(57)【要約】  本発明は、1つのアノード電極(5)と、1つのカソード電極(6)と、前記電極(5、6)間に少なくとも部分的に配置された1つのセパレータ(4)と、を少なくとも備え、セパレータ(4)が、セラミック材料から成る少なくとも1つの成分を含む材料から製造されることを特徴とする、略円柱形の電極コイル(3)に関する。
2012528424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円柱形の電極コイル(3)であって、
1つのアノード電極(5)と、
1つのカソード電極(6)と、
前記電極(5、6)の間に少なくとも部分的に配置された1つのセパレータ(4)と、
を少なくとも備えた電極コイル(3)において、
前記セパレータ(4)が、セラミック材料から成る少なくとも1つの成分を有する材料から製造されていることを特徴とする電極コイル(3)。
【請求項２】
前記セパレータ(4)が、柔軟なセラミック複合材料から形成されていること、および/または前記セパレータ(4)が、少なくとも1つの面、および好ましくは2つの面をイオン性液体で濡らされていることを特徴とする、請求項1に記載の電極コイル(3)。
【請求項３】
前記セパレータ(4)が、前記電極コイル(3)の少なくとも1つの端面において、前記電極(5、6)を越えて突出していることを特徴とする、請求項1または2に記載の電極コイル(3)。
【請求項４】
前記電極コイル(3)が、異なる極性の電極(5、6)の電極対を少なくとも2つ有し、前記電極対は特に直列に接続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電極コイル(3)。
【請求項５】
少なくとも1つの接触要素(71、81)が、前記電極コイル(3)の少なくとも1つの境界面、好ましくは前記電極コイル(3)の1つの端面に配置されてい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電極コイル(3)。
【請求項６】
前記セパレータ(4)が、好ましくは、物質透過性担体から構成されており、好ましくは部分的に物質透過性を有する、すなわち、少なくとも1つの材料に関しては略物質透過性を有し、かつ少なくとも1つの他の材料に関しては略物質透過性を有さない担体から構成されており、
前記担体が、少なくとも1つの面に無機材料をコーティングされており、
好ましくは有機材料が、物質透過性担体として用いられ、前記材料は、好ましくは不織布として形成されており、
前記有機材料が、好ましくは高分子化合物、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-40℃から200℃の温度範囲内でイオン伝導性である無機イオン伝導性材料をコーティングされており、
前記無機イオン伝導性材料が、好ましくは、元素Zr、Al、Liのうち少なくとも1つの元素の、酸化物、燐酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、珪酸塩、およびアルミノ珪酸塩からなる群の少なくとも1つの化合物、特に酸化ジルコニウムであり、かつ
前記無機イオン伝導性材料が、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5のいずれか一項に記載の電極コイル(3)。
【請求項７】
前記電極コイル(3)が、少なくとも1つの電極(5、6)、好ましくは少なくとも1つのカソード(6)を有しており、前記カソードは、化学式LiMPO4の化合物を含んでおり、Mは、元素周期律表の第1列の少なくとも1つの遷移金属カチオンであり、前記遷移金属カチオンは、好ましくは、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ばれ、かつ前記化合物は、好ましくは、オリビン構造、好ましくは上位オリビンを有し、Feが特に好ましいこと、および/または前記電極コイル(3)が、少なくとも1つの電極(5、6)、好ましくは少なくとも1つのカソード(6)を有しており、前記カソードは、リチウムマンガン酸塩、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、もしくはリチウムニッケル酸塩、好ましくはLiNiO2、またはこれらの酸化物の2つもしくは3つから成る混合物、またはマンガン、コバルトおよびニッケルを含むリチウム混合酸化物を含むことを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の電極コイル(3)。
【請求項８】
請求項1から7のいずれか一項に記載の少なくとも1つの電極コイル(3)を有するガルバニセル(2)において、
前記少なくとも1つの電極コイル(3)が、ハウジング(11)によって少なくとも部分的に囲まれていることを特徴とするガルバニセル(2)。
【請求項９】
請求項1から7のいずれか一項に記載の少なくとも2つの電極コイル(3)を有するガルバニセル(2)において、
前記少なくとも2つの電極コイル(3)が、互いに電気的に接続されていること、
前記少なくとも2つの電極コイル(3)の長手軸が互いに略平行に配置されていること、および、
前記少なくとも2つの電極コイル(3)が、共有ハウジング(11)によって少なくとも部分的に囲まれ、少なくとも1つの導電装置(15、15a)が、好ましくは前記ハウジング(11)の内面に配設されていること、
を特徴とするガルバニセル(2)。
【請求項１０】
電極コイル(3)の少なくとも1つの接触要素(71、81)が、前記ハウジング(11)に特に導電的に接続されていること、および/または電極コイル(3)の少なくとも1つの接触要素(71、81)が、前記ハウジング(11)から外方に導かれていることを特徴とする、請求項8または9に記載のガルバニセル(2)。
【請求項１１】
前記ハウジング(11)が、少なくとも1つの第1の接続領域(13)および/または少なくとも1つの熱伝達領域(12)を有すること、および/または前記ハウジング(11)が、少なくとも1つの第1の成形部品(11a)および1つの第2の成形部品(11b)を有し、前記成形部品(11a、11b)が相互に接続され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ガルバニセル(2)。
【請求項１２】
請求項8から11のいずれか一項に記載の少なくとも2つのガルバニセル(2)を備えるバッテリー(1)において、前記バッテリー(1)には少なくとも1つの熱交換装置(14、14a)が配設されており、前記熱交換装置(14、14a)が、所定の条件において、前記少なくとも2つのガルバニセル(2)のうちの少なくとも1つと熱エネルギーを交換するように設けられ、好ましくは、前記少なくとも2つのガルバニセル(2)の長手軸が、所定の間隔を有することを特徴とするバッテリー(1)。
【請求項１３】
電気駆動装置またはハイブリッド駆動装置を有する自動車に対する、請求項8から11のいずれか一項に記載のガルバニセル(2)の使用。
【請求項１４】
請求項1から7のいずれか一項に記載の電極コイル(3)を製造する方法であって、
a)セパレータ(4)の両面をイオン性液体で濡らす、またはセパレータ(4)の両面にイオン性液体を含浸させるステップと、
b)アノード電極(5)と少なくとも1つのカソード電極(6)との間に前記セパレータ(4)を配置するステップと、
c)このアセンブリを巻いて電極コイル(3)を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
特に請求項8から11のいずれか一項に記載の少なくとも2つのガルバニセル(2)と、少なくとも1つの熱交換装置(14、14a)と、を備えるバッテリー(1)を動作させる方法において、
前記少なくとも1つの熱交換装置(14、14a)の温度が、前記2つのガルバニセル(2)の少なくとも1つの温度に応じて調節され、第1の温度制御媒体が、好ましくは、前記熱交換装置(14、14a)に向かって、および/または前記熱交換装置(14、14a)を通して少なくとも断続的に流れ、前記第1の温度制御媒体の温度が、前記2つのガルバニセル(2)のうちの少なくとも1つの温度に応じて調節されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
