(57)【要約】  電気化学的エネルギー貯蔵装置のための電極（１）は、２つの側縁部を備える輪郭（２）を有し、第１側縁部（３）と第２側縁部（４）とは接合部分（５）によって互いに接合されている。接合部分（５）は、第１側縁部（３）に移行する略直線の領域（５ａ）と、第２側縁部（４）に移行する略湾曲した領域（５ｂ）とを備える。そのような電極の製造時には、第１側縁部（３）は第１切断によって作られ、第２側縁部（４）は第２切断によって作られ、接合部分（５）は第１切断あるいは第２切断で作られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの側縁部を備え、その際第１側縁部（３）と第２側縁部（４）とは接合部分（５）によって互いに接合されている輪郭（２）を有する、特に電気化学的エネルギー貯蔵装置のための電極（１）を、ベルト状あるいはプレート状の半製品（８）から製造するための方法であって、前記第１側縁部（３）は第１切断によって作られ、前記第２側縁部（４）は第２切断によって作られる方法において、
前記接合部分（５）は略直線の領域（５ａ）と略湾曲した領域（５ｂ）とを備え、
前記接合部分（５）は第１切断あるいは第２切断で作られることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記接合部分（５）の前記湾曲領域（５ｂ）は、略円形の延在部を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接合部分（５）の前記湾曲領域（５ｂ）の半径（９）は、約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲内、より好ましくは約２ｍｍから約６ｍｍの範囲内にあり、特に好ましくは約３ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記接合部分（５）の前記湾曲領域（５ｂ）は、約３０度から約６０度の範囲内、より好ましくは約４０度から約５０度の範囲内、特に好ましくは約４５度の開口角を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記接合部分（５）の前記湾曲領域（５ｂ）は、略接線方向において前記電極（１）の前記第２側縁部（４）に移行することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記接合部分（５）の前記直線領域（５ａ）は、約１５度から約６０度の範囲内、より好ましくは約２５度から約５０度の範囲内、特に好ましくは約４５度の角度（６）で、前記電極（１）の前記第１側縁部（３）と交差することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記接合部分（５）の前記湾曲領域（５ｂ）は、略接線方向において前記接合部分（５）の前記直線領域（５ａ）に移行することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
２つの側縁部を備え、その際第１側縁部（３）と第２側縁部（４）とは接合部分（５）によって互いに接合されている輪郭（２）を有する、特に電気化学的エネルギー貯蔵装置のための電極（１）において、
前記接合部分（５）は、前記第１側縁部（３）に移行する略直線の領域（５ａ）と、前記第２側縁部（４）に移行する略湾曲した領域（５ｂ）とを備えることを特徴とする電極。
【請求項９】
前記電極（１）は、全部で４つの側縁部を有する略長方形の形状を備え、それぞれ２つの側縁部（３、４）が、請求項８に記載の接合部分（５）と接合されていることを特徴とする請求項８に記載の電極。
【請求項１０】
前記接合部分（５）の前記湾曲領域（５ｂ）は略円形の延在部を備え、前記湾曲領域（５ｂ）の半径（９）は好適には、約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲内、より好ましくは約２ｍｍから約６ｍｍの範囲内にあり、特に好ましくは約４ｍｍであることを特徴とする請求項８あるいは９に記載の電極。
【請求項１１】
前記接合部分（５）の前記湾曲領域（５ｂ）は、約３０度から約６０度の範囲内、より好ましくは約４０度から約５０度の範囲内、特に好ましくは約４５度の開口角を備えることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１２】
前記接合部分（５）の前記直線領域（５ａ）は、約１５度から約６０度の範囲内、より好ましくは約２５度から約５０度の範囲内、特に好ましくは約４５度の角度（６）で、前記第１側縁部（３）と交差することを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１３】
