DE202015004285U1 - button cell - Google Patents
button cell Download PDFInfo
- Publication number
- DE202015004285U1 DE202015004285U1 DE202015004285.6U DE202015004285U DE202015004285U1 DE 202015004285 U1 DE202015004285 U1 DE 202015004285U1 DE 202015004285 U DE202015004285 U DE 202015004285U DE 202015004285 U1 DE202015004285 U1 DE 202015004285U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- housing
- composite
- composite body
- cavity
- diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 129
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 10
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 9
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000011800 void material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 abstract description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 135
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000011883 electrode binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000011262 electrochemically active material Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 229910021450 lithium metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 210000000287 oocyte Anatomy 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical class [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
- H01M50/117—Inorganic material
- H01M50/119—Metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
- H01M10/0427—Button cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/109—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure of button or coin shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/131—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
- H01M50/133—Thickness
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Knopfzelle mit den folgenden Merkmalen: • Sie umfasst ein einen Innenraum einschließendes Gehäuse mit zwei kreisrunden, voneinander beabstandeten und zueinander parallelen Gehäuseböden sowie einem die Gehäuseböden verbindenden ringförmigen Gehäusemantel, wobei der Gehäusemantel und jeder der Gehäuseböden jeweils eine in den Innenraum weisende Innenseite und eine in eine entgegengesetzte Richtung weisende Außenseite aufweisen, • dem Gehäuse ist ein Gehäuseaußenvolumen VGehäuse zugeordnet, das als Produkt einer Gehäusehöhe hGehäuse, der Zahl π und dem Quadrat einer Hälfte eines Gehäusedurchmessers dGehäuse definiert ist (VGehäuse = hGehäuse × π × (0,5 × dGehäuse)2), wobei die hGehäuse dem kürzesten möglichen Abstand zweier auf den zwei Außenseiten der Gehäuseböden angeordneter Punkte und dGehäuse dem maximal möglichen Abstand zweier Punkte auf der Außenseite des Gehäusemantels entspricht, • sie umfasst einen in dem Innenraum angeordneten elektrochemisch aktiven Verbundkörper auf Lithium-Ionen-Basis mit zwei kreisrunden, voneinander beabstandeten und zueinander parallelen Grundflächen sowie einem die Grundflächen verbindenden umlaufenden Verbundkörpermantel, • dem elektrochemisch aktiven Verbundkörper besitzt ein Verbundkörperaußenvolumen VVerbundkörper, das das Produkt einer Verbundkörperhöhe hVerbundkörper, der Zahl π und dem Quadrat einer Hälfte eines Verbundkörperdurchmessers dVerbundkörper ist (VVerbundkörper = hVerbundkörper × π × (0,5 × dVerbundkörper)2), wobei hVerbundkörper dem mittleren Abstand der Grundflächen und dVerbundkörper dem mittleren Durchmesser des Verbundkörpermantels entspricht, und wobei zumindest dVerbundkörper sowie damit auch VVerbundkörper sich beim Laden und Entladen der Knopfzelle ändern und VVerbundkörper in geladenem Zustand mit VMaxVerbundkörper ein Maximum erreicht, • der Verbundkörper liegt als spiralförmiger, aus Elektrodenbändern und mindestens einem Separatorband gebildeter zylindrischer Wickel vor, dessen Stirnseiten von den Längsrändern der Elektrodenbänder gebildet werden und den Grundflächen des Verbundkörpers entsprechen, • die Stirnseiten des Wickels und damit die Grundflächen des Verbundkörpers weisen in Richtung der kreisrunden und zueinander parallelen Gehäuseböden, • innerhalb des Wickels befindet sich ein axial ausgerichteter Hohlraum mit Öffnungen im Zentrum der Stirnseiten, • dem axial ausgerichteten Hohlraum ist ein Hohlraumvolumen VHohlraum zugeordnet, das als Produkt der Verbundkörperhöhe hVerbundkörper, der Zahl n und dem Quadrat einer Hälfte eines Hohlraumdurchmessers dHohlraum definiert ist (VHohlraum = hVerbundkörper × π × (0,5 × dHohlraum)2), wobei dHohlraum dem mittleren Durchmesser des Hohlraums entspricht, • sie umfasst ein Totvolumen VTOT, das sich durch Subtraktion von VMaxVerbundkörper von VGehäuse und anschließender Addition von VHohlraum (VTOT = VGehäuse – VMaxVerbundkörper + VHohlraum) ergibt, wobei für das Totvolumen in Abhängigkeit des Durchmessers dGehäuse und der Höhe hGehäusegilt, mit der Maßgabe, dass – 5 mm ≤ dGehäuse ≤ 30 mm und – 3 mm ≤ hGehäuse ≤ 15 mm und – hGehäuse ≤ dGehäuse.Button cell having the following features: • It comprises a housing enclosing an interior with two circular, spaced apart and mutually parallel housing bottoms and an annular housing shell connecting the housing bottoms, wherein the housing shell and each of the housing bases each have an interior facing inside and one inside The housing is associated with an outer housing volume V housing, which is defined as the product of a housing height h housing, the number π and the square of a half of a housing diameter d housing (V housing = h housing × π × (0.5 × d housing) 2 ), wherein the hGehäuse the shortest possible distance between two arranged on the two outer sides of the housing bases points and dGehäuse corresponds to the maximum possible distance between two points on the outside of the housing shell, • it comprises an elek arranged in the interior Lithium-ion-based trochemically active composite body having two circular, spaced apart and mutually parallel bases and a circumferential composite body cladding connecting the bases. The electrochemically active composite has a composite outer volume V composite which is the product of a composite height h composite, the number π and the square one half of a composite diameter d is a composite body (V composite = h composite × π × (0.5 × d composite) 2), where h composite corresponds to the average spacing of the bases and d composite corresponds to the mean diameter of the composite shell, and at least d composite, and thus also V composite, upon loading Changing the volume of the coin cell and discharging the body when charged with VMax composite body • The composite body is arranged as a spiral, consisting of electrode bands and at least one Separator band educated cylindrical winding before, whose end faces are formed by the longitudinal edges of the electrode strips and the base surfaces of the composite body, • the end faces of the coil and thus the base surfaces of the composite point in the direction of the circular and mutually parallel housing bases, • inside the coil is a axially aligned cavity with openings in the center of the faces; • the cavity aligned axially is associated with a void volume void defined as the product of the composite height h composite, the number n, and the square of a half of a void diameter d void (V void = hcompound × π × (0 , 5 × d hollow space) 2), where the cavity corresponds to the mean diameter of the cavity, • it comprises a dead volume VTOT, which is obtained by subtracting VMax composite bodies from V case and subsequent addition of V cavity (VTOT = V case - VMax composite) body + Vcavity), wherein for the dead volume depending on the diameter dhousing and the height hhousing, with the proviso that - 5 mm ≤ dhousing ≤ 30 mm and - 3 mm ≤ hhousing ≤ 15 mm and - hhousing ≤ dhousing.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Knopfzelle, die einen in einem Gehäuse angeordneten elektrochemisch aktiven Verbundkörper auf Lithium-Ionen-Basis umfasst, wobei der Verbundkörper in Form eines Wickels vorliegt.The present invention relates to a coin cell comprising a lithium ion based electrochemically active composite body disposed in a housing, the composite body being in the form of a coil.
Knopfzellen weisen üblicherweise ein zylindrisches Gehäuse aus einem positiv gepolten und einem negativ gepolten metallischen Gehäusehalbteil auf. In dem Gehäuse können unterschiedliche elektrochemische Systeme enthalten sein. Sehr verbreitet sind Knopfzellen auf Basis von Nickel-Metallhydrid-Systemen und auf Basis von Lithium-Ionen-Systemen. Diese sind in aller Regel wiederaufladbar.Button cells usually have a cylindrical housing made of a positively poled and a negative poled metallic Gehäusehalbteil. The housing may contain different electrochemical systems. Very common are button cells based on nickel-metal hydride systems and based on lithium-ion systems. These are usually rechargeable.
Insbesondere mit Lithium-Ionen-Systemen können vergleichsweise hohe Energiedichten erreicht werden. Knopfzellen auf Lithium-Ionen-Basis enthalten in vielen Fällen einen Verbundkörper in Form eines Zellenstapels (stack), der aus mehreren Einzelzellen besteht. Alternativ können die Knopfzellen aber auch gewickelte Verbundkörper, bei denen es sich meist um eine Einzelzelle in gewickelter Form handelt, umfassen. Knopfzellen mit gewickelten Verbundkörpern sind beispielsweise in der
Gewickelte Verbundkörper wie dir im vorherigen Absatz genannten werden üblicherweise durch spiralförmiges Aufwickeln von bandförmigen Elektroden und mindestens einem bandförmigen Separator gefertigt. In der Regel weisen sie die Sequenz positive Elektrode/Separator/negative Elektrode auf. Häufig werden solche gewickelten Verbundkörper als sogenannte Eizellen mit den möglichen Sequenzen negative Elektrode/Separator/positive Elektrode/Separator/negative Elektrode oder positive Elektrode/Separator/negative Elektrode/Separator/positive Elektrode hergestellt. Die Elektroden umfassen dabei üblicherweise jeweils einen metallischen Stromkollektor sowie elektrochemisch aktive Komponenten und elektrochemisch inaktive Komponenten.Wound composites such as those mentioned in the previous paragraph are usually made by spirally winding band-shaped electrodes and at least one belt-shaped separator. In general, they have the sequence positive electrode / separator / negative electrode. Frequently such wound composite bodies are produced as so-called oocytes with the possible sequences negative electrode / separator / positive electrode / separator / negative electrode or positive electrode / separator / negative electrode / separator / positive electrode. The electrodes usually each comprise a metallic current collector as well as electrochemically active components and electrochemically inactive components.
Als elektrochemisch aktive Komponenten (oft auch als Aktivmaterialien bezeichnet) kommen für wiederaufladbare (sekundäre) Lithium-Ionen-Systeme sämtliche Materialien in Frage, die Lithium-Ionen aufnehmen und wieder abgeben können. Stand der Technik sind diesbezüglich für die negative Elektrode insbesondere Materialien auf Kohlenstoffbasis wie graphitischer Kohlenstoff oder zur Interkalation von Lithium befähigte nichtgraphitische Kohlenstoffmaterialien. Weiterhin können auch metallische und halbmetallische Materialien zum Einsatz kommen, die mit Lithium legierbar sind, oder Komposite aus solchen Materialien mit kohlenstoffbasierten Materialien. Für die positive Elektrode kommen insbesondere Lithium-Metalloxid-Verbindungen und Lithium-Metallphosphat-Verbindungen wie LiCoO2 und LiFePO4 in Frage.As electrochemically active components (often referred to as active materials) come for rechargeable (secondary) lithium-ion systems, all materials in question, which can absorb lithium ions and release again. The prior art in this respect for the negative electrode in particular carbon-based materials such as graphitic carbon or intercalation of lithium-capable non-graphitic carbon materials. Furthermore, it is also possible to use metallic and semi-metallic materials which can be alloyed with lithium, or composites of such materials with carbon-based materials. In particular, lithium metal oxide compounds and lithium metal phosphate compounds such as LiCoO 2 and LiFePO 4 are suitable for the positive electrode.
Als elektrochemisch inaktive Komponenten sind an erster Stelle Elektrodenbinder und Stromkollektoren zu nennen. Letztere dienen dazu, die elektrochemisch aktiven Komponenten möglichst großflächig elektrisch zu kontaktieren. Sie bestehen üblicherweise aus flächigen Metallsubstraten, beispielsweise aus Metallfolien oder einem Metallschaum oder einem metallisierten Vlies, die in Form eines Bandes vorliegen. Die Elektrodenbinder gewährleisten die mechanische Stabilität der Elektroden und sorgen für die Kontaktierung der Partikel aus elektrochemisch aktivem Material untereinander sowie zum Stromableiter. Weiterhin fallen unter den Begriff insbesondere auch Leitmittel, also beispielsweise Ruß.Electrochemically inactive components are first and foremost electrode binders and current collectors. The latter serve to contact the electrochemically active components as large as possible electrically. They usually consist of flat metal substrates, for example of metal foils or a metal foam or a metallized nonwoven, which are in the form of a tape. The electrode binders ensure the mechanical stability of the electrodes and ensure contact between the particles of electrochemically active material with each other and with the current conductor. Furthermore, the term also includes, in particular, conducting agents, for example carbon black.
Als Separator kommen für die genannten Verbundkörper insbesondere poröse Kunststofffolien in Frage, beispielsweise aus einem Polyolefin oder aus einem Polyetherketon.In particular, porous plastic films, for example a polyolefin or a polyether ketone, are suitable as separators for the abovementioned composite bodies.
Zur Herstellung von Elektroden für gewickelte Verbundkörper werden üblicherweise Pasten, umfassend die erwähnten elektrochemisch aktiven Komponenten sowie den Elektrodenbinder (und gegebenenfalls das Leitmittel) in Form dünner Schichten auf die erwähnten Stromkollektoren aufgebracht, getrocknet und in die gewünschte Form gebracht. Üblicherweise werden die Schichten nach dem Trocknen gewalzt und gepresst. So gebildete bandförmige positive und negative Elektroden werden miteinander sowie mit einem oder mehreren bandförmigen Separatoren zu einer bandförmigen Einzelzelle kombiniert. Hierzu können die Elektroden beispielsweise auf gegenüberliegende Seiten eines Separators laminiert werden.To produce electrodes for wound composite bodies, pastes comprising the mentioned electrochemically active components and the electrode binder (and optionally the conductive agent) are usually applied in the form of thin layers to the mentioned current collectors, dried and brought into the desired shape. Usually, after drying, the layers are rolled and pressed. Thus formed band-shaped positive and negative electrodes are combined with each other and with one or more band-shaped separators to form a band-shaped single cell. For this purpose, the electrodes can be laminated, for example, on opposite sides of a separator.
Die bandförmige Einzelzelle wird dann einer Wickelvorrichtung zugeführt und in dieser zu einem gewickelten Verbundkörper verarbeitet. Hierzu wird die Einzelzelle üblicherweise auf einen Wickeldorn oder einen Wickelkern aufgewickelt. Nach einer meist vordefinierten Anzahl von Windungen (unter einer Windung wird hierbei jeder vollständige Umlauf des Verbundes um den Wickeldorn oder Wickelkern verstanden) wird der Wickelvorgang abgebrochen. Der gebildete Wickel wird beispielsweise mittels eines Schneid- oder Stanzwerkzeugs von dem unmittelbar nachfolgenden, noch nicht gewickelten Abschnitt der Einzelzelle abgetrennt.The band-shaped single cell is then fed to a winding device and processed in this into a wound composite body. For this purpose, the single cell is usually wound on a winding mandrel or a winding core. After a mostly predefined number of turns (under one turn, this means any complete circulation of the bond around the winding mandrel or winding core), the winding process is interrupted. The formed winding is separated, for example, by means of a cutting or punching tool from the immediately following, not yet wound portion of the single cell.
Die Zu- und Ableitung von Elektronen zu und aus den Elektroden erfolgt meist über Ableiterfahnen, die stirnseitig aus dem gebildeten Wickel herausragen können. Die Ableiterfahnen sind elektrisch an die Stromkollektoren angebunden oder ein Teil derselben. The supply and discharge of electrons to and from the electrodes is usually via Ableiterfahnen that can protrude from the end face of the formed winding. The arrester lugs are electrically connected to the current collectors or a part thereof.
Die erwähnten elektrochemisch inaktiven Komponenten, insbesondere die erwähnten Ableiterfahnen, nehmen selbst meist nicht viel Raum ein. Sie müssen allerdings zuverlässig mit den erwähnten positiv und negativ gepolten Gehäusehalbteilen verbunden werden und dürfen dabei keine Kurzschlüsse verursachen. Insbesondere wenn innerhalb eines Knopfzellengehäuses mehrere Ableiter miteinander sowie mit den Gehäusehalbteilen verbunden werden müssen, wird hierfür innerhalb des Knopfzellengehäuses viel Raum benötigt, der dann nicht für Aktivmaterial zur Verfügung steht. In der Folge sinkt die Energiedichte der betroffenen Knopfzellen. Mit abnehmender Baugröße der Knopfzellen sinkt die Energiedichte sogar überproportional, da sich einzelne Komponenten wie Ableiter nicht immer proportional zum Außenvolumen der Zellen miniaturisieren lassen und daher das entstehende Totvolumen prozentual steigt.The mentioned electrochemically inactive components, in particular the mentioned Ableiterfahnen, themselves usually do not take up much space. However, they must be reliably connected to the mentioned positive and negative polarized Gehäusehalbteilen and may cause no short circuits. In particular, if within a button cell case several arresters must be connected together and with the Gehäusehalbteilen, this much space is required within the button cell case, which is then not available for active material. As a result, the energy density of the affected button cells decreases. With decreasing size of the button cells, the energy density even decreases disproportionately, since individual components such as arresters can not always be miniaturized in proportion to the outer volume of the cells and therefore the resulting dead volume increases in percentage.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Knopfzellen mit möglichst hoher Energiedichte bereitzustellen.The object of the present invention was to provide button cells with the highest possible energy density.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Knopfzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Knopfzelle sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht.This object is achieved by the button cell with the features of claim 1. Preferred embodiments of the button cell according to the invention are specified in the dependent claims 2 to 10. The wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of the present description.
Knopfzellen gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen ein einen Innenraum einschließendes Gehäuse, das zwei kreisrunde, voneinander beabstandete und zueinander parallele Gehäuseböden aufweist. Bevorzugt sind die Gehäuseböden eben ausgebildet. Ein ringförmiger Gehäusemantel ist zwischen den Gehäuseböden angeordnet und verbindet diese. Der Gehäusemantel und die Gehäuseböden weisen jeweils eine in den Innenraum weisende Innenseite und eine in eine entgegengesetzte Richtung weisende Außenseite auf.Button cells according to the present invention include an interior enclosing housing having two circular, spaced apart and mutually parallel housing bottoms. Preferably, the housing bottoms are flat. An annular housing jacket is arranged between the housing bases and connects them. The housing shell and the housing bottoms each have an inner side facing the interior and an outer side facing in an opposite direction.
Dem Gehäuse ist ein Gehäuseaußenvolumen VGehäuse zugeordnet, das als Produkt einer Gehäusehöhe hGehäuse, der Zahl π und dem Quadrat einer Hälfte eines Gehäusedurchmessers dGehäuse definiert ist (VGehäuse = hGehäuse × π × (0,5 × dGehäuse)2). Dabei entspricht hGehäuse dem kürzesten möglichen Abstand zweier auf den zwei Außenseiten der Gehäuseböden angeordneter Punkte und dGehäuse dem maximal möglichen Abstand zweier Punkte auf der Außenseite des Gehäusemantels. Kurzum, das Gehäuseaußenvolumen VGehäuse ist als Kreiszylinder definiert.The housing is associated with an outer housing volume V housing , which is defined as the product of a housing height h housing , the number π and the square of a half of a housing diameter d housing (V housing = h housing × π × (0.5 × d housing ) 2 ) , In this case h housing corresponds to the shortest possible distance between two arranged on the two outer sides of the housing bases points and d housing the maximum possible distance between two points on the outside of the housing shell. In short, the housing exterior volume V housing is defined as a circular cylinder.