第1の温度制御媒体が、少なくとも1つの熱伝達領域(12)に向かって、および/または前記熱伝達領域(12)を通して少なくとも断続的に流れることを特徴とする、請求項11に記載のガルバニセル(2)を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項1のプリアンブルに記載の電極コイルに関する。本発明は、自動車に電力を供給するためのリチウムイオンバッテリーに関して説明される。注目されることであるが、本発明は、また、電極コイルの化学的性質および設計、または電力が供給される駆動装置のタイプとは無関係に使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術では、機械的損傷の場合または過熱した場合に、貯蔵エネルギーを制御されない方法で放出する可能性がある電極コイルもしくはガルバニセルが知られている。このことは、環境に有害な要因となり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明によって解決される課題は、電極コイルもしくは電極コイルを備えるガルバニセルを、より安全に構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本課題は、請求項1の特徴を有する電極コイルによって解決される。好ましいかつ有利なさらなる構成は、従属請求項の対象である。本発明に係る少なくとも1つの電極スタックを備えるガルバニセルの好ましい使用は、独立請求項の対象である。
【０００５】
本課題を解決するために、形状が略円柱状である電極コイルが提案される。この電極コイルは、少なくとも1つのアノード電極と、1つのカソード電極と、1つのセパレータと、を有する。セパレータは、これらの電極間に少なくとも部分的に配置される。電極コイルは、セラミック材料でできた少なくとも1つの成分を含む材料でセパレータが作られることを特徴とする。
【０００６】
本発明おいて、電極コイルは、化学エネルギーを蓄えるために、および電気エネルギーを放出するために使用される装置として、特に、ガルバニセルの組立品として理解される。電気エネルギーが放出される前に、蓄えられた化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。充電中に、電極コイルもしくはガルバニセルに供給される電気エネルギーは、化学エネルギーに変換されて蓄えられる。この目的を達成するために、電極コイルは、複数の層、すなわち少なくとも1つのアノード層と、1つのカソード層と、1つのセパレータ層と、を有する。これらの層は、順に重ねて置かれるか、もしくは積み重ねられ、セパレータ層は、アノード層とカソード層との間に少なくとも部分的に配置されている。電極コイルのこれらの層は、特にコアの周りに巻かれている。ベース面または端面から始まって、電極コイルは、その長手軸に沿って垂直に延在している。電極コイルのベース面は、好ましくは、略円形または多角形、特に六角形である。ベース面の角は、好ましくは、丸みを付けられている。
【０００７】
本発明において、ガルバニセルは、化学エネルギーを蓄えるために、および電気エネルギーを放出するために使用される装置として理解される。この目的のために、本発明に係るガルバニセルは、少なくとも2つの電極と、電解質と、を備える。特に、ガルバニセルは、充電中に電気エネルギーを受容し、このエネルギーを化学エネルギーに変換し、さらにこのエネルギーを蓄えるように構成可能である。このように、ガルバニセルは、2次セルまたは蓄電池としても特徴付けられることがある。
【０００８】
本発明において、アノード層もしくはアノードは、充電中に電子および/または正電荷を持つイオンを受容し、特に、これらを格子間の隙間に堆積させる装置として理解される。アノードは、好ましくは、薄肉に形成され、特に好ましくは、アノードの厚さはその外周の5%未満である。アノードは、好ましくは、金属箔または金属網状構造を有する。アノードは、好ましくは、略長方形に形成される。
【０００９】
本発明において、カソード層もしくはカソードは、放電中または電気エネルギーの放出中に、電子および/または正電荷を持つイオンを受容する装置として理解される。カソードは、好ましくは、薄肉に形成され、特に好ましくは、カソードの厚さはその外周の5%未満である。カソードは、好ましくは、金属箔または金属網状構造を有する。電極コイルのカソードの形状は、好ましくは、電極コイルのアノードの形状に略一致している。カソードは、アノードもしくは電解質と電気化学的に相互作用するように設けられる。
【００１０】
好ましくは、電極コイルの少なくとも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、Mは、元素周期律表の第1列の少なくとも1つの遷移金属カチオンである。遷移金属カチオンは、好ましくは、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ばれる。この化合物は、好ましくは、オリビン構造（Olivinstruktur）、好ましくは上位オリビン（uebergeordnetes Olivin）を有する。
【００１１】
他の実施形態では、好ましくは電極コイルの少なくとも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、リチウムマンガン酸塩、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、またはリチウムニッケル酸塩、好ましくはLiNiO2、またはこれらの酸化物の2つまたは3つの混合物、またはマンガン、コバルトおよびニッケルを含むリチウム混合酸化物を含む。本発明において、セパレータは、カソードからアノードを分離して離間する電気絶縁装置として理解される。セパレータ層は、好ましくは、アノードおよび/またはカソードに塗布される。セパレータ層もしくはセパレータは、電解質を少なくとも部分的に受容し、その電解質は、好ましくはリチウムイオンを含んでいる。電解質は、電極スタックの隣接する層に、電気化学的作用によって接続されている。セパレータの形状は、好ましくは、電極コイルのアノードの形状に略一致している。
【００１２】
本発明によれば、セパレータ(以下、「セラミックセパレータ」)は、セラミック材料でできた少なくとも1つの成分を含む材料で作られる。このセラミック材料の多孔率は、電極コイルの機能にとって十分であるが、ポリオレフィンセパレータと比べると、前記材料ははるかに高い耐熱性を有しており、比較的高い温度における収縮がより少ない。さらに、セラミックセパレータは、有利には、高い機械的安定性を示す。セラミック材料として、好ましくは、Al2O3(酸化アルミニウム)および/またはSiO2(二酸化珪素)も使用される。要求されるバッテリー電力に応じて、異なる厚さおよび/または多孔率のセラミックセパレータが調達可能である。
【００１３】
自動車駆動装置に電力を供給する電極コイルの動作中に存在する大電流のために、電極コイルは、著しく加熱される。ポリオレフィン材料で作られたセパレータは、例えば短絡または過負荷の結果として、過度の加熱に際して著しく収縮し、電極コイルを少なくとも使用不能にすることがある。激しい収縮効果の下で、アノード電極とカソード電極との直接接触も起きて、電極コイルのさらにいっそう強烈な過熱を引き起こし、これによって火災が発生することもあり得る。セパレータがセラミック材料で作られると、特に耐熱性が増し、または温度に起因するセパレータの収縮が減少する。このようにして、電極の電気的分離は、セラミックセパレータによって、特に比較的高温において、十分に維持される。電極コイルの制御されない放電の危険性が有利なことに減少し、それに起因する問題が解決される。
【００１４】
有利には、セラミックセパレータは、柔軟なセラミック複合材料で作られる。複合材料は、互いに固く結合された様々な材料から製造される。このタイプの材料は、また、複合材料とも呼ばれることがある。特に、この複合材料がセラミック材料および高分子材料から形成されたものが提供される。PETで作られた不織布材料にセラミックの含浸もしくはコーティングを行うことは、知られている。そのような複合材料は、摂氏200℃より高い温度(部分的には、最高摂氏700℃)に耐えることができる。好ましくは、セラミックセパレータは、1つの面がイオン性液体で濡らされる。イオン性液体は、特に、セラミックセパレータの柔軟性を高める。好ましくは、セラミックセパレータは、両面がイオン性液体で濡らされる。イオン性液体は、特にこの目的に適している。イオン性液体は、セラミックセパレータに付着するように調整され、それによって、特にセラミックセパレータの製造に関して、前記セパレータを適度に濡らすことができる。
【００１５】
有利には、1つのセパレータ層もしくは1つのセパレータは、少なくとも1つの特に隣接する電極の境界縁にわたって、少なくとも部分的に延在している。特に好ましくは、1つのセパレータ層もしくは1つのセパレータは、特に隣接する電極の全ての境界縁を横切って延在している。このようにして、電極コイルの電極の縁と縁との間の電流も減少する。
