[发明专利]锂离子蓄电池和其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子蓄电池以及一种用于在壳体中设置锂离子蓄电池的线圈或堆叠的方法。本发明尤其涉及一种具有壳体和设置在壳体中的线圈或堆叠的锂离子蓄电池，其中所述线圈或堆叠基本上由至少一个阴极、至少一个阳极、至少一个分离器和至少一种设置在阴极和阳极之间的非水电解质组成，其中阴极、阳极、分离器和至少一种设置在阴极和阳极之间的电解质分层地设置，该锂离子蓄电池的特征在于，蓄电池具有弹簧元件，所述弹簧元件的弹力在正常运行状态中将阴极、阳极、分离器以及电解质至少在蓄电池的部分区域中彼此挤压。

背景技术

锂离子电池或蓄电池现今在多种产品中用作储能器。已知这样的储能器例如使用在便携式计算机系统或电信的领域中。当前还深入讨论其在汽车领域中作为机动车中的驱动电池的使用。特别在此，但也在其他应用领域中，锂离子蓄电池的安全性至关重要。由于也激起媒体兴趣的损坏情形——例如笔记本蓄电池的烧穿，锂离子蓄电池的“安全性”的主题对于该技术还在其他技术领域中的大量应用是关键的因素。锂离子电池单元的热击穿在实际使用中无论如何必须被避免。基于锂离子技术的当前和将来的储能器已经配备有一系列安全机制。除其他外，还提供在这些电池单元中超压的情况下实现超压向外排气的安全阀。这些阀例如可以被实现为破裂片或被实现为压力释放阀。在便携式计算机系统或电信的领域中，蓄电池仅仅由一个或少数几个连接的锂离子电池单元构成，而在其中需要更高的电流、电压和/或电荷的领域中明显更多的电池单元应该联结在一起。因此，例如对于汽车领域中的应用，高达数百个锂离子电池单元必须联结成一个电池，所述电池然后又一起构成对应地功率大的蓄电池。在此需要补充的安全措施，以便根据这样的使用来调节或改善安全方案。

发明内容

考虑到先前实现的，本发明的任务是说明一种锂离子蓄电池，其尤其具有在蓄电池热过载时改善的保护。此外，本发明的任务是说明一种用于制造这样的改善的蓄电池的方法。

所述任务在蓄电池方面通过具有壳体和设置在壳体中的线圈或堆叠的锂离子蓄电池解决，其中所述线圈或堆叠基本上由至少一个阴极、至少一个阳极、至少一个分离器和至少一种设置在阴极和阳极之间的非水电解质组成，其中阴极、阳极、分离器和至少一种设置在阴极和阳极之间的电解质分层地设置，其特征在于，蓄电池具有弹簧元件，所述弹簧元件的弹力在正常运行状态中将阴极、阳极、分离器以及电解质至少在蓄电池的部分区域中彼此挤压。

通过锂离子蓄电池的根据本发明的该构型，可以反作用于线圈或堆叠的脱层。弹簧元件在此负责线圈的各个部件（阴极、阳极、分离器和电解质）的均匀按压。弹簧元件同时能够实现线圈或堆叠的体积膨胀，该体积膨胀可能通过在蓄电池运行时普遍的变热或通过电化学反应而出现。弹簧元件的弹力对通过在冷却或充电状态改变之后的体积收缩引起的线圈或堆叠的脱层反作用。优选如此设计弹簧元件，使得在电池单元或蓄电池的正常运行期间，在任何时刻都有相同的挤压力作用于蓄电池的部件。由此可以避免蓄电池的过早老化。

在根据本发明的锂离子蓄电池的一种构型中，弹簧元件支撑在壳体的对面。由此可以紧凑地设计电池单元并且向弹簧元件提供足够的支撑以用于施加弹力。

在根据本发明的蓄电池的另一种优选的构型中，弹簧元件通过额定断裂部材料连接地支撑在壳体的对面。优选在超过定义的力和/或温度的时候，额定断裂部打开壳体和弹簧元件之间的材料连接，并且松开通过弹簧元件作用于线圈或堆叠的弹力。

由此可以在达到临界的运行状态的时候进行线圈或堆叠的有针对性的脱层，由此能够实现各个电池单元的关断。尤其当由于短路——例如由于电解质的热或化学分解——线圈或堆叠陷入气压时，只要超过弹簧元件和壳体之间的额定断裂部的材料连接的所定义的保持力，就可能发生线圈或堆叠的膨胀。由此，一方面实现处于临界的运行状态中的蓄电池电池单元的改善的冷却，另一方面必要时已经形成的气体可能泄露。已经表明，在锂离子蓄电池热烧穿的情况下形成的气体本身可能参与其他化学反应，所述其他化学反应可能有助于蓄电池电池单元内气体压力的进一步增加。对标准电解质的绝热的热量计检查已经表明，蓄电池电池单元热击穿时总压力上升的显著份额归因于所提到的电解质反应。因此，通过根据本发明实现的反应气体泄露来避免由于该反应气体的进一步反应引起的气体压力进一步上升。因此，可以降低或甚至阻止在达到临界运行状态时蓄电池电池单元的热击穿。由此明显提高蓄电池的安全性。