DE202017006038U1 - Button cell with winding composite body - Google Patents

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Abstract

Knopfzelle (100) mit den Merkmalena. Sie umfasst ein einen Innenraum (104) einschließendes, aus zwei metallischen Gehäuseteilen (101, 102) zusammengesetztes Gehäuse mit zwei kreisförmigen, voneinander beabstandeten und zueinander parallelen Gehäuseböden (101a, 102a) sowie einem die Gehäuseböden verbindenden ringförmigen Gehäusemantel (105),b. sie umfasst einen in dem Innenraum (104) angeordneten Wickel-Verbundkörper (106), der aus mindestens zwei spiralförmig um eine Wickelachse gewickelten Elektrodenbändern (107, 109) und mindestens einem um die Wickelachse herum spiralförmig gewickelten Separatorband (108) gebildet ist,c. der Wickel-Verbundkörper (106) weist eine durch eine erste kreisförmig umlaufende Kante (106c) begrenzte erste Stirnseite (106a), eine durch eine zweite kreisförmig umlaufende Kante (106d) begrenzte zweite Stirnseite (106b) sowie einen durch die erste und die zweite Kante begrenzten umlaufenden Mantel (106e) auf,d. die Stirnseiten (106a, 106b) werden von Längsrändern (108a, 108b) des mindestens einen Separatorbands (108) gebildet und weisen in Richtung der kreisrunden und zueinander parallelen Gehäuseböden (101a, 102a), so dass die Wickelachse senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Gehäuseböden ausgerichtet ist,e. mindestens eines der Elektrodenbänder (107) ist eine positive Elektrode, die einen ersten bandförmigen Stromkollektor umfasst,f. mindestens eines der Elektrodenbänder (109) ist eine negative Elektrode, die einen zweiten bandförmigen Stromkollektor (110) umfasst, undg. der erste oder der zweite bandförmige Stromkollektor (110) ist in Längsrichtung unterteilt in einen mit Elektrodenmaterial bedeckten Masseabschnitt (111) und einen nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten, endständigen Kontaktabschnitt (113),sowie den zusätzlichen Merkmalenh. der endständige Kontaktabschnitt (113) ist durch eine Faltung entlang einer in einem Winkel von 10° bis 80° zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors ausgerichteten Faltlinie (115) in einen umgefalteten, streifenförmigen Teilabschnitt (113b) und einen nicht umgefalteten Teilabschnitt (113a) unterteilt, undi. der umgefaltete streifenförmige Teilabschnitt (113b) ist über die erste oder die zweite Kante gebogen (106c) und umfasst einen umgebogenen Bereich (113d), der flach auf der von dieser Kante (106c) begrenzten Stirnseite (106a) aufliegt, undj. der umgebogene Bereich (113d) ist direkt oder indirekt mit einem der Gehäuseböden (102a) elektrisch verbunden.Button cell (100) with the featuresa. It comprises an inner space (104) enclosing, composed of two metallic housing parts (101, 102) housing with two circular, spaced apart and mutually parallel housing bases (101a, 102a) and an annular housing shell (105), connecting the housing bottoms, b. it comprises a winding composite body (106) arranged in the interior space (104), which is formed from at least two electrode strips (107, 109) spirally wound about a winding axis and at least one separator strip (108) spirally wound around the winding axis, c. the winding composite body (106) has a first end face (106a) delimited by a first circular peripheral edge (106c), a second end face (106b) bounded by a second circular peripheral edge (106d) and one through the first and second edges limited circumferential coat (106e) on, d. the end faces (106a, 106b) are formed by longitudinal edges (108a, 108b) of the at least one separator strip (108) and point in the direction of the circular and mutually parallel housing bottoms (101a, 102a), so that the winding axis is perpendicular or at least substantially perpendicular to aligned with the case bottoms, e. at least one of the electrode bands (107) is a positive electrode comprising a first band-shaped current collector, f. at least one of the electrode bands (109) is a negative electrode comprising a second band-shaped current collector (110), and g. the first or the second belt-shaped current collector (110) is divided longitudinally into a mass portion (111) covered with electrode material and a terminal contact portion (113) not covered with electrode material, and the additional features h. the terminal contact section (113) is subdivided into a folded, strip-shaped partial section (113b) and an unfolded partial section (113a) by a fold along a fold line (115) aligned at an angle of 10 ° to 80 ° to the main extension direction of the band-shaped current collector, andi. the folded strip-shaped section (113b) is bent over the first or the second edge (106c) and comprises a bent portion (113d) lying flat on the end face (106a) bounded by this edge (106c), andj. the bent portion (113d) is directly or indirectly electrically connected to one of the housing bottoms (102a).

Description

Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft eine Knopfzelle, die ein einen Innenraum einschließendes, aus zwei metallischen Gehäuseteilen zusammengesetztes Gehäuse mit zwei kreisförmigen, voneinander beabstandeten und zueinander parallelen Gehäuseböden sowie einem die Gehäuseböden verbindenden ringförmigen Gehäusemantel umfasst, wobei in dem Innenraum ein Wickel-Verbundkörper angeordnet ist, der aus mindestens zwei spiralförmig um eine Wickelachse gewickelten Elektrodenbändern und mindestens einem um die Wickelachse herum spiralförmig gewickelten Separatorband gebildet ist.The invention described below relates to a button cell comprising a housing enclosing an interior, composed of two metallic housing parts housing with two circular, spaced and mutually parallel housing bottoms and an annular housing shell connecting the housing bottoms, wherein in the interior of a wound composite body is arranged, which is formed from at least two electrode strips spirally wound around a winding axis and at least one separator belt spirally wound around the winding axis.

Knopfzellen weisen meist ein zylindrisches Gehäuse auf, dessen Höhe gleich seinem Durchmesser oder kleiner als dieser ist. In dem Gehäuse können sehr unterschiedliche elektrochemische Systeme enthalten sein. Sehr verbreitet sind Zellen auf Basis von Zink/Luft, Zink/MnO2 und Nickel/Zink. Auch sekundäre (wiederaufladbare) Systeme sind sehr verbreitet. Beispiele hierfür sind Nickel/Metallhydrid-Zellen, Nickel/Cadmium-Zellen und Lithium-Ionen-Zellen.Button cells usually have a cylindrical housing whose height is equal to or smaller than its diameter. The housing may contain very different electrochemical systems. Very common are cells based on zinc / air, zinc / MnO 2 and nickel / zinc. Secondary (rechargeable) systems are very common. Examples include nickel / metal hydride cells, nickel / cadmium cells and lithium-ion cells.

Das Gehäuse von Knopfzellen besteht klassisch in aller Regel aus zwei festen, meist metallischen Gehäuseteilen, zwischen denen eine elektrisch isolierende Dichtung angeordnet ist. Eines der Gehäuseteile steht in elektrischer Verbindung mit der positiven Elektrode und ist entsprechend positiv gepolt. Das andere steht in elektrischer Verbindung mit der negativen Elektrode und ist entsprechend negativ gepolt. Die Dichtung soll einen elektrischen Kontakt zwischen den entgegengesetzt gepolten Gehäuseteilen unterbinden. Darüber hinaus soll sie einem Entweichen und auch einem Eindringen von Flüssigkeit, Feuchtigkeit oder Gasen aus dem oder in das Gehäuse entgegenwirken.The housing of button cells is classically usually two solid, usually metallic housing parts, between which an electrically insulating seal is arranged. One of the housing parts is in electrical connection with the positive electrode and is correspondingly positively poled. The other is in electrical connection with the negative electrode and is correspondingly negatively polarized. The seal should prevent electrical contact between the oppositely polarized housing parts. In addition, it should counteract the escape and also penetration of liquid, moisture or gases from or into the housing.

Lithium-Ionen-Zellen können sehr hohe Energiedichten erreichen. Zellen auf Lithium-Ionen-Basis enthalten in einigen Fällen einen Verbundkörper in Form eines Zellenstapels (stack), der aus mehreren Einzelzellen besteht. Meist enthalten die Zellen aber einen gewickelten Verbundkörper (kurz: Wickel-Verbundkörper), bei dem es sich in der Regel um eine Einzelzelle in gewickelter Form handelt.Lithium-ion cells can reach very high energy densities. Lithium ion-based cells, in some cases, contain a composite in the form of a stack of cells consisting of several single cells. However, most of the cells contain a wound composite body (short: wound composite body), which is usually a single cell in a wound form.

Knopfzellen mit Wickel-Verbundkörpern auf Lithium-Ionen-Basis sind beispielsweise in der WO 2010/146154 A2 und in der WO 2010/089152 A1 beschrieben. Wickel-Verbundkörper werden üblicherweise durch spiralförmiges Aufwickeln von bandförmigen Elektroden (kurz: Elektrodenbänder) und mindestens einem bandförmigen Separator (kurz: Separatorband) gefertigt. Die Elektrodenbänder und der mindestens eine bandförmige Separator liegen in dem Wickel-Verbundkörper flach aufeinander. Gegebenenfalls sind sie beispielsweise durch Lamination oder durch Verklebung miteinander verbunden.Button cells with winding composites lithium-ion-based, for example, in WO 2010/146154 A2 and in the WO 2010/089152 A1 described. Winding composite bodies are usually produced by spirally winding band-shaped electrodes (in short: electrode bands) and at least one band-shaped separator (in short: separator band). The electrode bands and the at least one band-shaped separator lie flat on one another in the wound composite body. Optionally, they are connected to each other, for example, by lamination or by gluing.

In der Regel umfasst ein Wickel-Verbundkörper die Sequenz positive Elektrode / Separator / negative Elektrode. Häufig werden Wickel-Verbundkörper als sogenannte Bizellen mit den möglichen Sequenzen negative Elektrode / Separator / positive Elektrode / Separator / negative Elektrode oder positive Elektrode / Separator / negative Elektrode / Separator / positive Elektrode hergestellt.As a rule, a wound composite body comprises the sequence positive electrode / separator / negative electrode. Frequently, composite wound bodies are produced as so-called bicellas with the possible negative electrode / separator / positive electrode / separator / negative electrode or positive electrode / separator / negative electrode / separator / positive electrode sequences.

Die Elektroden in Wickel-Verbundkörpern umfassen üblicherweise jeweils einen metallischen Stromkollektor sowie elektrochemisch aktive Komponenten (oft auch als Aktivmaterialien bezeichnet) und elektrochemisch inaktive Komponenten.The electrodes in wound composites usually each comprise a metallic current collector and electrochemically active components (often referred to as active materials) and electrochemically inactive components.

Die Stromkollektoren dienen dazu, die elektrochemisch aktiven Komponenten möglichst großflächig elektrisch zu kontaktieren. Sie bestehen üblicherweise aus bandförmigen, flächigen Metallsubstraten, beispielsweise aus Metallfolien oder aus einem Metallschaum oder aus einem metallisierten Vlies.The current collectors serve to contact the electrochemically active components as large as possible electrically. They usually consist of band-shaped, flat metal substrates, for example of metal foils or of a metal foam or of a metallized nonwoven.

Als Aktivmaterialien kommen für 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 sekundärer Lithium-Ionen-Systeme insbesondere Materialien auf Kohlenstoffbasis wie graphitischer Kohlenstoff oder zur Interkalation von Lithium befähigte nichtgraphitische Kohlenstoffmaterialien. Für die positive Elektrode sekundärer Lithium-Ionen-Systeme kommen beispielsweise Lithium-Metalloxid-Verbindungen und Lithium-Metallphosphat-Verbindungen wie LiCoO2 und LiFePO4 in Frage.As the active materials for secondary lithium-ion systems, all materials in question, which can absorb lithium ions and release again. The prior art in this regard for the negative electrode secondary lithium-ion systems, in particular carbon-based materials such as graphitic carbon or non-graphitic carbon materials capable of intercalation of lithium. For the positive electrode secondary lithium-ion systems, for example, lithium metal oxide compounds and lithium metal phosphate compounds such as LiCoO 2 and LiFePO 4 in question.

Als elektrochemisch inaktive Komponenten sind an erster Stelle Elektrodenbinder und Leitmittel zu nennen. Die Elektrodenbinder gewährleisten die mechanische Stabilität der Elektroden und sorgen für die Kontaktierung der Partikel aus elektrochemisch aktivem Material untereinander sowie zum Stromkollektor. Leitmittel wie Ruß dienen dazu, die elektrische Leitfähigkeit der Elektroden zu erhöhen.Electrochemically inactive components are first and foremost electrode binders and conductive agents. 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 collector. Conductive agents, such as carbon black, serve to increase the electrical conductivity of the electrodes.

Als Separatoren kommen für die genannten Verbundkörper insbesondere Bänder aus porösen Kunststofffolien in Frage, beispielsweise aus einem Polyolefin oder aus einem Polyetherketon. Auch Vliese und Gewebe aus diesen Materialien können zum Einsatz kommen.Suitable separators for the abovementioned composite bodies are in particular strips of porous plastic films, for example of a polyolefin or of a polyether ketone. Nonwovens and fabrics made from these materials can also be used.

Zur Herstellung von positiven und negativen Elektroden für Wickel-Verbundkörper werden üblicherweise Pasten umfassend die jeweiligen Aktivmaterialien sowie einen Elektrodenbinder und gegebenenfalls ein Leitmittel in Form dünner Schichten auf die bandförmigen Stromkollektoren aufgebracht, getrocknet und in die gewünschte Form gebracht. Üblicherweise werden die Schichten nach dem Trocknen gewalzt und gepresst. Bei intermittierendem Auftrag werden die Stromkollektoren nur abschnittweise beschichtet. Es resultieren dann bandförmige Stromkollektoren, die in Längsrichtung in mit Elektrodenmaterial bedeckte Masseabschnitte und dazwischen angeordnete, nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten Abschnitte unterteilt sind. Zur Bildung von einzelnen Elektrodenbändern können die nur abschnittweise beschichteten Stromkollektoren beispielsweise mittels eines Schneid- oder Stanzwerkzeugs im Bereich der nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten Abschnitte zertrennt werden.For the production of positive and negative electrodes for winding composite bodies are usually pastes comprising the respective Applied active materials and an electrode binder and optionally a conductive agent in the form of thin layers on the band-shaped current collectors, dried and brought into the desired shape. Usually, after drying, the layers are rolled and pressed. For intermittent application, the current collectors are only partially coated. The result then band-shaped current collectors, which are divided in the longitudinal direction in electrode material covered with mass portions and interposed, not covered with electrode material sections. In order to form individual electrode strips, the current collectors coated only in sections may be cut, for example, by means of a cutting or punching tool in the region of the sections not covered with electrode material.

Es ist grundsätzlich möglich, in einem ersten Schritt so gebildete positive und negative Elektrodenbänder miteinander sowie mit einem oder mehreren Separatorbändern zu einer bandförmigen Einzelzelle zu kombinieren, beispielsweise indem die Elektroden auf gegenüberliegende Seiten eines Separatorbands laminiert werden, und anschließend in einem zweiten Schritt die bandförmige Einzelzelle durch Wickeln zu einem Wickel-Verbundkörper zu verarbeiten.It is basically possible to combine positive and negative electrode bands thus formed in a first step with one another and with one or more separator tapes to form a band-shaped single cell, for example by laminating the electrodes on opposite sides of a separator band, and then in a second step the band-shaped single cell by winding to form a wound composite body.