【００１６】
有利には、電極コイルは、少なくとも2つの電極対、すなわち少なくとも2つのアノード(a)と少なくとも2つのカソード(k)とを備える。異なる極性の電極は、少なくとも1つのセパレータによって分離されている。特に、電極コイルの層は、a1-s-k1-s-a2-s-k2の順序で配列されている。これらの層は、電極コイルを形成するように巻かれる。この電極コイルでは、好ましくは複数の電極層が互いに、特に導電的に接続されている。同じ極性の電極を導電的に接続することで、電極対は並列に接続される。特に異なる極性の電極を導電的に接続することで、好ましくは、電極対は直列に接続される。特に、電極コイルの電圧が、有利に高められる。
【００１７】
少なくとも1つの接触要素が、有利には、電極コイルの少なくとも1つの境界面に配置されるとともに、電極に接続されている。本発明において、電極コイルの境界面は、電極コイルの外表面の1つとして理解される。また、本発明において、端面は、また、「境界面」という概念に包含される。本発明において、接触要素は、電極コイルの電極に特に電気的に接触し、特に、電極コイルから外に突出する、もしくは電極コイルからはみ出る伝導性装置として理解される。好ましくは、少なくとも2つの接触要素が、各々少なくとも1つの境界面上に配置される。それぞれの場合において、好ましくは、少なくとも1つの接触要素が、電極コイルの異なる境界面の各々に配置される。好ましくは、少なくとも2つの接触要素が、電極コイルの同じ境界面上に、特に端面上に配置される。好ましくは、複数の接触要素が、電極コイルの1つの電極層に、特に一定の間隔で配設される。それによって、有利には、各接触要素の電流密度が減少する。1つの接触要素は、好ましくは、導電性の平らな要素として、電極コイルの境界面上に形成される。1つの接触要素は、好ましくは、小さな導体ベーン（Ableiterfaehnchen）として形成される。異なる電極層の少なくとも2つの接触要素は、好ましくは互いに導電的に接続され、特に、電極層を直列接続するように接続される。
【００１８】
本発明によれば、物質透過性担体から成るセパレータ、好ましくは部分的に物質透過性を有する、すなわち、少なくとも1つの材料に関しては略物質透過性を有し、かつ少なくとも1つの他の材料に関しては略物質透過性を有さない担体から成るセパレータが好ましくは使用される。この担体は、少なくとも1つの面が無機材料でコーティングされている。透過性担体として、好ましくは有機材料が使用され、その有機材料は好ましくは不織布材料として形成される。有機材料、好ましくは高分子化合物、より好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)が、好ましくは-40℃から200℃の温度範囲内でイオン伝導性である無機イオン伝導性材料でコーティングされる。無機イオン伝導性材料は、好ましくは、元素Zr、Al、Liの少なくとも1つを含む酸化物、燐酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、珪酸塩、およびアルミノ珪酸塩からなる群のうちの少なくとも1つの化合物、特に好ましくは酸化ジルコニウムを含む。無機イオン伝導性材料は、好ましくは、最大直径が100nm未満の粒子を有する。このタイプのセパレータは、例えば、ドイツのEvonik AGによって「Separion」の商品名で売られている。
【００１９】
有利には、ガルバニセルは、少なくとも1つの電極コイルと、1つのハウジングと、を有する。本発明において、ハウジングは、特にこの少なくとも1つの電極コイルを周囲から分離する装置として理解される。この目的を達成するために、ハウジングは、少なくとも1つの電極コイルを壁で略完全に包囲する。好ましくは、ハウジングは、少なくとも部分的に、電極コイルの形状に適合させられている。特に好ましくは、ハウジングは、電極コイルの形状に大部分が適合させられている。ハウジングは、好ましくは、少なくとも部分的に電極コイルと材料接続的に接続されている。ハウジングは、好ましくは、複合箔として形成される。好ましくは、ハウジングは金属箔を含む。ハウジングは、好ましくは、大部分が電極コイルに隣接している。好ましくは、ハウジングは、少なくとも部分的に形状接続的に電極コイルを包囲し、電極コイルを支持し、電極コイルの層を一体化している。ハウジングは、好ましくは、プレストレスを与えられており、電極コイルに力を及ぼす。したがって、ハウジングは、電極コイルの層を互いに押し付け合わせて、有利には、場合によって起こり得る、電極コイルの1つの層の、残りの層に対するずれを減少させる。ハウジングは、好ましくは、薄肉金属シートとして形成される。
【００２０】
有利には、ガルバニセルは、少なくとも2つの電極コイルと、1つのハウジングと、を備える。少なくとも2つの電極コイルは、好ましくは互いに接続され、特に電気的に接続され、特に直列に接続されている。好ましくは、少なくとも2つの電極コイルは、それらの長手軸が互いに略平行に延在するように、特に好ましくは一致するように、互いに配置されている。好ましくは、2つの電極コイルは、各端面で互いに接触する。好ましくは、少なくとも2つの電極コイルは、共有ハウジングによって少なくとも部分的に囲まれている。この場合、共有ハウジングは、上述のように構成される。
【００２１】
有利には、少なくとも1つの電流伝導装置が、ハウジングの内側に配設されている。電流伝導装置は、2つの電極コイル間に電気的作用に関する接続を実現するのに役立ち、特に2つの電極コイルの直列接続のために役立つ。好ましくは、少なくとも1つの電流伝導装置は、各電極コイル中の少なくとも1つの接触要素に接触するように、特に好ましくは、少なくとも2つの電極コイルの各々の少なくとも1つの接触要素に接触するように設けられる。ハウジングの内面は、好ましくは、互いに分離された複数の電流伝導装置を同時に有する。好ましくは、少なくとも1つの電流伝導装置は、特にハウジングの内面に塗布されたストリップ導体または電流伝導面として形成される。電流伝導装置は、好ましくは、蒸着によってハウジングの内面に設けられる。好ましくは、少なくとも1つの電流伝導装置は伝導板として形成され、この伝導板はハウジングの製造中に挿入される。好ましくは、少なくとも1つの電流伝導装置は、所定の条件において、特に所定の温度より上の温度で停止するように構成される。少なくとも1つの電流伝導装置は、好ましくは薄い箇所を有している。好ましくは、少なくとも1つの電流伝導装置は、ハウジングの極端子（Polkontakt）に特に導電的に接続される。少なくとも1つの電流伝導装置は、好ましくは、ハウジングを通して延在している。
【００２２】
有利には、電極コイルの少なくとも1つの接触要素は、ハウジングの1つの領域に特に導電的に接続されている。好ましくは、電極コイルの少なくとも1つの接触要素は、ハウジングの壁に部分的に、特に導電的に接続されている。壁のこの導電領域は、好ましくは、少なくとも1つの極端子の方向へ、他の電極コイルの方向へ、および/または壁の外面に向かって延在している。ハウジングの壁のこの導電領域は、特に少なくとも1つの電極コイルの電気的接触のために役立つ。壁のこの導電領域によって、特に2つの電極コイルが互いに導電的に接続される。ハウジングの壁のこの導電領域は、好ましくは、極端子および/または周囲に対する電極コイルの電気的接続を実現するのに役立つ。有利には、ガルバニセル内の配線は省かれてもよい。
【００２３】
電極コイルの少なくとも1つの接触要素は、有利にはハウジングを通して導かれる。この貫通している接触要素は、特に電極コイルの電気的接触のために使用される。好ましくは、少なくとも1つの接触要素は、ハウジングを気密状態で通して、特にハウジングの壁を通して導かれる。好ましくは、少なくとも2つの接触要素が、ハウジングを通して導かれる。
【００２４】
ハウジングは、有利には、少なくとも1つの第1の接続領域を有する。この第1の接続領域は、特に、少なくとも1つの他の本体、特に他のハウジング、バッテリーハウジングの領域、および/または熱交換装置とハウジングとの接続を実現するために使用される。ハウジングは、好ましくは、複数の第1の接続領域を有する。好ましくは、少なくとも1つの他の本体への接続は、材料接続および/または摩擦接続的に構成される。
【００２５】
有利には、ハウジングは、少なくとも1つの熱伝達領域を有する。熱伝達領域は、好ましくは、ハウジングの壁に配設されている。この熱伝達領域は、特に、熱を電極コイルの中に、または前記コイルから外に伝達するのに役立つ。この場合、電極スタックは、少なくとも部分的にハウジングに導熱的に接続される。熱伝達領域は、好ましくは、ハウジングの壁の大部分にわたって延在している。好ましくは、熱伝達領域には、第1の温度制御媒体が吹き付けられ、および/または前記領域は、熱交換装置に接続されて熱を伝導する。好ましくは、第1の接続領域と熱伝達領域とは、互いに少なくとも部分的に一致している。
