本發(fā)明涉及一種用于原電池（galvanisches Element）的電極線圈，其中所述電極線圈具有第一電極、第二電極、隔板和參考電極。

此外，介紹了一種具有這樣的電極線圈的原電池以及一種用于制造這樣的電極線圈的方法。

背景技術(shù)：

WO 2012/049201 A1公開(kāi)了一種具有參考電極的鋰離子單池，其中所述參考電極布置在陽(yáng)極與陰極之間，例如布置兩個(gè)隔板薄膜之間或者布置所述陽(yáng)極或者陰極的高度上，并且在空間上與所述陽(yáng)極或者陰極間隔開(kāi)并且電絕緣。所述參考電極通過(guò)具有涂層或者覆膜的金屬箔或者擴(kuò)展的金屬箔來(lái)構(gòu)成。

WO 2009/036444 A2公開(kāi)了一種用于用在HEV、PHEV或者EV車(chē)輛中的鋰離子電池，其中所述鋰離子電池具有用于對(duì)負(fù)的電極電位進(jìn)行監(jiān)控的參考電極。所述參考電極的活性材料可以直接地或者在與膠合劑和有傳導(dǎo)能力的添加劑相混合的情況下被施加到金屬電流導(dǎo)體上。所述參考電極可以被多孔的絕緣涂層所包圍。所述參考電極在此被分配給殼體壁。

DE 10 2011 120 512 A1公開(kāi)了一種具有參考電極的所謂的袋式單池（Pouchzelle），所述參考電極布置在陽(yáng)極與陰極上。

WO 2013/006415 A2公開(kāi)了一種卷繞的電池單池，該卷繞的電池單池用于電子設(shè)備例如移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備、筆記本電腦或者類(lèi)似物，其中使用一種參考電極，該參考電極具有鎳芯和圍繞著所述鎳芯的鋰條并且具有包圍的隔板層。所述參考電極在此不僅可以布置在所述卷繞的電池單池的外圍中而且可以布置在所述卷繞的電池單池的中心中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

按照第一方面，提供了一種用于原電池的電極線圈，其中所述電極線圈具有第一電極、第二電極、隔板和參考電極。所述第一電極和所述第二電極通過(guò)所述隔板來(lái)彼此隔離。所述參考電極在此布置在所述第一電極與所述第二電極之間。所述參考電極被粘接到所述第一電極或者所述第二電極上。

原電池典型地包括兩個(gè)電極以及由此兩個(gè)極。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述第一電極例如可以是陰極電極或者簡(jiǎn)稱(chēng)陰極。所述陰極在此表示一種電極，該電極在連接到負(fù)載上時(shí)、也就是例如在電動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)接納電子。所述陰極在這方面也被稱(chēng)為正極。所述陰極典型地由集流器所構(gòu)成，所述集流器在一側(cè)或者在兩側(cè)用活性的陰極材料來(lái)涂覆，所述陰極在本公開(kāi)文件的范圍內(nèi)被稱(chēng)為具有第一活性材料的第一層。所述集流器例如可以由鋁或者鎳組成。

所述陰極的活性材料優(yōu)選包含一種材料，該材料可以將鋰以離子的形式或者金屬的形式可逆地移入（嵌入）并且又使其移出（脫嵌）。例如，所述陰極包含純粹或者摻雜形式的金屬氧化物，例如鋰-鈷氧化物、鋰-鈷二氧化物（LiCoO₂）、鋰-鎳-鈷-混合氧化物、鋰-錳-氧化物（LMO）、鋰-錳氧化物尖晶石（LiMn₂O₄）、鋰-鎳-錳-鈷-混合氧化物、鋰-鎳-錳-鈷-鋁-混合氧化物、鋰-鎳-鈷-鋁-氧化物（NCA）或者鋰-金屬-磷酸鹽、例如鋰-鐵磷酸鹽（LiFePO₄）或者硫或者硫化合物。所述陰極必要時(shí)包含另外的層、例如保護(hù)層，所述保護(hù)層例如具有鋰-聚陰離子-化合物，例如LiFePO₄或者高溫穩(wěn)定的多孔的陶瓷的保護(hù)層、例如Al₂O₃。

所述第二電極可以是陽(yáng)極或者換句話說(shuō)是陽(yáng)極電極。用陽(yáng)極來(lái)表示一種電極，該電極在連接到負(fù)載上時(shí)、也就是例如在電動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)發(fā)出電子。所述陽(yáng)極在這種情況下也被稱(chēng)為負(fù)極。所述陽(yáng)極在原理上可以由任意的、對(duì)于鋰離子陽(yáng)極的制造來(lái)說(shuō)已知的材料所構(gòu)成。所述陽(yáng)極典型地由集流器——該集流器例如由銅制成——組成，所述集流器可以在一側(cè)或者在兩側(cè)用陽(yáng)極活性的材料來(lái)涂覆，所述陽(yáng)極在本公開(kāi)文件的范圍內(nèi)被稱(chēng)為具有第二活性材料的第二層。陽(yáng)極活性的材料可以包括鋰、鎂、鐵、鎳、鋁、鋅或者這些元素的化合物或者每種可以發(fā)出電子并且產(chǎn)生離子流的材料。作為陽(yáng)極活性的材料，例如硅、鍺、鋰、含碳的材料例如石墨或者無(wú)定形的碳或者金屬合金是有利的。具有鋰-合金份額的混合電極也是常見(jiàn)的。所述陽(yáng)極必要時(shí)包含保護(hù)層，例如高溫穩(wěn)定的多孔的陶瓷的保護(hù)層、例如Al₂O₃。

所述參考電極按照一種實(shí)施方式包括參考集流器（Referenzstromsammler），所述參考集流器構(gòu)造為金屬箔或者構(gòu)造為金屬格柵。格柵提供以下優(yōu)點(diǎn)：可以得到所述參考電極的較小的總厚度。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，離子也可以穿流過(guò)所述格柵，從而擴(kuò)大了所述原電池的功率密度。因?yàn)闆](méi)有電流流往所述參考電極或者從所述參考電極流出，所以甚至所述電極的較小的作用橫截面也能夠?qū)崿F(xiàn)足夠的測(cè)量敏感性。

所述參考集流器可以由任意的用于電極集流器的材料制成。優(yōu)選的材料是鋁、銅或者鎳，其中這取決于用于參考電極的活性材料的種類(lèi)。

按照一種實(shí)施方式，所述參考電極包括具有第三活性材料的第三層，所述第三活性材料具有LiFePO₄和/或Li₄Ti₅O₁₂。這些材料在所述原電池的典型的充電/放電曲線中提供較寬的電位平臺(tái)（Potentialplateau）。LiFePO₄例如顯示出大約3.4V的電位平臺(tái)。Li₄Ti₅O₁₂顯示出大約1.6V的電位平臺(tái)。具有第三活性材料的第三層例如作為粘稠的漿體（slurry）布置在所述參考集流器的兩側(cè)上并且得到硬化，其中將合適的傳導(dǎo)添加物和粘結(jié)劑添加給所述漿體。在硬化之后，所述漿體得到干燥。

按照一種實(shí)施方式，所述參考電極通過(guò)絕緣層與相應(yīng)的電極間隔開(kāi)，所述參考電極被粘接到所述相應(yīng)的電極上。所述絕緣層用于使所述參考電極與相應(yīng)的電極電絕緣，所述參考電極被粘接到所述相應(yīng)的電極上。所述絕緣層優(yōu)選是多孔的層，該多孔的層例如可以由陶瓷的材料、尤其由Al₂O₃制成。陶瓷的材料的優(yōu)點(diǎn)是，這些陶瓷的材料基本上耐熱。作為替代方案或者補(bǔ)充方案，作為絕緣層為此可以使用在化學(xué)上惰性的聚合物、尤其是聚烯烴（Poleolefine）、例如聚丙烯（PP）或者聚乙烯（PE）。聚合物層的優(yōu)點(diǎn)是，所述聚合物層可以構(gòu)造得非常薄。例如由PP構(gòu)成的隔板（分離陽(yáng)極和陰極）可以制造到大約12μm薄。這種尺寸對(duì)所述絕緣層來(lái)說(shuō)也是合適的。對(duì)于所述原電池不是按照卷芯的已知的種類(lèi)來(lái)卷繞而是包括直接在所述電極上進(jìn)行的涂覆工藝這種情況來(lái)說(shuō)，更小的厚度也是可行的。優(yōu)選的尺寸根據(jù)尤其在機(jī)械堅(jiān)固性方面的實(shí)際可用性而定，在現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)應(yīng)力的情況下必須表現(xiàn)出所述機(jī)械堅(jiān)固性。

此外，所述多孔的陶瓷的保護(hù)層也可以構(gòu)造得非常薄，例如可以借助于漿體涂覆將所述陽(yáng)極或者陰極上的陶瓷的Al₂O₃保護(hù)層涂覆直至5μm薄。

優(yōu)選地，所述參考電極用化學(xué)上惰性的膠粘劑來(lái)粘接到所述第一或者第二電極上，其中所述膠粘劑具有聚硅氧烷和/或丙烯酸。在此，不需要大面積的膠粘劑涂覆，緊固可以通過(guò)粘接點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，所述粘接點(diǎn)相應(yīng)地例如不超過(guò)所述參考電極的活性表面的10%。所述參考電極的典型的尺寸例如為1mm寬和幾厘米長(zhǎng)。

所述參考集流器從具有活性材料的邊緣開(kāi)始被絕緣了大約1-2cm，以用于避免與所述第一或者第二電極的集流器的短路。

按照另一個(gè)方面，提供一種原電池，該原電池具有至少一個(gè)這樣的電極線圈。在電池中可以?xún)?yōu)選在空間上合并多個(gè)這樣的原電池或者原電池單池并且在線路技術(shù)上將其彼此連接起來(lái)。例如可以將多個(gè)原電池在串聯(lián)或者并聯(lián)成模塊的情況下用于能夠提供所要求的功率數(shù)據(jù)。“電池”這個(gè)概念在本說(shuō)明書(shū)中像在常見(jiàn)的語(yǔ)言用法中一樣也普遍地用于蓄電池。

按照另一個(gè)方面，介紹了一種用于制造用于原電池的電極線圈、尤其是前面所描述的電極線圈的方法。相應(yīng)地，在所述方法的范圍內(nèi)所描述的特征相應(yīng)地適用于所述系統(tǒng)，并且反之在所述系統(tǒng)的范圍內(nèi)所描述的特征相應(yīng)地適用于所述方法。

所述方法在此具有以下步驟：

a）提供第一電極、第二電極、隔板和參考電極；

b）制造線圈裝置，其中所述第一電極和所述第二電極通過(guò)所述隔板來(lái)彼此隔離，并且其中所述參考電極布置在所述第一電極與所述第二電極之間；并且

c）圍繞著卷繞軸線來(lái)卷繞所述線圈裝置，以用于制造所述電極線圈。

在此規(guī)定，在步驟b）中將所述參考電極粘接到所述第一電極上或者粘接到所述第二電極上。

在步驟b）中對(duì)所述線圈裝置進(jìn)行的制造例如可以在連續(xù)的過(guò)程中進(jìn)行，在所述連續(xù)的過(guò)程中將材料幅面（Materialbahnen）聚合到壓延機(jī)上并且卷繞起來(lái)。作為替代方案可以規(guī)定，將多個(gè)分切的材料幅面放到彼此上面，其中而后將這些材料幅面卷繞起來(lái)。所述卷繞可以借助于卷繞中插板（Wickelschwert）來(lái)進(jìn)行，所述卷繞中插板布置在所述卷繞軸線中，圍繞著所述卷繞軸線來(lái)卷繞所述線圈裝置，其中在卷起之后例如移走所述卷繞中插板，以便不損害所述電極線圈的能量密度。作為替代方案，所述線圈裝置為此可以在沒(méi)有卷繞中插板的情況下被卷起。

在所述卷繞之后的另一個(gè)方法步驟中可以規(guī)定，將所述電極線圈壓平，以便例如可以接納在棱柱形的、尤其是長(zhǎng)方體形的容器中。

根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟b）中，所述第一電極和所述第二電極關(guān)于所述卷繞軸線彼此錯(cuò)開(kāi)地布置，使得所述第一電極的第一集流器和所述第二電極的第二集流器關(guān)于所述卷繞軸線彼此反向地伸出一本體，所述本體包括具有所述第一電極的第一活性材料的第一層和具有所述第二電極的第二活性材料的第二層以及所述隔板。所述參考電極的參考集流器在此同樣沿著所述卷繞軸線的方向伸出所述本體。在此，因此產(chǎn)生一種裝置，對(duì)于該裝置來(lái)說(shuō)關(guān)于所述卷繞軸線相應(yīng)地在端側(cè)伸出所述集流器，其中在一側(cè)上此外也伸出所述參考集流器。所述本體形成所述電極線圈的在化學(xué)上活性的部分。

按照一種優(yōu)選的實(shí)施方式，相應(yīng)的電極的集流器設(shè)有空隙，所述參考電極被粘接到所述相應(yīng)的電極上。所述參考集流器在所述方法的步驟d）中布置在所述空隙中。特別優(yōu)選地，在所述參考集流器與所述相應(yīng)的電極——所述參考電極被粘接到該相應(yīng)的電極——的集流器之間設(shè)置了1到2cm的間距，以便避免短路的風(fēng)險(xiǎn)。在一種作為替代方案的實(shí)施方式中可行的是，所述相應(yīng)的電極——所述參考電極沒(méi)有被粘接到該相應(yīng)的電極上——的集流器設(shè)有空隙，其中在步驟b）中同樣將所述參考集流器布置在所述相應(yīng)的空隙中，以用于獲得電絕緣。

所述陽(yáng)極與陰極之間的參考電極允許對(duì)單獨(dú)的電極電位進(jìn)行測(cè)量。在沒(méi)有參考電極的情況下，只能測(cè)量關(guān)于電極電位差的結(jié)論。更加精確的、關(guān)于各個(gè)電極電位的結(jié)論可以引起電池的使用壽命和安全性的改進(jìn)。

所提出的、通過(guò)將所述參考電極粘接到電極上的制造方法成本低廉并且允許大量生產(chǎn)。集成在電極線圈（也被稱(chēng)為卷芯）的目前的制造方法中也是可行的。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示出并且在下面的描述中進(jìn)行詳細(xì)解釋。

其中示出：

圖1是原電池在沒(méi)有殼體的情況下的透視圖；

圖2是線圈裝置的透視圖；

圖3是線圈裝置的剖視圖；

圖4是線圈裝置的俯視圖；

圖5是具有參考電極的裝置的透視圖；并且

圖6a和6b是按照不同的實(shí)施方式的參考電極的剖面。

在以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例所作的說(shuō)明中，相同的或者類(lèi)似的組件和元件用相同的或者類(lèi)似的附圖標(biāo)記來(lái)表示，其中放棄在單個(gè)情況中對(duì)這些組件或者元件的重復(fù)性描述。附圖僅僅示意性地示出了本發(fā)明的主題。

具體實(shí)施方式

圖1為了明了起見(jiàn)在沒(méi)有殼體的情況下以透視圖示出了原電池1。該原電池1也可以被稱(chēng)為電池單池。

所述原電池1包括四個(gè)緊密地并排布置的電極線圈2以及一個(gè)蓋板組（Deckelgruppe）5，其中所述蓋板組5包括兩個(gè)端子7，由此從外面來(lái)與所述原電池1進(jìn)行電接觸。

此外，為所述覆蓋組5分配了填充口9和破裂膜片11。所述填充口9和所述破裂膜片11基本上處于所述端板13的中心中，而所述端子7則在所述端板13上放在邊緣處。為了進(jìn)行裝配，將四個(gè)電極線圈2裝入到單池殼體（未示出）中并且通過(guò)所述填充口9來(lái)給所述單池殼體裝填液態(tài)的電解質(zhì)，此后將所述填充口關(guān)閉。

所述四個(gè)電極線圈2相應(yīng)地通過(guò)對(duì)于線圈裝置3的卷繞來(lái)制造，其中下面參照?qǐng)D2到4對(duì)所述線圈裝置3進(jìn)行詳細(xì)描述。在圖1中已經(jīng)示出了一種可能的卷繞軸線20。第一集流器12與第二集流器14關(guān)于所述卷繞軸線20反向地布置。所述第一集流器12和所述第二集流器14在此伸出本體10，所述本體形成所述電極線圈2的在化學(xué)上活性的部分。在所述第一集流器12的一側(cè)上，此外布置了參考集流器16。所述參考集流器16在此布置得與所述第一集流器12有一間距15并且有利地處于所述端子7的附近。

圖2示出了一種線圈裝置3，該線圈裝置包括第一電極4、第二電極6和參考電極8。所述第一電極4例如可以是陰極并且所述第二電極6可以是陽(yáng)極。

所述第一電極4包括具有第一活性材料、也就是具有陰極活性材料的第一層26和所述第一集流器12，該第一集流器在所示出的實(shí)施方式中設(shè)有空隙18，在該空隙中布置了所述參考電極8的參考集流器16。

所述第二電極6包括具有第二活性材料、也就是具有陽(yáng)極活性材料的第二層28和所述第二集流器14。所述第一電極4 和所述第二電極6關(guān)于所述卷繞軸線20（這里未示出）彼此錯(cuò)開(kāi)地布置。所述第一集流器12和所述第二集流器14關(guān)于所述卷繞軸線20相對(duì)于彼此錯(cuò)開(kāi)地布置，并且伸出所述本體10，該本體包括第一層26、第二層28以及在圖4中示出的隔板30，所述第一層具有第一電極4的第一活性材料，所述第二層具有第二電極6的第二活性材料。所述第一電極4由此相對(duì)于所述本體10具有第一超出部22。所述第二電極6相對(duì)于所述本體10具有第二超出部24。

圖3示出了在圖2中示出的線圈裝置3在繪圖平面中的剖面，因而未示出所述第一電極4。所述參考電極8在用箭頭表示的位置處被粘接到所述第二電極6上。作為替代方案，可以進(jìn)行全面的粘接。優(yōu)選如在圖3中示出的那樣粘接在剛好兩個(gè)盡可能隔得遠(yuǎn)的位置上，從而一方面花費(fèi)較少的材料并且另一方面存在方向穩(wěn)定的緊固。作為替代方案，可以以類(lèi)似的方式將所述參考電極8粘接到所述第一電極4（未示出）上。

圖4示出了在圖2中示出的線圈裝置3的俯視圖，其中該線圈裝置作為層系統(tǒng)來(lái)示意性地示出并且無(wú)法推斷出各個(gè)層的實(shí)際厚度。從圖4中僅僅得知所述層的次序。

所述線圈裝置3包括所述第一電極4，該第一電極由所述第一集流器12構(gòu)成，所述第一集流器在兩側(cè)用具有第一活性材料的第一層26來(lái)涂覆。所述第一電極4與隔板30鄰接，另外該隔板與所述參考電極8鄰接。所述參考電極8同樣包括一個(gè)層系統(tǒng)，該層系統(tǒng)具有所述第一集流器12并且如參照?qǐng)D5和6a、6b所示出和所描述的那樣在所述第三層36的兩側(cè)具有第三活性材料。所述參考電極8在其背向所述隔板30和所述第一電極4的一側(cè)上用絕緣層34來(lái)覆蓋，該絕緣層在不存在膠粘劑32的位置處使所述參考電極8與所述第二電極6電絕緣。在圖4中示出了在存在所述膠粘劑32的位置處的剖面。所述第二電極6包括所述第二集流器14，該第二集流器在兩側(cè)被具有第二活性材料的第二層28所包圍。所述第二電極6通過(guò)所述隔板30與所述第一電極4分開(kāi)。所述隔板30在此是所熟知的隔板，所述隔板對(duì)于每個(gè)電池來(lái)說(shuō)都全面地被卷繞在陽(yáng)極與陰極之間。所述參考電極8通過(guò)所述隔板30與所述第一電極4分開(kāi)，并且通過(guò)形成第二隔板的絕緣層34與所述第二電極6分開(kāi)。

圖5示出了具有參考電極8和絕緣層34的裝置的透視圖，所述絕緣層具有膠粘劑32。所述參考電極8包括參考集流器16，該參考集流器在兩側(cè)用具有第三活性材料的第三層36來(lái)涂覆。所述參考集流器16以第三超出部38伸出所述具有第三活性材料的第三層36。又示出了優(yōu)選兩個(gè)具有膠粘劑32的粘接面，所述膠粘劑用于將所述參考電極8緊固在所述第一電極4或者第二電極6上。

圖6a示出了按照第一種實(shí)施方式的參考電極8的橫截面，其中所述參考集流器16通過(guò)金屬箔40來(lái)構(gòu)成。圖6b示出了按照另一種實(shí)施方式的參考電極8的相應(yīng)的橫截面，在該另一種實(shí)施方式中所述參考集流器16通過(guò)金屬格柵42來(lái)構(gòu)成。

本發(fā)明不局限于在這里所描述的實(shí)施例和在其中所強(qiáng)調(diào)的方面。相反，在通過(guò)權(quán)利要求來(lái)說(shuō)明的范圍之內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)大量的變型方案，所述大量的變型方案在本領(lǐng)域技術(shù)人員的行事范圍內(nèi)。