DE69608686T2

DE69608686T2 - Gewickelte elektrochemische zelle, herstellungsverfahren und verwendung der zelle

Info

Publication number: DE69608686T2
Application number: DE69608686T
Authority: DE
Inventors: Ilmari Katva; Steen Yde-Andersen
Original assignee: Danionics AS; Oticon AS
Current assignee: Danionics International Odense S Dk AS; Oticon AS
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: DK175086B1; DE69608686D1; WO1997003475A1; US6420065B1; AU6354196A; EP0839393B1; JPH11509359A; EP0839393A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gewickelte elektrochemische Zelle, ein Verfahren zur Herstellung derselben und die Verwendung einer derartigen elektrochemischen Zelle.
Verschiedene Arten von elektrochemischen Zellen sind aus dem Stand der Technik bekannt und in der Literatur beschrieben. Eine gewickelte Zelle ist allgemein zusammengesetzt aus einem Laminat aus einem Kathodenmaterial, einem Anodenmaterial und dazwischen angeordneten Separatoren, die ein Elektrolyt beinhalten. Das Laminat ist spulenartig gewickelt, an Stromkollektoren angeschlossen und in einem Batteriegehäuse untergebracht, um die Zelle mechanisch stabil auszugestalten und abzudichten.
Bei einigen elektrochemischen Zellen sind die Stromkollektoren integraler Bestandteil des Laminats. Eine derartige elektrochemische Zelle ist in der WO 86/03889 beschrieben. Bei dieser elektrochemischen Zelle umfasst das gewickelte Laminat eine Anodenstruktur in der Form eines mit einem Anodenmaterial beschichteten Stromkollektors und eine Kathodenstruktur in der Form eines mit einem Kathodenmaterial beschichteten Stromkollektors. Einer der Stromkollektoren besitzt einen blanken Rand, der frei von Elektrodenmaterial ist, um in der gesamten Batterie einen gleichmäßigen Widerstand zu erzielen. Dieser blanke Rand erstreckt sich über die anderen Elemente der Spule hinaus und ist derart angeordnet, dass die Außenseite der Spule bedeckt wird, wodurch der elektrische Kontakt zwischen dem Stromkollektor und dem Metallgehäuse, in welches die Spule eingesetzt ist, verbessert wird.
Das U. S. Patent Nr. 3 761 314 offenbart eine ähnliche elektrische Zelle mit einem gewickelten Laminat, welche eine Anodenstruktur in der Form eines beidseitig mit einem Anodenmaterial beschichteten Stromkollektors oder Metallträgers und eine Kathodenstruktur in der Form eines beidseitig mit einem Kathodenmaterial beschichteten Stromkollektors oder Metallträgers umfasst.
Der Anodenmetallträger besitzt einen blanken Rand, der frei von Anodenmaterial ist und von einem Ende der Anordnung nach außen hervorsteht, und der Kathodenmetallträger besitzt einen blanken Rand, der frei von Kathodenmaterial ist und von dem gegenüberliegenden Ende der Anordnung nach außen hervorsteht. Der Rand des Anodenmetallträgers bzw. des Kathodenmetallträgers ist nach unten zu überlappenden fischschuppenartigen Flanschen gewunden und dient dazu, an gegenüberliegenden Enden der Anordnung im wesentlichen ebene, elastisch deformierbare Oberflächenbereiche zu definieren und auszubilden. Wird diese Anordnung in einem Metallgehäuse verschlossen, wird ein enger Kontakt zwischen den entsprechenden Polen des Gehäuses und den gegenüberliegenden Enden der Anordnung erhalten.
Eine ähnliche gewickelte elektrochemische Zelle ist in der U. S. Nr. 4 963 446 offenbart. Bei dieser Zelle sind hervorstehende freiliegende Ränder eines Folienträgers oder Stromkollektors in Abständen nach innen eingedrückt oder eingekerbt, um nach dem Einsetzen der Elektroden in einen zylinderförmigen Metallbehälter und nach dem Eingießen eines flüssigen Elektrolytmaterials in die Zelle zwischen die Abstände der Einkerbungen die Plazierung eines Isolatorrings an der Oberseite der Zelle zu erleichtern. Die Anode kontaktiert die Wand und die Unterseite des Metallcontainers, der somit als Anodenanschluss dient. Zwischen der Wand und der Abdeckung ist ein Isoliermaterial vorgesehen. Die nach innen eingekerbten Ränder des Stromkollektors für die Kathode haben zur Folge, dass diese hervorstehenden, freiliegenden Ränder gegenüber der Behälterwand wirksam isoliert und gleichzeitig der Kontakt zu der als Kathodenanschluss dienenden Abdeckung in Form eines Druckkontakts aufrechterhalten wird.