【００２６】
ハウジングは、有利には、少なくとも2つの成形部品を備える。これらは、互いに接続されるように設けられている。少なくとも2つの成形部品の相互接続は、好ましくは摩擦接続および/または材料接続によって行われる。これらの異なる成形部品で使用される材料に応じて、前記部品は、特に接着プロセスによって、または溶接プロセスによって互いに接続される。特に、金属成形部品を熱可塑性成形部品に接続するために超音波溶接が使用される。この場合、関係する成形部品の少なくとも1つの表面の前処理もしくは活性化が、特に有益である。特に、摩擦接続または材料接続は、取り囲むストリップ型接続が好ましくは、成形部品間のスペースを周囲から密閉するように、少なくとも2つの成形部品を接続する。好ましくは、少なくとも2つの成形部品は、第2の接続領域で特に材料接続的に互いに接続されている。この第2の接続領域は、好ましくは、関係する成形部品の縁領域に沿って延在している。この場合、第2の接続領域は、ストリップ状に形成される。第2の接続領域が成形部品の境界縁に完全に沿って延在することは必要でない。関係する成形部品が接続される前に、追加の挿入部品も同じく、摩擦接続または材料接続によって成形部品に接続されるように、前記追加の挿入部品が配置されてもよい。電極コイルの少なくとも1つの接触要素は、好ましくは、部分的にハウジングから外に延在するように配置される。好ましくは、ハウジングは、接触要素がハウジングを通り抜ける領域で周囲に対して気密であるように構成される。
【００２７】
ハウジングの少なくとも1つの成形部品は、好ましくは、熱伝達領域を含む。熱伝達領域は、好ましくは、同時に第1の接続領域として形成されている。熱伝達領域は同時に、特にネジ、リベット、接着または溶接によって、ガルバニセルを熱交換装置に固定するためにも使用可能である。好ましくは、ハウジングの少なくとも1つの成形部品は、剛性のものとして設計される。この成形部品は、特に、電極コイルを支持し、機械的損傷から電極コイルを保護し、および/またはガルバニセルと受容装置との間の機械的接続を実現するのに役立つ。剛性成形部品は、好ましくは、金属板または金属シートとして形成される。成形部品は、好ましくは、フランジ、隆起領域および/またはリブによって補強される。ハウジングの少なくとも1つの成形部品は、好ましくは、薄肉に形成されている。薄肉成形部品の壁厚は、好ましくは、機械的、電気的または熱的負荷に適合されている。その場合、壁厚は、好ましくは、一様でない。より大きい壁厚を有する、薄肉成形部品の1つの領域は、特に、ヒートシンクまたは熱溜めとして機能し、特に、熱エネルギーが電極コイルから搬出され、または電極コイル中へ運ばれることに貢献する。成形部品を薄肉に形成することによって、有利には、重さおよびスペースが節約される。好ましくは、少なくとも1つの成形部品は、箔として、特に好ましくは複合箔として形成される。複合箔として可能な材料は、特に、金属および/または合成樹脂を含む。ハウジングの少なくとも1つの成形部品は、好ましくは、少なくとも部分的にコーティングを有する。このコーティングは、成形部品が曝露される負荷に成形部品を適応させるのに役立つ。特に、コーティングは、電気絶縁を実現し、ガルバニセルの化学物質から成形部品を保護し、接着接続のために接着を改善し、熱伝導性を改善し、および/または特に周囲からの悪影響に対して防護するのに役立つ。コーティングは、特に、成形部品の表面の化学的な活性化を引き起こす。コーティングは、好ましくは、成形部品の材料と異なる少なくとも1つの材料を含む。少なくとも1つの成形部品は、好ましくは、特に成形部品の異なる領域に配置された複数の異なるコーティングを有する。成形部品が電極コイルと電気的に接触している場合、導体は、好ましくは、前記成形部品から電気的に絶縁されている。
【００２８】
有利には、ハウジングの少なくとも1つの成形部品は、凹部、特にシェルを備える。当該構成によって、成形部品は、特に、増加した幾何学的慣性モーメントもしくは曲げ剛性を得る。この凹部は、好ましくは、電極コイルを少なくとも部分的に受容する。このことは、特に、電極コイルを保護するのに役立つ。凹部のある成形部品の壁厚は、好ましくは、負荷に適合される。ハウジングの複数の成形部品は、各々少なくとも1つの凹部を有し、これらが共に、電極コイルを受容するスペースを形成する。1つの成形部品は、好ましくは、深絞りまたは冷間押出しプレス金属シートとして形成される。1つの成形部品は、好ましくは、深絞り合成樹脂板または合成樹脂箔として形成される。少なくとも1つの成形部品は、好ましくは、シェル状に形成される。この場合、シェル状成形部品の屈曲は、電極コイルの半径に適合される。電極コイルのベース面が多角形である場合、少なくとも1つの成形部品は、電極コイルの長手軸に沿って複数の表面を覆って延在している。少なくとも1つの成形部品は、好ましくは、カバーとして形成される。
【００２９】
有利には、少なくとも1つの成形部品は、第1の接続領域を有する。特に、第1の接続領域は、ガルバニセルを、特にハウジング中に、フレーム中に、またはベースプレート上に固定するために役立つ。第1の接続領域は、好ましくは、関連した成形部品が、所定の方法においてのみ、他の本体に接続可能であるように構成される。例えば、第1の接続領域は、他の本体の領域に一致する幾何学的形状を有する。好ましくは、成形部品と他方の本体との間の接続は、成形要素、特に穴およびピンの配置によって、所定の方法においてのみ可能である。貫通孔またはネジ孔の配置は、好ましくは、所定の方法においてのみ、接続を可能にする。好ましくは、第1の接続領域は、第2の接続領域から空間的に分離されている。ハウジングの少なくとも1つの成形部品は、好ましくは、複数の別個の第1の接続領域を有する。成形部品は、特にリベット、ネジ、溶接または接着によって他の本体に接続される。成形部品の第1の接続領域および同じ成形部品の熱伝達領域は、好ましくは一致している。これらの領域において、成形部品は、特に、熱交換装置に、フレームに、またはバッテリーハウジングのベースプレートに接続される。
【００３０】
バッテリーは、有利には、少なくとも2つのガルバニセルを備え、これらのガルバニセルは、好ましくは互いに電気的に接続され、特に直列に接続されている。このバッテリーには、好ましくは、少なくとも1つの熱交換装置が配設され、その熱交換装置は、少なくとも2つのガルバニセルのうちの少なくとも1つに特に熱伝導的に接続されている。熱交換装置は、所定の条件の下で、少なくとも2つのガルバニセルのうちの少なくとも1つと熱エネルギーを交換するために設けられる。これらの所定の条件は、特に電極コイルもしくはガルバニセルの温度が閾値温度を超えるか、もしくは閾値温度より下がった場合に満たされる。特に、電極コイルもしくはガルバニセルの温度が、最低温度に近づくか、または前記温度より下がった場合、熱交換装置は、熱エネルギーをこの電極コイルもしくはこのガルバニセルに供給する。特に、電極コイルもしくはガルバニセルの温度が、最高温度に近づくか、または前記温度を超えたとき、熱交換装置は、この電極コイルもしくはこのガルバニセルから熱エネルギーを取り出す。この場合、閾値温度は、電極コイルの許容動作温度に応じて、特にハウジングの熱容量および/または温度測定の位置を考慮して選ばれる。バッテリーは、好ましくは、少なくとも1つの測定装置を有し、この測定装置は、特に少なくとも1つの電極スタックもしくは少なくとも1つのガルバニセルの温度を検出するために設けられている。好ましくは、測定装置は複数の測定センサを有し、これらのセンサは、特に複数の電極スタックもしくは複数のガルバニセルの温度を検出するために設けられている。熱交換装置の温度は、好ましくは、ガルバニセルの電極コイルの温度に応じて選ばれる。所定の温度勾配が、この電極コイルの中へ、もしくはこの電極コイルから外へ熱の流れを引き起こす。このとき、熱交換装置は、熱交換装置と接触しているハウジングの少なくとも1つの領域もしくはハウジングの熱伝達領域を介して、電極コイルと熱エネルギーを交換する。存在しているガルバニセルは、ハウジングの第1の接続領域を介して、少なくとも1つの熱交換装置に、特に摩擦接続または材料接続的に接続されている。有利には、熱交換装置は、特に所定の温度を調節するために、少なくとも1つの第1のチャネルを有する。このチャネルは、好ましくは、第2の温度制御媒体で満たされている。特に好ましくは、第2の温度制御媒体は、この少なくとも1つのチャネルを通って流れる。この場合、流れる第2の温度制御媒体は、熱交換装置に熱エネルギーを供給し、または熱交換装置から熱エネルギーを取り除く。少なくとも1つの熱交換装置は、好ましくは、熱交換器に作用的に接続されている。熱交換器は、特に第2の温度制御媒体によって、この熱交換装置から熱エネルギーを取り出し、またはこの熱変換装置に熱エネルギーを供給する。熱交換器もしくは温度制御媒体は、特に自動車の空調システムと相互作用する。熱交換器は、好ましくは、電熱装置を有する。