Häufig ist es allerdings vorteilhafter, die nur abschnittweise beschichteten Stromkollektoren zusammen mit einem oder mehreren Separatorbändern einer Wickelvorrichtung zuzuführen und in dieser in einem Schritt den Wickel-Verbundkörper unmittelbar aus den einzelnen Bändern herzustellen. Hierzu werden die Bänder üblicherweise auf einen Wickeldorn oder einen Wickelkern aufgewickelt, wobei darauf zu achten ist, dass innerhalb des Wickels mit Elektrodenmaterial bedeckte Masseabschnitte überlappen. Der Wickelvorgang wird jeweils abgebrochen, wenn ein nicht mit Elektrodenmaterial bedeckter Abschnitt erreicht wird. Dieser wird dann durchtrennt, wodurch der gebildete Wickel-Verbundkörper von nachfolgenden, noch nicht gewickelten Abschnitten des intermittierend beschichteten Stromkollektors abgeschnitten wird. Im Ergebnis resultiert ein Wickel-Verbundkörper mit gewickelten Elektrodenbändern, von denen jedes mindestens einen nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten, endständigen Kontaktabschnitt aufweist.Often, however, it is more advantageous to supply the only partially coated current collectors together with one or more separator tapes to a winding device and to produce the wound composite body directly from the individual tapes in one step. For this purpose, the tapes are usually wound on a winding mandrel or a winding core, wherein care must be taken that overlap within the coil with electrode material covered mass sections. The winding process is interrupted each time a section not covered with electrode material is reached. This is then cut through, whereby the formed winding composite body is cut off from subsequent, not yet wound sections of the intermittently coated current collector. The result is a wound composite having wound electrode tapes, each having at least one terminal contact portion not covered with electrode material.

Die endständigen Kontaktabschnitte dienen dazu, einen elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden und den erwähnten Gehäuseteilen herzustellen. Positive Elektrodenbänder sind mit einem der eingangs erwähnten zwei Gehäuseteile einer Knopfzelle elektrisch zu verbinden, negative Elektrodenbänder mit dem anderen der zwei Gehäuseteile. Die Gehäuseteile einer Knopfzelle weisen in der Regel jeweils einen kreisrunden Boden auf. In den meisten Fällen ist es bevorzugt, die Kontaktabschnitte mit diesen kreisrunden Böden zu kontaktieren.The terminal contact portions serve to establish an electrical contact between the electrodes and the housing parts mentioned. Positive electrode bands are to be electrically connected to one of the above-mentioned two housing parts of a button cell, negative electrode bands to the other of the two housing parts. The housing parts of a button cell generally have a circular bottom in each case. In most cases, it is preferable to contact the contact portions with these circular bottoms.

Aus der WO 2010/146154 A2 ist es bekannt, an einen massefreien Kontaktabschnitt einer Elektrode eines Wickel-Verbundkörpers einen axial in einem Winkel von 90° zur Wickelrichtung ausgerichteten Ableiter anzuschweißen und durch Umklappen flach auf einer Stirnseite des Wickel-Verbundkörpers abzulegen. Entsprechende Vorgehensweisen sind in den 2A bis 2C sowie 3A und 3B der WO 2010/146154 A2 beschrieben. Der Ableiter kann dann mit einem Boden eines Gehäuseteils verschweißt werden, etwa wie es in 1A und 1B der WO 2010/146154 A2 dargestellt ist.From the WO 2010/146154 A2 It is known to weld to a ground-free contact portion of an electrode of a wound composite body axially aligned at an angle of 90 ° to the winding direction arrester and lay flat by folding on an end face of the winding composite body. Appropriate procedures are in the 2A to 2C and 3A and 3B of WO 2010/146154 A2 described. The arrester can then be welded to a bottom of a housing part, much as it is in 1A and 1B of the WO 2010/146154 A2 is shown.

Nachteilhaft ist bei dieser Vorgehensweise insbesondere der erhöhte Aufwand für das Anschweißen des Ableiters an den massefreien Kontaktabschnitt.A disadvantage of this approach, in particular the increased cost of welding the arrester to the ground contact section.

Aus der US 9564654 B2 ist es bekannt, als Ableiter dienende Fahnen aus einem Stromkollektorband auszustanzen oder mittels Laser auszuschneiden. Es resultieren in einem Winkel von 90° zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektorbands ausgerichtete Ableiterfahnen, wie in 10 (Bezugszeichen 7 und 13) der US 9564654 B2 dargestellt. Diese Ableiterfahnen können durch Umklappen ebenfalls auf einer Stirnseite eines Wickel-Verbundkörpers abgelegt werden. In 1 der US 9564654 B2 ist eine Verschweißung der Ableiterfahne mit dem Bezugszeichen 13 mit dem Boden des Gehäuseteils 1 dargestellt. Gegebenenfalls können die Ableiterfahnen vor dem Umklappen entlang einer in einem Winkel von 90° zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors ausgerichteten Faltlinie umgefaltet werden (siehe ebenfalls 10). Die verwendeten Stromkollektoren sind sehr dünn. Durch das Umfalten werden die Ableiterfahnen in einen doppellagigen Zustand überführt, der etwa beim Verschweißen der Ableiterfahne 13 mit dem Boden des Gehäuseteils 1 vorteilhaft sein kann.From the US 9564654 B2 It is known to punch out as serving conductors flags from a current collector band or cut out by laser. This results in an angle of 90 ° to the main extension direction of the band-shaped current collector strip aligned Ableiterfahnen, as in 10 (Reference 7 and 13 ) of the US 9564654 B2 shown. This Ableiterfahnen can also be stored by folding on a front side of a wound composite body. In 1 of the US 9564654 B2 is a weld of the Ableiterfahne by the reference numeral 13 with the bottom of the housing part 1 shown. Optionally, the Ableitfahnen can be folded over before folding over along an aligned at an angle of 90 ° to the main extension direction of the band-shaped current collector fold line (see also 10 ). The current collectors used are very thin. By folding over the tabs are converted into a two-ply state, such as when welding the Ableiterfahne 13 with the bottom of the housing part 1 may be advantageous.

Nachteilhaft sind bei dieser Vorgehensweise insbesondere der erhöhte Aufwand für das Ausschneiden der Ableiterfahnen und der dabei in nicht unerheblicher Menge anfallende Schnittabfall.A disadvantage of this approach, in particular the increased cost of cutting the Ableiterfahnen and thereby incurred in not insignificant amount of cut waste.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lösung zur elektrischen Kontaktierung der Elektrodenbänder eines in einem Knopfzellengehäuse angeordneten Wickel-Verbundkörpers der oben beschriebenen Art bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide an improved solution for electrically contacting the electrode bands of a winding composite body of the type described above, which is arranged in a button cell housing.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Knopfzelle mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.To solve this problem, the invention proposes a button cell with the features mentioned in claim 1. Further developments of the invention are the subject of dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Knopfzelle weist wie die eingangs beschriebenen Knopfzellen ein Gehäuse und einen darin angeordneten Wickel-Verbundkörper auf. Sie zeichnet sich durch die folgenden Merkmale aus:

  • - Sie umfasst ein einen Innenraum einschließendes, aus zwei metallischen Gehäuseteilen zusammengesetztes Gehäuse mit zwei kreisförmigen, voneinander beabstandeten und zueinander parallelen Gehäuseböden sowie einem die Gehäuseböden verbindenden ringförmigen Gehäusemantel.
  • - Sie umfasst einen in dem Innenraum angeordneten Wickel-Verbundkörper, der aus mindestens zwei spiralförmig um eine Wickelachse herum gewickelten Elektrodenbändern und mindestens einem um die Wickelachse herum spiralförmig gewickelten Separatorband gebildet ist.
  • - Der Wickel-Verbundkörper weist eine durch eine erste kreisförmig umlaufende Kante begrenzte erste Stirnseite, eine durch eine zweite kreisförmig umlaufende Kante begrenzte zweite Stirnseite sowie einen durch die erste und die zweite Kante begrenzten umlaufenden Mantel auf.
  • - Die Stirnseiten werden von Längsrändern des mindestens einen Separatorbands gebildet und weisen in Richtung der kreisrunden und zueinander parallelen Gehäuseböden, so dass die Wickelachse senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Gehäuseböden ausgerichtet ist.
  • - Mindestens eines der Elektrodenbänder ist eine positive Elektrode, die einen ersten bandförmigen Stromkollektor umfasst.
  • - Mindestens eines der Elektrodenbänder ist eine negative Elektrode, die einen zweiten bandförmigen Stromkollektor umfasst.
  • - Der erste und/oder der zweite bandförmige Stromkollektor sind in Längsrichtung unterteilt in einen - bevorzugt beidseitig - mit Elektrodenmaterial bedeckten Masseabschnitt und mindestens einen nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten, endständigen Kontaktabschnitt.
A coin cell according to the invention has, like the button cells described above Housing and a winding composite body arranged therein. It is characterized by the following features:
  • - It comprises an enclosing an interior, composed of two metallic housing parts housing with two circular, spaced-apart and mutually parallel housing bottoms and an annular housing shell connecting the housing bottoms.
  • It comprises a winding composite body arranged in the interior, which is formed from at least two electrode strips spirally wound around a winding axis and at least one separator strip spirally wound around the winding axis.
  • The winding composite body has a first end face delimited by a first circular peripheral edge, a second end face delimited by a second circular peripheral edge, and a peripheral jacket bounded by the first and the second edge.
  • - The end faces are formed by longitudinal edges of the at least one Separatorbands and point in the direction of the circular and mutually parallel housing bottoms, so that the winding axis is aligned perpendicular or at least substantially perpendicular to the housing bases.
  • At least one of the electrode bands is a positive electrode comprising a first band-shaped current collector.
  • - At least one of the electrode bands is a negative electrode comprising a second band-shaped current collector.
  • - The first and / or the second band-shaped current collector are divided in the longitudinal direction in a - preferably on both sides - covered with electrode material mass portion and at least one not covered with electrode material, terminal contact portion.

Das Gehäuse und die Gehäuseteile der erfindungsgemäßen Knopfzelle können beispielsweise wie die der in den 4 und 5 der WO 2010/146154 A2 dargestellten Knopfzellen und deren Gehäuseteile ausgebildet sein.The housing and the housing parts of the button cell according to the invention can, for example, like those in the 4 and 5 of the WO 2010/146154 A2 Button cells shown and their housing parts may be formed.

Die Gehäuseteile sind bevorzugt becherförmig ausgebildet. Neben den erwähnten Böden weisen sie bevorzugt jeweils noch einen hohlzylindrischen Mantelbereich auf.The housing parts are preferably cup-shaped. In addition to the mentioned soils, they preferably each still have a hollow-cylindrical shell region.

Zwischen den zwei metallischen Gehäuseteilen ist üblicherweise eine ringförmige Dichtung aus Kunststoff angeordnet, welche die Gehäuseteile elektrisch gegeneinander isoliert. Darüber hinaus soll die Dichtung einen flüssigkeitsdichten Verschluss der Zellen gewährleisten.Between the two metallic housing parts usually an annular seal made of plastic is arranged, which electrically isolates the housing parts against each other. In addition, the seal should ensure a liquid-tight closure of the cells.

Die Gehäusehalbteile können beispielsweise aus vernickeltem Stahl oder Blech bestehen. Weiterhin kommt als metallischer Werkstoff auch Trimetall in Frage, beispielsweise mit der Abfolge Nickel, Stahl (oder Edelstahl) und Kupfer. Es ist auch denkbar, dass ein Gehäuseteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist während das andere aus Stahl oder aus Trimetall besteht.The Gehäusehalbteile may for example consist of nickel-plated steel or sheet metal. Also suitable as a metallic material is trimetal, for example nickel, steel (or stainless steel) and copper. It is also conceivable that a housing part made of aluminum or an aluminum alloy is formed while the other consists of steel or trimetal.

Der in dem Innenraum angeordnete Wickel-Verbundkörper unterscheidet sich in seinem Grundaufbau nicht von aus dem Stand der Technik bekannten Wickelkörpern. Er besteht wie die eingangs beschriebenen Wickel-Verbundkörper aus Elektrodenbändern und mindestens einem bandförmigen Separator und kann eine zylindrische oder hohlzylindrische Geometrie wie etwa der in den 3a und 3b der WO 2010/146154 A2 dargestellte Wickel-Verbundkörper oder eine Geometrie wie der in 8 der US 9564654 B2 dargestellte Wickel-Verbundkörper, dessen Höhe an einer Stirnseite in Richtung des Zentrums des Wickels ansteigt, aufweisen.The arranged in the interior winding composite body does not differ in its basic structure of known from the prior art wound bodies. Like the winding composite bodies described at the outset, it consists of electrode strips and at least one strip-shaped separator and can have a cylindrical or hollow-cylindrical geometry, such as that in FIGS 3a and 3b of the WO 2010/146154 A2 shown winding composite body or a geometry like that in 8th of the US 9564654 B2 illustrated winding composite body, the height of which rises at an end face in the direction of the center of the coil.

Die Herstellung des Wickel-Verbundkörpers kann gemäß der eingangs beschriebenen Vorgehensweise erfolgen. Während des Wickelvorgangs definieren in diesem Fall der erwähnte Wickeldorn oder der Wickelkern die Wickelachse, um die herum die Elektrodenbänder und das mindestens eine Separatorband spiralförmig gewickelt werden.The production of the wound composite body can be carried out according to the procedure described above. In this case, during the winding process, the aforementioned winding mandrel or the winding core define the winding axis around which the electrode tapes and the at least one separator tape are spirally wound.

Innerhalb des Wickel-Verbundkörpers kann sich ein axial ausgerichteter Hohlraum befinden. Der Hohlraum kann sich beispielsweise aus dem Abziehen des Wickels von dem Wickeldorn ergeben. Gegebenenfalls ist er mit einem Wickelkern befüllt.Within the wound composite, an axially aligned cavity may be located. The cavity may result, for example, from the removal of the roll from the winding mandrel. If necessary, it is filled with a winding core.

Bevorzugt weist das bei der Herstellung des Wickel-Verbundkörpers verwendete mindestens eine Separatorband eine größere Breite als die verwendeten Elektrodenbänder auf. Die Elektrodenbänder und das mindestens eine Separatorband werden bevorzugt derart miteinander kombiniert, dass die Längsränder des mindestens einen Separatorbands nach dem Wickelvorgang axial aus dem gebildeten Wickel herausstehen und so die Stirnseiten des Wickel-Verbundkörpers bilden können.Preferably, the at least one separator strip used in the production of the wound composite has a greater width than the electrode strips used. The electrode strips and the at least one separator strip are preferably combined with one another in such a way that the longitudinal edges of the at least one separator strip protrude axially out of the formed coil after the winding process and can thus form the end faces of the wound composite body.

Innerhalb des Gehäuses der erfindungsgemäßen Knopfzelle können eine der Stirnseiten des Wickel-Verbundkörpers oder auch beide an die Gehäuseböden der zwei metallischen Gehäuseteile stoßen. Die eine oder beide Stirnseiten sind dann parallel zu den Gehäuseböden ausgerichtet.Within the housing of the button cell according to the invention, one of the end faces of the wound composite body or both may abut the housing bottoms of the two metallic housing parts. The one or both end faces are then aligned parallel to the housing bases.

Bevorzugt ist zwischen den Gehäuseböden und den Stirnseiten jeweils ein Isolierelement, beispielsweise in Form von auf die Gehäuseböden geklebten Kunststofffolien, angeordnet. Dieses soll einer elektrischen Verbindung entgegengesetzt polarisierter Elektroden über die metallischen Gehäuseböden vorbeugen. Bei zu geringem stirnseitigen Überstand der Längsränder des mindestens einen Separatorbands ist diese Gefahr durchaus gegeben. In each case, an insulating element, for example in the form of plastic films bonded to the housing bottoms, is preferably arranged between the housing bottoms and the end faces. This is intended to prevent an electrical connection of oppositely polarized electrodes via the metallic housing bottoms. If the front projection of the longitudinal edges of the at least one separator belt is too small, this danger is certainly present.

Als Separatorband wird vorzugsweise das eingangs erwähnte Band aus einer poröse Kunststofffolie oder einem Vlies oder einem Gewebe verwendet, beispielsweise aus einem der eingangs erwähnten Kunststoffmaterialien.The separator belt used is preferably the band of a porous plastic film or a nonwoven or a woven fabric mentioned at the beginning, for example one of the plastic materials mentioned in the introduction.

