自限制的电解质填充方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造电化学电池，尤其是二次电池组或双层电容器的方法，在该方法中，用可流动的电解质填充包含至少一个多孔电池构件的电池容器。本发明专利技术的任务在于，提供一种设备简单的方法，该方法着眼于最优的装填而以相匹配的电解质的装填量来适应自由体积的变化。该任务通过如下方式来解决，即，在第一填充步骤中，填充入电解质的盈余量，多孔的电池构件完全浸没在该盈余量中，填充入的电解质承受如下的力，该力将没有位于多孔构件的孔隙中的电解质从电池容器中排出，并且在第二填充步骤中，填充入电解质的补充量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造电化学电池，尤其是二次电池组或双层电容器的方法，在该方法中用可流动的电解质来填充包含至少一个多孔电池构件的电池容器。此外，由US6387561B1可知这种方法。此外，本专利技术还涉及用于制造电化学电池的设备和使用该设备来执行根据本专利技术的方法的应用。
技术介绍
对于本专利技术来说电化学电池是用于存储或转换利用电化学效应产生的电能的存储器。对于电化学效应例如可以理解为离子迀移现象，例如在二次电池组(蓄电池)或双层电容器(超级电容器)或电解质电容器(缩写ElKos)中所发生的情况。对于电化学效应还可以理解为如下的电化学反应，例如在燃料电池中电能转化为化学能时或相反情况下所发生的情况。基于哪种效应使能量在电化学电池中存储或转化，对于本专利技术的实现来说并不重要。重要的是，电化学电池具有至少一个多孔电池构件。每个电化学电池通常具有至少三个多孔电池构件，也就是用于建立极性的两个电极(阳极、阴极)和至少一个用于分隔电极的隔板。在现有的电化学电池中，这些元件由主要是液态的电解质包围。电极、隔板和电解质保持在电池容器中。如果对于本专利技术来说提到电极，该电极的极性并不重要。对于本专利技术来说，阳极和阴极是同样的电极。在电化学电池的技术实施方案中，电极通常多件式地实施，也就是说，多个电池构件组合成从电化学角度来看的连续的电极。用于阻隔的隔板的数量依赖于电极在电池容器中的布置。设置有至少一个隔板，该隔板将两个电极彼此分隔。如果电极交错地堆叠或盘绕，就可能需要将多个隔板布置在电极之间。隔板是电化学上非活性的构件，该构件将电极彼此电绝缘地分隔，然而对于能在电解质中运动的离子来说是可通过的。由于这种原因，隔板是高孔隙度的，以便可以实现很高的离子通过性，并且由此获得很高的电池性能。不仅电化学电池的隔板是多孔的，而且电极也是多孔的。其原因是，由于电化学反应或电化学迀移发生在活性材料的表面，因此在着眼于高功率密度时需要特别大的电极表面。为了在结构尺寸很小的电极上实现很大的表面，活性材料是多孔的，这意味着，以很大的内表面涂敷到电极的集流器上。活性材料的很大的内表面最终导致整个电极的多孔性。因此，如果在这里提到多孔的电池构件，对此尤其可以理解为用于电极或隔板的通称。对于本专利技术并不重要的是，电极是否平铺、堆叠或盘绕。在现有技术中公知了这两种电池结构方式。对于本专利技术来说与结构方式无关。然而重要的是，其中至少一个电池构件在一定程度上是多孔的并且多孔性在制造过程中发生变化。实践中，两个电极和隔板是多孔的并且经受由生产引起的变化。对于多孔性可以理解为，由构件的几何结构的外尺寸而计算出的体积(外体积)与实际的由材料围成的空间不一致。更确切地说，电极中或隔板中的固体材料围成呈孔隙形式的空区域，该空区域在下文中被称为“自由体积”。电池内部的自由体积以电解质来填充，以便可以实现离子在电极的整个表面上无阻碍地交换。隔板的所有孔隙也被填充，以便允许离子无阻碍地穿过隔板。为了实现电池的最优化的功能和很好的性能，电池内部的自由体积尽可能全部以电解质来填充。另一方面，考虑到安全性，要避免电解质过度盈余。由于组件的多孔性，并且电池内部的自由体积发生由制造引起的变化，因此这意味着，要最优化地填入的电解质的量也是变化的。根据电池组制造的现有技术，几乎不考虑自由体积的波动。更确切地说，对于公知的现有技术来说，在电解质填充方法领域中的公知的现有技术力求的是在每个电池中贮存确定容量的电解质，而不依赖于实际上损失了多少自由体积。因此，US8047241B2描述了一种填充过程，在该过程中在电化学电池中应当抽出特别高的真空。但是，电解质的填充量(US8047241B2中的步骤d)是明确的。US2011/0171503A1也描述了一种将预先限定容量的电解质填充入电化学电池中的方案。US6387561B1致力于用于盘绕电池的填充方法，在该方法中，通过线圈的空心实现的芯来填充电解质，直到电极浸入在电解质中。由于这种原因，US6387561B1的专利技术被作为最接近的现有技术。然而，其中所填充的电解质的量是恒定的。由JP05190168已知的是，将明确容量的电解质填充到电池容器中并且以振动来对电池容器提供压力，以便由此将盈余的气体从电池容器中排出。在DE2729034A1中，一次电池组通过如下方式来填充电解质，即电池容器(在这里是纽扣电池)引入到真空腔中并且通过施加外力对腔进行抽真空，从而将电解质吸入到电池容器中。在此，并不考虑多孔性发生波动。由JP2011-134631A已知的是，在填充薄膜袋中的电池时进行抽真空，并且在通过借助位于电池袋外侧的平行的板对其提供压力的方式使得在填充电解质时可控地使电池容器膨胀。在此时也填充入明确容量的电解质。现有技术的共同点是，明确容量的电解质分别填充到电池中，而不依赖于实际上损失了多少电池内部的自由体积。这必然导致的是，在多孔性发生波动的情况下电池中的填充液面高度发生波动。在相对刚性的电池容器(例如DE2729034A1的纽扣电池)的情况下，这几乎不会引起技术故障。然而，电解质的量发生波动会对其电池容器是由薄的、柔性的壳形成的电化学电池的机械特性产生影响。高性能或储能高的锂离子二次电池组如今优选实施为已知的“袋式电池”。在此，涉及的是电池组电池，其电池容器由铝薄膜和/或塑料薄膜制成。外壳薄的袋式电池对于电解质的量发生的波动会反应出结构空间的变化，这在高度集中装配电池模块时是不利的。然而，更大的问题在于，因为由电解质引起的阻尼发生变化，动态振荡的固有频率会由于不同的电解质填充量而显著改变。在将这类电化学电池用于移动应用方案中，例如尤其在由锂离子电池组驱动的车辆中，在持续的运行中改变的振荡特性导致电池与电池组的另外的组件之间的电气和机械连接元件的不可预知的老化。在此，尤其指的是电池的密封接缝，该密封接缝夹在电池组框架中。该连接通过电池振动而承受负荷并且在最怀的情况下甚至松动。此外，电池导电器电池连接器之间的连接会由于所述振动而受到影响。电解质量除了对电池的机械特性产生影响之外，在电解质量与电池性能之间还存在重要的相互联系。电解质量过少会导致电池过早老化，电解质量过多可能表现出潜在的安全性风险。由于这种原因存在如下的要求，在电化学电池中的电解质量尽可能准确地匹配于实际存在的自由体积。该任务已经通过在迄今为止未公开的德国专利申请DE102012208222A1中写下的专利技术来解决。在该方法中，可变量的电解质填充入电池容器中，以补偿自由体积的波动。然而，最优化的填充量通过控制技术的方法来实现，其中，借助统计方法学来预测自由体积，并且要填充的电解质的量匹配于该自由体积。该方法的优点是，即使在多孔性发生强烈波动时也有很小的填充误差。该方法的缺点是由所需的控制技术而引起的$父尚的设备成本。
技术实现思路
鉴于上述的解决方法，本专利技术的任务在于，提供一种设备上简单的方法，该方法着眼于最优的填充，以相匹配的电解质的填充量来适应自由体积的变化。该任务通过如下方式来解决，S卩，在第一填充步骤中，填入电解质的盈余量，多孔的电池构件完全浸没在该盈余量中，填入的电解质承受至少一个力，该力将没有位于多孔构件的孔隙中的电解质从电池容器中排出，并且在第二填充步骤中，填入电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造电化学电池，尤其是二次电池组或双层电容器的方法，在所述方法中，用可流动的电解质来填充包含至少一个多孔电池构件的电池容器，其特征在于，a)在第一填充步骤中，填充入电解质的盈余量，所述多孔的电池构件完全浸没在所述电解质的盈余量中，b)所填充入的电解质至少承受如下的力，所述力将电解质的没有位于所述多孔构件的孔隙中的部分从所述电池容器中排出，c)并且在第二填充步骤中，填充入电解质的补充量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·赫克特，
申请(专利权)人：赢创利塔里安有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE