具有減小的內阻的電化學元件的製作方法
2023-05-09 18:45:06 1
專利名稱：具有減小的內阻的電化學元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電化學元件，所述電化學元件具有外殼、兩個電極和布置在電極之間的隔離物，所述兩個電極中的一個靠近該外殼的內表面並且限定布置有另一電極的空腔。
背景技術：
以這種方式構造的電池常常是鹼猛電池組(alkali-manganese battery),即具有二氧化錳(MnO2)製成的正電極和鋅製成的負電極以及鹼性電解液的電池，其中鹼性電解液特別是基於氫氧化鉀(KOH)。通常，正電極採取空心圓柱體的形狀，該空心圓柱體的外表面接觸杯形電池外殼的內表面。負電極被布置在正電極內部，隔離物也如此，用於物理地將正電極與負電極隔離開並且同時允許在兩個電極之間的離子傳輸。負電極通常通過將鋅合金粉末形式的活性鋅合成物與鹼性電解液以及膠凝劑進行混合而被構造。該混合物分布於在正電極內部形成的空腔中，或該空腔填充有該混合物。 集電器組件然後被插入到該杯形電池外殼的開口端中。該負電極在這種情況下優選地經由針形集電器而被接觸，所述針形集電器在該集電器組件插入時被壓入該空腔中或被壓入位於其中的負電極中。最後，該電池外殼通常通過引入蓋而被閉合，所述蓋被安裝在該集電器組件上方。為了密封該電池，電池外殼的壁可以在蓋上方被卷邊。特別是出於製造原因，空心圓柱體形狀的正電極通常不是一體式地被引入到杯形電池外殼中，而是以單獨區段(individual segments)的形式被弓I入到杯形電池外殼中，所述單獨區段然後在被組裝時形成該正電極。例如，盤狀區段可以被插入圓柱形的杯形電池外殼中，然後在該圓柱形的杯形電池外殼上堆疊多個環狀(環形)區段。所述環狀區段的內徑然後確定用於負電極的空腔的容量以及直徑。盤狀區段以及環狀區段兩者的外徑通常被精確匹配到杯形電池外殼的相對應內徑。如所描述的那樣構造的電化學電池必然具有非常高的容量。另一方面，這些電化學電池也具有相對高的內阻這一共同特徵，這可能導致差的放電特性。所描述的電池並非理想地被設計用於脈衝放電曲線(profile)以及特別是用於在高電流密度下的放電，這意味著對於許多應用來說，這些電池是不適合的或僅適於有限的程度。
發明內容
本發明的目的相應地特別是為了改進上述一般性電化學元件的放電特性，並且因此擴展這些電化學元件的潛在的應用範圍。通過具有權利要求I的特徵的電化學元件，實現了該目的。可以在從屬權利要求 2至15中找到根據本發明的電化學元件的優選實施例。在這裡表述了所有的權利要求，以便參考本說明書的內容。類似上面描述的一般性電化學元件，根據本發明的電化學元件包括具有內表面的外殼、靠近該外殼的內表面並且同時限定空腔的第一電極以及布置在該空腔內的具有相反極性的第二電極。另外，根據本發明的電化學元件包括隔離物，該隔離物被布置在第一電極和第二電極之間。因此，第一電極包括至少兩個、優選地三個或更多單獨區段。這些區段一方面經由第一接觸表面以二維方式彼此鄰近，另一方面經由另外的接觸表面以二維方式靠近外殼的內表面。第二電極本體通常基本上完全填充第一電極內部的空腔。如上面所描述的那樣， 對其進行接觸例如可以經由針形集電器進行。根據本發明的電化學元件特別具有特色之處在於至少一個連接器被布置在所述至少兩個單獨區段的第一接觸表面之間，所述單獨區段經由所述第一接觸表面以二維方式彼此鄰近，該連接器導電地連接這些區段。已經令人驚訝地確定通過在區段之間布置至少一個這樣的連接器，有可能顯著地減小如上面描述的那樣構造的電化學元件的內阻。在一些情況下，內阻可以被明顯減小一半以上，這自然對於根據本發明的電化學元件的潛在應用範圍具有積極影響。後者比從現有技術公知的可比較的電化學元件更適合用於其中出現上面提及的需要的脈衝放電曲線的應用，或者更適合用於高電流密度下的放電。根據本發明的電化學元件優選地是常規的商品化電池組。電化學元件的外殼優選地基本上是圓柱形的。特別優選地，根據本發明的電化學元件的外殼具有標準尺寸，諸如例如具有 AA (Mignon)、AAA (Micro)、C (Baby)或 D (Mono)。如在從現有技術公知的元件的情況下那樣，在根據本發明的電化學元件的情況下，第一電極的至少部分(可選地實際上是整個第一電極)優選地也被構造為空心圓柱體。 為此，第一電極例如可以包括一個盤狀單獨區段和一個或多個環狀單獨區段，其中這些單獨區段優選地在所有情況下具有相同的外徑。如果例如盤狀單獨區段被插入杯狀的、基本上為圓柱形的外殼的底部中，並且環狀單獨區段中的一個或多個被堆疊在其上，則(假定環狀區段的適合的外徑)得到上面提及的靠近外殼的內表面的第一電極連同布置有第二電極的空腔。該空腔的容量或尺度在這種情況下通過環狀單獨區段的尺度和數目(特別是通過這些單獨區段的內徑)來確定。根據本發明的電化學元件優選地包括上面提及的環狀(環形)單獨區段中的兩個或更多，其中每個單獨區段都具有相同的外徑和內徑。特別優選地，該電化學元件包括由這些兩個或更多環狀單獨區段組成的第一電極。至少一個連接器然後優選地分別被布置在鄰近區段之間，使得鄰近區段經由所述至少一個連接器均導電地連接在一起。第一電極的構造為空心圓柱體的部分或第一電極以其整體相應地特別優選地由多個堆疊的環狀單獨區段組成，其中每個單獨區段都具有相同的內徑和外徑。因此也優選的是，在第一電極之內的當然是由所述堆疊的單獨區段形成的空腔基本上為圓柱形的。所述環狀(環形)單獨區段優選地呈現出與其外徑相比只不過較小的高度。單獨區段在其處以二維方式彼此鄰近的接觸表面優選地是所述區段的端面。相應地，所述接觸表面的尺寸優選地由環狀(環形)單獨區段的外徑和內徑來限定。作為連接器，根據本發明的電化學元件優選地包括相比於製成第一電極的材料具有更高電導率的材料製成的連接器。金屬、特別是金屬箔或金屬薄板製成的連接器是特別適合的。
然而，可替換地，也有可能的是布置至少一個接觸層作為在區段之間的連接器，該接觸層例如可以由具有良好電導率的合成物形成。相對應的導電膏對於本領域技術人員來說是公知的，其中這些導電膏例如可以包含金屬顆粒或增強導電性的部件(諸如炭黑或石墨)。在優選實施例中，至少一個連接器並不僅僅延伸到在根據本發明的電化學元件的第一電極的區段的接觸表面之間的區域上。相反，可以優選的是，所述至少一個連接器延伸直到在區段的另外的接觸表面和該外殼的內表面之間的接觸區域中，並且因此將這些區段不僅彼此導電連接，而且還導電連接到該外殼。在此，應當再一次清楚的是還是在已經從現有技術公知的上面提及的電化學元件中，在該外殼的內表面和靠近該內表面的電極之間以及在正電極的單獨區段之間存在電連接。然而，使用根據本發明的至少一個連接器將這些部件之間的電傳導改進到本領域技術人員不曾預見的程度。通過自身非常簡單的技術措施，即在電化學元件的接觸並且自身已經是導電的兩個部件之間引入連接器，因此實現了具有重大的積極影響的技術效果。所述至少一個連接器優選地具有環狀(環形)構造，特別是所述至少一個連接器的外徑和/或內徑優選地對應於所使用的環狀(環形)單獨區段的外徑和/或內徑。在優選實施例中，所述至少一個連接器因此最佳地填充在所述單獨區段之間的接觸區域。在其中所述至少一個連接器還額外延伸到在區段的另外的接觸表面和外殼的內表面之間的接觸區域中的實施例中，優選的是，環狀(環形)連接器包括至少一個優選地為條形的突出部，該條形的突出部被形成在該環的外部部分上。根據本發明的電化學元件的第一電極優選地是正電極。