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DE102009008859A1 - Rechargeable button cell i.e. lithium ion button cell, has positive and negative electrodes that are connected with each other by laminar separator and orthogonally aligned to even base area and even cover area - Google Patents

Rechargeable button cell i.e. lithium ion button cell, has positive and negative electrodes that are connected with each other by laminar separator and orthogonally aligned to even base area and even cover area Download PDF

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DE102009008859A1
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DE
Germany
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button cell
separator
flat
electrode
electrodes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102009008859A
Other languages
German (de)
Inventor
Eduard Pytlik
Jürgen Lindner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VARTA Microbattery GmbH
Original Assignee
VARTA Microbattery GmbH
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Publication date
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Abstract

Beschrieben wird eine Knopfzelle (100), die ein metallisches Becherteil (101) und ein metallisches Deckelteil (102) aufweist, welche dichtend miteinander verbunden sind und ein Gehäuse mit einem ebenen Bodenbereich (103) und einem dazu parallelen ebenen Deckelbereich (104) ausbilden, wobei innerhalb des Gehäuses als flache Schichten ausgebildete positive und negative Elektroden (105, 106; 201, 202) angeordnet sind, die über einen flächigen Separator (107; 203) miteinander verbunden sind, wobei die Elektrodenschichten (105, 106; 201, 202) im Wesentlichen orthogonal zu dem ebenen Boden- und Deckelbereich (103, 104) ausgerichtet sind. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Knopfzelle beschrieben.A coin cell (100) is described, which has a metallic cup part (101) and a metallic lid part (102) which are sealingly connected to one another and form a housing with a flat bottom area (103) and a flat lid area (104) parallel thereto, wherein positive and negative electrodes (105, 106, 201, 202) formed as flat layers are arranged within the housing, which are connected to one another via a planar separator (107, 203), the electrode layers (105, 106; 201, 202) being are aligned substantially orthogonal to the flat bottom and lid portion (103, 104). Furthermore, a method for producing such a button cell will be described.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Knopfzelle mit einem Gehäuse aus einem metallischen Becherteil und einem metallischen Deckelteil, die dichtend miteinander verbunden sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung von solchen Knopfzellen.The The present invention relates to a button cell with a housing a metallic cup part and a metallic lid part, which are sealingly connected together, as well as a method for Production of such button cells.

Wiederaufladbare Knopfzellen können unterschiedliche elektrochemische Systeme enthalten. Sehr verbreitet sind z. B. Knopfzellen auf Basis von Nickel-Metallhydrid- sowie auf Basis von Lithium-Ionen-Systemen. Insbesondere bei Lithium-Ionen-Knopfzellen werden die elektrochemisch aktiven Materialien innerhalb des Knopfzellengehäuses üblicherweise nicht in Form von einzelnen, durch einen Separator voneinander getrennten, tablettenförmigen Elektroden angeordnet. Stattdessen werden bevorzugt vorgefertigte Elektroden-Separator-Verbünde flach in das Gehäuse eingelegt. Als Separator dient dabei bevorzugt eine poröse Kunststofffolie, auf welche die Elektroden flächig auflaminiert oder aufgeklebt sind. Der Gesamtverbund aus Separator und Elektroden ist dabei in der Regel maximal wenige 100 μm dick. Um Knopfzellengehäuse üblicher Dimensionen ausfüllen zu können, werden daher häufig mehrere solcher Verbünde flach übereinander gelegt. Auf diese Weise lassen sich Stapel in grundsätzlich beliebiger Höhe erhalten, jeweils abgestimmt auf die zur Verfügung stehenden Dimensionen des Knopfzellengehäuses, in das der Stapel verbaut werden soll. So wird eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Gehäuseinnenraumes gewährleistet.rechargeable Button cells can contain different electrochemical systems. Very common are z. B. button cells based on nickel-metal hydride and based on lithium-ion systems. Especially with lithium-ion button cells For example, the electrochemically active materials within the button cell housing become common not in the form of individual, separated by a separator, tableted Electrodes arranged. Instead, prefabricated are preferred Electrode-separator associations flat in the case inserted. The separator used is preferably a porous plastic film, on which the electrodes flat laminated or glued on. The overall composite of separator and electrodes is usually a maximum of a few 100 microns thick. Around Button cell housing usual Fill in dimensions to be able to therefore become common several such networks flat over each other placed. In this way, stacks in basically arbitrary Height received, each adjusted to the available dimensions the button cell case, in which the stack is to be installed. This is how optimal utilization becomes of the available standing housing interior guaranteed.

