(57)【要約】  実質的に角柱状または円柱状の形態を有する本発明によるガルバニ電池は、電極積層体を有する。さらにガルバニ電池は、電極積層体と接続された少なくとも1つの電流導体を有する。さらにガルバニ電池は、電極積層体を少なくとも部分的に包囲する外被を有する。その際、電流導体が外被から部分的にはみ出している。外被は、少なくとも1つの第1の成形部品と第2の成形部品を有する。1つの成形部品が、他の成形部品よりも高い熱伝導性を有する。外被の成形部品は、電極積層体を少なくとも部分的に包囲するように設けられている。
2012516003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
1つの電極積層体(2)と、
前記電極積層体(2)に接続された少なくとも1つの電流導体(3、3a)と、
前記電極積層体(2)を少なくとも部分的に包囲する外被(4)とを有し、
前記少なくとも1つの電流導体(3、3a)が前記外被(4)から部分的に突き出ている、とりわけ角柱形または円柱形のガルバニ電池(1)において、
前記外被(4)が少なくとも1つの第1の成形部品(5a)と第2の成形部品(5b)を有し、1つの成形部品が、他の成形部品よりも高い熱伝導性を有し、
前記成形部品(5、5a、5b)がさらに、前記電極積層体(2)を少なくとも部分的に包囲するように設けられていることを特徴とするガルバニ電池(1)。
【請求項２】
前記外被(4)の少なくとも2つの成形部品(5、5a、5b)が、少なくとも部分的にとりわけ一体接合で互いに結合されるように設けられており、外被(4)の少なくとも2つの成形部品(5、5a、5b)が、第1の結合領域(6)でとりわけ一体接合で互いに結合されるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載のガルバニ電池(1)。
【請求項３】
前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、とりわけ温度調節要素(8)および/または第1の温度調節手段(14)と接触するように設けられた熱伝達領域(7)を有することを特徴とする請求項1または2に記載のガルバニ電池(1)。
【請求項４】
前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が曲げ剛性を有するように形成されており、および/または前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が壁薄に形成されてい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ガルバニ電池(1)。
【請求項５】
前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、少なくとも一部領域にコーティング(10)を有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ガルバニ電池(1)。
【請求項６】
前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、とりわけ電極積層体(2)を収容するための切欠部(11)を有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ガルバニ電池(1)。
【請求項７】
前記外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、第2の結合領域(12)を有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ガルバニ電池(1)。
【請求項８】
少なくとも1つの電極を備え、前記電極が少なくとも1つの電極、とりわけ少なくとも1つのカソードを含み、前記カソードが化学式LiMPO4の化合物を有し、ここでMは元素周期表の第一列の少なくとも1つの遷移金属のカチオンであり、前記遷移金属カチオンはとりわけMn、Fe、NiおよびTi、またはこれらの元素の組合せからなる群から選択され、前記化合物がとりわけカンラン石構造、好ましくはカンラン石超構造を含み、Feが特に好ましいことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
【請求項９】
少なくとも1つの電極を備え、前記電極が少なくとも1つの電極、好ましくは少なくとも1つのカソードを含み、前記カソードが、マンガン酸リチウム、好ましくはスピネル型のLiMn2O4、コバルト酸リチウム、好ましくはLiCoO2、またはニッケル酸リチウム、好ましくはLiNiO2、またはこれら2種または3種の酸化物の混合物、またはマンガン、コバルト、およびニッケルを含有するリチウム混合酸化物を有することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
【請求項１０】
少なくとも1つの電極を備え、前記電極が少なくとも1つのセパレータを含み、前記セパレータが電子伝導性を有さず、または電子伝導性が悪く、かつ少なくとも部分的に物質透過性の担体からなり、前記担体は、好ましくは少なくとも片側が無機材料でコーティングされており、
少なくとも部分的に物質透過性の担体として、好ましくは不織フリースとして形成された有機材料が好ましくは使用され、前記有機材料が、好ましくはポリマー、特に好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)を含み、
前記有機材料が、好ましくはイオン伝導性の無機材料でコーティングされており、前記無機材料はさらに好ましくは-40℃〜200℃の温度範囲でイオン伝導性であり、前記無機材料が好ましくは、元素Zr、Al、Liの少なくとも1つを含む酸化物、リン酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩の群からの少なくとも1つの化合物、特に好ましくは酸化ジルコンを含み、イオン伝導性の前記無機材料が好ましくは、最大直径が100nm未満の粒子を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)。
【請求項１１】
請求項1から10のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)を少なくとも2つ備えるバッテリにおいて、
前記ガルバニ電池(1)が実質的に互いに平行に配置されており、
バッテリにさらに少なくとも1つの温度調節要素(8)が配設されており、前記少なくとも1つの温度調節要素(8)が、少なくとも1つのガルバニ電池(1)の外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)と接触するように設けられていることを特徴とするバッテリ。
【請求項１２】
前記少なくとも1つの温度調節要素(8)が少なくとも1つの第1のチャネル(13)を有し、前記第1のチャネル(13)に好ましくは第2の温度調節手段(14)が充填されており、および/または
前記少なくとも1つの温度調節要素(8)が、熱交換器(15)と動作可能に接続されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)を少なくとも2つ備える、請求項11に記載のバッテリ。
【請求項１３】
前記温度調節要素(8)の温度が、バッテリのガルバニ電池(1)の所望の動作温度に応じて選択されることを特徴とする請求項11または12に記載のバッテリの駆動方法。
【請求項１４】
前記温度調節要素(8)の少なくとも1つの第1のチャネル(13)を、前記第2の温度調節手段(14)が流れることを特徴とする請求項12または13に記載のバッテリの駆動方法。
【請求項１５】
請求項1から10のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)を少なくとも2つ備えるバッテリの駆動方法において、
少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)、とりわけ成形部品(5、5a、5b)の熱伝達領域(7)に第1の温度調節手段(14)が流れ込み、または部分的にそこを迂回して流れることを特徴とする駆動方法。
【請求項１６】
請求項1から10のいずれか一項に記載のガルバニ電池(1)の製造方法において、
まず、外被(4)の少なくとも2つの成形部品(5、5a、5b)が、とりわけ一体接合で互いに結合され、
続いて、外被(4)の少なくとも1つの成形部品(5、5a、5b)が、出発状態から曲げによって変形された状態にされ、このとき成形部品(5、5a、5b)の少なくとも1つの長さが、変形された状態では出発状態より低減されていることを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ用のガルバニ電池に関する。本発明を、自動車駆動装置に給電するためのリチウム・イオンバッテリに関して説明する。本発明は、ガルバニ電池の化学的特性、構造形式、または給電される駆動装置の種類とは無関係に使用することもできることを指摘しておく。
【背景技術】
【０００２】
従来技術から、複数のガルバニ電池を備える、自動車駆動装置の給電用のバッテリが公知である。この種のバッテリの駆動中にはガルバニ電池において不可逆的化学反応も発生する。この不可逆的反応により、ガルバニ電池の充電容量が低減する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の根底にある課題は、バッテリのガルバニ電池の充電容量を、より多数の充電サイクルにわたって維持することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これは本発明によれば、独立請求項の対象によって達成される。本発明の好ましい改良形態は、従属請求項の対象である。
【０００５】
とりわけ実質的に角柱状または円柱状の形態を備える本発明によるガルバニ電池は、電極積層体を有する。さらにガルバニ電池は、電極積層体と接続された少なくとも1つの電流導体を有する。さらにガルバニ電池は、電極積層体を少なくとも部分的に包囲する外被を有する。
【０００６】
ここでは少なくとも1つの電流導体が外被から部分的にはみ出している。外被は、少なくとも1つの第1の成形部品と第2の成形部品を有する。１つの成形部品が、他の成形部品よりも高い熱伝導性を有する。外被の成形部品は、電極積層体を少なくとも部分的に包囲するように設けられている。
【０００７】