Bei VGehäuse handelt es sich um eine Bezugsgröße, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung dazu genutzt wird, die Raumnutzung einer erfindungsgemäßen Knopfzelle durch elektrochemisch aktive Komponenten zu quantifizieren. Im Idealfall ist die Raumnutzung durch elektrochemisch aktive Komponenten so hoch wie möglich. Eine 100%ige Nutzung kann natürlich niemals erreicht werden, da bereits das Gehäuse selbst einen Teil von VGehäuse ausfüllt.V housing is a reference which in the context of the present invention is used to quantify the space utilization of a button cell according to the invention by electrochemically active components. Ideally, the use of space by electrochemically active components is as high as possible. Of course, a 100% usage can never be achieved because the case itself already fills a part of V housing .
Elektrochemisch aktive Komponenten umfasst die erfindungsgemäße Knopfzelle in Form eines in dem Innenraum angeordneten elektrochemisch aktiven Verbundkörpers auf Lithium-Ionen-Basis. Dieser weist zwei kreisrunde, voneinander beabstandete und zueinander parallele Grundflächen auf. Zwischen den Grundflächen ist ein umlaufender Verbundkörpermantel angeordnet, der die Grundflächen verbindet.Electrochemically active components comprises the coin cell according to the invention in the form of a lithium-ion-based electrochemically active composite body arranged in the interior. This has two circular, spaced-apart and mutually parallel bases. Between the base surfaces, a circumferential composite body shell is arranged, which connects the base surfaces.
Der elektrochemisch aktive Verbundkörper weist ein Verbundkörperaußenvolumen VVerbundkörper auf, das das Produkt einer Verbundkörperhöhe hVerbundkörper, der Zahl π und dem Quadrat einer Hälfte eines Verbundkörperdurchmessers dVerbundkörper ist (VVerbundkörper = hVerbundkörper × π × (0,5 × dVerbundkörper)2). Dabei entspricht hVerbundkörper dem mittleren Abstand der Grundflächen und dVerbundkörper dem mittleren Durchmesser des Verbundkörpermantels. Kurzum, das Außenvolumen des elektrochemisch aktiven Verbundkörpers ist rechnerisch ebenfalls wie das Volumen eines Kreiszylinders zu ermitteln.The electrochemically active composite has a composite outer volume V composite that is the product of a composite height h composite , the number π and the square of a half of a composite diameter d composite (V composite = h composite × π × (0.5 × d composite ) 2 ). In this case, h composite body corresponds to the mean distance of the bases and the composite body corresponds to the mean diameter of the composite body shell. In short, the outer volume of the electrochemically active composite body is also calculated as the volume of a circular cylinder to determine.
Der Verbundkörper liegt wie die eingangs beschriebenen gewickelten Verbundkörper als spiralförmiger, zylindrischer Wickel vor, der aus einer bandförmigen Einzelzelle gebildet wurde, welche wiederum durch Kombination von mindestens einer bandförmigen positiven und mindestens einer bandförmigen negativen Elektrode mit mindestens einem bandförmigen Separator entstanden ist. Die Stirnseiten des Wickels werden dabei von den Längsrändern der bandförmigen Elektroden gebildet und entsprechen den Grundflächen des Verbundkörpers. In aller Regel weisen die gewickelten Elektrodenbänder über ihre gesamte Länge eine konstante Breite auf und sind so präzise gewickelt, dass ihre Längsränder in einer Ebene liegen und somit weitestgehend ebene Stirnseiten ausbilden. Es ist allerdings nicht unüblich, dass die Längsränder des mindestens einen Separatorbands aus den Stirnseiten herausragen. Um einen Kurzschluss zwischen den Längsrändern entgegengesetzt gepolter Elektroden zu vermeiden, werden nämlich häufig Separatorbänder verwendet, die breiter sind als die Elektrodenbänder, mit denen sie kombiniert werden. Bei der Ermittlung von hVerbundkörper wird der daraus resultierende stirnseitige Separatorüberstand allerdings vernachlässigt.The composite body, like the wound composite bodies described at the outset, is in the form of a helical, cylindrical winding formed from a band-shaped individual cell, which in turn is formed by combining at least one band-shaped positive and at least one band-shaped negative electrode with at least one band-shaped separator. The end faces of the coil are formed by the longitudinal edges of the band-shaped electrodes and correspond to the base surfaces of the composite body. As a rule, the wound electrode bands have a constant width over their entire length and are wound so precisely that their longitudinal edges lie in one plane and thus form largely flat faces. However, it is not uncommon for the longitudinal edges of the at least one separator strip to protrude from the end faces. In fact, in order to avoid a short circuit between the longitudinal edges of opposite polarized electrodes, separator bands are used which are wider than the electrode bands with which they are combined. When determining h composite bodies, however, the resulting frontal separator supernatant is neglected.
Zur Ermittlung des mittleren Abstands der Grundflächen und damit von hVerbundkörper kann insbesondere vorgegangen werden wie folgt: Auf eine der durch die Längsränder der Elektrodenbänder gebildeten Stirnseiten werden zwei im rechten Winkel zueinander stehende und durch das Zentrum des Wickels führende Geraden gelegt. Anschließend wird der kürzeste Abstand der Stirnseiten des Wickels im Zentrum des Wickels sowie an den vier Punkten, in denen die angelegten Geraden den Verbundkörpermantel schneiden, gemessen, wobei jegliche überstehende Separatorränder unbeachtet bleiben. hVerbundkörper ergibt sich anschließend, indem aus den gemessenen fünf Werten eine Summe gebildet und diese durch fünf geteilt wird.In order to determine the average spacing of the base surfaces and therefore of h composite bodies, it is possible to proceed in particular as follows: two straight lines which are perpendicular to one another and are leading through the center of the coil are laid on one of the front sides formed by the longitudinal edges of the electrode bands. Subsequently, the shortest distance of the end faces of the coil at the center of the coil as well as at the four points at which the applied lines intersect the composite shell is measured, ignoring any excess separator edges. h Composite is then obtained by taking a sum of the five measured values and dividing them by five.
Ähnlich kann auch der mittlere Durchmesser des Verbundkörpermantels dVerbundkörper bestimmt werden. Hierzu können beispielsweise auf jede der zwei Stirnseiten zwei im rechten Winkel zueinander stehende und durch das Zentrum des Wickels führende Geraden gelegt werden. Anschließend werden die Längen der Geradenabschnitte zwischen den Punkten, in denen die Geraden den Verbundkörpermantel schneiden, gemessen. Die vier gemessenen Längen werden anschließend addiert. dVerbundkörper ergibt sich anschließend durch Teilen der erhaltenen Summe durch vier.Similarly, the average diameter of the composite body sheath d composite body can be determined. For this purpose, for example, be placed on each of the two end faces two perpendicular to each other and passing through the center of the coil straight lines. Subsequently, the lengths of the straight line sections between the points where the straight lines intersect the composite body shell are measured. The four measured lengths are then added. The composite body is then obtained by dividing the sum obtained by four.
Bekanntlich expandieren und schrumpfen die Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien beim Laden und Entladen. Konsequenterweise unterliegt auch der elektrochemisch aktive Verbundkörper einer erfindungsgemäßen Knopfzelle beim Laden und Entladen einer Volumenänderung. Bei einem gewickelten Verbundkörper ändert sich erfahrungsgemäß vor allem der Durchmesser, wohingegen die Höhe des Verbundkörpers beim Laden und Entladen häufig nur vergleichsweise vernachlässigbaren Schwankungen unterliegt. Beim Laden und Entladen der erfindungsgemäßen Knopfzelle ändert sich somit zumindest dVerbundkörper und damit auch VVerbundkörper. In geladenem Zustand erreicht VVerbundkörper mit VMaxVerbundkörper ein Maximum. Bei der Konzeption einer Knopfzelle sind derlei Volumenänderungen natürlich zu berücksichtigen. Auf keinen Fall darf VMaxVerbundkörper das Gehäuseaußenvolumen VGehäuse überschreiten.As is known, the electrodes of lithium-ion batteries expand and shrink during charging and discharging. Consequently, the electrochemically active composite body of a button cell according to the invention is also subject to a volume change during loading and unloading. In a wound composite body, experience has shown that above all the diameter changes, whereas the height of the composite body during loading and unloading is often subject to comparatively negligible fluctuations. When loading and unloading the button cell according to the invention thus at least d composite body and thus also V composite body changes . When loaded, V composite body reaches a maximum with V Max composite body . When designing a coin cell, such changes in volume must of course be taken into account. In no case must V Max composite body exceed the outer housing volume V housing .
Zur Bestimmung von VMaxVerbundkörper kann analog wie bei der Bestimmung von VVerbundkörper vorgegangen werden. Die benötigten Abstände werden dann bestimmt, wenn die Knopfzelle vollständig geladen ist.The determination of V Max composite bodies can be carried out analogously to the determination of V composite bodies. The required distances are then determined when the button cell is fully charged.
