具有密封性監(jiān)控的蓄能器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蓄能器（10）、尤其是鋰離子電池。為了提供蓄能器（10）的特別可靠的運行，或者說為了能夠快速而可靠地檢測到蓄能器（10）的損壞進而減少或者說避免對其他元件或者說蓄能器（10）的操作者的損害，所述蓄能器（10）包含電池腔，陽極、陰極以及布置在陽極與陰極之間的電解質布置在所述電池腔中，其述電池腔至少部分地通過殼體（12）與外部環(huán)境分隔開，并且其中殼體（12）具有檢測介質（18），所述檢測介質用于檢測至少一個在蓄能器（10）運行時位于殼體（12）內部的組分和該組分的反應產(chǎn)物。本發(fā)明還涉及一種用于制造蓄能器（10）的方法以及用于制造蓄能器（10）的檢測介質（18）的應用。
【專利說明】具有密封性監(jiān)控的蓄能器
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種蓄能器。本發(fā)明尤其涉及一種鋰離子電池。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池在許多日常應用中作為蓄能器廣泛推廣。它們例如應用在例如像筆記本的計算機、移動電話、智能手機和其他應用領域。在目前強烈推進的車輛、比如像機動車的電氣化過程中，這種電池也是有利的。
[0003]為了避免由蓄能器、比如像鋰離子電池引起的損害已知不同的技術方案。它們例如應該用于減少在車輛損壞(Havariefall)時蓄能器過熱、燃燒或散發(fā)有害氣體或粉塵的風險?？偟恼f來，通過相應的安全措施能夠無重大損害地應用蓄能器、比如像鋰離子蓄電池。
[0004]從文獻DE 38 18694 A1已知一種用于展示和銷售的電池包裝。在這種電池包裝中，電觸點可將電池的電極連接起來，從而在電流流過時能夠顯示電池電壓的大小。但是，這種電池包裝不適于獲得安全性。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的對象是一種蓄能器、尤其是鋰離子電池，所述蓄能器包括電池腔，陽極、陰極以及布置在陽極與陰極之間的電解質布置在所述電池腔中，其中所述電池腔至少部分地通過殼體與外部環(huán)境分隔開，并且其中所述殼體具有檢測介質，所述檢測介質用于檢測至少一個在蓄能器運行時位于殼體內部的組分和該組分的反應產(chǎn)物。
[0006]在本發(fā)明的意義中，蓄能器尤其可指各種電池。蓄能器除了一次電池(Primar-Batterie)以外，尤其還指二次電池(Sekundjir-Batterie)(即可再充電的蓄電池)。電池在此能夠是電鍍元件或者多個相互連接的電鍍元件。蓄能器例如能夠包含鋰離子電池。在此，鋰離子電池尤其可理解為這樣的蓄能器，即它的電化學過程在充電或者放電過程中至少部分地以鋰離子為基礎。
[0007]此外在本發(fā)明的意義中，所謂電池腔尤其能夠理解為這樣一種空間，即陽極、陰極以及電解質位于或者說布置在所述空間中。因此電池腔尤其是這樣一種空間，即用于運行蓄能器的充電或者放電過程的電化學過程發(fā)生在該空間中。此外，限定電池腔的殼體不僅能夠直接地限定電池腔、即純示例性地設計為電池腔的壁，而且還能夠間接地限定電池腔。在后一種情況下，所述殼體例如設計為另一個殼體，所述另一個殼體包圍著直接限定電池腔的殼體。
[0008]此外，所述外部環(huán)境尤其還能夠是環(huán)繞著蓄能器或者殼體的大氣，即尤其是環(huán)繞著蓄能器的空氣。