Eine bemerkenswerte Eigenschaft der gewickelten Zellen, wie sie oben beschrieben worden sind, ist, dass sie sehr stabil und kompakt sind. Des weiteren kann das Konzept der gewickelten Zelle mit dünnen Elektrodenplatte eine verbesserte Entlade/Wiederauflade-Charakteristik zur Folge haben. Es besteht jedoch weiterhin ein Bedürfnis nach einer Verbesserung der Kompaktheit.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gewickelte elektrochemische Zelle bereitzustellen, die kompakter als bekannte gewickelte elektrochemische Zellen ist. Insbesondere ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine leichtgewichtige, gewickelte elektrochemische Zelle bereitzustellen, welche physisch stabil ist und eine Entlade/Wiederauflade-Charakteristik aufweist, die mindestens so gut wie diejenige von bekannten gewickelten elektrochemischen Zellen ist.
Die erfindungsgemäße gewickelte elektrochemische Zelle weist weiterhin eine Entlade/Wiederauflade-Charakteristik auf, die mindestens so gut wie diejenige von bekannten gewickelten elektrochemischen Zellen ist, ist ausreichend physisch stabil, um unter normalen Umständen der Verpackung, des Transports und der Verwendung gehandhabt werden zu können, und kann gleichzeitig sehr leicht und klein sein.
Die erfindungsgemäße gewickelte elektrochemische Zelle ist wie in Anspruch 1 oder 2 definiert ausgebildet.
Mit dem Begriff "Spulenrand" ist der Rand der Endwicklung gemeint, während sich "der Rand des Laminats" auf den Rand in jeder Windung oder Wicklung der Spule bezieht.
Mit den Begriffen "Anfangswindung" bzw. "Endwindung" ist die erste bzw. letzte Windung bzw. Wicklung des Laminats gemeint. Das gewickelte Material wird auch in demjenigen Bereich als "Laminat" bezeichnet, wo es lediglich aus einem Material besteht.
Es ist zu beachten, dass die Länge des Laminats kürzer oder länger als die Breite des Laminats sein kann.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, ist sehr stabil und aufgrund der Tatsache, dass sie keine stabilisierende Metallabdeckung und kein stabilisierendes Metallgehäuse benötigt, auch im Vergleich zu bekannten gewickelten Batterien sehr klein und leicht.
Die vorstehenden Teile der Stromkollektoren längs des ersten bzw. zweiten umfassenden Rands des Laminats sind vorzugsweise miteinander versiegelt bzw. abgedichtet bzw. dicht verbunden oder dicht gekapselt, um einen ersten und zweiten Spulenrand in Form einer ersten und zweiten umfassenden Abdichtungslinie bereitzustellen, mit der alle vorstehenden Teile der Stromkollektoren dicht verbunden sind.
Die Elektrodenstrukturen entgegengesetzter Polarität dürfen selbstverständlich nicht einander physisch kontaktieren, da dies einen Kurzschluss der Zelle zur Folge haben würde, und die nicht-Elektroden-beschichteten Teile der ersten und zweiten Kollektorfolie können daher durch die Verwendung eines nichtleitenden Materials gegeneinander wie erwähnt isoliert werden. Dieses nichtleitende Material ist vorzugsweise ein Polymermaterial, beispielsweise in der Form eines Heißschmelzklebstoffs.
Ein derartiger Heißschmelzklebstoff kann auch als Isoliermaterial verwendet werden, welches zwischen den abgedichteten vorstehenden Teilen der Stromkollektoren angeordnet ist. Es können jedoch auch andere Materialien, wie beispielsweise eine Polyolefinfolie, sowohl als trennendes als auch als isolierendes Material verwendet werden.
Wie später noch erläutert wird, kann die Zelle durch die Verwendung eines Heißschmelzklebstoffs zum Abdichten der vorstehenden Teile der Stromkollektoren sehr einfach hergestellt werden.
Bevorzugte Heißschmelzklebstoffe oder Klebemittel werden aus Gruppen von thermoplastischen Polymeren ausgewählt, die Acryle, Polyamide, Polyester, Ethylenvinylacetate, Polyethylen und Polypropylen und thermoplastische Elastomere umfassen.
Es können auch Klebesysteme verwendet werden, welche auf bei Wärmeeinwirkung aushärtenden Polymeren, wie beispielsweise Epoxiden, Phenolen, Urethanen und Silikonen, basieren.
Die zuvor erwähnten Abdichtmaterialien sind wahlweise mit Metall oder Kohlenstoff versetzt, um einen elektrischen Kontakt herzustellen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle besitzt auch der zweite Stromkollektor einen vorstehenden Teil, der sich über den ersten und/oder zweiten Rand der ersten Kollektorfolie wenigstens in der Anfangswindung und/oder der Endwindung hinaus erstreckt, wobei der vorstehende Teil vorzugsweise teilweise oder vollständig frei von Elektrodenmaterial ist.
Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel ist besonders physisch stabil und widerstandsfähig gegenüber einer Handhabung unter normalen Verpackungs-, Transport- und Verwendungsumständen.
Es ist zu beachten, dass in Situationen, wo die vorstehenden Teile der Stromkollektoren nicht frei von Elektrodenmaterial sind, jede Elektrodenporosität dieser Elektrode vor dem Abdichten des Materials mit einem nichtleitenden und wasserundurchlässigen Film, vorzugsweise aus einem polyolefinen Material, abgedeckt und beseitigt werden muss.
Die Elektrode kann von jeder beliebigen Art sein und aus jeder beliebigen Kombination bestehen. Vorzugsweise ist eines der ersten und zweiten Elektrodenmaterialien ein Anodenmaterial, und das andere der ersten und zweiten Elektrodenmaterialien ist ein Kathodenmaterial.
Das Kathodenmaterial umfasst als elektrochemisch aktives Material vorzugsweise eines oder mehrere von Spinellithiummanganoxiden, Lithiumkobaltoxiden, Lithiumnickeloxiden oder Vanadiumoxiden, vorzugsweise V&sub6;O&sub1;&sub3;, oder Titandisulfid. Das Anodenmaterial umfasst als elektrochemisch aktives Material vorzugsweise ein Li-Einlagerungskohlenstoffmaterial bzw. ein Li-eingeschlossenes Kohlenstoffmaterial.
Derartige Kathodenmaterialien und Anodenmaterialien sowie Elektrolytmaterialien sind aus dem Stand der Technik weitläufig bekannt.
Die Elektrolytstruktur der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle kann jede beliebige Form aufweisen und kann von jeder beliebigen Art sein, solange sie ihren Zweck, nämlich das Leiten von Ionen und das Verhindern einer Leitung von Elektronen, erfüllen kann. Die Elektrolytstruktur liegt vorzugsweise in Form eines mikroporösen Kunststoff films mit einem flüssigen, festen oder immobilisierten Elektrolyt vor, wobei die Elektrolytstruktur vorzugsweise umfasst:
- ein Salz, welches ein Alkalisalz oder ein quaternäres Ammoniumsalz von ClO&sub4;-, CF&sub3;SO&sub3;-, AsF&sub6;-, PF&sub6;- oder BF&sub4;- oder eine beliebige Mischung von einem solchen Alkali- oder Ammoniumsalz ist, vorzugsweise LiAsF&sub6;, LiPF&sub6;, N(Et)&sub4;PF&sub6; oder N(Bu)&sub4;PF&sub6; oder eine beliebige Mischung davon,
- ein beliebiges Lösungsmittel oder Mischungen davon, ausgewählt aus einer Gruppe, die alicyclische Carbonate, aliphatische Carbonate, Lactone, Ester und Glyme umfasst,
- einen Separator bzw. Trenner, der aus einer porösen Struktur besteht, welche aus einem Polymer, vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyestern, Polycarbonaten oder Cellulose, hergestellt ist,
und wahlweise
- ein vernetztes oder nichtvernetztes, vorzugsweise nichtvernetztes Polymer, das durch UV- oder wärmeinduzierte Polymerisation von Monomeren oder Oligomeren erzeugt worden ist, enthaltend eine oder mehrere polymerisierbare funktionale Gruppen, wobei das Polymer mehr bevorzugt ein nicht vernetzbarer Polyester, Polyurethan, Polyether oder Polyacrylat ist.
Die Stromkollektoren sollten aus einem ersten leitfähigen Material bestehen. Die Stromkollektoren sind vorzugsweise unabhängig voneinander aus elektrisch leitfähigen Folien, vorzugsweise Metallfolien, insbesondere Aluminium-, Kupfer- oder Nickelfolien, ausgewählt. Die Folien können jede beliebige Dicke aufweisen, wobei die Dicke der Stromkollektoren jedoch vorzugsweise zwischen 5 und 40 um, mehr bevorzugt zwischen 5 und 25 um, ist.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle weist vorzugsweise mindestens drei Spulenwindungen auf, wobei jedoch mehr bevorzugt ist, dass sie mindestens 5 Windungen aufweist.
Sie kann so viele Windungen aufweisen, wie physikalisch aufgewickelt werden können, wobei jedoch insbesondere bevorzugt ist, dass die Anzahl der Windungen zwischen 7 und 20, mehr bevorzugt zwischen 8 und 15 Windungen liegt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Laminat in wenigstens der Anfangswindung und vorzugsweise in wenigstens fünf Anfangswindungen (den ersten fünf Windungen der Spule) lediglich aus der ersten Stromkollektorfolie allein. Die Breite der ersten Stromkollektorfolie ist in wenigstens dieser Anfangswindung oder diesen Anfangswindungen vorzugsweise breiter als diejenige der zweiten Stromkollektorfolie und erstreckt sich über einen oder beide Ränder der ersten Windung der zweiten Stromkollektorfolie hinaus, um somit vorstehende Teile zu bilden. Diese Anfangswindung oder diese Anfangswindungen der ersten Stromkollektorfolie können auf der der Mittelachse der Spule abgewandten Seite mit Elektrodenmaterial beschichtet sein, wobei sie jedoch vorzugsweise ein nicht-Elektroden-beschichtetes Teil bzw. nicht-Elektrodenbeschichtete Teile ist bzw. sind.
Mit "die erste Windung des zweiten Stromkollektors" ist die innerste Windung des Laminats gemeint, welches auch den zweiten Stromkollektor umfasst.