【００３１】
熱交換装置は、好ましくは、バッテリーの少なくとも2つのガルバニセルの受容装置として、特に、ベースプレートもしくはフレームとして形成される。
【００３２】
少なくとも2つのガルバニセルの長手軸は、有利には、互いに所定の間隔をあけて配置されている。好ましくは、長手軸は、互いに平行である。長手軸間の距離は、好ましくは、少なくとも2つのガルバニセルのハウジングが接するような寸法に決められる。好ましくは、2つの隣接するガルバニセルの長手軸間の距離は、当該ガルバニセルがそれらの間にある熱交換装置に力を及ぼすような寸法に決められる。この力は、特に、少なくとも1つのガルバニセルと熱交換装置との間の熱的接触を改善するのに役立つ。バッテリーが少なくとも3つのガルバニセルを有する場合、それらの長手軸は、好ましくは、互いに平行に配置されている。これらの長手軸間の距離は、3つの所定の距離ベクトルによって決定される。これらの距離ベクトルは、好ましくは、共通平面内にある。好ましくは、3つの距離ベクトルの値は等しい。ガルバニセルのこの配置によって、熱交換装置は、好ましくは、3つのガルバニセル間のスペースの中に位置付けされる。ガルバニセルの長手軸間の距離は、ガルバニセルが熱交換装置に力を及ぼすような寸法に決められる。ガルバニセルは、好ましくは、正方形に基づいて配置される。この場合、4個のガルバニセルの長手軸は、この正方形の角を形成する。必要とされるスペースの大きさは、三角形ユニットセルに対して減少するが、熱交換装置は、好ましくは、より大きなものとして、および/またはより大容量のものとして構成される。ガルバニセルは、好ましくは角柱状のものとして形成され、ベース面、特にハウジングのベース面は、規則正しい六角形として形作られる。ガルバニセルのこの実施形態では、熱交換装置は、好ましくは、少なくとも一回は曲げられたシートとして形成される。このように形成された少なくとも1つの熱交換装置は、好ましくは、角柱状ガルバニセルのアセンブリの中へ挿入される。好ましくは、このように形成された熱交換装置は、特に第2の温度制御媒体のための少なくとも1つのチャネルを有する。バッテリーの動作中に、この第2の温度制御媒体は、好ましくは、相転移を経る。第2の温度制御媒体は、好ましくは、輸送装置によって熱交換装置の少なくとも1つのチャネルを通して運ばれる。好ましくは、熱交換装置中の少なくとも1つのチャネルは、閉じられて第2の温度制御媒体で満たされ、この第2の温度制御媒体は、ガルバニセルの動作温度の範囲内で相転移を経る。好ましくは、熱交換装置は、拡大された表面を有する少なくとも1つの冷却体を備える。熱交換装置は、好ましくは、ヒートパイプとして形成される。第1の温度制御媒体は、好ましくは、熱交換装置に向かって流れる。
【００３３】
本発明に係るリチウムイオンバッテリーは、電気駆動装置またはハイブリッド駆動装置を有する自動車に使用される。
【００３４】
本発明に係る電極コイルを製造するための、本発明に係る方法は、次のステップを含む。すなわち、
a)この(セラミック)セパレータの両面をイオン性液体で濡らすまたは(セラミック)セパレータの両面にイオン性液体を含浸させるステップと、
b)アノード電極とカソード電極との間に、この(セラミック)セパレータを配置するステップと、
c)このアセンブリを巻いて電極コイルを形成するステップと、
を含む。
【００３５】
セパレータは、ステップa)よりも前に準備されなければならない。セパレータおよび電極は、好ましくは、ステップb)よりも前に切断される。特にイオン性液体の流出、またはガスの発生を防止するために、セラミックセパレータおよび電極のアセンブリは、電極コイルに巻かれた後に、好ましくは、ハウジング中に受容される。好ましくは、濡らされた、もしくは含浸されたセラミックセパレータが、電極に塗布または積層され、セパレータは、好ましくは電極縁を越えて突出するように構成されている。セパレータと電極との間の機械的接続は、接着に基づいている。本発明の場合において積層は、圧力を加えて接合することとして理解される。セラミックセパレータが塗布されるときに、好ましくは、化学添加物が加えられ、および/または好ましくは熱が加えられる。好ましくは、濡らすために、添加物を含み、セラミックセパレータを濡らして通常の気候条件の下での処理を可能にするイオン性液体が使用される。特に、セラミックセパレータとイオン性液体とから成る、互いに調整された組合せによって、新しい処理方法が可能になる。このようにして、例えば、従来技術では不活性ガスボックス中に実現しなければならないような不活性ガス環境または無水環境(空気湿度<2%)、およびクリーンルーム条件(大気品質<30ppm)は、もはや必要とされない。それによって、本発明に係る電極コイルは、省エネルギーかつ少ない費用で製造可能である。本発明のさらに他の態様によれば、場合により添加物を含む湿潤性溶液が塗布された後にはじめて、セラミックセパレータが柔軟になり、したがって処理可能になる。このとき、前記添加物は、特にイオン性液体である。次に、場合によって加えられる添加物を含めた湿潤性溶液は除去されるのではなく、電極コイルによって遮断（verbaut）される。したがって、本発明に係る方法は、容易に実施可能であるので、特に機械による連続生産にも適している。
【００３６】
有利には、少なくとも2つのガルバニセルと1つの熱交換装置を有するバッテリーは、2つのガルバニセルのうちの少なくとも1つの温度に応じて、少なくとも1つの熱交換装置の温度が調節されるように、稼動される。好ましくは、少なくとも1つの熱交換装置の温度は、少なくとも2つのガルバニセルの許容動作温度に応じて調節される。温度が最低温度より下がった場合、もしくは少なくとも1つのガルバニセルの温度がこの最低温度に近づいた場合には、少なくとも1つの熱交換装置の温度は、ガルバニセルの温度よりも上に調節される。このようにして、有利には、熱の流れは、ガルバニセル内に運び入れられる。少なくとも1つのガルバニセルもしくは1つの電極コイルの温度が最高許容温度に近づいた場合には、熱交換装置の温度は、好ましくは、少なくとも1つのガルバニセルの温度よりも低くなるように選ばれる。このようにして、熱エネルギーが、ガルバニセルもしくは電極コイルから引き出される。
【００３７】
これに関して、第1の温度制御媒体は、好ましくは、少なくとも1つの熱交換装置に向かって、および/または少なくとも1つの熱交換装置を通して流れる。自動車空調システムの冷却剤は、好ましくは、熱交換装置の温度制御媒体として働く。第1の温度制御媒体の温度は、好ましくは、少なくとも2つのガルバニセルの許容動作温度に応じて調節される。温度が最低温度よりも下がった場合、もしくは少なくとも1つのガルバニセルの温度がこの最低温度に近づいた場合、第1の温度制御媒体の温度は、ガルバニセルの温度よりも上に調節される。このようにして、有利には、熱の流れは、ガルバニセルに運び入れられる。ガルバニセルもしくは電極コイルの温度が最高許容温度に近づいた場合、第1の温度制御媒体の温度は、好ましくは、少なくとも1つのガルバニセルの温度よりも低くなるように選ばれる。このようにして、熱エネルギーは、ガルバニセルもしくは電極コイルから引き出される。
【００３８】
有利には、第1の温度制御媒体は、ガルバニセルの少なくとも1つの熱伝達領域に向かって、および/またはこの熱伝達領域を通して、少なくとも断続的に流れる。好ましくは、自動車の空調システムの周囲空気および/または第1の温度制御媒体は、熱伝達領域に向かって、もしくは熱伝達領域を通して流れるように使用される。少なくとも1つの熱伝達領域の温度は、好ましくは、少なくとも2つのガルバニセルの許容動作温度に応じて調節される。温度が最低温度よりも下がった場合、もしくは少なくとも1つのガルバニセルの温度がこの最低温度に近づいた場合、少なくとも1つの熱伝達領域の温度は、ガルバニセルの温度よりも上に調節される。このようにして、有利には、熱の流れは、ガルバニセルに運び入れられる。ガルバニセルもしくは電極コイルの温度が最高許容温度に近づいた場合、少なくとも1つの熱伝達領域の温度は、好ましくは、少なくとも1つのガルバニセルの温度よりも低くなるように選ばれる。このようにして、熱エネルギーは、ガルバニセルもしくは電極コイルから引き出される。
【００３９】
本発明のさらなる利点、特徴および可能な使用は、図面を参照して、実施形態例の以下の説明で示される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る電極コイルの斜視図である。
【図２】本発明に係る複数の電極コイルを共有ハウジング内に備える、本発明に係るガルバニセルを概略的な部分断面で示す図である。
【図３】本発明に係るガルバニセルのハウジングの部分断面を示す概略図である。
【図４】熱交換装置を有する本発明に係る複数のガルバニセルのアセンブリを示す概略図である。
【図５】熱交換装置を有する本発明に係る複数のガルバニセルのさらなるアセンブリを示す概略図である。
【図６】熱交換装置を有する本発明に係る複数のガルバニセルのさらなるアセンブリを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図1は、本発明に係る電極コイル3の斜視図である。この図は、巻きが完全に終了する前の電極コイル3を示している。
【００４２】
電極コイル3は、セラミックセパレータ4と、アノード電極5と、カソード電極6と、を備える。セパレータ4は、電極5および電極6の外縁もしくは外側輪郭を越えて突出するように構成され、それによって、特に電極コイル3の化学的および電気的安定性が向上する。特に、セパレータ4と両側に配置された電極5，6との間に、イオン性液体が存在している。
【００４３】
電極5および電極6は、接触要素、もしくは導体ベーン71および導体81を有し、これらは、ここに図示されない極フィードスルーに導電的に接続されている。電流の導入および電極コイル3からの電流の取出しを改善するために、複数の接触要素71および接触要素81が設けられ、これらの接触要素71および接触要素81は電極コイルの端面から外に突出している。このように、複数の電極層が、電極コイル3中に配置もしくは収容可能である。このとき、この複数の接触要素71および接触要素81がこのタイプの電極コイル3の製造を、より困難にするということを慎重に考慮に入れている。この場合、接触要素71および接触要素81は、電極コイル3の端面に配置されている。
【００４４】
電極コイル3は、ここに図示されないハウジングもしくはケーシング中に受容される。外部との接触は、特に、少なくとも1つの極フィードスルーによって実現される。
【００４５】
このことに関係なく、バッテリーセル3は、別個のカバー(図示されていない)の内側に配置されることがある。このタイプのカバーは、特に、コイルアセンブリ内でセパレータ4の向かい合う面に配置された電極5および電極6が、互いに電気的に接触することを防止できる。そのような電気的接触を防ぐために、図中に破線で示されるように、絶縁層9が、選択的および/または補足的に、コイルアセンブリに巻き込まれることがある。好ましくは、このタイプの絶縁層は、セラミック材料から形成されるが、他の熱的に安定な非導電性材料で作られることもある。
【００４６】
図2は、複数の電極コイル3を備えるガルバニセル2を概略的に示し、複数の電極コイル3は、共有ハウジング11中に配置されている。電極コイルの境界面の接触部、ハウジング11内側の内面上の複数の導電装置15、およびガルバニセル2用の極接触部は図示されていない。また、ハウジングもしくは第1の成形部品11aを密閉するための第2の成形部品11bも図示されていない。電極コイル3は、直列に接続される。第1の成形部品11aは、電極コイル3の形状に適合された金属シートとして形成されている。成形部品11aの内面は、部分的に熱伝導性を有しており、かつ同時に電気的に絶縁であるようにコーティングされている。ハウジング11もしくは第1の成形部品11aは、熱伝達領域12を有し、該熱伝達領域12は、同時に接続領域13として働く。動作モードに応じて、第1の温度制御媒体が熱伝達領域12の周囲を流れ、または前記領域は熱交換装置に接続される。
【００４７】
図3は、ガルバニセルのハウジング11の部分を図示する。ハウジング11は、複合箔として形成されている。この複合箔が、図示されていない電極コイルをプレストレスが与えられた状態で包囲するので、ハウジング11は電極コイルに対して力を及ぼす。この力は、電極コイルを一緒に互いに押し付ける。複数の導電装置15、15aが、ハウジング11の内面に塗布されている。導電装置15は、電流伝導テープとして形成されるとともに、ハウジング11の壁を通り抜けるように誘導されている。導電装置15は、外部からガルバニセルに接触するために、および電極コイルに接触するために役立つ。導電装置15aは、金属板として形成され、この金属板はハウジング11の内面に接続される。導電装置15aは、好ましくは、ハウジング11の内面および外部の両方から電気的に接触可能である。それによって、有利には、ガルバニセルの極フィードスルーもしくは極接触部は不要になる。導電装置15aは、ハウジング11の複合箔の中に気密状態で埋め込まれる。ハウジング11は熱伝達領域12を有する。
【００４８】
図4は、バッテリー1を断面図で示す。図示されたバッテリー1は、7個のガルバニセル2を有する。ガルバニセル2のハウジング11は、略角柱状に形成されており、六角形のベース面を有する。ハウジング11もしくは第1の成形部品11aは、金属シートから形成され、その金属シートは、電気絶縁性かつ熱伝導性であるように、内面に部分的にコーティングされている。ハウジング11は、ハウジング11が電極コイル3に力を及ぼすように、電極コイル3を囲んでいる。ガルバニセル2が4つの電極コイルを含み、それらの電極コイルが直列に接続されていることは示されていない。バッテリー1には、さらに、2個の熱交換装置14、14aが備えられている。個々のガルバニセルの長手軸間の距離は、ガルバニセルが熱交換装置14、14aに力を及ぼすような寸法に決められる。温度制御媒体が熱交換装置14、14aに向かって流れることは示されていない。第1の成形部品11aが、適合させられ、かつカバーとして形成された第2の成形部品によって密閉されていることは示されていない。特に、ガルバニセル2の、スペースをとらない配置を可能にし、かつガルバニセル2を広範囲にわたって熱伝導接触の状態にするために、熱交換装置14、14aは、何回も曲げられている。
【００４９】
図5は、長手軸間の所定の距離を有する3個のガルバニセルのアセンブリを示す。このアセンブリの基本セルは、正三角形の形状を有しており、破線で示されている。ガルバニセル2間の空いたスペースは、熱交換装置14で満たされている。熱交換装置14は、温度制御媒体用のチャネル17を有する。熱交換装置14が、周囲のガルバニセル2の形に適合されていることは示されていない。このように、熱交換装置14は、可能な限り大きな表面にわたってガルバニセル2に適合される。熱交換装置14は、第2の温度制御媒体用のチャネル17を有する。第2の温度制御媒体は、バッテリー1に配設された輸送装置によってチャネル17を通って運ばれる。第2の温度制御媒体は、ガルバニセルの最高許容動作温度より3ケルビン低い温度で相転移をするように選ばれる。
【００５０】
図6は、共有熱交換装置14の周りの複数のガルバニセル2のアセンブリを示す。この熱交換装置14は、これを囲むガルバニセル2に、可能な限り大きな表面にわたって適合されている。熱交換装置14は、複数のチャネル17を有し、これらのチャネル17には、第2の温度制御媒体が満たされる。チャネル17が密閉されて、そのチャネル17の端には、拡大された表面を有する冷却体があることは図示されていない。熱交換装置14は、拡大された表面の冷却体と相転移可能な第2の温度制御媒体とともに、ヒートパイプとして作用する。この目的のために、第2の温度制御媒体の相転移の温度が、ガルバニセルの動作温度に適合されることが必要である。第2の温度制御媒体は、相転移温度が、ガルバニセル2もしくは電極コイルの、最高許容動作温度より5度ケルビン低くなるように選ばれる。図面では、ガルバニセル2の長手軸の配置の正方形基本セルが、破線で示されている。図5と比較して、体積利用がいくらか悪化しているが、熱交換装置14は、より大きな表面および追加のチャネル17を有するものとして構成されている。
【符号の説明】
【００５１】
1  バッテリー
2  ガルバニセル
3  電極コイル
4  セパレータ
5  アノード電極
6  カソード電極
9  絶縁層
71、81  接触要素
11  ハウジング
11a  第1の成形部品
11b  第2の成形部品
12  熱伝達領域
13  接続領域
14、14a  熱交換装置
15、15a  導電装置
17  チャネル
【図１】
2012528424.tif 000003
【図２】
2012528424.tif 000004
【図３】
2012528424.tif 000005
【図４】
2012528424.tif 000006
【図５】
2012528424.tif 000007
【図６】
2012528424.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月26日(2012.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円柱形の電極コイル(3)であって、
1つのアノード電極(5)と、
1つのカソード電極(6)と、
前記電極(5、6)の間に少なくとも部分的に配置された1つのセパレータ(4)と、
セラミック材料から成る少なくとも1つの成分を有する材料から製造されている1つのセパレータ(4)とを少なくとも備えた電極コイル(3)において、
少なくとも1つの電極(5、6)が、オリビン構造を有する化合物を含むことを特徴とする電極コイル(3)。
【請求項２】
電極(5、6)が、オリビン構造を有する化学式LiMPO4の化合物を含み、Mが元素周期律表の第1列の少なくとも1つの遷移金属カチオンであることを特徴とする、請求項1に記載の電極コイル。
【請求項３】
前記遷移金属カチオンが、好ましくは、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ばれていることを特徴とする、請求項2に記載の電極コイル。
【請求項４】
オリビン構造を有する化合物を含む少なくとも1つの電極(5、6)が、カソード(6)であ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電極コイル。
【請求項５】
上位オリビンが含まれ、Feが特に好ましいことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の電極コイル。
【請求項６】
前記電極コイルが、少なくとも1つの電極(5、6)、好ましくは少なくとも1つのカソード(6)を有しており、前記カソードは、リチウムマンガン酸塩、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、もしくはリチウムニッケル酸塩、好ましくはLiNiO2、またはこれらの酸化物の2つもしくは3つから成る混合物、またはマンガン、コバルトおよびニッケルを含むリチウム混合酸化物を含むことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の電極コイル。
【請求項７】
前記セパレータ(4)が、柔軟なセラミック複合材料から形成されていること、および/または前記セパレータ(4)が、少なくとも1つの面、および好ましくは2つの面をイオン性液体で濡らされていることを特徴とする、請求項1に記載の電極コイル(3)。
【請求項８】
前記セパレータ(4)が、前記電極コイル(3)の少なくとも1つの端面において、前記電極(5、6)を越えて突出していることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の電極コイル(3)。
【請求項９】
前記電極コイル(3)が、異なる極性の電極(5、6)の電極対を少なくとも2つ有し、前記電極対は特に直列に接続されてい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電極コイル(3)。
【請求項１０】
少なくとも1つの接触要素(71、81)が、前記電極コイル(3)の少なくとも1つの境界面、好ましくは前記電極コイル(3)の1つの端面に配置されてい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電極コイル(3)。
【請求項１１】
前記セパレータ(4)が、好ましくは、物質透過性担体から構成されており、好ましくは部分的に物質透過性を有する、すなわち、少なくとも1つの材料に関しては略物質透過性を有し、かつ少なくとも1つの他の材料に関しては略物質透過性を有さない担体から構成されており、
前記担体が、少なくとも1つの面に無機材料をコーティングされており、
好ましくは有機材料が、物質透過性担体として用いられ、前記材料は、好ましくは不織布として形成されており、
前記有機材料が、好ましくは高分子化合物、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-40℃から200℃の温度範囲内でイオン伝導性である無機イオン伝導性材料をコーティングされており、
前記無機イオン伝導性材料が、好ましくは、元素Zr、Al、Liのうち少なくとも1つの元素の、酸化物、燐酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、珪酸塩、およびアルミノ珪酸塩からなる群の少なくとも1つの化合物、特に酸化ジルコニウムであり、かつ
前記無機イオン伝導性材料が、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10のいずれか一項に記載の電極コイル(3)。
【請求項１２】
請求項1から11のいずれか一項に記載の少なくとも1つの電極コイル(3)を有するガルバニセル(2)において、
前記少なくとも1つの電極コイル(3)が、ハウジング(11)によって少なくとも部分的に囲まれていることを特徴とするガルバニセル(2)。
【請求項１３】
請求項1から11のいずれか一項に記載の少なくとも2つの電極コイル(3)を有するガルバニセル(2)において、
前記少なくとも2つの電極コイル(3)が、互いに電気的に接続されていること、
前記少なくとも2つの電極コイル(3)の長手軸が互いに略平行に配置されていること、および、
前記少なくとも2つの電極コイル(3)が、共有ハウジング(11)によって少なくとも部分的に囲まれ、少なくとも1つの導電装置(15、15a)が、好ましくは前記ハウジング(11)の内面に配設されていること、
を特徴とするガルバニセル(2)。
【請求項１４】
電極コイル(3)の少なくとも1つの接触要素(71、81)が、前記ハウジング(11)に特に導電的に接続されていること、および/または電極コイル(3)の少なくとも1つの接触要素(71、81)が、前記ハウジング(11)から外方に導かれていることを特徴とする、請求項12または13に記載のガルバニセル(2)。
【請求項１５】
前記ハウジング(11)が、少なくとも1つの第1の接続領域(13)および/または少なくとも1つの熱伝達領域(12)を有すること、および/または前記ハウジング(11)が、少なくとも1つの第1の成形部品(11a)および1つの第2の成形部品(11b)を有し、前記成形部品(11a、11b)が相互に接続されることを特徴とする、請求項12から14のいずれか一項に記載のガルバニセル(2)。
【請求項１６】
請求項12から15のいずれか一項に記載の少なくとも2つのガルバニセル(2)を備えるバッテリー(1)において、前記バッテリー(1)には少なくとも1つの熱交換装置(14、14a)が配設されており、前記熱交換装置(14、14a)が、所定の条件において、前記少なくとも2つのガルバニセル(2)のうちの少なくとも1つと熱エネルギーを交換するように設けられ、好ましくは、前記少なくとも2つのガルバニセル(2)の長手軸が、所定の間隔を有することを特徴とするバッテリー(1)。
【請求項１７】
電気駆動装置またはハイブリッド駆動装置を有する自動車に対する、請求項12から15のいずれか一項に記載のガルバニセル(2)の使用。
【請求項１８】
請求項1から11のいずれか一項に記載の電極コイル(3)を製造する方法であって、
a)セパレータ(4)の両面をイオン性液体で濡らす、またはセパレータ(4)の両面にイオン性液体を含浸させるステップと、
b)アノード電極(5)と少なくとも1つのカソード電極(6)との間に前記セパレータ(4)を配置するステップと、
c)このアセンブリを巻いて電極コイル(3)を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
特に請求項12から15のいずれか一項に記載の少なくとも2つのガルバニセル(2)と、少なくとも1つの熱交換装置(14、14a)と、を備えるバッテリー(1)を動作させる方法において、
前記少なくとも1つの熱交換装置(14、14a)の温度が、前記2つのガルバニセル(2)の少なくとも1つの温度に応じて調節され、第1の温度制御媒体が、好ましくは、前記熱交換装置(14、14a)に向かって、および/または前記熱交換装置(14、14a)を通して少なくとも断続的に流れ、前記第1の温度制御媒体の温度が、前記2つのガルバニセル(2)のうちの少なくとも1つの温度に応じて調節されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
第1の温度制御媒体が、少なくとも1つの熱伝達領域(12)に向かって、および/または前記熱伝達領域(12)を通して少なくとも断続的に流れることを特徴とする、請求項15に記載のガルバニセル(2)を動作させる方法。
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月31日(2012.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円柱形の電極コイル（３）であって、
１つのアノード電極（５）と、
１つのカソード電極（６）と、
前記電極（５、６）の間に少なくとも部分的に配置された１つのセパレータ（４）と、
を少なくとも備えた電極コイル（３）において、
前記セパレータ（４）が、セラミック材料から成る少なくとも１つの成分を有する材料から製造されており、
前記セパレータ（４）が、柔軟なセラミック複合材料から形成されているとともに、少なくとも１つの面、および好ましくは２つの面をイオン性液体で濡らされていることを特徴とする電極コイル（３）。
【請求項２】
前記セパレータ（４）が、前記電極コイル（３）の少なくとも１つの端面において、前記電極（５、６）を越えて突出していることを特徴とする、請求項１に記載の電極コイル（３）。
【請求項３】
前記電極コイル（３）が、異なる極性の電極（５、６）の電極対を少なくとも２つ有し、前記電極対は特に直列に接続されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電極コイル（３）。
【請求項４】
少なくとも１つの接触要素（７１、８１）が、前記電極コイル（３）の少なくとも１つの境界面、好ましくは前記電極コイル（３）の１つの端面に配置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電極コイル（３）。
【請求項５】
前記セパレータ（４）が、好ましくは、物質透過性担体から構成されており、好ましくは部分的に物質透過性を有する、すなわち、少なくとも１つの材料に関しては略物質透過性を有し、かつ少なくとも１つの他の材料に関しては略物質透過性を有さない担体から構成されており、
前記担体が、少なくとも１つの面に無機材料をコーティングされており、
好ましくは有機材料が、物質透過性担体として用いられ、前記材料は、好ましくは不織布として形成されており、
前記有機材料が、好ましくは高分子化合物、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−４０℃から２００℃の温度範囲内でイオン伝導性である無機イオン伝導性材料をコーティングされており、
前記無機イオン伝導性材料が、好ましくは、元素Ｚｒ、Ａｌ、Ｌｉのうち少なくとも１つの元素の、酸化物、燐酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、珪酸塩、およびアルミノ珪酸塩からなる群の少なくとも１つの化合物、特に酸化ジルコニウムであり、かつ
前記無機イオン伝導性材料が、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４のいずれか一項に記載の電極コイル（３）。
【請求項６】
前記電極コイル（３）が、少なくとも１つの電極（５、６）、好ましくは少なくとも１つのカソード（６）を有しており、前記カソードは、化学式ＬｉＭＰＯ４の化合物を含んでおり、Ｍは、元素周期律表の第１列の少なくとも１つの遷移金属カチオンであり、前記遷移金属カチオンは、好ましくは、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ばれ、かつ前記化合物は、好ましくは、オリビン構造、好ましくは上位オリビンを有し、Ｆｅが特に好ましいこと、および／または前記電極コイル（３）が、少なくとも１つの電極（５、６）、好ましくは少なくとも１つのカソード（６）を有しており、前記カソードは、リチウムマンガン酸塩、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、もしくはリチウムニッケル酸塩、好ましくはＬｉＮｉＯ２、またはこれらの酸化物の２つもしくは３つから成る混合物、またはマンガン、コバルトおよびニッケルを含むリチウム混合酸化物を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の電極コイル（３）。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の少なくとも１つの電極コイル（３）を有するガルバニセル（２）において、
前記少なくとも１つの電極コイル（３）が、ハウジング（１１）によって少なくとも部分的に囲まれていることを特徴とするガルバニセル（２）。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項に記載の少なくとも２つの電極コイル（３）を有するガルバニセル（２）において、
前記少なくとも２つの電極コイル（３）が、互いに電気的に接続されていること、
前記少なくとも２つの電極コイル（３）の長手軸が互いに略平行に配置されていること、および、
前記少なくとも２つの電極コイル（３）が、共有ハウジング（１１）によって少なくとも部分的に囲まれ、少なくとも１つの導電装置（１５、１５ａ）が、好ましくは前記ハウジング（１１）の内面に配設されていること、
を特徴とするガルバニセル（２）。
【請求項９】
電極コイル（３）の少なくとも１つの接触要素（７１、８１）が、前記ハウジング（１１）に特に導電的に接続されていること、および／または電極コイル（３）の少なくとも１つの接触要素（７１、８１）が、前記ハウジング（１１）から外方に導かれていることを特徴とする、請求項７または８に記載のガルバニセル（２）。
【請求項１０】
前記ハウジング（１１）が、少なくとも１つの第１の接続領域（１３）および／または少なくとも１つの熱伝達領域（１２）を有すること、および／または前記ハウジング（１１）が、少なくとも１つの第１の成形部品（１１ａ）および１つの第２の成形部品（１１ｂ）を有し、前記成形部品（１１ａ、１１ｂ）が相互に接続されることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載のガルバニセル（２）。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれか一項に記載の少なくとも２つのガルバニセル（２）を備えるバッテリー（１）において、前記バッテリー（１）には少なくとも１つの熱交換装置（１４、１４ａ）が配設されており、前記熱交換装置（１４、１４ａ）が、所定の条件において、前記少なくとも２つのガルバニセル（２）のうちの少なくとも１つと熱エネルギーを交換するように設けられ、好ましくは、前記少なくとも２つのガルバニセル（２）の長手軸が、所定の間隔を有することを特徴とするバッテリー（１）。
【請求項１２】
電気駆動装置またはハイブリッド駆動装置を有する自動車に対する、請求項７から１０のいずれか一項に記載のガルバニセル（２）の使用。
【請求項１３】
請求項１から６のいずれか一項に記載の電極コイル（３）を製造する方法であって、
ａ）セパレータ（４）の両面をイオン性液体で濡らす、またはセパレータ（４）の両面にイオン性液体を含浸させるステップと、
ｂ）アノード電極（５）と少なくとも１つのカソード電極（６）との間に前記セパレータ（４）を配置するステップと、
ｃ）このアセンブリを巻いて電極コイル（３）を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
特に請求項７から１０のいずれか一項に記載の少なくとも２つのガルバニセル（２）と、少なくとも１つの熱交換装置（１４、１４ａ）と、を備えるバッテリー（１）を動作させる方法において、
前記少なくとも１つの熱交換装置（１４、１４ａ）の温度が、前記２つのガルバニセル（２）の少なくとも１つの温度に応じて調節され、第１の温度制御媒体が、好ましくは、前記熱交換装置（１４、１４ａ）に向かって、および／または前記熱交換装置（１４、１４ａ）を通して少なくとも断続的に流れ、前記第１の温度制御媒体の温度が、前記２つのガルバニセル（２）のうちの少なくとも１つの温度に応じて調節されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
第１の温度制御媒体が、少なくとも１つの熱伝達領域（１２）に向かって、および／または前記熱伝達領域（１２）を通して少なくとも断続的に流れることを特徴とする、請求項１０に記載のガルバニセル（２）を動作させる方法。
【国際調査報告】
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