前記接合部分（５）の前記湾曲領域（５ｂ）は、略接線方向において前記接合部分（５）の前記直線領域（５ａ）に移行することを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれか一項に記載の少なくとも１つの電極（１）を有する電気化学的セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の製造法およびそのような方法で製造された電極特に電気化学的エネルギー貯蔵装置のための電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的エネルギー貯蔵装置の発展には、最近ますます注目がされている。なぜなら、これらの電気化学的エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵のために、生産個数をますます増やして、たとえば電気商品や自動車や発電所で使用されるからである。それによって電気化学的エネルギー貯蔵装置が量産品となったので、その技術的特性のほかに、その製造プロセスもますます重要となり得る。
【０００３】
一般的に、１つの電気化学的エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの電気化学的セルを備える。この電気化学的セルは、電気化学的にアクティブな部品を周囲から画定する被覆体を備える。セルの電気化学的にアクティブなこの部品は、特に直方体型あるいはコーヒーバッグ型のエネルギー貯蔵セルの場合には、通常複数の板状のアノードとカソードとセパレータとを備え、当該アノードとカソードとセパレータは、交互に互いに接して載置され、電極積重物を形成する。電解質は、少なくとも部分的に、セパレータに受容されている。
【０００４】
まとめてアノードとカソードとは、電極と呼ばれ得る。ほとんどの場合これらの電極は、ベルト状あるいはプレート状の半製品から切り取られる。この切断プロセスは、複数の必要な電極に基づいて、電気化学的エネルギー貯蔵装置の製造時に重要である。
【０００５】
従来技術から知られているのは、薄板あるいは類似の半製品の尖った角に半径を持たせるということであり、尖った角として、好適には、第１切断縁部から第２切断縁部への鋭角の移行部が理解され得る。角部領域あるいは縁辺領域は、その幾何学的成形により、しばしば外部のおよび／あるいは熱的な負荷によって危険にさらされている。危険にさらされているこれらの部分に半径を付けることによって、負荷を下げることができる。さらに、接しているセル被覆体にひびが入る危険性および／あるいは摩耗する危険性を低下でき、それによってこれらの部品の耐久年数を高めることができる。
【０００６】
しかも、電気化学的エネルギー貯蔵装置の貯蔵容量は、とりわけ電極の総面積に依存する。この面積を大きくするために、特に２つの代替策が考えられ得る。１つは、容量増加のために、１つのセル内の電極の数を増やしてよく、もう１つは、個々の各電極の面積を大きくしてよい。
【０００７】
電極の大きさをフレキシブルに適合させることができるようにするために、これらの電極を裁断するのに、少なくとも１つの第１切断と、これとはほとんど独立した第２切断とを可能にする工具を用いることが合理的であるように思われる。互いにほとんど独立した２つの切断によって、電極の輪郭は、互いにほとんど独立した少なくとも２つの切断縁部、略長方形の電極の場合には好適には４つの切断縁部で形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、電極を製造するための改善された方法および改善された電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これは、本発明に従えば、独立請求項の教示によって達成される。本発明の好ましいさらなる形態は、従属請求項の対象である。
【００１０】
本発明に係る電極は、２つの側縁部を備える輪郭を有し、第１側縁部と第２側縁部とは接合部分によって互いに接合されている。接合部分は、第１側縁部に移行する略直線の領域と、第２側縁部に移行する略湾曲した領域とを備える。そのような電極の製造時には、第１側縁部は第１切断によって作られ、第２側縁部は第２切断によって作られ、接合部分は第１切断あるいは第２切断で作られる。
【００１１】
