JP2018503959A - バッテリセル、及び、バッテリシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、角柱形状に形成されたセルハウジングであって、負の端子（１１）と正の端子（１２）とが配置されたカバー面（３１）を有する上記セルハウジングと、セルハウジングの内部に配置された巻回電極体（１０）であって、カソード（１４）とアノード（１６）とを有する上記巻回電極体（１０）と、を備えるバッテリセル（２）に関する。巻回電極体（１０）は、電気的に絶縁するホルダ（７０）によってカバー面（３１）に固定されており、ホルダ（７０）は、カバー面（３１）に固定された少なくとも１つの電気的に絶縁するスペーサ（６７、６８）と結合されている。さらに、本発明は、本発明に係る少なくとも１つのバッテリセル（２）を備えるバッテリシステムに関する。【選択図】図８

Description

本発明は、請求項１の導入部に記載のバッテリセル、及び、請求項１２に記載のバッテリシステムに関する。

将来的に、風力発電所等の定置型の適用においても、ハイブリッド自動車又は電気自動車として設計された自動車においても、及び、ラップトップ（Ｌａｐｔｏｐ）又は携帯電話等の電子機器においても、信頼性、安全性、性能、及び寿命に関する要求が非常に高い新しいバッテリシステムが使用されることが明らかである。

その際には、特に所謂リチウムイオンバッテリセルが利用される。このリチウムイオンバッテリセルは、特に、高いエネルギー密度、熱安定性、及び、非常に少ない自己放電により卓越している。リチウムイオンバッテリセルは、充電過程及び放電過程にリチウムイオンを可逆的に出し入れすることが可能な正の電極及び負の電極を有する。このような過程は、挿入（Ｉｎｔｅｒｋａｌａｔｉｏｎ）又は脱離（Ｄｅｉｎｔｅｒｋａｌａｔｉｏｎ）とも呼ばれる。

バッテリセルは、通常では、巻物の形態に成形された１つ以上の電極ユニットを備える。電極ユニットは、フィルム状に形成された２つの電極を有し、即ちアノードとカソードとを有する。上記電極は、セパレータを間に挟んだ状態で巻回されて、ジェリーロール（Ｊｅｌｌｙ‐Ｒｏｌｌ）とも呼ばれる巻回電極体となる。巻回電極体の２つの電極は、集電体によって、端子とも呼ばれるバッテリセルの極と電気的に接続される。

バッテリセルは、さらに、例えばアルミニウムから成るセルハウジングを有する。セルハウジングは通常では角柱形状に形成され、特に直方体形状に形成され、耐圧性を備えて構成される。電極が端子に接続された後で、電解質溶液がセルハウジングに充填される。

欧州特許出願公開第２６７５０００号明細書には、巻回電極体を備えた、導入部に記載のバッテリセルが開示されている。ここでは、アノードとカソードとが、互いに反対の側で、巻回軸に対して平行に巻回電極体から突出しており、それぞれが１つの集電体に接続されている。上記２つの集電体は、巻回電極体の巻回軸に対してほぼ直交して延びており、アノード及びカソードを端子と接続する。

米国特許出願公開第２０１０／００２８７７０号明細書には、導入部に記載のバッテリセルが開示されている。巻回電極体の電極は接触タブを有し、この接触タブは、巻回電極体から突出しており、集電体と接続されている。集電体と接続される前は、接触タブは、長さが様々である。

電極とセルハウジングとの電気的絶縁のために、例えばプラスチックから成る絶縁体が設けられる。米国特許出願公開第２０１３／０２８８０９２号明細書には、バッテリセルのための対応する絶縁体を備えた巻回電極体が示されている。

リチウムイオンバッテリセルは、環境からの影響、特に空気及び湿気から比較的影響を受けやすい。言及されるセルハウジングは、上記の環境の影響から防護する。複数のこのようなバッテリセルが纏められて、バッテリパックとも呼ばれるバッテリシステムとなりうる。

角柱形状に形成されたセルハウジングであって、負の端子と正の端子とが配置されたカバー面を有するセルハウジングと、セルハウジングの内部に配置された少なくとも１つの巻回電極体であって、カソードとアノードとを有する巻回電極体と、を備えるバッテリセルが提案される。

本発明に基づいて、少なくとも１つの巻回電極体が、電気的に絶縁するホルダによってカバー面に固定されており、ホルダは、少なくとも１つの電気的に絶縁するスペーサと結合されている。

その際有利に、スペーサは、カバー面に固定されている。

好適に、スペーサは、カソード又はアノードと端子とを電気的に接続する集電体によってカバー面に固定されており、特に挟まれている。

本発明の有利な構成によれば、ホルダは、フレーム形状に実現され、少なくとも１つの巻回電極体が、ホルダで挟み込まれている。

その際に好適に、巻回電極体がそれを中心として巻回される巻回軸は、セルハウジングのカバー面に対して平行に延びている。

本発明の更なる別の有利な構成によれば、ホルダは、スペーサと結合されたカバー領域と、当該カバー領域と結合された底部領域と、を有し、少なくとも１つの巻回電極体は、カバー領域と底部領域との間で保持される。

その際に、少なくとも１つの巻回電極体は、ホルダによって、少なくとも近似的に完全に取り囲まれている。

本発明の更なる別の有利な構成によれば、ホルダは、平坦な物体として実現され、少なくとも１つの巻回電極体は、ホルダに巻回されている。

その際に好適に、少なくとも１つの巻回電極体がそれを中心として巻回される巻回軸は、セルハウジングのカバー面に対して直交して延びている。

本発明の更なる別の有利な構成によれば、ホルダは、二重フレームの形態により実現される。その際に、ホルダは、少なくとも１つの巻回電極体をその間に収容する第１のフレーム部分及び第２のフレーム部分を含む。

有利に、組み立てによって都合良く、ホルダは、少なくとも１つの電気的に絶縁するスペーサと一体に形成される。

さらに、本発明に基づく少なくとも１つのバッテリセルを備えるバッテリシステムも提案される。

本発明に基づくバッテリセルは、有利に、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、又は、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）で利用される。

少なくとも１つの巻回電極体が、ホルダで、セルハウジングのカバー面に固定される場合には、バッテリセルの組み立てが有利に簡素化される。カバー面を残りのセルハウジングに嵌め込む際には、少なくとも１つの巻回電極体が自動的に、セルハウジングの内部へと導入される。ホルダを固定するために、セルハウジングに対する集電体の絶縁のために役立つ既存のスペーサが利用される。その際に、カソード及びアノードとバッテリセルの端子とを接続する上記集電体が、機械的にスペーサをカバー面に固定し、しっかりと挟んでスペーサをカバー面に固定する。

本発明の実施形態が、図面及び以下の明細書の記載によって詳細に解説される。
集電体が無いバッテリセルの、斜めから見た概略的な半透視図を示す。 巻回電極体が無い第１の実施形態に係るバッテリセルの、斜めから見た概略的な半透視図を示す。 巻回電極体が無い第２の実施形態に係るバッテリセルの、斜めから見た概略的な半透視図を示す。 セルハウジングに挿入される前の巻回電極体の正面の上面図を示す。 集電体と接続される前の、図４の切断線Ｖ‐Ｖに沿った巻回電極体の部分的な断面図を示す。 集電体と接続された後の図５ａの巻回電極体を示す。 集電体と接続される前の、図５ａの巻回電極体の変形例を示す。 集電体と接続された後の図６ａの巻回電極体を示す。 巻回電極体の製造についての概略図を示す。 巻回電極体のための第１の実施形態によるホルダを備えたバッテリセルの概略的な断面図を示す。 巻回電極体のための第２の実施形態によるホルダを備えたバッテリセルの概略的な断面図を示す。 巻回電極体のための第３の実施形態によるホルダを備えたバッテリセルの概略的な断面図を示す。 巻回電極体のための第４の実施形態によるホルダを備えたバッテリセルの概略的な分解図を示す。 バッテリハウジングを組み立てる際の図１１のバッテリセルの概略的な斜視図を示す。

バッテリセル２は、角柱形状に形成され、ここでは直方体形状に形成されたセルハウジング３を備える。セルハウジング３は、ここでは導電性を備えて実現され、例えばアルミニウムで製造されている。さらに、セルハウジング３は、電気絶縁材料で製造され、例えばプラスチックで製造されており、又は電気絶縁材料がコーティングされていることも構想されうる。

バッテリセル２は、負の端子１１と、正の端子１２と、を備える。端子１１、１２を介して、バッテリセル２により提供される電圧が検出されうる。さらに、バッテリセル２は、端子１１、１２を介して充電することも可能である。

バッテリセル２の、直方体形状に形成されたセルハウジング３は、３つの様々な大きさの面積による６つの面を有し、その際に、面積が同じ大きさの面が２つずつ互いに対向している。面積が最も大きい面は、以下では、第１の正面３３、第２の正面３４と称される。面積が最も小さい面は、以下では、第１の端面３５、第２の端面３６と称される。面積が中くらいの大きさの残りの面は、以下ではカバー面３１、底面３２と称される。

端子１１、１２は、互いに間隔を取ってセルハウジング３のカバー面３１に配置されている。その際に、負の端子１１は、第１の端面３５の隣に存在し、正の端子１２は、第２の端面３６の隣に存在する。

バッテリセル２のセルハウジング３の内部には、巻回電極体１０が配置されており、この巻回電極体１０は、２つの電極、即ち、カソード１４とアノード１６とを、有する。カソード１４とアノード１６とは、フィルム状に実現され、第１のセパレータ１８及び第２のセパレータ１９が間に挟まれた状態で巻回軸Ａに巻回されて、巻回電極体１０となる。巻回電極体１０は、巻回軸Ａが端面３５、３６に対して直交して延びているように、セルハウジング３の内部に配置されている。