[0009]此外，所謂檢測介質能夠理解為各種介質，利用所述介質可直接或間接地檢驗組分。檢測介質例如能夠是電子傳感器亦或是一種能夠與有待檢測的組分例如起化學反應的物質。在此，該組分例如能夠通過檢測介質的顏色變換來檢測，比如像通過在蓄能器的正常運行條件下檢測介質的基本上不可逆的顏色變換來檢測。通常，該檢測介質例如能夠以可視的方式將有待檢測的組分顯示出來。
[0010]此外，檢測介質對于組分尤其是敏感的或可選擇的，所述組分比如是在蓄能器的正常和期望的運行狀態(tài)下位于殼體內部的物質。在此，所述檢測介質對于這種組分來說是可直接選擇的，或者說可直接檢測到該組分。此外，該檢測介質對于該組分的反應產(chǎn)物來說是可選擇的，尤其對于通過組分的反應在外部環(huán)境或者說在殼體外部的大氣中形成的產(chǎn)物來說是可選擇的。在后一種情況下，檢測介質間接地檢測到該組分。
[0011]通過這種蓄能器，可提前并且可靠地檢測到殼體的損壞，從而能夠明顯降低甚至完全避免該損壞的擴張或者說擴大，以及能夠明顯降低甚至完全避免對蓄能器的使用者的損害。因此，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器能夠特別可靠地運行。
[0012]具體來說，由于殼體能夠具有檢測介質，所述殼體可用作電池外罩或可設計為電池外罩；所述檢測介質用于檢測至少一個在蓄能器運行時位于殼體內部的組分和該組分的反應產(chǎn)物，所以能夠檢測到這種組分的出現(xiàn)。在此可根據(jù)所選的檢測介質來可靠地識別出最低的濃度，從而不僅可直接地識別出更大的損壞，而且還可直接識別出最小的非密封性、比如像微孔眼或微小裂紋。因此甚至能夠識別出例如借助肉眼無法識別的損壞。
[0013]因此已經(jīng)能夠對最小的損壞作出反應，從而能夠終止或者說避免物質的排出或損壞的擴大，并因此能夠可靠地防止損壞周圍的構件、比如像其他的蓄能器。因此，必要時還能夠將期望的維修費用降至最低。
[0014]此外，還能直接終止物質、比如像氣體或液體從蓄能器中不斷排出，從而例如能夠將對使用者的損害降至最低或者完全避免對使用者的損害。這一點尤其是有利的，因為位于蓄能器內部的物質或者其例如具有空氣或潮濕空氣的反應產(chǎn)物以及分解產(chǎn)物部分地產(chǎn)生有毒的物質，這些有毒物質可能會潛在地損害操作者或者潛在地損害直接位于蓄能器周圍的人員。因此根據(jù)本發(fā)明，能夠保護與蓄能器接觸的人員。此外，還能夠明顯減少對于安全來說關鍵的狀態(tài)、比如像熱滲透的危險。
[0015]上述蓄能器因此能夠以特別簡單和成本低廉的方式確保特別可靠的運行，在該安全運行中還能直接地、快速地并且可靠地檢測到殼體的最小損壞。由此能夠降低或完全避免對蓄能器的周圍環(huán)境的損害，并且減小或排除對人員的損害。因此包含檢測介質的上述蓄能器尤其是一種用于顯示非密封性或者損害的顯示器，進而是一種用于確保蓄能器質量或者說監(jiān)控蓄能器質量的有利的儀器。在此，既可以如上所述的那樣在終端處確保質量，也可在制造商處確保改進質量。因為通過所述檢測介質，能夠在制造蓄能器之后并且在銷售之前直接識別出非密封性，這就選擇步驟而言是可實現(xiàn)的。
[0016]此外，損壞的電池必要時還具有經(jīng)歷熱滲透(thermisches Durchgehen)的危險，所述熱滲透同樣能夠通過上述蓄能器來避免。
[0017]因此通過上述蓄能器，一方面可能降低工作效率，但還可以降低潛在的、可能由損壞的蓄能器引起的風險。此外，還能夠直接辨識并且去除那些在制造之后或運行期間不密封的蓄能器。
