DE102011084019A1

DE102011084019A1 - Battery with fibrous or filamentary electrode

Info

Publication number: DE102011084019A1
Application number: DE102011084019A
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen Lindner; Martin Krebs
Original assignee: VARTA Microbattery GmbH
Current assignee: VARTA Microbattery GmbH
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-04-11
Also published as: EP2764562A1; WO2013050284A1

Abstract

Beschrieben wird eine Batterie, die sich durch mindestens eine faseroder fadenförmige Elektrode auszeichnet, die als Ableiter eine faser- oder fadenförmige Seele aus einem ersten elektrisch leitenden Material umfasst sowie eine die Seele mantelartig umschließende Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial. Weiterhin wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Batterie beschrieben.Described is a battery which is characterized by at least one fiber or thread-like electrode, which comprises as a conductor a fiber or thread-like core of a first electrically conductive material as well as the soul coat-like enclosing layer of a first electrode material. Furthermore, a method for producing such a battery is described.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Batterien mit neuartigem Aufbau. The present invention relates to batteries of novel construction.

Batterien gibt es in den verschiedensten Ausführungsformen. Entscheidend für die Bauform und die Größe von Batterien ist der jeweilige Anwendungsfall. So wurden beispielsweise tonnenschwere Batterien als Notstromversorgung für industrielle Anwendungen entwickelt. Im Consumer-Bereich findet man dagegen Batterien mit Gewichten von wenigen Gramm oder sogar nur wenigen Milligramm. Insbesondere die Konstruktion besonders kleiner und flacher Batterien, wie sie von miniaturisierten elektronischen Komponenten und Geräten häufig benötigt werden, stellt Batteriebauer immer wieder vor Herausforderungen. There are batteries in various embodiments. Crucial for the design and size of batteries is the particular application. For example, heavy-duty batteries have been developed as an emergency power supply for industrial applications. In the consumer sector, however, you will find batteries with weights of a few grams or even just a few milligrams. In particular, the design of particularly small and flat batteries, as they are often required by miniaturized electronic components and devices, battery makers repeatedly challenges.

Von der Anmelderin wurden beispielsweise die in DE 10 2005 017 682 beschriebenen Batterien entwickelt, die sich durch eine besonders geringe Bauhöhe auszeichnen. Die beschriebenen Batterien lassen sich insbesondere durch Druck herstellen und eignen sich beispielsweise dazu, Smart Tags oder Smart Labels mit elektrischer Energie zu versorgen. By the applicant, for example, the in DE 10 2005 017 682 developed batteries that are characterized by a particularly low height. The batteries described can be produced in particular by pressure and are suitable, for example, for supplying smart tags or smart labels with electrical energy.

Weitere von der Anmelderin entwickelte besonders flache Batterien sind in der DE 101 62 832 A1 und in der DE 102 19 424 A1 beschrieben. Beide eignen sich speziell für den Einsatz in sogenannten „active smart cards“. Other particularly flat batteries developed by the applicant are in the DE 101 62 832 A1 and in the DE 102 19 424 A1 described. Both are especially suitable for use in so-called "active smart cards".

Auch der vorliegenden Erfindung lag zunächst die Aufgabe zugrunde, besonders flache Batterien herzustellen. Im Laufe der Entwicklungen wurde dann zusätzlich auch das Augenmerk auf die Bereitstellung von Batterien gerichtet, die sich durch weitere Eigenschaften wie z.B. eine hohe Strombelastbarkeit oder besonders flexibel verarbeitbare Elektroden auszeichnen. The present invention also initially had the object of producing particularly flat batteries. In the course of developments, additional attention has been paid to the provision of batteries which are characterized by further properties, such as e.g. distinguish a high current carrying capacity or particularly flexible processable electrodes.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batterie sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 angegeben. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens findet sich in Anspruch 14. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. This object is achieved by the battery having the features of claim 1 and the method having the features of claim 13. Preferred embodiments of the battery according to the invention are specified in the dependent claims 2 to 12. A preferred embodiment of the method according to the invention can be found in claim 14. The wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of this description.

Eine erfindungsgemäße Batterie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie mindestens eine faser- oder fadenförmige Elektrode aufweist, die die folgenden Komponenten umfasst:

(a) eine als Ableiter dienende faser- oder fadenförmige Seele aus einem ersten elektrisch leitendem Material und
(b) eine die Seele mantelartig umschließende Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial.

A battery according to the invention is characterized in particular in that it has at least one fiber or thread-like electrode which comprises the following components:

(A) serving as a conductor fiber or thread-like core of a first electrically conductive material and
(b) a layer of a first electrode material enclosing the core like a sheath.

Faser- oder fadenförmige Elektroden sind aus dem Stand der Technik bislang nicht bekannt. Elektroden werden klassisch in Form von flächigen Schichten oder als Masseelektroden gefertigt, nicht jedoch in Form eines dünnen, länglichen Gebildes, wie es Fasern und Fäden darstellen. Zur Klarstellung, unter einer Faser soll vorliegend ein einstückiges längliches Gebilde verstanden werden, wohingegen ein Faden durchaus mehrstückig, nämlich bestehend aus mehreren miteinander verbundenen / verdrehten Fasern, sein kann. Als Seele einer Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung kommen sowohl Fasern als auch Fäden in Frage, beide Varianten haben ihre Vor- und Nachteile. So lassen sich aus einzelnen Fasern dünnere Elektroden herstellen als aus Fäden, letztere besitzen dafür in der Regel robustere mechanische Eigenschaften, was bei der Verarbeitung der Elektroden durchaus vorteilhaft sein kann. Fiber or thread-like electrodes are hitherto unknown from the prior art. Electrodes are conventionally made in the form of laminar layers or as ground electrodes, but not in the form of a thin, elongated structure, as are fibers and filaments. For clarification, a fiber in the present case is to be understood as an integral, elongated structure, whereas a thread may well be in several pieces, namely consisting of several interconnected / twisted fibers. As the soul of an electrode according to the present invention, both fibers and filaments come into question, both variants have their advantages and disadvantages. Thus, it is possible to produce thinner electrodes from individual fibers than from threads, the latter generally having more robust mechanical properties for this, which can certainly be advantageous in the processing of the electrodes.

Besonders bevorzugt weist eine erfindungsgemäße Batterie neben der beschriebenen noch mindestens eine weitere faser- oder fadenförmige Elektrode auf, die die folgenden Komponenten umfasst,

(aa) eine als Ableiter dienende faser- oder fadenförmige Seele aus einem zweiten elektrisch leitenden Material und
(bb) eine die Seele mantelartig umschließende Schicht aus einem zweiten, zum ersten Elektrodenmaterial entgegengesetzt gepolten Elektrodenmaterial.

Particularly preferably, a battery according to the invention has, in addition to the described one, at least one further fiber or thread-like electrode, which comprises the following components,

(Aa) serving as a conductor fiber or thread-like core of a second electrically conductive material and
(bb) a layer enclosing the core like a jacket from a second electrode material, which is oppositely poled to the first electrode material.

Der Begriff Batterie meinte ursprünglich mehrere in Serie geschaltete galvanische Zellen. Heute werden aber auch einzelne galvanische Zellen häufig als Batterie bezeichnet. Dies soll auch vorliegend gelten. In ihrer einfachsten Ausführungsform umfasst eine erfindungsgemäße Batterie als Elektroden ausschließlich

• eine faser- oder fadenförmige Elektrode mit einer Seele aus dem ersten elektrisch leitenden Material und einer diese umschließenden Schicht aus dem ersten Elektrodenmaterial sowie
• eine faser- oder fadenförmige Elektrode mit einer Seele aus dem zweiten elektrisch leitenden Material und einer diese umschließenden Schicht aus dem zweiten Elektrodenmaterial.

The term battery originally meant several galvanic cells connected in series. Today, however, individual galvanic cells are often referred to as batteries. This should also apply in the present case. In its simplest embodiment, a battery according to the invention comprises exclusively as electrodes

A fiber or thread-like electrode having a core of the first electrically conductive material and a layer of the first electrode material enclosing the same and
A fiber or thread-like electrode having a core of the second electrically conductive material and a layer of the second electrode material enclosing the latter.

Bei der Entladung dieser beiden Elektroden findet eine energieliefernde chemische Reaktion statt, welche sich aus zwei elektrisch miteinander gekoppelten aber räumlich voneinander getrennten Teilreaktionen zusammensetzt, wobei es an einer der Elektroden zu einer Freisetzung von Elektronen kommt, die über eine externe Last zur anderen Elektrode fließen. Zeitgleich muss es zu einem der Elektrodenreaktion entsprechenden Ionenstrom zwischen den Elektroden kommen. Dieser wird durch einen ionisch leitenden Elektrolyten gewährleistet, über den die Elektroden miteinander verbunden sind. Auch vorliegend wird ein solcher Elektrolyt zwischen den Elektroden mit dem entgegengesetzt gepolten Elektrodenmaterial benötigt. When discharging these two electrodes takes place an energy-supplying chemical reaction, which consists of two electrically coupled but spatially separated partial reactions, wherein it comes at one of the electrodes to a release of electrons, which via an external load for other electrode flow. At the same time, an ion current corresponding to the electrode reaction must occur between the electrodes. This is ensured by an ionically conductive electrolyte, via which the electrodes are connected to each other. Also in the present case, such an electrolyte is required between the electrodes with the oppositely poled electrode material.

In einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform sind die mindestens eine faser- oder fadenförmige Elektrode mit dem ersten Elektrodenmaterial und die mindestens eine faser- oder fadenförmige Elektrode mit dem zweiten Elektrodenmaterial mindestens teilweise in eine Matrix eingebettet, die aus einem ionenleitenden Separatormaterial besteht. Ein unmittelbarer Kontakt zwischen den Elektroden mit den entgegengesetzt gepolten Elektrodenmaterialien darf nicht bestehen, dies muss durch das Separatormaterial unterbunden werden. Dies ist in der Praxis natürlich ohne weiteres realisierbar. So wäre es z.B. denkbar, Elektroden unterschiedlicher Polarität in verschiedenen Ebenen in der Matrix aus dem ionenleitenden Separatormaterial anzuordnen. Alternativ können, in Analogie zur eingangs erwähnten DE 10 2005 017 682 , zwei faser- oder fadenförmige Elektroden unterschiedlicher Polarität nebeneinander auf einem nicht leitenden Substrat abgelegt und mit einer Elektrolytschicht bedeckt werden. In a first particularly preferred embodiment, the at least one fiber or thread-like electrode with the first electrode material and the at least one fiber or thread-like electrode with the second electrode material are at least partially embedded in a matrix which consists of an ion-conducting separator material. There must be no direct contact between the electrodes and the oppositely poled electrode materials; this must be prevented by the separator material. Of course, this is easily realizable in practice. For example, it would be conceivable to arrange electrodes of different polarity in different levels in the matrix of the ion-conducting separator material. Alternatively, in analogy to the aforementioned DE 10 2005 017 682 , two fiber or thread-like electrodes of different polarity are placed side by side on a non-conductive substrate and covered with an electrolyte layer.

In einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die erfindungsgemäße Batterie dadurch aus, dass sie mindestens eine Elektrode umfasst, die neben den oben unter (a) und (b) angeführten Komponenten zusätzlich noch eine Komponente (c) umfasst, nämlich eine Schicht aus einem ionenleitenden Separatormaterial, die die Schicht aus dem ersten Elektrodenmaterial mantelartig umschließt. Eine solche Ausführungsform einer faser- oder fadenförmigen Elektrode bietet den Vorteil, dass sie problemlos verarbeitbar ist, ohne dass Kurzschlüsse zu befürchten sind. So lässt sie sich beispielsweise direkt in eine Matrix einbetten, die aus einem zweiten, zum ersten Elektrodenmaterial entgegengesetzt gepolten Elektrodenmaterial besteht. So lassen sich Batterien mit einer sehr hohen Strombelastbarkeit herstellen, da die Kontaktfläche zwischen den entgegengesetzt gepolten Elektrodenmaterialien sehr groß ist. In a second particularly preferred embodiment, the battery according to the invention is characterized in that it comprises at least one electrode, which in addition to the above under (a) and (b) listed components additionally comprises a component (c), namely a layer of an ion-conducting Separator material which encloses the layer of the first electrode material like a jacket. Such an embodiment of a fiber or thread-like electrode has the advantage that it can be processed without problems, without short circuits having to be feared. For example, it can be embedded directly in a matrix which consists of a second electrode material, which is polarized in the opposite direction to the first electrode material. This makes it possible to produce batteries with a very high current-carrying capacity, since the contact area between the oppositely poled electrode materials is very large.

Natürlich wird bei einer solchen Ausführungsform ein weiterer (zweiter) Ableiter benötigt, über den Elektronen aus dem zweiten Elektrodenmaterial abgeführt oder diesem zugeführt werden können. Im einfachsten Fall steht die Matrix in direktem Kontakt zu einem flächigen, als zweiter Ableiter dienenden Substrat aus dem zweiten elektrisch leitenden Material. Beispielsweise kann die Matrix aus dem zweiten Elektrodenmaterial samt der darin eingebetteten Elektrode auf einer metallischen Ableiterfolie angeordnet werden oder darauf gebildet werden. Of course, in such an embodiment, a further (second) arrester is needed, via which electrons can be removed from the second electrode material or supplied to it. In the simplest case, the matrix is in direct contact with a planar, serving as a second arrester substrate made of the second electrically conductive material. For example, the matrix of the second electrode material together with the electrode embedded therein can be arranged on a metallic arrester foil or be formed thereon.

In einer dritten besonders bevorzugten Ausführungsform wird in die Matrix aus dem zweiten Elektrodenmaterial neben der mindestens einen faser- oder fadenförmigen Elektrode umfassend die Komponenten (a), (b) und (c) mindestens eine oder ein als zweiter Ableiter dienende oder dienender Faser oder Faden aus einem zweiten elektrisch leitenden Material eingebettet. Diese Maßnahme kann sich sehr positiv auf die Performance der resultierenden Batterie auswirken. In a third particularly preferred embodiment, in the matrix of the second electrode material in addition to the at least one fiber or thread-like electrode comprising components (a), (b) and (c) at least one or a second arrester or serving as a fiber or thread embedded from a second electrically conductive material. This measure can have a very positive effect on the performance of the resulting battery.

In einer vierten besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Batterie neben der mindestens einen Elektrode umfassend die Komponten (a), (b) und (c) mindestens eine weitere Elektrode auf, die mindestens die oben bereits genannten Komponenten (aa) und (bb), gegebenenfalls auch eine Komponente (cc) aus dem ionenleitenden Separatormaterial umfasst, die die Schicht aus dem zweiten Elektrodenmaterial mantelartig umschließt. Diese Elektroden lassen sich zu problemlos zu einem Wickel verarbeiten, der, gegebenenfalls nach Tränken mit einem geeigneten Elektrolyten, beispielsweise in ein Knopfzellengehäuse eingearbeitet werden kann. Aber hierzu später noch mehr.In a fourth particularly preferred embodiment, in addition to the at least one electrode comprising the components (a), (b) and (c), the battery according to the invention has at least one further electrode which comprises at least the above-mentioned components (aa) and (bb), optionally also comprises a component (cc) of the ion-conducting separator material, which encloses the layer of the second electrode material like a jacket. These electrodes can be easily processed into a winding, which can be incorporated, optionally after impregnation with a suitable electrolyte, for example, in a button cell housing. But more on that later.

In einer fünften besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Batterie mindestens eine faser- oder fadenförmige Elektrode auf, die neben den oben genannten Komponenten (a) bis (c) die folgenden Komponenten umfasst:

(d) eine Schicht aus einem zweiten, zum ersten Elektrodenmaterial entgegengesetzt gepolten Elektrodenmaterial, die die Schicht aus dem ionenleitenden Separatormaterial mantelartig umschließt,
(e) eine als Ableiter dienende Schicht aus einem zweiten elektrisch leitenden Material, die die Schicht aus dem zweiten Elektrodenmaterial mantelartig umschließt, sowie in bevorzugten Ausführungsformen auch
(f) eine Hüllschicht aus einem elektrisch isolierenden Material, die die Schicht aus dem zweiten elektrisch leitenden Material mantelartig umschließt.

In a fifth particularly preferred embodiment, the battery according to the invention has at least one fiber or thread-like electrode which, in addition to the abovementioned components (a) to (c), comprises the following components:

(d) a layer of a second electrode material which is oppositely poled to the first electrode material and which encloses the layer of the ion-conducting separator material like a jacket,
(e) a serving as a conductor layer of a second electrically conductive material, which surrounds the layer of the second electrode material like a jacket, and in preferred embodiments also
(F) a cladding layer of an electrically insulating material, which encloses the layer of the second electrically conductive material like a jacket.

In dieser Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Batterie einen koaxialen Aufbau auf, bei dem das erste und das zweite Elektrodenmaterial, das ionenleitende Separatormaterial, das zweite elektrisch leitende Material sowie gegebenenfalls die Hüllschicht aus dem elektrisch isolierenden Material konzentrisch um die faser- oder fadenförmige Seele aus dem ersten elektrisch leitenden Material angeordnet sind. Die mantelartigen Schichten weisen also jeweils einen hohlzylinderartigen oder schlauchartigen Aufbau auf, wobei sich ihre Innen- und Außendurchmesser unterscheiden. Die Seele selbst könnte grundsätzlich auch hohl ausgebildet sein, ist jedoch bevorzugt massiv. In this embodiment, the battery according to the invention has a coaxial construction in which the first and the second electrode material, the ion-conducting separator material, the second electrically conductive material and possibly the cladding layer of the electrically insulating material concentrically around the fiber or thread-like core of the first electrically conductive material are arranged. The coat-like layers thus each have a hollow cylinder-like or tubular structure, with its inner and Outer diameter differ. The soul itself could basically also be hollow, but is preferably solid.

Von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet sich diese Ausführungsform insbesondere dadurch, dass nicht nur mindestens eine Elektrode faser- oder fadenförmig ausgebildet ist, statt dessen ist die Batterie selbst faser- oder fadenförmig ausgebildet. Die Seele und die darum angeordneten mantelartigen Schichten bilden, ohne dass es weiterer Komponenten bedarf, eine galvanische Zelle aus, bei der im geladenen Zustand eine Spannung zwischen der Schicht aus dem ersten und der Schicht aus dem zweiten Elektrodenmaterial besteht. Of the embodiments described above, this embodiment differs in particular in that not only at least one electrode is formed in a fiber or thread, but instead the battery itself is formed in a fiber or thread. The core and the shell-like layers arranged around it form, without requiring further components, a galvanic cell in which, in the charged state, a voltage exists between the layer of the first and the layer of the second electrode material.

In bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich die erfindungsgemäße Batterie dadurch aus, dass sie selbst (in der Ausführungsform mit den Merkmalen (a) bis (e) oder (a) bis (f)) als textiles Flächengebilde vorliegt, insbesondere in einer filzartigen oder in einer gewebten Struktur, oder dass sie zumindest eine faser- oder fadenförmige Elektrode aufweist, die als textiles Flächengebilde vorliegt oder Teil eines solchen ist, gegebenenfalls in Kombination mit der beschriebenen mindestens einen weiteren faser- oder fadenförmigen Elektrode oder mit dem/der mindestens einen als zweiter Ableiter dienenden Faden/Faser aus dem zweiten elektrisch leitenden Material.In preferred embodiments, the battery according to the invention is characterized in that it is itself (in the embodiment with the features (a) to (e) or (a) to (f)) as a textile fabric, in particular in a felt-like or in a woven Structure, or that it has at least one fiber or thread-like electrode which is present as a textile fabric or part thereof, optionally in combination with the described at least one further fiber or thread-like electrode or with the / at least one serving as a second arrester Thread / fiber of the second electrically conductive material.

Bei einem Gewebe handelt es sich bekanntlich um ein textiles Flächengebilde, bei dem mindestens zwei Fadensysteme, die Kette (Kettfaden) und der Schuss (Schussfaden), rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig miteinander verkreuzt werden. Eine filzartige Struktur zeichnet sich im Gegensatz dazu durch ein ungeordnetes, nur schwer zu trennendes Fasergut aus, bei dem die einzelnen Fasern ungeordnet miteinander verschlungen sind. Die faser- oder fadenförmige Elektrode bzw. die faseroder fadenförmige Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich sowohl zu einem gewebten als auch einem nicht gewebten Flächengebilde verarbeiten:

• Es ist z.B. möglich, eine als Gewebe vorliegende faser- oder fadenförmige Elektrode mit den Merkmalen (a) und (b) gemeinsam mit mindestens einer weiteren als Gewebe vorliegenden faser- oder fadenförmigen Elektrode mit den Merkmalen (aa) und (bb) in eine Matrix aus dem ionenleitenden Separatormaterial einzubetten. Dabei muss natürlich darauf geachtet werden, dass die entgegengesetzt gepolten Elektroden sich in der Matrix nicht berühren. Dies kann z.B. gewährleistet werden, indem ein Gewebe aus einer oder mehreren Elektroden mit den Merkmalen (a) und (b) in einer Ebene der Matrix angeordnet ist und ein Gewebe aus einer oder mehreren Elektroden mit den Merkmalen (aa) und (bb) in einer anderen Ebene. Der Raum zwischen den Ebenen ist mit dem ionenleitenden Separatormaterial verbunden, das die die entgegengesetzt gepolten Gewebe räumlich trennt, aber gleichzeitig ionenleitend verbindet.
• In einer weiteren Variante ist es möglich, dass eine oder mehrere faser- oder fadenförmigen Elektroden mit den Merkmalen (a), (b) und (c) in eine Matrix aus dem zweiten Elektrodenmaterial eingebettet sind. Innerhalb der Matrix kann die faser- oder fadenförmige Elektrode gewebt oder ungewebt vorliegen, beispielsweise auch als mehrlagiges Gewebe. Potentielle Kurzschlussprobleme gibt es in dieser Ausführungsform nicht. Allerdings ist es erforderlich, auch die Matrix aus dem zweiten Elektrodenmaterial mit einem Ableiter zu versehen. Zu diesem Zweck kann die Matrix beispielsweise in direktem Kontakt zu dem bereits erwähnten flächigen, als zweiter Ableiter dienenden Substrat stehen.
• Alternativ kann die mindestens eine faser- oder fadenförmige Elektrode mit den Merkmalen (a), (b) und (c) natürlich auch gemeinsam mit dem/der mindestens einen als zweiter Ableiter dienenden Faden/Faser aus dem zweiten elektrisch leitenden Material, gewebt oder ungewebt, in die Matrix aus dem zweiten Elektrodenmaterial eingebettet sein. Ein flächiges, als zweiter Ableiter dienendes Substrat in Kontakt zu der Matrix ist in dieser Ausführungsform nicht zwingend erforderlich, seine Funktion wird durch die als zweiter Ableiter dienenden Fäden/Fasern wahrgenommen. Ein Gewebe aus der mindestens einen faser- oder fadenförmigen Elektrode und dem/der mindestens einen als zweiter Ableiter dienenden Faden/Faser kann ohne Problem gefertigt werden, indem beispielsweise der Elektrodenfaden als Kettfaden und der Ableiter als Schussfaden verwendet wird oder umgekehrt. Natürlich ist es aber auch möglich, in die Matrix aus dem zweiten Elektrodenmaterial ein erstes Gewebe aus einer oder mehreren faser- oder fadenförmigen Elektroden und ein zweites Gewebe nur aus Ableitern in die Matrix zu integrieren.
• Vielseitig verwendbar sind insbesondere auch die beschriebenen faser- oder fadenförmigen Batterien umfassend die Komponenten (a) bis (e) oder (a) bis (f). Einzelne Fäden mit diesen Merkmalen, von denen jeder für sich eine galvanische Zelle bildet, können beispielsweise zu einem Gewebe verarbeitet werden und innerhalb dieses Gewebes durch entsprechende Kontaktierung der Ableiter parallel oder seriell verschaltet werden. So lassen sich Batterien mit definierten Spannungen in nahezu jeder Form und jeder Größe herstellen.

A fabric is known to be a textile fabric in which at least two thread systems, the warp and the weft, are crossed at right angles or nearly at right angles. In contrast, a felt-like structure is characterized by a disordered, difficult-to-separate fiber material, in which the individual fibers are intertwined with one another. The fibrous or filamentary electrode or fiber or filamentary battery according to the present invention can be processed into both a woven and a nonwoven fabric:

It is possible, for example, as a fibrous or thread-like electrode present as a tissue with the features (a) and (b) together with at least one other present as a tissue fibrous or thread-like electrode having the features (aa) and (bb) in a Embed the matrix from the ion-conducting separator material. Of course, care must be taken that the oppositely poled electrodes do not touch each other in the matrix. This can be ensured, for example, by arranging a tissue of one or more electrodes with the features (a) and (b) in a plane of the matrix and a tissue of one or more electrodes having the features (aa) and (bb) in FIG another level. The space between the planes is connected to the ion-conducting separator material, which spatially separates the oppositely poled tissues, but at the same time connects them in an ion-conducting manner.
In a further variant, it is possible that one or more fiber or thread-like electrodes having the features (a), (b) and (c) are embedded in a matrix of the second electrode material. Within the matrix, the fibrous or filamentary electrode can be woven or unwoven, for example, as a multi-layered fabric. There are no potential short circuit problems in this embodiment. However, it is also necessary to provide the matrix of the second electrode material with an arrester. For this purpose, the matrix may, for example, be in direct contact with the already mentioned planar second-arrester substrate.
Alternatively, the at least one fiber or thread-shaped electrode having the features (a), (b) and (c), of course, together with the / at least one serving as a second arrester thread / fiber of the second electrically conductive material, woven or unwoven, be embedded in the matrix of the second electrode material. A planar, serving as a second arrester substrate in contact with the matrix is not mandatory in this embodiment, its function is performed by serving as a second arrester threads / fibers. A fabric of the at least one fibrous or filamentary electrode and / or the at least one second arrester / fiber can be manufactured without problem, for example by using the electrode filament as the warp and the arrester as the weft or vice versa. Of course, it is also possible to integrate into the matrix of the second electrode material a first tissue of one or more fibrous or filamentous electrodes and a second tissue only of arresters in the matrix.
Particularly versatile are, in particular, the described fiber or filamentary batteries comprising the components (a) to (e) or (a) to (f). Individual threads with these features, each of which forms a galvanic cell for itself, can for example be processed into a fabric and connected in parallel or serially within this fabric by appropriate contacting of the arresters. This makes it possible to produce batteries with defined voltages in almost any shape and size.

Die materielle Beschaffenheit der Ableiter einer erfindungsgemäßen Batterie ist grundsätzlich nicht erfindungswesentlich. Es ist allerdings bevorzugt, dass es sich bei dem ersten und/oder dem zweiten elektrisch leitenden Material um ein Metall oder ein elektrisch leitendes Synthetikmaterial handelt. Die Materialauswahl hängt maßgeblich davon ab, welche Elektrodenmaterialien für die erfindungsgemäße Batterie gewählt werden. Geeignet wären beispielsweise Kupfer für die negative Seite und Aluminium für die positive Seite einer Lithium-Ionen-Batterie. Das erste und das zweite elektrisch leitende Material können sich unterscheiden, müssen aber nicht unbedingt. Auch Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) oder oberflächenmodifizierten Kohlenstoffnanoröhrchen können als erstes und/oder zweites elektrisch leitendes Material verwendet werden.The physical nature of the arrester of a battery according to the invention is basically not essential to the invention. However, it is preferred that the first and / or the second electrically conductive material is a metal or an electrically conductive synthetic material. The choice of material depends largely on which electrode materials are selected for the battery according to the invention. Suitable examples would be copper for the negative side and aluminum for the positive side of a lithium-ion battery. The first and second electrically conductive materials may differ, but not necessarily. Carbon nanotubes (CNTs) or surface-modified carbon nanotubes can also be used as first and / or second electrically conductive material.

Das erste und/oder das zweite Elektrodenmaterial umfassen jeweils ein elektrochemisches Aktivmaterial sowie häufig auch einen Binder und gegebenenfalls ein leitfähigkeitsverbessererndes und/oder ein sonstiges Additiv. Elektrochemische Aktivmaterialien sind die Komponenten einer Elektrode, die maßgeblich an der oben erwähnten energieliefernden, aus zwei elektrisch miteinander gekoppelten aber räumlich voneinander getrennten Teilreaktionen zusammengesetzten chemischen Reaktion teilnehmen und dabei oxidiert oder reduziert werden. Wenn die Aktivmaterialien partikulär vorliegen, so wird in der Regel der Binder benötigt, um den Zusammenhalt der Elektrode zu gewährleisten. Über Additive können Eigenschaften einer Elektrode wie etwa ihre Flexibilität (mittels Weichmachern) oder ihr Innenwiderstand (mittels den leitfähigkeitsverbessernden Additiven) verbessert werden. Elektrochemische Aktivmaterialien und Binder sowie Additive für Elektroden sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und müssen im Rahmen der vorliegende Erfindung nicht näher erläutert werden. Die erfindungsgemäße Batterie zeichnet sich schließlich primär durch einen Aufbau aus und nicht durch eine spezielle Kombination elektrochemischer Aktivmaterialien. The first and / or the second electrode material each comprise an electrochemical active material as well as frequently also a binder and optionally a conductivity-improving and / or another additive. Electrochemical active materials are the components of an electrode that participate significantly in the above-mentioned energy-producing, composed of two electrically coupled but spatially separated partial reactions chemical reaction and thereby oxidized or reduced. If the active materials are particulate, then the binder is usually required to ensure the cohesion of the electrode. Via additives, properties of an electrode such as its flexibility (by means of plasticizers) or its internal resistance (by means of the conductivity-improving additives) can be improved. Electrochemical active materials and binders as well as additives for electrodes are known in principle to the person skilled in the art and need not be explained in more detail in the context of the present invention. Finally, the battery according to the invention is characterized primarily by a structure and not by a special combination of electrochemical active materials.

Analoges gilt auch für das ionenleitende Separatormaterial. Geeignete Separatormaterialien für die unterschiedlichsten elektrochemischen Systeme sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise kann es sich bei dem Separatormaterial um eine poröse Matrix aus einem Kunststoff handeln, die einen Elektrolyten aus einem Lösungsmittel und einem darin gelösten Leitsalz umfasst. Zur Herstellung eines solchen Separatormaterials kann beispielsweise eine Mischung aus Block-Copolymeren, die eine unterschiedliche Löslichkeit besitzen, verwendet werden. Durch Extraktion des leichter löslichen Polymers kann eine poröse Struktur entstehen, die einen geeigneten Elektrolyten aufnehmen kann. Auch eine Mischung aus einem Polymer wie Polyvinylidenfluorid und einem Weichmacher wie Butylphtalat kann verwendet werde. Butylphtalat lässt sich beispielsweise mit n-Hexan extrahieren. Alternativ können als Separatormaterial beispielsweise auch Festelektrolyte wie Polymerelektrolyt-Membranen verwendet werden.The same applies to the ion-conducting separator material. Suitable separator materials for a wide variety of electrochemical systems are known to the person skilled in the art. For example, the separator material may be a porous matrix made of a plastic comprising an electrolyte of a solvent and a conductive salt dissolved therein. For producing such a separator material, for example, a mixture of block copolymers having a different solubility can be used. By extraction of the more readily soluble polymer, a porous structure can be formed which can accommodate a suitable electrolyte. A mixture of a polymer such as polyvinylidene fluoride and a plasticizer such as butyl phthalate may also be used. Butyl phthalate can be extracted, for example, with n-hexane. Alternatively, as a separator material, for example, solid electrolytes such as polymer electrolyte membranes can be used.

Bei dem elektrisch isolierenden Material handelt es sich beispielsweise um einen Kunststoff oder ein keramisches Material. Isolatoren sind aus dem Stand der Technik ebenfalls hinreichend bekannt. The electrically insulating material is, for example, a plastic or a ceramic material. Insulators are also well known in the art.

Die erfindungsgemäße faser- oder fadenförmige Batterie oder die faseroder fadenförmigen Elektroden, die eine erfindungsgemäße Batterie umfasst, weisen bevorzugt eine Länge im Bereich zwischen 5 mm und 10 m auf, ihr Durchmesser liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,5 mm und 5 mm. Sowohl Hohldurchmesser als auch Länge können im Grunde beliebig gewählt werden, abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall. The fibrous or filamentary battery according to the invention or the fiber or filamentary electrodes comprising a battery according to the invention preferably have a length in the range between 5 mm and 10 m, their diameter is preferably in the range between 0.5 mm and 5 mm. Both the hollow diameter and length can basically be chosen arbitrarily, depending on the particular application.

Auch ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie, insbesondere einer Batterie, wie sie oben beschrieben ist, ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ein solches Verfahren umfasst stets die Bildung einer mantelartigen Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial auf einer Faser oder einem Faden aus einem ersten elektrisch leitenden Material. A method for producing a battery, in particular a battery, as described above, is the subject of the present invention. Such a method always comprises forming a sheath-like layer of a first electrode material on a fiber or a thread of a first electrically conductive material.

Anschließend wird gegebenenfalls eine mantelartige Schicht aus einem ionenleitenden Separatormaterial auf der mantelartigen Schicht aus dem ersten Elektrodenmaterial gebildet. Subsequently, if appropriate, a jacket-like layer of an ion-conducting separator material is formed on the jacket-like layer of the first electrode material.

In bevorzugten Ausführungsformen schließt sich daran die Bildung einer mantelartigen Schicht aus einem zweiten Elektrodenmaterial auf der mantelartigen Schicht aus dem ionenleitenden Separatormaterial an sowie die Bildung einer mantelartigen Schicht aus einem zweiten elektrisch leitenden Material auf der mantelartigen Schicht aus dem zweiten Elektrodenmaterial. In preferred embodiments, this is followed by the formation of a sheath-like layer of a second electrode material on the sheath-like layer of the ion-conducting separator material and the formation of a sheath-like layer of a second electrically conductive material on the sheath-like layer of the second electrode material.

An letzteren Schritt kann sich wiederum die Bildung einer mantelartigen Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf der mantelartigen Schicht aus dem zweiten elektrisch leitenden Material anschließen. The latter step may in turn be followed by the formation of a sheath-like layer of an electrically insulating material on the sheath-like layer of the second electrically conductive material.

Sowohl in Bezug auf Beschaffenheit und Eigenschaften des ersten und des zweiten Elektrodenmaterials, des ersten und des zweiten elektrisch leitenden Materials, des ionenleitenden Separatormaterials und des elektrisch isolierenden Materials wird auf die obigen Ausführungen zur erfindungsgemäßen Batterie verwiesen.Both in terms of nature and properties of the first and second electrode material, the first and the second electrically conductive material, the ion-conducting separator material and the electrically insulating material, reference is made to the above statements on the battery according to the invention.

Die so hergestellten Elektroden oder Batterien können in Folgeschritten, beispielsweise in Webschritten, zu den oben beschriebenen Batterien weiterverarbeitet werden. The electrodes or batteries thus produced can be further processed in subsequent steps, for example in weaving, to the batteries described above.

Beispielsweise wird in besonders bevorzugten Ausführungsformen der / die mit der mantelartigen Schicht aus dem ersten Elektrodenmaterial beschichtete Faden / Faser aus dem ersten elektrisch leitenden Material in eine Matrix aus dem ionenleitenden Separatormaterial eingebracht.For example, in particularly preferred embodiments, the yarn / fiber coated with the sheath-like layer of the first electrode material becomes electrically conductive from the first conductive material is introduced into a matrix of the ion-conducting separator material.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird der / die mit der mantelartigen Schicht aus dem ersten Elektrodenmaterial und der mantelartigen Schicht aus dem ionenleitenden Separatormaterial beschichtete Faden / Faser aus dem ersten elektrisch leitenden Material in eine Matrix aus dem zweiten Elektrodenmaterial eingebracht wird.In further preferred embodiments, the thread / fiber of the first electrically conductive material coated with the jacket-like layer of the first electrode material and the jacket-like layer of the ion-conducting separator material is introduced into a matrix of the second electrode material.

Auch diesbezüglich wird auf die obigen Ausführungen Bezug genommen.Also in this regard, reference is made to the above statements.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung der Zeichnungen sowie bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können einzelne Merkmale jeweils für sich oder zu mehreren in Kombination miteinander einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. Die beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen. Further features of the invention will become apparent from the following description of the drawings and preferred embodiments in conjunction with the subclaims. In this case, individual features can be realized individually or in combination with one another in an embodiment of the invention. The described preferred embodiments are merely illustrative and for a better understanding of the invention and are in no way limiting.

Figurenbeschreibungfigure description

1 zeigt schematisch den Querschnitt einer faserförmigen erfindungsgemäßen Batterie 100 mit koaxialem Aufbau. 1 schematically shows the cross section of a fibrous battery according to the invention 100 with coaxial construction.

Die erfindungsgemäße Batterie 100 weist als Ableiter eine faserförmige Seele 101 aus einem ersten elektrisch leitenden Material auf. Diese wird mantelartig von der Schicht 102 aus einem ersten Elektrodenmaterial umschlossen. Eine um die Schicht 102 konzentrisch angeordnete Schicht 103 aus einem ionenleitenden Separatormaterial trennt das erste Elektrodenmaterial von der mantelartigen Schicht 104, die aus einem zweiten, zum ersten Elektrodenmaterial entgegengesetzt gepolten Elektrodenmaterial besteht. Diese ist wiederum von einer als Ableiter dienenden Schicht 105 aus einem zweiten elektrisch leitenden Material umschlossen.The battery according to the invention 100 has as a conductor a fibrous soul 101 of a first electrically conductive material. This is like a coat of the layer 102 enclosed by a first electrode material. One around the shift 102 concentric layer 103 From an ion-conducting separator material, the first electrode material separates from the sheath-like layer 104 which consists of a second, opposite to the first electrode material polarized electrode material. This in turn is of a serving as a surge layer 105 enclosed by a second electrically conductive material.

2 zeigt schematisch den Aufbau einer Ausführungsfrom einer erfindungsgemäßen Batterie 200, bei der mehrere faserförmige Elektroden 201, jeweils bestehend aus einer als Ableiter dienenden faserförmigen Seele aus einem ersten elektrisch leitenden Material und einer die Seele mantelartig umschließenden Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial, gemeinsam mit mehreren weiteren faserförmigen Elektroden 202, jeweils bestehend aus einer als Ableiter dienenden faserförmigen Seele aus einem zweiten elektrisch leitenden Material und einer die Seele mantelartig umschließenden Schicht aus einem zweiten Elektrodenmaterial in eine Matrix aus dem ionenleitenden Separatormaterial 203 eingebettet sind. Die faserförmigen Elektroden 202 und die faserförmigen Elektroden 203 liegen in der Matrix jeweils in Form eines Gewebes vor. Die entgegengepolten Gewebe sind in unterschiedlichen Ebenen der Matrix angeordnet und berühren sich nicht. 2 shows schematically the structure of an embodiment of a battery according to the invention 200 in which several fibrous electrodes 201 , each consisting of a serving as a conductor fibrous core of a first electrically conductive material and the soul coat-like enclosing layer of a first electrode material, together with a plurality of other fibrous electrodes 202 , each consisting of a serving as a conductor fibrous core of a second electrically conductive material and the soul coat-like enclosing layer of a second electrode material in a matrix of the ion-conducting separator material 203 are embedded. The fibrous electrodes 202 and the fibrous electrodes 203 are each in the form of a tissue in the matrix. The oppositely poled fabrics are arranged in different levels of the matrix and do not touch.

3 zeigt zeigt schematisch den Aufbau einer Ausführungsfrom einer erfindungsgemäßen Batterie 300. Diese umfasst mehrere faserförmige Elektroden 301, jeweils bestehend aus einer als Ableiter dienenden faserförmigen Seele aus einem ersten elektrisch leitenden Material, einer die Seele mantelartig umschließenden Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial und einer die Schicht aus dem ersten Elektrodenmaterial mantelartig umschließenden Schicht aus einem ionenleitenden Separatormaterial. Die Elektroden 301 liegen in gewebter Form vor (alternativ auch in ungewebte Form, beispielsweise filz- oder vliesartig) und sind in eine Matrix 302 aus einem zweiten Elektrodenmaterial eingebettet. Die Matrix 302 samt den darin eingebetteten Elektroden 301 steht dabei in direktem Kontakt zu der Metallfolie 303, die als Ableiter für das zweite Elektrodenmatrial dient. 3 shows schematically the structure of an embodiment of a battery according to the invention 300 , This includes several fibrous electrodes 301 each consisting of a fibrous core serving as a diverter made of a first electrically conductive material, a layer of a first electrode material enclosing the core like a sheath and a layer of an ion-conducting separator material surrounding the layer of the first electrode material in a sheath-like manner. The electrodes 301 are in woven form (alternatively also in non-woven form, such as felt or fleece-like) and are in a matrix 302 embedded from a second electrode material. The matrix 302 including the embedded electrodes 301 stands in direct contact with the metal foil 303 , which serves as a conductor for the second Elektrodenmatrial.

4 zeigt zeigt schematisch den Aufbau einer Ausführungsfrom einer erfindungsgemäßen Batterie 400. Diese umfasst mehrere faserförmige Elektroden 401, jeweils bestehend aus einer als Ableiter dienenden faserförmigen Seele aus einem ersten elektrisch leitenden Material, einer die Seele mantelartig umschließenden Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial und einer die Schicht aus dem ersten Elektrodenmaterial mantelartig umschließenden Schicht aus einem ionenleitenden Separatormaterial. Weiterhin umfasst die Batterie 400 die als zweiter Ableiter dienenden Fasern 402 aus einem zweiten elektrisch leitenden Material. Sowohl die Fasern 402 als auch die Elektroden 401 sind in eine Matrix 403 aus einem zweiten Elektrodenmaterial eingebettet und liegen in dieser in gewebter Form vor. Zur Herstellung des Gewebes 404 wurden die Elektrodenfasern 401 als Kettfäden und die Ableiterfasern 402 als Schussfäden verwendet. 4 shows schematically the structure of an embodiment of a battery according to the invention 400 , This includes several fibrous electrodes 401 each consisting of a fibrous core serving as a diverter made of a first electrically conductive material, a layer of a first electrode material enclosing the core like a sheath and a layer of an ion-conducting separator material surrounding the layer of the first electrode material in a sheath-like manner. Furthermore, the battery includes 400 the fibers serving as the second arrester 402 from a second electrically conductive material. Both the fibers 402 as well as the electrodes 401 are in a matrix 403 embedded in a second electrode material and are in this in woven form. For the production of the fabric 404 were the electrode fibers 401 as warp threads and the arrester fibers 402 used as weft threads.

Alternativ ist es möglich, dass die Elektroden 401 und die Fasern 402 in einer ungewebten, z.B. filz- oder vliesartigen Struktur in der Matrix vorliegen.Alternatively, it is possible that the electrodes 401 and the fibers 402 in a non-woven, eg felt or fleece-like structure in the matrix.

5 zeigt zeigt schematisch den Aufbau einer Ausführungsfrom einer erfindungsgemäßen Batterie 500. Diese umfasst die Elektrode 501, bestehend aus einer als Ableiter dienenden faserförmigen Seele aus einem ersten elektrisch leitenden Material, einer die Seele mantelartig umschließenden Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial und einer die Schicht aus dem ersten Elektrodenmaterial mantelartig umschließenden Schicht aus einem ionenleitenden Separatormaterial. Weiterhin umfasst sie die Elektrode 502, bestehend aus einer als Ableiter dienenden faserförmigen Seele aus einem zweiten elektrisch leitenden Material, einer die Seele mantelartig umschließenden Schicht aus einem zweiten Elektrodenmaterial und einer die Schicht aus dem zweiten Elektrodenmaterial mantelartig umschließenden Schicht aus dem gleichen ionenleitenden Separatormaterial, das auch Bestandteil der Elektrode 501 ist. Die beiden Elektroden sind auf dem Spulenkörper 503 aufgewickelt, der aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Polypropylen, besteht. An seinen beiden Längsenden weist der Spulenkörper 503 die Stirnplatten 504 und 505 auf. Diese bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Stahlblech. An den Punkten 506 und 507 sind die Seelen der Elektroden 501 und 502 an die Stirnplatten 504 und 505 gekoppelt, beispielsweise durch Verschweißung oder Verlötung. 5 shows schematically the structure of an embodiment of a battery according to the invention 500 , This includes the electrode 501 consisting of a fibrous core serving as a diverter from a first electrically conductive material, a shell enclosing the soul coat of a first electrode material and a layer of the first electrode material like a jacket enclosing layer of an ion-conducting separator material. Furthermore, it comprises the electrode 502 consisting of a fibrous core serving as a diverter made of a second electrically conductive material, a coat enclosing the soul coat of a second electrode material and a layer of the second electrode material sheath enclosing layer of the same ion-conducting separator material, which is also part of the electrode 501 is. The two electrodes are on the bobbin 503 wound, which consists of an electrically insulating material, such as polypropylene. At its two longitudinal ends, the bobbin 503 the face plates 504 and 505 on. These consist of an electrically conductive material, for example made of sheet steel. At the points 506 and 507 are the souls of the electrodes 501 and 502 to the face plates 504 and 505 coupled, for example by welding or soldering.

Eine solche Batterie in Spulenform kann beispielsweise mit einem geeigneten Elektrolyten getränkt und in ein Knopfzellengehäuse eingesetzt werden, so dass die negativ geladene Stirnplatte in elektrischem Kontakt mit dem Knopfzellendeckel und die positiv geladene Stirnplatte in elektrischem Kontakt mit mit dem Knopfzellenbecher steht. Geeignet sind insbesondere Knopfzellengehäuse, wie sie in der WO 2010/089152 beschrieben sind.Such a battery in coil form can be soaked, for example, with a suitable electrolyte and inserted into a button cell housing so that the negatively charged face plate is in electrical contact with the button cell lid and the positively charged face plate is in electrical contact with the button cell cup. Button cell housing, as used in the WO 2010/089152 are described.

Ausführungsbeispieleembodiments

Herstellung der erfindungsgemäßen Batterie 100 Production of the battery according to the invention 100

(1) As a soul 101 For example, an aluminum fiber with a diameter of approx. 1 mm is used. For coating this core with a jacket made of a first electrode material, it can be passed through a first container which is filled with a suspension of 90% by weight of lithium cobalt oxide particles, 5% by weight of a PVDF polymer serving as an electrode binder and 5% by weight. -% carbon black in N-methyl-pyrrolidone (NMP) is filled (all weights are based on the solids content of the suspension). The first container is, for example, a drawing nozzle. Drawing nozzles are known in the art, they are used for example in the coating of optical conductors. So can be used to coat the soul 101 for example, in the DE 698 01 730 T2 use described nozzles and devices. It is important in the selection of suitable nozzles that the diameter of the nozzle outlet is greater than the diameter of the soul 101 , The difference in diameter determines the thickness of the jacket of the first electrode material. The leaving the container soul has a solvent-containing coat 102 from the first electrode material. Upon subsequent drying of the coated core, the NMP is removed. Optionally, a nozzle with a star-shaped nozzle outlet can be used, so that a jacket 102 resulting in a star-shaped cross section and a correspondingly much larger surface.
(2) order the applied layer 102 from the first electrode material, a jacket 103 from an ion-conducting separator material, the coated according to (1) soul is passed through a second container which is filled with a heated to 50 ° C solution of polyvinylidene difluoride (PVdF) in a mixture of acetone and a small amount of Dibutylphtalat. A thin PVdF jacket forms on the layer of the first electrode material covering the core. Also suitable as a second container is in particular a drawing nozzle, as for example in the DE 698 01 730 T2 is described. Dibutyl phthalate contained in the PVdF jacket is extracted with n-hexane after a short drying time.
(3) To coat the layer formed in (2) 103 from the ion-conducting separator material, the now doubly sheathed soul is passed through a third container, ideally a die again. This is filled with a suspension of 90 wt .-% graphite particles, 5 wt .-% serving as an electrode binder PVDF polymer and 5 wt .-% carbon black in acetone with small amounts of dibutyl phthalate. A thin film of the second electrode material forms on the layer 103 from the ion-conducting separator material. Dibutyl phthalate contained in the film is also extracted by n-hexane after a short drying time. The layers 103 and 104 are then impregnated with a 1 molar solution of LiPF 6 in a mixture of ethylene carbonate.
(4) To coat the layer formed in (3) 104 from the second electrode material with a serving as a second arrester layer 105 is applied to the now triple coated soul an electrically conductive paste containing silver particles, for example, also by means of a die, as already mentioned. For electrical contacting of the battery 100 it is necessary the soul 100 in a partial area, for example on an end piece to uncoil. Between the soul 100 and the layer 105 then an electrical load can be switched.
(5) On the layer 105 If appropriate, a coating layer of an electrically insulating material is finally applied, for example by extrusion. As electrically insulating material can serve for example PVC or polypropylene.

Herstellung der erfindungsgemäßen Batterie 500 Production of the battery according to the invention 500

(1) The electrodes 501 and 502 were produced analogously to the steps (1) to (3) of the production of the battery (1). For the preparation of the electrode 501 In this case, a core made of a first electrically conductive material was coated with a jacket made of a first electrode material, which was then coated with an ion-conducting separator material. For the preparation of the electrode 502 For example, a core of a second electrically conductive material was coated with a cladding of a second electrode material, which was subsequently coated with the same ion-conducting separator material.
(2) One end piece of the thus obtained electrode fibers 501 and 502 , in which the soul was exposed, was made by welding with the sheet steel plates 504 and 505 welded. Subsequently, the electrode fibers were placed on the bobbin 503 wound.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005017682 [0003, 0012]
DE 10162832 A1 [0004]
DE 10219424 A1 [0004]
WO 2010/089152 [0044]
DE 69801730 T2 [0044, 0044]

Claims

Battery characterized by at least one fibrous or filamentary electrode comprising the following components: (A) serving as a conductor fiber or thread-like core of a first electrically conductive material and (b) a layer of a first electrode material enclosing the core like a sheath.

Battery according to claim 1, characterized by at least one further fiber or filamentary electrode comprising the following components: (aa) serving as a conductor fiber or thread-like core of a second electrically conductive material and (bb) a layer enclosing the core like a jacket from a second electrode material, which is oppositely poled to the first electrode material.

Battery according to claim 2, characterized in that the at least one fiber or thread-like electrode and the at least one further fiber or thread-like electrode are at least partially embedded in a matrix which consists of an ion-conducting separator material.

Battery according to claim 1, characterized in that the at least one thread-like electrode comprises the following components: (a) the fiber or thread-like core of the first electrically conductive material serving as the first arrester, (b) the layer of the first electrode material enclosing the core like a sheath and (c) a layer of an ion-conducting separator material surrounding the layer of the first electrode material in a sheath-like manner.

A battery according to claim 4, characterized in that the at least one fiber or thread-like electrode is at least partially embedded in a matrix which consists of a second, opposite to the first electrode material polarized electrode material.

Battery according to claim 5, characterized in that in the matrix in addition to the at least one fiber or thread-like electrode at least one / a second arrester serving / thread / fiber of a second electrically conductive material is embedded and / or that the matrix in is in direct contact with a flat, serving as a second arrester substrate made of the second electrically conductive material.

Battery according to claim 4, characterized in that (d) a layer of a second electrode material, which is oppositely poled to the first electrode material, surrounds the layer of the ion-conducting separator material like a sheath, (E) serving as a second arrester layer of a second electrically conductive material, the layer of the second electrode material encloses a sheath, and possibly (F) a cladding layer of an electrically insulating material surrounds the layer of the second electrode material like a jacket.

Battery according to one of the preceding claims, characterized in that it or the at least one fiber or thread-like electrode, the latter optionally in combination with • the at least one further fiber or thread-like electrode or with • The / at least one serving as a second arrester thread / fiber of the second electrically conductive material is present as a textile fabric, in particular in a felt-like or in a woven structure.

Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second electrically conductive material is a metal or an electrically conductive synthetic material.

Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second electrode material comprises an electrochemical active material, a binder and optionally a conductivity-improving and / or another additive.

Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the ion-conducting separator material comprises a porous matrix, for example a plastic matrix, and an electrolyte of a solvent and conductive salt dissolved therein.

Battery according to one of claims 7 to 11, characterized in that the electrically insulating material is a plastic.

A method for producing a battery, in particular a battery according to one of the preceding claims, comprising the steps of (a) forming a sheath-like layer of a first electrode material on a fiber or a thread of a first electrically conductive material, and optionally (b) forming a sheath-like Layer of an ion-conducting separator material on the sheath-like layer of the first electrode material and optionally (c) forming a sheath-like layer of a second electrode material on the sheath-like layer of the ion-conducting separator material and (d) forming a sheath-like layer of a second electrically conductive material on the sheath-like layer of the second electrode material and optionally (e) forming a sheath-like layer of an electrically insulating material on the sheath-like layer of the second electrically conductive material.

A method according to claim 13, characterized in that The thread (s) coated according to (a) is introduced into a matrix of an ion-conducting separator material or • The (s) according to (a) and (b) coated thread / fiber is introduced into a matrix of the second electrode material.