根據本發明的電化學元件的第二電極相應地優選地是負電極。該正電極特別優選地是二氧化錳電極。該負電極特別優選地是鋅電極。根據本發明的電化學元件相應地特別是鹼猛電池。因此，該電化學元件自然優選地也包括相對應的鹼性電解液。根據本發明的電化學元件的所描述的以及另外的特徵也從在附圖中圖示的優選實施例的以下描述連同從屬權利要求而明了。本發明的各個單獨特徵在這裡可以獨立地實現或以彼此結合的方式實現。所描述的實施例僅僅用來解釋並且使得能夠對本發明更好地理解，而絕不應當被理解為進行限制。
圖I示出了根據本發明的電化學元件的一個實施例的示意圖。圖2示出了用於電接觸第一電極的各個單獨區段的連接器的優選實施例。
具體實施例方式圖I是根據本發明的電化學元件100的優選實施例的示意性圖解說明。電化學元件100在這裡部分地以橫截面(右)、部分地以示出隱藏邊緣的非剖視圖(左)示出。電化學兀件100 —方面包括杯形外殼101,該杯形外殼101具有基本上為圓柱形的殼體和圓形構造的基本上平坦的底部區域。具有空心圓柱體形式的第一電極102靠近該外殼的內表面 101a，其中所述第一電極由單獨區段103、104、105和106組成。這些單獨區段均具有環狀(環形)構造，並且均呈現出相同的外徑和內徑。在外殼101的內部，這些單獨區段堆疊布置， 並在這些單獨區段的中心處限定空腔107，在該空腔107中布置有負電極108，所述負電極 108又被杯形隔離物109圍繞，所述杯形隔離物109將電極102和電極108彼此分開。上面提及的單獨區段103、104、105以及106經由第一接觸表面103a、104b、104a、105b、105a 以及106b (鄰近區段的相應端面)彼此以二維方式鄰近。經由另外的接觸表面103c、104c、 105c以及106c(所述環狀單獨區段103、104、105以及106的相應的周向表面)，所述單獨區段103、104、105以及106以二維方式鄰近外殼101的內表面101a。在第一接觸表面103a 和104b、104a和105b以及105a和106b之間，這裡在所有情況下都布置有連接器(110、111 以及112)，所述連接器(110、111以及112)將區段103、104、105以及106導電連接。然而， 該連接器並非僅僅覆蓋在第一接觸表面103a、104b、104a、105b、105a以及106b之間的區域，而是延伸直至到在相對應的區段的另外的接觸表面103c、104c以及105c與外殼101的內表面之間的接觸區域中，並且因此既將各個單獨區段103、104、105以及106連接在一起， 又將區段103、104以及105連接到外殼101。杯形外殼101因此為電化學兀件100的一個端子。另一端子113位於外殼杯101 的開口端處。從這齣發，針形集電器114突出到在第一電極102內部的空腔107內，並且在那裡接觸布置在其中的第二電極108。同時將端子113與外殼101分開的蓋114密封外殼杯101的開口端。在圖2中圖示的連接器200是具有四個條形的突出部202、203、204以及205的環狀(環形)構造的金屬箔201。連接器200在形狀和功能方面對應於連接器110、111以及112，這些連接器110、111以及112被安裝在圖I中圖示的電化學元件100中。這裡，環 201的外徑和內徑精確地與第一電極108的在圖I中圖示的各個單獨區段103、104、105以及106的外徑和內徑相對應。如果這樣的連接器平坦地被插入到如圖I中所示的杯形外殼 101中，則條形的突出部202、203、204以及205向上彎曲。因此，如果三個這樣的連接器(如圖I中圖示的那樣)被布置為在單獨區段103、104、105以及106之間的連接器110、111以及112，則條形的突出部202、203、204以及205可以形成在相對應的區段的另外的接觸表面 103c、104c以及105c與外殼101的內表面IOla之間的上面提及的導電連接。另一方面，該連接器200的環狀部分201然後將區段103、104、105以及106連接在一起。
權利要求
1.一種電化學元件,其包括 具有內表面的外殼， 靠近外殼的內表面並限定空腔的第一電極， 布置在空腔內部的相反極性的第二電極，以及 布置在第一電極與第二電極之間的隔離物，其中第一電極包括經由第一接觸表面以二維方式彼此鄰近並且經由另外的接觸表面靠近外殼的內表面的至少兩個單獨區段，並且其中至少一個連接器被布置在第一接觸表面之間，所述至少一個連接器導電地連接所述區段。
2.如權利要求I所述的電化學元件，其特徵在於，所述電化學元件的外殼具有基本上圓柱形的構造。
3.如權利要求I或權利要求2所述的電化學元件，其特徵在於，第一電極的至少部分、 可選地整個電極採取空心圓柱體的形狀。
4.如權利要求I至3之一所述的電化學元件，其特徵在於，第一電極包括至少一個盤狀單獨區段以及至少一個環狀(環形)單獨區段，其中所述單獨區段在所有情況下均具有相同的外徑。
5.如在前權利要求之一所述的電化學元件，其特徵在於，第一電極包括至少兩個環狀 (環形)單獨區段，其中所述單獨區段在所有情況下均具有相同的外徑和內徑。
6.如權利要求3至5之一所述的電化學兀件,其特徵在於，第一電極的空心圓柱體形式的至少部分由一個或多個堆疊的環狀(環形)單獨區段組成，其中所述單獨區段在所有情況下均具有相同的外徑和內徑。
7.如權利要求4至6之一所述的電化學元件，其特徵在於，接觸表面由環狀單獨區段的外徑和內徑限定，在所述接觸表面處，單獨區段以二維方式彼此鄰近。
8.如在前權利要求之一所述的電化學兀件，其特徵在於，在第一電極內部的空腔基本上為圓柱形的。
9.如在前權利要求之一所述的電化學元件，其特徵在於，所述電化學元件包括金屬、特別是金屬箔或金屬薄板製成的連接器作為連接器。
10.如在前權利要求之一所述的電化學元件，其特徵在於，所述電化學元件包括導電合成物製成的至少一個接觸層作為連接器。
11.如在前權利要求之一所述的電化學元件，其特徵在於，至少一個連接器延伸直至到在區段的另外的接觸表面與外殼的內表面之間的接觸區域中，並且將區段導電地連接到外殼。
12.如在前權利要求之一所述的、特別是如權利要求9所述的電化學元件，其特徵在於，至少一個連接器具有環狀(環形)構造，其中所述至少一個連接器的外徑和/或內徑優選地對應於環狀(環形)單獨區段的外徑和/或內徑。
13.如權利要求12所述的電化學元件，其特徵在於，環狀連接器包括至少一個優選地為條形的突出部，所述至少一個優選地為條形的突出部被形成在環的外部部分上。
14.如在前權利要求之一所述的電化學元件，其特徵在於，第一電極是正電極，而第二電極是負電極。
15.如權利要求14所述的電化學元件，其特徵在於，正電極是二氧化錳電極，而負電極是鋅電極。
全文摘要
描述了一種電化學元件，該電化學元件具有外殼、靠近該外殼的內表面並且限定空腔的第一電極、布置在該空腔內部的相反極性的第二電極以及布置在第一與第二電極之間的隔離物。第一電極因此包括經由第一接觸表面以二維方式彼此鄰近且經由另外的接觸表面靠近外殼的內表面的至少兩個單獨區段。在第一接觸表面之間，布置有至少一個連接器，所述至少一個連接器導電地連接所述區段。
文檔編號H01M4/66GK102612770SQ201080037841
公開日2012年7月25日 申請日期2010年7月12日 優先權日2009年8月26日
發明者C.C.菲舍爾, H.J.林德納, H.華格納 申請人:瓦爾達微電池有限責任公司