Bevorzugt ist mindestens eine der den Wickel-Verbundkörper bildenden Elektroden eine Lithium interkalierende Elektrode. Mit anderen Worten, bei der erfindungsgemäßen Knopfzelle handelt es sich bevorzugt um eine Lithium-Ionen-Knopfzelle.Preferably, at least one of the electrodes forming the wound composite is a lithium intercalating electrode. In other words, the button cell according to the invention is preferably a lithium-ion button cell.

Besonders bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Knopfzelle eine positive Elektrode, die eine Metallverbindung umfasst, die Lithium in Form von Ionen reversibel ein- und auszulagern vermag. Als Metallverbindung kommen für die positive Elektrode beispielsweise die eingangs erwähnten, für sekundäre Lithium-Ionen-Systeme bekannten Lithium-Metalloxid-Verbindungen und Lithium-Metallphosphat-Verbindungen in Frage.The button cell according to the invention particularly preferably comprises a positive electrode which comprises a metal compound which is capable of reversibly introducing and removing lithium in the form of ions. As a metal compound for the positive electrode, for example, the above-mentioned, known for secondary lithium-ion systems lithium metal oxide compounds and lithium metal phosphate compounds in question.

Die negative Elektrode einer erfindungsgemäßen Knopfzelle enthält in aller Regel eine Kohlenstoffverbindung und/oder ein Metall, welches mit Lithium legierbar ist, und/oder ein Halbmetall, welches mit Lithium legierbar ist. Auch Komposite aus der Kohlenstoffverbindung und dem Metall und/oder Halbmetall können zum Einsatz kommen.The negative electrode of a button cell according to the invention usually contains a carbon compound and / or a metal which can be alloyed with lithium, and / or a semimetal alloyable with lithium. Composites of the carbon compound and the metal and / or metalloid can also be used.

Die Elektroden einer erfindungsgemäßen Knopfzelle sind in der Regel mit einem flüssigen Elektrolyten getränkt. Im Falle einer Lithium-Ionen-Knopfzelle handelt es sich hierbei um mindestens ein Lithium-Salz. Hierfür kommt im Grunde jedes Lithium-Salz in Frage, das aus dem Stand der Technik für Lithium-Ionen-Zellen bekannt ist. Ein prominentes Beispiel hierfür ist Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6). Gelöst ist das Salz in der Regel in einer Mischung aus organischen Carbonaten.The electrodes of a button cell according to the invention are usually soaked with a liquid electrolyte. In the case of a lithium-ion button cell, this is at least one lithium salt. For this purpose, basically any lithium salt in question, which is known from the prior art for lithium-ion cells. A prominent example of this is lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). The salt is usually dissolved in a mixture of organic carbonates.

Bei den Stromkollektoren handelt es sich bevorzugt um bandförmige Folien, Netze, Gitter, Schäume, Vliese oder sonstige textile Gebilde aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Der erste bandförmige Stromkollektor besteht, wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Knopfzelle um eine Lithium-Ionen-Knopfzelle handelt, bevorzugt aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Der zweite bandförmige Stromkollektor besteht, wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Knopfzelle um eine Lithium-Ionen-Knopfzelle handelt, bevorzugt aus Nickel oder Kupfer oder aus einer Legierung eines dieser Metalle.The current collectors are preferably band-shaped films, nets, lattices, foams, nonwovens or other textile structures of a metal or a metal alloy. The first belt-shaped current collector, if the button cell according to the invention is a lithium-ion coin cell, is preferably made of aluminum or of an aluminum alloy. If the button cell according to the invention is a lithium-ion button cell, the second band-shaped current collector is preferably made of nickel or copper or of an alloy of one of these metals.

Die Unterteilung des ersten und/oder des zweiten bandförmigen Stromkollektors in Längsrichtung in den mit Elektrodenmaterial bedeckten Masseabschnitt und den mindestens einen nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten, endständigen Kontaktabschnitt ist bevorzugt Ergebnis eines intermittierenden Auftrags von Elektrodenmaterial auf den jeweiligen Stromkollektor oder die Stromkollektoren. In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind sowohl der erste als auch der zweite bandförmige Stromkollektor in Längsrichtung in den mit Elektrodenmaterial bedeckten Masseabschnitt und den mindestens einen nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten, endständigen Kontaktabschnitt unterteilt. In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen umfassen der erste und/oder der zweite Stromkollektor jeweils zwei endständige, nicht mit Elektrodenmaterial bedeckte Kontaktabschnitte, zwischen denen dann jeweils ein mit Elektrodenmaterial bedeckter Masseabschnitt angeordnet ist.The division of the first and / or the second ribbon-shaped current collector in the longitudinal direction into the electrode material covered mass portion and the at least one non-electrode material covered, terminal contact portion is preferably result of an intermittent application of electrode material on the respective current collector or the current collectors. In particularly preferred embodiments, both the first and the second band-shaped current collector are divided longitudinally into the mass portion covered with electrode material and the at least one terminal contact portion not covered with electrode material. In further particularly preferred embodiments, the first and / or the second current collector each comprise two terminal, not covered with electrode material contact portions between which then each one covered with electrode material mass portion is arranged.

Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Knopfzellen zeichnet sich die erfindungsgemäße Knopfzelle durch eine Kombination der folgenden Merkmale aus:

  • - Mindestens einer der endständigen Kontaktabschnitte ist durch eine Faltung entlang einer in einem Winkel von 10° bis 80° zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors ausgerichteten Faltlinie in einen umgefalteten, streifenförmigen Teilabschnitt und einen nicht umgefalteten Teilabschnitt unterteilt,
  • - der umgefaltete streifenförmige Teilabschnitt ist über die erste oder die zweite Kante gebogen und umfasst einen umgebogenen Bereich, der flach auf der von dieser Kante begrenzten Stirnseite aufliegt, und
  • - der umgebogene Bereich ist direkt oder indirekt mit einem der Gehäuseböden elektrisch verbunden.
In contrast to button cells known from the prior art, the button cell according to the invention is characterized by a combination of the following features:
  • - At least one of the terminal contact portions is divided by a fold along an aligned at an angle of 10 ° to 80 ° to the main extension direction of the band-shaped current collector fold line in a folded, strip-shaped section and an unfolded section,
  • - The folded strip-shaped portion is bent over the first or the second edge and includes a bent portion which rests flat on the limited of this edge end face, and
  • - The bent portion is directly or indirectly electrically connected to one of the housing bases.

Die Faltung ermöglicht in Kombination mit der Biegung auf einfache und elegante Weise, dass der Kontaktabschnitt unmittelbar zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem der Gehäuseböden verwendet werden kann, ohne dass es der Anschweißung eines separaten Ableiters bedarf, wie es aus der WO 2010/146154 A2 bekannt ist. Auch das Ausschneiden von in einem Winkel von 90° zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektorbands ausgerichteten Ableiterfahnen aus einem Stromkollektorband gemäß der US 9564654 B2 ist nicht erforderlich.The folding, in combination with the bending in a simple and elegant way, allows the contact section to be used directly for making an electrical connection to one of the housing bases, without the need for welding a separate arrester, as is known from US Pat WO 2010/146154 A2 is known. Also, the cutting of aligned at an angle of 90 ° to the main extension direction of the band-shaped current collector strip Ableiterfahnen from a current collector strip according to the US 9564654 B2 not necessary.

In bevorzugten Ausführungsformen ist die Ausrichtung der Faltlinie derart gewählt, dass der umgebogene Bereich des umgefalteten streifenförmigen Teilabschnitts das Zentrum der Stirnseite, auf der der umgebogene Bereich aufliegt, überdeckt. Dies kann vorteilhaft sein, da sich hier die elektrische Verbindung zu einem der Gehäuseböden besonders gut realisieren lässt. Der erforderliche Winkel, in dem die Faltlinie zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors auszurichten ist, hängt vom Verhältnis der Höhe des Wickel-Verbundkörpers zu seinem Durchmesser ab. In preferred embodiments, the orientation of the fold line is selected such that the bent-over region of the folded-over strip-shaped partial section covers the center of the front side on which the bent-over region rests. This can be advantageous since the electrical connection to one of the housing bases can be realized particularly well here. The required angle at which the fold line is to be aligned with the main extension direction of the band-shaped current collector depends on the ratio of the height of the wound composite body to its diameter.

