本發(fā)明涉及用于密封電化學(xué)電池的一種方法和一種裝置。

背景技術(shù)：

電化學(xué)電池、尤其鋰離子電池現(xiàn)今在大量產(chǎn)品中被用作儲(chǔ)能器。這些電化學(xué)電池可以被實(shí)施為用于來(lái)自太陽(yáng)能電池或風(fēng)力發(fā)電站的電流的、用于車(chē)輛和電子設(shè)備的儲(chǔ)能器。

DE 10 2012 212 463 A1公開(kāi)了一種用于密封電化學(xué)電池的方法，該電化學(xué)電池包括殼體和被布置在殼體的內(nèi)部的電極堆疊。所述方法包括：用粘合劑填充被構(gòu)造在殼體中的電解質(zhì)裝料口；使粘合劑硬化；以及將金屬層汽化滲鍍到所硬化的粘合劑上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于密封電化學(xué)電池的裝置，所述電化學(xué)電池包括在其上布置有陽(yáng)極的載體以及被布置在陽(yáng)極和陰極之間的分離器。用于密封電化學(xué)電池的裝置具有用于彈性地連接載體和分離器的裝置，其中能夠由用于彈性地連接載體和分離器的裝置來(lái)接收由陽(yáng)極的體積改變所造成的對(duì)分離器的力作用。

此外，本發(fā)明提供一種用于密封電化學(xué)電池的方法，所述電化學(xué)電池包括在其上布置有陽(yáng)極的載體以及被布置在陽(yáng)極與陰極之間的分離器。所述方法包括：彈性地連接載體和分離器，其中由用于彈性地連接載體和分離器的裝置來(lái)接收由陽(yáng)極的體積改變所造成的對(duì)分離器的力作用。

本發(fā)明的思想是，使得能夠?qū)㈦娀瘜W(xué)電池中的陽(yáng)極用在被彈性地和密封地包封的電解質(zhì)中，所述電解質(zhì)與陰極在流體靜力學(xué)上被隔開(kāi)。這在如下電池中是必需的：在所述電池中適宜的是，給陽(yáng)極供應(yīng)特殊的電解質(zhì)并且給陰極供應(yīng)另一種或相同的電解質(zhì)并且通過(guò)在流體靜力學(xué)上密封的、但是傳導(dǎo)離子的分離器將這兩個(gè)空間隔離。

所述隔離例如在鋰硫蓄電池中導(dǎo)致，鋰金屬陽(yáng)極不能與反應(yīng)產(chǎn)物或者陰極的材料或者陰極側(cè)上的電解質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。在鋰空氣蓄電池的情況下，陰極的可能包含空氣或者水的殘余或者其它雜質(zhì)的空間因此也不與鋰金屬陽(yáng)極接觸，并且因此也使侵蝕或溶解或鈍化陽(yáng)極的干擾性反應(yīng)不進(jìn)行。

本發(fā)明的思想尤其是，圍繞陽(yáng)極的該空間可能由于陽(yáng)極處或電解質(zhì)中的電化學(xué)反應(yīng)而膨脹或收縮，而不導(dǎo)致分離器中的斷裂或破裂，所述分離器作為傳導(dǎo)離子的密封隔膜將陽(yáng)極的電解質(zhì)空間與電化學(xué)電池的其余部分隔開(kāi)。

在電化學(xué)電池放電時(shí)，陽(yáng)極材料例如在鋰金屬陽(yáng)極的情況下多于三分之二被溶解并且以離子的形式通過(guò)分離器被運(yùn)輸?shù)疥帢O。陽(yáng)極因此縮小其體積。在此，分離器通過(guò)電池受的外部的壓力以及在流體靜力學(xué)上被移向載體上。陽(yáng)極空間的該體積改變或尺寸改變有利地由用于彈性地連接載體和分離器的裝置來(lái)接收，并且因此分離器在沒(méi)有壓力或拉應(yīng)力的情況下被移動(dòng)。

有利的實(shí)施方式和改進(jìn)方案自從屬權(quán)利要求以及自參考圖的描述中得出。

優(yōu)選地規(guī)定，用于彈性地連接載體和分離器的裝置由塑料制成，所述塑料具有封閉地多孔的區(qū)域或者僅僅向陽(yáng)極的內(nèi)部開(kāi)放地多孔的區(qū)域以及非多孔的區(qū)域。設(shè)置多孔的區(qū)域具有用于彈性地連接載體和分離器的裝置的良好的彈性這一優(yōu)點(diǎn)。

此外優(yōu)選地規(guī)定，將用于彈性地連接載體和分離器的裝置開(kāi)放多孔地（offenpor?s）構(gòu)造在面向電化學(xué)電池的側(cè)上。通過(guò)將用于彈性地連接載體和分離器的裝置開(kāi)放多孔地構(gòu)造在面向電化學(xué)電池的側(cè)上，被填充到電化學(xué)電池的陽(yáng)極空間中的電解質(zhì)可以進(jìn)入到開(kāi)孔的體積中。

根據(jù)另一優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，將用于彈性地連接載體和分離器的裝置波形地構(gòu)造在面向電化學(xué)電池的側(cè)上。將用于彈性地連接載體和分離器的裝置波形地構(gòu)造在面向電化學(xué)電池的側(cè)上具有如下優(yōu)點(diǎn)：分離器的折彎的區(qū)域顯著地被拓寬。分離器在分離器和用于彈性地連接載體和分離器的裝置之間的相應(yīng)的過(guò)渡區(qū)域處的折彎因此是不太大的，因?yàn)橛捎谟糜趶椥缘剡B接載體和分離器的裝置的波形的構(gòu)造，分離器的折彎被拓寬，使得針對(duì)分離器的每長(zhǎng)度單位，折彎被減小了1/2至9/10。在分離器的上邊緣處出現(xiàn)的拉應(yīng)力同樣可以被減小。

根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施例規(guī)定，在載體的表面處布置多個(gè)支撐元件，其中相應(yīng)的支撐元件之間的間隔具有10至100μm、優(yōu)選地10至20μm。支撐元件具有穩(wěn)定性的效果，并且提供如下空間：電解質(zhì)盡管在電池受壓力的情況下仍然可以被保留在所述空間中。分離器有利地在溶解的陽(yáng)極的情況下抵靠在相應(yīng)的支撐元件上。

此外優(yōu)選地規(guī)定，相應(yīng)的支撐元件的厚度具有用于彈性地連接載體和分離器的裝置在壓縮狀態(tài)中的厚度。因此，分離器的折彎可以完全被避免。

根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施例規(guī)定，被構(gòu)造在載體和分離器之間的陽(yáng)極空間利用電解質(zhì)來(lái)填充，其中陽(yáng)極空間能夠在真空中或者在減小的環(huán)境壓力下被填充。由此沒(méi)有或者非常少的處于減小的壓力下的氣體量被引入到陽(yáng)極空間中。這有助于用于彈性地連接載體和分離器的裝置的被改善的彈性。

根據(jù)另一優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案規(guī)定，用于彈性地連接載體和分離器的裝置與載體和分離器在其末端處分別以不透介質(zhì)的方式（mediendicht）連接。因此，用于彈性地連接載體和分離器的裝置既具有彈性地連接載體和分離器的功能，又具有對(duì)載體和分離器的密封。

此外優(yōu)選地規(guī)定，用于彈性地連接載體和分離器的裝置具有縫隙形的空腔，該空腔在陽(yáng)極膨脹時(shí)可以被擴(kuò)展，并且在陽(yáng)極縮小時(shí)可以被壓縮?？涨粯?gòu)成用于電解質(zhì)的容器以及構(gòu)成如下空間，所述空間在陽(yáng)極膨脹時(shí)可以擴(kuò)展并且在陽(yáng)極縮小時(shí)可以收縮。該布置的優(yōu)點(diǎn)是分離器的更小的折彎，因?yàn)榭涨豢梢砸龑?dǎo)分離器直至平放在載體上，因?yàn)榭涨徊槐匕涡缘牟牧稀?/p>

根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施例規(guī)定，被構(gòu)造在載體和分離器之間的陽(yáng)極空間在真空中或者在減小的環(huán)境壓力下利用電解質(zhì)來(lái)填充。由此沒(méi)有或者非常少的處于減小壓力下的氣體量被引入到陽(yáng)極空間中。這有助于用于彈性地連接載體和分離器的裝置的被改善的彈性。

所描述的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案能夠任意地彼此組合。

本發(fā)明的另外的可能的設(shè)計(jì)方案、改進(jìn)方案和實(shí)現(xiàn)方案還包括本發(fā)明的之前或下面關(guān)于實(shí)施例所描述的特征的未明確地提到的組合。

附圖說(shuō)明

所附的附圖應(yīng)促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的進(jìn)一步理解。附圖闡明實(shí)施方式并且用于結(jié)合描述來(lái)解釋本發(fā)明的原理和概念。

其它的實(shí)施方式和所提到的優(yōu)點(diǎn)中的許多鑒于附圖得出。附圖的所示出的元件不一定以彼此比例正確的方式被示出。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的根據(jù)本發(fā)明的裝置的透視圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的根據(jù)本發(fā)明的裝置的被放大的剖視圖；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的根據(jù)本發(fā)明的裝置的被放大的剖視圖；

圖4示出電化學(xué)電池的根據(jù)本發(fā)明的載體的俯視圖；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的裝置的透視圖；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的裝置的透視圖；

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的裝置的透視圖；

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的裝置的透視圖；以及

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第一至第五實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的方法的流程圖。

在附圖的圖中，只要未作相反說(shuō)明，相同的附圖標(biāo)記表示相同的或功能相同的元件、構(gòu)件或組件。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的根據(jù)本發(fā)明的裝置的透視圖。

用于密封電化學(xué)電池1的裝置包括載體10，在所述載體10上在上側(cè)和下側(cè)上分別布置有陽(yáng)極12a、12b。用于密封電化學(xué)電池1的裝置此外具有被布置在陽(yáng)極12a、12b和（在圖1中未示出的）相應(yīng)的陰極之間的分離器16、17。在分離器16和載體10之間構(gòu)造有陽(yáng)極空間13a。陽(yáng)極空間13a利用電解質(zhì)24a來(lái)填充。在分離器17和載體10之間構(gòu)造有陽(yáng)極空間13b。陽(yáng)極空間13b利用電解質(zhì)24b來(lái)填充。

用于密封電化學(xué)電池1的裝置具有用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20。用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20由塑料制成。塑料具有封閉地多孔的區(qū)域20a以及非多孔的區(qū)域20b。多孔的區(qū)域20a被布置在面向電化學(xué)電池1的側(cè)20c上。多孔的區(qū)域20a開(kāi)放多孔地被構(gòu)造在面向電化學(xué)電池1的側(cè)20c上。替代地，多孔的區(qū)域20a也可以非開(kāi)放多孔地以小于區(qū)域20a的體積的30%的特別少的孔被構(gòu)造在面向電化學(xué)電池1的側(cè)20c上。

用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20與分離器16、17和載體在其末端10a、10b、16a、16b、17a、17b處分別以不透介質(zhì)的方式連接。載體10在其末端10a處經(jīng)由用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20伸出。在這種情況下，載體10作為導(dǎo)電的載體提供電接觸可能性，所述電接觸可能性例如能夠用作用于電化學(xué)電池的集流器的連接元件、例如用作與陽(yáng)極的焊接接觸部。用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20的密封料此外密閉地相對(duì)外部空間密封載體10的引線（Durchführung）。替代地，載體10可以具有導(dǎo)電的凸起部作為接觸可能性。載體10替代地可以不被引出，或者也可以在兩側(cè)被引出，如例如在大功率電池的情況下是合理的。

用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20的密封料與分離器和載體10在分離器16、17和載體10的相應(yīng)的末端處連接、尤其是粘合或熔合。通過(guò)將陽(yáng)極12a、12b在兩側(cè)構(gòu)造在載體10上，可以實(shí)現(xiàn)高的面積利用。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的根據(jù)本發(fā)明的裝置的被放大的剖視圖。

用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20波形地被構(gòu)造在面向電化學(xué)電池1的側(cè)20c上。分離器16和用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20的波形地被構(gòu)造的多孔區(qū)域20a彼此嚙合。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的根據(jù)本發(fā)明的裝置的被放大的剖視圖。

在載體10的表面處布置有多個(gè)支撐元件22。支撐元件22具有10至100μm、優(yōu)選地10至20μm的間隔。相應(yīng)的支撐元件22的厚度D具有用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20在壓縮狀態(tài)中的厚度。根據(jù)電化學(xué)電池的放電狀態(tài)，相應(yīng)的分離器16、17和載體10之間的間隔改變。在放電的電化學(xué)電池的情況下，該間隔是最小的。為了在強(qiáng)烈地壓縮用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20的情況下避免分離器的折彎，在載體10的表面上設(shè)置相應(yīng)的支撐元件22。通過(guò)設(shè)置支撐元件22，分離器16、17在溶解的陽(yáng)極的情況下抵靠在支撐元件22上。分配支撐元件22之間的間隔，使得該間隔位于分離器層厚度、即大致10至100μm、尤其是10至20μm的量級(jí)中。

圖4示出電化學(xué)電池的根據(jù)本發(fā)明的載體的俯視圖。

支撐元件22具有狹長(zhǎng)的形狀。替代地，支撐元件22也可以具有其它的合適的形狀。支撐元件22均勻地被分布在載體10的表面上，以便實(shí)現(xiàn)針對(duì)相應(yīng)的分離器16、17的均勻的安裝面。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的裝置的透視圖。

用于密封電化學(xué)電池1的裝置在圖5中以兩個(gè)兩側(cè)的所實(shí)施的陽(yáng)極以及同樣兩個(gè)陰極14被示出。此外，電化學(xué)電池1具有相互被引出的排流體34、35（Stromableiter）。同樣以彈性的方式設(shè)置兩個(gè)附加的密封部32a、32b，所述密封部將陰極電流載體31相對(duì)兩個(gè)相鄰的分離器密封。在圖5中所示出的單元是重復(fù)性結(jié)構(gòu)，在所述重復(fù)性結(jié)構(gòu)中兩側(cè)的陽(yáng)極分離器結(jié)構(gòu)以密封部32a、32b被層壓到兩側(cè)的陰極上。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的裝置的透視圖。

在圖6中，用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20具有封閉地多孔的泡沫結(jié)構(gòu)。多孔的泡沫結(jié)構(gòu)以彈性的密封料或密封型材的形式被構(gòu)造，所述密封型材在其內(nèi)部中具有多個(gè)縫隙形的空腔26?？涨?6的數(shù)量可以根據(jù)要求來(lái)適配?？涨?6構(gòu)成用于電解質(zhì)的容器以及構(gòu)成如下空間，該空間在相應(yīng)的陽(yáng)極12a、12b膨脹時(shí)可以擴(kuò)展并且在陽(yáng)極或陽(yáng)極層縮小時(shí)可以收縮。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的裝置的透視圖。

在該實(shí)施方案中，同樣以多孔的結(jié)構(gòu)在陰極空間中設(shè)置有密封部32a、32b，所述密封部開(kāi)放多孔地被布置在面向電化學(xué)電池1的側(cè)上。由此，當(dāng)陰極結(jié)構(gòu)在充電或放電時(shí)膨脹或收縮時(shí)，電解質(zhì)可以被接收或輸出。同樣，這樣可以提供電解質(zhì)容器，以便附加地提供電解質(zhì)，從而在充電或放電時(shí)溶解陰極中的反應(yīng)產(chǎn)物，以便實(shí)現(xiàn)較高的動(dòng)力學(xué)。附加地通過(guò)可變的側(cè)密封部來(lái)在體積上補(bǔ)償陰極的膨脹或者陰極的收縮。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的裝置的透視圖。

在圖8中，在陰極空間中設(shè)置有如已經(jīng)在圖6中針對(duì)陽(yáng)極12a、12b示出的唇狀密封部。通過(guò)除了陽(yáng)極載體的上側(cè)以外現(xiàn)在還能夠在下側(cè)上密封地施加陰極結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)新的電池構(gòu)造，使得形成簡(jiǎn)單的可串聯(lián)的電池結(jié)構(gòu)。

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第一至第五實(shí)施方式的用于密封電化學(xué)電池的方法的流程圖。

用于密封電化學(xué)電池1的方法——該電化學(xué)電池包括：在其上布置有陽(yáng)極12a、12b的載體10以及被布置在陽(yáng)極12a、12b和陰極14之間的分離器16、17——包括：彈性地連接S1載體10和分離器16、17，其中由用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20來(lái)接收由陽(yáng)極12a、12b的體積改變所造成的對(duì)分離器16、17的力作用。所述方法此外包括步驟S2：在真空中或者在減小的環(huán)境壓力下用電解質(zhì)24a、24b來(lái)填充被構(gòu)造在載體10和分離器16、17之間的陽(yáng)極空間13a、13b。通過(guò)電解質(zhì)24a、24b來(lái)填充陽(yáng)極空間13a、13b在通過(guò)裝置20來(lái)彈性地連接S1載體10和分離器16、17之后進(jìn)行。替代地，用電解質(zhì)24a、24b來(lái)填充陽(yáng)極空間13a、13b也可以在通過(guò)裝置20來(lái)彈性地連接S1載體10和分離器16、17的步驟之前進(jìn)行。

盡管在前面根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，而是可以以多種多樣的方式被修改。本發(fā)明尤其能夠以各種各樣的方式來(lái)改變或修改，而不偏離本發(fā)明的核心。

例如，用于彈性地連接載體10和分離器16、17的裝置20可以具有任何的合適的形狀和厚度。此外，裝置20的多孔的與非多空的區(qū)域的比例可以以合適方式被設(shè)置。