さらに、バッテリセル２が、電気的に並列に接続され又は充分な絶縁が設けられた状態で直列に接続された複数の巻回電極体を備えることも構想されうる。セルハウジング３の内部には、電解質がさらに存在する。

アノード１６は、バッテリセル２の負の端子１１と電気的に接続された複数のアノード接触タブ２６を有する。カソード１４は、バッテリセル２の正の端子１２と電気的に接続された複数のカソード接触タブ２４を有する。アノード接触タブ２６と、カソード接触タブ２４とは、同一の端面で、巻回電極体１０から相並んで突出し、巻回電極体１０からセルハウジング３の第１の端面３５へと延びている。

巻回電極体１０のアノード接触タブ２６とカソード接触タブ２４との間には、ここでは図示されない絶縁膜が配置されており、この絶縁膜は、アノード１６のアノード接触タブ２６と、カソード１４のカソード接触タブ２４と、を絶縁する。ここでは、絶縁膜は、巻回電極体１０のアノード１６とカソード１４との間に設けられたセパレータ１８、１９のうちの一方の一部である。

アノード１６と負の端子１１とを電気的に接続するために、第１の集電体４１が設けられる。第１の集電体４１は、第１の領域４２を有し、この第１の領域４２は、第１の端面３５に対して平行に、かつ第１の端面３５の近傍に延在しており、アノード１６のアノード接触タブ２６と接続されている。第１の集電体４１の第１の領域４２は、カバー面３１へと延びて、カバー面３１に対して平行に延在する第２の領域４３へと移行する。第１の集電体４１の第２の領域４３は、負の端子１１と接続されている。第１の集電体４１とバッテリセル２のセルハウジング３との間には、電気絶縁体が設けられる。

カソード１４と正の端子１２とを電気的に接続するために、第２の集電体５１が設けられる。第２の集電体５１は、第１の領域５２を有し、この第１の領域５２は、第１の端面３５に対して平行に第１の端面３５の近傍に延在し、カソード１４のカソード接触タブ２４と接続されている。第２の集電体５１は、正の端子１２と接続された第２の領域５３を有する。

図２に示されるバッテリセル２の第１の実施形態によれば、第２の集電体５１は、中央領域５５を有し、この中央領域５５は、第１の領域５２及び第２の領域５３と接続されている。第２の集電体５１の中央領域５５は、正面３３、３４に対して平行に延在している。ここでは、第２の集電体５１の中央領域５５は、巻回電極体１０と第１の正面３３との間に配置されている。第２の集電体５１とバッテリセル２のセルハウジング３との間には、電気絶縁体が設けられる。

第２の集電体５１の中央領域５５は、巻回電極体１０と第２の正面３４との間にも配置されうる。さらに、第２の集電体５１の、互いに平行に延在する２つの中央領域５５を設けることも可能であり、上記互いに平行に延在する２つの中央領域５５は、巻回電極体１０の両側に配置されている。

図３に示されるバッテリセル２の第２の実施形態によれば、第２の集電体５１は、第１の領域５２と接続された下方領域５６を有する。さらに、第２の集電体５１は、第２の領域５３と接続された後方領域５７を有する。その際に、第２の集電体５１の下方領域５６は、第２の集電体５１の後方領域５７と接続されている。

第２の集電体５１の下方領域５６は、第２の集電体５１の第１の領域５２から、底面３２に対して平行に、巻回電極体１０と底面３２との間を第２の端面３６へと延びている。第２の集電体５１の後方領域５７は、第２の集電体５１の第２の領域５３から、第２の端面３６に対して平行に、巻回電極体１０と第２の端面３６との間を底面３２へと延びている。さらに、第２の集電体５１の後方領域５７は、第２の集電体５１の下方領域５６と接続されている。第２の集電体５１とバッテリセル２のセルハウジング３との間にも、電気絶縁体が設けられる。

バッテリセル２の、ここでは図示されない更なる別の実施形態によれば、導電性のセルハウジング３が、正の端子１２と電気的に接続されている。この場合、第２の集電体５１とセルハウジング３との間に絶縁体は必要ではない。

代替的に、導電性のセルハウジング３は、負の端子１１と電気的に接続されている。この場合に、第１の集電体４１とセルハウジング３との間に絶縁体は必要ではない。

さらに、正の端子１２及びカソード１４のカソード接触タブ２４を、セルハウジング３と電気的に接続することが構想されうる。この場合、セルハウジング３が、第２の集電体５１の機能を引き継ぎ、即ち、カソード１４と正の端子１２との電気的接続を行うであろう。この場合には、第２の集電体５１を完全に無くすことが出来るであろう。第２の集電体５１が、カソード１４のカソード接触タブ２４と、セルハウジング３の第１の端面３５と、を電気的に接続することも構想されうる。

代替的に、負の端子１１及びアノード１６のアノード接触タブ２６を、セルハウジング３と電気的に接続することが構想されうる。この場合、セルハウジング３が、第１の集電体４１の機能を引き継ぎ、即ち、アノード１４と負の端子１１との電気的接続を代わりに行うであろう。この場合には、第１の集電体４１を完全に無くすことが出来るであろう。第１の集電体４１が、アノード１６のアノード接触タブ２６と、例えばセルハウジング３の第１の端面３５と、を電気的に接続するということも構想されうる。

図４には、バッテリセル２のセルハウジング３に挿入される前の巻回電極体１０の正面の上面図が示されている。アノード１６のアノード接触タブ２６が、巻回軸Ａに対して近似的に平行に、巻回電極体１０から突出している。巻回軸Ａに対して直交する方向に、アノード１６のアノード接触タブ２６が、一直線上に互いに並んで配置されている。カソード１４のカソード接触タブ２４は、巻回軸Ａに対してほぼ平行に、巻回電極体１０から突出している。巻回軸Ａに対して直交する方向に、カソード１４のカソード接触タブ２４が、互いに一直線上に配置されている。

図５ａには、図４の切断線Ｖ−Ｖに沿った巻回電極体１０の部分的な断面図が示されている。ここでは、第２の集電体５１と接続される前の、カソード１４のカソード接触タブ２４を含む巻回電極体１０の一部が示されている。第２の集電体５１は、巻回電極体１０の巻回軸Ａに対して直交して延びている。

その際に、カソード１４の個々のカソード接触タブ２４は、長さが様々である。巻回軸Ａ寄りのカソード接触タブ２４が最も短い。カソード接触タブ２４の長さは、巻回軸Ａとカソード接触タブ２４との間隔が大きくなるにつれて増大する。巻回軸Ａから離反した側のカソード接触タブ２４が最も長い。

図５ｂには、第２の集電体５１と接続された後の、図５ａの巻回電極体１０が示されている。カソード１４の個々のカソード接触タブ２４はそれぞれ、巻回軸Ａに直交して延びる軸に対して折り曲げられて、積み重ねられている。カソード１４の、巻回軸Ａから離反した側のカソード接触タブ２４が、第２の集電体５１に載置されている。カソード１４のカソード接触タブ２４は互いに接続され、かつ第２の集電体５１と接続され、特に溶接される。

カソード１４の個々のカソード接触タブ２４の長さは、以下のように上下で調整され、即ち、カソード接触タブ２４が第２の集電体５１と接続された後で、カソード接触タブ２４の、巻回電極体１０から離反した側の末端が互いに一直線上に並ぶように調整される。

図６ａには、第２の集電体５１と接続される前の、図５ａの巻回電極体１０の変形例が示されている。ここでは、第２の集電体５１は、巻回電極体１０の巻回軸Ａに対して平行に延びている。

上記変形例による巻回電極体１０では、カソード１４の個々のカソード接触タブ２４は、長さが様々である。巻回軸Ａ及び第２の集電体５１寄りのカソード接触タブ２４が最も短い。カソード接触タブ２４の長さは、カソード接触タブ２４と、巻回軸Ａ及び第２の集電体５１と、の間隔が大きくなるにつれて増大する。巻回軸Ａ及び第２の集電体５１から離反した側のカソード接触タブ２４が最も長い。

図６ｂには、第２の集電体５１と接続された後の、図６ａの巻回電極体１０が示されている。カソード１４の個々のカソード接触タブ２４は積み重ねられている。カソード１４の、巻回軸Ａ寄りのカソード接触タブ２４が、第２の集電体５１に載置されている。カソード１４のカソード接触タブ２４は互いに接続され、かつ第２の集電体５１に接続され、特に溶接されている。

上記変形例による巻回電極体１０では、カソード１４の個々のカソード接触タブ２４の長さが以下のように上下で調整され、即ち、カソード接触タブ２４が第２の集電体５１に接続された後で、巻回電極体１０から離反した側のカソード接触タブ２４の末端が互いに一直線上に並ぶように調整される。

図７には、巻回電極体１０の製造について概略的に示されている。巻芯部６５が、回転軸Ｄを中心として回転させられる。フィルム状に形成されたカソード１４と、フィルム状に形成された第１のセパレータ１８と、フィルム状に形成されたアノード１６と、フィルム状に形成された第２のセパレータ１９とが、巻芯部６５に固定されている。巻芯部６５の回転軸Ｄは、巻回電極体１０の巻回軸Ａと同軸上に存在する。

巻芯部６５を回転させることにより、カソード１４と、第１のセパレータ１８と、アノード１６と、第２のセパレータ１９とが巻芯部６５に巻回される。従ってカソード１４とアノード１６との間にはそれぞれセパレータ１８、１９の一方が介在する。

第１のレーザ光線６１が、フィルム状のアノード１６の縁領域を切り離す。しかしながら、アノード１６のアノード接触タブ２６は残されている。巻芯部６５を完全に一回転させる度に、アノード１６のアノード接触タブ２６のうちの１つが残される。これにより、アノード１６のアノード接触タブ２６が、図４で示したように互いに一直線上に配置されることが保証される。

その際に、アノード１６の上記残されるアノード接触タブ２６の長さは、回転を重ねるにつれて増大する。従って、回転軸Ｄ及び巻回軸Ａ寄りの、アノード１６のアノード接触タブ２６が最も短く、回転軸Ｄ及び巻回軸Ａから離反した側の、アノード１６のアノード接触タブ２６が最も長い。

第２のレーザ光線６２が、フィルム状のカソード１４の縁領域を切り離す。しかしながら、カソード１４のカソード接触タブ２４は残されている。巻芯部６５を完全に一回転させる度に、カソード１４のカソード接触タブ２４のうちの１つが残される。これにより、カソード１４のカソード接触タブ２４が、図４で示したように、互いに一直線上に配置されることが保証される。

その際に、カソード１４の上記残されるカソード接触タブ２４の長さは、回転を重ねるにつれて増大する。従って、図５ａに示したように、回転軸Ｄ及び巻回軸Ａ寄りの、カソード１４のカソード接触タブ２４が最も短く、回転軸Ｄ及び巻回軸Ａから離反した側の、カソード１４のカソード接触タブ２４が最も長い。

カソード１４と、アノード１６と、セパレータ１８、１９とが完全に巻回された後で、巻芯部６５を抜くことが可能である。巻回電極体１０はまとめて軽く押圧され、これにより、巻芯部６５が無くなったことで発生した空洞が閉じられる。

図８には、巻回電極体１０のための第１の実施形態に係るホルダ７０を備えたバッテリセル２の概略的な断面図が示されている。集電体４１、５１は完全には示されていない。

第１の実施形態に係るホルダ７０は、矩形のフレームとして実現され、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造されている。第１の実施形態に係るホルダ７０は、第１の長手方向側７１と、当該第１の長手方向側７１に対して平行に延びる第２の長手方向側７２と、を含む。第１の長手方向側７１と、第２の長手方向側７２とは、その末端が、第１の横手方向側７３及び第２の横手方向側７４によって互いに結合されている。第１の横手方向側７３と第２の横手方向側７４とは互いに平行に延びており、かつ長手方向側７１、７２に対して直交して延びている。

第１の実施形態に係るフレーム形状のホルダ７０の第１の長手方向側７１は、バッテリセル２のセルハウジング３のカバー面３１に固定されている。第１の実施形態に係るホルダ７０の第１の長手方向側７１の末端から、第１の横手方向側７３及び第２の横手方向側７４が、カバー面３１から直角に、セルハウジング３の図示されない底面３２へと延びている。その際に、第１の横手方向側７３は、セルハウジング３の図示されない第１の端面３５の近傍に延びており、第２の横手方向側７４は、セルハウジング３の図示されない第２の端面３６の近傍に延びている。第２の長手方向側７２は、セルハウジング３の図示されない底面３２の近傍に延びている。

第１の実施形態に係るフレーム形状のホルダ７０で、巻回電極体１０が挟み込まれている。その際に、巻回電極体１０の巻回軸Ａは、第１の実施形態に係るホルダ７０の長手方向側７１、７２に対して平行に延びており、かつセルハウジング３のカバー面３１に対して平行に延びている。アノード１６とカソード１４とは、第１の実施形態に係るホルダ７０の第１の横手方向側７３の近傍で、巻回電極体１０から突出している。

バッテリセル２の第１の集電体４１は、電気的かつ機械的に負の端子１１と接続されている。第１の集電体４１と、セルハウジング３のカバー面３１との間には、第１のスペーサ６７が配置されている。第１のスペーサ６７は、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造されており、セルハウジング３のカバー面３１から第１の集電体４１を電気的に絶縁する。従って、第１のスペーサ６７は、セルハウジング３の内部でカバー面３１に機械的に固定されている。

バッテリセル２の第２の集電体５１は、電気的かつ機械的に正の端子１２と接続されている。第２の集電体５１と、セルハウジング３のカバー面３１との間には、第２のスペーサ６８が配置されている。第２のスペーサ６８は、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造されており、セルハウジング３のカバー面３１から第２の集電体５１を電気的に絶縁する。従って、第２のスペーサ６８は、セルハウジング３の内部でカバー面３１に機械的に固定されている。

第１の実施形態に係るホルダ７０の第１の長手方向側７１は、第１のスペーサ６７及び第２のスペーサ６８と機械的に結合されている。その際に、第１の実施形態に係るホルダ７０の第１の長手方向側７１は、クリップ式固着（Ｃｌｉｐｓｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ）のように、スペーサ６７、６８の対応する凹部に押し込まれて、そこで形状結合式に固定される。さらに、第１の実施形態に係るホルダ７０がスペーサ６７、６８と一体に形成されることも構想されうる。

図９には、図示されない巻回電極体１０のための第２の実施形態に係るホルダ８０を備えたバッテリセル２の概略的な断面図を示している。集電体４１、５１は完全には示されていない。

第２の実施形態に係るホルダ８０は、少なくとも大部分が閉じられた蓋付き容器の形態により実現され、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造されている。第２の実施形態に係るホルダ８０は、カバー領域８１と、底部領域８２と、を含む。

