JP6324007B2 - Energy storage device, manufacturing method thereof, and detection means - Google Patents
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Description
本発明はエネルギ蓄積器に関する。本発明は殊にリチウム−イオン−バッテリに関する。 The present invention relates to an energy store. The invention particularly relates to lithium-ion batteries.
従来の技術
リチウム−イオン−バッテリは、多くの日常的な応用分野においてエネルギ蓄積器として広く使用されている。リチウム−イオン−バッテリは、例えば、ラップトップなどのコンピュータ、移動電話、スマートフォンおよび別の応用に使用されている。今日、強力に推進されている例えば自動車などの車両の電化においても上記のバッテリは有利である。
Prior art Lithium-ion batteries are widely used as energy stores in many everyday applications. Lithium-ion-batteries are used, for example, in computers such as laptops, mobile phones, smartphones and other applications. The above-described battery is also advantageous in electrification of vehicles such as automobiles that are being strongly propelled today.
リチウム−イオン−バッテリなどのエネルギ蓄積器に起因する危険を回避するため、種々異なる選択肢が公知である。これらの選択肢は、例えば、海難・航空機事故の際にエネルギ蓄積器が、加熱しすぎたり、燃えたり、または危険なガスまたは粉塵を放出し得るという危険を回避するために使用される。すべてを合わせた相応の安全手段により、重大な危険なしに、リチウム−イオン−蓄電池のようなエネルギ蓄積器を利用できるのである。 Different options are known in order to avoid the hazards caused by energy stores such as lithium-ion batteries. These options are used, for example, to avoid the danger that the energy store may overheat, burn, or release dangerous gases or dusts in the event of a maritime accident. With all the appropriate safety measures, an energy store such as a lithium-ion battery can be used without significant danger.
刊行物DE 3818694 Alからは、陳列および商品用のバッテリパックが公知である。このようなバッテリパックでは、電気的なコンタクトによってバッテリの極を接続することができるため、電流が流れた際にバッテリ電圧の大きさを示すことができる。しかしながらこのようなバッテリパックは、安全性を得るのには適切でない。 From publication DE 3818694 Al a battery pack for display and goods is known. In such a battery pack, since the battery poles can be connected by electrical contacts, the magnitude of the battery voltage can be indicated when a current flows. However, such a battery pack is not suitable for obtaining safety.
本発明の課題は、確実かつ高い信頼性でバッテリケーシングの極めて小さな損傷さえも検出することができ、かつ簡単かつコスト的に有利なエネルギ蓄積器を提供することであり、本発明の別の課題は、エネルギ蓄積器を製造する方法およびエネルギ蓄積器を製造するために検出手段を使用する使用方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an energy accumulator which can detect even a very small damage of a battery casing with certainty and high reliability and which is advantageous in a simple and cost-effective manner. Is to provide a method of manufacturing the energy store and a method of using the detection means to manufacture the energy store.
上記のエネルギ蓄積器についての課題は、本願発明の請求項1により、セルスペースを含む殊にリチウム−イオン−バッテリのようなエネルギ蓄積器であって、このセルスペースには、アノード、カソード、および、アノードとカソードとの間に配置される電解質が配置されている、エネルギ蓄積器において、セルスペースは、少なくとも一部分がケーシングによって外部環境から隔離されており、ケーシングが、エネルギ蓄積器の動作時にケーシング内に存在する少なくとも1つの成分またはこの成分の反応生成物を検出する検出手段を有する、ことを特徴とするエネルギ蓄積器を構成することによって解決される。 According to claim 1 of the present invention, an object of the above energy storage is an energy storage, in particular a lithium-ion battery, including a cell space, which comprises an anode, a cathode, and In an energy storage device in which an electrolyte disposed between the anode and the cathode is disposed, the cell space is at least partially isolated from the external environment by a casing, and the casing is the casing during operation of the energy storage device. This is solved by configuring an energy storage device characterized in that it has detection means for detecting at least one component present in it or the reaction product of this component.
またエネルギ蓄積器を製造する方法についての課題は、本願発明の請求項8により、エネルギ蓄積器の動作時にケーシング内に存在する少なくとも1つの成分またはこの成分の反応生成物を検出するための検出手段をエネルギ蓄積器のケーシングに被着する方法ステップを含む、エネルギ蓄積器を製造する方法によって解決される。 According to claim 8 of the present invention, there is provided a detection means for detecting at least one component or a reaction product of this component present in the casing during operation of the energy store. It is solved by a method of manufacturing an energy store, comprising the method steps of depositing an energy store on the casing of the energy store.
本発明が対象とするのは、例えばリチウム−イオン−バッテリのようなエネルギ蓄積器であり、このエネルギ蓄積器は、セルスペースを有しており、このセルスペースには、アノード、カソード、および、アノードとカソードとの間に配置される電解質が配置されている。このセルスペースは、少なくとも一部分がケーシングによって外部環境から隔離されており、このケーシングは、エネルギ蓄積器の動作時にケーシング内にある少なくとも1つの成分またはこの成分の反応生成物を検出する検出手段を有する。 The present invention is directed to an energy storage, such as a lithium-ion battery, which has a cell space that includes an anode, a cathode, and An electrolyte is disposed between the anode and the cathode. The cell space is at least partially isolated from the external environment by a casing, the casing having detection means for detecting at least one component in the casing or a reaction product of this component during operation of the energy accumulator. .
本発明においてエネルギ蓄積器は、殊に任意のバッテリとすることが可能である。例えばエネルギ蓄積器は、1次バッテリの他に殊に2次バッテリ、すなわち再充電可能な蓄電池とすることが可能である。ここでバッテリとは、1つのガルバニック素子または互いに接続される複数のガルバニック素子とすることが可能である。例えば、エネルギ蓄積器にはリチウム−イオン−バッテリが含まれ得る。リチウム−イオン−バッテリとは例えば、充電ないしは放電過程中の電気化学的プロセスの少なくとも一部がリチウムイオンをベースにするエネルギ蓄積器のことであると理解することができる。 In the present invention, the energy storage can be an arbitrary battery. For example, the energy storage can be a secondary battery, in particular a secondary battery, ie a rechargeable storage battery. Here, the battery can be one galvanic element or a plurality of galvanic elements connected to each other. For example, the energy store may include a lithium-ion battery. Lithium-ion-battery can be understood, for example, as an energy store in which at least part of the electrochemical process during the charging or discharging process is based on lithium ions.
さらに本発明においてセルスペースとは、アノード、カソードならびに電解質が存在するないしは配置されているスペースのことであると理解することができる。したがってこのセルスペースとは殊に、エネルギ蓄積器の充電ないしは放電過程に対して進行する電気化学プロセスが行われるスペースのことである。さらにセルスペースを囲むケーシングは、セルスペースを直接囲む、すなわち純粋に例示的にセルスペースの壁として構成することができるか、またはセルスペースを間接的に囲むことも可能である。後者のケースでは、上記のケーシングは、例えばセルスペースを直接囲むケーシングを包囲する別のケーシングとして構成することができる。 Further, in the present invention, a cell space can be understood as a space where an anode, a cathode and an electrolyte are present or arranged. Therefore, the cell space is a space where an electrochemical process that proceeds with respect to the charging or discharging process of the energy storage is performed. Furthermore, the casing surrounding the cell space can directly surround the cell space, i.e. purely by way of example as a cell space wall, or indirectly surround the cell space. In the latter case, the casing can be configured as another casing that surrounds, for example, a casing that directly surrounds the cell space.
さらに上記の外部環境は、殊にエネルギ蓄積器ないしは上記のケーシングを取り巻く雰囲気、すなわち殊にエネルギ蓄積器を取り巻く空気とすることが可能である。 Furthermore, the external environment can in particular be an energy storage or an atmosphere surrounding the casing, i.e. in particular the air surrounding the energy storage.
さらに検出手段とは、直接または間接的に成分を検出可能な任意の手段のことである。例えば検出手段は、電子センサとすることができ、または検出すべき成分と例えば化学反応し得る物質とすることも可能である。ここでこの成分は、例えば検出手段の急激な変色によって検出可能であり、殊にエネルギ蓄積器の通常の動作条件では実質的に非可逆的である、検出手段の急激な変色によって検出可能である。一般的には上記の検出手段は、例えば検出すべき成分を視覚的に表示することができる。 Furthermore, the detection means is any means capable of detecting a component directly or indirectly. For example, the detection means can be an electronic sensor or can be a substance that can, for example, chemically react with the component to be detected. Here, this component can be detected, for example, by a sudden discoloration of the detection means, in particular by a sudden discoloration of the detection means, which is substantially irreversible under the normal operating conditions of the energy storage. . In general, the detection means can visually display, for example, a component to be detected.
さらに上記の検出手段は、エネルギ蓄積器の通常かつ所望の動作時にケーシング内に存在する物質のような成分を感知ないし選り分けることができる。この際にこの検出手段は、上記のような成分を直接的に選り分けることができ、ないしこの成分を直接的に検出することができる。さらに検出出段は、上記の成分の反応生成物を選り分けることができ、殊にケーシング外部の雰囲気ないしは外部環境においてこの成分が反応することによって形成される生成物を選り分けることができる。最後のケースにおいて検出手段は、上記の成分を間接的に検出するのである。 Furthermore, the detection means described above can sense or sort out components such as substances present in the casing during normal and desired operation of the energy store. At this time, the detection means can directly sort out the components as described above, or can directly detect the components. Furthermore, the detection stage can select the reaction products of the above components, and in particular, can select the products formed by the reaction of these components in the atmosphere outside the casing or in the external environment. In the last case, the detection means detects the above components indirectly.
このようなエネルギ蓄積器により、ケーシングの損傷を早期かつ確実に検出することができ、これによって損傷の広がりないしは拡大と、例えばエネルギ蓄積器の利用者に対する危険性を格段に低減することができるかまたは完全に阻止することさえも可能である。これによって本発明のエネルギ蓄積器を殊に安全に動作させることができるのである。 With such an energy accumulator, it is possible to detect casing damage early and reliably, which can significantly reduce the spread or expansion of the damage and, for example, the risk to the user of the energy accumulator. Or it can even be completely blocked. This allows the energy storage device of the present invention to be operated particularly safely.
詳しくいうと、バッテリカバーとして使用できるかないしはそのようなものとして構成することの可能なケーシングが、エネルギ蓄積器の動作時にケーシング内に存在する少なくとも1つの成分またはこの成分の反応生成物を検出するための検出手段を有するように構成されることにより、このような成分の漏れ出しを直接的に検出することができる。選択される検出手段に依存して極めてわずかな濃度も確実に識別できるため、比較的大きな損傷を直接検出できるだけではなく、例えば微小穿孔または微小割れなどの極めてわずかな漏れも直接識別できる。これにより、例えば裸眼では識別できないような損傷さえも識別できるのである。 Specifically, a casing that can be used or configured as a battery cover detects at least one component present in the casing or the reaction product of this component during operation of the energy accumulator. Therefore, the leakage of such a component can be directly detected. Depending on the detection means chosen, very small concentrations can be reliably identified, so that not only relatively large damage can be detected directly, but also very slight leaks such as micro-perforations or micro-cracks can be directly identified. Thereby, even damage that cannot be identified with the naked eye, for example, can be identified.
これにより、極めて小さい損傷にも反応することができるため、物質の漏れ出しまたは損傷の拡大を終了させるかないしは阻止することができ、これにより、例えば別のエネルギ蓄積器のような周辺の構成部材の損傷を確実に阻止することができる。したがって、場合によっては予想される修理コストを最小限に低減することができるのである。 This allows it to react to even very small damages, so that it can only stop or stop the material leakage or damage expansion, so that a peripheral configuration such as another energy storage, for example. Damage to the member can be reliably prevented. Therefore, in some cases, the expected repair cost can be reduced to a minimum.
さらに、例えばガスまたは液体などの物質がエネルギ蓄積器から継続的に漏れ出してしまうなどの事態を直ちに終了させることができるため、例えば利用者の危険性を最小化できるかまたは完全に阻止することができる。これは殊に、エネルギ蓄積器内に存在する物質、または空気または空気中の水分などとのその反応生成物および分解生成物の一部は、操作者ないしはエネルギ蓄積器の直近の周囲にいる人員を危険に晒し得る有害な物質になることがあるため、殊に有利になり得る。これによって本発明によれば、エネルギ蓄積器に接触する人員の保護を実現することができる。さらに、熱暴走などの安全に対してクリティカルな状況の危険性を大きく低減させることができる。 In addition, it is possible to immediately terminate a situation in which a substance such as a gas or a liquid continuously leaks out of the energy store, for example to minimize or completely prevent the user's risk. Can do. This is especially true for substances present in the energy accumulator, or for some of its reaction products and decomposition products such as air or moisture in the air, with personnel in the immediate vicinity of the operator or energy accumulator. Can be particularly advantageous since it can be a harmful substance that can be endangered. Thereby, according to the present invention, it is possible to realize protection of personnel in contact with the energy accumulator. Furthermore, the danger of critical situations for safety such as thermal runaway can be greatly reduced.
したがって上記のエネルギ蓄積器は、ケーシングの極めて小さな損傷をも直接、迅速かつ確実に検出できることにより、極めて簡単かつコスト的に有利に殊に安全な動作を保証することができるのである。これにより、エネルギ蓄積器の周囲の損傷を低減するかまたは完全に阻止することができ、人員を危険に晒す事態を低減するかまたはこれを排除することできる。したがって上記の検出手段を含むエネルギ蓄積器は例えば、漏れに対する、ないしは損傷に対する表示器なのであり、ひいてはエネルギ蓄積器の品質管理ないしは品質保証の有利な手段なのである。ここで上記のようにエンドユーザにおける品質保証も、メーカにおける品質保証も共に改善することができる。なぜならば、上記の検出手段により、エネルギ蓄積器の製造直後および販売の前に漏れを識別することができ、これにより、この点についての選別ステップが可能になるからである。 Thus, the energy storage device described above is able to ensure a very simple and cost-effective and particularly safe operation by directly and quickly detecting even very small damages of the casing. This can reduce or completely prevent damage around the energy accumulator and reduce or eliminate situations that endanger personnel. Therefore, the energy storage including the above-mentioned detection means is, for example, an indicator for leakage or damage, and is therefore an advantageous means for quality control or quality assurance of the energy storage. Here, as described above, both the quality assurance at the end user and the quality assurance at the manufacturer can be improved. This is because the detection means described above can identify leaks immediately after the energy accumulator is manufactured and before it is sold, thereby enabling a screening step in this regard.
さらに欠陥のあるバッテリは、場合によっては熱暴走を起こす危険性を有するが、この危険性も上記のエネルギ蓄積器によって阻止することが可能である。 In addition, defective batteries have the risk of thermal runaway in some cases, but this risk can also be prevented by the energy store.
したがって上記のエネルギ蓄積器により、第一には性能低下に対抗することができ、また損傷したエネルギ蓄積器によって発生し得る潜在的なリスクも低減することもできるのである。さらに製造後または動作中に漏れが発生しているかまたはしそうなエネルギ蓄積器は、直ちに識別して取り除くことができる。 Thus, the energy store described above can primarily counter performance degradation and also reduce potential risks that can be caused by a damaged energy store. Further, energy stores that are leaking or likely to leak after manufacture or during operation can be immediately identified and removed.
1つの実施形態の枠内において上記の検出手段は、コーティングの形態でケーシングの外側面に被着することができる。これは、上記の検出手段をケーシングに被着できるようにするための殊に簡単かつコスト的に有利な選択肢である。この実施形態は、検出すべき成分またはこの成分の反応生成物と例えば化学的に反応し得ることによって検出手段として使用できる物質に殊に有利である。このような検出手段は、例えばラッカーなどのコーティングとすることができ、ひいては殊に簡単に上記のケーシングに被着することができる。さらにコーティングは、殊に有利にもケーシングの大きな表面もカバーすることができ、また基本的には手の届きにくい、ケーシングの位置、および/または、既知のようにクリティカルであると評価される位置も監視することができる。 Within the frame of one embodiment, the detection means described above can be applied to the outer surface of the casing in the form of a coating. This is a particularly simple and cost-effective option for enabling the detection means to be applied to the casing. This embodiment is particularly advantageous for substances which can be used as detection means, for example by being able to react chemically with the component to be detected or the reaction product of this component. Such a detection means can be, for example, a coating such as lacquer and can thus be applied particularly simply to the casing. In addition, the coating can particularly advantageously cover the large surface of the casing and is basically inaccessible to the position of the casing and / or a position that is known to be critical as known. Can also be monitored.
別の実施形態の枠内では上記のケーシングを検出手段によって完全にコーティングすることが可能である。殊にこの実施形態において有利であり得るのは、基本的にケーシングからのガスのような物質の漏れ出しだけを検出できるのでなく、漏れ出した位置、ひいてはケーシングの損傷位置を直接検出ができることである。これにより、例えば、エネルギ蓄積器を詳細にチェックしなくても修理のための処置を直接かつコスト的に有利に講じることができる。さらに交換を殊に迅速かつコスト的に有利に行うことができる。さらに、損傷を検出した場合にこの損傷だけがあるのか否か、または同様に修理を行わなければならないかまたは交換が必要になる別の障害があるのか否かを簡単にチェックすることができる。本発明において、上記のケーシングを検出手段によって完全にコーティングするということが意味し得るのは、例えば、ケーシングの外壁を検出手段によってコーティングし、ケーシングから延びている導線またはエネルギ蓄積器の固定に使用する固定手段のような個々の複数の位置は、殊に技術的な理由からコーティングしなくてもよいことである。 Within the frame of another embodiment, it is possible to completely coat the casing by means of detection. In particular, this embodiment can be advantageous not only in that it can basically detect only leakage of a substance such as a gas from the casing, but also in that it can directly detect the leaked position and thus the damaged position of the casing. is there. In this way, for example, it is possible to take measures for repair directly and cost-effectively without checking the energy accumulator in detail. Furthermore, the exchange can be carried out particularly quickly and advantageously. Furthermore, if damage is detected, it can be easily checked whether there is only this damage, or whether there is another failure that must be repaired or replaced as well. In the present invention, it may mean that the above casing is completely coated with the detecting means, for example, the outer wall of the casing is coated with the detecting means and used for fixing a lead wire or energy storage extending from the casing. The individual positions, such as fixing means, are not particularly coated for technical reasons.
別の実施形態の枠内において、上記の検出手段はケーシングの接続箇所に配置することができる。例えば検出手段は、ケーシングの接続箇所だけに、ないしは専ら接続箇所に配置することができる。この実施形態では殊に、例えば微小割れまたは微小穿孔のような損傷に対し、ケーシングないしはエネルギ蓄積器の殊に弱い箇所を監視することができる。この場合にはケーシングを完全に覆う面積の大きなコーティングないしは複数のセンサの配置を省略することができ、これによってこの実施形態ではエネルギ蓄積器を殊にコスト的に有利に作製することができる。本発明においてケーシングの接続箇所とは、殊に導線用の開口部、溶接継ぎ目、個々のケーシング構成部材の接続箇所または類似のもののことである。 Within the frame of another embodiment, the detection means described above can be arranged at the connection point of the casing. For example, the detection means can be arranged only at the connection location of the casing or exclusively at the connection location. In this embodiment in particular, particularly weak points of the casing or energy storage can be monitored for damages such as microcracks or microperforations. In this case, it is possible to dispense with a large-area coating or a plurality of sensors that completely cover the casing, which makes it possible in this embodiment to make the energy storage particularly cost-effective. In the present invention, the connecting part of the casing means, in particular, an opening for a conducting wire, a weld seam, a connecting part of individual casing components or the like.
別の実施形態の枠内では、上記の検出手段により、電解質構成要素または電解質構成要素の反応生成物を検出可能である。上記の電解質は殊に揮発性または液状の構成要素を有することがあり、または上記の成分と反応し得る構成要素を有し得るため、この実施形態は殊に有利になり得る。これは殊に、上記のような構成要素が損傷を発生させ得るかまたは人間に毒性を有し得る電解質において可能である。さらに殊に電解質は、エネルギ蓄積器の大部分ないしは広い領域に存在し得るため、殊に電解質またはその構成要素を選り分ける検出手段により、エネルギ蓄積器の確実かつ信頼性の高い検出が可能になる。 Within the framework of another embodiment, the above-described detection means can detect the electrolyte component or the reaction product of the electrolyte component. This embodiment can be particularly advantageous because the electrolyte can have volatile or liquid components in particular, or can have components that can react with the components described above. This is particularly possible in electrolytes where such components can cause damage or can be toxic to humans. Furthermore, in particular, the electrolyte can be present in most or a wide area of the energy storage, so that the energy storage can be reliably and reliably detected, in particular by means of detecting the electrolyte or its components. .
別の実施形態の枠内において上記の検出手段は、ジルコニウム−アリザリン−Sおよびチオシアン酸鉄(Fe(SCN)3)から構成されるグループから選択可能である。このような検出手段は、殊に高い感度および選り分け能力で確実かつ高い信頼性で漏れの存在を検出することができる。例えば上記の検出手段は、高い信頼性でフッ化水素酸を検出することができる。これは殊にエネルギ蓄積器としての純粋に例示的なリチウム−イオン−バッテリのケースに対して有利になり得る。それは、純粋に例示的なリチウム−イオン−バッテリのケースに対して上記の電解質は、支持電解質としてヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を有し得るからである。この支持電解質が漏れの箇所などにおいて周囲にある水分ないし空気中の水分と接触すると、この支持電解質は、例えばフッ化水素酸に分解し得る。これは、例えば、上記の支持電解質の漏れ出しおよびケーシングの外部における反応によって発生するか、または空気ないしは空気中の水分がケーシングに侵入してセルスペースのすぐ近くでないしはケーシング内で反応することによっても起こり得る。形成されるフッ化水素酸の量が多くなると、エネルギ蓄積器の老化が加速され、ひいては性能低下に結び付く。さらに上記の形成および漏れ出しは、毒性によって潜在的な危険性に生じ得る。このため、殊にフッ化水素酸の存在を選択的に検出できる検出手段が有利になり得る。ここでは殊に、上記のエネルギ蓄積器のケーシングのフッ化水素酸を感知するコーティングとしての上記の検出手段は、フッ化水素酸が存在すること、ひいては例えば微小穿孔などの損傷が存在することを間接的に光学的ないしは視覚的に示すことができる。 Within another embodiment, the detection means can be selected from the group consisting of zirconium-alizarin-S and iron thiocyanate (Fe (SCN) 3 ). Such detection means can detect the presence of leaks reliably and reliably, especially with high sensitivity and sorting capability. For example, the above detection means can detect hydrofluoric acid with high reliability. This can be particularly advantageous for the case of a purely exemplary lithium-ion battery as an energy store. This is because, for a purely exemplary lithium-ion-battery case, the above electrolyte can have lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as the supporting electrolyte. When this supporting electrolyte comes into contact with surrounding moisture or moisture in the air at a leak point or the like, this supporting electrolyte can be decomposed into, for example, hydrofluoric acid. This can be caused, for example, by the leakage of the supporting electrolyte and the reaction outside the casing, or by air or moisture in the air entering the casing and not reacting in the casing or near the cell space. Can also happen. As the amount of hydrofluoric acid formed increases, the aging of the energy accumulator is accelerated, which in turn leads to performance degradation. Furthermore, the formation and leakage described above can result in potential hazards due to toxicity. For this reason, in particular a detection means that can selectively detect the presence of hydrofluoric acid can be advantageous. Here, in particular, the detection means as a coating for sensing hydrofluoric acid on the casing of the energy storage device is based on the presence of hydrofluoric acid and thus the presence of damage such as micro-perforations. It can be indirectly shown optically or visually.
殊に上記の検出手段としてのジルコニウム−アリザリン−Sは、フッ化水素酸と化学的に反応し、このことは、実質的に非可逆な急激な変色によって間接的に眼に見えるようになる。詳しくいうと、例えばそれ自体紫色のラッカーを含むジルコニウム−アリザリン−Sは脱色し、この際に相応する箇所は黄色赤色になり得る。真紅のチオシアン酸鉄錯体については、これは、例えばフッ化水素酸の溶液において錯体Fe[F]6が形成されることによって脱色し得る。 In particular, zirconium-alizarin-S as the detection means described above chemically reacts with hydrofluoric acid, which becomes indirectly visible to the eye by a substantially irreversible rapid discoloration. In detail, for example, zirconium-alizarin-S, which itself contains a purple lacquer, can be decolorized and the corresponding part can turn yellow-red. For the crimson iron thiocyanate complex, it can be decolorized, for example by the formation of the complex Fe [F] 6 in a solution of hydrofluoric acid.
これにより、例えばこの実施形態においてコストのかかる分析ユニットないしはセンサを省略することができる。むしろケーシングを単にコーティングするだけで確実かつ信頼性の高い損傷の検出が可能になる。これによってこの実施形態のエネルギ蓄積器は、殊にコスト的に有利にかつ簡単に作製できるのである。 Thereby, for example, an expensive analysis unit or sensor can be omitted in this embodiment. Rather, it is possible to reliably and reliably detect damage by simply coating the casing. As a result, the energy accumulator of this embodiment can be produced particularly cost-effectively and simply.
上記の実施形態は、視覚的に知覚可能な急激な変色の殊に有利な実施例であり、この急激な変色は、フッ化水素酸が存在することを立証するものである。これにより、簡単、迅速かつ高い信頼性で、1つまたは複数のエネルギ蓄積器を単に視覚的にチェックすることにより、欠陥のあるエネルギ蓄積器および損傷の位置を求めることができる。 The above embodiment is a particularly advantageous example of a visually perceptible abrupt discoloration, which demonstrates the presence of hydrofluoric acid. This makes it possible to determine the location of defective energy stores and damage by simply visually checking one or more energy stores, simply, quickly and with high reliability.
別の実施形態の枠内において上記の検出手段は、エネルギ蓄積器の動作時にケーシング内に存在する成分を、またはこの成分の反応生成物を感知する電極を有する。例えば、検出手段は、フッ化物を感知する電極を有し得る。したがってこの実施形態では、フッ化水素酸の存在を電圧検出によって検出することができ、これによって同様に漏れの正確かつ信頼性の高い検出を可能にすることができる。例えばこのようなフッ化物を感知する電極はLaF3/EuF2から構成するか、ないしはこれらの物質を含むことができる。 Within the frame of another embodiment, the detection means comprises an electrode that senses a component present in the casing or the reaction product of this component during operation of the energy storage. For example, the detection means may have an electrode that senses fluoride. Therefore, in this embodiment, the presence of hydrofluoric acid can be detected by voltage detection, which can likewise enable accurate and reliable detection of leakage. For example, such a fluoride sensing electrode may be composed of LaF 3 / EuF 2 or may contain these materials.
本発明によるエネルギ蓄積器の別の技術特徴および利点については、本発明による方法、本発明による使用方法、図面ならびに図面の説明に関連した説明を参照されたい。 For further technical features and advantages of the energy store according to the invention, reference is made to the method according to the invention, the method of use according to the invention, the drawings and the description relating to the description of the drawings.
本発明が対象とするのはさらに、例えばリチウム−イオン−バッテリのようなエネルギ蓄積器を製造する方法であり、この方法には、エネルギ蓄積器の動作時にケーシング内に存在する少なくとも1つの成分またはこの成分の反応生成物を検出するための検出手段をエネルギ蓄積器のケーシングに被着する方法ステップが含まれている。 The present invention is further directed to a method of manufacturing an energy storage, such as a lithium-ion battery, which includes at least one component present in the casing during operation of the energy storage or A method step is included in which detection means for detecting the reaction product of this component is applied to the casing of the energy storage.
本発明の方法により、殊に簡単かつコスト的に有利にエネルギ蓄積器を提供することができ、ここでこのエネルギ蓄積器は、確実かつ高い信頼性でバッテリケーシングの極めて小さな損傷さえも検出することができる。これによってこのエネルギ蓄積器それ自体の比較的大きな損傷も、またはこのエネルギ蓄積器の直近の周囲にある、例えば別のエネルギ蓄積器などのような別の構成部材の比較的大きな損傷も共に阻止することができ、またはこれを少なくとも格段に低減することができるのである。さらにエネルギ蓄積器から持続的に物質が漏れ出すことも阻止することができ、これによってエネルギ蓄積器の操作者に直接的に危険を及ぼす事態も大きく低減するか完全に阻止することができる。 The method according to the invention makes it possible to provide an energy accumulator in a particularly simple and cost-effective manner, wherein the energy accumulator can reliably and reliably detect even very small damage to the battery casing. Can do. This prevents both relatively large damage to the energy store itself, or relatively large damage to other components in the immediate vicinity of the energy store, such as another energy store. Or it can be at least significantly reduced. Furthermore, it is possible to prevent the material from leaking continuously from the energy storage, thereby greatly reducing or completely preventing the situation that directly poses a danger to the operator of the energy storage.
1つの実施形態の枠内において上記の検出手段は、コーティングの形態で上記のケーシングに被着される。これは、上記の検出手段をケーシングに固定ないしは被着できるようにするための殊に簡単かつコスト的に有利な選択肢である。さらに簡単かつ所定の手法で上記のコーティングの厚さおよび広がりを制御することができる。 Within the frame of one embodiment, the detection means is applied to the casing in the form of a coating. This is a particularly simple and cost-effective option for enabling the detection means to be fixed or attached to the casing. Furthermore, the thickness and spread of the coating can be controlled in a simple and predetermined manner.
本発明による方法の別の技術特徴および利点については、本発明によるエネルギ蓄積器、本発明による使用方法、図面ならびに図面の説明に関連した説明を参照されたい。 For further technical features and advantages of the method according to the invention, reference is made to the energy storage according to the invention, the method of use according to the invention, the drawings and the description relating to the description of the drawings.
本発明はさらに、例えばリチウム−イオン−バッテリのようなエネルギ蓄積器を作製するため、エネルギ蓄積器の動作時にエネルギ蓄積器のケーシング内に存在する少なくとも1つの成分ないしはこの成分の反応生成物を検出するために検出手段を使用する使用方法を対象とする。 The invention further detects at least one component or the reaction product of this component present in the casing of the energy store during operation of the energy store to produce an energy store, such as a lithium-ion battery. It is intended for a method of using the detection means to do so.
エネルギ蓄積器に、殊にエネルギ蓄積器のケーシングの外側面に検出手段を使用ないしは被着することにより、殊に簡単かつコスト的に有利にまた確実および高い信頼性でエネルギ蓄積器の極めて小さな損傷であっても検出することができる。これにより、第一にはエネルギ蓄積器の近くに配置される構成部材の損傷を低減または阻止することできる。さらにエネルギ蓄積器の操作者を危険に晒す事態を格段に低減ないしは完全に阻止することができる。 By using or depositing detection means on the energy storage, in particular on the outer surface of the casing of the energy storage, extremely small damage to the energy storage is particularly simple and cost-effective and reliable and reliable. Even it can be detected. This can first reduce or prevent damage to components located near the energy accumulator. Furthermore, the situation where the operator of the energy storage device is exposed to danger can be greatly reduced or completely prevented.
本発明による使用方法の別の技術的特徴および利点については、本発明によるエネルギ蓄積器、本発明による方法、図面ならびに図面の説明に関連した説明を参照されたい。 For further technical features and advantages of the method of use according to the invention, reference is made to the energy accumulator according to the invention, the method according to the invention, the drawings and the description relating to the description of the drawings.
本発明の対象の別の利点および有利な実施形態を、実施例および図面によって具体的に示し、以下に説明する。これらの実施例および図面は、説明的な性格しか有さず、いかなる形においても本発明を制限することを意図していないことに注意されたい。 Further advantages and advantageous embodiments of the subject of the invention are specifically illustrated by means of examples and drawings and are described below. It should be noted that these examples and drawings are illustrative in nature and are not intended to limit the invention in any way.
図1には本発明によるエネルギ蓄積器10の概略図が示されている。このようなエネルギ蓄積器10は、基本的に任意のタイプのエネルギ蓄積器とすることができ、例えば再充電可能な蓄積器のようなバッテリとすることができる。例えばエネルギ蓄積器10はリチウム−イオン−バッテリとすることが可能である。考えられ得る応用分野には、電気駆動の車両、ラップトップのようなコンピュータ、移動電話、スマートフォン、電気ツールおよび別のアプリケーションである。
FIG. 1 shows a schematic diagram of an
このようなエネルギ蓄積器10には、セルスペースが含まれており、このセルスペースには、アノード、カソード、および、アノードとカソードとの間に配置される電解質が配置されている。さらに、公知のようにアノードとカソードとの間にセパレータが配置されている。
アノードおよびカソードは基本的にそれ自体公知のように、エネルギ蓄積器について既知のように構成することができる。純粋に例示的なリチウム−イオン−バッテリのケースに対して、アノードは、金属リチウムを含むかまたはリチウムをインターカレーションすることできる電極とすることが可能である。カソードは、例示的にNMCまたはリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)を有することができる。カソード材料は場合によっては、例えばグラファイトのような導電性炭素化合物などの導電性添加物を含むような例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF=Polyvinylidene fluoride)などの結合材内に設けられる。上記の電解質には、1つまたは複数の導電性の塩類が溶け込んでいる溶媒が含まれ得る。例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチルまたは炭酸ジエチルなどの非プロトン性溶媒を使用可能である。さらに導電性塩としてヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6=lithium hexafluorophosphate)を使用することができる。 The anode and cathode can be constructed in a manner known per se for energy storage, essentially as is known per se. For a purely exemplary lithium-ion-battery case, the anode can be an electrode that contains metallic lithium or can intercalate lithium. The cathode can illustratively comprise NMC or lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ). The cathode material is optionally provided in a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) that contains a conductive additive such as a conductive carbon compound such as graphite. The electrolyte may include a solvent in which one or more conductive salts are dissolved. For example, an aprotic solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate can be used. Furthermore, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 = lithium hexafluorophosphate) can be used as the conductive salt.
さらにアノードとカソードを互いに空間的に分離して、殊に短絡を阻止するため、アノードとカソードとの間に公知のようにセパレータを配置する。このセパレータは、例えば、殊に多孔性のプラスチックシート、グラフファイバ織物から構成することができ、または殊に、例えばセラミック織物のような多孔性のセラミック材料から構成することも可能である。ここでは上記の電解質を、例えばセパレータ内ないしはセパレータの孔に配置することが可能である。 Furthermore, a separator is arranged in a known manner between the anode and the cathode, in order to spatially separate the anode and the cathode, in particular to prevent short circuits. This separator can for example consist of a porous plastic sheet, a graph fiber fabric, or in particular a porous ceramic material such as a ceramic fabric. Here, the above-described electrolyte can be disposed, for example, in the separator or in the hole of the separator.
上記のアノード、カソード、セパレータおよび電解質が配置されているセルスペースは、少なくとも一部分がケーシング12によって周囲から隔離されている。ケーシング12には任意の材料から構成することが可能である。例えば、ケーシング12は、堅いケーシング、すなわち形状が変化しないケーシングとすることができ、または例えば可塑性のプラスチックからなる弾性的なケーシング12とすることも可能である。図1によれば、エネルギ蓄積器に電気的に接触接続して電気エネルギを取り出すため、ケーシング12から導線14、16が突出している。
The cell space in which the anode, cathode, separator, and electrolyte are disposed is at least partially separated from the surroundings by the
ケーシング12はさらに、エネルギ蓄積器10の動作時にケーシング12内に存在する少なくとも1つの成分またはこの成分の反応生成物を検出する検出手段18を有する。図1によれば、検出手段18は、例えばラッカーコーティングのようなコーティングの形態でケーシング12の外側面に被着されている。基本的には検出手段18は、ケーシング12の接続箇所だけに配置することができる。しかしながら図1には、ケーシング12が、検出手段18によって完全にコーティングされている様子が示されている。
The
さらに検出手段18により、電解質構成要素または電解質構成要素の反応生成物を検出可能である。このために上記の検出手段は、例えばジルコニウム−アリザリン−Sまたはチオシアン酸鉄を例えばラッカーコーティングとして含み得る。 Furthermore, the detection means 18 can detect the electrolyte component or the reaction product of the electrolyte component. For this purpose, the detection means described above may comprise, for example, zirconium-alizarin-S or iron thiocyanate, for example as a lacquer coating.
ケーシング12が損傷されるかないしはケーシング12が例えば微小割れを有する場合、上記の電解質の例えばLiPF6のような支持電解質は、空気中の水分と反応してフッ化水素酸になり得る。このフッ化水素酸が上記の検出手段と接触すると、このことは、色の急激な変化によって直接目視可能である。これは、図1において変色部20によって示されている。
If the
したがって本発明によるエネルギ蓄積器10は、エネルギ蓄積器10の動作時にケーシング12内に存在する少なくとも1つの成分ないしはこの成分の反応生成物を検出する検出手段18を、エネルギ蓄積器10のケーシング12上に被着する方法ステップをさらに含むそれ自体公知の方法によって作製可能である。
Therefore, the
図2には、本発明によるエネルギ蓄積器10の別の実施形態が示されている。図2のエネルギ蓄積器10は、実質的に図1のエネルギ蓄積器10に相応する。違いは図2のエネルギ蓄積器10が巻き型セルとして構成されていることである。図2においても漏れの検出を識別することができ、この漏れは、色の急激な変化20によって間接的に識別することができる。
FIG. 2 shows another embodiment of an
当業者に明らかであるのは、本発明のエネルギ蓄積器10の上記の説明が、単に説明的な性格しか有さず、上で説明した実施例によって制限されないことである。
It will be apparent to those skilled in the art that the above description of the
10 エネルギ蓄積器、 12 ケーシング、 14,16 導線、 18 検出手段、 20 変色部
DESCRIPTION OF
Claims (18)
当該セルスペースには、アノード、カソード、および、アノードとカソードとの間に配置される電解質が配置されている、エネルギ蓄積器において、
前記セルスペースは、少なくとも一部分がケーシング(12)によって外部環境から隔離されており、
前記ケーシング(12)は、前記エネルギ蓄積器(10)の動作時に前記ケーシング(12)内に存在する少なくとも1つの成分または当該成分の反応生成物を検出する検出手段(18)を有し、
前記検出手段(18)は、前記エネルギ蓄積器(10)の動作時に前記ケーシング(12)内に存在する成分を感知する、または当該成分の反応生成物を感知する電極を有する、
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。 An energy store including cell space,
In the energy accumulator, in which the cell space is arranged with an anode, a cathode, and an electrolyte arranged between the anode and the cathode,
The cell space is at least partially isolated from the external environment by a casing (12);
It said casing (12), possess the casing at least one component or detecting means for detecting a reaction product of the components present in (12) (18) during operation of the energy storage device (10),
The detection means (18) has an electrode for sensing a component present in the casing (12) during operation of the energy storage (10) or sensing a reaction product of the component.
An energy storage (10) characterized in that.
前記検出手段(18)は、コーティングの形態で前記ケーシング(12)の外側面に被着されている、
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。 The energy store according to claim 1, wherein
The detection means (18) is deposited on the outer surface of the casing (12) in the form of a coating,
An energy storage (10) characterized in that.
前記ケーシング(12)は、前記検出手段(18)によって完全にコーティングされている、
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。 The energy store according to claim 2, wherein
The casing (12) is completely coated by the detection means (18);
An energy storage (10) characterized in that.
前記検出手段(18)は、前記ケーシング(12)の接続箇所に配置されている、
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。 The energy store according to claim 1 or 2,
The detection means (18) is arranged at a connection location of the casing (12).
An energy storage (10) characterized in that.
前記検出手段(18)により、電解質構成要素または電解質構成要素の反応性生成物を検出可能である、
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。 In the energy storage device according to any one of claims 1 to 4,
The detection means (18) can detect an electrolyte component or a reactive product of the electrolyte component,
An energy storage (10) characterized in that.
前記検出手段は、ジルコニウム−アリザリン−Sおよびチオシアン酸鉄からなるグループから選択される、
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。 The energy accumulator of claim 5, wherein
The detection means is selected from the group consisting of zirconium-alizarin-S and iron thiocyanate;
An energy storage (10) characterized in that.
当該セルスペースには、アノード、カソード、および、アノードとカソードとの間に配置される電解質が配置されている、エネルギ蓄積器において、In the energy accumulator, in which the cell space is arranged with an anode, a cathode, and an electrolyte arranged between the anode and the cathode,
前記セルスペースは、少なくとも一部分がケーシング(12)によって外部環境から隔離されており、The cell space is at least partially isolated from the external environment by a casing (12);
前記ケーシング(12)は、前記エネルギ蓄積器(10)の動作時に前記ケーシング(12)内に存在する少なくとも1つの成分または当該成分の反応生成物を検出する検出手段(18)を有し、The casing (12) has detection means (18) for detecting at least one component present in the casing (12) or a reaction product of the component when the energy accumulator (10) is operated.
前記検出手段(18)により、電解質構成要素または電解質構成要素の反応性生成物を検出可能であり、The detection means (18) can detect an electrolyte component or a reactive product of the electrolyte component,
前記検出手段(18)は、ジルコニウム−アリザリン−Sおよびチオシアン酸鉄からなるグループから選択される、The detection means (18) is selected from the group consisting of zirconium-alizarin-S and iron thiocyanate;
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。An energy storage (10) characterized in that.
前記検出手段(18)は、コーティングの形態で前記ケーシング(12)の外側面に被着されている、The detection means (18) is deposited on the outer surface of the casing (12) in the form of a coating,
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。An energy storage (10) characterized in that.
前記ケーシング(12)は、前記検出手段(18)によって完全にコーティングされている、The casing (12) is completely coated by the detection means (18);
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。An energy storage (10) characterized in that.
前記検出手段(18)は、前記ケーシング(12)の接続箇所に配置されている、The detection means (18) is arranged at a connection location of the casing (12).
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。An energy storage (10) characterized in that.
前記エネルギ蓄積器(10)は、リチウム−イオン−バッテリである、
ことを特徴とするエネルギ蓄積器(10)。 The energy storage device according to any one of claims 1 to 10 ,
The energy store (10) is a lithium-ion battery.
An energy storage (10) characterized in that.
当該セルスペースには、アノード、カソード、および、アノードとカソードとの間に配置される電解質が配置されており、
前記セルスペースは、少なくとも一部分がケーシング(12)によって外部環境から隔離されている、エネルギ蓄積器(10)を製造する方法において、
当該エネルギ蓄積器(10)の動作時にケーシング(12)内に存在する少なくとも1つの成分または当該成分の反応生成物を検出するための検出手段(18)を前記エネルギ蓄積器(10)のケーシングに被着するステップを含み、
前記検出手段(18)は、前記エネルギ蓄積器(10)の動作時に前記ケーシング(12)内に存在する成分を感知する、または当該成分の反応生成物を感知する電極を有する、
ことを特徴とする、エネルギ蓄積器(10)を製造する方法。 A method of manufacturing an energy accumulator (10) comprising a cell space comprising:
In the cell space, an anode, a cathode, and an electrolyte arranged between the anode and the cathode are arranged,
In the method of manufacturing an energy storage (10), the cell space is at least partially isolated from the external environment by a casing (12).
Detection means (18) for detecting at least one component present in the casing (12) or a reaction product of the component during operation of the energy storage (10) is provided in the casing of the energy storage (10). viewing including the step of depositing,
The detection means (18) has an electrode for sensing a component present in the casing (12) during operation of the energy storage (10) or sensing a reaction product of the component.
A method of manufacturing an energy storage (10), characterized in that
当該セルスペースには、アノード、カソード、および、アノードとカソードとの間に配置される電解質が配置されており、In the cell space, an anode, a cathode, and an electrolyte arranged between the anode and the cathode are arranged,
前記セルスペースは、少なくとも一部分がケーシング(12)によって外部環境から隔離されている、エネルギ蓄積器(10)を製造する方法において、In the method of manufacturing an energy storage (10), the cell space is at least partially isolated from the external environment by a casing (12).
当該エネルギ蓄積器(10)の動作時にケーシング(12)内に存在する少なくとも1つの成分または当該成分の反応生成物を検出するための検出手段(18)を前記エネルギ蓄積器(10)のケーシングに被着するステップを含み、Detection means (18) for detecting at least one component present in the casing (12) or a reaction product of the component during operation of the energy storage (10) is provided in the casing of the energy storage (10). Including the step of depositing,
前記検出手段(18)により、電解質構成要素または電解質構成要素の反応性生成物を検出可能であり、The detection means (18) can detect an electrolyte component or a reactive product of the electrolyte component,
前記検出手段(18)は、ジルコニウム−アリザリン−Sおよびチオシアン酸鉄からなるグループから選択される、The detection means (18) is selected from the group consisting of zirconium-alizarin-S and iron thiocyanate;
ことを特徴とする、エネルギ蓄積器(10)を製造する方法。A method of manufacturing an energy storage (10), characterized in that
前記検出手段(18)をコーティングの形態で前記ケーシング(12)に被着する、
ことを特徴とする方法。 The method according to claim 12 or 13 , wherein:
Applying said detection means (18) to said casing (12) in the form of a coating;
A method characterized by that.
前記エネルギ蓄積器(10)は、リチウム−イオン−バッテリである、
ことを特徴とする方法。 15. The method according to any one of claims 12 to 14 , wherein
The energy store (10) is a lithium-ion battery.
A method characterized by that.
前記検出手段(18)は、前記エネルギ蓄積器の動作時にエネルギ蓄積器(10)のケーシング(12)内に存在する少なくとも1つの成分または当該成分の反応生成物を検出し、
前記検出手段(18)は、前記エネルギ蓄積器(10)の動作時に前記ケーシング(12)内に存在する成分を感知する、または当該成分の反応生成物を感知する電極を有する、
ことを特徴とする検出手段(18)。 An energy storage (including an anode, a cathode, and a cell space in which an electrolyte disposed between the anode and the cathode is disposed, the cell space being at least partially isolated from the external environment by a casing (12). In the detection means (18) used in 10)
It said detecting means (18) detects the reaction product of at least one component or the components present in the casing (12) of the energy accumulator (10) during operation of the energy storage device,
The detection means (18) has an electrode for sensing a component present in the casing (12) during operation of the energy storage (10) or sensing a reaction product of the component.
Detection means (18) characterized by the above.
前記検出手段(18)は、前記エネルギ蓄積器の動作時にエネルギ蓄積器(10)のケーシング(12)内に存在する少なくとも1つの成分または当該成分の反応生成物を検出し、The detection means (18) detects at least one component or a reaction product of the component present in the casing (12) of the energy store (10) during operation of the energy store,
前記検出手段(18)により、電解質構成要素または電解質構成要素の反応性生成物を検出可能であり、The detection means (18) can detect an electrolyte component or a reactive product of the electrolyte component,
前記検出手段(18)は、ジルコニウム−アリザリン−Sおよびチオシアン酸鉄からなるグループから選択される、The detection means (18) is selected from the group consisting of zirconium-alizarin-S and iron thiocyanate;
ことを特徴とする検出手段(18)。Detection means (18) characterized by the above.
前記エネルギ蓄積器(10)は、リチウム−イオン−バッテリである、
ことを特徴とする検出手段(18)。 18. Detection means (18) according to claim 16 or 17 ,
The energy store (10) is a lithium-ion battery.
Detection means (18) characterized by the above.
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