Konstruktionsbedingt treten bei Knopfzellen, die solche Stapel aus Elektroden-Separator-Verbünden enthalten, allerdings auch diverse Probleme auf. Zum einen ist es natürlich erforderlich, Elektroden von jeweils gleicher Polarität innerhalb des Stapels miteinander zu verbinden und dann jeweils mit dem entsprechenden Pol des Knopfzellengehäuses zu kontaktieren. Die erforderlichen elektrischen Kontakte verursachen Materialkosten, der durch sie eingenommene Raum steht zudem für Aktivmaterial nicht mehr zur Verfügung. Die Herstellung der Elektrodenstapel ist darüber hinaus kompliziert und teuer, da bei der Kontaktierung der Verbünde untereinander leicht Fehler auftreten können, die die Ausschußrate erhöhen. Zum anderen wurde festgestellt, dass Knopfzellen mit einem Stapel aus Elektroden und Separatoren sehr schnell undicht werden können.By design occur in button cells containing such stacks of electrode-separator composites, but also various problems. Firstly, it is of course necessary Electrodes of the same polarity within the stack with each other to connect and then each contact with the corresponding pole of the button cell housing. The required electrical contacts cause material costs, The space occupied by them no longer stands for active material to disposal. The manufacture of the electrode stack is also complicated and Expensive, because when contacting the networks with each other easily errors may occur, the the reject rate increase. Second, it was found that button cells with a stack From electrodes and separators can be leaking very quickly.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Knopfzellen bereitzustellen, bei denen die genannten Probleme nicht auftreten. Die bereitzustellenden Knopfzellen sollten eine möglichst einfache Konstruktionsweise aufweisen, höchsten Anforderungen im Hinblick auf die Dichtigkeit im Betrieb genügen und sehr einfach herzustellen sein.Of the The object of the present invention was to provide button cells, where the problems mentioned do not occur. The to be provided Button cells should be one as possible have a simple design, highest requirements with regard to to meet the tightness in operation and very easy to manufacture be.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Knopfzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Knopfzelle sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. Bevorzugte Ausfüh rungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 10 bis 12. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.These Task is solved by the button cell with the features of claim 1 and the method with the features of claim 9. Preferred embodiments the button cell according to the invention are in the dependent Claims 2 to 8 indicated. Preferred Ausfüh tion forms of inventive method can be found in the claims 10 to 12. The wording of all claims becomes hereby incorporated by reference into the content of this specification.

Eine erfindungsgemäße Knopfzelle weist ein metallisches Becherteil und ein metallisches Deckelteil auf, die dichtend miteinander verbunden sind. Zusammen bilden die beiden Teile ein Gehäuse aus, das einen ebenen Bodenbereich und einen dazu parallelen ebenen Deckelbereich ausbildet. Als Becher- und Deckelteil sind insbesondere Teile aus vernickeltem Stahl oder Blech bevorzugt. Weiterhin als metallischer Werkstoff geeignet sind insbesondere Trimetalle, beispielsweise mit der Abfolge Nickel, Stahl (oder Edelstahl) und Kupfer (wobei dann die Nickelschicht bevorzugt die Außen- und die Kupferschicht bevorzugt die Innenseite des Knopfzellengehäuses bildet). Als Dichtung kann beispielsweise eine Spritzguss- oder eine Foliendichtung zum Einsatz kommen.A Button cell according to the invention has a metallic cup part and a metallic lid part on, which are sealingly connected. Together they form two parts a housing that has a flat floor area and a plane parallel to it Cover area forms. As a cup and lid part are in particular Parts made of nickel-plated steel or sheet metal are preferred. Continue as Metallic material are particularly suitable Trimetalle, for example with the sequence nickel, steel (or stainless steel) and copper (where then the nickel layer preferably prefers the outer and the copper layers the inside of the button cell housing forms). As a seal For example, an injection molding or a film seal for Use come.

Innerhalb des Gehäuses sind mindestens eine positive und mindestens eine negative Elektrode angeordnet, und zwar jeweils in Form von flachen Elektrodenschichten. Die Elektroden sind dabei über einen flächigen Separator miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die Elektroden auf diesen Separator auflaminiert oder aufgeklebt. Die Elektroden und der Separator weisen in der Regel jeweils nur Dicken im μm-Bereich auf. Sie bilden zusammen einen Elektroden-Separator-Verbund aus, wie er bereits eingangs erwähnt wurde.Within of the housing at least one positive and at least one negative electrode are arranged, each in the form of flat electrode layers. The electrodes are about one flat Separator connected together. Preferably, the electrodes are laminated or glued to this separator. The electrodes and the separator usually have only thicknesses in the micron range in each case on. They together form an electrode-separator composite, as he mentioned at the beginning has been.

Im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Knopfzellen zeichnet sich die erfindungsgemäße Knopfzelle jedoch insbesondere dadurch aus, dass die Elektrodenschichten eine ganz besondere Orientierung aufweisen, sie sind nämlich im wesentlichen orthogonal zu dem ebenen Boden- und Deckelbereich ausgerichtet. Während aus dem Stand der Technik bekannte Knopfzellen mit gestapelten Elektroden-Separator-Verbünden diese stets flach eingelegt enthalten, so dass die Elektrodenschichten im wesentlichen parallel zu den ebenen Boden- und Deckelbereichen ausgerichtet sind, ist bei einer erfindungsgemäßen Knopfzelle das Gegenteil der Fall.in the Contrary to the button cells mentioned above the button cell according to the invention is distinguished However, in particular by the fact that the electrode layers a have very special orientation, because they are in the substantially orthogonal to the flat bottom and top portions. While Button cells known from the prior art with stacked electrode-separator composites thereof always inserted flat, so that the electrode layers substantially parallel to the flat bottom and top portions are aligned, is the opposite in a button cell according to the invention the case.

Die orthogonale Ausrichtung der Elektrodenschichten hat einen unerwartet deutlichen Vorteil, es wurde nämlich festgestellt, dass diese Ausrichtung mit einer deutlichen Verbesserung der Dichtigkeitseigenschaften einer erfindungsgemäßen Knopfzelle einhergeht, insbesondere bei Knopfzellen auf Basis von Lithium-Ionen-Systemen. Die Elektroden von wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Systemen sind bei Lade- und Entladevorgängen stets Volumenänderungen ausgesetzt. Zu solchen Volumenänderungen kann es natürlich auch bei den Elektroden einer erfindungsgemäßen Knopfzelle kommen. Die dabei entstehenden mechanischen Kräfte wirken jedoch nicht mehr primär axial, wie das im Falle eines flach eingelegten Stapels aus Elektroden-Separator-Verbünden der Fall ist. Aufgrund der orthogonalen Ausrichtung der Elektroden wirken sie stattdessen radial. Radiale Kräfte können von dem Gehäuse einer Knopfzelle allerdings sehr viel besser aufgenommen werden als axiale, worauf vermutlich die verbesserten Dichtigkeitseigenschaften zurückzuführen sind.The orthogonal orientation of the electrode layers has an unexpectedly significant advantage, namely, it has been found that this alignment is accompanied by a significant improvement in the sealing properties of a button cell according to the invention, in particular button cells based on of lithium-ion systems. The electrodes of rechargeable lithium-ion systems are always exposed to volume changes during charging and discharging. Of course, such changes in volume may also occur in the electrodes of a button cell according to the invention. However, the resulting mechanical forces no longer act primarily axially, as is the case in the case of a flat inserted stack of electrode-separator composites. Due to the orthogonal orientation of the electrodes, they act instead radially. Radial forces can, however, be much better absorbed by the housing of a button cell than axial, which is probably due to the improved sealing properties.

Besonders bevorzugt sind die Elektroden und der flächige Separator einer erfindungsgemäßen Knopfzelle jeweils streifen- oder bandförmig ausgebildet. So kann zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Knopfzelle beispielsweise von einem als Endlosband vorliegenden Separatormaterial ausgegangen werden, auf das die Elektroden flächig, insbesondere wieder in Form von Streifen oder zumindest von Rechtecken, aufgebracht, insbesondere auflaminiert werden.Especially the electrodes and the flat separator of a button cell according to the invention are preferred each striped or band-shaped educated. Thus, for the production of a button cell according to the invention for example, of a present as an endless belt separator material be assumed, to which the electrodes surface, in particular again in Shape of strips or at least of rectangles, applied, in particular be laminated.

Wenn die Elektroden streifenförmig auf einen solchen Separator aufgebracht werden, so lässt sich der entstehende Verbund aus streifenförmigen Elektroden und streifenförmigem Separator gut aufwickeln. In be vorzugten Ausführungsformen enthält eine erfindungsgemäße Knopfzelle entsprechend den Verbund aus Elektroden und Separator als Wickel, besonders bevorzugt als spiralförmigen Wickel.If the electrodes strip be applied to such a separator, so can the resulting composite of strip-shaped electrodes and strip-shaped separator wrap well. In be preferred embodiments includes a Button cell according to the invention according to the composite of electrodes and separator as a coil, especially preferred as helical Winding.

