專利名稱：用于原電池的電極堆疊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于原電池的電極堆疊，其中電極堆疊的層分別構(gòu)成為板狀的元件。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)中已知原電池，它的實際充電容量在制成之后就已經(jīng)低于計算的充電容量。此外，還已知在工作過程中其充電容量下降的原電池。從DE 199 43 961A1已知一種上述類型的平板電池單元，其中隔板的面積大于陰極和陽極。已知的平板電池單元具有殼體部件，陰極或陽極安放在此殼體部件中。這些殼體部件通過封閉材料彼此相連，以完成電池的制造。CH 69 47 15A5涉及一種鋰-平板電池單元，其中陰極、陽極和隔板具有不同的長度，其中隔板構(gòu)成為最長的部件。容納陰極和陽極的殼體部分通過隔板的延長部以及相應(yīng)的絕緣材料彼此相連，其中形成封閉的殼體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種用于原電池的電極堆疊，即使在電極堆疊或所屬原電池的工作過程中也能在很大程度上保持其計算的充電容量。按本發(fā)明，此目的通過獨立權(quán)利要求的教導得以實現(xiàn)。權(quán)利要求8描述了一種制造電極堆疊的方法以實現(xiàn)此目的。權(quán)利要求14描述了一種方法，用來制造具有按本發(fā)明的電極堆疊的原電池。按本發(fā)明的電極堆疊具有至少一個陰極、陽極和帶電解質(zhì)的隔板。陰極、陽極和隔板分別構(gòu)成為平板狀。隔板的表面至少與陰極和/或陽極的表面一樣大。電極堆疊的平板狀元件通過固定器件至少部分地彼此相連。在本發(fā)明的意義中，原電池是指一種用來存儲化學能和放出電能的裝置。為此，按本發(fā)明的原電池至少具有一個電極堆疊。原電池還可設(shè)計得在充電時接收電能。那么，還稱之為二次電池或蓄電池。在本發(fā)明的意義中，電極堆疊是一種這樣的裝置，即它作為原電池的組件還用來存儲化學能和放出電能。為此，電極堆疊具有多個板狀的元件，即至少兩個電極(陰極和陽極)以及隔板，此隔板至少部分地容納著電解質(zhì)。至少一個陽極、一個隔板和一個陰極優(yōu)選相疊地放置或疊置在一起，其中隔板至少部分地設(shè)置在陽極和陰極之間。陽極、隔板和陰極的這種順序可在電極堆疊內(nèi)任意地多次重復。板狀的元件優(yōu)選纏繞成電極線圈。概念“電極堆疊”在下面也可用作電極線圈。在放出電能之前，存儲的化學能轉(zhuǎn)換成電能。在充電過程中，傳輸?shù)诫姌O堆疊或原電池中的電能轉(zhuǎn)換并存儲成化學能。電極堆疊優(yōu)選具有多個電極對和隔板。尤其優(yōu)選的是，幾個電極尤其導電地彼此相連。在本發(fā)明的意義中，陽極是指一種這樣的裝置，即它在充電過程中把正電荷離子存儲在空隙位置(Zwischengitterplatzen )。陽極優(yōu)選構(gòu)成為薄壁的，尤其優(yōu)選構(gòu)成為金