In einer erfindungsgemäßen Knopfzelle weisen die Stirnseiten des Wickels und damit die Grundflächen des Verbundkörpers in Richtung der kreisrunden und zueinander parallelen Gehäuseböden.In a button cell according to the invention, the end faces of the coil and thus the base surfaces of the composite body in the direction of the circular and mutually parallel housing bottoms.
Innerhalb des Wickels befindet sich meist ein axial ausgerichteter Hohlraum mit Öffnungen im Zentrum der Stirnseiten. Dieser Hohlraum resultiert daraus, dass in bevorzugten Ausführungsformen zur Bildung des Wickels die zu einer bandförmigen Einzelzelle kombinierten Elektroden- und Separatorbänder auf einen Wickelkern oder einen Wickeldorn aufgewickelt werden, wie dies eingangs beschrieben wurde. Der Hohlraum bildet sich dann beispielsweise beim Abziehen des Wickels von dem Wickeldorn. Da Wickelkerne und Wickeldorn meist zumindest näherungsweise zylindrisch ausgebildet sind, lässt sich in dieser Ausführungsform das Volumen des elektrochemisch aktiven Verbundkörpers rechnerisch wie das Volumen eines Hohlzylinders ermitteln.Within the coil is usually an axially aligned cavity with openings in the center of the end faces. This hollow space results from the fact that in preferred embodiments for forming the roll, the electrode and separator strips combined to form a strip-shaped single cell are wound onto a winding core or a winding mandrel, as described above. The cavity is then formed, for example, when removing the roll from the winding mandrel. Since winding cores and winding mandrel are usually at least approximately cylindrical, in this embodiment, the volume of the electrochemically active composite body can be calculated as the volume of a hollow cylinder.
Dem axial ausgerichteten Hohlraum ist ein Hohlraumvolumen VHohlraum zugeordnet, das als Produkt der Verbundkörperhöhe hVerbundkörper (diese entspricht der Höhe des axial ausgerichteten Hohlraums), der Zahl π und dem Quadrat einer Hälfte eines Hohlraumdurchmessers dHohlraum definiert ist (VHohlraum = hVerbundkörper × π × (0,5 × dHohlraum)2). Dabei entspricht dHohlraum dem mittleren Durchmesser des Hohlraums. Dieser kann insbesondere in Analogie zu dVerbundkörper bestimmt werden. Hierzu können beispielsweise auf jede der zwei Stirnseiten zwei im rechten Winkel zueinander stehende und durch das Zentrum des Wickels und damit durch das Zentrum des Hohlraums führende Geraden gelegt werden. Anschließend werden die Längen der Geradenabschnitte zwischen den Punkten, in denen die Geraden die Wand des Hohlraums schneiden, gemessen. Die vier gemessenen Längen werden anschließend addiert. dHohlraum ergibt sich durch Division der erhaltenen Summe durch vier. Kurzum, das Hohlraumvolumen kann rechnerisch ebenfalls wie das Volumen eines Kreiszylinders ermittelt werden.Associated with the axially aligned cavity is a void volume V cavity defined as the product of the composite height h composite (which corresponds to the height of the axially aligned cavity), the number π and the square of one half of a cavity diameter d cavity (V void = h composite body × π × (0.5 × d cavity ) 2 ). In this case, d cavity corresponds to the mean diameter of the cavity. This can be determined in particular in analogy to the composite body . For this purpose, for example, be placed on each of the two end faces two perpendicular to each other and through the center of the coil and thus through the center of the cavity leading straight lines. Subsequently, the lengths of the straight line sections between the points where the straight lines intersect the wall of the cavity are measured. The four measured lengths are then added. The cavity is obtained by dividing the sum obtained by four. In short, the void volume can also be computationally determined as the volume of a circular cylinder.
Es ist besonders bevorzugt, dass der axial ausgerichtete Hohlraum im Verbundkörper mit einem Wickelkern gefüllt ist. Bei einem solchen Wickelkern kann es sich beispielsweise um ein zylindrisches Kunststoffteil handeln, der den Hohlraum im Wesentlichen vollständig ausfüllt. In diesem Fall erfolgt in der Regel keine Änderung von dHohlraum und VHohlraum beim Laden und Entladen der erfindungsgemäßen Knopfzelle. Sofern dies jedoch nicht der Fall ist, ändern sich dHohlraum und damit auch VHohlraum beim Laden und Entladen der Knopfzelle. Wenn die Knopfzelle vollständig geladen ist, erreicht VHohlraum mit VMinHohlraum ein Minimum.It is particularly preferred that the axially aligned cavity in the composite body is filled with a winding core. Such a winding core may, for example, be a cylindrical plastic part which substantially completely fills the cavity. In this case, usually no Change of d cavity and V cavity during loading and unloading of the button cell according to the invention. If this is not the case, however, the cavity and thus also the void cavity change during loading and unloading of the button cell. When the button cell is fully charged, V cavity reaches a minimum with Vmin cavity .
Zur Bestimmung der zur Ermittlung von VGehäuse, VVerbundkörper, VMaxVerbundkörper und VHohlraum benötigten Parameter muss eine Knopfzelle nicht zwingend geöffnet werden. Es ist ohne weiteres möglich, die Dimensionen sämtlicher Bauteile der Knopfzelle sowie deren relative Positionierung zueinander mittels eines kontaktlosen Messverfahrens wie beispielsweise der Computertomographie zu bestimmen.To determine the parameters required to determine V package , V composite , V Max composite and V cavity , a button cell need not necessarily be opened. It is readily possible to determine the dimensions of all components of the button cell and their relative positioning to each other by means of a contactless measuring method such as computed tomography.
Die erfindungsgemäße Knopfzelle umfasst ein Totvolumen VTOT, das sich durch Subtraktion von VMaxVerbundkörper von VGehäuse und anschließender Addition von VHohlraum (VTOT = VGehäuse – VMaxVerbundkörper + VHohlraum) ergibt. Dabei gilt mit der Maßgabe, dass
- – 5 mm ≤ dGehäuse ≤ 30 mm und
- – 3 mm ≤ hGehäuse ≤ 15 mm und
- – hGehäuse ≤ dGehäuse
- - 5 mm ≤ d housing ≤ 30 mm and
- - 3 mm ≤ h housing ≤ 15 mm and
- - h housing ≤ d housing
Die erfindungsgemäße Knopfzelle zeichnet sich besonders durch ein minimiertes Totvolumen VTOT und dadurch durch eine maximierte Volumennutzung (in Bezug auf das Gehäuseaußenvolumen VGehäuse) aus.The button cell according to the invention is characterized in particular by a minimized dead volume V TOT and thereby by a maximized volume utilization (in relation to the housing outer volume V housing ).
Die erfindungsgemäße Knopfzelle umfasst in bevorzugter Ausführungsform einen Elektrolyten, mit dem der Verbundkörper getränkt ist. Als Elektrolyt kommen grundsätzlich sämtliche Elektrolyte in Frage, die sich für Lithium-Ionen-Batterien eignen. In der Regel handelt es sich um aprotische, organische Lösungsmittel wie Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder eine Mischung mehrerer Carbonate.The button cell according to the invention comprises in a preferred embodiment an electrolyte with which the composite body is impregnated. In principle, all electrolytes which are suitable for lithium-ion batteries are suitable as the electrolyte. In general, it is aprotic, organic solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate or a mixture of several carbonates.
Bevorzugt sind sowohl die Stirnseiten des Wickels (bzw. die Grundflächen des Verbundkörpers) als auch die Gehäuseböden parallel zueinander angeordnet. Das Gehäuseaußenvolumen ist somit als Zylinder definiert, der Verbundkörper ist ein Zylinder. Dies ist die zentrale Voraussetzung für eine optimale Nutzung des Gehäuseaußenvolumens. Je mehr sich die Höhe und der Durchmesser des Verbundkörpers an die Höhe und den Durchmesser des Gehäusebodens angleichen, umso mehr verbessert sich die prozentuale Nutzung des maximal zur Verfügung stehenden Volumens durch den Verbundkörper.Preferably, both the end faces of the coil (or the base surfaces of the composite body) and the housing bases are arranged parallel to each other. The housing outer volume is thus defined as a cylinder, the composite body is a cylinder. This is the central requirement for optimal use of the housing exterior volume. The more the height and diameter of the composite match the height and diameter of the case bottom, the more the percentage utilization of the maximum available volume through the composite improves.
Eine erfindungsgemäße Knopfzelle zeichnet sich in der Regel dadurch aus, dass
- – mindestens eines der Elektrodenbänder eine positive Elektrode ist, die einen ersten bandförmigen Stromkollektor umfasst, der von elektrochemischem Aktivmaterial bedeckt ist, und
- – mindestens eines der Elektrodenbänder eine negative Elektrode ist, die einen zweiten bandförmigen Stromkollektor umfasst, der von elektrochemischem Aktivmaterial bedeckt ist.
- At least one of the electrode bands is a positive electrode comprising a first band-shaped current collector covered by electrochemical active material, and
- - At least one of the electrode bands is a negative electrode comprising a second band-shaped current collector, which is covered by electrochemical active material.
