專利名稱：具有至少一個減壓設(shè)備的電化學(xué)單元的制作方法
具有至少一個減壓設(shè)備的電化學(xué)單元描述本發(fā)明涉及用于電池裝備的電化學(xué)單元，特別是涉及具有至少一個減壓設(shè)備的電
化學(xué)單元。由一個或多個存儲單元構(gòu)成的、作為電化學(xué)能量存儲設(shè)備的電池(初級存儲器)和蓄電池(二級存儲器)是已知的，通過在其中施加充電電流，電能在電解質(zhì)中的或在電解質(zhì)之間的陰電極和陽電極之間的電化學(xué)充電反應(yīng)中被轉(zhuǎn)換為化學(xué)能并因此被存儲，并通過在其中施加電負(fù)荷，化學(xué)能在電化學(xué)放電反應(yīng)中被轉(zhuǎn)化為電能。其中，二級存儲器容許多次(從幾百次到超過10000個周期)充電和放電，而初級存儲器通常僅充電一次并在放電之后被處理掉。應(yīng)注意的是，特別是在交通工具領(lǐng)域，蓄電池也被稱為電池。在本發(fā)明中，關(guān)于鋰離子電池，其被描述為用于驅(qū)動交通工具。但是要指出的是，本發(fā)明可以不依賴于化學(xué)和電化學(xué)單元和電池的類型，以及也不依賴于要供電的驅(qū)動類型來應(yīng)用。從現(xiàn)有技術(shù)已知了一種電化學(xué)單元，其具有至少部分地由殼體包封的電極堆。殼體應(yīng)一方面防止化學(xué)品從電極堆逸出到環(huán)境中，并且另一方面保護(hù)單元的組件不與周圍環(huán)境發(fā)生不希望的相互作用，例如防水或防水蒸汽。該類型的電化學(xué)單元或存儲設(shè)備可以在高負(fù)載或過載時(例如在過載或短路的情況下，在有損傷的情況下，或還在從外部強(qiáng)加熱時的正常操作中處于熱的過加熱狀態(tài)下)產(chǎn)生升高的單元內(nèi)部壓力，這可能導(dǎo)致單元和外殼的破裂、燃燒或爆炸。特別是在鋰或鋰離子電池領(lǐng)域中存在特別的危險，因?yàn)檫@樣的電池中含有流動的、易燃的、有機(jī)的電解質(zhì)，其因此能夠逃逸。由DE102007063193A1已知了平面結(jié)構(gòu)類型的鋰離子電池，其具有有著(以破裂區(qū)域形式的)側(cè)面減壓設(shè)備的殼體框架，以便在臨界過壓狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)在側(cè)面向外的壓力泄露和氣體泄露。另外還已知的是電化學(xué)單元，其中減壓設(shè)備被安裝在電流導(dǎo)體附近或在側(cè)面嵌入單元的外殼的密封接縫中，其中減壓設(shè)備例如借助低熔點(diǎn)的嵌入元件，被形成為密封接縫的局部弱化。其相應(yīng)地可例如參考 KR1020090076343A、US2003/0148173A1、US7122276B2、US2010/0112436A1和 W02009/078604A2。本發(fā)明的目的在于，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的電化學(xué)單元，其實(shí)現(xiàn)在需要的情況安全地釋放單元內(nèi)部的壓力。根據(jù)本發(fā)明，這將通過獨(dú)立權(quán)利要求的指導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明優(yōu)選的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電化學(xué)單元，其具有電極堆、與電極堆相連接的至少一個電流導(dǎo)體,和至少部分地包圍電極堆的殼體。其中，至少一個電流導(dǎo)體至少部分地從殼體延伸出來，并且殼體設(shè)有至少一個減壓設(shè)備。有利的是，至少一個電流導(dǎo)體在殼體的第一區(qū)域中從殼體延伸出來，并且至少一個減壓設(shè)備被設(shè)在避開該第一區(qū)域的殼體的第二區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種電化學(xué)單元，其具有電極堆、與電極堆相連接的至少一個電流導(dǎo)體、和至少部分地包圍電極堆的殼體。所述至少一個電流導(dǎo)體至少部分地從殼體延伸出來，并且殼體設(shè)有至少一個減壓設(shè)備。