[0018]在一種設計方案的框架內，所述檢測介質能以涂層的形式涂敷在殼體的外側上。將檢測介質涂敷在殼體上，這是一種特別簡單并且成本低廉的技術方案。在此，該設計方案對于那些能夠用作檢測介質的物質來說是特別有利的，方法是所述物質能夠與有待檢測的組分或該組分的反應產(chǎn)物例如起化學反應。這種檢測介質例如能夠作為比如像漆層的涂層存在，并且因此能夠特別簡單地涂敷在殼體上。此外，涂層還能夠以特別有利的方式覆蓋殼體的很大面積，亦或監(jiān)控殼體的原則上很難達到的位置和/或那種以已知的方式歸入關鍵位置的位置。
[0019]在另一種設計方案的框架內，殼體能夠完全利用檢測介質來涂敷。在該設計方案中特別有利的是，不僅原則上能夠檢驗比如像氣體物質從殼體中的排出，而且還能直接檢測到排出的位置進而能夠檢測到殼體損壞的位置。因此，例如能夠直接并且成本低廉地采取維修措施，而不必詳細地檢查蓄能器。此外，還能夠特別快速并且成本低廉地實現(xiàn)更換。此外，還能以簡單的方式檢查在檢測損壞時是否只存在該損壞，還是還存在其他損壞，所述其他損壞同樣必須采取維修措施或者必須進行更換。在本發(fā)明的意義中，所謂利用檢測介質來完全涂敷殼體在此尤其能夠意味著，利用檢測介質涂敷殼體的外壁，但尤其出于技術原因某些位置不必涂敷，例如從殼體中伸出的電流導出器的位置或者為了實現(xiàn)蓄能器的粘接(Zusammenhalt)而使用的固定器件的位置。
[0020]在另一種設計方案的框架內，檢測介質能夠布置在殼體的連接位置上。檢測介質尤其能夠只是或者說僅僅布置在殼體的連接位置上。在該設計方案中，尤其能夠對殼體或者蓄能器的特別是易壞位置的損壞、比如像微小裂紋或微孔眼進行監(jiān)控。在此，不必進行大面積的涂敷或者布置完全覆蓋殼體的傳感器，因此在該設計方案中能夠特別成本低廉地制造蓄能器。在本發(fā)明的意義中，所謂殼體的連接位置尤其可理解為用于電流導出器的開口、焊縫、單個殼體部件的連接位置或類似位置。
[0021]在另一種設計方案的框架內，通過檢測介質能夠檢測到電解質成分或電解質成分的反應產(chǎn)物。該設計方案是特別有利的，因為所述電解質尤其能夠具有揮發(fā)的或流動的成分，或者具有能夠反應生成這種組分的成分。在此，對電解質來說尤其可能的是，這種成分可能會引起損壞或者對人員 來說有毒。此外，電解質尤其可存在于蓄能器的大部分或者說其他區(qū)域中，從而利于對電解質或其成分來說可選擇的檢測介質尤其能夠安全并且可靠地檢測到蓄能器的損壞。
[0022]在另一種設計方案的框架內，檢測介質能夠從由鋯茜素S或硫氰酸鐵(Fe(SCN)3)構成的組中選出。這種檢測介質能夠以尤其敏感和可選擇的方式安全并且可靠地檢測出非密封性的存在。上述檢測介質例如能夠可靠地檢驗出氫氟酸。在將鋰離子電池作為蓄能器的純示例性的情況中，這一點是特別有利的。因為對于鋰離子電池的純示例性的情況來說，電解質作為導電鹽例如能夠具有六氟磷酸鋰(LiPF6)。如果該導電鹽在不密封的位置上與位于周圍環(huán)境中的水或者說與潮濕空氣(1^1；^€6110111^81^;[1:)接觸,則該導電鹽例如能夠分解成氟氫酸。這一點例如能夠通過導電鹽的排出和殼體外部的反應來實現(xiàn)，亦或通過空氣或者說潮濕空氣進入到殼體中以及直接在電池腔中或者說殼體內部中進行反應來實現(xiàn)。在此，氟氫酸形成的增多在此能夠導致加速老化，進而降低蓄能器的功率。此外，所述形成和排出由于毒性可能會構成潛在損害。因此檢測介質尤其是有利的，它能夠可選地檢驗氟氫酸的存在。在此，之前標明的檢測介質尤其能夠作為蓄能器的殼體的對于氟氫酸敏感的涂層視覺地或者說可視地顯示氟氫酸的存在，進而間接視覺地或者說可視地顯示損壞、比如像微孔眼的存在。
[0023]所述檢測介質鋯茜素S尤其能夠與氟氫酸進行化學反應，這一點能夠通過基本上不可逆的顏色變換在視覺上直接看出。具體來說，例如包含鋯茜素S的紫色的清漆色料(Lackfarbe)褪色，并且相關的位置在此呈現(xiàn)出黃紅色。就血紅色的硫氰酸鐵復合物而言，其可在具有氟氫酸的溶劑中通過形成復合物Fe [F] 6而褪色。
[0024]因此在該設計方案中能夠省略復雜的分析單元或者傳感器。殼體的裸露涂層就已經(jīng)能夠安全而可靠地檢測到損壞。因此，該設計方案的蓄能器能夠特別成本低廉并且簡單地制成。
[0025]上述設計方案對于視覺上可察覺到的顏色變換來說是特別有利的實施例，所述顏色變換檢驗到氟氫酸的存在。因此，能夠以簡單、快速并且可靠的方式通過對蓄能器進行裸露的光學檢查確定故障的蓄能器以及損壞的位置。
[0026]在另一種設計方案的框架內，檢測介質可具有電極，該電極對于在蓄能器運行時位于殼體內部的組分或該組分的反應產(chǎn)物來說是敏感的。例如檢測介質能夠具有對氟化物敏感的電極。因此在該設計方案中，通過電壓檢測能夠檢測到氟氫酸的存在，這同樣能夠準確并且可靠地檢測到非密封性。例如這種對氟化物敏感的電極能夠由LaF3/EuF2構成或者說包含該物質。
[0027]就根據(jù)本發(fā)明的蓄能器的其他技術特征和優(yōu)點而言，在此詳盡地參照結合根據(jù)本發(fā)明的方法、根據(jù)本發(fā)明的應用、附圖以及附圖描述所進行的闡述。
[0028]此外，本發(fā)明的主題還在于用于制造蓄能器、尤其是鋰離子電池的方法，所述方法包括以下方法步驟:將所述檢測介質涂敷到所述蓄能器的殼體上，所述檢測介質用于檢測至少一個在所述蓄能器運行時位于所述殼體內部的組分和該組分的反應產(chǎn)物。
[0029]通過上述方法能夠以特別簡單并且成本低廉的方式提供蓄能器，所述蓄能器已經(jīng)能夠安全并且可靠地檢測電池殼體的最小損壞。因此能夠避免或至少明顯減少蓄能器自身以及蓄能器周圍環(huán)境中的其他構件、比如像其他蓄能器的較大損壞。此外，還能避免物質從蓄能器中的不斷排出，因而還能明顯減少或者完全避免對蓄能器的操作者的直接損害。
[0030]在一種設計方案的框架內，檢測介質能夠以涂層的形式涂敷在殼體上。這是特別簡單并且成本低廉的技術方案，用于將檢測介質固定在殼體上或者說涂敷在殼體上。此外，能夠以簡單并且限定的方式控制涂層的厚度和擴張。
[0031]就根據(jù)本發(fā)明的方法的其他技術特征和優(yōu)點而言，在此詳盡地參照結合根據(jù)本發(fā)明的蓄能器、根據(jù)本發(fā)明的應用、附圖以及附圖描述所進行的闡述。
[0032]本發(fā)明的主題還在于一種檢測介質的應用，所述檢測介質用于檢測至少一個在蓄能器運行時位于殼體內部的組分和該組分的反應產(chǎn)物，所述組分用于制造蓄能器、尤其是鋰離子電池。
[0033]通過所述應用或者說通過將檢測介質涂敷到蓄能器上、尤其涂覆到蓄能器的殼體的外表面上，就已經(jīng)能夠以特別簡單并且成本低廉的方式安全而可靠地檢測到蓄能器的最小損壞。因此，一方面能夠減少或避免布置在蓄能器附近的構件的損壞。此外，還能明顯降低或者完全避免對蓄能器的操作者的損害。
[0034]就根據(jù)本發(fā)明的應用的其他技術特征和優(yōu)點而言，在此詳盡地參照結合根據(jù)本發(fā)明的蓄能器、根據(jù)本發(fā)明的方法、附圖以及【專利附圖】

【附圖說明】所進行的闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】[0035]根據(jù)本發(fā)明的對象的其他優(yōu)點和有利的設計方案能夠通過實施例和附圖示出并在以下描述中進行闡述。在此應注意的是，這些實施例和附圖只具有描述的特征，但并不以任何方式來限定本發(fā)明。其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的蓄能器的實施方式的示意圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的蓄能器的另一種實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0036]在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的蓄能器10的示意圖。這種蓄能器10原則上能夠是各種類型的蓄能器，尤其是電池、比如像可再充電的蓄電池。蓄能器10例如是鋰離子電池?？赡艿膽妙I域在此包括電力驅動的車輛、比如像筆記本的計算機、移動電話、智能手機、電動工具和其他應用。
[0037]這種蓄能器10包含電池腔，陽極、陰極以及布置在陽極和陰極之間的電解質布置在所述電池腔中。此外，還以已知的方式在陽極和陰極之間布置有分隔器。
[0038]陽極和陰極原則上能夠以對于蓄能器來說已知的方式設計。對于鋰離子電池的純粹示例性的情況來說，陽極能夠是包含金屬鋰或者內嵌有(interkallieren)鋰的電極。陰極在此能夠示例性地具有NMC或鋰鈷氧化物(LiCo02)。在此，陰極材料必要時能夠與比如像導電的碳化合物、例如石墨的導電添加物(Leitzusatz) —起存在于例如是聚偏二氟乙烯(Polyvinylidenfluorid (PVDF))的粘合劑中。電解質可包含溶劑，一個或多個導電鹽溶解在所述溶劑中。例如可應用對質子有惰性的溶劑，比如像乙烯碳(Ethylencarbon)、異丙二醇碳酸酯(Propylencabonat)、碳酸二甲酯(Dimethylcarbonat)或碳酸二乙酯(Diethylcarbonat)。此外，可應用六氟憐酸鋰(Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6))作為導電鹽。
[0039]此外，在陽極和陰極之間以已知的方式設置分隔器，以便在空間上將陽極和陰極相互分隔來，尤其用于避免短路。該分隔器在此尤其例如能夠包含多孔的塑料薄膜、玻璃纖維織物、亦或尤其是比如像陶瓷織物的多孔的陶瓷材料，或者所述分隔器由上述物質構成。在此，電解質例如能夠布置在分隔器內部或者說分隔器的氣孔內部。
[0040]電池腔在此至少部分地通過殼體12與周圍環(huán)境分隔開來，在所述電池腔中布置有陽極、陰極、分隔器和電解質。所述殼體12在此能夠由任意材料構成。所述殼體12例如能夠是固定的、也即形狀穩(wěn)定的殼體，亦或能夠是由可塑的塑料構成的彈性的殼體12。在此，電流導出器14、16根據(jù)圖1從殼體12中伸出，以便電接觸蓄能器，從而截取電能。
[0041]殼體12還具有檢測介質18，該檢測介質用于檢測至少一種在蓄能器10運行時位于殼體12內部的組分或者該組分的反應產(chǎn)物。根據(jù)圖1，所述檢測介質18以涂層、比如像漆層的形式涂敷在殼體12的外側面上。原則上，所述檢測介質18只能夠布置在殼體12的連接位置上。但如圖1所示，所述殼體12完全利用檢測介質18涂敷。
[0042]此外，通過所述檢測介質18可檢測到電解質成分或電解質成分的反應產(chǎn)物。為此，所述檢測介質能夠包含例如錯菌素S (Zirconium-Alizarin-S)或硫氰酸鐵(Eisenthiocyanat)作為漆層。
[0043]如果殼體12現(xiàn)在受到損壞或者說殼體12例如具有微小裂紋(Mikroriss)，則例如電解質的、比如像LIPF6的導電鹽與空氣潮濕空氣反應生成氟氫酸(Flusssauer)。如果氟氫酸與檢測介質接觸，則這一點直接借助顏色變換(Farbumschlag)是可見的。這一點通過圖1中的變色部(Verfjirbung) 20示出。
[0044]因此，根據(jù)本發(fā)明的蓄能器10可通過已知的方法制成，該方法進一步包含的方法步驟是:將檢測介質18涂敷在蓄能器10的殼體12上，該檢測介質用于檢測至少一個在蓄能器10運行時位于殼體12內部的組分和該組分的反應產(chǎn)物。
[0045]在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的蓄能器10的另一種實施方式。根據(jù)圖2的蓄能器10基本上相當于根據(jù)圖1的蓄能器10。區(qū)別在于:根據(jù)圖2的蓄能器10構成為盤繞電池(Wickelzell)。圖2中還可以識別出對非密封性的檢測，所述非密封性能夠直接通過顏色變換20識別出來。
[0046]在此本領域技術人員能夠理解，對根據(jù)本發(fā)明的蓄能器10的上述描述只具有所描述的特征，而并不應通過上述實施例來限定。
【權利要求】
1.一種蓄能器、尤其是鋰離子電池，所述蓄能器包括電池腔，陽極、陰極以及布置在陽極與陰極之間的電解質布置在所述電池腔中，其中所述電池腔至少部分地通過殼體(12)與外部環(huán)境分隔開，并且其中所述殼體(12)具有檢測介質(18)，所述檢測介質用于檢測至少一個在所述蓄能器(10)運行時位于所述殼體(12)內部的組分和該組分的反應產(chǎn)物。
2.根據(jù)權利要求1所述的蓄能器，其中所述檢測介質(18)以涂層的形式涂敷到所述殼體(12)的外側面上。
3.根據(jù)權利要求2所述的蓄能器，其中所述殼體(12)完全利用所述檢測介質(18)來涂敷。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的蓄能器，其中所述檢測介質(18)布置在所述殼體(12)的連接位置上。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的蓄能器，其中通過所述檢測介質(18)能夠檢測出電解質成分或電解質成分的反應產(chǎn)物。
6.根據(jù)權利要求5所述的蓄能器，其中所述檢測介質從由鋯茜素S和硫氰酸鐵構成的組中選出。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的蓄能器，其中所述檢測介質(18)具有電極，所述電極對于在所述蓄能器(10)運行時位于所述殼體(12)內部的組分或該組分的反應產(chǎn)物來說是敏感的。
8.一種用于制造蓄能器(10)、尤其是鋰離子電池的方法，所述方法包括以下方法步驟:將所述檢測介質(18)涂敷到所述蓄能器(10)的殼體上，所述檢測介質用于檢測至少一個在所述蓄能器(10)運行時位于所述殼體(12)內部的組分和該組分的反應產(chǎn)物。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述檢測介質(18)以涂層的形式涂敷到所述殼體(12)的外側面上。
10.一種檢測介質(18)的應用，所述檢測介質用于檢測至少一個在蓄能器運行時位于蓄能器(10)的殼體(12)內部的組分和該組分的反應產(chǎn)物，所述檢測介質用于制造蓄能器(10)、尤其是鋰離子電池。
【文檔編號】H01M2/02GK103682505SQ201310401588
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權日:2012年9月7日
【發(fā)明者】S.蒂曼-杭德勒, N.巴巴 申請人:羅伯特·博世有限公司