ここでガルバニ電池とは、電気エネルギーの放出にも用いられる装置を意味するものとする。ガルバニ電池は、エネルギーを化学的な形態で蓄積する。電流の放出の前に化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。場合によっては、ガルバニ電池は、電気エネルギーを吸収し、化学エネルギーに変換して蓄積するのにも適する。これは再充電可能なガルバニ電池と呼ばれる。電気エネルギーから化学エネルギーへのまたはその逆の変換には損失が伴い、不可逆化学反応が付随する。不可逆化学反応により、ガルバニ電池の領域をエネルギー蓄積およびエネルギー変換のために使用できなくなる。そのため、ガルバニ電池の蓄積能力または充電容量もまた、放電および充電過程または充電サイクルの数が増大するとともに低下する。ガルバニ電池の動作温度の上昇によっても不可逆化学反応は増大する。ガルバニ電池の形態は、使用場所での使用可能な空間に応じて選択される。好ましくは、ガルバニ電池の形状は実質的に円柱状または角柱状である。
【０００８】
ここで電極積層体とは、少なくとも2つの電極と、その間に配置された電解質との構成体を意味するものとする。電解質は部分的にセパレータによって吸収することができる。その際、セパレータは電極同士を分離する。電極積層体は、化学エネルギーを蓄積し、それを電気エネルギーに変換するためにも役立つ。再充電可能なガルバニ電池の場合、電極積層体は、電気エネルギーを化学エネルギーに変換することもできる。例えば電極は、プレート状またはフィルム状に構成されている。電極積層体は巻くことができ、実質的に円柱状の形態を有することができる。これはむしろ電極コイルと呼ばれる。以下では概念「電極積層体」を電極コイルにも使用する。電極積層体は、リチウムまたは他のアルカリ金属をイオンの形態で有することもできる。
【０００９】
ここで電流導体とは、電子を電極から電気的負荷の方向に流すこともできるデバイスを意味するものとする。電流導体は、逆の電流方向にも働く。電流導体は、電極、または電極積層体の活性電極ペーストと電気的に接続され、さらに接続ケーブルと電気的に接続されている。電流導体の形態は、ガルバニ電池または電極積層体の形態に適合されている。電流導体は、プレート状またはフィルム状に構成されていることが好ましい。好ましくは電極積層体の各電極が固有の電流導体を有し、または同じ極性の電極が共通の電流導体に接続されている。
【００１０】
ここで外被とは、化学物質が電極積層体から外界に流出することをも阻止する機構を意味するものとする。さらに外被は、電極積層体の化学構成成分を、外界との好ましくない相互作用から保護することができる。例えば外被は、電極積層体を外界からの水または水蒸気の浸入から保護する。外被はフィルム状に構成することができる。外被は、熱エネルギーの放出をできるだけ妨げないようにすべきである。ここで外被は少なくとも2つの成形部品を有する。成形部品は、少なくとも部分的に電極積層体に密着していることが好ましい。
【００１１】
ここで成形部品とは、電極積層体の形態に適合されている固体を意味するものとする。場合によっては成形部品は、別の成形部品または電極積層体と協働して初めてその形態を取る。電極積層体が平行六面体形の場合、成形部品は実質的に長方形に裁断することができる。その際、成形部品の寸法は、電極積層体の特定の寸法より大きく選択されることが好ましい。2つの成形部品が電極積層体の周りに配置されたとき、成形部品は電極積層体から部分的に突き出し、突出縁部を部分的に形成する。ここで成形部品の縁部領域は、好ましくは別の成形部品の縁部領域と、好ましくは平坦に接触する。例えば1つの成形部品は平坦なプレートとして構成され、別の成形部品は電極積層体の周りで第1の成形部品に密着する。
【００１２】
電極コイル用の成形部品は好ましくは円筒状に構成されており、円筒状外被の少なくとも1つの成形部品の湾曲が、電極コイルの半径に適合されている。
【００１３】
1つの成形部品が、他の成形部品よりも高い熱伝導性を有し、電極積層体に部分的に熱伝導接触している。成形部品と電極積層体との温度差に応じて、熱エネルギーが電極積層体から外へ、またはこの電極積層体中に伝達される。
【００１４】
ここで包囲するとは、成形部品が第2の成形部品と一部領域で接触することができることを意味するものとする。ここでは電極積層体は、関係する成形部品の間に置かれる。少なくとも2つの成形部品は一部領域で平坦に、好ましくは少なくとも関係する成形部品の境界エッジまたは縁部領域に沿って接触する。
【００１５】
自動車駆動装置に給電するためにバッテリから一時的に大電流が取り出されるが、この大電流はバッテリのガルバニ電池を著しく加熱することがある。温度上昇とともに、ガルバニ電池内で不可逆化学反応も増大する。本発明によればガルバニ電池の外被は、外被の他の部分に比べて著しく高い熱伝導性を特徴とする成形部品によって形成される。したがって熱抵抗を低減することができ、電極積層体への熱流または電極積層体からの熱流を高めることができる。このようにしてガルバニ電池内の熱出力を、温度差が小さい場合でも放出することができる。
【００１６】
ガルバニ電池の動作温度の制限により、不可逆化学反応が減少し、ガルバニ電池の充電容量が比較的多数の充電サイクルにわたって維持され、根底にある課題が解決される。
【００１７】
以下、本発明の好ましい改良形態について説明する。
【００１８】
有利には、外被の少なくとも2つの成形部品が、互いに結合されるように設けられている。この結合は、例えば摩擦接合または好ましくは一体接合である。種々の成形部品の材料に応じて、これらは例えば接着または溶接法によって互いに結合される。とりわけ超音波溶接を、金属成形部品を熱可塑性成形部品と結合するために使用することができる。その際に、場合によっては、関係する成形部品の表面の少なくとも1つを前処理または活性化するのが有益である。摩擦接合または一体接合により、好ましくは環状ストライプ形の結合が、成形部品間の空間を外界に対して密封するように、成形部品が結合される。付着性改善のために、介挿されるストライプ、例えばシールテープも使用することができる。少なくとも2つの成形部品が、第1の結合領域でとりわけ一体接合で互いに結合されることが好ましい。この第1の結合領域は、好ましくは関係する成形部品の縁部領域に沿って延在する。その際、第1の結合領域はストライプ状に構成される。第1の結合領域が成形部品の境界エッジに沿って、完全に一周する必要はない。関係する成形部品を結合する前に、さらなる介挿部品を、やはり成形部品と摩擦接合または一体接合で結合されるように配置することができる。とりわけ電流導体は、これが外被から部分的にはみ出すように介挿される。したがって外被は、電流導体の領域でも外界に対して気密である。
【００１９】
有利には外被の少なくとも1つの成形部品が熱伝達領域を有する。この熱伝達領域は、電極積層体へのまたは電極積層体からの熱伝達の改善にも役立つ。好ましくは、熱伝達領域には第1の温度調節手段が流れ込み、および/または熱伝達領域が温度調節要素と熱伝導的に接触している。成形部品の熱伝達領域は、成形部品の表面の大部分をおおっていてもよい。熱伝達領域は同時に、ガルバニ電池を温度調節要素に、例えばねじ、リベット、接着、または溶接によって固定するために役立つことができる。
【００２０】
外被の少なくとも1つの成形部品は曲げ剛性を有するように形成されていることが好ましい。この成形部品は電極積層体に支持を提供し、電極積層体を機械的損傷から保護することができ、またはガルバニ電池と収容装置との機械的接続に役立つことができる。曲げ剛性のある成形部品が、金属プレートまたは金属板として構成されていることが好ましい。成形部品は例えばビード、盛り上った領域、またはリブによって補強することができる。
【００２１】
外被の少なくとも1つの成形部品は薄壁に形成されていることが好ましい。薄壁の成形部品の壁厚は、機械的、電気的または熱的要件に適合されていることが好ましい。その際、壁厚は一様である必要はない。薄壁の成形部品の壁厚が増大した領域は、ヒートシンクまたはヒートタンクとして作用することができ、したがって熱エネルギーを電極積層体から放出し、またはこれに輸送するのに寄与することができる。成形部品を薄壁に構成すれば、重量およびスペースも節約される。少なくとも1つの成形部品はフィルム、特に好ましくは複合フィルムとして構成されることが好ましい。複合フィルム用の材料として、金属またはプラスチックも考えられる。
【００２２】
外被の少なくとも1つの成形部品は、少なくとも一領域にコーティングを有することが好ましい。このコーティングは、成形部品に課される要件に適合させるためにも役立つ。例えばコーティングは、電気絶縁のため、ガルバニ電池の化学物質に対して成形部品を保護するため、接着剤接続の付着性改善のため、熱伝導性の改善のため、または外界からの有害な作用から保護するために役立つ。コーティングは、成形部品の表面に化学的活性化を引き起こすことができる。コーティングは、成形部品の材料とは異なる材料を有することが好ましい。少なくとも1つの成形部品が、複数の異なるコーティングを有することもでき、これらを成形部品の異なる箇所に配置することもできる。成形部品が電極積層体と電気接触している場合、電流導体はこの成形部品に対して好ましくは電気的に絶縁される。
【００２３】
有利には外被の少なくとも1つの成形部品は切欠部、とりわけ皿状凹部を有する。この形態により、成形部品は、増加した慣性極モーメントまたは曲げ剛性を得る。この切欠部は、電極積層体を少なくとも部分的に収容することが好ましい。これは電極積層体の保護にも役立つ。切欠部を有する成形部品の壁厚は好ましくは要件に適合されている。外被の複数の成形部品が切欠部を有することもでき、それらの切欠部が電極積層体を収容するための共通の空間を形成する。成形部品は、深絞り加工またはコールドフロープレスされた金属板として構成されることが好ましい。成形部品は、深絞り加工されたプラスチックプレート、またはプラスチックフィルムとして構成されることが好ましい。切欠部を有する外被の成形部品は、別の成形部品と結合するために設けられた、少なくとも1つの第1の結合領域をさらに有する。
【００２４】
円柱状のガルバニ電池または電極コイルの場合、少なくとも1つの成形部品は好ましくは皿状に構成されている。ここで皿状の成形部品の湾曲は、電極コイルの半径に適合されている。
【００２５】
有利には少なくとも1つの成形部品は、第2の結合領域を有する。第2の結合領域は、ガルバニ電池を例えばハウジング内、フレーム内、または基板上に固定するためにも役立つ。第2の結合領域は、当該の成形部品と別の本体との結合が所定の様式でのみ行うことができるように構成されることが好ましい。
【００２６】
例えば第2の結合領域は、別の本体のある領域に対応する幾何形態を有する。
【００２７】