第２の実施形態に係るホルダ８０のカバー領域８１は、バッテリセル２のセルハウジング３のカバー面３１に固定されている。示された図では、底部領域８２は、カバー領域８１から隔てて配置されている。図示されない巻回電極体１０が接続された後で、底部領域８２がカバー領域８１に押し付けられて、カバー領域８１に形状結合式に固定される。この後に、図示されない巻回電極体１０は、蓋付き容器の形態により成形された第２の実施形態に係るホルダ８０によってぐるりと取り囲まれる。

バッテリセル２の第１の集電体４１は、電気的かつ機械的に負の端子１１と接続されている。第１の集電体４１とセルハウジング３のカバー面３１との間には、第１のスペーサ６７が配置されている。第１のスペーサ６７は、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造され、セルハウジング３のカバー面３１から第１の集電体４１を電気的に絶縁する。従って、第１のスペーサ６７は、セルハウジング３の内部でカバー面３１に機械的に固定されている。

バッテリセル２の第２の集電体５１は、電気的かつ機械的に正の端子１２と接続されている。第２の集電体５１とセルハウジング３のカバー面３１との間には、第２のスペーサ６８が配置されている。第２のスペーサ６８は、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造され、セルハウジング３のカバー面３１から、第２の集電体５１を電気的に絶縁する。従って、第２のスペーサ６８は、セルハウジング３の内部でカバー面３１に機械的に固定されている。

第２の実施形態に係るホルダ８０のカバー領域８１は、第１のスペーサ６７及び第２のスペーサ６８と機械的に結合されている。カバー領域８１は、留め具（Ｌａｓｃｈｅ）を備えており、この留め具は、クリップ式固着のように、スペーサ６７、６８の対応する凹部に押し込まれて、そこで形状結合式に固定される。さらに、カバー領域８１が、スペーサ６７、６８と一体に形成されることも構想されうる。

図１０には、図示されない巻回電極体１０のための第３の実施形態に係るホルダ９０を備えたバッテリセル２の概略的な断面図が示されている。集電体４１、５１は完全には示されていない。

第３の実施形態に係るホルダ９０は、矩形の平坦な物体として実現され、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造されている。第３の実施形態に係るホルダ９０は、ヘッド側９１と、当該ヘッド側９１に対して平行に延びるフット側９２と、第１の外側９３と、第２の外側９４と、によって画定されている。第１の外側９３と第２の外側９４とは、互いに平行に延びており、かつ、ヘッド側９１及びフット側９２に対して直交して延びている。

第３の実施形態に係るホルダ９０のヘッド側９１は、バッテリセル２のセルハウジング３のカバー面３１に固定されている。第１の外側９３及び第２の外側９４は、カバー面３１から直角に、セルハウジング３の図示されない底面３２へと延びている。その際に、第１の外側９３は、セルハウジング３の図示されない第１の端面３５の近傍に延びており、第２の外側９４は、セルハウジング３の図示されない第２の端面３６の近傍に延びている。フット側９２は、セルハウジング３の図示されない底面３２の近傍に延びている。

図示されない巻回電極体１０は、第３の実施形態に係るホルダ９０に巻回されている。その際に、巻回電極体１０の巻回軸Ａは、第３の実施形態に係るホルダ９０のヘッド側９１に対して直交して延びており、かつセルハウジング３のカバー面３１に対して直交して延びている。即ち、アノード１６と、カソード１４と、セパレータ１８、１９とは、第３の実施形態に係るホルダ９０の外側９３、９４の周りに巻付けて配置されている。

バッテリセル２の第１の集電体４１は、電気的かつ機械的に負の端子１１と接続されている。第１の集電体４１と、セルハウジング３のカバー面３１と、の間には、第１のスペーサ６７が配置されている。第１のスペーサ６７は、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造されており、セルハウジング３のカバー面３１から第１の集電体４１を電気的に絶縁する。従って、第１のスペーサ６７は、セルハウジング３の内部でカバー面３１に機械的に固定されている。

バッテリセル２の第２の集電体５１は、電気的かつ機械的に正の端子１２と接続されている。第２の集電体５１とセルハウジング３のカバー面３１との間には、第２のスペーサ６８が配置されている。第２のスペーサ６８は、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造されており、セルハウジング３のカバー面３１から第２の集電体５１を電気的に絶縁する。従って、第２のスペーサ６８は、セルハウジング３の内部でカバー面３１に機械的に固定されている。

第３の実施形態に係るホルダ９０のヘッド側９１は、第１のスペーサ６７及び第２のスペーサ６８と機械的に結合されている。第３の実施形態に係るホルダ９０のヘッド側９１は、クリップ式固着のように、スペーサ６７、６８の対応する凹部に押し込まれ、そこで形状結合式に固定される。さらに、第３の実施形態に係るホルダ９０がスペーサ６７、６８と一体に形成されることも構想されうる。

図１１には、第４の実施形態に係るホルダ１００を備えるバッテリセル２の概略的な分解図が示されている。第４の実施形態に係るホルダ１００は、２つの巻回電極体１０を収容するために役立つ。