本発明に係る電極では、電極の２つの側縁部の間の接合部分は、直線部分と湾曲部分とを備える。これによって達成され得るのは、電極の縁部あるいは縁部部分が、鋭角に交差しないようにすることである。言い換えれば、電極の尖った角すなわち内角が９０度以下の角を回避できる。結果的に、接合部分の領域における電極の機械的かつ熱的負荷を軽減でき、接している被覆体が接合部分の領域において損傷する危険性を低下できる。これによって、たとえばそのような電極を有する電気化学的セルの耐久年数を高めることができる。
【００１２】
「電気化学的エネルギー貯蔵装置」とは、本件では、電気エネルギーを取り出すことのできる各種のエネルギー貯蔵器と理解されるべきであり、その場合エネルギー貯蔵器の内部では電気化学的反応が起こる。この言葉は、あらゆる種類のエネルギー貯蔵器、特に一次バッテリーと二次バッテリーと燃料セルを含む。電気化学的エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの電気化学的セル好ましくは複数の電気化学的セルを備える。複数の電気化学的セルは、より大きな充電量を貯蔵するために、並列に接続されていてよく、あるいは望ましい駆動電圧を得るために直列に接続されていてよく、あるいは並列接続と直列接続との組み合わせを形成してよい。
【００１３】
「電気化学的セル」とはその際、電気エネルギーの放出を行う装置と理解され得、その場合エネルギーは化学的形状で貯蔵される。再充電可能な二次バッテリーの場合には、セルは、電気エネルギーを受容しかつ化学エネルギーに変換して貯蔵するためにも形成されている。電気化学的セルの構造（すなわち特に大きさと幾何学的形状）は、使用可能な空間に依存して選択され得る。好ましくは電気化学的セルは、略角柱形あるいは円柱形に形成されている。本願発明は特に、パウチセルあるいはコーヒーバッグセルと呼ばれる電気化学的セルのために、有利なやり方で使用可能であるが、本願発明の電気化学的セルは、このような適用に限定されるものではない。この関連において、「電極積重物」とは、少なくとも２つの電極とその間に設けられた１つの電解質とから成る構造体と理解されるべきである。電解質は部分的にセパレータによって受容されていてよく、その際セパレータは電極を分離する。好ましくは電極積重物は、複数の層の電極とセパレータとを備え、同じ極性の電極がそれぞれ、好適には電気的に互いに接合され、特に並列に接続されている。電極は例えば、プレート状あるいはホイル状に形成されており、好ましくは互いに略平行に設けられている（角柱形のエネルギー貯蔵セル）。電極積重物は巻回されていてもよく、略円柱形の構造を有してよい（円柱形のエネルギー貯蔵セル）。「電極積重物」という言葉は、そのような電極巻回体も含むべきである。電極積重物は、リチウムあるいは別のアルカリ金属をイオン形状でも備えてよい。
【００１４】
「電極」という言葉は、本願発明の枠内においては、導電材料（好適には金属あるいは金属合金）から成る略プレート状の要素を意味するべきである。電極の厚さはこの場合、ホイルの厚さから数ミリのプレートの厚さにまで達してよい。輪郭すなわち電極の基本形状は基本的に、任意である。好適には電極は、互いに略直角に交わる４つの側縁部を有する略長方形の基本形状を有する。
【００１５】
電極の「輪郭」とは、電極の境界線、好適には、閉じて周回する電極の境界線と理解され得る。好適には電極の輪郭は、略多角形の形状を備える。さらに好適には、電極の輪郭は、少なくとも１つの第１側縁部と第２側縁部、好ましくは２つの第１側縁部と２つの第２側縁部とによって決定される。好適には電極の輪郭は、少なくとも２つの直線部分を備える。
【００１６】
「接合部分」という言葉は、第１側縁部を第２側縁部と接合する、電極の輪郭の一部分と理解され得る。好適には接合部分は、６０度よりも大きく、好ましくは８０度より大きく、および／あるいは好適には１２０度よりも小さく、好ましくは１００度よりも小さい角度で交差する側縁部を接合し、特に好ましくはこれらの側縁部は、略直角に交差する。
【００１７】
「半製品」という言葉は、製品を製造するためにさらに加工されなくてはならない、完成前の原料の形状を含む。半製品は好適には、ベルト状すなわち連続した形状で、あるいはプレート状すなわち個々のピースで、利用可能である。ベルト状あるいはプレート状の半製品とはこの場合、そのわずかな厚さと比較して、第１空間方向と第２空間方向とに大きく延伸している半製品と理解され得る。厚さはこの場合、ホイルの厚さから数ミリのプレートの厚さにまで達してよい。ホイルの厚さの電極を製造するために、半製品の厚さは、好適には１ｍｍよりも小さく、より好ましくは０．３ｍｍよりも小さく、特に好ましくは０．１５ｍｍよりも小さく、および／あるいは０．０５ｍｍよりも大きく、より好ましくは０．１ｍｍよりも大きく、特に好ましくは０．１２５ｍｍよりも大きい。
【００１８】
「切断」という言葉は、この関連においては、望ましい輪郭を有する電極を、ベルト状あるいはプレート状の半製品から作るのに適した、あらゆる機械的分離法と非機械的分離法と理解されるべきである。そのような分離法は、特に、型抜き、切断、鋸断などのような機械的方法、およびレーザー切断、ウォータージェット切断などのような非機械的方法を含む。電極の輪郭は、好適には、電極輪郭の側縁部と接合部分とを形成する複数の切断もしくは切断プロセスによって生じる。その際切断縁部とは、準備された半製品と電極との間の分離線の、好適にはつながっている部分と理解され得る。好適には、切断プロセスでは、少なくとも１つの好ましくは２つの切断縁部が生じる。好適には、切断プロセスにおいて生じる切断縁部は、互いに略平行である。
【００１９】
接合部分の「直線領域」とは、曲線を備えていない電極の輪郭の部分と理解され得る。好適には直線領域は、接合部分の湾曲領域と接している。
【００２０】
接合部分の「湾曲領域」とは、曲線を備える電極の輪郭の部分と理解され得る。曲線は好適には、略凸型に形成されている。好適には曲線は、接合部分の湾曲領域において、連続して備わっている。好適には接合部分の湾曲領域は、電極の第２側縁部と接している。さらに好適には、湾曲領域は、接合部分の直線領域と接している。
【００２１】
好ましい一実施形態においては、接合部分の湾曲領域は、略円形の延在部を備える。さらに好適には、この領域は、好適には一定の半径を備える。好適には、この半径は、約１ｍｍから約１０ｍｍの間、より好ましくは約２ｍｍから約６ｍｍの間の範囲内にあり、特に好ましくは約３ｍｍである。記述された大きさの半径によって、一方では電極の輪郭にある不利な角の負荷が下がり、他方では電極の面積が湾曲領域によって比較的大きく維持される。
【００２２】
好ましい一実施形態においては、接合部分の湾曲領域は、実質的に開口角によって記述可能である。この開口角は、好適には３０度よりも大きく、より好ましくは４０度よりも大きく、および／あるいは好適には６０度よりも小さく、より好ましくは５０度よりも小さく、特に好ましくは約４５度である。記述された大きさでの湾曲部分の開口角によって達成されるのは、電極の面積が接合部分によって比較的大きく維持され、かつ角の負荷が減少するということである。
【００２３】
好ましい一実施形態においては、接合部分の湾曲領域は、略接線方向において電極の第２側縁部に移行する。好適には、接合部分の湾曲領域は、接線方向において、接合部分の直線領域が交差していない側縁部に移行する。この接線方向の移行部によって、有利には電極の輪郭における不連続性が回避され、それによってその負荷を減少させることができ、電極を切り抜くための改善された方法を提供できる。
【００２４】
好ましい一実施形態においては、接合部分の直線領域は、好適には１５度よりも大きく、より好ましくは２５度よりも大きく、および／あるいは好適には６０度よりも小さく、より好ましくは５０度よりも小さく、特に好ましくは約４５度である角度で、電極の第１側縁部と交差する。記述された角度範囲内の角度によって達成されるのは、一方では、電極の面積が接合部分によってほんのわずかだけ小さくなることであり、他方では、接合部分の直線領域から側縁部への移行部での縁部負荷が小さいままであるということである。
【００２５】
好ましい一実施形態においては、接合部分の湾曲領域は、略接線方向において接合部分の直線領域に移行する。有利なやり方では、この接線方向の移行部によって、電極の負荷あるいは接しているセル被覆体の耐久年数にネガティブに作用するであろう、電極の輪郭における不連続性が、接合部分の両領域間の移行部の箇所で生じることが回避される。
【００２６】
好ましい一実施形態においては、電極は略長方形の形状を備える。さらに好適には、それぞれ２つの側縁部が、本発明に従って構造された接合部分によって互いに接合されている。好ましくは、電極は４つの接合部分を備えており、すべての側縁部がこれらを介して互いに接合されている。電極をこのように構造することによって、当該電極は、領域における外部からの負荷に対して耐久性がありかつ比較的大きな面積を備える輪郭を備える。それにより、電極を記述されたように構造することによって、好適には広面積で好ましくは耐久性のある電極が提供される。しかもこの電極は、有利なやり方で、接しているセル被覆体がたとえば尖った縁部あるいは角で損傷する危険性を軽減する。
【００２７】
本願発明のさらなる特徴と利点と適用の可能性とは、添付の図に関連して以下の記述からもたらされる。図に示されるのは以下である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】電極を本発明に従って製造するための、ベルト状の半製品の第１切断と第２切断である。
【図２】電極の２つの側縁部間の接合部分の領域における電極の輪郭を説明するための、概略的部分図である。
【図３】電極積重物の概略的部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、実質的に第１空間方向１３と第２空間方向１４とに延伸するベルト状の半製品８を示している。この半製品の厚さ（これについては図３参照）は、この第１空間方向１３と第２空間方向１４とに比べてわずかであり、たとえばホイルの厚さしかない。
【００３０】
第１の切断プロセスによって、この半製品８には、最終的に電極１の２つの第１側縁部３を形成する２つの第１切断縁部が作られ、第２の切断プロセスによって、最終的に電極１の２つの第２側縁部４を形成する２つの第２切断縁部が作られる。その際、第２の切断プロセスは、第１の切断プロセスの前に実行されてもよい。これらの２つの切断プロセスによって、電極１の輪郭２が形成される。２つの切断プロセスは好適には、電極１が完全に半製品８から分離されるように、実施される。
【００３１】
図１の実施例においては、切断縁部３はそれぞれ半製品ベルト８の全幅１４にわたって延伸しているが、これらの切断はより短く実施されてもよく、単におよそもう１つの切断縁部４を有する切断点の領域に至るまで行われてよい。切断プロセスの種類によっては、このようなやり方で、切断プロセスの時間を短縮できる。
【００３２】
図２は、電極１の第１側縁部３と第２側縁部４との間の接合部分５を示している。この接合部分５は、特に直線領域５ａと湾曲領域５ｂとを備える。直線領域５ａは、９０度よりも小さい（外）角６を有して、電極１の第１側縁部３に移行しており、他方、湾曲領域５ｂは略接線方向において第２側縁部４に移行している。しかも接合部分５の直線領域５ａは、略接線方向において湾曲領域５ｂに移行している。第１側縁部と第２側縁部の名称は、選択的に逆になってもよい。
【００３３】
接合部分５の湾曲領域５ｂは、半径９と開口角７とを有する略円形の延在部を備える。図２において具体的に示されているように、直線領域５ａは、角度６で第１側縁部３と交差している。
【００３４】
示された実施例においては、接合部分５の湾曲領域５ｂの半径９は約４ｍｍであり、接合部分５の湾曲領域５ｂの開口角７は約４５度であり、接合部分５の直線領域５ａと電極１の第１側縁部３との間の切断角６は約４５度であるが、本願発明はこれらの数値に限定されるものではない。
【００３５】
図２において具体的に示されているように、丸み半径１０で記述され得る、電極１の第１側縁部３と第２側縁部４との間の単なる丸みに比べて、本発明に係る製造法によって、電極１の面積は余剰面積１１の分だけ大きくなる。略長方形の電極１のすべての面積利得は、全部で４つのそのような余剰面積１１から構成されており、電気化学的エネルギー貯蔵セルの面積利得はすべて、複数の電極１の複数の余剰面積１１から構成されている。複数のこれらの余剰面積１１によって、電気化学的エネルギー貯蔵装置の容量を増やすことができる。
【００３６】
図３は、電極積重物の断片を示しており、その際この電極積重物は、複数の電極１と当該電極１の間の複数のセパレータ１２とを備える。セパレータ１２は、２つの電極１がこれらのセパレータ１２の１つのよって互いに分離されるように設けられている。電極１は実質的に、半製品８の厚さ１５を備える。様々な電極１が、異なる半製品８から製造されてよく、かつそれに従って異なる厚さ１５を備えてよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  電極
２  電極の輪郭
３  第１側縁部
４  第２側縁部
５  接合部分
５ａ  接合部分の直線領域
５ｂ  接合部分の湾曲領域
６  切断角
７  開口角
８  半製品
９  湾曲領域５ｂの半径
１０  丸み半径
１１  余剰面積
１２  セパレータ
１３  第１空間方向
１４  第２空間方向
１５  半製品もしくは電極の厚さ
【図１】
2013543638.tif 000003
【図２】
2013543638.tif 000004
【図３】
2013543638.tif 000005
【国際調査報告】
2013543638.tif 000006
2013543638.tif 000007
2013543638.tif 000008
2013543638.tif 000009