Die Stromkollektoren und die Aktivmaterialien der erfindungsgemäßen Knopfzelle können dem eingangs beschriebenen Stand der Technik für Lithium-Ionen-Systeme entsprechend ausgebildet sein. Bevorzugt kommen auf der Seite der positiven Elektrode bei einer erfindungsgemäßen Knopfzelle Stromkollektoren aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung zum Einsatz. Auf der Seite der negativen Elektrode werden besonders bevorzugt Stromkollektoren aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung oder alternativ aus Nickel oder aus einer Nickellegierung verwendet.The current collectors and the active materials of the button cell according to the invention may be designed according to the prior art described above for lithium-ion systems. Preferably, current collectors made of aluminum or of an aluminum alloy are used on the side of the positive electrode in a button cell according to the invention. On the side of the negative electrode, current collectors made of copper or of a copper alloy or alternatively of nickel or of a nickel alloy are particularly preferably used.
Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Knopfzelle mindestens eines der folgenden Funktionsteile auf:
- – einen ersten metallischen Stromableiter, der die positive Elektrode mit dem positiv gepolten Gehäusehalbteil elektrisch verbindet, und/oder
- – einen zweiten metallischen Stromableiter, der die negative Elektrode mit dem negativ gepolten Gehäusehalbteil elektrisch verbindet, und/oder
- – mindestens ein Isoliermittel, das die Stirnseiten des Verbundkörpers elektrisch isoliert, und/oder
- – mindestens eine Sicherung, die beim Auslösen den elektrischen Kontakt zwischen der positiven Elektrode und dem positiv gepolten Gehäusehalbteil und/oder zwischen der negativen Elektrode und dem negativ gepolten Gehäusehalbteil unterbricht.
- A first metallic current conductor which electrically connects the positive electrode to the positive-pole housing half-part, and / or
- A second metallic current conductor which electrically connects the negative electrode to the negative-polarity half of the housing half, and / or
- - At least one insulating means which electrically isolates the end faces of the composite body, and / or
- - At least one fuse which interrupts the electrical contact between the positive electrode and the positive-pole Gehäusehalbteil and / or between the negative electrode and the negative-polarity Gehäusgehalbteil when triggered.
In aller Regel können die erwähnten Stromkollektoren aufgrund der Tatsache, dass sie mit elektrochemischem Aktivmaterial bedeckt sind, nicht dazu dienen, eine unmittelbare elektrische Verbindung zu den Gehäusehalbteilen zu bilden. Hierfür werden der erste und der zweite Stromableiter benötigt. Bei den Stromableitern kann es sich um separate metallische Bauteile handeln, die durch Verschweißung mit den Stromkollektoren verbunden sind. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einen nicht mit Aktivmaterial bedeckten Teil des Stromkollektors als Ableiter zu verwenden. As a rule, due to the fact that they are covered with electrochemical active material, the mentioned current collectors can not serve to form a direct electrical connection to the housing halves. This requires the first and second current arresters. The current conductors can be separate metallic components, which are connected by welding to the current collectors. In principle, it is also possible to use a not covered with active material part of the current collector as arrester.
Bei dem Isoliermittel kann es sich beispielsweise um eine Kunststofffolie handeln, die auf die Stirnseiten aufgelegt ist oder mit denen die Innenseiten der Gehäuseböden bedeckt sind.The insulating means may be, for example, a plastic film which is placed on the end faces or with which the insides of the housing bottoms are covered.
Bei der mindestens einen Sicherung handelt es sich bevorzugt um eine thermische Sicherung, die bei Überschreiten eines Temperaturgrenzwerts anspricht und einen der genannten elektrischen Kontakte unterbricht. Besonders bevorzugt können hierfür Schmelzsicherungen oder PTC-Elemente verwendet werden. Geeignet sind beispielsweise PTC-Elemente, wie sie in der
Besonders bevorzugt sind bei einer erfindungsgemäßen Knopfzelle die Gehäuseböden und die Stirnseiten des Verbundkörpers sämtlich parallel zueinander und das oder die Funktionsteile der Knopfzelle sämtlich zwischen den Innenseiten der Gehäuseböden und den Stirnseiten des Verbundkörpers angeordnet. Oder anders ausgedrückt, es ist bevorzugt, dass keines der genannten Funktionsteile zwischen dem Verbundkörpermantel und dem Gehäusemantel angeordnet ist. Im Hinblick auf die oben angesprochene Volumennutzung bringt eine derartige Anordnung große Vorteile mit sich. Der Durchmesser des Verbundkörpers kann dem Durchmesser des Gehäuses weiter angenähert werden, wenn der Zwischenraum zwischen dem Verbundkörpermantel und dem Gehäusemantel frei von Funktionsteilen ist. Wenn die Höhe des Gehäuses nicht vollständig durch den Verbundkörper genutzt werden kann, so erhöht sich dadurch das Totvolumen VTOT in der Regel weniger stark, als wenn der Verbundkörper in Bezug auf seine maximale radiale Ausdehnung beschränkt ist.In a button cell according to the invention, the housing bottoms and the end faces of the composite body are particularly preferably all parallel to one another and the functional part or parts of the button cell are all arranged between the insides of the housing bottoms and the end faces of the composite body. In other words, it is preferred that none of the said functional parts is arranged between the composite body shell and the housing shell. In view of the volume utilization mentioned above, such an arrangement brings great advantages. The diameter of the composite can be further approximated to the diameter of the housing if the gap between the composite body shell and the shell is free of functional parts. If the height of the housing can not be fully utilized by the composite body, then the dead volume V TOT will typically increase less than if the composite is limited in its maximum radial extent.
Alle genannten Funktionsteile lassen sehr dünn ausbilden, so dass sich die Höhe des Gehäuses auch dann weitestgehend nutzen lässt, wenn das oder die Funktionsteile zwischen den Innenseiten der Gehäuseböden und den Stirnseiten des Verbundkörpers angeordnet sind. In besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt der Abstand zwischen den Stirnseiten und den Gehäuseböden im Bereich von 100 μm bis 400 μm, insbesondere im Bereich von 200 μm und 400 μm.All said functional parts can be made very thin, so that the height of the housing can be used as much as possible even if the functional part or parts are arranged between the inner sides of the housing bases and the end faces of the composite body. In particularly preferred embodiments, the distance between the end faces and the housing bottoms in the range of 100 .mu.m to 400 .mu.m, in particular in the range of 200 microns and 400 microns.
Derart geringe Abstände lassen sich durch ein Bündel von Maßnahme realisieren. Zum einen sollte der stirnseitige Separatorüberstand optimiert werden. Bei der Ermittlung von hVerbundkörper wird der Separatorüberstand zwar vernachlässigt, er leistet damit aber einen Beitrag zur Erhöhung von VTOT. Idealerweise sollte er so gering wie möglich sein. Zum anderen sollten als Isoliermittel, welche die Stirnseiten des Verbundkörpers elektrisch isolieren, besonders dünne Folien mit einer Dicke im Bereich von 10 μm bis 50 μm verwendet werden. Weiterhin sollten gegebenenfalls auch besonders dünne Stromableiter und Sicherungen verwendet werden.Such small distances can be realized by a bundle of measures. On the one hand, the frontal separator supernatant should be optimized. Although the separator supernatant is neglected in the determination of h composite bodies, it nevertheless contributes to increasing V TOT . Ideally, it should be as low as possible. On the other hand, particularly thin foils having a thickness in the range from 10 μm to 50 μm should be used as insulating means which electrically insulate the end faces of the composite body. Furthermore, if necessary, even very thin current conductors and fuses should be used.
Bei den Stromableitern handelt es sich bevorzugt um metallische Folien mit einer Dicke zwischen 30 μm und 90 μm. Besonders bevorzugt treten diese aus den Stirnseiten des Wickels aus und sind flach auf den Stirnseiten abgelegt. Die Stromableiter für die positive Elektrode (der erste Stromableiter) bestehen bevorzugt aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Die Stromableiter für die negative Elektrode (der zweite Stromableiter) bestehen bevorzugt aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung oder alternativ aus Nickel oder aus einer Nickellegierung.The current conductors are preferably metallic foils with a thickness between 30 .mu.m and 90 .mu.m. Particularly preferably, these emerge from the end faces of the roll and are laid flat on the end faces. The positive electrode current conductors (the first current collector) are preferably made of aluminum or of an aluminum alloy. The negative electrode current conductors (the second current collector) are preferably made of copper or of a copper alloy or alternatively of nickel or of a nickel alloy.
Besonders bevorzugt umfasst der aus den Elektrodenbändern und dem mindestens einen Separatorband gebildete Wickel eine die Mantelseite des Wickels (Verbundkörpermantel) bildende außenliegende erste Windung sowie weiterhin eine unmittelbar unter der ersten Windung liegende zweite Windung, wobei zwischen den beiden Windungen eine stoffschlüssige Verbindung besteht. Herkömmliche Elektroden-Separator-Wickel werden, um sie kompakt zu halten, mit einem Klebeband umwickelt. Nachteilig ist natürlich, dass das Klebeband Platz außerhalb des eigentlichen Wickels benötigt, zusätzliche Materialkosten verursacht und bei der Herstellung eine eigene Apparatur zum Aufbringen des Bandes benötigt wird. Die stoffschlüssige Verbindung erlaubt es, auf das Klebeband zu verzichten.Particularly preferably, the winding formed from the electrode tapes and the at least one separator belt comprises an outer first turn forming the shell side of the coil (composite body shell) and also a second turn lying directly below the first turn, wherein a cohesive connection exists between the two turns. Conventional electrode-separator wraps are wrapped with adhesive tape to keep them compact. The disadvantage, of course, is that the adhesive tape requires space outside of the actual roll, causes additional material costs and in the production of a separate apparatus for applying the tape is needed. The cohesive connection makes it possible to dispense with the tape.
Zur Herstellung dieser besonders bevorzugten Ausführungsform werden gewickelte Verbundkörper aus einer bandförmigen Einzelzelle gebildet, wie dies grundsätzlich aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist (siehe eingangs beschriebene Ausführungen). Die stoffschlüssige Verbindung wird nach Abschluss des Wickelvorgangs zwischen der abschließenden äußeren Windung des Wickels (der Windung mit dem größten Radius) und einer darunter liegenden Windung, insbesondere der unmittelbar darunter liegenden Windung (der Windung mit dem zweitgrößten Radius) ausgebildet.To produce this particularly preferred embodiment, wound composite bodies are formed from a band-shaped individual cell, as is already known in principle from the prior art (see the statements described above). The cohesive connection is made after completion of the winding process between the final outer winding of the coil (the winding with the largest Radius) and an underlying winding, in particular the immediately underlying winding (the winding with the second largest radius) is formed.
Besonders bevorzugt wird die äußere Windung des Wickels ausschließlich durch das mindestens eine Separatorband gebildet. Mit anderen Worten, die äußere Windung besteht ausschließlich aus dem mindestens einen Separatorband und umfasst keinerlei Elektrodenaktivmaterialien oder Stromableiter. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht zumindest auch ein Teilabschnitt der unmittelbar darunter liegenden Windung ausschließlich aus dem mindestens einen Separatorband.Particularly preferably, the outer turn of the roll is formed exclusively by the at least one separator belt. In other words, the outer winding consists exclusively of the at least one separator belt and does not comprise any electrode active materials or current conductors. In a further preferred embodiment, at least one subsection of the immediately underlying turn consists exclusively of the at least one separator belt.
Derartige Ausführungsformen lassen sich bilden, indem man das zur Herstellung der bandförmigen Einzelzelle verwendete mindestens eine Separatorband endständig überstehen lässt, wenn man es mit den bandförmigen positiven und negativen Elektroden kombiniert (beispielsweise durch rechtzeitiges Stoppen der Zufuhr der Elektrodenbänder). so dass die Länge des Separators die Länge der Elektroden im Wickel um mindestens eine Windung, bevorzugt um zwei oder mehr Windungen, übersteigt. Der bandförmige Einzelzelle lässt sich entsprechend in einen ersten Längenabschnitt mit Elektroden und einen zweiten, endständigen Längenabschnitt bestehend nur aus dem mindestens einen Separator unterteilen, wobei im Wickel aus dem ersten Längenabschnitt mit den Elektroden die inneren Windungen gebildet sind und aus dem endständigen Abschnitt die äußere Windung oder die außen liegenden Windungen.Such embodiments may be formed by terminating the at least one separator tape used to make the tape-shaped single cell when combined with the tape-shaped positive and negative electrodes (for example by timely stopping the supply of the electrode tapes). such that the length of the separator exceeds the length of the electrodes in the winding by at least one turn, preferably by two or more turns. The band-shaped individual cell can be subdivided correspondingly into a first longitudinal section with electrodes and a second, terminal longitudinal section consisting only of the at least one separator, wherein the inner turns are formed in the winding from the first longitudinal section with the electrodes and the outer turn from the terminal section or the outer turns.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die stoffschlüssige Verbindung mittels thermischer Verschmelzung gebildet. Es werden also die äußere Windung des Wickels und mindestens eine darunter liegende Windung, insbesondere die unmittelbar darunter liegende Windung, miteinander verschmolzen. Auf diese Weise kann eine unmittelbare stoffschlüssige Verbindung besonders vorteilhaft ausgebildet werden.According to a particularly preferred embodiment, the cohesive connection is formed by means of thermal fusion. Thus, the outer turn of the roll and at least one turn below, in particular the turn immediately below, are fused together. In this way, an immediate cohesive connection can be formed particularly advantageous.
Die thermische Verschmelzung erfolgt bevorzugt mittels eines Werkzeugs, das auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Materials, aus dem der mindestens eine Separator besteht, erwärmt ist.The thermal fusion preferably takes place by means of a tool which is heated to a temperature above the melting point of the material of which the at least one separator is made.
In bevorzugten Ausführungsformen kann die thermische Verschmelzung über das Ende der äußeren Windung des Wickels hinaus erfolgen, so dass nicht nur die äußere Windung mit der unmittelbar darunterliegenden Windung, sondern auch die unmittelbar darunterliegende Windung mit einer wiederum darunterliegenden Windung stoffschlüssig verbunden wird. Hintergrund dieser Verfahrensvariante ist, dass der Wickel ein außen liegendes freies Ende aufweist und es nicht einfach ist, automatisiert die Position dieses freien Endes zu bestimmen. Eine Notwendigkeit zur exakten Erkennung dieses freien Endes entfällt in dieser Ausführungsform.In preferred embodiments, the thermal fusion may take place beyond the end of the outer turn of the roll so that not only the outer turn with the immediately underlying turn, but also the turn immediately below it, is materially connected to a turn below turn. Background of this process variant is that the winding has an outer free end and it is not easy to automatically determine the position of this free end. A need for exact detection of this free end is omitted in this embodiment.
Zusätzlich oder alternativ zur beschriebenen Verschmelzung kann die stoffschlüssige Verbindung auch durch Aufbringen eines adhäsiven Materials auf die Innenseite der äußeren Windung und/oder auf die Außenseite der unmittelbar darunterliegenden Windung realisiert werden. Bei dem adhäsiven Material kann es sich beispielsweise um einen Klebstoff handeln, welcher die Windungen nach dem Aushärten zusammenhält. Besonders geeignet sind durch Strahlung aushärtbare Klebstoffe, da sich bei diesen das Aushärten stark beschleunigen lässt.In addition or as an alternative to the described fusion, the cohesive connection can also be realized by applying an adhesive material to the inside of the outer turn and / or to the outside of the immediately underlying turn. The adhesive material may be, for example, an adhesive which holds the turns together after curing. Radiation-curable adhesives are particularly suitable since they can be used to greatly accelerate curing.
Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Knopfzelle ist bevorzugt aus einem positiv gepolten und einem negativ gepolten metallischen Gehäusehalbteil zusammengesetzt. Die Gehäusehalbteile sind mittels einer elektrisch isolierenden Foliendichtung voneinander getrennt, wobei das positive Gehäusehalbteil und das negative Gehäusehalbteil jeweils eine in den Innenraum des Gehäuses weisende Innenseite und eine in eine entgegengesetzte Richtung weisende Außenseite aufweisen. Besonders bevorzugt liegt die
- – mittlere Dicke der Gehäusehalbteile im Bereich von 80 μm und 160 μm und/oder
- – die mittlere Dicke der isolierenden Foliendichtung im Bereich von 40 μm und 150 μm.
- - Average thickness of the housing halves in the range of 80 microns and 160 microns and / or
- - The average thickness of the insulating film seal in the range of 40 microns and 150 microns.
Bei der Foliendichtung handelt es sich bevorzugt um eine Dichtung, wie sie in der
Die Gehäusehalbteile sind bevorzugt aus metallischen Materialien wie Edelstahl, vernickeltem Stahl oder Blech gefertigt. Weiterhin geeignet sind insbesondere auch Trimetalle, beispielsweise mit der Abfolge Nickel, Stahl (oder Edelstahl) und Kupfer (von außen nach innen). Trimetall eignen sich vor allem zur Fertigung von negativ gepolten Gehäusehalbteilen. Zur Herstellung des positiv gepolten Gehäusehalbteils eignet sich vor allem Edelstahl, insbesondere austenitischer, rostfreier Stahl vom Typ 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2).The housing half parts are preferably made of metallic materials such as stainless steel, nickel-plated steel or sheet metal. Also particularly suitable are trimetalles, for example with the sequence nickel, steel (or stainless steel) and copper (from outside to inside). Trimetallic acid are especially suitable for the production of negatively polarized housing halves. Stainless steel, in particular austenitic stainless steel of the type 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2), is particularly suitable for producing the positively poled housing half.
Das positiv gepolte und das negativ gepolte Gehäusehalbteil sind bevorzugt becherförmig ausgebildet und weisen jeweils einen kreisrunden Becherboden, eine umlaufende Becherwand, einen Becherrand mit einer endständigen Schnittkante und eine von dem Becherrand definierte Becheröffnung auf. Die Becherwände lassen sich bevorzugt als ringförmige Segmente eines Hohlzylinders mit kreisförmigem Querschnitt beschreiben. Ihre Durchmesser entsprechen bevorzugt entweder exakt denen des jeweils dazugehörigen kreisförmigen Bodens oder liegen darüber. In der Regel sind die Becherwände orthogonal zu den dazugehörigen Böden ausgerichtet. In zusammengesetztem Zustand entsprechen die Becherböden den zwei kreisrunden, voneinander beabstandeten und zueinander parallelen Gehäuseböden, während die Becherwände den ringförmigen Gehäusemantel bilden. The positive-pole and the negative-pole housing half-parts are preferably cup-shaped and each have a circular cup bottom, a circumferential cup wall, a cup rim with a terminal cutting edge and a cup opening defined by the cup rim. The cup walls can preferably be described as annular segments of a hollow cylinder with a circular cross-section. Their diameters preferably correspond either exactly to those of the respectively associated circular bottom or lie above it. In general, the cup walls are aligned orthogonal to the corresponding bottoms. In the assembled state, the cup bases correspond to the two circular, spaced-apart and mutually parallel housing bottoms, while the cup walls form the annular housing jacket.