好ましくは、成形要素、例えば穴およびピンの配置により、成形部品と別の本体との結合が所定の様式でのみ可能であるようにすることができる。貫通穴またはねじの配置も、所定の様式での結合のみを許容することができる。第2の結合領域は、第1の結合領域から空間的に分離されていることが好ましい。外被の少なくとも1つの成形部品は、好ましくは複数の別個の第2の結合領域を有する。成形部品と他の本体との結合は、例えばリベット、ねじ、溶接、または接着によって行われる。成形部品の第2の結合領域と、この成形部品の熱伝達領域とが一致することが好ましい。これらの領域では、成形部品が例えば温度調節要素、フレーム、またはバッテリハウジングの基板と結合される。
【００２８】
有利には少なくとも2つのガルバニ電池が、1つのバッテリにまとめられる。その際、少なくとも2つのガルバニ電池が、好ましくは互いに平行に配置される。角柱状または平行六面体の電池が、好ましくは互いに平坦に接触され、実質的に平行六面体のパケットを形成することができる。
【００２９】
円柱状の電池は、それらの長手軸または対称軸が平行に延在するように、または一致するように配置されることが好ましい。電極コイル用の外被は好ましくは円筒状に構成されており、円筒状外被の少なくとも1つの成形部品の湾曲は、電極コイルの半径に適合されている。
【００３０】
さらにバッテリには、少なくとも1つの温度調節要素が配設されている。温度調節要素は、あらかじめ定められた温度を有し、この温度は時間的に変化させることができる。温度調節要素の温度は、好ましくはガルバニ電池の電極積層体の温度に応じて選択される。あらかじめ定められた温度勾配により、この電極積層体への、またはこの電極積層体からの熱の流れが引き起こされる。その際に、温度調節要素は電極積層体と、温度調節要素に接触している少なくとも1つの成形部品またはその熱伝達領域を介して熱エネルギーを交換する。既存のガルバニ電池も、第2の結合領域を介して温度調節要素と、特に摩擦接合または一体接合により結合することができる。
【００３１】
有利には温度調節要素は、温度調節要素の所定の温度を調節するための少なくとも1つの第1のチャネルをも有する。このチャネルには第2の温度調節手段が充填されていることが好ましい。特に好ましくは、第2の温度調節手段は、この少なくとも1つのチャネルを流れる。このとき、流れる第2の温度調節手段は、温度調節要素に熱エネルギーを供給し、またはそれから熱エネルギーを排出する。少なくとも1つの温度調節要素は、好ましくは熱交換器と動作可能に接続されている。熱交換器は、とりわけ第2の温度調節手段によって、この温度調節要素から熱エネルギーを排出し、またはこの温度調節要素に熱エネルギーを供給する。熱交換器または温度調節手段は、自動車の空気調和装置と相互作用することができる。熱交換器は、電気加熱機構を有することができる。
【００３２】
有利には、少なくとも2つのガルバニ電池を備えるバッテリは、ガルバニ電池の少なくとも1つの成形部品に第1の温度調節手段が流れ込むように動作される。例えば第1の温度調節手段として、周囲空気または自動車の空気調和装置の冷媒が使用される。第1の温度調節手段は、少なくとも1つの成形部品、その熱伝達領域、または電極積層体よりも高い温度を有することも低い温度を有することもできる。
【００３３】
有利には本発明によるガルバニ電池は、まず、外被の少なくとも2つの成形部品が1つの電極積層体を取り囲んで一体になるように製造される。このとき、ガルバニ電池の電流導体を介挿することができる。続いて2つの成形部品を、互いにとりわけ一体接合で結合し、それによりとりわけ少なくとも2つの成形部品による環状の結合を形成する。このようにして、気密な外被が電極積層体の周りに形成されることが好ましい。
【００３４】
続いて少なくとも1つの成形部品を、曲げることにより、とりわけ成形部品の少なくとも1つの領域を盛り上げることにより、変形された状態にする。第1の結合領域は、少なくとも部分的に面取りすることが好ましい。このとき少なくとも1つの成形部品の寸法を縮小することができる。有利には、成形部品の盛り上った領域は、電極積層体の追加の機械的保護をもたらす。有利にはこの盛り上った縁部領域は、該当する成形部品の慣性極トルクを高める。
【００３５】
本発明のさらなる利点、特徴、および適用可能性は、図面に関連する以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術のガルバニ電池の斜視図である。
【図２】冷却板を備える従来技術のガルバニ電池の斜視図および側面図である。
【図３】冷却板を備える従来技術のガルバニ電池の分解図である。
【図４】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の斜視図である。
【図５】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の分解図である。
【図６】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の別の分解図である。
【図７】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の断面図および部分拡大図である。
【図８】温度調節プレート上に本発明による成形部品を備えるガルバニ電池によるセルブロックの斜視図である。
【図９】温度調節プレート上に本発明による成形部品を備えるガルバニ電池によるセルブロックの側面図である。