第４の実施形態に係るホルダ１００は、二重フレームの形態により実現され、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造される。第４の実施形態に係るホルダ１００は、２つの巻回電極体１０をその間に収容する第１のフレーム部分１０１と第２のフレーム部分１０２とを備える。従って、巻回電極体１０は、側方が、第４の実施形態に係るホルダ１００のフレーム部分１０１、１０２によって取り囲まれている。

２つの巻回電極体１０はそれぞれ、アノード１６及びカソード１４を備える。アノード１６のアノード接触タブ２６と、カソード１４のカソード接触タブ２４とが、同じ端面で、巻回電極体１０から相並んで突出している。

２つの巻回電極体１０のアノード接触タブ２６とカソード接触タブ２４との間には、図示されない絶縁膜がそれぞれ配置され、絶縁膜はそれぞれ、カソード接触タブ２４からアノード接触タブ２６を電気的に絶縁する。ここでは、２つ絶縁膜はそれぞれ、２つの巻回電極体１０のアノード１６とカソード１４との間に設けられたセパレータ１８、１９の構成要素である。

アノード１６と負の端子１１とを電気的に接続するために、２つの第１の集電体４１が設けられる。その際に、２つの巻回電極体１０のアノード１６のアノード接触タブ２６は、第１の集電体４１の各一方と接続され、ここでは溶接されている。第１の集電体４１は、ここでは銅で製造されている。

第１の集電体４１は、アノード１６のアノード接触タブ２６から、最初に、第１の集電体４１に対して平行に、かつ第１の端面３５の近傍をカバー面３１へと延びている。第１の集電体４１は、電気的かつ機械的に負の端子１１と接続されている。

上記２つの第１の集電体４１は、ここでは、別々の構成要素として構成されている。上記２つの第１の集電体４１は、一体に形成することも可能である。この場合には、２つの巻回電極体１０のアノード接触タブ２６が、同じ１つの集電体４１と接続される。

カソード１４と正の端子１２とを電気的に接続するために、２つの第２の集電体５１が設けられる。その際に、２つの巻回電極体１０のカソード１４のカソード接触タブ２４は、第２の集電体５１の各一方と接続され、ここでは溶接されている。第２の集電体５１は、ここではアルミニウムで製造されている。第２の集電体５１は、図２に示したように延在しているが、図１１ではそれは示されない。

上記２つの第２の集電体５１は、それぞれが第１の領域５２を有し、この第１の領域５２は、第１の端面３５に対して平行に、かつ第１の端面３５の近傍に延在しており、さらに、一方の巻回電極体１０のカソード接触タブ２４と接続されている。さらに、各第２の集電体５１は、電気的かつ機械的に正の端子１２と接続された第２の領域５３を有する。

上記第２の集電体５１はさらに、それぞれが、第１の領域５２及び第２の領域５３と接続された中央領域５５も有する。その際に、第２の集電体５１の中央領域５５は、正面３３、３４に対してそれぞれ平行に延在している。その際に、一方の第２の集電体５１の中央領域５５は、当該一方の巻回電極体１０と第１の正面３３との間に配置されており、他方の第２の集電体５１の中央領域５５は、当該他方の巻回電極体１０と第２の正面３４との間に配置されている。従って、上記２つの第２の集電体５１の中央領域５５は、上記２つの巻回電極体１０の両側に配置される。

上記２つの第２の集電体５１は、ここでは、別々の構成要素として形成されている。上記２つの第２の集電体５１は、一体に形成することも可能である。このために、２つの第２の集電体５１の第２の領域５３が互いに接続される。

第１の集電体４１とセルハウジング３のカバー面３１との間には、第１のスペーサ６７が配置されている。第１のスペーサ６７は、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造され、セルハウジング３のカバー面３１から第１の集電体４１を電気的に絶縁する。従って、第１のスペーサ６７は、セルハウジング３の内部でカバー面３１に機械的に固定されている。

第１のスペーサ６７は、ここでは、第４の実施形態に係るホルダ１００と一体に形成されている。その際に、第１のスペーサ６７は、第１のフレーム部分１０１と第２のフレーム部分１０２とに部分的に配置されている。第１のフレーム部分１０１と第２のフレーム部分１０２とを組み合わせることによって、完全な第１のスペーサ６７が得られる。

第２の集電体５１とセルハウジング３のカバー面３１との間には、第２のスペーサ６８が配置されている。第２のスペーサ６８は、非導電性材料で製造され、特にプラスチックで製造され、セルハウジング３のカバー面３１から第２の集電体５１を電気的に絶縁する。従って、第２のスペーサ６８は、セルハウジング３の内部でカバー面３１に機械的に固定されている。

第２のスペーサ６８は、ここでは、第４の実施形態に係るホルダ１００と一体に形成されている。その際に、第２のスペーサ６８は、第１のフレーム部分１０１と第２のフレーム部分１０２とに部分的に配置されている。第１のフレーム部分１０１と第２のフレーム部分１０２とを組み合わせることによって、完全な第２のスペーサ６８が得られる。

