[发明专利]用于生产在电化学能量存储电池中使用的包括填充有电解质的电极/分离器堆栈的方法

说明书

相关申请的交叉引用

通过引用方式将优先权申请DE 10 2010 052 843.9的内容在此以其全部内容并入到本申请。

技术领域

本发明涉及用于生产电化学能量存储电池的方法，该电化学能量电池具有多个板(sheet)(特别为电极和/或分离器板)的堆栈，以及液体电解质。

背景技术

术语“电化学能量存储电池”是指用于电能量的化学存储的设备的最小单元，其特别地为诸如碱性电池之类的非可再充电能量存储电池(也被称为原电池)，以及诸如镍金属氢化物或锂离子电池之类的可再充电能量存储电池(也被称为二次电池或蓄电池)。

这种能量存储电池通常包括由交替地定位在彼此顶部的多个二维电极或电极层组成的电极布置，其中在这种布置中正电极(阴极)和负电极(阳极)交替定位。分离器或分离器层插入在两个相邻的电极或电极层之间并且用于防止具有不同极性的两个电极之间的电接触，并因此也防止短路。电极布置优选地填充有液体电解质以保证能量存储电池内的电传导性。取决于电极和分离器表面的构造(例如光滑的或多孔的)，这些表面应当例如只被电解质润湿，或甚至被电解质注入。然而，电解质应当被散布以便尽可能完全地覆盖电极和分离器的表面，以便于保证良好的导电性并从而还保证电化学能量存储电池的高电容。

在锂离子电池的情况中，电极可由例如镀有石墨的铜箔或铝制成，并且分离器可由沉积在塑料基板上的陶瓷材料制成。分离器可例如包括包含锂离子的有机材料。

这种电极布置例如通过将放置在彼此顶部的一系列电极和分离器带卷起或通过可替选地将单独的电极板和分离器板分层堆积(layering)来生产。在分层堆积的电极布置的情况中，所有阳极板或所有阴极板以电传导的方式由用于放电的金属导体分别互联。

在本专利申请中，只考虑所描述的最后一种的通过将板(特别地为电极和分离器板)分层堆积而获得的电极布置。这种位于彼此的顶部地分层堆积的板的布置(其中单独的板形成实质上平坦的和实质上平行的表面)，在以下被称为堆栈。术语“板”被理解为二维物体，优选地为薄的二维物体，即其在垂直于其表面的方向上的尺寸显著地小于完全位于表面内的最大圆周的直径的二维物体。在这种情况下的单独的板优选地为矩形且还优选具有相同尺寸。为此，参照相同尺寸的矩形板来描述本发明。然而应当注意地是，板还可为任意其它的形状和尺寸。

当生产具有这种电极布置的能量存储电池时，出现以电解质充分接触所有电极板和分离器板的表面的这种方式来用液体电解质填充电极布置的问题。这由于在生产过程中在紧接填充步骤之前单独的板已经紧密位于压紧在彼此顶部的事实而变得更加困难，并因此使电解质难以从外部渗透在板之间并且难以均匀和完全地散布以接触每个单独的板的全部表面。还有在外部区域中的、首先接触电解质的板可能变得完全饱和并(取决于材料)可能膨胀以使得电解质不能进一步渗透至板表面的内部区域的风险。

已知以堆栈被竖立定位且例如通过慢慢灌输或注入将电解质添加至堆栈的长边或窄边的这种方式来填充包括分离器板和一堆电极堆栈的这种电极布置。然后电解质由重力或毛细吸力向下吸入堆栈中并在那里或快或慢地散布并且均匀地散布在单独的板的表面上。散布过程由足够长的浸泡时间(可为大约几分钟、几小时或甚至几天)所支持，以便于保证电解质在板上的均匀分布。该浸泡时间引起生产过程中的实质延迟。

发明内容

因此，本发明的目的是发展一种方法，通过该方法可简单、快速以及可靠地使电解质与电极板和分离器板的表面接触。

这个目的由根据权利要求1的用于生产电化学能量存储电池的方法来解决，其中在从属权利要求中描述该方法的有益改进和实施例。

根据本发明的方法基于以下思想：如果在堆栈中的相邻的板中的每个之间存在小空隙，则液体电解质能够在堆栈的板之间通过并更容易地接触其表面。然而，因为堆栈中的板被一起紧密地布置在彼此的顶部，所以需要一种方法来“散开”堆栈中的板，从而使它们进入“瓣状”(lamella-like)结构。然后，可以以散开的一侧朝上的方式来竖立地定位堆栈，并且电解质可容易地被从上方引入到板之间的单独空间中。然后电解质会均匀地遍布堆栈中的所有板的所有表面，这是因为其能够直接并且以通畅的方式到达它们。

因此根据权利要求1的方法包括以下步骤，其中步骤还可被重复执行和/或以除所指示顺序以外的顺序来执行：

-在堆栈中的多个相邻板之间创建空隙。

-使堆栈与电解质接触。

-在堆栈中的多个相邻板之间创建的空隙被再次移除。