。
292、在一些实施例中，希望将其中一个集电器的自由边缘条直接连接到外壳。为此，该集电器的自由边缘条可以焊接到杯状外壳部分的底部，例如通过激光。在这种情况下，该底部用作接触板。
293、相反，在一些实施例中，可以提供接触板作为盖子，即作为外壳的部分。
294、特别是在钠离子单体的情况下，在特别优选的实施例中，杯状外壳部分和盖子都由铝或铝合金组成。
295、用于杯状外壳部分的合适铝合金是例如，1235、1050、1060、1070、3003、5052、mg3、mg212（3000系列）、和gm55型铝合金。alsi、alcuti、almgsi、alsimg、alsicu、alcutimg、和almg也是合适的。这些合金的铝含量优选高于99.5%。
296、在一些实施例中，杯状外壳部分的底部是焊接的，即它是单独制造的并通过焊接连接到一个或多个侧壁。然而，在大多数情况下，杯状外壳部分是通过深冲压制造的。
297、储能元件的优选标称容量
298、设计为圆柱形圆形单体的根据本发明的储能元件的标称容量优选高达10000mah。在一个实施例中，作为钠离子单体的储能元件的形状因子为21 x 70，其标称容量优选在1000mah至5000mah范围内。
299、内部导体的绝缘
300、在特别优选的实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至g.：
301、a. 它包括气密和液密的外壳，该外壳具有带有底部和端子圆形开口的金属杯状外壳部分以及带有圆形边缘的盖子，该盖子封闭端子圆形开口。
302、b. 装配件在杯状外壳部分中轴向对齐布置，第一端面指向盖子，第二端面指向底部，必要时与底部直接接触。
303、c. 它包括由电绝缘材料制成的环形密封件，该环形密封件围绕盖子的圆形边缘并使杯状外壳部分和盖子彼此电绝缘。
304、d. 杯状外壳部分包括内侧和外侧，并且在轴向连续包括底部、中心部、和封闭部，其中
305、- 中心部是圆柱形的，并且在中心部中，形成为绕组的装配件的绕组壳与杯状外壳部分的内侧接触，并且
306、- 在封闭部中，环形密封件与盖子和杯状外壳部分的内侧压接。
307、e. 中心部和封闭部被缺口（indentation）分离，该缺口圆周地围绕杯状外壳部分的外部。
308、f. 接触金属片通过焊接电连接到从第一端子端面突出的集电器的自由边缘条，并优选地也通过焊接连接到盖子。
309、g. 储能元件包括至少一个由电绝缘材料制成的绝缘元件，其保护接触金属片和/或从第一端子端面突出的集电器的第一纵向边缘和/或固定到接触金属片的单独电导体，使其不与杯状外壳部分的内侧直接接触，特别是在缺口的区域中。
310、这个措施可确保降低单体的内部接触区域中的短路风险。例如，与高度校准相关的轴向力通常不再导致相反极化的电池组件之间的直接接触。这些由至少一个绝缘元件防止。
311、在这个优选实施例的第一优选的进一步开发方案中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至c.中的至少一个：
312、a. 至少一个绝缘元件是或包括绝缘带，该绝缘带施加到限定端面的边缘并保护其不与内侧直接接触。
313、b. 至少一个绝缘元件是或包括由塑料制成的环形模制部分，优选地具有l状横截面，其被施加到限定端面的边缘并保护其不与内侧直接接触。
314、c. 绝缘带或塑料制成的环形模制部分的厚度在10µm至200µm范围内。
315、优选的是，紧接在前面的特征a.和c.以及b.和c.组合实现。
316、绝缘带可以是例如，kapton/聚酰亚胺胶带。
317、环形塑料模制部分，优选地具有l状横截面，例如可以通过注塑成型制造，并且可以被推到要保护的边缘上。例如，它可以由特氟纶或聚酰胺组成。
318、在这个优选实施例的第二优选的进一步开发方案中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至c.中的至少一个：
319、a. 至少一个绝缘元件是或包括由塑料制成的环形绝缘元件，该环形绝缘元件在缺口分区中抵靠在杯状外壳部分的内侧并保护其不与接触金属片直接接触。
320、b. 环形绝缘元件是环形密封件的部分区段。
321、c. 塑料制成的环形绝缘元件的厚度在20µm至400µm之间。
322、优选地，紧接在前面的特征a.和b.组合实现。当组合实现时，特征a.至c.是特别优选的。