さらに、図示されない第２の集電体５１が、導電性を有するセルハウジング３と直接的に接続され、特にセルハウジング３のカバー面３１と直接的に接続されることも構想されうる。その際には、正の端子１２が、カバー面３１と電気的に接続される。この場合には、第２の集電体５１とセルハウジング３との間に追加的な絶縁体が必要ではない。

図１２には、セルハウジング３を組み立てた状態における、第４の実施形態に係るホルダ１００を備えたバッテリセル２の概略的な斜視図が示されている。

第１のフレーム部分１０１と第２のフレーム部分１０２とを組み合わせることによって、第４の実施形態に係るホルダ１００が得られ、ホルダ１００は、自身のフレーム部分１０１、１０２の間に巻回電極体１０を収容している。組み合わされた後に生じたユニットであって、第４の実施形態に係るホルダ１００と、巻回電極体１０と、カバー面３１と、を備える上記ユニットは、続いて、容器に挿入され、この容器が、カバー面３１と共にセルハウジング３を形成する。

バッテリセル２のセルハウジング３は、電気絶縁材料で製造され、例えばプラスチックで製造されうる。同様に、バッテリセル２のセルハウジング３には、電気絶縁材料がコーティングされうる。この場合には、第１の集電体４１とセルハウジング３との間、及び、第２の集電体５１とセルハウジング３との間に絶縁体は必要ではない。

本発明は、上記の実施例及び、上記の実施例で強調された特徴には限定されない。むしろ、特許請求の範囲により示される範囲内で、当業者の業の範囲に収まる複数の変更が可能である。

本発明に基づくバッテリセルは、有利に、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ‐ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）で利用される。

図１に示すように、バッテリセル２は、角柱形状に形成され、ここでは直方体形状に形成されたセルハウジング３を備える。セルハウジング３は、ここでは導電性を備えて実現され、例えばアルミニウムで製造されている。さらに、セルハウジング３は、電気絶縁材料で製造され、例えばプラスチックで製造されており、又は電気絶縁材料がコーティングされていることも構想されうる。

Claims (13)

1. 角柱形状に形成されたセルハウジング（３）であって、負の端子（１１）と正の端子（１２）とが配置されたカバー面（３１）を有する前記セルハウジング（３）と、
   前記セルハウジング（３）の内部に配置された少なくとも１つの巻回電極体（１０）であって、カソード（１４）とアノード（１６）とを有する前記巻回電極体（１０）と、
   を備えるバッテリセル（２）において、
   前記少なくとも１つの巻回電極体（１０）は、電気的に絶縁するホルダ（７０、８０、９０、１００）によって前記カバー面（３１）に固定され、
   前記ホルダ（７０、８０、９０、１００）は、少なくとも１つの電気的に絶縁するスペーサ（６７、６８）と結合されることを特徴とする、バッテリセル（２）。
2. 前記スペーサ（６７、６８）は、前記カバー面（３１）に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリセル（２）。
3. 前記スペーサ（６７、６８）は、前記カソード（１４）又は前記アノード（１６）と端子（１１、１２）とを電気的に接続する集電体（４１、５１）によって、前記カバー面（３１）に固定されていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリセル（２）。
4. 前記ホルダ（７０）は、フレーム形状に実現され、前記少なくとも１つの巻回電極体（１０）は、前記ホルダ（７０）で挟み込まれていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリセル（２）。
5. 前記少なくとも１つの巻回電極体（１０）は、前記カバー面（３１）に対して平行に延びる巻回軸（Ａ）に巻回されていることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリセル（２）。
6. 前記ホルダ（８０）は、前記スペーサ（６７、６８）と結合されたカバー領域（８１）と、当該カバー領域（８１）と結合された底部領域（８２）と、を有し、前記少なくとも１つの巻回電極体（１０）は、前記カバー領域（８１）と前記底部領域（８２）との間で保持されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリセル（２）。
7. 前記少なくとも１つの巻回電極体（１０）は、前記ホルダ（８０）によって取り囲まれていることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリセル（２）。
8. 前記ホルダ（９０）は、平坦な物体として実現され、前記少なくとも１つの巻回電極体（１０）は、前記ホルダ（９０）に巻回されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリセル（２）。
9. 前記少なくとも１つの巻回電極体（１０）は、前記カバー面（３１）に対して直交して延びる巻回軸（Ａ）に巻回されていることを特徴とする、請求項８に記載のバッテリセル（２）。
10. 前記ホルダ（１００）は、二重フレームの形態により実現され、前記少なくとも１つの巻回電極体（１０）をその間に収容する第１のフレーム部分（１０１）及び第２のフレーム部分（１０２）を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリセル（２）。
11. 前記ホルダ（７０、８０、９０、１００）は、少なくとも１つの電気的に絶縁するスペーサ（６７、６８）と一体に形成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバッテリセル（２）。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の少なくとも１つのバッテリセル（２）を備えるバッテリシステム。
13. 電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、又は、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）での、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバッテリセル（２）の利用。

Images