Gemäß einem weiteren oder demselben bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Laminat in wenigstens der Endwindung und vorzugsweise in wenigstens fünf Endwindungen (den letzten fünf Windungen der Spule) aus der zweiten Stromkollektorfolie allein. Die Breite der zweiten Stromkollektorfolie in wenigstens dieser Endwindung oder diesen Endwindungen ist vorzugsweise breiter als die erste Stromkollektorfolie und erstreckt sich über beide Ränder der letzten Windung der ersten Stromkollektorfolie hinaus, um somit vorstehende Teile zu bilden. Diese Endwindung oder diese Endwindungen der zweiten Stromkollektorfolie können auf der der Mittelachse der Spule abgewandten Seite mit Elektrodenmaterial beschichtet sein, wobei diese Endwindung oder diese Endwindungen jedoch vorzugsweise nicht-Elektroden-beschichtete Teile sind.
Mit "die letzte Windung des ersten Stromkollektors" ist die äußerste Windung des Laminats gemeint und umfasst auch den ersten Stromkollektor.
Gemäß einem äußerst bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die vorstehenden Teile der ersten Stromkollektorfolie längs des ersten bzw. des zweiten Rands des Laminats mit den vorstehenden Teilen der zweiten Stromkollektorfolie längs des ersten bzw. des zweiten Rands des Laminats dicht verbunden bzw. abgedichtet, wobei sich die Abdichtung entlang einem ersten bzw. einem zweiten umschließenden Rand der Zelle erstreckt. Die umschließenden Ränder definieren mehr bevorzugt auch die Ränder eines axialen Lochs in der Spule.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die vorstehenden Teile in der Endwindung oder den Endwindungen der ersten und/oder der zweiten Stromkollektorfolie auch vorzugsweise entlang wenigstens eines Rands des ersten bzw. des zweiten Rands des Laminats nach innen gefaltet, vorzugsweise in ein axiales Loch, und mit der inneren Oberfläche der zelle dicht verbunden bzw. abgedichtet oder in abdichtenden Kontakt mit der äußeren Oberfläche eines vorstehenden Teils in der Anfangswindung gebracht.
Mit "die innere Oberfläche der Zelle" ist die dem axialen Loch gegenüberliegende Oberfläche der Wand gemeint, und mit "die äußere Oberfläche eines vorstehenden Teils in der Anfangswindung" ist die dem axialen Loch abgewandte Oberfläche des vorstehenden Teils des Laminats in der Anfangswindung gemeint.
Bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Zelle vorzugsweise einen durch die äußere Oberfläche der Zelle gebildeten positiven Anschluss und einen durch die innere Oberfläche gebildeten negativen Anschluss auf, oder umgekehrt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle weist die erste Stromkollektorfolie einen vorstehenden Teil auf, der sich über die zweite Stromkollektorfolie im wesentlichen längs der gesamten Länge des ersten Rands hinaus erstreckt, und die zweite Stromkollektorfolie weist einen vorstehenden Teil auf, der sich über die erste Stromkollektorfolie im wesentlichen längs der gesamten Länge des zweiten Rands hinaus erstreckt. Der vorstehende Teil der ersten Stromkollektorfolie ist vorzugsweise entlang eines umschließenden Rands und entlang einer Kernlinie mit sich selbst abgedichtet bzw. dicht verbunden, und der vorstehende Teil der zweiten Stromkollektorfolie ist vorzugsweise entlang eines umschließenden Rands und entlang einer Kernlinie mit sich selbst abgedichtet bzw. dicht verbunden.
Mit dem Begriff "Kernlinie" wird eine Linie gemeint, die mit der Spulenachse einen rechten Winkel einschließt.
Die Zelle ist weiterhin bevorzugt als eine im wesentlichen flache und in der Ebene der Kernlinie liegende Spule ausgestaltet und weist vorzugsweise ein im wesentlichen flaches rechteckiges Kernelement auf.
Das Kernelement kann beispielsweise ein flaches Kernelement in der Form von zwei im wesentlichen rechteckigen Platten sein, welche einander zugewandte flache Oberflächen und einander abgewandte leicht abgerundete Oberflächen aufweisen. Das Kernelement kann jedoch jede geeignete Form aufweisen und kann aus jeder Art von Material, wie beispielsweise Polymermaterial oder komprimierten Cellulosefasern, gefertigt sein.
Dieses Ausführungsbeispiel umfasst vorzugsweise auch einen isolierenden Abdeckungsfilm, welcher mit Ausnahme der vorstehenden Teile der Stromkollektorfolien die Zelle bedeckt.
Dieser isolierende Abdeckungsfilm ist vorzugsweise ein Polymerfilm, besonders bevorzugt ein Polyolefinfilm. Der Abdeckungsfilm ist vorzugsweise auf die Zelle aufgeklebt.
Die vorliegende Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer gewickelten elektrochemischen Zelle, welches die in Anspruch 19 definierten Schritte umfasst.
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können derartige elektrochemische Zellen sehr einfach und wirtschaftlich vorteilhaft hergestellt werden. Insbesondere stellt es einen Vorteil dar, dass die elektrochemischen Zellen gemäß diesem Verfahren durch Verwendung einer sehr einfachen Ausrüstung hergestellt werden können.
