專利名稱：原電池的電極幾何形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的原電池。本發(fā)明與鋰離子電池一起用于為機(jī)動(dòng)車驅(qū)動(dòng)裝置供電。應(yīng)指出的是，本發(fā)明也可與原電池的化學(xué)特性、結(jié)構(gòu)類型或被供電的驅(qū)動(dòng)裝置的類型無(wú)關(guān)地使用。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)中已知鋰離子電池，其原電池特別由于機(jī)械損壞可能會(huì)對(duì)電池的其他組件或環(huán)境造成損害。例如，化學(xué)物質(zhì)可能從電池中外泄出來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，可靠地構(gòu)造原電池。此任務(wù)通過(guò)帶有權(quán)利要求1的特征的原電池得以解決。此任務(wù)進(jìn)一步通過(guò)帶有并列權(quán)利要求的特征的原電池得以解決。優(yōu)選的和有利的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的對(duì)象。 根據(jù)本發(fā)明的原電池的優(yōu)選應(yīng)用是并列權(quán)利要求的對(duì)象。為解決此任務(wù)，建議了一種原電池，所述原電池包括基本上棱柱形的電極堆疊，所述電極堆疊至少帶有-一個(gè)特別是形成為平面的陽(yáng)極電極，-一個(gè)特別是形成為平面的陰極電極，-和一個(gè)布置在這些電極之間的、特別是形成為平面的隔板。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置為，隔板在其外部輪廓上具有至少一個(gè)關(guān)于此外部輪廓向內(nèi)偏移的凹進(jìn)。在本發(fā)明的意義中，原電池理解為用以存儲(chǔ)化學(xué)能且釋放電能的設(shè)備。為此，根據(jù)本發(fā)明的原電池也具有電極堆疊和電解質(zhì)。原電池也可構(gòu)造為在充電時(shí)接收電能。這也稱為二次電池或蓄電池。在本發(fā)明的意義中，電極堆疊理解為作為原電池的組件也用以存儲(chǔ)化學(xué)能且釋放電能的設(shè)備。在釋放電能前，將所存儲(chǔ)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在充電期間，導(dǎo)入電極堆疊或原電池中的電能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能且被存儲(chǔ)。為此，電極堆疊具有多個(gè)層、至少一個(gè)陽(yáng)極電極、一個(gè)陰極電極和一個(gè)隔板層。層相互疊放或疊置，其中隔板層至少部分地布置在陽(yáng)極層和陰極層之間。優(yōu)選地，這些層的次序在電極堆疊內(nèi)多次重復(fù)。優(yōu)選地，一些電極特別地相互電連接，特別地并聯(lián)連接。優(yōu)選地，將層卷繞為電極線圈。在下文中，概念“電極堆疊”也用于電極線圈。在本發(fā)明的意義中，陽(yáng)極電極或陽(yáng)極理解為在充電時(shí)接收電子和/或也在間隙位置(Zwischengitterplatzen)上嵌入正電荷離子的裝置。陽(yáng)極優(yōu)選構(gòu)成為薄壁，特別優(yōu)選地，陽(yáng)極的厚度小于其最大邊長(zhǎng)的5%。優(yōu)選地，陽(yáng)極是彎曲松弛的。優(yōu)選地，陽(yáng)極具有金屬薄膜或金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的意義中，陰極電極或陰極理解為在放電時(shí)或在釋放電能期間也接收電子和正電荷離子的裝置。陰極優(yōu)選構(gòu)成為薄壁形，特別優(yōu)選地，陰極的厚度小于其最大邊長(zhǎng)的5%。優(yōu)選地，陰極是彎曲松弛的。優(yōu)選地，陰極具有金屬薄膜或金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，陰極的構(gòu)造基本上對(duì)應(yīng)于電極堆疊的陽(yáng)極的構(gòu)造。陰極也用于與陽(yáng)極或與電解質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)
能量變換。在本發(fā)明的意義中，隔板層或隔板也理解為電絕緣裝置，所述隔板層將陽(yáng)極和陰極分開(kāi)且使之保持間距。隔板層或隔板也至少部分地容納著電解質(zhì)，其中電解質(zhì)優(yōu)選含有鋰離子。電解質(zhì)也與電極堆疊的相鄰層具有電化學(xué)有效連接。優(yōu)選地，隔板的構(gòu)造基本上對(duì)應(yīng)于電極堆疊的陽(yáng)極的構(gòu)造。優(yōu)選地，隔板形成為薄壁，特別優(yōu)選地形成為微孔薄膜。優(yōu)選地，隔板層或隔板以添加劑潤(rùn)濕，所述添加劑也提高了隔板層或隔板的可運(yùn)動(dòng)性。特別優(yōu)選地，以離子添加劑潤(rùn)濕。優(yōu)選地，隔板層或隔板至少局部地在至少一個(gè)電極的邊界邊緣上延伸。特別優(yōu)選地，隔板層或隔板在相鄰電極的整個(gè)邊界邊緣上延伸。在本發(fā)明的意義中，凹進(jìn)理解為電極堆疊的層的區(qū)域，所述區(qū)域在其外部輪廓上形成為不完整的或缺失的。優(yōu)選地，此缺失位置位于外部輪廓之內(nèi)，且根據(jù)本發(fā)明觸及外部輪廓或與外部輪廓相交。隔板亦或電極的外部輪廓是其在橫向于且優(yōu)選地垂直于堆疊方向的平面上的概貌。優(yōu)選地，凹進(jìn)的邊界是彎曲形的。優(yōu)選地設(shè)置為，使得多個(gè)陽(yáng)極電極、陰極電極和隔板包含在電極堆疊內(nèi)。在此，可為僅一個(gè)隔板設(shè)置至少一個(gè)凹進(jìn)，或?yàn)槎鄠€(gè)隔板設(shè)置至少一個(gè)凹進(jìn)。優(yōu)選地，所有隔板形成有至少一個(gè)凹進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明的解決方法的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)隔板內(nèi)的凹進(jìn)特別為電極的接觸部分建立了位置。接觸部分因此僅部分地從電極堆疊的外部輪廓中突出。在根據(jù)本發(fā)明的原電池的構(gòu)造中，接觸部分可安裝在電池的被保護(hù)區(qū)域內(nèi)，所述區(qū)域在機(jī)動(dòng)車故障情況下受到損壞影響的可能性更低。尤其通過(guò)將接觸部分布置在原電池或電池的被保護(hù)區(qū)域內(nèi)，在出現(xiàn)損壞的力時(shí)，例如在機(jī)動(dòng)車故障時(shí)，提高了原電池的運(yùn)行安全性。因此，解決了作為本發(fā)明的基礎(chǔ)的任務(wù)。下面描述本發(fā)明的另外的有利實(shí)施方式。有利地，隔板的凹進(jìn)基本上由其電極堆疊的至少一個(gè)電極覆蓋。電極在隔板的凹進(jìn)的區(qū)域內(nèi)突出，且在平面圖中覆蓋或遮擋隔板中的此凹進(jìn)。表達(dá)“基本上”在此意味著， 隔板內(nèi)的凹進(jìn)不必完全被覆蓋。優(yōu)選地，電極是指在電極堆疊內(nèi)與隔板相鄰的電極。為此， 也改進(jìn)了可接近性，用來(lái)導(dǎo)電地接觸覆蓋凹進(jìn)的電極。以此實(shí)現(xiàn)了例如另外的電接觸裝置和/或比現(xiàn)有技術(shù)更大的接觸面積，這改進(jìn)了安全性。優(yōu)選地，電極的接觸部分的區(qū)域不從電極堆疊的外部輪廓中突出。有利地設(shè)置為，隔板具有至少兩個(gè)凹進(jìn)，其中在電極堆疊內(nèi)第一凹進(jìn)基本上由陽(yáng)極電極覆蓋，且第二凹進(jìn)基本上由陰極電極覆蓋。優(yōu)選地，在此指與隔板相鄰的電極。有利地設(shè)置為，電極堆疊包括多個(gè)隔板，所述隔板的凹進(jìn)交替地且優(yōu)選相互地基本上由陽(yáng)極電極和陰極電極覆蓋。在此，覆蓋優(yōu)選地也通過(guò)與隔板相鄰的電極完成。為此， 可進(jìn)一步改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的原電池的安全性。這在下文中結(jié)合附圖更詳細(xì)地解釋。為解決任務(wù)，進(jìn)一步建議了包含電極堆疊的原電池，所述電極堆疊至少帶有-特別是形成為平面的陽(yáng)極電極(陽(yáng)極)，-特別是形成為平面的陰極電極(陰極)，-和布置在電極之間的、特別是形成為平面的隔板。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置為，使得電極和隔板在其外部輪廓上分別具有至少一個(gè)關(guān)于此外部輪廓向內(nèi)偏移的凹進(jìn)，所述凹進(jìn)在電極堆疊內(nèi)基本上重疊地布置或?qū)R。此解決方法的優(yōu)點(diǎn)在于，在電極堆疊內(nèi)重疊的凹進(jìn)提供了結(jié)構(gòu)空間，此結(jié)構(gòu)空間可用來(lái)如在下文詳細(xì)解釋地提高安全性，而在此不必改變?cè)姵氐耐獠拷Y(jié)構(gòu)尺寸。在現(xiàn)有技術(shù)中，提高安全性的措施通常導(dǎo)致構(gòu)造上的外部余量，且因此加重外部結(jié)構(gòu)尺寸的負(fù)擔(dān)。有利地設(shè)置為，使得電極分別具有基本上矩形的外部輪廓或概貌，且分別具有至少一個(gè)凹進(jìn)。優(yōu)選地，電極布置在電極堆疊內(nèi)，使得至少兩個(gè)極性相同的電極的凹進(jìn)基本上相符(decken)，而使得極性不同的電極的凹進(jìn)不相符。優(yōu)選地，至少一個(gè)隔板具有多個(gè)凹進(jìn)，所述凹進(jìn)設(shè)置得在電極堆疊中與電極內(nèi)的凹進(jìn)基本上相符。在本發(fā)明的意義中，“覆蓋” 理解為在電極堆疊內(nèi)至少一個(gè)隔板的第一凹進(jìn)與至少一個(gè)第一電極的凹進(jìn)重合，且基本上被至少一個(gè)極性相反的電極覆蓋。至少一個(gè)隔板的第二凹進(jìn)基本上被至少一個(gè)第一電極覆蓋，且與至少一個(gè)極性相反的電極的凹進(jìn)重合。優(yōu)選地，隔板的兩個(gè)凹進(jìn)特別地形成在矩形外部輪廓的相鄰角上。表達(dá)“基本上”在此意味著與矩形形狀有微小偏差也是可以的。有利地設(shè)置為，使得隔板的至少一個(gè)凹進(jìn)具有凹入的走向(Verlauf)或凹入的輪廓。優(yōu)選地也設(shè)置為，使得電極的至少一個(gè)凹進(jìn)具有凸出的走向或凸出的輪廓。此走向此外在機(jī)械載荷方面也是有利的。特別地設(shè)置為，使得該走向特別在過(guò)渡位置也形成為切線連續(xù)的。有利地設(shè)置為，使得電極的在電極堆疊內(nèi)重疊的凹進(jìn)形成至少一個(gè)通道。優(yōu)選地， 通道內(nèi)布置有至少一個(gè)電極貫穿部分。通道的縱向方向基本上對(duì)應(yīng)于堆疊方向。通過(guò)凹進(jìn)的錯(cuò)開(kāi)布置，也實(shí)現(xiàn)了與堆疊方向傾斜的通道走向。在本發(fā)明的意義中也設(shè)置了電極貫穿部分，用來(lái)將電極相互連接，特別地將多個(gè)極性相同的電極相互連接。優(yōu)選地，電極貫穿部分形成為導(dǎo)電的，特別地以金屬和/或石墨形成。優(yōu)選地設(shè)置為，使得電極貫穿部分的橫截面與通道的橫截面匹配。橫截面分別通過(guò)形狀和面積來(lái)限定。通道的橫截面基本上通過(guò)凹進(jìn)的形狀來(lái)確定。電極貫穿部分的橫截面可特別是橢圓形、圓形或多邊形的。優(yōu)選地設(shè)置為，使得電極貫穿部分不突出于電極或隔板的外部輪廓。優(yōu)選地設(shè)置為，使得橫截面在電極貫穿部分的縱向延伸上是恒定的。通過(guò)凹進(jìn)形成的通道可另外也用于布置電引線和/或電池管理系統(tǒng)(BMQ。優(yōu)選地，電極的至少一個(gè)區(qū)域具有切口，此區(qū)域在電極堆疊內(nèi)基本上覆蓋了至少一個(gè)隔板的凹進(jìn)。優(yōu)選地，此缺口布置在電極堆疊的通道的區(qū)域內(nèi)。優(yōu)選地，至少兩個(gè)極性不同的電極分別具有缺口。優(yōu)選地，缺口的構(gòu)造與電極貫穿部分匹配。優(yōu)選地，電極貫穿部分通過(guò)極性相同的電極的多個(gè)缺口引導(dǎo)。優(yōu)選地，電極貫穿部分在貫穿部分的區(qū)域內(nèi)與電極導(dǎo)電連接。優(yōu)選地，多個(gè)極性相同的電極的缺口相符。有利地，優(yōu)選地使用隔板，它由可透過(guò)物質(zhì)的載體構(gòu)成，優(yōu)選部分地可透過(guò)物質(zhì)， 即基本上對(duì)于至少一種材料可透過(guò)且基本上對(duì)于至少另一種材料不可透過(guò)。載體在至少一側(cè)上涂敷以無(wú)機(jī)材料。作為可透過(guò)物質(zhì)的載體，優(yōu)選地使用有機(jī)材料，所述有機(jī)材料優(yōu)選地構(gòu)造為無(wú)紡布。優(yōu)選為聚合物且特別優(yōu)選為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)的有機(jī)材料涂敷以無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電材料，所述無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電材料優(yōu)選地在-40°C至200°C的溫度范圍內(nèi)是離子導(dǎo)電的。無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電材料優(yōu)選地包括至少一種來(lái)自如下組的化合物帶有元素&、Al、Li 的至少一種的氧化物、磷酸鹽、硫酸鹽、鈦酸鹽、硅酸鹽、鋁硅酸鹽，特別優(yōu)選氧化鋯。優(yōu)選地，無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電材料具有最大直徑低于IOOnm的微粒。這樣的隔板例如由德國(guó)由Evonik股份公司以商品名“S印arion”銷售。有利地設(shè)置為，使得隔板相對(duì)于電極的外部輪廓突出。隔板優(yōu)選以基本上均勻的直至5mm的突出量突出，且特別優(yōu)選以基本上均勻的直至3mm的突出量突出。所給出的突出量范圍在根據(jù)本發(fā)明的原電池的測(cè)試運(yùn)行中被證明是特別有利的。盡管如此，除了僅部分相符的各凹進(jìn)外，電極和隔板還具有基本上全等的幾何形狀或外部輪廓。有利地，根據(jù)本發(fā)明的原電池包含帶有密封區(qū)域的外殼。外殼也用于將電極堆疊以及電解質(zhì)與環(huán)境尤其氣密地分離。優(yōu)選地，此外殼在密封區(qū)域內(nèi)與電極堆疊特別地材料接合地(stoffschlilssig)連接。優(yōu)選地，外殼在密封區(qū)域內(nèi)與兩個(gè)極性不同的電極特別是材料接合地連接。優(yōu)選地，外殼形成為復(fù)合薄膜。優(yōu)選地，復(fù)合薄膜也具有金屬，特別是鋁。 優(yōu)選地，密封區(qū)域至少部分地沿電極和/或隔板的凹進(jìn)延伸。優(yōu)選地，至少一個(gè)電極至少部分地從外殼中延伸出來(lái)。優(yōu)選地，至少兩個(gè)極性不同的電極至少部分地從外殼中延伸出來(lái)。 優(yōu)選地，從外殼中延伸出來(lái)的電極區(qū)域具有缺口。優(yōu)選地，電極貫穿部分通過(guò)此缺口引導(dǎo)， 且與電極在缺口的區(qū)域內(nèi)至少導(dǎo)電連接。優(yōu)選地，至少一個(gè)電極的帶有缺口的區(qū)域從外殼中延伸出來(lái)。優(yōu)選地，外殼在電極內(nèi)的缺口區(qū)域內(nèi)被打孔，且圍繞著此孔與電極特別是材料接合地連接。有利地，密封區(qū)域的設(shè)計(jì)考慮到在原電池運(yùn)行期間出現(xiàn)的應(yīng)力。密封區(qū)域的應(yīng)力特別地也理解為由于溫度、壓力、作用在外殼上的力、來(lái)自環(huán)境的載荷、大氣或化學(xué)物質(zhì)所導(dǎo)致的載荷。在運(yùn)行期間，特別地可能出現(xiàn)密封區(qū)域的剪應(yīng)力和/或切應(yīng)力，這通過(guò)密封區(qū)域的合適的構(gòu)造來(lái)應(yīng)對(duì)。優(yōu)選地，密封區(qū)域形成為局部擴(kuò)寬，特別地在剪切應(yīng)力增大的區(qū)域內(nèi)擴(kuò)寬。密封區(qū)域優(yōu)選在電極堆疊的或電極的范圍內(nèi)構(gòu)造得更寬。優(yōu)選地，密封區(qū)域的弓形走向構(gòu)造得尤其寬。優(yōu)選地，外殼在密封區(qū)域內(nèi)局部地形成有更大的壁厚。因此，改進(jìn)了原電池的持久密閉。有利地，電池具有至少兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的原電池。優(yōu)選地，電極和/或隔板的在電極堆疊內(nèi)重疊的凹進(jìn)形成至少一個(gè)通道，在所述通道內(nèi)布置了至少一個(gè)電極貫穿部分。優(yōu)選地，帶有缺口的區(qū)域從至少一個(gè)原電池的至少兩個(gè)極性不同的電極延伸出其外殼。優(yōu)選地，隔板的兩個(gè)凹進(jìn)基本上由至少兩個(gè)極性不同的電極覆蓋，特別地基本上由極性不同的兩個(gè)電極的分別帶有至少一個(gè)缺口的區(qū)域覆蓋。優(yōu)選地，電極貫穿部分通過(guò)不同的原電池的電極的缺口引導(dǎo)，且與此電極至少導(dǎo)電連接。優(yōu)選地，電極貫穿部分具有至少兩個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，其中此至少兩個(gè)區(qū)域相互電絕緣。優(yōu)選地，至少兩個(gè)原電池通過(guò)電極貫穿部分特別地串聯(lián)連接。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的原電池安裝在帶有電驅(qū)動(dòng)或混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車上。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的原電池用于為機(jī)動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)供電。


本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)、特征和使用可能性從如下結(jié)合附圖的示例描述中得到。相同或作用相同的部件在此設(shè)有相同的附圖標(biāo)號(hào)。各圖中圖1在透視圖示中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的原電池的示意性堆疊結(jié)構(gòu)；圖2在透視圖示中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電極和隔板的布置；圖3在平面圖中示出了根據(jù)圖2的實(shí)施例的隔板和相鄰的電極；
圖4在透視圖示中示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電極和隔板的布置；圖5在平面圖中示出了根據(jù)圖4的實(shí)施例的電極；圖6在平面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的電極的替代實(shí)施方式；圖7在平面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的電極的其它實(shí)施方式；圖8在示意性截面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有外殼和電極貫穿部分的原電池；圖9在示意性截面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有外殼的其它原電池；圖10在平面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有外殼的原電池的密封區(qū)域的構(gòu)造；圖11在平面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有合適電極的原電池的其它實(shí)施方式；圖12在平面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有合適電極的原電池的其它實(shí)施方式；圖13在透視圖中示出了兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的原電池的電極堆疊；圖14示出了串聯(lián)的四個(gè)根據(jù)本發(fā)明的原電池。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的原電池1的結(jié)構(gòu)。此原電池1包括多個(gè)陽(yáng)極電極2、陰極電極3和隔板4，所述隔板4形成平面的矩形堆疊片，且交替布置或疊置以形成電極堆疊 5。堆疊方向通過(guò)箭頭D給出。從現(xiàn)有技術(shù)中已知用于堆疊片的不同布置次序。電極2和3設(shè)置有接觸元件21 和31，所述接觸元件形成為接觸旗片且從電極堆疊5中突出。未示出的電極貫穿部分或?qū)w將多個(gè)相同電極2或3的接觸元件21和31相互連接。此電極貫穿部分用于導(dǎo)入充電電流和/或?qū)С鍪褂秒娏?。用于電極堆疊5的外殼未圖示。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電極2和3以及隔板4的布置。隔板4分別具有兩個(gè)凹進(jìn)4 和42b，所述凹進(jìn)根據(jù)圖示在上部區(qū)域內(nèi)在右側(cè)和左側(cè)以斜角形成。陽(yáng)極電極2在上部區(qū)域中在右側(cè)分別具有凹進(jìn)22。陰極電極3在上部區(qū)域中在左側(cè)分別具有凹進(jìn)32。電極堆疊5內(nèi)的電極2和3以不具有凹進(jìn)的各個(gè)上部角部分別覆蓋著相鄰隔板4 的凹進(jìn)4 或42b。因此得到了堆疊5的結(jié)構(gòu)，其中隔板4的右側(cè)和左側(cè)凹進(jìn)4 和42b交替地且相互地由陽(yáng)極電極2和陰極電極3覆蓋。通過(guò)此結(jié)構(gòu)，雖然存在凹進(jìn)22、32、4加和 42b，但避免了極性相反的電極2和3電短路的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，凹進(jìn)22、32、4加和42b實(shí)現(xiàn)了電極2和3的更好的電接觸，這通過(guò)使用例如至此尚未使用的電接觸裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，和/ 或通過(guò)實(shí)現(xiàn)了比現(xiàn)有技術(shù)更大的接觸面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3在平面圖中示出了在圖2的實(shí)施例中所使用的隔板4和所使用的電極2和3， 即以逆著堆疊方向D的觀察方向進(jìn)行觀察。隔板4構(gòu)造得比電極2和3大數(shù)個(gè)毫米，且在電極堆疊5中因此突出超過(guò)電極2和3的外部輪廓，如上文所解釋。隔板4具有兩個(gè)凹進(jìn) 4 和42b。此凹進(jìn)4 和4 相對(duì)于中心線M基本上鏡像對(duì)稱地形成。陽(yáng)極電極2具有凹進(jìn)22，且陰極電極3具有凹進(jìn)32。凹進(jìn)22、32、4加和42b以斜角形成，且分別具有凹入的輪廓。但凹進(jìn)22、32、4加和42b也可具有另外的形式或輪廓，如在下文中結(jié)合第二實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)解釋。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電極2和3以及隔板4的布置。隔板4和電極2和3分別具有兩個(gè)凹進(jìn)42a、42b、22a、22b、32a、32b，所述凹進(jìn)在兩個(gè)相鄰的上部角部斜靠地形成為帶有凹入的走向。隔板4具有與電極2和3基本上相同的幾何形狀，但在此
8也相對(duì)于電極2和3的外部輪廓突出，優(yōu)選地帶有相同的突出量，如上文所描述。在電極堆疊5中，電極2和3的凹進(jìn)22a、22b和32a、32b以及隔板4的凹進(jìn)42a、 42b形成了兩個(gè)通道，在所述通道中分別布置了電極貫穿部分7a和7b，以用于接觸電極2 和3。電極貫穿部分7a和7b在此分別僅與相關(guān)的電極2或3接觸，這例如可通過(guò)凹進(jìn)22a、 22b,32a和32b的形狀和/或尺寸變化和/或其他接觸裝置實(shí)現(xiàn)。接觸未詳細(xì)圖示。在圖4中示出的布置具有許多優(yōu)點(diǎn)由于電極貫穿部分7a和7b布置在通過(guò)凹進(jìn) 22a、22b、32a、32b、4^i和42b形成的通道內(nèi)，所以電極2和3的從電極堆疊5突出的接觸元件21和31 (如在圖1中圖示)被取消。原電池1可因此在其外部尺寸上構(gòu)造為更緊湊。 電極貫穿部分7a和7b設(shè)置得不突出電極2和3以及隔板4的矩形外部輪廓，這同時(shí)有助于實(shí)現(xiàn)緊湊的結(jié)構(gòu)形式?？紤]到其外部尺寸，因此實(shí)質(zhì)上提高了原電池1的能量密度。此外，外殼在凹進(jìn)22a、22b、32a、32b、4^i和42b的區(qū)域內(nèi)可構(gòu)造為實(shí)心的，因此構(gòu)造為更穩(wěn)健，這明顯提高了局部的機(jī)械強(qiáng)度且因此明顯提高了安全性，而不會(huì)增加緊湊結(jié)構(gòu)形式的負(fù)擔(dān)。這在下文中結(jié)合圖8和圖9還將詳細(xì)解釋。圖5在平面圖中示出了來(lái)自圖4的實(shí)施例的電極，即以逆著堆疊方向D的觀察方向。此電極是陽(yáng)極電極2或陰極電極3。電極2或3具有兩個(gè)凹進(jìn)2 和22b (或3 和 32b)，它們?cè)谙噜彽慕遣啃纬蔀閹в邪既胱呦虻男苯?。凹進(jìn)2 和22b基本上相對(duì)于電極2 或3的中心線M鏡像對(duì)稱地形成，但其中凹進(jìn)2 和22b不強(qiáng)制必須相同。隔板4具有基本上相同的幾何形狀，而不考慮其突出量。在附圖中未圖示的是，電極2優(yōu)選地僅具有凹進(jìn) 22a或22b，這基本上覆蓋了在電極堆疊內(nèi)相鄰的隔板的凹進(jìn)。圖6示出了電極2或3的不同的實(shí)施方式。凹進(jìn)22a和22b具有凸出的走向。所屬的隔板5優(yōu)選地以相同的方式構(gòu)造。電極貫穿部分7a和7b的橫截面也優(yōu)選地與此凹進(jìn) 22a和22b匹配。在附圖中未圖示的是，電極2優(yōu)選地僅具有凹進(jìn)2 或22b，所述凹進(jìn)2 或22b基本上覆蓋了電極堆疊內(nèi)的相鄰的隔板的凹進(jìn)。圖7示出了電極2或3的另外的實(shí)施方式。凹進(jìn)2 和22b在此構(gòu)造得基本上達(dá)到直至電極2的中心線M，以此電極2在其上部外部輪廓形成為弓形。所屬的隔板5優(yōu)選地以相同的方式構(gòu)造。這樣的設(shè)計(jì)在考慮到外殼內(nèi)其處的機(jī)械材料負(fù)擔(dān)時(shí)是特別有利的，如在下文中進(jìn)一步解釋。在附圖中未圖示的是，電極2優(yōu)選地僅具有凹進(jìn)2 或22b，所述凹進(jìn)2 或22b基本上覆蓋了電極堆疊內(nèi)相鄰的隔板的凹進(jìn)。如在圖5、圖6和圖7中所示，電極2或3的上部角部上的凹進(jìn)2 和22b或者3 和32b的設(shè)計(jì)是優(yōu)選的。同樣的情況適用于隔板4。表述“上部”指優(yōu)選豎直的安裝位置。 與之不同的是，凹進(jìn)2 和22b或者3 和32b也可形成在下部角部上。對(duì)角布置也是可以的。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于凹進(jìn)的構(gòu)造和布置可能性也總是取決于空間可能性。此外，也可設(shè)置僅一個(gè)凹進(jìn)或可設(shè)置超過(guò)兩個(gè)凹進(jìn)。也可以具有不同的外部輪廓，例如圓形、三角形或圓桶形，來(lái)替代電極2和3的矩形外部輪廓，這也適用于隔板4。圖8在示意性截面視圖中示意性地示出了原電池1的外殼。外殼8包圍了堆疊的電極2和3以及突出的隔板4，且在此也導(dǎo)致原電池1的機(jī)械結(jié)合。外殼8可與電極2和3 以及隔板4在外部輪廓的區(qū)域內(nèi)形成形配合(formschlilssige)和/或材料接合的連接，這通過(guò)虛線區(qū)域81示意性地示出。這提高了原電池1的機(jī)械強(qiáng)度。在圖示的凹進(jìn)2 和22b的區(qū)域內(nèi)，外殼8構(gòu)造得為原電池1賦予了希望的矩形外部輪廓，以此在凹進(jìn)2 和22b的區(qū)域內(nèi)給出了由外殼材料構(gòu)成的材料堆積8 和82b， 即增加的壁厚。材料堆積8 和82b提高了原電池1的局部機(jī)械強(qiáng)度，而不增加外部結(jié)構(gòu)尺寸的負(fù)擔(dān)。在外殼8的材料堆積8 和82b中整合了電極貫穿部分7a和7b，其中此電極貫穿部分7a和7b牢固地固定且很好地電絕緣。但電極貫穿部分7a和7b不必布置在此區(qū)域內(nèi)，而是例如也可在側(cè)面延伸。圖9示出了由外殼材料9制成的原電池10的外殼9。如前所述，原電池10由陽(yáng)極電極(陽(yáng)極)2、陰極電極(陰極)3和布置在這些電極之間的隔板4形成。此單元的外殼用于機(jī)械保護(hù)原電池10，且應(yīng)阻止電解質(zhì)的流出和/或排氣。優(yōu)選地，外殼9由密封薄膜形成，特別地由復(fù)合薄膜形成。外殼9可與電極2和3以及隔板4在外部輪廓的區(qū)域內(nèi)過(guò)渡為形配合和/或材料接合的連接，這通過(guò)虛線區(qū)域91示意性地示出。這提高了原電池10的機(jī)械強(qiáng)度。在圖示的凹進(jìn)2 和22b的區(qū)域內(nèi)，外殼9具有材料堆積9 和92b。此材料堆積9 和92b提高了外殼9的局部機(jī)械強(qiáng)度，且也改進(jìn)了此關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)的密封。此外，在此凹進(jìn)2 和22b的區(qū)域內(nèi)，可能的密封線可形成得更寬。如在圖9中圖示，接觸元件或接觸旗片21和31可構(gòu)造得穿過(guò)外殼9。內(nèi)部接觸未詳細(xì)圖示。在帶有矩形堆疊片的原電池中，特別地，外殼9的角部區(qū)域受到很高的機(jī)械載荷， 因?yàn)樵诖颂幵谕鈿げ牧匣蚍庋b材料中出現(xiàn)了由載荷決定的剪切應(yīng)力峰值，所述剪切應(yīng)力峰值例如由原電池1的扭轉(zhuǎn)載荷導(dǎo)致。通過(guò)在凹進(jìn)22a、22b、32a、32b、4^i和42b區(qū)域內(nèi)的封裝或外殼材料的材料堆積，明顯地局部提高了此區(qū)域內(nèi)的機(jī)械強(qiáng)度。因此，優(yōu)選地設(shè)置為， 使得可能的凹進(jìn)在空間上布置在此機(jī)械高載荷區(qū)域的附近。此外，凹進(jìn)的無(wú)邊棱(例如凹入的)走向有利于此區(qū)域內(nèi)的和諧力流。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有外殼8、9的原電池1、10的密封區(qū)域99的兩種構(gòu)造。圖IOa示出了電極2、3的角部區(qū)域內(nèi)的外殼8、9如何優(yōu)選地圓滑地延伸。因此，電極 2、3的外殼8、9的縮窄(Abschaelen)特別地在電極2、3的角部附近減小。在此，密封區(qū)域 99具有均勻的寬度。圖IOb示出了，密封區(qū)域99的寬度如何在電極2、3的角部附近優(yōu)選地特別地與剪切應(yīng)力走向匹配。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有匹配電極2、3的原電池的其它實(shí)施方式。電極堆疊被外殼8包圍。密封區(qū)域99與界定外殼8邊緣的圓滑走向匹配，其中外殼8在密封區(qū)域 99中與隔板匹配。在角部區(qū)域內(nèi)，電極2、3分別設(shè)置有圓滑的接觸旗片21、31。接觸旗片 21、31優(yōu)選地在原電池或電池的區(qū)域內(nèi)延伸，所述原電池或電池受到機(jī)械損壞的風(fēng)險(xiǎn)程度更低。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有匹配電極2、3的原電池的其它實(shí)施方式。在角部區(qū)域內(nèi)，電極2、3分別設(shè)置有接觸元件21、31。接觸元件21、31在此不從以虛線圖示的假想的矩形外部輪廓中延伸出來(lái)。因此，除特別保護(hù)了接觸元件21、31的布置，也節(jié)約了結(jié)構(gòu)空間。圖13示出了兩個(gè)原電池1、10的電極堆疊。原電池1、10的外殼未圖示。電極堆疊基本上相同地組裝。基本上形成為矩形的隔板4具有布置在上部角部上的第一凹進(jìn)4 和第二凹進(jìn)42b?；旧闲纬蔀榫匦蔚碾姌O2、2a、3a分別具有布置在角部上的凹進(jìn)。電極的另一角部具有缺口，所述缺口與電極貫穿部分的基本呈圓形的橫截面匹配。第一極性的電極基本上覆蓋了電極堆疊內(nèi)相鄰的隔板的第一凹進(jìn)42a。第二極性的電極基本上覆蓋了電極堆疊內(nèi)相鄰的隔板的第二凹進(jìn)42b。電極的覆蓋了隔板凹進(jìn)的區(qū)域具有缺口，電極貫穿部分7a、7b通過(guò)所述缺口延伸。在附圖中，原電池1、10并聯(lián)連接。
圖14示出了四個(gè)原電池的并聯(lián)。在此，每第二個(gè)原電池側(cè)向反轉(zhuǎn)地布置。電極貫穿部分被弓I導(dǎo)通過(guò)電極內(nèi)的缺口。電極貫穿部分優(yōu)選地具有至少兩個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，所述導(dǎo)電區(qū)域相互電絕緣。
權(quán)利要求
1.一種包括基本為棱柱形的電極堆疊(5)的原電池(1、10)，其至少帶有一個(gè)特別是形成為平面的陽(yáng)極電極0)，一個(gè)特別是形成為平面的陰極電極(3)，和一個(gè)布置在這些電極(2、；3)之間的、特別是形成為平面的隔板G)，其特征在于，所述隔板(4)在其外部輪廓上具有至少一個(gè)關(guān)于此外部輪廓向內(nèi)偏移的凹進(jìn)(42a、42b)。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的原電池(1、10)，其特征在于，在電極堆疊(5) 內(nèi)至少一個(gè)電極(2、；3)基本上覆蓋此凹進(jìn)Gh、42b)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的原電池(1、10)，其特征在于，所述隔板(4)具有至少兩個(gè)凹進(jìn)Gh、42b)，在電極堆疊(5)內(nèi)第一個(gè)凹進(jìn)基本上由陽(yáng)極電極( 覆蓋，且第二個(gè)凹進(jìn)基本上由陰極電極C3)覆蓋。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的原電池(1、10)，其特征在于，所述電極堆疊 (5)包括多個(gè)隔板G)，所述隔板的凹進(jìn)(42a、42b)交替地且優(yōu)選相互地基本上由陽(yáng)極電極 ⑵和陰極電極⑶覆蓋。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)、尤其根據(jù)權(quán)利要求1所述的原電池(1、10)，包括基本為棱柱形的電極堆疊(5)，其至少帶有一個(gè)特別是形成為平面的陽(yáng)極電極0)，一個(gè)特別是形成為平面的陰極電極(3)，和一個(gè)布置在這些電極(2、；3)之間的、形成為平面的隔板G)，其特征在于，所述電極(2、；3)和所述隔板(4)在其外部輪廓上分別具有至少一個(gè)關(guān)于其外部輪廓向內(nèi)偏移的凹進(jìn)02、22￡1、2215、32、3加、3沘、4加、4沘)，所述凹進(jìn)在電極堆疊 (5)內(nèi)基本上疊放地布置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的原電池(1、10)，其特征在于，所述電極(2、3) 和所述隔板(4)分別具有基本上矩形的外部輪廓，至少一個(gè)凹進(jìn)02、22^32、3加、4加)以斜角形成，且優(yōu)選兩個(gè)凹進(jìn)02、22a、22b、32、3^i、32b、4^i、42b)以斜角形成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的原電池(1、10)，其特征在于，至少一個(gè)凹進(jìn) (22,22a,22b,32,32a,32b,42a,42b)具有特別是凹入或凸出走向的弓形邊界。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中至少一項(xiàng)所述的原電池(1、10)，其特征在于，在電極堆疊(5) 內(nèi)疊放的凹進(jìn)(22、2h、22b、32、32a、32b、42a、42b)形成至少一個(gè)通道，在所述通道內(nèi)布置了至少一個(gè)電極貫穿部分(7a、7b)，其中電極貫穿部分(7a、7b)的橫截面特別地與通道的橫截面匹配。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的原電池(1、10)，其特征在于，所述原電池(1、10)具有至少一個(gè)隔板G)，所述隔板(4)優(yōu)選地由可透過(guò)物質(zhì)的載體構(gòu)成，優(yōu)選部分地可透過(guò)物質(zhì)，即基本上對(duì)于至少一種材料可透過(guò)，且基本上對(duì)于至少另一種材料不可透過(guò)，其中所述載體在至少一側(cè)上涂敷以無(wú)機(jī)材料，其中作為可透過(guò)物質(zhì)的載體優(yōu)選地使用有機(jī)材料，所述有機(jī)材料優(yōu)選地構(gòu)造為無(wú)紡布，其中所述有機(jī)材料優(yōu)選地具有聚合物且特別優(yōu)選地具有聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)，其中所述有機(jī)材料涂敷以無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電材料，所述無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電材料優(yōu)選在-40°C至200°C的溫度范圍內(nèi)是離子導(dǎo)電的，其中所述無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電材料優(yōu)選為至少一種來(lái)自如下組的化合物元素Zr、Al、Li的至少一種的氧化物、磷酸鹽、硫酸鹽、鈦酸鹽、硅酸鹽、鋁硅酸鹽，特別是氧化鋯，且其中無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電材料優(yōu)選地具有最大直徑低于IOOnm的微粒。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的原電池(1、10)，其特征在于，所述隔板(4)相對(duì)于電極0、3)的外部輪廓突出，優(yōu)選地以均勻的直至5mm的突出量突出，且特別優(yōu)選地以均勻的直至3mm的突出量突出。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的原電池(1、10)，其特征在于，所述原電池(1、 10)具有帶有密封區(qū)域(99)的外殼(8、9)，且所述密封區(qū)域(99)與電極堆疊( 連接，特別地與其外部電極(2、；3)特別是材料接合地連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的原電池(1、10)，其特征在于，在考慮到所述原電池(1、10) 運(yùn)行期間出現(xiàn)的至少一個(gè)載荷的情況下，構(gòu)造該密封區(qū)域(99)。
13.帶有至少兩個(gè)根據(jù)權(quán)利要求8至12中至少一項(xiàng)所述的原電池(1、10)的電池，其特征在于，電極貫穿部分(7a、7b)與至少兩個(gè)原電池(1、10)導(dǎo)電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括電極堆疊(5)的原電池(1、10)，其至少帶有一個(gè)特別是形成為平面的陽(yáng)極電極(2)，一個(gè)特別是形成為平面的陰極電極(3)，和一個(gè)布置在電極(2、3)之間的、特別是形成為平面的隔板(4)。本發(fā)明設(shè)置為，使得隔板(4)在其外部輪廓上具有至少一個(gè)關(guān)于此外部輪廓向內(nèi)偏移的凹進(jìn)(42a、42b)。
文檔編號(hào)H01M2/26GK102388479SQ201080015690
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者克里斯丁·容克, 蒂姆·舍費(fèi)爾 申請(qǐng)人:鋰電池科技有限公司