[发明专利]具有高的特定的能量密度的锂离子电池

说明书

已知一种二次锂离子电池(100)，电池包括具有阳极(120)/隔膜(118)/阴极(130)序列的带形的电极隔膜复合体(104)。阳极(120)和阴极(130)分别包括带形的集电器(115、125)，其具有第一纵向边缘(115a、125a)和第二纵向边缘并且分别在条形的主区域(122、116)中附有电极材料(155、123)，其中，自由的、未附有电极材料的边条(121、117)分别沿着第一纵向边缘(115a、125a)延伸。电极隔膜复合体(104)以缠绕体的形式存在，该缠绕体具有两个末端端侧并且被壳体包围。阳极(120)和阴极(130)如此构造和/或如此彼此布置在电极隔膜复合体(104)内，使得第一纵向边缘(115a)从末端端侧中的一个末端端侧离开，并且第一纵向边缘(125a)从末端端侧中的另一个末端端侧离开。电池包括金属的接触元件(101a、102、155)，所述接触元件与第一纵向边缘(115a、125a)中的一个第一纵向边缘直接接触。接触元件(111)通过焊接与纵向边缘(115a、125a)相连接。提出，由负电极材料(155)制成的层包括金属锂。

技术领域

以下阐述的本发明涉及一种二次锂离子电池。

背景技术

电化学电池能够通过氧化还原反应将所储存的化学能转换成电能。电化学电池通常包括通过隔膜相互分离的正电极和负电极。在放电时，在负电极处通过氧化过程释放电子。由此引起电子流，该电子流可被外部的电负载取用，为此，电化学电池用作能源供应。同时，在电池之内出现与电极反应相应的离子流。该离子流横穿隔膜，并且通过引导离子的电解质实现。

如果放电是可逆的，即存在再次反向实现在放电时进行的化学能到电能的转换并且由此再次给电池充电的可能性，则将其称为二次电池。在二次电池中，通常的负电极作为阳极并且正电极作为阴极的称谓一般涉及电化学电池的放电功能。

目前，二次的锂离子电池用于多种应用，因为其能够提供高的电流并且其突出之处在于相对高的能量密度。锂离子电池基于可以以离子的形式在电池的电极之间往复迁移的锂的应用。锂离子电池的负电极和正电极通常由所谓的复合电极形成，除了电化学活性的组分之外，该复合电极也包括无电化学活性的组分。

作为用于二次的锂离子电池的电化学活性的组分(活性材料)，原则上可以考虑所有能够吸收并再次释放锂离子的材料。对于负电极，为此常常使用以碳为基础的颗粒，例如石墨碳。也可以使用适合锂的插层的其他非石墨的碳材料。此外，也可以使用能与锂形成合金的金属的和半金属的材料。即，例如元素：锡、铝、锑和硅，能够与锂形成金属间相。作为用于正电极的活性材料，例如可以使用锂-金属氧化物，例如钴酸锂(LiCo₂)和锰酸锂(LiMn₂O₄)、磷酸铁锂(LiFePO₄)或其衍生物。电化学活性的材料通常以颗粒形式包含在电极中。

作为无电化学活性的组分，复合电极通常包括用作用于相应的活性材料的载体的、面形的和/或带形的集电器，例如金属膜。用于负电极的集电器(阳极集电器)例如可以由铜或镍构成，并且用于正电极的集电器(阴极集电器)例如可以由铝构成。此外，作为无电化学活性的组分，电极可以包括电极粘合剂(例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或者其他聚合物，例如羧甲基纤维素)、改善导电性能的添加剂和其他附加物。电极粘合剂保证了电极的机械稳定性并且常常也保证活性材料在集电器上的附着。

作为电解质，锂离子电池通常包括锂盐(例如六氟磷酸锂(LiPF₆))在有机溶剂(例如碳酸醚和碳酸酯)中的溶液。

在制造锂离子电池时，将复合电极与一个或多个隔膜组合成复合体。在此，电极和隔膜大多在压力下，必要时也通过层压或通过粘接相互连接。随后，可以通过利用电解质浸润该复合体建立电池的基本功能。

在多种实施方式中，以缠绕体的形式构成复合体，或者将复合体处理成缠绕体。通常，复合体包括正电极/隔膜/负电极序列。作为所谓的双电池的复合体通常按照可能的顺序负电极/隔膜/正电极/隔膜/负电极、或者正电极/隔膜/负电极/隔膜/正电极被制造。