Die vorstehenden Teile der Stromkollektor(en) sind vorzugsweise durch Verkleben abgedichtet, am meisten bevorzugt durch die Verwendung eines Heißschmelzklebstoffs.
Die bevorzugten Heißschmelzklebstoffe können wie oben erwähnt ausgestaltet sein. Das Abdichten wird dadurch durchgeführt, dass die mit dem Klebstoff bedeckten vorstehenden Teile des Stromkollektors vorzugsweise mit einem Druck von 10&sup5;-10&sup8; N/m² und bei einer Temperatur von 20-180ºC für die Dauer von 2-600 s zusammengedrückt werden.
Der Klebstoff kann vorteilhafterweise vor dem Wickeln des Laminats auf die vorstehenden Teile aufgebracht werden, und die vorstehenden Teile werden nach dem Wickeln in der gewünschen Konfiguration zusammengedrückt und wahlweise wie oben erwähnt erwärmt, falls ein Heißschmelzklebstoff verwendet wird.
Auch das wahlweise dazwischen vorgesehene Isoliermaterial und der wahlweise vorgesehene isolierende Abdeckungsfilm können mit einem Heißschmelzklebstoff vor dem Wickeln beschichtet werden, und diese Teile werden nach dem Wickeln in der gewünschten Konfiguration zusammengedrückt und wahlweise erwärmt, falls ein Heißschmelzklebstoff verwendet wird.
Um den Wicklungsschritt einfach steuern zu können, wird das Laminat vorzugsweise auf ein Element aufgewickelt, welches nach dem Wickeln entfernt werden kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Lösungsmittel auf ein stabförmiges Element aufgewickelt. Mehr bevorzugt wird das Laminat auf einen zylindrischen Dorn aufgewickelt, um eine elektrochemische Zelle mit einem im wesentlichen zylindrischen axialen Loch auszubilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren vorzugsweise weiterhin den Schritt des Faltens der vorstehenden Teile in der Endwindung oder den Endwindungen der ersten und/oder der zweiten Stromkollektorfolie nach innen entlang von wenigstens einem Rand des ersten bzw. zweiten Rands des Laminats und mehr bevorzugt nach innen in ein axiales Loch, und des Abdichtens bzw. dichten Verbindens dieser nach innen gefalteten Teile mit der inneren Ober fläche der zelle oder mit der äußeren Oberfläche eines vorstehenden Teils in der Anfangswindung.
Gemäß einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels wird das Laminat auf einen flachen Kern aufgewickelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die vorstehenden Teile der Stromkollektoren vorzugsweise zusammengedrückt, beispielsweise mit einem dazwischen angeordneten Klebstoff, um die Zelle abzudichten. Des weiteren weist das Verfahren dieses Ausführungsbeispiels vorzugsweise den Schritt des Aufwickelns eines elektrisch isolierenden Abdeckungsfilms auf das gewickelte Batterielaminat auf, wobei der elektrisch isolierende Abdeckungsfilm vorzugsweise mit einem Klebstoff beschichtet ist.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die elektrochemische Zelle vorzugsweise einen in einem ersten Spulenrand durch den vorstehenden Teil der ersten Elektrodenstrukturoberfläche der Zelle gebildeten negativen Anschluss und einen in einem zweiten Spulenrand durch den vorstehenden Teil der zweiten Elektrodenstruktur gebildeten positiven Anschluss auf, oder umgekehrt.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle kann in jeder beliebigen batteriebetriebenen Anordnung, wie Spielzeugen, Musikgeräten, Computern oder tragbaren Werkzeugen und Telefonen, verwendet werden. Eine bevorzugte Verwendung der in den Ansprüchen definierten elektrochemischen Zellen ist die Verwendung in Hörhilfen.
Diese Verwendung ist besonders vorteilhaft, da die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle sehr klein und leicht ist und mit einem axialen Loch ausgestattet sein kann.
Die Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Einzelteilansicht eines Laminats zur Herstellung eines röhrenförmigen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle vor dem Wicklungsschritt,
Fig. 2 schematisch die Elektrodenstruktur und die Elektrolytstrukturen des in Fig. 1 gezeigten Laminats,
Fig. 3 eine schematische Zeichnung des gewickelten Laminats von Fig. 1 während des Abdichtungsschritts,
Fig. 4 eine schematische Zeichnung des gewickelten und abgedichteten Laminats von Fig. 1,
Fig. 5 eine Ansicht der in Fig. 4 gezeigten elektrochemischen Zelle entlang der Querschnittslinie V-V,
Fig. 6 eine Ansicht einer Abwandlung der in Fig. 4 gezeigten elektrochemischen Zelle entlang der Querschnittslinie V-V,
Fig. 7 eine Einzelteilansicht eines Laminats zur Herstellung eines flachen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle vor dem Wicklungsschritt,
Fig. 8 eine Querschnittsansicht der gewickelten und aus dem in Fig. 1 gezeigten Laminat hergestellten elektrochemischen Zelle entlang der in Fig. 9 gezeigten Querschnittslinie X-X,
Fig. 9 eine schematische Zeichnung der aus dem in Fig. 7 gezeigten Laminat hergestellten und gewickelten elektrochemischen Zelle.
Es wird nun auf die Fig. 1 bis 6 Bezug genommen, welche die Elemente des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der elektrochemischen Zelle der vorliegenden Erfindung so wie die entsprechende elektrochemische Zelle und deren Herstellung darstellen. Dieses Ausführungsbeispiel besteht aus einem Laminat, welches eine ein Anodenmaterial aufweisende erste Elektrodenstruktur 200, eine ein Kathodenmaterial aufweisende zweite Elektrodenstruktur 230 und zwei zwischen der Anodenstruktur und der Kathodenstruktur bzw. oberhalb der Kathodenstruktur angeordnete Elektrolytstrukturen 200, 221 umfasst. Selbstverständlich können die Anoden- und Kathodenmaterialien miteinander vertauscht werden.
Die Elektrodenstrukturen 200, 230 und die Elektrolytstrukturen 220, 221 werden aus Streifen bezeichnet.
Die Elektrodenstrukturen 200 bzw. 230 besitzen eine Länge und eine Breite, einen sich entlang ihrer Länge erstreckenden ersten Rand 201 bzw. 231 und zweiten Rand 202 bzw. 232 und ein sich entlang ihrer Breite erstreckendes erstes Ende 203 bzw. 233 und zweites Ende 204 bzw. 234. Die Elektrodenstrukturen 200 bzw. 230 bestehen aus einer ersten und einer zweiten Stromkollektormetallfolie, die in diesem Fall eine Kupferfolie bzw. eine Aluminiumfolie und auf wenigstens einem Teil 205, 235 ihrer ersten Seite und einem Teil ihrer nicht gezeigten zweiten Seite mit einem Elektrodenmaterial beschichtet ist.
Der erste Stromkollektor besitzt einen vorstehenden Teil 206, welcher sich über den ersten Rand 231 der zweiten Kollektorfolie hinaus erstreckt, wobei zudem derjenige Teil der ersten Elektrodenstruktur 200, der sich ausgehend von ihrem ersten Ende 203 erstreckt und breiter ist als der sich ausgehend von ihrem zweiten Ende 204 erstreckende Teil ist, frei von Elektrodenmaterial ist. Der zweite Stromkollektor besitzt einen ersten vorstehenden und einen zweiten vorstehenden Teil 236, 236', der sich über den ersten Rand 201 bzw. zweiten Rand 202 der ersten Kollektorfolie hinaus erstreckt, wobei zudem derjenige Teil der zweiten Elektrodenstruktur 230, der sich ausgehend von ihrem zweiten Ende 234 erstreckt und breiter ist als der sich ausgehend von ihrem ersten Ende 233 erstreckende Teil, frei von Elektrodenmaterial ist.
Die Elektrolytstrukturen 220 bzw. 221 besitzen eine Länge und eine Breite, einen entlang ihrer Länge verlaufenden ersten Rand 222, 226 und zweiten Rand 223, 227 und ein entlang ihrer Breite verlaufendes erstes Ende 224, 288 und zweites Ende 225, 299. Die Länge der Elektrolytstrukturen 220 bzw. 221 ist etwas größer als die Länge der beschichteten Teile 205, 235 der Elektrodenstrukturen 200, 230, und die Breite der Elektrolytstrukturen 220 bzw. 221 ist etwas größer als die Breite der beschichteten Teile 205, 235 der Elektrodenstrukturen 200, 230.
Die Elektrodenstrukturen 200, 230 und die Elektrolytstrukturen 220, 221 sind wie in Fig. 1 gezeigt übereinander angeordnet. Während der Wickelprozedur wird ein Kernelement 240 in Form eines zylindrischen Dorns mit einer axialen Schlitzlinie 241 verwendet. Das aus dem ersten Stromkollektor allein bestehende erste Ende 203 des Laminats wird in den Schlitz 241 eingeführt, und das Kernelement 240 wird gerollt, bis das gesamte Laminat aufgewickelt ist. Vor der Wickelprozedur wurden die vorstehenden Teile 206, 236, 236' mit einem nicht gezeigten Klebstoff beschichtet.
Nach der Wickelprozedur wird der zylindrische Dorn 240 entfernt, und die vorstehenden Teile 206, 236, 236' werden entlang einer ersten und einer zweiten umschließenden Abdichtungslinie wie in Fig. 3 gezeigt abgedichtet, um einen ersten und einen zweiten Spulenrand 210, 211 zu erhalten. Der erste vorstehende Teil 236 des zweiten Stromkollektors 230 wird nach innen in Kontakt mit der äußeren Oberfläche 207 des vorstehenden Teils 206 des ersten Stromkollektors gefaltet, und diese vorstehenden Teile 236, 206 werden miteinander und mit sich selbst in den Windungen beispielsweise durch Wärmezufuhr abgedichtet bzw. dicht verbunden. Weist der verwendete Klebstoff eine isolierende Wirkung auf, muss zwischen den vorstehenden Teilen 206, 236 kein weiterer Isolator vorgesehen werden. Ansonsten muss zwischen dem ersten vorstehenden Teil 236 des zweiten Stromkollektors und dem vorstehenden Teil 206 des ersten Stromkollektors ein Isolator angeordnet werden, um einen Kurzschluss der Zelle zu verhindern. Der zweite vorstehende Teil 236' des zweiten Stromkollektors 230 wird nach innen in das axiale Loch 250 der Zelle gefaltet und durch Verwendung des Klebstoffs mit der inneren Oberfläche 208 der Zelle dicht verbunden, und zudem wird der vorstehende Teile 236' in den Windungen mit sich selbst dicht verbunden. Besitzt der verwendete Klebstoff eine isolierende Wirkung, muss zwischen dem vorstehenden Teil 236' und der inneren Oberfläche 208 kein weiterer Isolator vorgesehen werden; ansonsten muss dazwischen ein Isolator angeordnet werden, um einen Kurzschluss der Zelle zu verhindern.