Idealerweise ist die Faltlinie derart ausgerichtet, dass für den umgefalteten streifenförmigen Teilabschnitt eine Haupterstreckungsrichtung parallel zu der Wickelachse resultiert. Dies ist dann der Fall, wenn die Faltung entlang einer in einem Winkel von 45° zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors ausgerichteten Faltlinie vorgenommen wird.Ideally, the fold line is oriented such that for the folded strip-shaped section a main direction of extension results parallel to the winding axis. This is the case when the fold is made along a fold line oriented at an angle of 45 ° to the main extension direction of the band-shaped current collector.

Bevorzugt liegt der Winkel, in dem die Faltlinie zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Strom kollektors ausgerichtet ist, im Bereich von 30° bis 60°.Preferably, the angle at which the fold line is aligned to the main extension direction of the band-shaped current collector, in the range of 30 ° to 60 °.

Zur Klarstellung: Unter der Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors und des umgefalteten streifenförmigen Teilabschnitts ist jeweils die Richtung zu verstehen, in der der Stromkollektor und der Teilabschnitt im flach ausgebreiteten Zustand (d. h. vor der Faltung des Stromkollektors und vor der Biegung des streifenförmigen Teilabschnitts über die erste oder die zweite Kante) seine größte Ausdehnung besitzt.For clarification: The main direction of extension of the band-shaped current collector and the folded-over strip-shaped section is to be understood in each case as the direction in which the current collector and the section are in the flat spread state (ie prior to the folding of the current collector and before the bending of the strip-shaped section via the first or the second section) the second edge) has its greatest extent.

In bevorzugten Ausführungsformen bildet der nicht umgefaltete Teilabschnitt des Kontaktbereichs eine außenliegende Windung oder zumindest einen Teilabschnitt einer außenliegenden Windung des Wickel-Verbundkörpers.In preferred embodiments, the unfolded portion of the contact region forms an outer turn or at least a portion of an outer turn of the wound composite.

Aus der Faltung resultiert in aller Regel ein Überlappungsbereich, insbesondere ein dreieckiger Überlappungsbereich, in dem der umgefaltete, streifenförmige Teilabschnitt mit dem nicht umgefalteten Teilabschnitt überlappt. In bevorzugten Ausführungsformen können der umgefaltete und der nicht umgefaltete Teilabschnitt in diesem Bereich durch Verschweißung miteinander verbunden sein.The folding generally results in an overlapping region, in particular a triangular overlapping region, in which the folded, strip-shaped subsection overlaps the unfolded subsection. In preferred embodiments, the folded and unfolded sections may be joined together in this area by welding.

Eine direkte elektrische Verbindung des umgebogenen Bereichs mit einem der Gehäuseböden lässt sich durch unmittelbare Verschweißung des umgebogenen Bereichs mit dem Gehäuseboden realisieren, beispielsweise mittels eines Lasers oder mittels Widerstandsschweißung. In einigen Fällen kann es allerdings vorteilhaft sein, den umgebogenen Bereich nicht unmittelbar mit dem Gehäuseboden zu verschweißen sondern beispielsweise mit einer metallischen Ableiterscheibe, die dann mit dem Gehäuseboden verschweißt wird.A direct electrical connection of the bent region with one of the housing bottoms can be realized by direct welding of the bent region to the housing bottom, for example by means of a laser or by means of resistance welding. In some cases, however, it may be advantageous not to weld the bent area directly to the housing bottom but, for example, to a metal arrester plate, which is then welded to the housing bottom.

Grundsätzlich ist es möglich, in einigen Fällen sogar bevorzugt, nach dem Falten des endständigen Kontaktabschnitts die Kontur des umgefalteten Abschnitts nachträglich zu beeinflussen, beispielsweise mittels Laserschnitt. Zur Bildung des Abschnitts ist ein Konturschnitt aber nicht erforderlich.In principle, it is even possible, in some cases even after the folding of the terminal contact section, to subsequently influence the contour of the folded-over section, for example by means of laser cutting. However, an outline cut is not required to form the section.

Der umgefaltete streifenförmige Teilabschnitt des endständigen Kontaktabschnitts weist zwei Flachseiten auf, von denen einen nach dem Biegen über die erste oder die zweite Kante auf der von dieser Kante begrenzten Stirnseite flach zum Liegen kommt. In bevorzugten Ausführungsformen wird ein Isolierelement zwischen dieser Stirnseite und dem umgebogenen Bereich angeordnet, um einem Kurzschluss entgegengesetzt polarisierter Elektroden über den umgebogenen Bereich vorzubeugen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine elektrisch isolierende Folie auf die betroffene Flachseite aufgeklebt werden. Auch diese Folie kann einem nachträglichen Konturschnitt unterzogen werden.The folded-over strip-shaped subsection of the terminal contact section has two flat sides, one of which comes to lie flat on the end face bounded by this edge after bending over the first or the second edge. In preferred embodiments, an insulating member is disposed between this end face and the bent portion to prevent a short circuit of oppositely polarized electrodes over the bent portion. For this purpose, for example, an electrically insulating film can be adhered to the affected flat side. Also, this film can be subjected to a subsequent contour cut.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

  • 1 eine Vorgehensweise zur Faltung und Nachbearbeitung des Kontaktabschnitts bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Knopfzelle;
  • 2 eine Ausführungsform eines gemäß der in 1 dargestellten Vorgehensweise herstellbaren Kontaktabschnitts;
  • 3 eine Draufsicht auf einen Wickel-Verbundkörper mit dem in 2 dargestellten Kontaktabschnitt; und
  • 4 eine erfindungsgemäße Knopfzelle mit einem Wickel-Verbundkörper mit einem gemäß der in
  • 1 dargestellten Vorgehensweise gefalteten und nachbearbeiteten Kontaktabschnitt, wie er in 3 dargestellt ist.
Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the claims and the abstract, the wording of which is incorporated by reference into the content of the description, the following description of preferred embodiments of the invention and with reference to the drawings. Here are shown schematically:
  • 1 a procedure for folding and post-processing of the contact portion in the manufacture of a button cell according to the invention;
  • 2 an embodiment of a according to the in 1 illustrated approach producible contact section;
  • 3 a plan view of a wound composite with the in 2 illustrated contact portion; and
  • 4 a button cell according to the invention with a wound composite body with a according to the in
  • 1 presented procedure folded and postprocessed contact section, as in 3 is shown.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In 1A ist der bandförmige Stromkollektor 110 dargestellt, der intermittierend mit einem Elektrodenmaterial beschichtet wurde. Er weist in Längsrichtung x (entspricht seiner Haupterstreckungsrichtung) die mit negativem Elektrodenmaterial bedeckten Masseabschnitte 111 und 112 sowie einen nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten Kontaktabschnitt 113 auf. Durch Abtrennen des Masseabschnitts 112 durch einen Schnitt entlang der Schnittlinie 114 wird das negative Elektrodenband 109 gebildet, das den Stromkollektor 110, nunmehr mit dem Kontaktabschnitt 113 als endständigem Kontaktabschnitt, umfasst.In 1A is the band-shaped current collector 110 which has been intermittently coated with an electrode material. He points in the longitudinal direction x (corresponds to its main extension direction) with negative electrode material covered mass sections 111 and 112 and a non-electrode covered contact portion 113 on. By separating the mass section 112 through a cut along the cutting line 114 becomes the negative electrode band 109 formed, which is the current collector 110 , now with the contact section 113 as a terminal contact section.

Faltet man den endständigen Kontaktabschnitt 113 des Stromkollektors entlang der in einem Winkel Θ von 45° zur Haupterstreckungsrichtung x ausgerichteten Faltlinie 115, so resultiert - wie in 1B dargestellt - ein umgefalteter, streifenförmiger Teilabschnitt 113b und ein nicht umgefalteter Teilabschnitt 113a. Der umgefaltete Teilabschnitt 113b und der nicht umgefaltete Teilabschnitt 113a überlappen im Bereich 113c. In dem Überlappungsbereich 113c sind die beiden Teilabschnitte über den Schweißpunkt 116 miteinander verbunden. Als Resultat der dargestellten Ausrichtung der Faltlinie 115 weist der umgefaltete streifenförmige Teilabschnitt 113b eine Haupterstreckungsrichtung y senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung x des bandförmigen Stromkollektors 110 auf.If you fold the terminal contact section 113 of the current collector along at an angle Θ of 45 ° to the main extension direction x aligned fold line 115 , so results - as in 1B shown - a folded, strip-shaped section 113b and an unfolded section 113a , The folded section 113b and the unfolded section 113a overlap in the area 113c , In the overlap area 113c are the two sections over the welding point 116 connected with each other. As a result of the illustrated orientation of the fold line 115 has the folded strip-shaped section 113b a main extension direction y perpendicular to the main extension direction x the band-shaped current collector 110 on.

Die Form des umgefalteten Teilabschnitts 113b lässt sich durch einen nachträglichen Konturschnitt entlang der Schnittlinie 117, beispielsweise mittels eines Lasers, beeinflussen. Es resultiert der in 1C dargestellte optimierte Kontaktabschnitt.The shape of the folded section 113b can be achieved by a subsequent contour cut along the cutting line 117 , For example, by means of a laser influence. It results in the 1C shown optimized contact section.

An der Biegelinie 118 lässt sich der umgefaltete Teilabschnitt 113b biegen, etwa um einen Winkel von 90°. So kann der Bereich 113d flach auf der Stirnseite eines unter Verwendung der Elektrodenbandes 109 hergestellten spiralförmig gewickelten Wickel-Verbundkörpers 106 abgelegt werden.At the bend line 118 can be the folded section 113b bend, approximately at an angle of 90 °. So can the area 113d flat on the front side of one using the electrode tape 109 produced spirally wound winding composite body 106 be filed.

In 2 ist ein gemäß der in 1 beschriebenen Vorgehensweise gefalteter und nachbearbeiteter Kontaktabschnitt mit dem Teilabschnitt 113a und den Bereichen 113c und 113d dargestellt. Allerdings ist eine Flachseite der Bereiche 113b und 113c und teilweise auch des Teilabschnitts 113a mit einer Isolierfolie 119 beklebt. Dies dient dem Zweck, einem ungewünschten elektrischen Kontakt entgegengesetzt polarisierter Elektroden über den Bereich 113d vorzubeugen.In 2 is one according to the in 1 described procedure folded and post-processed contact section with the subsection 113a and the areas 113c and 113d shown. However, a flat side of the areas is 113b and 113c and partly also the subsection 113a with an insulating film 119 pasted. This serves the purpose of unwanted electrical contact of oppositely polarized electrodes over the region 113d submissions.

Ersichtlich wird dies anhand von 3. Hier ist der an der Biegelinie 118 umgebogene Bereich 113d dargestellt, der flach auf der von der umlaufenden Kante 106d begrenzten Stirnseite 106a des Wickel-Verbundkörpers 106 aufliegt. Die Isolierfolie 119 ist zwischen dem Teilabschnitt 113d und der Stirnseite 106a angeordnet.This is evident on the basis of 3 , Here's the bend line 118 bent area 113d Shown to be flat on the from the circumferential edge 106d limited frontal 106a of the wound composite 106 rests. The insulating film 119 is between the subsection 113d and the front side 106a arranged.

In 4 ist eine erfindungsgemäße Knopfzelle 100 in teilgeschnittener Darstellung abgebildet. Die Knopfzelle 100 enthält den Wickel-Verbundkörper 106, wie er in 3 dargestellt ist (Schnitt durch Schnittlinie s). Dieser weist einen gemäß der in den 1 und 2 dargestellten Vorgehensweise gefalteten und nachbearbeiteten Kontaktabschnitt auf.In 4 is a button cell according to the invention 100 shown in a partially sectioned illustration. The button cell 100 contains the winding composite body 106 as he is in 3 is shown (section through section line s). This one has according to the in the 1 and 2 illustrated procedure folded and post-processed contact section.

Die Knopfzelle 100 umfasst als Gehäuseteile den Zellendeckel 101 und den Zellenbecher 102, die durch die Dichtung 103 voneinander getrennt sind. Das von den Gehäuseteilen 101 und 102 gebildete Gehäuse schließt den Innenraum 104 ein, in dem der Wickel-Verbundkörper 106 angeordnet ist. Das Gehäuse umfasst die Gehäuseböden 101a und 102a sowie einen die Gehäuseböden verbindenden ringförmigen Gehäusemantel 105.The button cell 100 comprises as housing parts the cell cover 101 and the cell cup 102 passing through the seal 103 are separated from each other. That of the housing parts 101 and 102 formed housing closes the interior 104 one in which the winding composite body 106 is arranged. The housing comprises the housing bases 101 and 102 and an annular housing shell connecting the housing bottoms 105 ,

Der in dem Innenraum 104 angeordnete Wickel-Verbundkörper 106 ist aus dem positiven Elektrodenband 107, dem Separatorband 108 und dem negativen Elektrodenband 109 gebildet. Der Wickel-Verbundkörper 106 weist die durch die erste kreisförmig umlaufende Kante 106c begrenzte erste Stirnseite 106a und die durch die zweite kreisförmig umlaufende Kante 106d begrenzte zweite Stirnseite 106b auf. Die Stirnseiten 106a und 106b werden hierbei von den Längsrändern 108a und 108b des Separatorbands 108 gebildet, die axial aus dem Wickel-Verbundkörper 106 herausstehen. Die Stirnseiten 106a und 106b weisen in Richtung der kreisrunden und zueinander parallelen Gehäuseböden 101a und 102a, wobei die Wickelachse z senkrecht zu den Gehäuseböden 101a und 102a ausgerichtet ist.The one in the interior 104 arranged winding composite body 106 is from the positive electrode band 107 , the separator belt 108 and the negative electrode band 109 educated. The winding composite body 106 points through the first circular peripheral edge 106c limited first frontal 106a and the through the second circular peripheral edge 106d limited second end face 106b on. The front ends 106a and 106b be here by the longitudinal edges 108a and 108b of the separator belt 108 formed axially from the wound composite body 106 stand out. The front ends 106a and 106b point in the direction of the circular and mutually parallel housing bottoms 101 and 102 , wherein the winding axis z perpendicular to the housing bottoms 101 and 102 is aligned.

Wie aus 1 hervorgeht, umfasst das negative Elektrodenband 109 den bandförmigen Stromkollektor 110 einschließlich des gefalteten und über die Kante 106c gebogenen Kontaktabschnitts 113. Letzterer bildet hier zumindest einen Teilabschnitt einer außenliegenden Windung des Wickel-Verbundkörpers 106. An den Überlappungsbereich 113c schließt sich der über die Kante 106c gebogene Bereich 113d an. Dieser ist durch die Isolierfolie 119 von der Stirnseite 106a des Wickel-Verbundkörpers 106 getrennt. Mit dem Gehäuseboden 102a ist der umgebogene Bereich 113d durch Verschweißung verbunden.How out 1 shows that includes the negative electrode band 109 the band-shaped current collector 110 including the folded and over the edge 106c curved contact section 113 , The latter forms at least a portion of an outer turn of the wound composite body 106 , At the overlap area 113c closes the over the edge 106c curved area 113d at. This is through the insulating film 119 from the front side 106a of the wound composite 106 separated. With the case back 102 is the bent area 113d connected by welding.

Das positive Elektrodenband 107 ist über den Ableiter 120 mit dem Gehäuseboden 101a elektrisch verbunden, vorzugsweise ebenfalls durch Verschweißung. Die Stirnseite 106b des Wickel-Verbundkörpers 106 ist durch das Isolierelement 121 vom Gehäuseboden 101a getrennt.The positive electrode band 107 is over the arrester 120 with the case back 101 electrically connected, preferably also by welding. The front side 106b of the wound composite 106 is through the insulating element 121 from the case back 101 separated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 9564654 B2 [0018, 0027, 0041]US 9564654 B2 [0018, 0027, 0041]

Claims (4)

Knopfzelle (100) mit den Merkmalen a. Sie umfasst ein einen Innenraum (104) einschließendes, aus zwei metallischen Gehäuseteilen (101, 102) zusammengesetztes Gehäuse mit zwei kreisförmigen, voneinander beabstandeten und zueinander parallelen Gehäuseböden (101a, 102a) sowie einem die Gehäuseböden verbindenden ringförmigen Gehäusemantel (105), b. sie umfasst einen in dem Innenraum (104) angeordneten Wickel-Verbundkörper (106), der aus mindestens zwei spiralförmig um eine Wickelachse gewickelten Elektrodenbändern (107, 109) und mindestens einem um die Wickelachse herum spiralförmig gewickelten Separatorband (108) gebildet ist, c. der Wickel-Verbundkörper (106) weist eine durch eine erste kreisförmig umlaufende Kante (106c) begrenzte erste Stirnseite (106a), eine durch eine zweite kreisförmig umlaufende Kante (106d) begrenzte zweite Stirnseite (106b) sowie einen durch die erste und die zweite Kante begrenzten umlaufenden Mantel (106e) auf, d. die Stirnseiten (106a, 106b) werden von Längsrändern (108a, 108b) des mindestens einen Separatorbands (108) gebildet und weisen in Richtung der kreisrunden und zueinander parallelen Gehäuseböden (101a, 102a), so dass die Wickelachse senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Gehäuseböden ausgerichtet ist, e. mindestens eines der Elektrodenbänder (107) ist eine positive Elektrode, die einen ersten bandförmigen Stromkollektor umfasst, f. mindestens eines der Elektrodenbänder (109) ist eine negative Elektrode, die einen zweiten bandförmigen Stromkollektor (110) umfasst, und g. der erste oder der zweite bandförmige Stromkollektor (110) ist in Längsrichtung unterteilt in einen mit Elektrodenmaterial bedeckten Masseabschnitt (111) und einen nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten, endständigen Kontaktabschnitt (113), sowie den zusätzlichen Merkmalen h. der endständige Kontaktabschnitt (113) ist durch eine Faltung entlang einer in einem Winkel von 10° bis 80° zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors ausgerichteten Faltlinie (115) in einen umgefalteten, streifenförmigen Teilabschnitt (113b) und einen nicht umgefalteten Teilabschnitt (113a) unterteilt, und i. der umgefaltete streifenförmige Teilabschnitt (113b) ist über die erste oder die zweite Kante gebogen (106c) und umfasst einen umgebogenen Bereich (113d), der flach auf der von dieser Kante (106c) begrenzten Stirnseite (106a) aufliegt, und j. der umgebogene Bereich (113d) ist direkt oder indirekt mit einem der Gehäuseböden (102a) elektrisch verbunden.Button cell (100) with the features a. It comprises an inner space (104) enclosing, composed of two metallic housing parts (101, 102) housing with two circular, spaced apart and mutually parallel housing bases (101a, 102a) and an annular housing shell (105) connecting the housing bottoms, b. it comprises a winding composite body (106) arranged in the interior space (104), which is formed from at least two electrode strips (107, 109) spirally wound about a winding axis and at least one separator strip (108) spirally wound around the winding axis, c. the winding composite body (106) has a first end face (106a) delimited by a first circular peripheral edge (106c), a second end face (106b) bounded by a second circular peripheral edge (106d) and one through the first and second edges limited circumferential coat (106e), d. the end faces (106a, 106b) are formed by longitudinal edges (108a, 108b) of the at least one separator strip (108) and point in the direction of the circular and mutually parallel housing bottoms (101a, 102a), so that the winding axis is perpendicular or at least substantially perpendicular to aligned with the case bottoms, e. at least one of the electrode bands (107) is a positive electrode comprising a first band-shaped current collector, f. at least one of the electrode bands (109) is a negative electrode comprising a second band-shaped current collector (110), and G. the first or the second belt-shaped current collector (110) is divided in the longitudinal direction into a mass portion (111) covered with electrode material and a terminal contact portion (113) not covered with electrode material, as well as the additional features H. the terminal contact section (113) is subdivided into a folded, strip-shaped subsection (113b) and a non-folded subsection (113a) by a fold along a fold line (115) aligned at an angle of 10 ° to 80 ° to the main extension direction of the ribbon-shaped current collector, and i. the folded-over strip-shaped part section (113b) is bent over the first or the second edge (106c) and comprises a bent-over region (113d) resting flat on the end face (106a) delimited by this edge (106c), and j. the bent portion (113d) is directly or indirectly electrically connected to one of the housing bottoms (102a). Knopfzelle nach Anspruch 1 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Der endständige Kontaktabschnitt (113) ist durch eine Faltung entlang einer in einem Winkel von 30° bis 60° zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors (110) ausgerichteten Faltlinie (115) in den umgefalteten, streifenförmigen Teilabschnitt (113b) und den nicht umgefalteten Teilabschnitt (113a) unterteilt. b. Der endständige Kontaktabschnitt (113) ist durch eine Faltung entlang einer in einem Winkel von 45° zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors (110) ausgerichteten Faltlinie (115) in den umgefalteten, streifenförmigen Teilabschnitt (113b) und den nicht umgefalteten Teilabschnitt (113a) unterteilt.Button cell after Claim 1 with at least one of the following additional features: a. The terminal contact section (113) is folded into a folded strip-shaped partial section (113b) and unfolded partial section (113a) by folding along a fold line (115) aligned at an angle of 30 ° to 60 ° to the main extension direction of the band-shaped current collector (110) ). b. The terminal contact section (113) is subdivided into the folded, strip-shaped partial section (113b) and the unfolded partial section (113a) by a fold along a fold line (115) aligned at an angle of 45 ° to the main extension direction of the band-shaped current collector (110). Knopfzelle nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Der endständige Kontaktabschnitt (113) umfasst einen Überlappungsbereich (113c), in dem der umgefaltete, streifenförmige Teilabschnitt (113b) mit dem nicht umgefalteten Teilabschnitt (113a) überlappt. b. Der Überlappungsbereich (113c) ist dreieckig ausgebildet. c. In dem Überlappungsbereich (113c) sind der umgefaltete und der nicht umgefaltete Teilabschnitt (113b, 113a) durch Verschweißung miteinander verbunden.Button cell after Claim 1 or after Claim 2 with at least one of the following additional features: a. The terminal contact portion (113) includes an overlapping area (113c) in which the folded, strip-shaped portion (113b) overlaps with the unfolded portion (113a). b. The overlapping area (113c) is triangular. c. In the overlapping area (113c), the folded-over and un-folded portions (113b, 113a) are joined together by welding. Knopfzelle nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Zwischen dem umgebogenen Bereich (113d) des umgefalteten streifenförmigen Teilabschnitts (113b) und der Stirnseite (106a), auf der der umgebogene Bereich (113d) flach aufliegt, ist ein Isolierelement (119) angeordnet. a. Bei dem Isolierelement (119) handelt es sich um eine elektrisch isolierende Folie, die mit einer Flachseite des umgebogenen Bereichs (113d) durch Verklebung verbunden ist.Button cell after Claim 1 or after Claim 2 with at least one of the following additional features: a. Between the bent portion (113d) of the folded strip-shaped portion (113b) and the end face (106a) on which the bent portion (113d) is laid flat, an insulating member (119) is disposed. a. The insulating member 119 is an electrically insulating film adhesively bonded to a flat side of the folded portion 113d.
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