有利的是，所述至少一個減壓設(shè)備在電化學(xué)單元的已安裝的狀態(tài)下被設(shè)在殼體的下部區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明還提供了電化學(xué)能量存儲設(shè)備或具有至少一個這樣的電化學(xué)單元的電池裝備。根據(jù)本發(fā)明，至少一個電流導(dǎo)體在殼體的第一區(qū)域中從殼體延伸出來，并且至少一個減壓設(shè)備被設(shè)在避開該第一區(qū)域的殼體的第二區(qū)域中，和/或至少一個減壓設(shè)備在電化學(xué)單元的已安裝的狀態(tài)下被設(shè)在殼體的下部區(qū)域中。換句話說，至少一個減壓設(shè)備盡可能(遠(yuǎn))地遠(yuǎn)離電流導(dǎo)體，和/或被設(shè)在單元的下部區(qū)域中。特別是在交通工具領(lǐng)域中的鋰離子電池存在問題，即在單元的電流導(dǎo)體的范圍內(nèi)的電池外殼中還容納有電池管理系統(tǒng)和/或另外的電組件，以及電池經(jīng)常被安裝到交通工具中的乘客艙的下面或乘客座椅的下面。因此，應(yīng)考慮的是，這些單元通常被安裝在電池外殼中且電池被安裝在交通工具中，使得在單元的上部區(qū)域內(nèi)的電流導(dǎo)體從單元?dú)んw延伸出來。在本文中，使用根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)單元具有優(yōu)點(diǎn)，即在單元內(nèi)部具有升高的壓力和/或升高的溫度時，通過至少一個減壓設(shè)備(也稱為“通風(fēng)孔”)在電流導(dǎo)體和電池管理系統(tǒng)的區(qū)域以及在朝著乘客艙的方向上實(shí)現(xiàn)了壓力釋放和材料排出。以這種方式，在電化學(xué)單元內(nèi)部出現(xiàn)臨界壓力或臨界溫度狀態(tài)時，電池的運(yùn)行安全性和乘客的安全性被提高。由此，特別是可以避免由導(dǎo)電的排出氣體或電解質(zhì)引起電流導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的短路。關(guān)于“電化學(xué)能量存儲設(shè)備”應(yīng)被理解為可從其獲取電能量的任何類型的能量存儲器，其中在能量存儲器的內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。這個術(shù)語包括所有類型的能量存儲器，特別是初級電池和二次電池。電化學(xué)能量存儲設(shè)備具有至少一個電化學(xué)單元，優(yōu)選為多個電化學(xué)單元。多個電化學(xué)單元可例如為了存儲更大的電荷量而被并聯(lián)，或?yàn)榱诉_(dá)到希望的操作電壓而被串聯(lián)，或由并聯(lián)電路和串聯(lián)電路的組合來構(gòu)建。關(guān)于“電化學(xué)單元”或“電化學(xué)能量存儲單元”應(yīng)被理解為用于輸出電能量的設(shè)備，在其中能量以化學(xué)的形式被存儲。在可充電的二次電池的情況下，還構(gòu)建了單元以獲取電能量，由此轉(zhuǎn)換為化學(xué)能量并加以存儲。電化學(xué)單元的形狀(即特別是尺寸和幾何形狀)可依賴于可用空間來選擇。優(yōu)選的是，電化學(xué)單元被構(gòu)建為實(shí)質(zhì)上為棱柱形和圓柱形。此處，關(guān)于“電極堆”應(yīng)被理解為由至少兩個電極和設(shè)在其中間的電解質(zhì)所組成的裝備。電解質(zhì)可以部分地由分隔物所容納，其中分隔物可由此將電極分隔開。優(yōu)選的是，電極堆具有多個的電極層和分隔物層，其中每個相同極性的電極優(yōu)選為相互電連接，特別是并聯(lián)連接。這些電極例如是被構(gòu)建為板狀或箔狀，并優(yōu)選被設(shè)置為實(shí)質(zhì)上彼此平行(棱柱形能量存儲單元)。電極堆也可以是卷繞的，并具有實(shí)質(zhì)上圓柱形的形狀(圓柱形能量存儲單元)。術(shù)語的“電極堆”還應(yīng)包括該類型的電極卷。電極堆還可以具有鋰或以離子形態(tài)存在的其它堿金屬。關(guān)于“電流導(dǎo)體”應(yīng)根據(jù)本發(fā)明被理解為電化學(xué)單元中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)元件，其用于在單元中或從單元向外傳送電能量。電化學(xué)單元通常具有兩種類型的電流導(dǎo)體，其每個都具有在單元內(nèi)部導(dǎo)電相連接的兩個電極或電極組中的一個，即陽極或陰極。換句話說，單元的電極堆的每個電極都具有其自身的電流導(dǎo)體，或電極堆的相同極性的電極連接到共同的電流導(dǎo)體。電流導(dǎo)體的形狀適合于電化學(xué)單元或其電極堆的形狀。術(shù)語“殼體”包含任何形式的設(shè)備，其適合于避免化學(xué)品從電極堆逸出到環(huán)境中并保護(hù)電極堆的組成部分免受外界的影響。殼體由一個或多個的成型體所構(gòu)成和/或被構(gòu)成為箔狀。此外，殼體可以被構(gòu)建為單層或多層。此外，殼體可以由實(shí)質(zhì)上是剛性的材料或由彈性的材料所形成。殼體可優(yōu)選地由氣密并且電絕緣的材料或?qū)訝顝?fù)合物構(gòu)建。殼體優(yōu)選為盡可能沒有堆疊并且沒有氣墊地包圍電極堆，以實(shí)現(xiàn)殼體和電化學(xué)單元內(nèi)部之間的良好的熱傳導(dǎo)。關(guān)于“減壓設(shè)備”應(yīng)被理解為在本發(fā)明的框架內(nèi)的所有類型的設(shè)備，其適合于在電化學(xué)單元內(nèi)部壓力升高或溫度升高的情況下(例如，由于過載或類似情況)，實(shí)現(xiàn)有或沒有材料排出地從單元向外釋放壓力。因此，其明確指出，本發(fā)明并不限于特定類型的減壓設(shè)備，而是本發(fā)明針對的是至少一個任意類型的減壓裝置的定位。在電化學(xué)單元上具有兩個或者更多個減壓設(shè)備的情況下，這些減壓設(shè)備可以是相同的類型，或也可以彼此不同。殼體或電化學(xué)單元的“第一區(qū)域”、“第二區(qū)域”和“下部區(qū)域”除了包括殼體或單元的各自的邊緣部分之外，還包括在朝相對的邊緣部分方向上的與該邊緣部分相鄰的部分。特別是通過要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)至少一個減壓設(shè)備的在上述區(qū)域內(nèi)的精確定位的選擇，也就是說減壓既不在電流導(dǎo)體的區(qū)域內(nèi)，也不向著乘客艙的方向。下面將描述本發(fā)明的優(yōu)選的改進(jìn)方案。有利的是，至少一個電流導(dǎo)體在殼體的第一半部中從殼體延伸出來，并且至少一個減壓設(shè)備被設(shè)置在殼體的第二半部中。優(yōu)選地在殼體的上部三分之一或四分之一中的至少一個電流導(dǎo)體從殼體延伸出來，并且至少一個減壓設(shè)備被設(shè)在殼體的下部三分之一或四分之一中。在一個有利的實(shí)施方案中，在殼體的第一窄側(cè)(特別是上窄側(cè))處的至少一個電流導(dǎo)體從殼體延伸出來，并且至少一個減壓裝置被設(shè)在與第一窄側(cè)相對的、殼體的第二窄側(cè)(特別是下窄側(cè))。在本發(fā)明其它有利的實(shí)施方案中，在殼體的第一窄側(cè)(特別是上窄側(cè))處的至少一個電流導(dǎo)體從殼體延伸出來，并且至少一個減壓設(shè)備被設(shè)在基本上與第一窄側(cè)成橫向的、殼體的第三窄側(cè)，以導(dǎo)致側(cè)向的壓力釋放。在本發(fā)明其它有利的實(shí)施方案中，至少一個減壓設(shè)備被設(shè)在殼體的主側(cè)面上。在具有兩個或更多個減壓設(shè)備的情況下，三個上述有利的解決方案還可以任選地彼此結(jié)合。因此優(yōu)選的減壓設(shè)備被安裝在下窄側(cè)上或在一個或兩個側(cè)面的窄側(cè)上。同樣優(yōu)選的是，在下窄側(cè)設(shè)有兩個或更多個減壓設(shè)備。減壓設(shè)備優(yōu)選為被設(shè)在殼體的密封接縫的區(qū)域內(nèi)。同樣地，減壓設(shè)備優(yōu)選為本身以殼體的材料或材料結(jié)構(gòu)設(shè)置。有利的是，至少一個減壓設(shè)備被構(gòu)建為被動的減壓設(shè)備。同樣有利的是，電化學(xué)單元設(shè)有至少一個測量設(shè)備并且至少一個減壓設(shè)備隨后被構(gòu)建為有效的減壓設(shè)備。測量裝備可以是任何類型的，在此處通常構(gòu)建該測量設(shè)備以識別減壓裝備的要求。優(yōu)選地，測量裝備被構(gòu)建以獲得電化學(xué)單元內(nèi)的壓力和/或溫度，特別是獲得電化學(xué)單元內(nèi)的壓力上升和/或溫度上升。關(guān)于減壓設(shè)備的合適的例子(其可以用在根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)單元中)是破裂設(shè)備(例如破裂盤，安全膜和箔，預(yù)定斷裂點(diǎn))、殼體和/或密封接縫的局部弱化(例如，通過材料或材料結(jié)構(gòu)的弱化，或通過將額外元件引入材料或材料結(jié)構(gòu)中，或通過特定的塑形)、減壓閥、用來局部破壞的殼體和/或密封接縫的設(shè)備、以及類似裝置(例如切割裝置、穿孔裝置、撕裂裝置等)。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和應(yīng)用可能性由以下優(yōu)選的實(shí)施方案的描述結(jié)合附圖而給出。其中，唯一的附

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的、具有用于減壓設(shè)備的不同定位可能性的電化學(xué)單元示意性分解圖。圖1示出了具有電極堆10的電化學(xué)單元的分解圖，其具有多個電極層和在其中間的分隔物。通過該電極堆10，兩個電流導(dǎo)體12和14各自通過相同極性(機(jī)械的和導(dǎo)電的)的電極束16或18相連接。電極堆10將從兩個側(cè)面由箔狀的殼體20、22包圍，其中兩個殼體箔20和22在電極堆10或單元的窄側(cè)36-42借助密封接縫24液密地相互連接。兩個電流導(dǎo)體12和14通過密封接縫24在上窄側(cè)26從殼體20、22延伸出來，以使其可在單元以外接觸電池的電極，并可與電池的電極相連接。電化學(xué)單元在圖1中實(shí)質(zhì)上被對準(zhǔn)地示出，其中該電化學(xué)單元還被集成到電池中，以及最終例如被集成到交通工具中。因此電化學(xué)單元或殼體20、22具有上半部32、下半部34、第一上窄側(cè)36、第二下窄側(cè)38、兩個第三的側(cè)面的窄側(cè)40和42，以及兩個主側(cè)面44。這樣構(gòu)成的電化學(xué)單兀的殼體20、22設(shè)有至少一個減壓設(shè)備26-30。優(yōu)選地,殼體20,22配備有一個、兩個、三個或四個減壓設(shè)備26-30。因此，例如在殼體20、22的下窄側(cè)38處，在密封接縫24的區(qū)域中設(shè)有一個、兩個或三個減壓設(shè)備?？蛇x的或額外的是，可在殼體20、22的一個或兩個側(cè)面的窄側(cè)40、42處，其中在所述窄側(cè)40、42的下部區(qū)域34中的密封接縫24的區(qū)域中分別設(shè)有一個或兩個減壓設(shè)備28。另外可選的是或額外的是，一個或多個減壓設(shè)備30也可以被設(shè)在殼體20、22的兩個主側(cè)面44的下部區(qū)域34中。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)單元，所述電化學(xué)單元具有電極堆(10)、與所述電極堆(10)相連接的至少一個電流導(dǎo)體(12、14)、和至少部分地包圍所述電極堆(10)的殼體(20、22)，其中所述至少一個電流導(dǎo)體(12、14)至少部分地從所述殼體(20、22)延伸出來，并且所述殼體(20、22)具有至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)， 其特征在于， 所述至少一個電流導(dǎo)體(12、14)在所述殼體(20、22)的第一區(qū)域(32)中從所述殼體(20.22)延伸出來，并且所述至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)被設(shè)在避開所述第一區(qū)域(32)的所述殼體(20、22)的第二區(qū)域(34)中。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)單元，其特征在于，在所述電化學(xué)單元已安裝的狀態(tài)下，所述殼體(20、22)的第二區(qū)域(34)相對于所述殼體(20、22)的第一區(qū)域(32)被設(shè)在下部。
3.一種電化學(xué)單元，所述電化學(xué)單元具有電極堆(10)、與所述電極堆(10)相連接的至少一個電流導(dǎo)體(12、14)、和至少部分地包圍所述電極堆(10)的殼體(20、22)，其中所述至少一個電流導(dǎo)體(12、14)至少部分地從所述殼體(20、22)延伸出來，并且所述殼體(20、22)具有至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)， 其特征在于， 所述至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)在所述電化學(xué)單元已安裝的狀態(tài)下被設(shè)在所述殼體(20、22)的下部區(qū)域(34)中。
4.如權(quán)利要求3所述的電化學(xué)單元，其特征在于， 所述至少一個電流導(dǎo)體(12、14)在所述殼體(20、22)的第一區(qū)域(32)中從所述殼體(20.22)延伸出來，并且所述至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)被設(shè)在避開所述第一區(qū)域(32)的所述殼體(20、22)的第二區(qū)域(34)中。
5.如上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元，其特征在于， 所述至少一個電流導(dǎo)體(12、14)在所述殼體(20、22)的第一半部(32)中從所述殼體(20.22)延伸出來，并且所述至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)被設(shè)在所述殼體(20、22)的第二半部(34)中。
6.如上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元，其特征在于， 在所述殼體(20、22)的第一窄側(cè)(36)處的所述至少一個電流導(dǎo)體(12、14)從所述殼體(20、22)延伸出來，并且至少一個減壓設(shè)備(26)被設(shè)在與所述第一窄側(cè)(36)相對的、所述殼體(20、22)的第二窄側(cè)(38)上。
7.如上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元，其特征在于， 在所述殼體(20、22)的第一窄側(cè)(36)處的所述至少一個電流導(dǎo)體(12、14)從所述殼體(20、22)延伸出來，并且至少一個減壓設(shè)備(28)被設(shè)在與所述第一窄側(cè)(36)基本上成橫向的、所述殼體(20、22)的第三窄側(cè)(40、42)上。
8.如上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元，其特征在于， 至少一個減壓設(shè)備(30)被設(shè)在所述殼體(20、22)的主側(cè)面(44)上。
9.如上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元，其特征在于， 所述至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)被構(gòu)造為被動的減壓設(shè)備。
10.如上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元，其特征在于， 所述電化學(xué)單元設(shè)有至少一個測量裝備，并且所述至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)被構(gòu)建為主動的減壓設(shè)備。
11.一種電化學(xué) 能量存儲設(shè)備，其具有至少一個如上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的電化學(xué)單元。
全文摘要
一種電化學(xué)單元，其具有電極堆(10)、與電極堆(10)相連接的至少一個電流導(dǎo)體(12、14)、和至少部分地包圍電極堆(10)的殼體(20、22)。至少一個電流導(dǎo)體(12、14)至少部分地從殼體(20、22)延伸出來，以及殼體(20、22)具有至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)。為了保護(hù)電子設(shè)備和電化學(xué)單元的周圍環(huán)境，其優(yōu)點(diǎn)是，至少一個減壓設(shè)備(26、28、30)被設(shè)為盡可能遠(yuǎn)離至少一個電流導(dǎo)體(12、14)，以及在電化學(xué)單元已安裝的狀態(tài)下盡可能被設(shè)在殼體(20、22)的下部區(qū)域中。
文檔編號H01M2/12GK103109394SQ201180044981
公開日2013年5月15日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者蒂姆·謝弗, 艾哈德·施勒特雷爾 申請人:鋰電池科技有限公司