Besonders bevorzugt weist der Verbund aus Elektroden und Separator in einer erfindungsgemäßen Knopfzelle eine der folgenden Schichtabfolgen auf:

  • • negative Elektrode/Separator/positive Elektrode/Separator oder
  • • positive Elektrode/Separator/negative Elektrode/Separator.
Particularly preferably, the composite of electrodes and separator in a button cell according to the invention has one of the following layer sequences:
  • • negative electrode / separator / positive electrode / separator or
  • • positive electrode / separator / negative electrode / separator.

Derartige Verbünde lassen sich sehr einfach herstellen und aufwickeln, ohne dass es zu Kurzschlüssen zwischen entgegengesetzt gepolten Elektroden kommt.such associations can be easily made and wound up without it to short circuits comes between oppositely poled electrodes.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Knopfzelle sind die negative Elektrode und die positive Elektrode im Elektroden-Separator-Verbund innerhalb des Verbundes versetzt zueinander angeordnet. Unter einer versetzten Anordnung soll dabei verstanden werden, dass die Elektroden derart angeordnet sind, dass in der erfindungsgemäßen Knopfzelle eine jeweils unterschiedliche Beabstandung der Elektroden zu den ebenen Boden- und Deckelbereichen resultiert. Im einfachsten Fall können z. B. eine positive und eine negative Elektrode als gleich breite Streifen leicht versetzt auf die gegenüberliegenden Seiten eines Separatorbandes aufgebracht werden, so dass der Abstand der positiven Elektrode zum oberen Separatorrand größer ist als der vergleichbare Abstand von der negativen Elektrode aus gemessen. Umgekehrtes gilt dann natürlich im Hinblick auf den Abstand zum unteren Separatorrand.In particularly preferred embodiments a button cell according to the invention are the negative electrode and the positive electrode in the electrode-separator composite within the composite offset from each other. Under a staggered Arrangement should be understood that the electrodes so are arranged that in the button cell according to the invention one each different spacing of the electrodes to the flat bottom and lid areas results. In the simplest case z. Example, a positive and a negative electrode as the same width strip slightly offset to the opposite Pages of a Separatorbandes be applied, so that the distance the positive electrode is larger to the upper separator edge measured as the comparable distance from the negative electrode. The opposite then, of course with regard to the distance to the lower separator edge.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt, vorzugsweise als Resultat dieser versetzten Anordnung, die positive Elektrode, insbesondere ein Rand der positiven Elektrode, unmittelbar am Becherteil an, insbesondere im ebenen Bodenbereich des Becherteils, während die negative Elektrode, insbesondere ein Rand der negativen Elektrode, unmittelbar am Deckelteil, insbesondere im ebenen Deckelbereich des Deckelteils, anliegt.In particularly preferred embodiments is, preferably as a result of this staggered arrangement, the positive electrode, in particular a border of the positive electrode, directly on the cup part, in particular in the flat bottom area of the Cup parts while the negative electrode, in particular a border of the negative electrode, directly on the lid part, in particular in the flat lid area of the lid part, rests.

Die versetzte Anordnung der Elektroden zueinander ermöglicht also eine Kontaktierung der Elektroden mit den jeweiligen Gehäuseteilen, ohne dass zusätzliche elektrische Kontakte und Verbindungsmittel zum Einsatz kommen müssen.The staggered arrangement of the electrodes to each other thus allows a contacting of the electrodes with the respective housing parts, without that extra electrical contacts and connecting means must be used.

Bei den in einer erfindungsgemäßen Knopfzelle einsetzbaren Separatoren handelt es sich vorzugsweise um Folien aus mindestens einem Kunststoff, insbesondere aus mindestens einem Polyolefin. Bei dem mindestens einen Polyolefin kann es sich beispielsweise um Polyethylen handelt. Es können aber auch mehrlagige Separatoren verwendet werden, beispielsweise Separatoren aus einer Abfolge verschiedener Polyolefinschichten, z. B. mit der Sequenz Polyethylen/Polypropylen/Polyethylen.at in a button cell according to the invention usable separators are preferably films of at least one plastic, in particular of at least one Polyolefin. The at least one polyolefin may be, for example is polyethylene. But it can also multi-layer separators may be used, for example separators from a sequence of different polyolefin layers, e.g. B. with the Sequence polyethylene / polypropylene / polyethylene.

Die in einer erfindungsgemäßen Knopfzelle bevorzugt einsetzbaren Separatoren weisen bevorzugt eine Dicke zwischen 3 μm und 100 μm, insbesondere zwischen 10 μm und 50 μm, auf.The in a button cell according to the invention preferred usable separators preferably have a thickness between 3 .mu.m and 100 .mu.m, in particular between 10 μm and 50 μm, on.

Die Elektroden einer erfindungsgemäßen Knopfzelle weisen bevorzugt eine Dicke zwischen 10 μm und 1000 μm, insbesondere zwischen 30 μm und 500 μm, auf.The Electrodes of a button cell according to the invention preferably have a thickness between 10 .mu.m and 1000 .mu.m, in particular between 30 .mu.m and 500 .mu.m.

Wie bereits eingangs erwähnt wurde, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Knopfzelle insbesondere um eine wiederaufladbare Knopfzelle. Besonders bevorzugt weist eine erfindungsgemäße Knopfzelle mindestens eine Lithium interkalierende Elektrode auf.As already mentioned at the beginning was, it is the coin cell according to the invention in particular around a rechargeable button cell. Particularly preferably, a Button cell according to the invention at least one lithium intercalating electrode.

Das Verhältnis Höhe: Durchmesser einer erfindungsgemäßen Knopfzelle beträgt vorzugsweise < 1. Besonders bevorzugt liegt es zwischen 0.1 und 0.9, insbesondere zwischen 0.15 und 0.7. Unter der Höhe soll dabei der Abstand zwischen dem ebenen Bodenbereich und dem dazu parallelen ebenen Deckelbereich verstanden werden. Der Durchmesser meint die maximale Entfernung zweier Punkte auf dem Mantelbereich der Knopfzelle.The ratio height: diameter of a button cell according to the invention is preferably <1. Particularly preferred is between 0.1 and 0.9, in particular between 0.15 and 0.7. Under the height of the distance between the flat floor area and the parallel to flat De be understood. The diameter means the maximum distance between two points on the jacket area of the button cell.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Knopfzelle kann insbesondere auch zur Herstellung einer Knopfzelle dienen, wie sie vorstehend beschrieben wurde, also einer Knopfzelle mit einem Gehäuse mit einem ebenen Bodenbereich und einem dazu parallelen ebenen Deckelbereich. Betreffend die bevorzugten Ausführungsformen der einzelnen in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Komponenten (Gehäuseteile und -dimensionen, Elektroden, Separator etc.) kann somit vollumfänglich auf die obenstehenden Ausführungen und Erläuterungen Bezug genommen und verwiesen werden.The inventive method for the production of a button cell can in particular also for the production serve a button cell, as described above, ie a button cell with a housing with a flat bottom area and a parallel flat lid area. Concerning the preferred embodiments the individual components used in a method according to the invention (Housing parts and -dimensionen, electrodes, separator, etc.) can thus fully the above statements and Explanations Be referred and referenced.

Das Gehäuse wird aus einem metallischen Becherteil und einem metallischen Deckelteil zusammengefügt, wobei ein Elektroden-Separator-Verbund mit als flache Schicht ausgebildeten Elektroden derart in das Gehäuse eingesetzt wird, dass die Elektroden orthogonal zu dem ebenen Boden- und Deckelbereich ausgerichtet sind.The casing is made of a metallic cup part and a metallic lid part together, wherein an electrode-separator composite with formed as a flat layer electrodes so inserted into the housing will make that the electrodes orthogonal to the flat bottom and lid area are aligned.

Wie bereits erwähnt, wird der Elektroden-Separator-Verbund in Form eines Wickels verbaut, insbesondere als spiralförmiger Wickel.As already mentioned, the electrode-separator composite is installed in the form of a coil, especially as a spiral Winding.

In aller Regel umfasst das erfindungsgemäße Verfahren stets die Schritte

  • – Einsetzen des Wickels in das metallische Deckelteil,
  • – Einsetzen des metallischen Deckelteils mit dem Wickel in ein metallisches Becherteil,
  • – Umbördeln des Randes des Becherteils.
As a rule, the method according to the invention always comprises the steps
  • Inserting the coil into the metallic cover part,
  • Inserting the metallic cover part with the winding into a metallic cup part,
  • - Bordering the edge of the cup part.

Vor dem Schließen des Gehäuses werden die Elektroden üblicherweise noch mit Elektrolytlösung getränkt.In front the closing of the housing The electrodes are usually still with electrolyte solution soaked.

Der Wickel befindet sich beim Einsetzen bevorzugt aufgerollt auf einem Wickeldorn. Nach dem oder beim Einsetzen kann der Wickeldorn dann entfernt werden.Of the Winding is preferably rolled up on insertion on insertion Mandrel. After or when inserting the winding mandrel can then be removed.

Besonders bevorzugt wird der spiralförmige Wickel vor dem Verbauen an seinen Stirnseiten wärmebehandelt. Dabei wird er zumindest kurzfristig einer Temperatur ausgesetzt, bei der der Separator in dem Wickel thermoplastisch verformbar ist. In der Regel steht der Separator an den Stirnseiten des Wickels etwas über, selbst unter der Voraussetzung, dass die Elektroden mit dem oben beschriebenen Versatz zueinander angeordnet sind. Durch die Wärmebehandlung kann der Separator etwas zusammenschrumpfen und dadurch gegebenenfalls sogar den Rand einer benachbarten Elektroden freilegen, so dass dieser unmittelbar am Knopfzellengehäuse anliegen kann.Especially the helical winding is preferred heat treated at its ends before obstructing. He will at least temporarily exposed to a temperature at which the separator in the winding is thermoplastically deformable. Usually stands the separator at the end faces of the wrap something over, even provided that the electrodes with the offset described above are arranged to each other. Due to the heat treatment, the separator shrink slightly and possibly even the edge expose an adjacent electrode, so that this immediately abut the button cell housing can.

Die genannten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung der Zeichnungen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Dabei können die einzelnen Merkmale der Erfindung für sich allein oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen.The mentioned and other advantages of the invention will become apparent from the Now following description of the drawings in conjunction with the Dependent claims. It can the individual features of the invention alone or in combination be realized with each other. The described embodiments are for explanation only and for better understanding of the invention and are in no way limiting.

Figurenbeschreibungfigure description

1 zeigt schematisch den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Knopfzelle. 1 schematically shows the cross section of a button cell according to the invention.

2 illustriert den Effekt der Wärmebehandlung eines aufgewickelten Elektrode-Separator-Verbundes, welche bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommt. 2 illustrates the effect of the heat treatment of a wound electrode-separator composite, which is used in preferred embodiments of the method according to the invention.

1 zeigt schematisch den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Knopfzelle 100. Diese weist ein metallisches Becherteil 101 und ein metallisches Deckelteil 102 auf. Über eine Dichtung 109 sind die beiden Teile dichtend miteinander verbunden. Zusammen bilden sich ein Gehäuse mit einem ebenen Bodenbereich 103 und einem dazu parallelen ebenen Deckelbereich 104 aus. Im Gebrauchszustand bilden diese ebenen Bereiche 103 und 104 die Pole der Knopfzelle, an denen eine Stromabnahme durch einen Verbraucher erfolgen kann. Der Rand 110 des Zellenbechers 101 ist nach innen über den Rand des Zellendeckels 102 gebördelt. 1 schematically shows the cross section of a button cell according to the invention 100 , This has a metallic cup part 101 and a metallic lid part 102 on. About a seal 109 the two parts are sealingly connected. Together form a housing with a flat bottom area 103 and a parallel flat lid area 104 out. In use, these form flat areas 103 and 104 the poles of the button cell, where a current can be taken by a consumer. The edge 110 of the cell cup 101 is inside over the edge of the cell lid 102 crimped.

Im Inneren der Elektrode ist ein Verbund aus einer streifenförmigen Elektrode 105, einer streifenförmigen Elektrode 106 und den streifenförmigen Separatoren 107 angeordnet. Der Verbund aus den Elektroden 105 und 106 sowie den Separatoren 107 liegt dabei in Form eines Wickels vor. Aufgewickelt ist der Verbund auf dem Kern 108 im Zentrum der Knopfzelle 100. Sowohl der Kern 108 als auch die um ihn gewickelten Elektroden und Separatoren sind orthogonal zu den ebenen Boden- und Deckelbereichen 104 und 103 ausgerichtet. Sofern die Elektroden bei einem Lade- oder Entladevorgang an Volumen gewinnen oder verlie ren, wirken die dabei resultierenden mechanischen Kräfte radial und können vom Mantelbereich der Knopfzelle 100 aufgefangen werden.Inside the electrode is a composite of a strip-shaped electrode 105 , a strip-shaped electrode 106 and the strip-shaped separators 107 arranged. The composite of the electrodes 105 and 106 as well as the separators 107 is in the form of a coil. The composite is wound up on the core 108 in the center of the button cell 100 , Both the core 108 as well as the wound around him electrodes and separators are orthogonal to the flat bottom and top portions 104 and 103 aligned. If the electrodes gain or lose volume during a charging or discharging process, the resulting mechanical forces act radially and can come from the jacket area of the button cell 100 be caught.

Hervorzuheben ist, dass die positive Elektrode 105 und die negative Elektrode 106 jeweils unmittelbar an dem Becherteil 101 bzw. an dem Deckelteil 102 der Knopfzelle 100 anliegen. Ein separater Ableiter zum Verbinden der Elektroden mit dem Deckelteil 102 und dem Becherteil 101 ist nicht erforderlich.It should be emphasized that the positive electrode 105 and the negative electrode 106 each directly on the cup part 101 or on the lid part 102 the button cell 100 issue. A separate arrester for connecting the electrodes to the cover part 102 and the cup part 101 not necessary.

2 zeigt den Effekt der Wärmebehandlung eines Elektroden-Separator-Wickels 200, die in bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Knopfzelle vorgesehen ist. Dargestellt ist schematisch ein Wickel 200 aus einem Verbund aus einer positiven Elektrode 201 (schwarze Balken), einer negativen Elektrode 202 (weisse Balken) und den (quergestreiften) Separatoren 203 (Ausschnitt). Die positive und die negative Elektroden 201 und 202 sind jeweils versetzt zueinander angeordnet. Die Separatoren 203 bestehen aus einem thermoplastisch verformbaren Material. 2 shows the effect of heat treatment of an electrode-separator roll 200 , which is provided in preferred embodiments of the method according to the invention for producing a button cell. Shown is schematically a winding 200 from a composite of a positive electrode 201 (black bars), a negative electrode 202 (white bars) and the (striated) separators 203 (Detail). The positive and the negative electrodes 201 and 202 are each offset from one another. The separators 203 consist of a thermoplastically deformable material.

Setzt man die sich an den Stirnseiten 204 und 205 des Wickels 200 befindlichen Separatorränder einer hohen Temperatur aus (beispielsweise 250°C, wie dargestellt), so schrumpfen diese Separatorränder. Die Separatoren ziehen sich zumindest teilweise zwischen benachbarte Elektroden zurück. Dabei werden an der Stirnseite 204 die Ränder der negativen Elektrode 202 freigelegt, während die Ränder der positiven Elektrode 201 abgedeckt werden. An der Stirnseite 205 werden die Ränder der positiven Elektrode 201 freigelegt, während die Ränder der negativen Elektrode 202 abgedeckt werden.Do you put that on the front pages 204 and 205 of the roll 200 separator edges of a high temperature located (for example, 250 ° C, as shown), so shrink this Separatorränder. The separators at least partially retract between adjacent electrodes. It will be on the front page 204 the edges of the negative electrode 202 exposed while the edges of the positive electrode 201 be covered. At the front 205 become the edges of the positive electrode 201 exposed while the edges of the negative electrode 202 be covered.

Beim Einsatz eines so behandelten Wickels ist gewährleistet, dass Elektroden gleicher Polarität jeweils nur am Gehäusebecher oder am Gehäusedeckel unmittelbar anliegen können. Separate elektrische Verbindungen zwischen den Elektroden und den Gehäuseteilen sind nicht erforderlich.At the Use of such a treated coil ensures that electrodes same polarity respectively only on the housing cup or on the housing cover can be present directly. Separate electrical connections between the electrodes and the housing parts are not required.

Claims (12)

Knopfzelle (100), umfassend ein metallisches Becherteil (101) und ein metallisches Deckelteil (102), welche dichtend miteinander verbunden sind und ein Gehäuse mit einem ebenen Bodenbereich (103) und einem dazu parallelen ebenen Deckelbereich (104) ausbilden, sowie innerhalb des Gehäuses als flache Schichten ausgebildete positive und negative Elektroden (105, 106; 201, 202), die über einen flächigen Separator (107; 203) miteinander verbunden sind, wobei die Elektrodenschichten (105, 106; 201, 202) im wesentlichen orthogonal zu dem ebenen Boden- und Deckelbereich (103, 104) ausgerichtet sind.Button cell ( 100 ) comprising a metallic cup part ( 101 ) and a metallic cover part ( 102 ), which are sealingly connected to each other and a housing with a flat bottom area ( 103 ) and a parallel flat lid area ( 104 ) and positive and negative electrodes formed inside the housing as flat layers ( 105 . 106 ; 201 . 202 ), which via a flat separator ( 107 ; 203 ), wherein the electrode layers ( 105 . 106 ; 201 . 202 ) substantially orthogonal to the flat bottom and lid region ( 103 . 104 ) are aligned. Knopfzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (105, 106; 201, 202) und/oder der Separator (107; 203) streifen- oder bandförmig ausgebildet sind.Button cell according to claim 1, characterized in that the electrodes ( 105 . 106 ; 201 . 202 ) and / or the separator ( 107 ; 203 ) are strip-shaped or band-shaped. Knopfzelle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie den Elektroden-Separator-Verbund als Wickel (200) enthält, insbesondere als spiralförmigen Wickel.Button cell according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that it comprises the electrode-separator composite as a winding ( 200 ), in particular as a spiral winding. Knopfzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund eine der folgenden Schichtabfolgen aufweist: – negative Elektrode/Separator/positive Elektrode/Separator – positive Elektrode/Separator/negative Elektrode/SeparatorButton cell according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the composite one of the following layer sequences having: - negative Electrode / separator / positive electrode / separator - positive Electrode / separator / negative electrode / separator Knopfzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Elektrode (106; 202) und die positive Elektrode (105; 201) innerhalb des Verbundes versetzt zueinander angeordnet sind, so dass für die Elektroden eine jeweils unterschiedliche Beabstandung zu den ebenen Boden- und Deckelbereichen (103, 104) resultiert.Button cell according to one of the preceding claims, characterized in that the negative electrode ( 106 ; 202 ) and the positive electrode ( 105 ; 201 ) are arranged offset in relation to one another within the composite, so that for the electrodes in each case a different spacing from the flat bottom and top regions (FIG. 103 . 104 ) results. Knopfzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die positive Elektrode (105; 201), insbesondere ein Rand der positiven Elektrode (105; 201), unmittelbar am Becherteil (101), insbesondere im ebenen Bodenbereich (103), und die negative Elektrode (106; 202), insbesondere ein Rand der negativen Elektrode (106; 202), unmittelbar am Deckelteil (102), insbesondere im ebenen Deckelbereich (104), anliegt.Button cell according to one of the preceding claims, characterized in that the positive electrode ( 105 ; 201 ), in particular a border of the positive electrode ( 105 ; 201 ), directly on the cup part ( 101 ), especially in the flat floor area ( 103 ), and the negative electrode ( 106 ; 202 ), in particular an edge of the negative electrode ( 106 ; 202 ), directly on the cover part ( 102 ), in particular in the flat lid area ( 104 ) is present. Knopfzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wiederaufladbar ist.Button cell according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it is rechargeable. Knopfzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Verhältnis Höhe: Durchmesser < 1, vorzugsweise zwischen 0.1 und 0.9, insbesondere zwischen 0.15 und 0.7, aufweist.Button cell according to one of the preceding claims, characterized characterized in that they have a ratio height: diameter <1, preferably between 0.1 and 0.9, in particular between 0.15 and 0.7, has. Verfahren zur Herstellung einer Knopfzelle, insbesondere einer Knopfzelle (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus einem metallischen Becherteil (101) und einem metallischen Deckelteil (102) ein Gehäuse mit einem ebenen Bodenbereich (103) und einem dazu parallelen ebenen Deckelbereich (104) gebildet wird und wobei ein Elektroden-Separator-Verbund mit als flache Schicht ausgebildeten Elektroden (105, 106; 201, 202) derart in das Gehäuse eingesetzt wird, dass die Elektroden (105, 106; 201, 202) orthogonal zu dem ebenen Boden- und Deckelbereich (103, 104) ausgerichtet sind.Method for producing a button cell, in particular a button cell ( 101 ) according to one of the preceding claims, wherein from a metallic cup part ( 101 ) and a metallic cover part ( 102 ) a housing with a flat bottom area ( 103 ) and a parallel flat lid area ( 104 ) and wherein an electrode-separator composite with electrodes formed as a flat layer ( 105 . 106 ; 201 . 202 ) is inserted into the housing such that the electrodes ( 105 . 106 ; 201 . 202 ) orthogonal to the flat bottom and lid region ( 103 . 104 ) are aligned. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroden-Separator-Verbund als Wickel (200) eingesetzt wird, insbesondere als spiralförmiger Wickel.A method according to claim 9, characterized in that the electrode-separator composite as a winding ( 200 ) is used, in particular as a spiral winding. Verfahren nach Anspruch 10, umfassend die Schritte – Einsetzen des Wickels (200) in das metallische Deckelteil (102), – Einsetzen des metallischen Deckelteils (102) mit dem Wickel (200) in ein metallisches Becherteil (101), – Umbördeln des Randes (110) des Becherteils (101).Method according to claim 10, comprising the steps - inserting the roll ( 200 ) in the metallic cover part ( 102 ), - inserting the metallic cover part ( 102 ) With the winding ( 200 ) in a metallic cup ( 101 ), - flanging the edge ( 110 ) of the cup part ( 101 ). Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickel (200) vor dem Verbauen an seinen Stirnseiten wärmebehandelt wird, wobei er zumindest kurzfristig einer Temperatur ausgesetzt wird, bei der der Separator (203) thermoplastisch verformbar ist.A method according to claim 10 or 11, characterized in that the winding ( 200 ) is heat-treated at its end faces before installation, whereby it is exposed at least for a short time to a temperature at which the separator ( 203 ) is thermoplastically deformable.
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