屬箔。陽極優(yōu)選構(gòu)成為基本長方形的。在本發(fā)明的意義中，陰極是指一種這樣的裝置，即它在放電過程或放出電能的過程中也接收電子和正電荷離子。陰極優(yōu)選構(gòu)成為薄壁的，尤其優(yōu)選構(gòu)成為金屬箔。陰極的外形優(yōu)選基本相當于電極堆疊的陽極的外形。陰極還設(shè)置為用來與陽極或電解質(zhì)進行電化學的相互作用。在本發(fā)明的意義中，隔板是指一種這樣的裝置，即它將陽極與陰極分開并間隔開來。此隔板也至少部分地容納電解質(zhì)。隔板優(yōu)選構(gòu)成為薄壁的，尤其優(yōu)選構(gòu)成為聚合體薄膜。優(yōu)選地，隔板的外形基本相當于電極堆疊的陽極的外形。隔板優(yōu)選由非導電纖維形成的無紡布構(gòu)成，其中無紡布在至少一側(cè)上涂有無機材料。EP 1017 476B1描述了這種隔板及其制造方法。具有上述特征的隔板目前可由德國的Evonik AG公司以品名“kparion”獲得。在本發(fā)明的意義中，固定器件是指一種這樣的裝置，即它將電極堆疊的至少兩個板狀元件尤其以力配合(kraftschlilssig)和/或材料接合(stoffschlilssig)相互連接起來。固定器件的作用還有，禁止電極堆疊的兩個板狀元件之間的相對運動，尤其禁止至少一個板狀元件的不期望的位移。優(yōu)選的是，電極堆疊的多于兩個的板狀元件分別相互連接。尤其優(yōu)選的是，電極堆疊的所有板狀元件都連接起來。優(yōu)選地，粘貼劑、粘貼帶、釬焊連接或焊接連接也可作為固定器件來使用。在工作時，振動或加速的后果是，導致電極堆疊的至少一個板狀元件出現(xiàn)不期望的位移。在把電極堆疊裝入殼體或外殼中時，至少一個板狀元件也可能已經(jīng)出現(xiàn)了不期望的位移。如果電極不位于電極堆疊內(nèi)部為它預(yù)定的位置上，則會減少與電極堆疊的其它板狀元件的化學相互作用，尤其是減少能量的轉(zhuǎn)換或存儲。因此，會減少電極堆疊的實際充電容量。借助電極堆疊的板狀元件的連接或固定，可減少單個板狀元件的不期望位移。電極堆疊的化學活性區(qū)用來轉(zhuǎn)換或存儲能量。具有最小表面的板狀元件的化學活性區(qū)完全位于電極堆疊內(nèi)部。因此，可實現(xiàn)本目的。下面描述了本發(fā)明的優(yōu)選的改進方案。有利的是，隔板的長度和/或?qū)挾却笥陔姌O(即陽極和/或陰極)的相應(yīng)長度和/ 或?qū)挾取Ｈ绻鍫畹脑鸭虔B置到電極堆疊，則隔板部分地并局部地在電極上突出來。板狀元件優(yōu)選這樣來確定尺寸和堆集，即隔板在電極的每個邊界邊棱或邊緣上突出來。因此，還可以有利地減少可能沿著電極邊緣的能量損失。有利的是，陽極和陰極具有不同大小的表面。出于經(jīng)濟方面的考慮，電極可能是全等的。但這要求電極堆疊的精確堆集或堆疊。即使電極的輕微移動或電極的邊緣設(shè)置得不平行，都可能導致用來轉(zhuǎn)換/存儲能量的電極區(qū)域不能使用。電極堆疊的實際充電容量可能會減少。但如果電極構(gòu)造得更大，電極只是有限制地從預(yù)定位置上偏離出來，則不會導致較小電極位于較大電極的非化學活性區(qū)的對面。有利的是，根據(jù)權(quán)利要求的尺寸在一定程度上可容忍電極堆疊的不精確堆集。有利的是，隔板至少部分地在電極上突出來，尤其在較大的電極上突出來。隔板優(yōu)選在電極上突出0.01至10mm，尤其優(yōu)選突出1至3mm，尤其在較大的電極上突出來。有利的是，還可減少沿著電極邊緣的可能的能量損失。有利的是，陽極和陰極分別具有至少一個導體帶(Leiterfahne)，它具有導電的材料。導體帶也用來接觸電極。導體帶優(yōu)選與電極導電地相連。導體帶優(yōu)選一體地成型在電極上。優(yōu)選陽極的導體帶與陰極的導體帶是全等的。