[发明专利]用于确定电化学蓄能装置的状态或状态变化的方法和为此所准备的蓄能装置

说明书

电化学蓄能装置（100）包括：由至少一个层状正极（102）、至少一个层状负极（103）和至少一个隔膜层（104）构成的复合体（101）；以及由多层复合膜构成的外壳。该外壳包括由多层复合膜构成的第一和第二外壳部分（111；112），所述第一和第二外壳部分彼此连接并且共同包围出空腔，复合体（101）布置在该空腔中。在此，复合膜包括金属层（111b；112b）以及两个塑料层（111a、111c；112a、112c），其中金属层（111b；112b）布置在这两个塑料层（111a、111c；112a、112c）之间。这些外壳部分（111；112）分别包括接触区（111d；112d），用于电导体与相应的金属层（111b；112b）的电耦合。为了确定该电化学蓄能装置（100）的状态或状态变化，将电压施加给第一和第二外壳部分（111；112）的金属层（111b；112b），使得在金属层（111b；112b）之间形成电场，而且确定由于在金属层（111b；112b）之间的距离的变化而受影响的电参量。

技术领域

随后描述的本发明涉及一种用于确定具有由多层复合膜构成的外壳的电化学蓄能装置的状态或状态变化的方法和一种针对该方法所准备的电化学蓄能装置。

背景技术

电化学蓄能装置具有至少一个、常常也包括两个或更多个电化学蓄能单元。如果一个电化学蓄能装置包括多个蓄能单元，则这些蓄能单元通常彼此并联和/或串联。电化学蓄能单元就其而言包括由至少一个正极和至少一个负极以及至少一个布置在它们之间的隔膜构成的装置，在最简单的情况下由正好一个正极、正好一个负极和正好一个布置在它们之间的隔膜构成的装置。

在电化学蓄能单元放电时，发生提供能量的化学反应，该化学反应由两个彼此电耦合但是空间上彼此分开的子反应组成。在比较低的氧化还原电位下发生的子反应在负极上进行，在比较高的氧化还原电位下发生的子反应在正极上进行。在放电时，在负极上由于氧化过程而释放电子，造成电子流，大多经由外部耗电器到达正极，该正极吸收相对应的数量的电子。因此，在正极上发生还原过程。同时，在该单元之内出现与电极反应相对应的离子流。该离子流通过传导离子的电解质来确保。在二次电化学蓄能单元中，该放电反应可逆，因此存在使在放电时发生的化学能到电能的转换反转的可能性。如果在该上下文中使用术语阳极和阴极，则通常根据其放电功能来命名这些电极。即，在这种蓄能单元中，负极是阳极，正极是阴极。

在已知的二次电化学蓄能单元中，尤其是基于锂离子的蓄能单元达到比较高的能量密度。基于锂离子的蓄能单元的电极大多是层状。这些电极与至少一个隔膜层共同构成由扁平的电极层和隔膜层构成的复合体。该复合体可以螺旋形缠绕。但是，在很多情况下，这些电极和至少一个隔膜也扁平地彼此堆叠。在蓄能装置中，尤其也可以有多个基于锂离子的蓄能单元彼此堆叠。

基于锂离子的二次电化学蓄能单元的电极通常包括金属集流器，这些金属集流器大多以箔、网、网格、泡沫、纤维网或毛毡的形式存在。在正极的情况下，大多使用由铝、例如由铝网或由铝箔构成的网或箔，作为集流器。在负极的一侧，大多使用由铜构成的网或箔，作为集流器。

通常，基于锂离子的蓄能单元以多阶段的方法来生产。常见的是：在第一步骤中，制造层状电极，然后紧接着将这些层状电极与一个或多个隔膜组合成所提及的电极-隔膜复合体。为了制造蓄能单元，电极和隔膜可以松散地堆叠或缠绕或者也可以在层压步骤中彼此连接。最后，所制造的单元大多被包装到液密外壳中并且用电解质来浸泡。

为了制造层状电极，由大多膏状成分在集流器上形成薄的电极膜，例如借助于刮板或借助于槽模（slot die）来形成薄的电极膜，所述膏状成分包括适当的电化学活性材料（简称“活性材料”）。适合于基于锂离子的蓄能单元的电极的活性材料必须能够吸收并且重新放出锂离子，这些锂离子在充电或放电时从负极移动到正极（而且反之亦然）。

作为适合于基于锂离子的蓄能单元的负极的活性材料，尤其是考虑石墨碳或者能够嵌入锂的非石墨碳材料。此外，也可以使用能与铝构成合金的金属和半金属材料。这样，例如元素锡、锑和硅能够与锂形成金属间相。尤其是，基于碳的活性材料也可以与金属和/或半金属材料组合。