Die abgedichtete und fertiggestellte elektrochemische Zelle weist wie in Fig. 4 und 5 gezeigt einen durch die äußere Oberfläche der Zelle gebildeten positiven Anschluss und einen durch die innere Oberfläche 208 der Zelle gebildeten negativen Anschluss auf. Die nach innen gefalteten Teile besitzen Faltlinien 238, um ebene Oberflächen der gefalteten Teile zu bilden.
In Fig. 6 ist eine Abwandlung der in Fig. 4 und 5 gezeigten elektrochemischen Zelle dargestellt. Diese elektrochemische Zelle unterscheidet sich von der in Fig. 4 und 5 gezeigten elektrochemischen Zelle lediglich dadurch, dass sie leicht in eine elliptische Form gedrückt worden ist.
Es wird nunmehr auf die Fig. 7 bis 9 Bezug genommen, welche die Elemente des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der elektrochemischen Zelle der vorliegenden Erfindung sowie die entsprechende elektrochemische Zelle und deren Herstellung zeigen. Dieses Ausführungsbeispiel ist aus einem Laminat gefertigt, welches eine ein Anodenmaterial aufweisende erste Elektrodenstruktur 300, eine ein Kathodenmaterial aufweisende zweite Elektrodenstruktur 330 und zwei unterhalb der Kathodenstruktur bzw. zwischen der Anodenstruktur und der Kathodenstruktur angeordnete Elektrolytstrukturen 320 bzw. 321 umfasst. Selbstverständlich können die Anoden- und Kathodenmaterialien miteinander vertauscht werden.
Die Elektrodenstrukturen 300, 330 und die Elektrolytstrukturen 320, 321 werden auch als Streifen bezeichnet.
Die Elektrodenstrukturen 300, 330 besitzen eine Länge und eine Breite, einen entlang ihrer Länge verlaufenden ersten Rand 301 bzw. 331 und zweiten Rand 302 bzw. 332 und ein entlang ihrer Breite verlaufendes erstes Ende 303 bzw. 333 und zweites Ende 304 bzw. 334. Die Elektrodenstrukturen 300 bzw. 330 bestehen aus einer ersten und einer zweiten Stromkollektormetallfolie, die in diesem Fall eine Kupferfolie bzw. eine Aluminiumfolie ist und auf wenigstens einem Teil 305, 335 ihrer ersten Seite und einem Teil ihrer nicht gezeigten zweiten Seite mit einem Elektrodenmaterial beschichtet ist.
Der erste Stromkollektor besitzt einen vorstehenden Teil 306, der sich entlang seiner gesamten Länge über den zweiten Rand 332 der zweiten Kollektorfolie hinaus erstreckt und frei von Elektrodenmaterial ist. Der zweite Stromkollektor besitzt einen vorstehenden Teil 336, der sich entlang seiner gesamten Länge über den ersten Rand 301 der ersten Kollektorfolie hinaus erstreckt und frei von Elek trodenmaterial ist. Die zweite Elektrodenstruktur 330 ist kürzer als die erste Elektrodenstruktur 300.
Die Elektrolytstrukturen 320 bzw. 321 besitzen eine Länge und eine Breite, einen entlang ihrer Länge verlaufenden ersten Rand 322, 326 und zweiten Rand 323, 327 und ein entlang ihrer Breite verlaufendes erstes Ende 324, 328 und zweites Ende 325, 329. Die Länge der Elektrolytstrukturen 320 bzw. 321 ist etwas größer als die Länge des beschichteten Teils 305 der ersten Elektrodenstruktur 300, und die Breite der Elektrolytstrukturen 320 bzw. 321 ist etwas größer als die Breite der beschichteten Teile 305, 335 der Elektrodenstrukturen 300, 330.
Die Elektrodenstrukturen 300, 330 und die Elektrolytstrukturen 320, 321 sind wie in Fig. 7 gezeigt übereinander angeordnet, so dass die ersten Enden 304, 334 der Elektrodenstrukturen jeweils übereinander angeordnet sind, und ein Polymer-Abdeckungsfilmstreifen 350 ist unterhalb des Laminats angeordnet, so dass er das zweite Ende bedeckt. Der Abdeckungsfilm ist breiter als jede der Elektrolytstrukturen 320, 321 und ausreichend lang, um die äußere Oberfläche des gewickelten Laminats abzudecken.