323、环形绝缘元件也可以是模制部件，如同环形密封件一样。绝缘元件的厚度优选地在20µm至400µm范围内。
324、环形绝缘元件可以由例如，特氟纶、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、或全氟烷氧基聚合物组成。
325、在这个优选实施例的第三优选的进一步开发方案中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至d.中的至少一个：
326、a. 至少一个绝缘元件是或包括环形塑料部分，该环形塑料部分环绕接触金属片并保护其在缺口分区中不与杯状外壳部件的内部直接接触。
327、b. 环形塑料部分是中空圆柱形的，包括护套，在端面处由周缘界定。
328、c. 环形塑料部分是中空圆柱形的，包括护套，在端面处由圆周边缘界定，其中一个边缘形成为向外指向的环形套环并放置在接触金属片上。
329、d. 环形塑料部分的厚度在20µm至600µm范围内。
330、优选地，紧接在前面的特征a.和b.，特别优选的特征a.、b.、和d.组合实现。紧接在前面的特征a.、c.、和d.特别优选地被组合。
331、环形塑料部分也可以是模制部分。塑料部分的厚度优选地在20µm至600µm范围内。
332、塑料部分可以由例如，特氟纶、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、或全氟烷氧基聚合物制成。
333、在这个优选实施例的第四优选的进一步开发方案中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.和b.中的至少一个：
334、a. 至少一个绝缘元件是或包括电绝缘塑料涂层，其围绕接触金属片的边缘并保护其不与杯状外壳部件的内部直接接触，特别是在缺口的区域中。
335、b. 电绝缘涂层是通过包覆成型接触金属片的边缘形成的。
336、优选地，紧接在前面的特征a.和b.组合实现。
337、原则上，所有具有电绝缘性能的热塑性塑料都适合包覆成型接触金属片的边缘。例如，聚酰胺是合适的。
338、本发明还包括所描述的四种特别优选的开发方案的组合。当储能元件具有紧接着的以下四个特征a.至d.中的两个或更多个的组合时，储能元件是特别优选的：
339、a. 至少一个绝缘元件包括由塑料制成的绝缘带或环形模制部分，其被施加到限定端面的边缘并保护其不与内侧直接接触，即根据第一特别优选的开发方案，绝缘带或圆形模制部件，和/或
340、b. 至少一个绝缘元件包括环形绝缘元件，该环形绝缘元件在缺口分区中抵靠杯状外壳部件的内侧并保护其不与接触金属片直接接触，即根据第二特别优选的开发方案的环形绝缘元件；和/或
341、c. 至少一个绝缘元件包括环形塑料部分，该环形塑料部分围绕接触金属片并保护其在缺口分区中不与杯状外壳部件的内部直接接触，即根据第三特别优选的开发方案的环状塑料部分，和/或
342、d. 至少一个绝缘元件是或包括电绝缘塑料涂层，其围绕接触金属片的边缘并保护其不与杯状外壳部件的内部直接接触，特别是在缺口分区中，即根据第四特别优选的开发方案的塑料涂层。
343、优选地，根据本发明的储能元件具有以下特征a.或b.中的至少一个：
344、a. 杯状外壳部件在中心部和封闭部具有相同的最大外径。
345、b. 在缺口的区域中，杯状外壳部分的外径减小了该分区中的杯状外壳部分的壁厚的4至20倍。
346、优选地，紧接在前面的特征a.和b.组合实现。
347、通过浇铸化合物的单体封闭
348、在特别优选的实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征：
349、a. 它包括气密和液密的外壳，该外壳具有金属的杯状外壳部分和盖子，该杯状外壳部分具底部和端子开口，该盖子封闭端子开口。
350、b. 盖子包括金属盖板和连接柱，该连接柱被引导穿过盖板中的孔并与盖板电绝缘。
351、c. 装配件布置在杯状外壳部分中，一侧面向盖子，第二侧面向底部，可选地与底部直接接触。
352、d. 阴极和阳极形成和/或布置在装配件中，使得阴极集电器的自由边缘条从装配件的一侧突出，阳极集电器的自由边缘条从装配件的一侧突出。以及
353、e. 接触金属片直接放置在从装配件的一侧突出的一个集电器的自由边缘条上，并通过焊接连接到后者。
354、f. 接触金属片电连接到穿过盖板中的孔的连接柱，优选地直接焊接到连接柱上，或者连接柱是接触金属片的部分。
355、g. 连接柱通过由电绝缘塑料材料制成的硬化的浇注化合物与盖板电绝缘。
356、这种设计的盖子确保了装配件和金属盖板之间基本上没有死体积。接触金属片、连接柱、和盖板之间的任何空间都可以填充浇注化合物。具有上述特征的盖子可以非常紧凑地构造。
357、此外，具有紧接在前面的特征a.至g.的储能元件的优点在于，可以经由盖子与阳极和阴极电接触。
358、在这个实施例的优选的进一步开发方案中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.：
359、a. 不与接触金属片直接接触的阴极集电器或阳极集电器的边缘条电连接到外壳底部，优选地直接焊接到外壳底部。
360、在许多情况下，在这个实施例中优选的是，杯状外壳部分是正电极化的，连接柱是负连接柱。在这些情况下，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.，可选地与以下特征b.和c.中的至少一个其他特征组合：
361、a. 杯状外壳部分电连接到阴极。
362、b. 杯状外壳部分由铝或铝合金组成。
363、c. 盖板由铝或铝合金组成。
364、紧接在前面的特征a.至c.的组合是特别优选的。
365、在这个实施例中，储能元件的外壳主要由铝或铝合金组成。这有很多优点。当单体的外部与水分接触时，可以防止局部元件的形成。外壳本身基本上可以作为所有侧面的正电极连接柱。然而，特别优选的是，单体仅排他地通过盖子接触，负连接柱也位于盖子上。为此，电流导体可以直接焊接到盖板上，或者例如通过焊接固定到单独的连接柱上。
366、在其他情况下，杯状外壳部分优选被负电极化，连接柱优选是正连接柱。在这些情况下，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.，可选地与以下特征b.和c.中的至少一个其他特征组合：
367、a. 杯状外壳部分电连接到阳极。
368、b. 杯状外壳部分由铝或铝合金组成。
369、c. 盖板由铝或铝合金组成。
370、紧接在前面的特征a.至c.的组合是特别优选的。
371、在优选实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a和b中的至少一个：
372、a. 在盖板和接触金属片之间有环形间隙，环形间隙中填充有浇注化合物。
373、b. 环形间隙由电绝缘塑料材料制成的o形环形绝缘盘径向向外界定。
374、在进一步的特别优选的实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至c.中的至少一个：
375、a. 接触金属片由铝或铝合金组成。
376、b. 连接柱由铝或铝合金组成。
377、c. 接触金属片、连接柱、和阴极集电器由相同的材料组成。
378、在连接柱是接触金属片的部分的实施例中，接触金属片同时用作来自阳极或阴极集电器的电流的导体和电极。因此，不需要如现有技术中已知的那样单独的电导体，其通常布置在盖子或盖子装配件与接触板之间，如wo 2017/215900 a1中所述。
379、在这个实施例中，接触金属片优选地包括平坦分区和突出部，该平坦分区直接放置在从装配件的一侧突出的集电器之一的自由边缘条上，并通过焊接连接到后者，该突出部指向远离该侧的方向。突出部用作连接柱，并且优选地被引导穿过盖板中的孔。
380、接触金属片具有紧接着的以下特征a.和b.中的至少一个：
381、a. 金属部分的背离第一端子端面的突出部被成形为杯状。
382、b. 包括突出部的接触金属片是一体成型部件。
383、优选地，紧接在前面的特征a.和b.组合实现。
384、具有杯状突出部的接触金属片可以例如，在深冲压工艺中生产，在这种情况下，它优选地一体成型。然而，它也可以通过例如，金属工件的成形或机加工制造步骤或通过3d打印来生产。
385、在本发明的特别优选的实施例中，根据本发明的储能元件具有以下特征a.和b.：
386、a. 杯状外壳部分的外壳底部具有由金属膜封闭的孔形式的、防止内部过压的初级安全装置。
387、b. 杯状外壳部分的外壳底部具有防止内部过压的次级安全装置，其形式为在其内侧或外侧上的至少一个凹槽。
388、当出现超过规定阈值的不允许的超压时，初级安全装置具有实现受控压力均衡的功能。在这种情况下，膜被压力爆裂或吹走，外壳内形成的气体可以通过外壳底部的孔逸出。
389、次级安全装置旨在用于通过初级安全装置进行压力均衡的速度不够快的情况。在这种情况下，由于过压，外壳底部可能会沿着凹槽撕裂，这只不过是外壳底部结构的削弱，从而产生了一个横截面相对较大的出口，外壳内部形成的气体可以通过该出口逸出。
390、这种安全解决方案本身是已知的。通过凹槽和膜的适当设计，可以精确地调节触发安全装置的压力。
391、由于上述安全功能没有像许多传统单体那样集成在盖子中，而是集成在外壳底部，因此可以以极其紧凑的方式构造盖子。也不是绝对有必要预先组装盖子。相反，盖子可以在外壳组装过程中制造。
392、在特别优选的实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至e.中的至少一个：
393、a. 盖板焊接到杯状外壳部分的端子开口中。
394、b. 接触金属片通过焊接连接到阳极集电器的接触金属片或阴极集电器的自由边缘条。
395、c. 不与接触金属片直接接触的自由边缘条直接放置在外壳底部上。
396、d. 不与接触金属片直接接触的自由边缘条通过焊接连接到外壳底部。
397、e. 至少一个凹槽位于外壳底部的内侧。
398、紧接在前的特征a.至d.优选地组合实现，并且紧接在后的特征a.到e.特别优选地组合实现。
399、在本发明的进一步特别优选的实施例中，根据本发明的储能元件具有以下特征a.。
400、a. 金属膜通过焊接固定在杯状外壳部分的底部。
401、杯状外壳部分的底部可以具有平坦的凹陷，膜插入其中，使其不会突出。它最好通过围绕底部中的孔的圆形焊缝连接到底部。
402、膜的厚度可以调节到触发安全装置的压力。
403、在优选实施例中，根据本发明的储能元件具有紧接着的以下特征a.至g.中的至少一个：
404、a. 外壳底部具有至少一个焊道，该焊道在其外侧呈细长的凹陷，在其内侧呈细长的凸起，其中不与接触金属片直接接触的阴极集电器或阳极集电器的边缘条位于内侧。
405、b. 不与接触金属片直接接触的阴极集电器或阳极集电器的边缘条电连接到外壳底部，优选地直接焊接到外壳底部。
406、c. 外壳底部在焊道分区中焊接到阳极集电器的自由边缘条或阴极集电器的自由边缘条。
407、d. 孔位于外壳底部的中心。
408、e. 至少一个焊道包括多个线性焊道，特别是三个焊道，它们围绕孔以星形排列。
409、f. 至少一个焊道包括围绕孔以星形布置的多个线性部分区段。
410、g. 至少一个焊道包括围绕孔延伸的部分区段，该部分区段将星形线性部分区段彼此连接。
411、紧接在前面的特征a.和b.、c.和d.、c.和e.、和f.优选地组合实现。紧接在前面的特征a.至g.特别优选地组合实现。
412、作为焊道分区中的焊接的结果，优选地在那里发现一个或多个焊缝。星形焊道和凹槽的星形线性部分区段最好彼此形成120°的角度。
413、在一些实施例中，已经证明对放置在外壳底部的内侧上的集电器的自由边缘条进行预处理是有利的，以改善外壳底部和集电器之间的接触。特别地，可以将与至少一个焊道相对应的至少一个减压件折叠到边缘中。
414、集电器的边缘也可能已经过定向成型预处理。例如，它可以在规定的方向上弯曲。
415、根据本发明的电池
416、根据本发明的储能元件，特别是基于钠离子技术的储能元件，不仅提供高功率密度，而且充电速度快，在低温下性能良好，并具有优异的循环稳定性。此外，例如，钠的供应量几乎是无限的。
417、由于所有这些原因，根据本发明的储能元件，特别是基于钠离子技术的储能元件，非常适合用于可以替代铅酸电池的起动机电池，例如在机动车辆中。
418、因此，本文所述的发明包括
419、- 包括两个或更多个根据本发明的储能元件，特别是，串联和/或并联连接的、基于钠离子技术的储能元件的任何电池。
420、根据本发明的电池尤其包括多个根据本发明的储能元件，它们彼此连接，使得电池提供12伏或24伏的电压。
421、通常，根据本发明的基于钠离子技术的储能元件提供1.5伏至4.8伏，优选2.4伏至4伏范围内的标称电压。因此，根据本发明的标称电压为12v的电池优选地包括串联连接的、3至5个根据本发明的储能元件。
422、从权利要求书和下面结合附图对本发明优选实例的描述中，本发明的其他特征和优点是显而易见的。各个特征可以单独实现或彼此组合实现。