Die Becherböden und die Becherwände grenzen nicht zwingend unmittelbar aneinander an. Vielmehr kann es bevorzugt sein, dass eine Kante oder Schulter einen Übergang zwischen den Böden und den Wänden bildet. Die Kante oder Schulter umfasst die Bereiche der Gehäusehalbteile, die außerhalb der Ebene des jeweiligen Bodens liegen aber noch nicht Teil der Becherwand sind. Die Kante oder Schulter kann abgerundet oder scharf sein.The cup bases and the cup walls do not necessarily adjoin one another directly. Rather, it may be preferred for an edge or shoulder to form a transition between the floors and the walls. The edge or shoulder comprises the areas of the housing halves which are outside the plane of the respective floor but are not yet part of the cup wall. The edge or shoulder may be rounded or sharp.
Bevorzugt wird das positiv gepolte Gehäusehalbteil als Zellenbecher bezeichnet. Das negativ gepolte Gehäusehalbteil wird bevorzugt als Zellendeckel bezeichnet.Preferably, the positive-pole Gehäusehalbteil is referred to as a cell cup. The negative-polarity of the housing half is preferably referred to as a cell cover.
In zusammengesetztem Zustand ist der Zellendeckel der erfindungsgemäßen Knopfzelle mit der Schnittkante voraus in den Zellenbecher eingeschoben, so dass die Becherwand des Zellenbechers und die Becherwand des Zellendeckels mindestens bereichsweise überlappen und einen umlaufenden, doppelwandigen Wandbereich bilden. Die Größe des Überlappungsbereiches bzw. das Verhältnis von überlappendem Bereich zu nicht überlappenden Bereichen ist dabei durch die jeweilige Höhe der Wände von Zellenbecher und Zellendeckel sowie durch die Tiefe des Einschubs festgelegt. Die Foliendichtung ist insbesondere auch zwischen den überlappenden Becherwänden angeordnet.In the assembled state, the cell lid of the button cell according to the invention is inserted with the cutting edge in advance in the cell cup, so that the cup wall of the cell cup and the cup wall of the cell lid overlap at least partially and form a circumferential, double-walled wall area. The size of the overlapping area or the ratio of overlapping area to non-overlapping areas is determined by the respective height of the walls of the cell cup and the cell lid and by the depth of the insert. The film seal is arranged in particular between the overlapping cup walls.
Es ist bevorzugt, dass die Becherwand des Zellenbechers in dem mit der Becherwand des Zellendeckels überlappenden Bereich von mindestens einem Loch durchbrochen ist.It is preferred that the cup wall of the cell cup is broken in the region of at least one hole overlapping the cup wall of the cell lid.
Bei der mindestens einen Loch kann es sich beispielsweise um eine Bohrung handeln, die mittels rotierender Werkzeuge oder durch alternative Vorgehensweisen wie Bohrerodieren oder Laserbohren gefertigt wurde. Wie die Bohrung in den Mantel des Zellenbechers eingebracht wurde, ist aber grundsätzlich unerheblich. Wichtiger ist dagegen ihre Größe. Bevorzugt weist die mindestens eine Bohrung einen Durchmesser von maximal bis zu 2 mm auf, insbesondere einen Durchmesser im Bereich zwischen 10 μm und 500 μm.The at least one hole may be, for example, a hole made by means of rotating tools or by alternative methods such as drill erosion or laser drilling. How the hole was introduced into the shell of the cell cup, but in principle irrelevant. More important is their size. Preferably, the at least one bore has a maximum diameter of up to 2 mm, in particular a diameter in the range between 10 .mu.m and 500 .mu.m.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Zellendeckel so weit in den Zellenbecher eingeschoben, dass der Becherrand des Zellendeckels auf dem Boden des Zellenbechers aufsitzt (vollständiger Einschub). Gegebenenfalls liegt der Becherrand dabei auf einem Stützring auf, der in den Zellenbecher eingelegt ist. In einigen Ausführungsformen liegt der Becherrand dabei auch unmittelbar auf dem Boden auf.In preferred embodiments, the cell lid is inserted so far into the cell cup that the cup edge of the cell lid sits on the bottom of the cell cup (full insertion). Optionally, the cup rim lies on a support ring which is inserted into the cell cup. In some embodiments, the cup edge is also directly on the ground.
Die Höhen der Becherwände von Zellenbecher und Zellendeckel sind bevorzugt derart aufeinander abgestimmt, dass bei vollständigem Einschub des Zellendeckels in den Zellenbecher ein Umbiegen des Becherrands des Zellenbechers nach innen über die Becherwand des Zellendeckels, insbesondere auch über die Kante oder Schulter, nicht möglich ist.The heights of the cup walls of the cell cup and cell lid are preferably matched to one another such that upon complete insertion of the cell lid into the cell cup, bending of the cup rim of the cell cup inwardly beyond the cup wall of the cell lid, especially over the edge or shoulder, is not possible.
Bevorzugt liegt die Schnittkante des Zellenbechers bei vollständigem Einschub des Zellendeckels in den Zellenbecher an der Außenseite der Becherwand des Zellendeckels an.Preferably, when the cell lid is fully inserted into the cell cup, the cut edge of the cell cup rests against the outside of the cup wall of the cell lid.
In einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Becherwand des Zellenbechers in Richtung der Schnittkante einen konstanten Innendurchmesser auf. In dieser Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Knopfzelle bördelfrei verschlossen. Der Zusammenhalt der Gehäusekomponenten Zellenbecher, Zellendeckel und Dichtung wird also nur durch Haftkraft gewährleistet.In a first particularly preferred embodiment, the cup wall of the cell cup has a constant inner diameter in the direction of the cutting edge. In this embodiment, the button cell according to the invention is closed without crimping. The cohesion of the housing components cell cup, cell lid and seal is thus ensured only by adhesive force.
Es ist in dieser bevorzugten Ausführungsform bevorzugt, dass die Becherwand des Zellenbechers vollständig mit der Becherwand des Zellendeckels überlappt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Becherwand des Zellendeckels einen Bereich oder ein Segment aufweist, das nicht mit der Becherwand des Zellenbechers überlappt. Entsprechend weist die Becherwand des Zellenbechers bevorzugt eine geringere Höhe auf als die Becherwand des Zellendeckels. Vorzugsweise beträgt die Höhe der Becherwand des Zellenbechers zwischen 35 und 95%, insbesondere zwischen 50% und 75%, der Höhe der Becherwand des Zellendeckels.It is preferred in this preferred embodiment that the cup wall of the cell cup completely overlap with the cup wall of the cell lid. Furthermore, it is preferred that the cup wall of the cell lid has an area or a segment that does not overlap with the cup wall of the cell cup. Accordingly, the cup wall of the cell cup preferably has a lower height than the cup wall of the cell lid. Preferably, the height of the cup wall of the cell cup is between 35 and 95%, in particular between 50% and 75%, of the height of the cup wall of the cell lid.
In einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Zellenbecher einer erfindungsgemäßen Knopfzelle eine Schnittkante auf, die radial nach innen umgebogen ist, so dass der Innendurchmesser der Becherwand des Zellenbechers zur Schnittkante hin abnimmt. Die Becheröffnung des Zellenbechers verengt sich also zur Schnittkante hin. In a second particularly preferred embodiment, the cell cup of a button cell according to the invention has a cutting edge which is bent radially inwards, so that the inner diameter of the cup wall of the cell cup decreases towards the cutting edge. The cup opening of the cell cup thus narrows towards the cutting edge.
In einer Weiterbildung dieser besonders bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die erfindungsgemäße Knopfzelle dadurch aus, dass die Becherwand des Zellendeckels in dem mit der Becherwand des Zellenbechers überlappenden Bereich ein ringförmiges, radial nach außen aufgeweitetes Segment umfasst, dessen Außendurchmesser größer ist als der Durchmesser der Becheröffnung des Zellenbechers im Bereich der nach innen umgebogenen Schnittkante.In a development of this particularly preferred embodiment, the button cell according to the invention is characterized in that the cup wall of the cell cover in the overlapping with the cup wall of the cell cup area comprises an annular, radially outwardly flared segment whose outer diameter is greater than the diameter of the cup opening of the cell cup in the area of the inwardly bent cutting edge.
Dieses Design hat zur Folge, dass der in den Zellenbecher eingeschobene Zellendeckel mit diesem nicht mehr nur über Haftkräfte verbunden ist. Vielmehr sind die beiden Halbteile in dieser Ausführungsform in axialer Richtung auch formschlüssig miteinander verbunden. Entsteht ein Überdruck im Inneren des Gehäuses der erfindungsgemäßen Knopfzelle, so kann dieser, sofern die dabei auftretenden Kräfte die erwähnten Haftkräfte zwischen Zellenbecher und Zellendeckel überschreiten, dazu führen, dass der Zellendeckel aus dem Zellenbecher herausgedrückt wird. Dies ist bei Zellen mit einem Zellenbecher mit der erwähnten nach innen umgebogenen Schnittkante und einem Zellendeckel mit dem erwähnten radial nach außen aufgeweiteten Segment nicht mehr ohne weiteres möglich. Der Zellendeckel kann durch Druck nur noch so weit aus dem Zellenbecher getrieben werden, bis das radial nach außen aufgeweitete Segment des Zellendeckels auf die nach innen umgebogene Schnittkante trifft. Ein weiteres Auseinandergleiten in axialer Richtung kann dann nur noch unter Deformation des Zellenbechers und/oder des Zellendeckels erfolgen.This design has the consequence that the inserted into the cell cup cell cover is no longer connected to this only with adhesive forces. Rather, the two half parts are in this embodiment in the axial direction and positively connected to each other. If an overpressure arises in the interior of the housing of the coin cell according to the invention, the latter, if the forces occurring in this case exceed the mentioned adhesion forces between cell cup and cell lid, can lead to the cell lid being pushed out of the cell cup. This is no longer readily possible in cells with a cell cup with the aforementioned inwardly bent cutting edge and a cell lid with the mentioned radially outwardly flared segment. The cell lid can be driven by pressure only so far from the cell cup until the radially outwardly flared segment of the cell cover meets the inwardly bent cutting edge. Further sliding apart in the axial direction can then take place only with deformation of the cell cup and / or the cell lid.