電極堆疊的電極優(yōu)選這樣設(shè)置，使得至少兩個導體帶的邊緣或邊界邊棱是平行延伸的。優(yōu)選的是，兩個電極的各至少一個導體帶彼此導電地連接起來，尤其借助釬焊或焊接。優(yōu)選的是，兩個電極的各至少一個導體帶與所謂的“電源引線(Stromableiter) ”導電地相連，尤其借助焊接連接。如果電極堆疊具有多個陽極和陰極，則優(yōu)選借助不同電極的多個導體帶的至少一個導電連接，來進行導電連接(Verschaltimg)，如串聯(lián)和/或并聯(lián)。有利的是，電極堆疊的板狀元件的連接構(gòu)成為粘貼連接。粘貼劑尤其作為至少一個粘貼條而存在。在此，既在制造過程中，也在隨后的工作過程中，至少一個粘貼條都固定著板狀元件。對于粘貼條來說，粘貼劑設(shè)置在載體上，其中載體尤其持久地粘貼在相關(guān)的板狀元件上，并且還傳遞力。此載體優(yōu)選具有PET或聚酰胺，并且相對于電解質(zhì)是穩(wěn)定的。丙烯酸酯粘貼劑或硅樹脂粘貼劑優(yōu)選作為粘貼劑來使用。優(yōu)選的是，至少一個粘貼條設(shè)置在一個或多個板狀元件的至少一個外邊緣上。優(yōu)選的是，至少一個粘貼條至少部分地圍繞電極堆疊或圍繞所有的電極堆疊進行延伸。至少一個粘貼條優(yōu)選設(shè)置在電極堆疊的至少一個角落上。優(yōu)選地，至少一個粘貼條是框架的組成部分，此框架也包圍著板狀元件并且穩(wěn)定電極堆疊。有利的是，除了框架，也不必制造和設(shè)置粘貼條。優(yōu)選的是，粘貼劑作為至少一個粘貼劑點設(shè)置在板狀元件之間，尤其設(shè)置在板狀元件的角上。粘貼劑點簡單地設(shè)置在明確界定的位置上，并且還提供電極堆疊的元件按規(guī)定的固定。優(yōu)選的是，板狀元件尤其在電極堆疊的角落上借由多個粘貼劑點相連。優(yōu)選的是，至少一個粘貼道(Kleberaupe)設(shè)置在板狀元件之間，或沿著板狀元件的至少一個邊緣進行設(shè)置。尤其優(yōu)選的是，多個板狀元件沿著它們的邊界邊棱借由多個粘貼道相連。這種粘貼道不僅能穩(wěn)定電極堆疊的單個板狀元件彼此的布局，而且還作為附加的絕緣體有利地減少了電極的邊界邊棱上的能量損失。有利的是，原電池具有上述類型的電極堆疊、電極堆疊的外殼或封裝以及到電極的電端子或電源引線。該外殼還把電極堆疊與周圍環(huán)境分隔開來，并阻止電解質(zhì)的外泄。通過相互固定電極堆疊的板狀元件，這樣的電極堆疊尤其適合原電池的批量生產(chǎn)。有利的是， 在原電池隨后的工作過程中，電極堆疊的板狀元件還可繼續(xù)保持相互固定的位置。根據(jù)本發(fā)明，按下面描述的方法制造電極堆疊。電極堆疊具有至少一個陰極、一個陽極和一個隔板，它們分別構(gòu)成為板狀元件。這些板狀元件是這樣切割的，即隔板在切割之后具有比陰極和/或陽極更大的表面。切割的板狀元件重疊地放置或疊置。電極堆疊的板狀元件在堆疊之后彼此或互相相連。
通過以這樣的方式和方法切割電極堆疊的板狀元件，并且隨后將這些板狀元件堆疊起來，并在堆疊之后進行固定，提供了一種簡單且可靠的方法，此方法通過簡單方法的有利方式既能確保最佳地充分利用計算的充電容量，還可以確保電極堆疊在工作過程中的持久性。電極堆疊有利地這樣制造，即它的板狀元件在堆疊過程中借助至少一個定位輔助器件進行定位，尤其借助至少一個模子或框架。定位輔助器件的作用是，使隔板這樣設(shè)置在陽極和陰極之間，從而隔板四周在接觸的電極的邊緣上延伸。如果陽極和陰極具有不同大小的表面，則定位輔助器件還用來把較小電極設(shè)置在較大電極的邊緣內(nèi)部。優(yōu)選的是，定位輔助器件具有至少一個擋塊，分別用于板狀元件的至少一個邊界邊棱。定位輔助器件優(yōu)選處于這樣的狀態(tài)，即它作為生產(chǎn)設(shè)備的一部分完成板狀元件的自動定位。有利的是，其電極分別具有至少一個導體帶的電極堆疊是這樣制造的，即陰極和/ 或陽極的分別至少一個導體帶用于它們的定位。在此，導體帶的邊界邊棱尤其是平行地定向。優(yōu)選的是，在制造電極堆疊時，尤其在堆疊板狀元件時，定位輔助器件與導體帶共同起作用。定位輔助器件尤其具有至少一個擋塊，分別用于導體帶的至少一個邊界邊棱。有利的是，其電極分別具有至少一個導體帶的電極堆疊是這樣制造的，即至少兩個導體帶在定位之后彼此相連。所述連接優(yōu)選借助釬焊或焊接來實現(xiàn)。按照電極或其導體帶的布局，電極在連接時可并聯(lián)和/或串聯(lián)地進行布線。優(yōu)選的是，所謂的“電源引線”與至少兩個導體帶相連。此電源引線還用來把電流從用電器引出或引向用電器。有利的是，電極堆疊是這樣制造的，即至少兩個板狀元件與至少一個粘貼條相連。 多個板狀元件優(yōu)選借助至少一個粘貼條相連。優(yōu)選的是，至少一個粘貼條至少部分地沿著至少兩個板狀元件的分別至少一個邊界邊棱進行設(shè)置。優(yōu)選的是，至少一個粘貼條設(shè)置在至少兩個板狀元件的分別至少一個角落上。至少一個粘貼條優(yōu)選圍繞著電極堆疊進行設(shè)置。有利的是，電極堆疊是這樣制造的，即設(shè)置至少一個粘貼點，用來連接至少兩個板狀元件。此至少一個的粘貼點優(yōu)選設(shè)置在兩個板狀元件之間。至少一個粘貼點優(yōu)選設(shè)置在至少兩個板狀元件的分別一個邊界邊棱上。至少一個粘貼道優(yōu)選涂在兩個板狀元件之間。 至少一個粘貼道優(yōu)選部分地沿著至少兩個板狀元件的邊界邊棱進行涂覆。有利的是，固定器件在堆疊之前設(shè)置在電極堆疊的板狀元件上。因此，堆疊在制成之前就已經(jīng)固定，因此電極堆疊的板狀元件可不必進行原本所需的對齊。在這種情況下，固定器件也可以是粘貼劑條或粘貼劑點，但其中粘貼劑的材料相對于電解質(zhì)不必強制是穩(wěn)定的，因為此固定器件只需在制造步驟過程中必須持久，隨后在堆疊之后并在批量生產(chǎn)時由固定器件代替。優(yōu)選可選擇快速硬化的熱粘貼劑或液體粘貼劑作為固定器件，此固定器件在電極堆疊的板狀元件堆疊之前被使用。優(yōu)選可考慮丙烯酸酯粘貼劑或EVA改性的PE-熱熔膠作為粘貼劑。有利的是，原電池是這樣制造的，以上述方法制成的電極堆疊運送到封裝中，堆疊在其制造過程中的預(yù)固定既在電極堆疊插入封裝之時，也在隨后在封裝中工作時都起積極作用。封裝尤其可指復合薄膜或不易彎曲的殼體。此封裝還將電極堆疊與周圍環(huán)境分隔開來，并防止電解質(zhì)的外泄。


現(xiàn)在借助附圖描述了本發(fā)明的實施例。其中圖1在示意圖中示出了電極堆疊的板狀元件的相對尺寸；圖2示出了本發(fā)明的實施例，其中粘貼條設(shè)置在電極堆疊的邊緣上；圖3示出了本發(fā)明的實施例，其中粘貼條完全包圍著電極堆疊的一端；圖4示出了本發(fā)明的實施例，其中粘貼劑點設(shè)置在電極堆疊的板狀元件的角落上，以實現(xiàn)它的固定；圖5示出了本發(fā)明的實施例，其中粘貼道設(shè)置在電極堆疊的兩個縱向邊緣上；圖6示出了本發(fā)明的實施例，其中粘貼面設(shè)置在板狀元件上，用來在堆疊時固定這些元件。
具體實施例方式按照圖1，電極堆疊2具有陽極4、隔板6和陰極8。陽極的長度La大于它的寬度 Bao隔板6具有長度Ls和寬度Bs，其中在此實施例中隔板的長度Ls大于陽極4的長度La。 隔板6的寬度Bs同樣大于陽極4的寬度Ba。此外，陰極8的長度Lk大于陰極的寬度 。陰極8的寬度和長度分別小于隔板6的寬度和長度。陽極4也可與陰極8—樣大，或這兩個電極中的一個可大于另一個。如果板狀元件長度是一樣的，則寬度尺寸至少必須是這樣的，即隔板6 (尤其是它的表面)大于陽極4 和/或陰極8。如果反過來，各元件的寬度相同，則隔板6的長度Ls大于陽極4或陰極8的長度
L^ Lk ο圖2示意性地示出了由陽極4、隔板6和陰極8構(gòu)成的電極堆疊，它們通過側(cè)面的粘貼條10、12彼此固定。粘貼條10、12只在電極堆疊2的一部分長度上延伸。但粘貼條也可沿著電極堆疊的整個長度進行延伸。但粘貼條10、12應(yīng)設(shè)置在電極堆疊的一個或多個側(cè)面上，在此側(cè)面上板狀元件的相應(yīng)尺寸以上述方式設(shè)置得不同。圖3示出了本發(fā)明的實施例，其中粘貼條14在電極堆疊2的端部上包圍著它的陽極4、隔板6和陰極8。圖4示出了本發(fā)明的實施例，其中粘貼點16、18、20、22分別設(shè)置在電極堆疊2的角落上，以便彼此相對地固定電極堆疊2的板狀元件。圖5示出了本發(fā)明的實施例，其中粘貼道對、26、觀、30分別涂在陽極4、隔板6和陰極8的縱側(cè)面上，以便相互連接和穩(wěn)定板狀元件。圖6在分解視圖中示出了連接到一起之前的陽極4、隔板6和陰極8。在陽極4的角落上分別設(shè)置有粘貼層32、34，并在陰極的角落上設(shè)置粘貼劑層36、38，它們在板狀元件彼此堆疊時分別與隔板6的表面建立連接，并且壓得基本平整。粘貼層32、34或36、38可在少數(shù)位置上、例如在電極堆疊2的角或側(cè)邊緣上，呈點狀或在更長的路程上延伸。粘貼劑層32、34或36、38的作用是，在堆疊過程中至少暫時地固定堆疊的板狀元件。如果這些粘貼層32、34或36、38由相對于電解質(zhì)不穩(wěn)定的材料構(gòu)成，則它們在堆疊之后也會再次松開，因為所述固定隨后由粘貼條、粘貼點或粘貼道代替，因此繼續(xù)保持電極堆疊的板狀元件的固定。
權(quán)利要求
1.一種電極堆疊，具有至少一陰極(8)，一陽極⑷，以及一帶電解質(zhì)的隔板(6)，其中所述陰極(8)、所述陽極⑷和所述隔板(6)分別構(gòu)成為板狀，其中所述隔板(6)的表面比所述陰極⑶和/或所述陽極⑷大，并且其中所述電極堆疊O)的板狀元件通過固定器件至少部分地彼此相連。
2.按權(quán)利要求1所述的電極堆疊，其具有基本呈長方形的板狀元件，其特征在于，所述隔板(6)的至少一個尺寸、尤其是其長度和/或其寬度大于所述陰極(8)和/或所述陽極 (4)的相應(yīng)尺寸。
3.按上述權(quán)利要求之至少一項所述的電極堆疊，其特征在于，所述陽極的至少一個尺寸、尤其是其長度和/或其寬度不等于所述陰極(8)的相應(yīng)尺寸。
4.按上述權(quán)利要求之至少一項所述的電極堆疊，其特征在于，所述隔板(6)的至少一個尺寸、尤其是隔板(6)的長度和/或其寬度比所述陰極(8)和/或所述陰極的相應(yīng)尺寸大0. 01至10mm，優(yōu)選大1至3mm。
5.按上述權(quán)利要求之至少一項所述的電極堆疊，其中所述陰極(8)和所述陽極(4)分別配備了至少一個導體帶Ga、8a)，其特征在于，設(shè)置尤其是相同極性的電極的導體帶，尤其通過固定器件相連。
6.按上述權(quán)利要求之至少一項所述的電極堆疊，其特征在于，所述電極堆疊的板狀元件的連接構(gòu)成為粘貼連接。
7.一種原電池，其具有至少一個按上述權(quán)利要求之至少一項所述的電極堆疊O)，至少部分包圍所述電極堆疊(2)的外殼，還具有兩個電端子，其配備于電極(4、8)并且至少部分地從所述外殼中延伸出來。
8.按上述權(quán)利要求之至少一項所述的電極堆疊，其特征在于，所述隔板由非導電纖維形成的無紡布構(gòu)成，且其中所述無紡布在至少一側(cè)上涂覆一種無機材料。
9.一種方法，用來制造具有分別構(gòu)成為板狀的至少一個陰極(8)、一個陽極(4)以及一個隔板(6)的電極堆疊O)，在此方法中切割和疊置板狀元件0、6、8)，在此方法中所述隔板(6)切割為面積大于所述陰極(8)和/或所述陽極G)，并且在此方法中所述電極堆疊O)的板狀元件(4、6、8)在堆疊之后彼此相連。
10.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述電極堆疊O)的板狀元件(4、6、8)在堆疊時進行定位，其中使用了至少一個定位輔助器件。
11.按權(quán)利要求9至10之至少一項所述的方法，其中至少一個陰極(8)和至少一個陽極(4)分別與至少一個導體帶Ga、8a)導電地相連，其特征在于，所述電極堆疊( 的板狀元件(4、6、8)在堆疊時進行定位，尤其是借助所述陰極(8)和/或所述陽極的導體帶 (4a、8a)。
12.按權(quán)利要求9至11之至少一項所述的方法，其中至少一個陰極(8)和至少一個陽極(4)分別與至少一個導體帶Ga、8a)導電地相連，其特征在于，至少兩個導體帶(^、8a) 彼此導電地相連，尤其是通過焊接。
13.按權(quán)利要求9至12之至少一項所述的方法，其特征在于，至少一個粘貼條配置在板狀元件G、6、8)的至少一個外邊緣上、板狀元件(4、6、8)的至少一個角落上、和/或圍繞著所述電極堆疊( 進行設(shè)置，其中尤其是將丙烯酸酯粘貼劑或硅樹脂粘貼劑作為粘貼劑來使用。
14.按權(quán)利要求9至13之至少一項所述的方法，其特征在于，至少一個粘貼劑點設(shè)置在板狀元件(4、6、8)之間和/或兩個相鄰的板狀元件0、6、8)的至少分別一個邊緣上，尤其在堆疊之前，其中尤其將丙烯酸酯粘貼劑或EVA改性的PE-熱熔膠作為粘貼劑來使用。
15.一種制造原電池的方法，其特征在于，將按權(quán)利要求9至14之至少一項制成的電極堆疊運送到封裝中。
全文摘要
一種電極堆疊，具有至少一個陰極、一個陽極和一帶電解質(zhì)的隔板。陰極、陽極和隔板分別構(gòu)成為板狀。隔板的表面至少與陰極和/或陽極的表面一樣大。電極堆疊的板狀元件通過固定器件至少部分地彼此相連。
文檔編號H01M2/16GK102356484SQ201080012435
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者安德列亞斯·古奇, 蒂姆·舍費爾, 金特·艾興格 申請人:鋰電池科技有限公司