技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于
原电池的电极堆叠，其中电极堆叠的层分别构成为板状的元件。
背景技术
[0002] 从
现有技术中已知原电池，它的实际充电容量在制成之后就已经低于计算的充电容量。此外，还已知在工作过程中其充电容量下降的原电池。
[0003] 从DE 199 43 961A1已知一种上述类型的平板电池单元，其中隔板的面积大于
阴极和
阳极。已知的平板电池单元具有壳体部件，阴极或阳极安放在此壳体部件中。这些壳体部件通过封闭材料彼此相连，以完成电池的制造。
[0004] CH 69 47 15A5涉及一种锂-平板电池单元，其中阴极、阳极和隔板具有不同的长度，其中隔板构成为最长的部件。容纳阴极和阳极的壳体部分通过隔板的延长部以及相应的绝缘材料彼此相连，其中形成封闭的壳体。
发明内容
[0005] 本发明的目的是，提供一种用于原电池的电极堆叠，即使在电极堆叠或所属原电池的工作过程中也能在很大程度上保持其计算的充电容量。
[0006] 按本发明，此目的通过独立
权利要求的教导得以实现。权利要求8描述了一种制造电极堆叠的方法以实现此目的。权利要求14描述了一种方法，用来制造具有按本发明的电极堆叠的原电池。
[0007] 按本发明的电极堆叠具有至少一个阴极、阳极和带
电解质的隔板。阴极、阳极和隔板分别构成为平板状。隔板的表面至少与阴极和/或阳极的表面一样大。电极堆叠的平板状元件通过
固定器件至少部分地彼此相连。
[0008] 在本发明的意义中，原电池是指一种用来存储
化学能和放出
电能的装置。为此，按本发明的原电池至少具有一个电极堆叠。原电池还可设计得在充电时接收电能。那么，还称之为二次电池或
蓄电池。
[0009] 在本发明的意义中，电极堆叠是一种这样的装置，即它作为原电池的组件还用来存储化学能和放出电能。为此，电极堆叠具有多个板状的元件，即至少两个电极(阴极和阳极)以及隔板，此隔板至少部分地容纳着
电解质。至少一个阳极、一个隔板和一个阴极优选相叠地放置或叠置在一起，其中隔板至少部分地设置在阳极和阴极之间。阳极、隔板和阴极的这种顺序可在电极堆叠内任意地多次重复。板状的元件优选缠绕成电极线圈。概念“电极堆叠”在下面也可用作电极线圈。在放出电能之前，存储的化学能转换成电能。在充电过程中，传输到电极堆叠或原电池中的电能转换并存储成化学能。
[0010] 电极堆叠优选具有多个电极对和隔板。尤其优选的是，几个电极尤其导电地彼此相连。
[0011] 在本发明的意义中，阳极是指一种这样的装置，即它在充电过程中把正电荷离子存储在空隙
位置 阳极优选构成为薄壁的，尤其优选构成为金属箔。阳极优选构成为基本长方形的。
[0012] 在本发明的意义中，阴极是指一种这样的装置，即它在放电过程或放出电能的过程中也接收
电子和正电荷离子。阴极优选构成为薄壁的，尤其优选构成为金属箔。阴极的外形优选基本相当于电极堆叠的阳极的外形。阴极还设置为用来与阳极或电解质进行电化学的相互作用。
[0013] 在本发明的意义中，隔板是指一种这样的装置，即它将阳极与阴极分开并间隔开来。此隔板也至少部分地容纳电解质。隔板优选构成为薄壁的，尤其优选构成为聚合体
薄膜。优选地，隔板的外形基本相当于电极堆叠的阳极的外形。隔板优选由非导电
纤维形成的
无纺布构成，其中无纺布在至少一侧上涂有无机材料。EP 1017 476B1描述了这种隔板及其制造方法。具有上述特征的隔板目前可由德国的Evonik AG公司以品名“Separion”获得。
[0014] 在本发明的意义中，固定器件是指一种这样的装置，即它将电极堆叠的至少两个板状元件尤其以
力配合(kraftschlüssig)和/或材料接合(stoffschlüssig)相互连接起来。固定器件的作用还有，禁止电极堆叠的两个板状元件之间的相对运动，尤其禁止至少一个板状元件的不期望的位移。
[0015] 优选的是，电极堆叠的多于两个的板状元件分别相互连接。尤其优选的是，电极堆叠的所有板状元件都连接起来。
[0016] 优选地，粘贴剂、粘贴带、钎焊连接或
焊接连接也可作为固定器件来使用。
[0017] 在工作时，振动或
加速的后果是，导致电极堆叠的至少一个板状元件出现不期望的位移。在把电极堆叠装入壳体或
外壳中时，至少一个板状元件也可能已经出现了不期望的位移。如果电极不位于电极堆叠内部为它预定的位置上，则会减少与电极堆叠的其它板状元件的化学相互作用，尤其是减少
能量的转换或存储。因此，会减少电极堆叠的实际充电容量。
[0018] 借助电极堆叠的板状元件的连接或固定，可减少单个板状元件的不期望位移。电极堆叠的化学活性区用来转换或存储能量。
[0019] 具有最小表面的板状元件的化学活性区完全位于电极堆叠内部。因此，可实现本目的。
[0020] 下面描述了本发明的优选的改进方案。
[0021] 有利的是，隔板的长度和/或宽度大于电极(即阳极和/或阴极)的相应长度和/或宽度。如果板状的元件堆集或叠置到电极堆叠，则隔板部分地并局部地在电极上突出来。
[0022] 板状元件优选这样来确定尺寸和堆集，即隔板在电极的每个边界边棱或边缘上突出来。因此，还可以有利地减少可能沿着电极边缘的能量损失。
[0023] 有利的是，阳极和阴极具有不同大小的表面。出于经济方面的考虑，电极可能是全等的。但这要求电极堆叠的精确堆集或堆叠。即使电极的轻微移动或电极的边缘设置得不平行，都可能导致用来转换/存储能量的电极区域不能使用。电极堆叠的实际充电容量可能会减少。
[0024] 但如果电极构造得更大，电极只是有限制地从预
定位置上偏离出来，则不会导致较小电极位于较大电极的非化学活性区的对面。有利的是，根据权利要求的尺寸在一定程度上可容忍电极堆叠的不精确堆集。
[0025] 有利的是，隔板至少部分地在电极上突出来，尤其在较大的电极上突出来。隔板优选在电极上突出0.01至10mm，尤其优选突出1至3mm，尤其在较大的电极上突出来。有利的是，还可减少沿着电极边缘的可能的能量损失。
[0026] 有利的是，阳极和阴极分别具有至少一个导体带(Leiterfahne)，它具有导电的材料。导体带也用来
接触电极。导体带优选与电极导电地相连。导体带优选一体地成型在电极上。优选阳极的导体带与阴极的导体带是全等的。
[0027] 电极堆叠的电极优选这样设置，使得至少两个导体带的边缘或边界边棱是平行延伸的。
[0028] 优选的是，两个电极的各至少一个导体带彼此导电地连接起来，尤其借助钎焊或焊接。优选的是，两个电极的各至少一个导体带与所谓的“电源引线(Stromableiter)”导电地相连，尤其借助焊接连接。
[0029] 如果电极堆叠具有多个阳极和阴极，则优选借助不同电极的多个导体带的至少一个导电连接，来进行导电连接(Verschaltung)，如
串联和/或并联。
[0030] 有利的是，电极堆叠的板状元件的连接构成为粘贴连接。粘贴剂尤其作为至少一个粘贴条而存在。在此，既在
制造过程中，也在随后的工作过程中，至少一个粘贴条都固定着板状元件。对于粘贴条来说，粘贴剂设置在载体上，其中载体尤其持久地粘贴在相关的板状元件上，并且还传递力。此载体优选具有PET或聚酰胺，并且相对于电解质是稳定的。
丙烯酸酯粘贴剂或
硅树脂粘贴剂优选作为粘贴剂来使用。
[0031] 优选的是，至少一个粘贴条设置在一个或多个板状元件的至少一个外边缘上。优选的是，至少一个粘贴条至少部分地围绕电极堆叠或围绕所有的电极堆叠进行延伸。至少一个粘贴条优选设置在电极堆叠的至少一个
角落上。优选地，至少一个粘贴条是
框架的组成部分，此框架也包围着板状元件并且稳定电极堆叠。有利的是，除了框架，也不必制造和设置粘贴条。
[0032] 优选的是，粘贴剂作为至少一个粘贴剂点设置在板状元件之间，尤其设置在板状元件的角上。粘贴剂点简单地设置在明确界定的位置上，并且还提供电极堆叠的元件按规定的固定。优选的是，板状元件尤其在电极堆叠的角落上借由多个粘贴剂点相连。
[0033] 优选的是，至少一个粘贴道(Kleberaupe)设置在板状元件之间，或沿着板状元件的至少一个边缘进行设置。尤其优选的是，多个板状元件沿着它们的边界边棱借由多个粘贴道相连。这种粘贴道不仅能稳定电极堆叠的单个板状元件彼此的布局，而且还作为附加的绝缘体有利地减少了电极的边界边棱上的能量损失。
[0034] 有利的是，原电池具有上述类型的电极堆叠、电极堆叠的外壳或封装以及到电极的电
端子或电源引线。该外壳还把电极堆叠与周围环境分隔开来，并阻止电解质的外泄。通过相互固定电极堆叠的板状元件，这样的电极堆叠尤其适合原电池的批量生产。有利的是，在原电池随后的工作过程中，电极堆叠的板状元件还可继续保持相互固定的位置。
[0035] 根据本发明，按下面描述的方法制造电极堆叠。电极堆叠具有至少一个阴极、一个阳极和一个隔板，它们分别构成为板状元件。这些板状元件是这样切割的，即隔板在切割之后具有比阴极和/或阳极更大的表面。切割的板状元件重叠地放置或叠置。电极堆叠的板状元件在堆叠之后彼此或互相相连。
[0036] 通过以这样的方式和方法切割电极堆叠的板状元件，并且随后将这些板状元件堆叠起来，并在堆叠之后进行固定，提供了一种简单且可靠的方法，此方法通过简单方法的有利方式既能确保最佳地充分利用计算的充电容量，还可以确保电极堆叠在工作过程中的持久性。
[0037] 电极堆叠有利地这样制造，即它的板状元件在堆叠过程中借助至少一个定位辅助器件进行定位，尤其借助至少一个模子或框架。定位辅助器件的作用是，使隔板这样设置在阳极和阴极之间，从而隔板四周在接触的电极的边缘上延伸。如果阳极和阴极具有不同大小的表面，则定位辅助器件还用来把较小电极设置在较大电极的边缘内部。
[0038] 优选的是，定位辅助器件具有至少一个挡
块，分别用于板状元件的至少一个边界边棱。定位辅助器件优选处于这样的状态，即它作为生产设备的一部分完成板状元件的自动定位。
[0039] 有利的是，其电极分别具有至少一个导体带的电极堆叠是这样制造的，即阴极和/或阳极的分别至少一个导体带用于它们的定位。在此，导体带的边界边棱尤其是平行地定向。优选的是，在制造电极堆叠时，尤其在堆叠板状元件时，定位辅助器件与导体带共同起作用。定位辅助器件尤其具有至少一个挡块，分别用于导体带的至少一个边界边棱。
[0040] 有利的是，其电极分别具有至少一个导体带的电极堆叠是这样制造的，即至少两个导体带在定位之后彼此相连。所述连接优选借助钎焊或焊接来实现。按照电极或其导体带的布局，电极在连接时可并联和/或串联地进行布线。优选的是，所谓的“电源引线”与至少两个导体带相连。此电源引线还用来把
电流从用电器引出或引向用电器。
[0041] 有利的是，电极堆叠是这样制造的，即至少两个板状元件与至少一个粘贴条相连。多个板状元件优选借助至少一个粘贴条相连。优选的是，至少一个粘贴条至少部分地沿着至少两个板状元件的分别至少一个边界边棱进行设置。优选的是，至少一个粘贴条设置在至少两个板状元件的分别至少一个角落上。至少一个粘贴条优选围绕着电极堆叠进行设置。
[0042] 有利的是，电极堆叠是这样制造的，即设置至少一个粘贴点，用来连接至少两个板状元件。此至少一个的粘贴点优选设置在两个板状元件之间。至少一个粘贴点优选设置在至少两个板状元件的分别一个边界边棱上。至少一个粘贴道优选涂在两个板状元件之间。至少一个粘贴道优选部分地沿着至少两个板状元件的边界边棱进行涂覆。
[0043] 有利的是，固定器件在堆叠之前设置在电极堆叠的板状元件上。因此，堆叠在制成之前就已经固定，因此电极堆叠的板状元件可不必进行原本所需的对齐。在这种情况下，固定器件也可以是粘贴剂条或粘贴剂点，但其中粘贴剂的材料相对于电解质不必强制是稳定的，因为此固定器件只需在制造步骤过程中必须持久，随后在堆叠之后并在批量生产时由固定器件代替。优选可选择快速硬化的热粘贴剂或液体粘贴剂作为固定器件，此固定器件在电极堆叠的板状元件堆叠之前被使用。优选可考虑丙烯酸酯粘贴剂或EVA改性的PE-热熔胶作为粘贴剂。
[0044] 有利的是，原电池是这样制造的，以上述方法制成的电极堆叠运送到封装中，堆叠在其制造过程中的预固定既在电极堆叠插入封装之时，也在随后在封装中工作时都起积极作用。封装尤其可指复合薄膜或不易弯曲的壳体。此封装还将电极堆叠与周围环境分隔开来，并防止电解质的外泄。
附图说明
[0045] 现在借助附图描述了本发明的
实施例。其中：
[0046] 图1在示意图中示出了电极堆叠的板状元件的相对尺寸；
[0047] 图2示出了本发明的实施例，其中粘贴条设置在电极堆叠的边缘上；
[0048] 图3示出了本发明的实施例，其中粘贴条完全包围着电极堆叠的一端；
[0049] 图4示出了本发明的实施例，其中粘贴剂点设置在电极堆叠的板状元件的角落上，以实现它的固定；
[0050] 图5示出了本发明的实施例，其中粘贴道设置在电极堆叠的两个纵向边缘上；
[0051] 图6示出了本发明的实施例，其中粘
贴面设置在板状元件上，用来在堆叠时固定这些元件。
具体实施方式
[0052] 按照图1，电极堆叠2具有阳极4、隔板6和阴极8。阳极的长度LA大于它的宽度BA。隔板6具有长度LS和宽度BS，其中在此实施例中隔板的长度LS大于阳极4的长度LA。隔板6的宽度BS同样大于阳极4的宽度BA。此外，阴极8的长度LK大于阴极的宽度BK。阴极8的宽度和长度分别小于隔板6的宽度和长度。
[0053] 阳极4也可与阴极8一样大，或这两个电极中的一个可大于另一个。如果板状元件长度是一样的，则宽度尺寸至少必须是这样的，即隔板6(尤其是它的表面)大于阳极4和/或阴极8。
[0054] 如果反过来，各元件的宽度相同，则隔板6的长度LS大于阳极4或阴极8的长度LA或LK。
[0055] 图2示意性地示出了由阳极4、隔板6和阴极8构成的电极堆叠，它们通过侧面的粘贴条10、12彼此固定。粘贴条10、12只在电极堆叠2的一部分长度上延伸。但粘贴条也可沿着电极堆叠的整个长度进行延伸。但粘贴条10、12应设置在电极堆叠的一个或多个侧面上，在此侧面上板状元件的相应尺寸以上述方式设置得不同。
[0056] 图3示出了本发明的实施例，其中粘贴条14在电极堆叠2的端部上包围着它的阳极4、隔板6和阴极8。
[0057] 图4示出了本发明的实施例，其中粘贴点16、18、20、22分别设置在电极堆叠2的角落上，以便彼此相对地固定电极堆叠2的板状元件。
[0058] 图5示出了本发明的实施例，其中粘贴道24、26、28、30分别涂在阳极4、隔板6和阴极8的纵侧面上，以便相互连接和稳定板状元件。
[0059] 图6在分解视图中示出了连接到一起之前的阳极4、隔板6和阴极8。在阳极4的角落上分别设置有粘贴层32、34，并在阴极的角落上设置粘贴剂层36、38，它们在板状元件彼此堆叠时分别与隔板6的表面建立连接，并且压得基本平整。粘贴层32、34或36、38可在少数位置上、例如在电极堆叠2的角或侧边缘上，呈点状或在更长的路程上延伸。
[0060] 粘贴剂层32、34或36、38的作用是，在堆叠过程中至少暂时地固定堆叠的板状元件。如果这些粘贴层32、34或36、38由相对于电解质不稳定的材料构成，则它们在堆叠之后也会再次松开，因为所述固定随后由粘贴条、粘贴点或粘贴道代替，因此继续保持电极堆叠的板状元件的固定。