Die Breite des aufgeweiteten Segments beträgt vorzugsweise zwischen 10% und 90%, insbesondere zwischen 30% und 70%, der Höhe der Becherwand des Zellenbechers.The width of the expanded segment is preferably between 10% and 90%, in particular between 30% and 70%, of the height of the cup wall of the cell cup.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Breite des aufgeweiteten Segments zwischen 5% und 95%, bevorzugt zwischen 25% und 75%, der Höhe des überlappenden (doppelwandigen) Bereichs beträgt, der von den Becherwänden von Zellenbecher und Zellendeckel gebildet wird, wenn der Zellendeckel vollständig in den Zellenbecher eingeschoben ist.It is further preferred that the width of the flared segment is between 5% and 95%, preferably between 25% and 75%, of the height of the overlapping (double walled) area formed by the cup walls of the cell cup and cell lid when the cell lid completely inserted into the cell cup.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem radial nach außen aufgeweiteten Segment um ein entständiges Segment, das sich bis hin zur Schnittkante des Zellendeckels erstreckt bzw. ausgehend von der Schnittkante in Richtung des Boden des Zellendeckels.In particularly preferred embodiments, the radially outwardly flared segment is an unfired segment that extends all the way to the cut edge of the cell lid, or starting from the cut edge toward the bottom of the cell lid.
Ein solches Segment, das sich nicht über den kompletten überlappenden Bereich zwischen Zellenbecher und Zellendeckel erstreckt, gewährleistet eine begrenzte Verschiebbarkeit des in den Zellenbecher eingeschobenen Zellendeckels in axialer Richtung. Das bedeutet, dass ein Innendruck, der größer als die Haftkraft zwischen dem Zellenbecher und dem Zellendeckel ist, die beiden Gehäusehalbteile in axialer Richtung so weit auseinanderdrücken kann, bis das Auseinandergleiten gestoppt wird, weil das radial nach außen aufgeweitete Segment des Zellendeckels auf die nach innen umgebogene Schnittkante des Zellenbechers trifft. Im unteren Teil des Bechers überlappen in der Folge die Becherwände von Zellenbecher und Zellendeckel nicht mehr. Durch das Auseinanderdrücken der beiden Gehäusehalbteile wird der erwähnte umlaufende, doppelwandige Wandbereich verkleinert. Unterhalb des doppelwandigen Wandbereichs liegt ein ringförmiges Segment des Zellenbechers zum Zelleninneren hin frei.Such a segment, which does not extend over the complete overlapping area between cell cup and cell lid, ensures a limited displaceability of the cell cup inserted into the cell cup in the axial direction. That is, an internal pressure greater than the adhesive force between the cell cup and the cell lid can force apart the two housing halves in the axial direction until the sliding apart is stopped because the radially outwardly flared segment of the cell lid faces inward bent edge of the cell cup hits. In the lower part of the cup, the cup walls of the cell cup and the cell lid no longer overlap. By pressing apart the two housing halves of the aforementioned circumferential, double-walled wall area is reduced. Below the double-walled wall region, an annular segment of the cell cup is exposed to the cell interior.
Es ist bevorzugt, dass die mindestens eine Bohrung in diesem Segment des Zellenbechers angeordnet ist. Bei einem Auseinandergleiten von Zellenbecher und Zellendeckel wird die mindestens eine Bohrung freigelegt, so dass ein Überdruck innerhalb der Zelle abgebaut werden kann. Die gegeneinander verschiebbaren Gehäusehalbteile fungieren in Verbindung mit der mindestens einen Bohrung wie ein Sicherheitsventil.It is preferred that the at least one bore is arranged in this segment of the cell cup. When the cell cup and the cell lid slide apart, the at least one bore is exposed, so that an overpressure within the cell can be reduced. The mutually displaceable Gehäusehalbteile act in conjunction with the at least one bore as a safety valve.
Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Bohrung, ausgehend vom Boden des Zellenbechers, in einer Höhe von bis zu 90%, vorzugsweise von bis zu 70%, insbesondere von bis zu 30%, der Gesamthöhe des Mantels angeordnet.Particularly preferably, the at least one bore, starting from the bottom of the cell cup, is arranged at a height of up to 90%, preferably of up to 70%, in particular of up to 30%, of the overall height of the jacket.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2010/146154 A2 [0003] WO 2010/146154 A2 [0003]
- WO 2010/089152 A1 [0003] WO 2010/089152 A1 [0003]
- DE 10250857 A1 [0038] DE 10250857 A1 [0038]
- DE 19647593 A1 [0052] DE 19647593 A1 [0052]
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202015004285.6U DE202015004285U1 (en) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | button cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202015004285.6U DE202015004285U1 (en) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | button cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE202015004285U1 true DE202015004285U1 (en) | 2016-09-16 |
Family
ID=57110180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE202015004285.6U Active DE202015004285U1 (en) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | button cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE202015004285U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3945617A1 (en) | 2020-07-28 | 2022-02-02 | VARTA Microbattery GmbH | Electrochemical energy storage cell |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19647593A1 (en) | 1996-11-18 | 1998-05-20 | Varta Batterie | Galvanic element in round cell form |
| DE10250857A1 (en) | 2002-10-25 | 2004-05-13 | Varta Microbattery Gmbh | Rechargeable galvanic element with at least one lithium intercalating electrode |
| WO2010089152A1 (en) | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Varta Microbattery Gmbh | Button cells and method for producing same |
| WO2010146154A2 (en) | 2009-06-18 | 2010-12-23 | Varta Microbattery Gmbh | Button cell having winding electrode and method for the production thereof |
-
2015
- 2015-06-12 DE DE202015004285.6U patent/DE202015004285U1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19647593A1 (en) | 1996-11-18 | 1998-05-20 | Varta Batterie | Galvanic element in round cell form |
| DE10250857A1 (en) | 2002-10-25 | 2004-05-13 | Varta Microbattery Gmbh | Rechargeable galvanic element with at least one lithium intercalating electrode |
| WO2010089152A1 (en) | 2009-02-09 | 2010-08-12 | Varta Microbattery Gmbh | Button cells and method for producing same |
| WO2010146154A2 (en) | 2009-06-18 | 2010-12-23 | Varta Microbattery Gmbh | Button cell having winding electrode and method for the production thereof |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3945617A1 (en) | 2020-07-28 | 2022-02-02 | VARTA Microbattery GmbH | Electrochemical energy storage cell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2771922B1 (en) | Button cells comprising a wound electrode assembly | |
| DE60126039T2 (en) | Spirally wound electrodes with separator and batteries provided with them | |
| EP3491682B1 (en) | Electrochemical cell and device with the cell | |
| DE202017006038U1 (en) | Button cell with winding composite body | |
| EP3916877A1 (en) | Energy storage cell and method of manufacturing same | |
| DE102015100109A1 (en) | LITHIUMION SECONDARY BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME | |
| DE212015000018U1 (en) | Lithium-ion cell | |
| WO2012117005A1 (en) | Helically wound electrode, battery and production thereof | |
| EP3745490B1 (en) | Method for producing a battery and battery produced according to the method | |
| EP3151304B1 (en) | Button cell on a lithium ion basis | |
| DE202015004285U1 (en) | button cell | |
| WO2016116317A1 (en) | Electrode coil for a galvanic element, and method for producing same | |
| EP4143903A1 (en) | Secondary electrochemical lithium-ion cell | |
| EP3276700B1 (en) | Electrochemical cell | |
| WO2019096856A1 (en) | Thin, secondary miniature cell having a metal housing closed by means of a plastic cover, and method for producing said miniature cell | |
| WO2023057112A1 (en) | Energy-storage element and method for producing same | |
| EP3605697A1 (en) | Method for producing an electrode separator coil, electrode separator coil and button cell comprising such a coil | |
| EP4329083A1 (en) | Electrochemical energy storage cell and method of manufacturing the same | |
| WO2024046982A1 (en) | Energy storage cell and process for the manufacturing of an energy storage cell of said type | |
| WO2023209247A2 (en) | Energy storage cell and production method | |
| EP4106062A1 (en) | Cell and method for the production of same | |
| WO2023041290A1 (en) | Energy storage element | |
| WO2023016769A1 (en) | Energy storage element, assembly of energy storage elements and production process | |
| EP4135088A1 (en) | Energy storage element, composite of energy storage elements and manufacturing method | |
| EP3806217A1 (en) | Energy storage element and method of manufacturing same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: OSTERTAG & PARTNER, PATENTANWAELTE MBB, DE Representative=s name: PATENTANWALTSKANZLEI CARTAGENA PARTNERSCHAFTSG, DE |
|
| R207 | Utility model specification | ||
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWALTSKANZLEI CARTAGENA PARTNERSCHAFTSG, DE |
|
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0002020000 Ipc: H01M0050100000 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: OSTERTAG & PARTNER, PATENTANWAELTE MBB, DE |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |