以下描述的本發(fā)明涉及一種蓄能器電芯以及一種用于制造蓄能器電芯的方法。

背景技術(shù)：

1、電化學(xué)的蓄能器元件能夠通過氧化還原反應(yīng)將所儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。電化學(xué)的蓄能器元件的最簡單的形式是電化學(xué)電芯。電化學(xué)電芯包括通過隔膜相互分離的正電極和負(fù)電極。在放電時，在負(fù)電極處通過氧化過程釋放電子。由此引起電子流，該電子流可被外部的電負(fù)載取用，為此，電化學(xué)電芯用作能源供應(yīng)。同時，在電芯之內(nèi)出現(xiàn)與電極反應(yīng)相應(yīng)的離子流。該離子流橫穿隔膜，并且通過引導(dǎo)離子的電解液實(shí)現(xiàn)。

2、如果放電是可逆的，即存在再次反向?qū)崿F(xiàn)在放電時進(jìn)行的化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)換并且再次給電池充電的可能性，則將其稱為二次電芯。在二次電芯中，通常的負(fù)電極作為陽極并且正電極作為陰極的稱謂一般涉及電化學(xué)電芯的放電功能。

3、目前，作為蓄能器元件，二次的鋰離子電芯用于多種應(yīng)用，因?yàn)槠淠軌蛱峁└叩碾娏鞑⑶移渫怀鲋幵谟谙鄬Ω叩哪芰棵芏?。鋰離子電芯基于可以以離子的形式在電芯的電極之間往復(fù)遷移的鋰的應(yīng)用。鋰離子電芯的負(fù)電極和正電極通常由所謂的復(fù)合電極形成，除了電化學(xué)活性的組分之外，該復(fù)合電極也包括無電化學(xué)活性的組分。

4、作為用于二次的鋰離子電芯的電化學(xué)活性的組分(活性材料)，原則上可以考慮所有能夠吸收并再次釋放鋰離子的材料。對于負(fù)電極，為此例如使用以碳(例如石墨碳)為基礎(chǔ)的顆粒。作為用于正電極的活性材料，例如可以使用鈷酸鋰(licoo2)、錳酸鋰(limn2o4)、磷酸鐵鋰(lifepo4)或其衍生物。電化學(xué)活性的材料通常以顆粒形式包含在電極中。

5、作為無電化學(xué)活性的組分，復(fù)合電極通常包括用作用于相應(yīng)的活性材料的載體的、面形的和/或帶形的集流體，例如金屬箔。用于負(fù)電極的集流體(陽極集流體)例如可以由銅或鎳構(gòu)成，并且用于正電極的集流體(陰極集流體)例如可以由鋁構(gòu)成。此外，作為無電化學(xué)活性的組分，電極可以包括電極粘合劑(例如聚偏二氟乙烯(pvdf)或者其他聚合物，例如羧甲基纖維素)、改善導(dǎo)電性能的添加劑和其他附加物。電極粘合劑保證了電極的機(jī)械穩(wěn)定性并且常常也保證活性材料在集流體上的附著。

6、作為電解液，鋰離子電芯通常包括鋰鹽例如六氟磷酸鋰(lipf6)在有機(jī)溶劑(例如碳酸醚和碳酸酯)中的溶液。

7、在制造鋰離子電芯時，將復(fù)合電極與一個或多個隔膜組合成電極隔膜復(fù)合體，在電極隔膜復(fù)合體中，電極通過隔膜相互連接。在此，電極和隔膜在壓力下或者以無壓力的方式相互連接，在適當(dāng)情況下也通過層壓或通過粘接相互連接。隨后，可以通過利用電解液浸潤該復(fù)合體建立電芯的基本功能。

8、在多種實(shí)施方式中，以纏繞體的形式構(gòu)成電極隔膜復(fù)合體，或者將電極隔膜復(fù)合體處理成纏繞體。在第一種情況中，例如將帶形的正電極和帶形的負(fù)電極以及至少一個帶形的隔膜單獨(dú)地輸送給纏繞機(jī)，并且在纏繞機(jī)中將其螺旋形地纏繞成具有正電極/隔膜/負(fù)電極的序列的纏繞體。在如此構(gòu)成的纏繞體中，電極通過隔膜相互連接。但在絕大多數(shù)情況下，電極與隔膜的粘接或相似的牢固連接并不適宜。在第二種情況中，首先將帶形的正電極和帶形的負(fù)電極以及至少一個帶形的隔膜組合成電極隔膜復(fù)合體，例如在應(yīng)用所述壓力的情況下。隨后，在另一步驟中才纏繞該復(fù)合體。

9、對于在車輛領(lǐng)域中的應(yīng)用，對于電動自行車，或者也對于其他具有高的能量需求的應(yīng)用，例如在工具中，需要具有盡可能高的能量密度的鋰離子電芯，該鋰離子電芯同時能夠在充電和放電時被加載高的電流。

10、用于所述應(yīng)用的電芯常常構(gòu)造成柱形的圓電芯，例如具有21×70(直徑乘以高度，單位為mm)的外形尺寸。這種類型的電芯始終具有以纏繞體的形式的復(fù)合體。目前這種外形尺寸的鋰離子電芯已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)直至270wh/kg的能量密度。然而，該能量密度僅僅視為折中步驟。市場上已經(jīng)需要具有更高能量密度的電芯。

11、柱形的圓電芯的殼體通常包括用于容納纏繞的電極隔膜復(fù)合體的殼體杯形件以及封閉殼體杯形件的開口的蓋構(gòu)件。在蓋構(gòu)件和殼體杯形件之間布置有密封件，一方面，該密封件用于密封電芯殼體，但另一方面，該密封件也具有將蓋構(gòu)件和殼體杯形件彼此電絕緣的功能。為了裝配，大多將密封件拉到蓋構(gòu)件的邊緣上。為了封閉圓電芯，通常使殼體杯形件的開口邊緣徑向向內(nèi)彎曲到被密封件包圍的蓋構(gòu)件邊緣上(卷邊工藝)，從而使蓋構(gòu)件包括密封件形狀配合地固定在殼體杯形件的開口中。

12、在wo?2017/215900?al中闡述了一種柱形的圓電芯，在其中，電極隔膜復(fù)合體以及其電極構(gòu)造成帶形，并且以纏繞體的形式存在。電極分別具有附有電極材料的帶形的集流體。在電極隔膜復(fù)合體內(nèi)，彼此錯開地布置相反極性的電極，從而正電極的集流體的縱向邊緣在一側(cè)從纏繞體中離開，并且負(fù)電極的集流體的縱向邊緣在另一側(cè)從纏繞體中離開。為了集流體的電接觸，電芯具有片部件，該片部件平坦地支承在纏繞體的端側(cè)上，并且通過焊接與集流體的縱向邊緣相連接。由此實(shí)現(xiàn)，在其整個長度上電接觸集流體以及進(jìn)而同樣從屬的電極。具有如此被接觸的纏繞體的電芯具有顯著降低的內(nèi)電阻。因此，可以顯著更好地截取所出現(xiàn)的高電流，并且也可以更好地從纏繞體中導(dǎo)出熱量。

13、在接觸板設(shè)計方案和/或端側(cè)地接觸纏繞體的情況下，為了提供大的橫截面用于高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力，優(yōu)選地使用非常大型的金屬的接觸元件。然而，具有這種大型的內(nèi)部接觸元件的電芯容易發(fā)生短路，尤其是，這可能由從外部作用的機(jī)械力引起的殼體變形造成。對于例如應(yīng)用在汽車領(lǐng)域中的電芯來說，這種損壞的風(fēng)險非常真實(shí)。但此外，在電芯的生產(chǎn)中，還可能需要高度校準(zhǔn)，在其中有針對性地壓縮電芯。此時施加的軸向力也可能在電芯內(nèi)造成短路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是，提供一種蓄能器電芯，其突出之處在于高的能量密度。此外，蓄能器電芯的突出之處尤其是還應(yīng)該在于改善的安全性。

2、該目的通過具有權(quán)利要求1所述的特征的蓄能器電芯以及具有權(quán)利要求14所述的特征的方法實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求2至13和15中找到本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式。

3、根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯始終具有直接下述特征a.至n.：

4、a.電芯包括具有陽極/隔膜/陰極的序列的電極隔膜復(fù)合體。

5、b.電極隔膜復(fù)合體的陽極構(gòu)造成帶形并且包括帶形的陽極集流體，陽極集流體具有第一縱向邊緣和與第一縱向邊緣平行的第二縱向邊緣。

6、c.帶形的陽極集流體包括主區(qū)域以及自由的邊條，主區(qū)域附有由負(fù)的電極材料制成的層，自由的邊條沿著陽極集流體的第一縱向邊緣延伸并且未附有負(fù)的電極材料。

7、d.電極隔膜復(fù)合體的陰極構(gòu)造成帶形并且包括帶形的陰極集流體，陰極集流體具有第一縱向邊緣和與第一縱向邊緣平行的第二縱向邊緣。

8、e.帶形的陰極集流體包括主區(qū)域以及自由的邊條，主區(qū)域附有由正的電極材料制成的層，自由的邊條沿著陰極集流體的第一縱向邊緣延伸并且未附有電極材料。

9、f.電極隔膜復(fù)合體以柱形的纏繞體的形式存在，柱形的纏繞體具有被環(huán)繞的棱邊限制的第一末端端側(cè)和被環(huán)繞的棱邊限制的第二末端端側(cè)以及位于第一末端端側(cè)和第二末端端側(cè)之間的纏繞體套，并且電極隔膜復(fù)合體包括以螺旋形地纏繞的形式的陽極和陰極。

10、g.陽極和陰極如此布置在電極隔膜復(fù)合體內(nèi)，使得陽極集流體的第一縱向邊緣從電極隔膜復(fù)合體的末端端側(cè)中的一個末端端側(cè)離開，并且陰極集流體的第一縱向邊緣從電極隔膜復(fù)合體的另一末端端側(cè)離開。

11、h.電芯包括氣密地且液密地封閉的殼體，殼體具有金屬的殼體杯形件以及蓋構(gòu)件，殼體杯形件具有底部和圓形的末端開口，蓋構(gòu)件具有封閉圓形的末端開口的圓形的邊緣。

12、i.電極隔膜復(fù)合體以軸向定向的方式布置在殼體杯形件中，其中，第一端側(cè)朝向蓋構(gòu)件的方向，并且第二端側(cè)朝向底部的方向，在適當(dāng)情況下直接與底部接觸。

13、j.電芯包括由電絕緣的材料制成的環(huán)形的密封件，該密封件包圍蓋構(gòu)件的圓形的邊緣并且將殼體杯形件和蓋構(gòu)件彼此電絕緣。

14、k.殼體杯形件包括內(nèi)側(cè)和外側(cè)并且按軸向順序包括底部、中心區(qū)段和封閉區(qū)段，其中

15、-中心區(qū)段構(gòu)造成柱形，并且在中心區(qū)段中，構(gòu)造成纏繞體的電極隔膜復(fù)合體的纏繞體套與殼體杯形件的內(nèi)側(cè)接觸，并且

16、-在封閉區(qū)段中，環(huán)形的密封件與蓋構(gòu)件和殼體杯形件的內(nèi)側(cè)處于緊壓接觸中。

17、l.中心區(qū)段和封閉區(qū)段通過環(huán)形地環(huán)繞殼體杯形件的外側(cè)的凹處分離。

18、m.電芯包括片構(gòu)件，在適當(dāng)情況下也包括固定在片部件處的單獨(dú)的電導(dǎo)體，片構(gòu)件通過焊接與從第一末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣相連接，并且集流體通過片構(gòu)件與蓋構(gòu)件電連接。

19、特別是，電芯的突出之處在于以下特征：

20、n.電芯包括至少一個由電絕緣的材料制成的絕緣元件，該絕緣元件尤其是在凹處的區(qū)域中保護(hù)片構(gòu)件和/或從第一末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣和/或固定在片部件處的單獨(dú)的電導(dǎo)體以免與殼體杯形件的內(nèi)側(cè)直接接觸。

21、通過該措施，保證降低在電芯內(nèi)部的接觸區(qū)域中短路的風(fēng)險。例如，與高度校準(zhǔn)相關(guān)地出現(xiàn)的軸向力通常不再導(dǎo)致相反極性的電芯部件直接接觸。通過至少一個絕緣元件阻止了這種接觸。

22、優(yōu)選地，殼體杯形件的底部構(gòu)造成圓形。殼體杯形件大多通過拉深構(gòu)成。但例如也可行的是，通過將底部焊接到管形的半成件中構(gòu)成杯形件。

23、優(yōu)選地，殼體杯形件具有在0.1mm至2mm的范圍內(nèi)的壁厚。

24、優(yōu)選地，殼體杯形件由鋁、鋁合金或鋼板，例如鍍鎳鋼板制成。優(yōu)選地，還可以使用不銹鋼。

25、適合用于殼體杯形件的鋁合金例如是1235、1050、1060、1070、3003、5052、mg3、mg212(3000系列)和gm55型的鋁合金。此外適合的是alsi、alcuti、almgsi、alsimg、alsicu、alcutimg和almg。優(yōu)選地，所述合金的鋁份額高于99.5％。

26、優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯是柱形的圓電芯。優(yōu)選地，構(gòu)造成柱形的圓電芯的根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的高度在50mm至150mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，其直徑在15mm至60mm的范圍內(nèi)。例如，具有這種外形尺寸的柱形的圓電芯適合用于機(jī)動車的電驅(qū)動裝置的電流供給。

27、優(yōu)選地，在使用兩個帶形的隔膜的情況下制造電極隔膜復(fù)合體。優(yōu)選地，復(fù)合體具有隔膜/陽極/隔膜/陰極或陽極/隔膜/陰極/隔膜的序列。因此，一個或多個隔膜包圍陽極或陰極。隔膜的任務(wù)是，避免在纏繞體內(nèi)相反極性的電極之間的直接電接觸，并且同時允許在電極之間交換離子。

28、作為鋰離子電芯的實(shí)施方案

29、在本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯是鋰離子電芯。

30、對于該蓄能器電芯的電極，可以使用基本上所有對于二次鋰離子電芯已知的電極材料。

31、在負(fù)電極中，作為活性材料，可以使用以碳(例如石墨碳)為基礎(chǔ)的顆粒，或者能夠用于鋰的插層的、非石墨的碳材料，優(yōu)選地同樣以顆粒形式。備選地或附加地，在負(fù)電極中也可以包含鈦酸鋰(li4ti5o12)或其衍生物，優(yōu)選地同樣以顆粒形式。此外，負(fù)電極可以包含具有硅、鋁、錫、銻的組中的至少一種材料或者能夠可逆地嵌入和轉(zhuǎn)移的鋰的材料的化合物或合金，例如氧化硅(尤其是siox，其中0＜x小于2，在適當(dāng)情況下與以碳材料為基礎(chǔ)的活性材料組合的方式)作為活性材料。錫、鋁、銻和硅能夠與鋰形成金屬間相。在此，尤其是在硅的情況中，用于吸收鋰的能力比石墨或相似材料的用于吸收鋰的能力高出多倍。常常使用由以硅和碳為基礎(chǔ)的蓄能材料的化合物。例如，硅碳復(fù)合材料(sic)也是特別合適的。此外，由金屬的鋰制成的薄的陽極也是合適的。

32、對于正電極，作為活性材料，例如可以考慮鋰-金屬氧化物-化合物和鋰-金屬磷酸鹽-化合物，例如licoo2和lifepo4。此外，很適合的尤其是具有分子式linixmnycozo2(其中，x+y+z通常為1)的鋰鎳錳鈷氧化物(nmc)，具有分子式limn2o4的鋰錳尖晶石(lmo)，或者具有分子式linixcoyalzo2(其中，x+y+z通常為1)的鋰鎳鈷鋁氧化物(nca)。也可以使用其衍生物，例如具有分子式li1.11(ni0.40mn0.39co0.16al0.05)0.89o2的鋰鎳錳鈷鋁氧化物(nmca)，或者li1+xm-o化合物和/或所述材料的混合物。優(yōu)選地，也以顆粒的形式應(yīng)用陰極的活性材料。

33、此外，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的電極優(yōu)選地包含電極粘合劑和/或用于改善導(dǎo)電能力的添加劑。活性材料優(yōu)選地嵌入由電極粘合劑組成的基質(zhì)中，其中，在基質(zhì)中的相鄰的顆粒優(yōu)選地直接相互接觸。導(dǎo)電介質(zhì)用于提高電極的導(dǎo)電能力。通常的電極粘合劑例如以聚偏二氟乙烯(pvdf)，(鋰-)聚丙烯酸酯，苯乙烯-丁二烯橡膠或羧甲基纖維素為基礎(chǔ)，或也以不同粘合劑的混合物為基礎(chǔ)。通常的導(dǎo)電介質(zhì)是碳黑、細(xì)石墨、碳纖維、碳納米管和金屬粉末。

34、根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯優(yōu)選地包括電解液，在鋰離子電芯的情況中，尤其是包含以至少一種以溶解在有機(jī)溶劑(例如有機(jī)的碳酸酯或環(huán)醚例如thf或腈的混合物)中的形式存在的鋰鹽，例如六氟磷酸鋰(lipf6)，為基礎(chǔ)的電解液。其他可用的鋰鹽例如是四氟硼酸鋰(libf4)，雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鋰(litfsi)，雙(氟磺?；?亞胺鋰(lifsi)和雙(草酸)硼酸鋰(libob)。

35、以鋰離子為基礎(chǔ)的構(gòu)造成柱形的圓電芯的根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的額定電容優(yōu)選地為直至15000mah。在作為鋰離子電芯的實(shí)施方式中，通過外形尺寸21×70，蓄能器電芯優(yōu)選地具有在1500mah至7000mah的范圍內(nèi)的，特別優(yōu)選地在3000至5500mah范圍內(nèi)的額定電容。在作為鋰離子電芯的實(shí)施方式中，通過外形尺寸18×65，電芯優(yōu)選地具有在1000mah至5000mah的范圍內(nèi)的，特別優(yōu)選地在2000至4000mah范圍內(nèi)的額定電容。

36、在歐盟，嚴(yán)格管理用于說明二次電池的額定電容的廠商數(shù)據(jù)。即，例如用于二次的鎳鉻電池的額定電容的數(shù)據(jù)以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)iec/en?61951-1和iec/en?60622的測量為基礎(chǔ)，用于二次鎳金屬氫化物電池的額定電容的數(shù)據(jù)以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)iec/en?61951-2的測量為基礎(chǔ)，用于二次鋰電池的額定電容的數(shù)據(jù)以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)iec/en?61960的測量為基礎(chǔ)，并且用于二次鉛酸電池的額定電容的數(shù)據(jù)以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)iec/en?61056-1的測量為基礎(chǔ)。任何在本技術(shù)中的額定電容的數(shù)據(jù)優(yōu)選地同樣以這些標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)。

37、作為鈉離子電芯的實(shí)施方式

38、備選地，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯也可以是鈉離子電芯、鉀離子電芯、鈣離子電芯、鎂離子電芯或鋁離子電芯。在其他可行的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯包括鈉離子電芯、鉀離子電芯、鈣離子電芯、鎂離子電芯或鋁離子電芯。在這些變型方案中，根據(jù)本發(fā)明，具有鈉離子電芯化學(xué)系統(tǒng)的蓄能器電芯是特別優(yōu)選的。

39、例如，以鈉離子為基礎(chǔ)的根據(jù)本發(fā)明的蓄能器元件的負(fù)的電極材料是以下材料中的一種：

40、-碳，特別推薦硬碳(純的，或者具有氮和/或磷摻雜)或者軟碳或者以石墨烯為基礎(chǔ)的材料，碳納米管，石墨

41、-磷或硫

42、-聚陰離子：如na2ti3o7，na3ti2(po4)3，tip2o7，tinb2o7，na-ti-(po4)3，na-v-(po4)3

43、-過渡金屬氧化物：如v2o5，mno2，tio2，nb2o5，fe2o3，na2ti3o7，nacrtio4，na4ti5o12

44、備選地，在陽極側(cè)，原則上也可以使用鈉金屬陽極。

45、以鈉離子為基礎(chǔ)的根據(jù)本發(fā)明的蓄能器元件的正的電極材料例如是以下材料中的一種：

46、-聚陰離子：nafepo4(磷酸鋰鐵礦型)，na2fe(p2o7)，na4fe3(po4)2(p2o7)，na2fepo4f，na/na2[fe1/2mn1/2]po4f，na3v2(po4)2f3，na3v2(po4)3，nacopo4，na2copo4f

47、-硅酸鹽：na2mnsio4，na2fesio4

48、-層狀氧化物：nacoo2，nafeo2，nanio2，nacro2，navo2，natio2，na(feco)o2，na(nifeco)3o2，na(nifemn)o2，以及na(nifecomn)o2，na(nimnco)o2

49、如在鋰離子電芯中那樣，以鈉離子為基礎(chǔ)的電極也可以包含電極粘合劑和/或用于改善導(dǎo)電能力的添加劑。合適的電極粘合劑例如以聚偏二氟乙烯(pvdf)，(鋰-)聚丙烯酸酯，苯乙烯-丁二烯橡膠或羧甲基纖維素為基礎(chǔ)，或也以不同粘合劑的混合物為基礎(chǔ)。合適的導(dǎo)電介質(zhì)是碳黑、細(xì)石墨、碳纖維、碳納米管和金屬粉末。

50、優(yōu)選地，基于鈉離子的根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯包括包含以下溶劑中的至少一種和以下導(dǎo)電鹽中的至少一種的電解液：

51、-作為溶劑，尤其是可以考慮有機(jī)的碳酸酯、醚、腈及其混合物。

52、-優(yōu)選的導(dǎo)電鹽是napf6，二氟(草酸)硼酸鈉(nabob)，nabf4，雙(氟磺酰)亞胺鈉(nafsi)，2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑鈉(natdi)，雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鈉(natfsi)，naasf6，nabf4，naclo4，nab(c2o4)2，nap(c6h4o2)3；nacf3so3，三氟甲磺酸鈉(natf)和et4nbf4。

53、在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以為電解液加入添加劑。

54、以鈉離子為基礎(chǔ)的構(gòu)造成柱形的圓電芯的根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的額定電容優(yōu)選地為直至12000mah。在作為鋰離子電芯的實(shí)施方式中，通過外形尺寸21×70，蓄能器電芯優(yōu)選地具有在1200mah至5500mah的范圍內(nèi)的，特別優(yōu)選地在2500至4500mah范圍內(nèi)的額定電容。在作為鋰離子電芯的實(shí)施方式中，通過外形尺寸18×65，電芯優(yōu)選地具有在800mah至4500mah的范圍內(nèi)的，特別優(yōu)選地在1600至3200mah范圍內(nèi)的額定電容。

55、對電極隔膜復(fù)合體的端側(cè)的棱邊的保護(hù)

56、在特別優(yōu)選的第一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的突出之處在于直接下述特征a.至c.中的至少一個：

57、a.至少一個絕緣元件是或者包括絕緣帶，該絕緣帶被施覆到限制端側(cè)的棱邊上并且保護(hù)該棱邊以免與內(nèi)側(cè)直接接觸。

58、b.至少一個絕緣元件是由塑料制成的優(yōu)選地具有l(wèi)形的橫截面的環(huán)形的模制件或包括由塑料制成的優(yōu)選地具有l(wèi)形的橫截面的環(huán)形的模制件，該模制件被施覆到限制端側(cè)的棱邊上并且保護(hù)該棱邊以免與內(nèi)側(cè)直接接觸。

59、c.絕緣帶或由塑料制成的環(huán)形的模制件具有在10μm至200μm的范圍內(nèi)的厚度。

60、優(yōu)選的是，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和c.以及b.和c.。

61、例如，絕緣帶可以是kapton/聚酰亞胺膠帶。

62、由塑料制成的優(yōu)選地具有l(wèi)形的橫截面的環(huán)形的模制件例如可以通過注塑制成，并且被推覆到待保護(hù)的棱邊上。例如，該模制件可以由聚四氟乙烯或聚酰胺制成。

63、對殼體杯形件的內(nèi)側(cè)的保護(hù)

64、在特別優(yōu)選的第二實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的突出之處在于直接下述特征a.至c.中的至少一個：

65、a.至少一個絕緣元件是或者包括由塑料制成的環(huán)形的絕緣元件，該環(huán)形的絕緣元件在凹處的區(qū)域中貼靠在殼體杯形件的內(nèi)側(cè)上并且保護(hù)內(nèi)側(cè)以免與片構(gòu)件直接接觸。

66、b.環(huán)形的絕緣元件是環(huán)形的密封件的部分區(qū)段。

67、c.由塑料制成的環(huán)形的絕緣元件具有在20μm至400μm的范圍內(nèi)的厚度。

68、優(yōu)選的是，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和b.。特別優(yōu)選地，以組合的方式實(shí)現(xiàn)特征a.至c.。

69、環(huán)形的絕緣元件也可以是注塑件，此外環(huán)形的密封件同樣可以是注塑件。優(yōu)選地，絕緣元件的厚度在20μm至400μm的范圍內(nèi)。

70、例如，環(huán)形的絕緣元件可以由聚四氟乙烯，聚酰胺，聚對苯二甲酸丁二醇酯制成，或者由全氟烷氧基聚合物制成。

71、對與從第一端側(cè)離開的集流體焊接在一起的片構(gòu)件的保護(hù)

72、在特別優(yōu)選的第三實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的突出之處在于直接下述特征a.至d.中的至少一個：

73、a.至少一個絕緣元件是或者包括環(huán)形的塑料件，該環(huán)形的塑料件包圍片構(gòu)件并且在凹處的區(qū)域中保護(hù)該片構(gòu)件以免與殼體杯形件的內(nèi)側(cè)直接接觸。

74、b.環(huán)形的塑料件構(gòu)造成空心柱形，包括護(hù)套并且在端側(cè)分別通過環(huán)繞的邊緣限制。

75、c.環(huán)形的塑料件構(gòu)造成空心柱形，包括護(hù)套并且在端側(cè)分別通過環(huán)繞的邊緣限制，其中，邊緣中的一個邊緣構(gòu)造成向外定向的環(huán)形的凸緣并且支承在片構(gòu)件上。

76、d.環(huán)形的塑料件具有在20μm至600μm的范圍內(nèi)的厚度。

77、優(yōu)選的是，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和b.，特別優(yōu)選地以組合的方式實(shí)現(xiàn)特征a.和b.和d.。特別優(yōu)選地，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和c.和d.。

78、環(huán)形的塑料件也可以是注塑件。優(yōu)選地，塑料件的厚度在20μm至600μm的范圍內(nèi)。

79、例如，塑料件可以由聚四氟乙烯，聚酰胺，聚對苯二甲酸丁二醇酯制成，或者由全氟烷氧基聚合物制成。

80、對片構(gòu)件的邊緣的保護(hù)

81、在特別優(yōu)選的第四實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的突出之處在于直接下述特征a.至d.中的至少一個：

82、a.至少一個絕緣元件是或者包括電絕緣的塑料覆層，該塑料覆層包圍片構(gòu)件的邊緣并且尤其是在凹處的區(qū)域中保護(hù)該邊緣以免與殼體杯形件的內(nèi)側(cè)直接接觸。

83、b.電絕緣的覆層通過包塑片構(gòu)件的邊緣構(gòu)成。

84、優(yōu)選的是，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和b.。

85、基本上所有具有電絕緣特性的熱塑性塑料都適合用于包塑片構(gòu)件的邊緣。例如，合適的是聚酰胺。

86、保護(hù)方案組合

87、根據(jù)本發(fā)明，也將所描述的四種特別優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行組合。即，特別優(yōu)選地，電芯的突出之處在于直接下述四個特征a.至d.中的兩個或以上的組合：

88、a.至少一個絕緣元件包括被施覆到限制端側(cè)的棱邊上并且保護(hù)該棱邊以免與內(nèi)側(cè)直接接觸的絕緣帶或由塑料制成的環(huán)形的模制件，即，根據(jù)特別優(yōu)選的第一實(shí)施方式的絕緣帶或環(huán)形的模制件，和/或

89、b.至少一個絕緣元件包括在凹處的區(qū)域中貼靠在殼體杯形件的內(nèi)側(cè)上并且保護(hù)內(nèi)側(cè)以免與片構(gòu)件直接接觸的環(huán)形的絕緣元件，即，根據(jù)特別優(yōu)選的第二實(shí)施方式的環(huán)形的絕緣元件，和/或

90、c.至少一個絕緣元件包括包圍片構(gòu)件并且在凹處的區(qū)域中保護(hù)該片構(gòu)件以免與殼體杯形件的內(nèi)側(cè)直接接觸的環(huán)形的塑料件，即，根據(jù)特別優(yōu)選的第三實(shí)施方式的環(huán)形的塑料件，和/或

91、d.至少一個絕緣元件是或者包括包圍片構(gòu)件的邊緣并且尤其是在凹處的區(qū)域中保護(hù)該邊緣以免與殼體杯形件的內(nèi)側(cè)直接接觸的電絕緣的塑料覆層，即，根據(jù)特別優(yōu)選的第四實(shí)施方式的塑料覆層。

92、凹處的優(yōu)選的構(gòu)造方案

93、優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的電芯的突出之處在于以下特征a.至c.中的至少一個：

94、a.殼體杯形件在中心區(qū)段和封閉區(qū)段中具有相同的最大外直徑。

95、b.在凹處的區(qū)域中，殼體杯形件的外直徑減小殼體杯形件在該區(qū)域中的壁厚的4倍至20倍。

96、優(yōu)選的是，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和b.。

97、片構(gòu)件與蓋構(gòu)件的電連接

98、存在兩種用于將通過焊接與從第一末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣相連接的片構(gòu)件與蓋構(gòu)件電連接的優(yōu)選的變型方案。

99、根據(jù)變型方案a，根據(jù)本發(fā)明的電芯的突出之處在于直接下述特征a.至c.中的至少一個：

100、a.片構(gòu)件直接與蓋構(gòu)件相連接。

101、b.片構(gòu)件包括第一區(qū)段，該第一區(qū)段平地支承在從第一末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣上并且平行于該端側(cè)延伸。

102、c.片構(gòu)件包括第二區(qū)段，該第二區(qū)段以成角度的方式鄰接第一區(qū)段，并且第一區(qū)段通過該第二區(qū)段與蓋構(gòu)件電連接。

103、優(yōu)選的是，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和b.。特別優(yōu)選地，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.至c.。

104、根據(jù)變型方案b，根據(jù)本發(fā)明的電芯的突出之處在于直接下述特征a.和b.中的至少一個：

105、a.片構(gòu)件通過單獨(dú)的電導(dǎo)體與蓋構(gòu)件相連接。

106、b.片構(gòu)件平地支承在從第一末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣上。

107、優(yōu)選的是，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和b.。

108、如果使用單獨(dú)的電導(dǎo)體，則優(yōu)選地，該電導(dǎo)體由與片構(gòu)件本身相同的材料制成。

109、從第二末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣的電接觸

110、當(dāng)然不應(yīng)僅僅電接觸從第一末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣。相反，還必須電接觸從第二末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣。根據(jù)本發(fā)明，以下兩種變型方案是優(yōu)選的：

111、根據(jù)變型方案c，根據(jù)本發(fā)明的電芯的突出之處在于直接下述特征a.：

112、a.從第二末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣直接支承在殼體杯形件的底部上并且通過焊接與底部相連接。

113、根據(jù)變型方案d，根據(jù)本發(fā)明的電芯的突出之處在于直接下述特征b.：

114、b.電芯包括片構(gòu)件，片構(gòu)件通過焊接與從第二末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣相連接，并且該集流體通過片構(gòu)件與殼體杯形件的底部電連接。

115、在這兩種情況中，從第二末端端側(cè)離開的集流體的縱向邊緣在理想情況下可以在其整個長度上被電地和/或熱地連結(jié)，如在從第一末端端側(cè)離開的集流體的情況中那樣。

116、特別優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的電芯的突出之處在于下述特征a.：

117、a.從第一末端端側(cè)離開的集流體的是陽極集流體，并且從第二末端端側(cè)離開的集流體是陰極集流體。

118、尤其是當(dāng)如以上所述殼體由鋁或含鋁的合金制成時，該配置方案是有利的。因?yàn)殛帢O集流體優(yōu)選地也由鋁制成，見以下：

119、片構(gòu)件的優(yōu)選的實(shí)施方式

120、在本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的改進(jìn)方案中，與陽極集流體電連接的片構(gòu)件的突出之處在于直接下述特征a.或b.中的至少一個：

121、a.片構(gòu)件由鎳或銅或鈦或者鎳合金或銅合金或鈦合金或者不銹鋼制成，例如由1.4303或1.4404型或sus304型不銹鋼制成，或者由鍍鎳的銅制成。

122、b.片構(gòu)件由與陽極集流體相同的材料制成。

123、優(yōu)選的是，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和b.。

124、在其中陰極集流體也通過片構(gòu)件電地連結(jié)的實(shí)施方式中，片構(gòu)件的突出之處在于直接下述特征a.和b.中的至少一個：

125、a.片構(gòu)件由鋁或鋁合金制成。

126、b.片構(gòu)件由與陰極集流體相同的材料制成。

127、優(yōu)選的是，以組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和b.。

128、特別優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明可用于接觸集流體的縱向邊緣的片構(gòu)件的突出之處在于直接下述特征a.至g.中的至少一個：

129、a.片構(gòu)件具有在50μm至600μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在150μm至350μm的范圍內(nèi)的優(yōu)選地均勻的厚度。

130、b.片構(gòu)件具有兩個相對的平側(cè)，并且基本上僅僅在一個維度上延伸。

131、c.片構(gòu)件構(gòu)造成盤或多邊形板，或者包括這種盤或板。

132、d.如此設(shè)計片構(gòu)件的尺寸，使得其覆蓋第一末端端側(cè)和/或第二末端端側(cè)的至少50％，優(yōu)選地至少60％，特別優(yōu)選地至少70％。

133、e.片構(gòu)件具有至少一個缺口，尤其是至少一個孔和或至少一個刻槽。

134、f.片構(gòu)件具有至少一個凹槽，該凹槽在片構(gòu)件的一個平側(cè)上表現(xiàn)為長形的凹部并且在相對的平側(cè)上表現(xiàn)為長形的抬高部，其中，片構(gòu)件通過載有長形的抬高部的平側(cè)支承在相應(yīng)的集流體的第一邊緣上。

135、g.片構(gòu)件在凹槽的區(qū)域中與相應(yīng)的集流體的第一縱向邊緣焊接在一起，尤其是通過一條或多條布置在凹槽中的焊縫。

136、特別優(yōu)選的是，以相互組合的方式實(shí)現(xiàn)直接上述特征a.和b.和d.。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，以與特征c.或e.中的一個或與特征f.和g.組合的方式實(shí)現(xiàn)特征a.和b.和d.。特別優(yōu)選地，以相互組合的方式實(shí)現(xiàn)所有特征a.至g.。

137、盡可能大面積地覆蓋端側(cè)對于根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的熱管理非常重要。覆蓋的越大，實(shí)現(xiàn)盡可能在其整個長度上接觸相應(yīng)的集流體的第一邊緣的可能性越高。由此，可以通過一個或多個片構(gòu)件導(dǎo)出在電極隔膜復(fù)合體中形成的熱量。

138、在幾種實(shí)施方式中證實(shí)為有利的是，在裝上片構(gòu)件之前，對集流體的縱向邊緣進(jìn)行預(yù)處理。尤其是，可以在該縱向邊緣中壓入至少一個凹部，該凹部與在片構(gòu)件的相應(yīng)的平側(cè)上的至少一個凹槽或長形的抬高部對應(yīng)。

139、也可以對集流體的縱向邊緣進(jìn)行定向變形的預(yù)處理。例如，可以該縱向邊緣在限定的方向上彎曲。

140、例如，為了可以利用電解液浸潤電極隔膜復(fù)合體，在片構(gòu)件中的至少一個缺口可以是適宜的。

141、集流體的優(yōu)選的實(shí)施方式

142、根據(jù)本發(fā)明的電芯的陽極集流體、陰極集流體和一個或多個隔膜優(yōu)選地具有以下尺寸：

143、-在0.5m至25m的范圍內(nèi)的長度

144、-在30mm至145mm的范圍內(nèi)的寬度

145、優(yōu)選的是，為了制造電極隔膜復(fù)合體，將帶形的電極與一個或多個帶形的隔膜一起輸送給纏繞設(shè)備，并且在纏繞設(shè)備中優(yōu)選地繞纏繞軸螺旋形地進(jìn)行纏繞。在幾種實(shí)施方式中，為此將電極和一個或多個隔膜纏繞在柱形的或空心柱形的纏繞體芯上，纏繞體芯支承在纏繞芯軸上，并且在纏繞之后留在纏繞體中。

146、例如，纏繞體套可以通過塑料膜或膠帶構(gòu)成。也可行的是，纏繞體套通過一圈或多圈隔膜構(gòu)成。

147、根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的集流體用于，盡可能大面積地電接觸包含在相應(yīng)的電極材料中的電化學(xué)活性的組分。優(yōu)選地，集流體由金屬制成或者至少在表面上金屬化。

148、在構(gòu)造成鋰離子電芯的根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的情況中，適合作為用于陽極集流體的金屬例如是銅或鎳或者同樣其他導(dǎo)電的材料，尤其是銅合金和鎳合金或者涂覆鎳的金屬。作為銅合金，尤其是可以使用具有至少99.9％的銅份額的en?cw-004a或en?cw-008a型的材料。作為鎳合金，尤其是可以考慮nife、nicu、cuni、nicr和nicrfe型的合金。作為鎳合金，尤其是可以考慮nife、nicu、cuni、nicr和nicrfe型的合金。原則上，也可以考慮不銹鋼，例如1.4303或1.4404型的或sus304型的不銹鋼。

149、在根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯構(gòu)造成鋰離子電芯的情況中，尤其是鋁，或者同樣其他導(dǎo)電的材料(其中也包括鋁合金)適合作為用于陰極集流體的金屬。

150、在根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯構(gòu)造成鈉離子電芯的情況中，陽極集流體和陰極集流體兩者都可以由鋁或鋁合金制成。

151、適合用于陰極集流體的鋁合金例如是1235、1050、1060、1070、3003、5052、mg3、mg212(3000系列)和gm55型的鋁合金。此外適合的是alsi、alcuti、almgsi、alsimg、alsicu、alcutimg和almg。優(yōu)選地，所述合金的鋁份額高于99.5％。

152、優(yōu)選地，陽極集流體和/或陰極集流體分別是具有在4μm至30μm的范圍內(nèi)的厚度的帶形的金屬箔。這種情況下，集流體也被稱為集流體箔。

153、但除了箔之外，作為集流體，也可以使用其他帶形的基質(zhì)，如金屬的或金屬化的無紡布，或者開孔的金屬泡沫，或者膨脹金屬。

154、優(yōu)選地，集流體在兩側(cè)附有相應(yīng)的電極材料。

155、在幾種實(shí)施方式中，-尤其出于熱連結(jié)的原因-優(yōu)選的是，與殼體直接接觸的外部的纏繞體層由未被涂覆的金屬箔制成。例如，在鋁殼體的情況中，陰極的由鋁制成的集流體箔的未被電極材料涂覆的末端區(qū)段形成纏繞體的外圈，并且同時直接貼靠在鋁殼體處。在殼體由鍍鎳鋼制成的情況下，例如陽極的由銅或鎳制成的集流體箔的未被電極材料涂覆的末端區(qū)段可以形成纏繞體的外圈并且貼靠在殼體處。

156、在這種情況下，纏繞體套通過相應(yīng)的集流體箔的末端區(qū)段構(gòu)成。

157、優(yōu)選的是，一個或多個隔膜的縱向邊緣形成構(gòu)造成纏繞體的電極隔膜復(fù)合體的端側(cè)。

158、根據(jù)本發(fā)明的方法

159、根據(jù)本發(fā)明的方法用于制造蓄能器電芯并且突出之處在于以下特征和步驟：

160、a.提供如以上描述的蓄能器電芯，尤其是提供具有權(quán)利要求1所述的特征a.至n.的蓄能器電芯。

161、b.對蓄能器電芯進(jìn)行高度校準(zhǔn)，通過該高度校準(zhǔn)，在使凹處塑性變形的情況下，將封閉區(qū)段和中心區(qū)段推向彼此，從而使在通過焊接與從第一末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣相連接的片構(gòu)件和蓋構(gòu)件之間的距離變小。

162、在生產(chǎn)以上描述的類型的蓄能器電芯時，幾乎不可避免的是，在通過焊接與從第一末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣相連接的片構(gòu)件和蓋構(gòu)件之間形成死區(qū)體積，該死區(qū)體積減小了蓄能器電芯的能量密度。根據(jù)本發(fā)明，這通過所謂的高度校準(zhǔn)被抵消，在高度校準(zhǔn)時，通過優(yōu)選的軸向力將封閉區(qū)段和中心區(qū)段推向彼此。在傳統(tǒng)的電芯中，該步驟是非常關(guān)鍵的步驟，因?yàn)橛捎谳S向力，殼體杯形件的壁、通過焊接與從第一末端端側(cè)離開的集流體的第一縱向邊緣相連接的片構(gòu)件和將片構(gòu)件與蓋構(gòu)件相連接的單獨(dú)的電導(dǎo)體可能發(fā)生變形。由于該變形，在蓄能器電芯之內(nèi)可能出現(xiàn)短路。

163、所描述的具有至少一個絕緣元件的蓄能器電芯的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計方案實(shí)現(xiàn)，在顯著降低短路風(fēng)險的情況下進(jìn)行高度校準(zhǔn)。因此可行的是，例如首先裝配高度>700mm的21700型電芯，并且在后續(xù)步驟中在所述的高度校準(zhǔn)的范圍內(nèi)減小產(chǎn)生的死區(qū)體積。因此，可制造具有更高的能量密度的電芯。

164、優(yōu)選地，相對于在高度校準(zhǔn)之前的距離，在片構(gòu)件(112)和蓋構(gòu)件(102)之間的距離減小至少10％，特別優(yōu)選地至少20％，更為優(yōu)選地至少30％。在絕對數(shù)字上，根據(jù)電芯的尺寸，該距離減小例如可以在0.5mm至5mm的范圍內(nèi)波動。

165、對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，與所謂的彈性變形相比，所述塑性變形理解為永久變形，其在結(jié)構(gòu)上反映在高度校準(zhǔn)后的產(chǎn)品中。這尤其是涉及布置在中心區(qū)段和封閉區(qū)段之間的凹處。

166、在優(yōu)選的實(shí)施方式中，已經(jīng)進(jìn)行所描述的高度校準(zhǔn)的根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的突出之處在于直接下述特征a.：

167、a.凹處包括環(huán)形的開口槽和可通過開口槽觸及的具有倒凹部的環(huán)形的空腔。

168、根據(jù)本發(fā)明，這種倒凹部由于高度校準(zhǔn)形成，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明，與在傳統(tǒng)電芯的情況中相比，可以更進(jìn)一步地將封閉區(qū)段和中心區(qū)段推向彼此。優(yōu)選地，在軸向方向上，凹處在開口槽的區(qū)域中具有比在倒凹部的區(qū)域中更小的高度。

169、當(dāng)凹處構(gòu)造成在高度校準(zhǔn)之前不對稱時，還可實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)果。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯進(jìn)行所描述的高度校準(zhǔn)之前，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器電芯的突出之處在于直接下述特征a.至e.：

170、a.蓄能器電芯的殼體基本上構(gòu)造成柱形，并且蓄能器電芯具有垂直地被引導(dǎo)穿過殼體杯形件的底部的中軸線。

171、b.殼體杯形件在中心區(qū)段和封閉區(qū)段中具有相同的最大外直徑，而外直徑在凹處的區(qū)域中減小。

172、c.在其中外直徑在凹處的區(qū)域中減小的殼體杯形件部段在高度s1上延伸。

173、d.穿過凹處的最低點(diǎn)并且與中軸線垂直相交的平面e1將殼體杯形件部段分成具有高度s2的面對蓋構(gòu)件的上子部段和具有高度s3的面對電極隔膜復(fù)合體的下子部段。

174、e.s3>s2

175、特別優(yōu)選地，s3比s2長至少20％，更為優(yōu)選地長至少30％，尤其是長至少40％。