[发明专利]自限制的电解质填充方法

说明书

技术领域

本发明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，本发明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发明的方法的应用。

背景技术

对于本发明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迁移现象，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，对于本发明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。

如果对于本发明来说提到电极，该电极的极性并不重要。对于本发明来说，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迁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。

对于本发明并不重要的是，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。对于本发明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的发明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。