【図１０】第1の温度調節手段と接触する本発明による成形部品を備えるガルバニ電池によるセルブロックの側面図である。
【図１１】本発明による成形部品と第2の結合領域を備えるガルバニ電池の斜視図である。
【図１２】複数の第2の結合領域を有する本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の側面図および正面図である。
【図１３】複数の第2の結合領域を有する本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の分解図である。
【図１４】タッピンねじによって温度調節要素に固定することのできる本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の2つの斜視図である。
【図１５】タッピンねじによって温度調節要素に固定されている本発明による成形部品を備えるガルバニ電池からなるセルブロックの斜視図である。
【図１６】タッピンねじによって温度調節要素に固定されている本発明による成形部品を備えるガルバニ電池からなるセルブロックの断面図である。
【図１７】皿状部材として形成された本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の斜視図である。
【図１８】皿状部材として形成された本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の分解図である。
【図１９】皿状部材として形成された本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の別の分解図である。
【図２０】皿状部材として形成された本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の断面図および部分拡大図である。
【図２１】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の出発状態における斜視図である。
【図２２】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の出発状態における部分拡大斜視図である。
【図２３】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の出発状態における側面図および断面図である。
【図２４】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の成形状態における斜視図である。
【図２５】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の成形状態での部分拡大斜視図である。
【図２６】本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の成形状態における側面図および断面図である。
【図２７】皿状部材として形成された本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の成形状態における斜視図である。
【図２８】皿状部材として形成された本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の成形状態における部分拡大斜視図である。
【図２９】皿状部材として形成された本発明による成形部品を備えるガルバニ電池の成形状態における側面図および断面図である。
【図３０】皿状部材として構成された成形部品に配置された電極コイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図1は、従来技術のガルバニ電池を示す図である。このガルバニ電池は、フィルム状の外被によって完全に取り囲まれた電極積層体を有する。図2と図3は、冷却板が配設された、従来技術によるガルバニ電池を示す。冷却板は、ガルバニ電池の外被に大きな面積で接触している。冷却板は下端部で折り曲げられている。
【００３８】
図4は、ガルバニ電池1を示す。その外被4は本発明による成形部品5aを有する。この成形部品は第2の成形部品5bとしての結合フィルムと、一周するシール継目に沿って一体接合で結合されている。2つの電流導体3、3aが、成形部品5a、5bと一体接合で結合されている。成形部品5aの下縁部は盛り上っている。この盛り上った縁部は、熱伝達領域7としても働く。ガルバニ電池1の電極積層体2は、この電極積層体2の抜け落ちが十分に防止されるように外被4の成形部品5a、5bの間に閉じ込められている。さらに本発明の成形部品5aは、電極積層体2との熱交換および電極積層体2の保護にも実質的に寄与する。
【００３９】
図5と図6は、ガルバニ電池の主要なアセンブリを示す。成形部品5bは、プラスチックフィルムとして構成されている。電極積層体が第2の成形部品5aとともに包囲された後に初めて成形部品5bはその形状を取る。成形部品5bはとりわけ、深絞り加工によって形状的に安定に構成することができる。2つの電流導体3、3aにはそれぞれ、シールテープ16が設けられている。シールテープは、外被4の密封性も改善する。
【００４０】
図7は、本発明によるガルバニ電池1の断面図を示す。2つの成形部品5a、5b、電流導体3、3a、およびシールテープ16は互いに耐密に、とりわけ一体接合で接触している。さらに電極積層体2が多数の電極とセパレータを有することが図示されている。同じ極性の電極が、接続突起を介して電流導体3、3aと、好ましくは溶接されていることも図示されている。
【００４１】
図8と図9は、複数のガルバニ電池1が共通の温度調節要素8上に配置されていることを示す。温度調節要素8には、第2の温度調節手段14のための複数の第1のチャネル13が設けられている。各ガルバニ電池1のそれぞれの1つの成形部品5aは、金属板として形成されている。各金属板の下縁部は盛り上っており、熱伝達領域7を形成する。この熱伝達領域7は、温度調節要素8と少なくとも熱伝導接触している。ガルバニ電池1は、それぞれ2つのガルバニ電池1の熱伝導性の成形部品5aが互いに接触するように配置されている。
【００４２】
図10は、多数の本発明によるガルバニ電池1を示し、これらのガルバニ電池の熱伝達領域7は上方に延在しており、第1の温度調節手段14がここに流れ込む。この場合も、曲げ剛性があり、かつ好ましくは熱伝導性である、ガルバニ電池1のそれぞれ2つの成形部品5が接触している。
【００４３】
図11〜図13は、複数の第2の結合領域12を備える本発明によるガルバニ電池1を示す。第2の結合領域12は、下縁部が盛り上った外被4の成形部品5bの一部である。盛り上った下縁部は、熱伝達領域7としても役立つ。複数の第2の結合領域12は、側方に突き出た継目板として構成されており、それぞれ1つの貫通穴を有する。この貫通穴を通して、バッテリハウジングまたはそのフレームに係合する締付けねじが案内される。
【００４４】
図14は、外被4が2つの成形部品5a、5bを有するガルバニ電池1を示す。成形部品5aは、下縁部が盛り上った金属板として構成されている。盛り上った下縁部は熱伝達領域7としても、また第2の結合領域12としても役立つ。盛り上った下縁部は、タッピンねじが係合する2つの穴を有する。
【００４５】
図15は、盛り上った下縁部を備えるそれぞれ1つの成形部品5aを第2の結合領域12として有する複数の本発明によるガルバニ電池1を示す。第2の結合領域12は、温度調節要素8上にねじ留めされている。
【００４６】
図16は、ガルバニ電池1の成形部品5aが、空間的に第1の結合領域6とは別個の領域で温度調節要素8とねじ留めされることを示す。このようにして、外被4の気密な構成も維持される。
【００４７】
図17〜図20は、複数の部品からなる外被4を有するガルバニ電池1を示す。成形部品5bは複合フィルムとして構成されている。外被4のさらなる成形部品5aは、金属板として構成されている。成形部品5aは、盛り上った下縁部を有し、この下縁部は、熱伝達領域7および/または第2の固定領域12として役立つことができる。さらに、成形部品5は、皿状凹部11として構成された領域を特色とする。皿状凹部11は、例えば深絞り加工によって形成され、電極積層体2を収容する働きをする。成形部品5aの皿状凹部11内に電極積層体2を挿入した後、複合フィルム5bを上に配置し、2つの成形部品5a、5bの縁部領域に沿った平坦な接触が形成される。2つの成形部品5a、5bを一体接合で結合した後、外被4を気密に閉じる。密封するため、および導体の領域内で一体接合の付着性を改善するためのシールテープ16も図示されている。成形部品5aの皿状凹部11内で、ガルバニ電池1の電極積層体2は、機械的負荷から保護される。
【００４８】
図20は、本発明によるガルバニ電池1の断面図を示し、ここでは外被4の成形部品5aの1つが切欠部11を備える金属板として構成されている。拡大図は、2つの成形部品5a、5b、電流導体3、およびシールテープ16の接触を示す。さらに、電極積層体2が多数の電極およびセパレータを有することが図示されている。同じ極性の電極が、接続突起を介して電流導体3と、好ましくは溶接されていることも図示されている。
【００４９】
図21〜図23は、外被4が2つの成形部品5a、5bを有する本発明のガルバニ電池1を示す。成形部品5bが複合フィルムとして構成されており、別の成形部品5aは金属板として構成されている。ハッチングにより、成形部品の一体接合6の領域、いわゆるシーリングがマークされている。金属板として構成された成形部品5aは、未変形状態で存在し、その縁部領域に沿って別の成形部品5aと、とりわけ一体接合で結合されている。
【００５０】
図24〜図26は、金属板として形成された、曲げ工程後の成形部品5aを示す。この曲げ工程で、両方の成形部品5a、5bの一体接合の領域6が、未変形状態に比べて盛り上がる。したがって成形部品5aの幅が、出発状態に比べて縮小される。したがって構造空間が節約される。さらに成形部品5a、5b間の第1の結合領域6が、盛り上げた後に特に保護される。
【００５１】
図27〜図29は本発明のガルバニ電池1を示し、ここでは金属板として形成された成形部品5aが、電極積層体2を収容するための皿状凹部11をさらに有している。まず既存の成形部品5a、5bの一体接合6が形成される。続いて金属板として形成された成形部品5aの若干の縁部領域が、曲げ工程によって盛り上げられる。この場合も、成形部品5aの皿状凹部11内に電極積層体2を保護して配置する際に、成形部品5aの幅が出発状態に比べて縮小される。
【００５２】
図30は、外被4内での電極コイル2の配置を示す。外被4またはその成形部品5a、5bは湾曲しており、電極コイル2の半径に適合している。電極コイル2の介挿後、成形部品5a、5bは第1の結合領域で互いに結合される。
【００５３】
好ましくはガルバニ電池の少なくとも1つの電極、特に好ましくは少なくとも1つのカソードは、化学式LiMPO4の化合物を有し、ここでMは元素周期表の第一列の少なくとも1つの遷移金属のカチオンである。遷移金属カチオンはとりわけMn、Fe、Ni、およびTi、またはこれら元素の組合せからなる群から選択される。この化合物は好ましくはカンラン石構造、好ましくはカンラン石超構造を含む。
【００５４】
別の実施形態では、ガルバニ電池の好ましくは少なくとも1つの電極、特に好ましくは少なくとも1つのカソードが、マンガン酸リチウム、好ましくはスピネル型のLiMn2O4、リチウムコバルト酸塩、好ましくはLiCoO2、またはニッケル酸リチウム、好ましくはLiNiO2、またはこれら2種または3種の酸化物の混合物、またはマンガン、コバルト、およびニッケルを含有するリチウム混合酸化物を有する。
【００５５】
好ましくはガルバニ電池の正電極および負電極は、1つまたは複数のセパレータによって互いに分離されている。このようなセパレータ材料は、例えば多孔性の無機材料からなることができ、このセパレータ材料は、セパレータを通る物質移動をセパレータ層に対して垂直に行うことができ、これに対しセパレータ層に平行な物質移動は妨げられる、またはそれどころか抑制されるような性質を有する。
【００５６】
その際、特に好ましくはセパレータ材料は、温度閾値に達するかこれを超えると溶解し、セパレータ層の孔を少なくとも局所的に縮小または閉鎖する粒子を通過させる、またはそのような粒子を少なくともその表面に有する、多孔性無機材料からなる。このような粒子は好ましくは、ポリマーまたはポリマー混合物、ワックスまたはそれら材料の混合物を含む材料の群から選択される材料からなる。
【００５７】
特に好ましくは、本発明の実施形態では、出発物質として化学反応に関与する移動可能な構成成分によって毛細管作用に基づいてセパレータ層の孔が充填されるようにセパレータ層が構成されており、したがってセパレータ層の孔の外には、ガルバニ電池内に存在する移動可能な構成成分の総量のうち比較的僅かな部分しか存在しない。これに関連して、ガルバニ電池内に存在する電解質またはその化学構成成分またはそれら構成成分の混合物が、特に好ましい出発物質であり、この出発物質は、本発明の特に好ましい一実施形態によれば、多孔性のセパレータ層全体をできるだけ濡らすまたは含浸させるが、セパレータ層の外には存在せず、または無視できる程度にしか存在せず、または比較的僅かな量しか存在しない。このような構成は、ガルバニ電池の製造の際に、多孔性のセパレータを、ガルバニ電池内に存在する電解質または適切に選択された化学反応の別の出発物質で含浸させ、その結果、この出発物質が引き続きセパレータ内にだけ十分に存在するようにすることによって得ることができる。
【００５８】
化学反応に基づき、気泡形成によってまたは局所的加熱によって、おそらくまずは局所的にだけ圧力上昇が生じる場合、この出発物質は他の領域から反応領域に流れることができない。この出発物質がまだ流れることができる限り、またはまだ流れることができる間、この出発物質の他の箇所での使用可能性は対応して減少する。最終的に反応は停止するか、または少なくとも好ましくは小さな領域に制限されたままとなる。
【００５９】
本発明によれば好ましくは、電子伝導性がなく、または電子伝導性が悪く、かつ少なくとも部分的に物質透過性の担体からなるセパレータが使用される。この担体は、好ましくは少なくとも片側を無機材料でコーティングされている。少なくとも部分的に物質透過性の担体として、好ましくは不織フリースとして形成された有機材料が使用されることが好ましい。好ましくはポリマー、特に好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)を含む有機材料が、好ましくはイオン伝導性の無機材料でコーティングされており、この無機材料はさらに好ましくは-40℃〜200℃の温度範囲でイオン伝導性である。無機材料は好ましくは、Zr、Al、Liの少なくとも1つの元素を含む酸化物、リン酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩の群からの少なくとも1つの化合物、特に好ましくは酸化ジルコンを含む。好ましくはイオン伝導性の無機材料は、最大直径が100nm未満の粒子を有する。
【００６０】
このようなセパレータは、例えばEvonik株式会社(ドイツ)から商品名「Separion」で市販されている。
【符号の説明】
【００６１】
1  ガルバニ電池
2  電極積層体
3、3a  電流導体
4  外被
5、5a、5b  成形部品
6  第1の結合領域
7  熱伝達領域
8  温度調節要素
11  皿状凹部
12  第2の固定領域
13  第1のチャネル
14  温度調節手段
16  シールテープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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2012516003.tif 000034
2012516003.tif 000035
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