Während der Wickelprozedur wird ein flaches Kernelement 340 verwendet, welches die Form von zwei im wesentlichen rechteckigen Platten mit einander zugewandten flachen Oberflächen 341 und einander abgewandten leicht abgerundeten Oberflächen 342 aufweist. Das aus der Elektrodenstruktur 300 und den Elektrolytstrukturen 320, 321 bestehende erste Ende des Laminats ist zwischen die Platten 340 eingeführt, und das Kernelement 340 wird gerollt, bis das gesamte Laminat und der Abdeckungsfilm aufgewickelt sind. Die vorstehenden Teile 306, 336 und die dem Laminat während des Wickelns gegenüberliegende Seite des Abdeckungsfilms wurden vor der Wickelprozedur mit einem nicht gezeigten Klebstoff beschichtet.
Nach der Wickelprozedur werden die vorstehenden Teile 306, 336 zusammengedrückt und mit sich selbst entlang eines ersten und zweiten umschließenden Rands in den Windungen sowie entlang einer ersten und zweiten Kernlinie parallel zueinander dicht verbunden bzw. abgedichtet, um wie in Fig. 8 und 9 gezeigt, einen ersten und zweiten Spulenrand 310, 311 zu bilden. Es ist nicht erforderlich, einen Klebstoff mit einer isolierenden Wirkung zu verwenden oder einen weiteren Isolator zwischen den Windungen der vorstehenden Teile oder in den Kernlinien vorzusehen, da dort kein Kurzschlussrisiko der Zelle besteht. Tatsächlich kann ein leitfähiger Klebstoff eine verbesserte Kontaktierung bewerkstelligen.
Die abgedichtete und fertiggestellte elektrochemische Zelle, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, besitzt in dem ersten Spulenrand 310 einen durch den vorstehenden Teil 306 der ersten Elektrodenstrukturoberfläche der Zelle gebildeten negativen Anschluss und in dem zweiten Spulenrand 311 einen durch den vorstehenden Teil 336 der zweiten Elektrodenstruktur gebildeten positiven Anschluss.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Herstellung von zwei unterschiedlichen bevorzugten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle.

BEISPIEL 1

Eine im wesentlichen flache rechteckige elektrochemische Zelle wird auf folgende Art und Weise hergestellt:
Ein Kupferstreifen mit einer Dicke von 15 um, einer Länge von 450 mm und einer Breite von 93 mm wird mit Ausnahme eines ersten 3 mm-Randteils, der unbeschichtet bleibt, beidseitig mit einer 58 um dicken Schicht aus einem Anodenmaterial, welches aus einer Mischung aus Koks, LiPF&sub6; und Polyvinylidenfluorid als Binder besteht, beschichtet. Auf der Oberseite des Kupferstreifens wird ein 92 mm breiter mikroporöser Kunststofffilm (Celgard 2500) mit einer Dicke von 30 um und einer Länge von 450 mm angeordnet, der mit einem durch Wärme härtbaren Elektrolyt präpariert ist, welches sich zusammensetzt aus 110 Gew.-Teilen LiPF&sub6;, 710 Gew.-Teilen einer 1 : 1-Lösungsmittelmischung aus Ethlyencarbonat und Triglyme, 200 Gew.-Teilen von 2-(2- Ethoxyethoxy)-Ethylacrylat und 30 Gew.-Teilen Polyethylenoxid, wobei zwei vorstehende Teile der Kunststofffilms eine Breite von 1 mm aufweisen und sich über den ersten bzw. zweiten Rand des beschichteten Teils des Kupferstreifens hinaus erstrecken. Anschließend wird auf der Oberseite des oben erwähnten Kunststofffilms ein Aluminiumstreifen mit einer Dicke von 15 um, einer Länge von 450 mm und einer Breite von 93 mm angeordnet, welcher mit Ausnahme eines zweiten 3 mm-Randteils, der unbeschichtet bleibt, beidseitig mit einer 108 um dicken Schicht aus einem Kathodenmaterial, welches aus einer Mischung von Ruß und LiMn&sub2;O&sub4; besteht, beschichtet ist, so dass der unbeschichtete zweite Randteil in entgegengesetzte Richtung zu dem ersten Rand des Kupferstreifens nach außen über den zweiten Rand des Kupferstreifens hinaus hervorsteht. Auf der Oberseite des Aluminiumstreifens wird ein zweiter Kunststofffilm angeordnet, der ähnlich zu dem obigen Kunststofffilm ausgestaltet und mit einem ähnlichen Elektrolyt präpariert ist, wobei zwei sich über den ersten bzw. zweiten Rand des beschichteten Teils des Aluminiumstreifens hinaus erstreckende vorstehende Teile des Kunststofffilms eine Breite von 1 mm aufweisen. Anschließend werden auf der Oberfläche der entgegengesetzt zueinander vorstehenden Randteile des Kupferstreifens bzw. des Aluminiumstreifens zwei Streifen mit einer Breite von 1,5 mm eines Heißschmelzklebstoffs (3M Nr. 3792) aufgetragen.
Das daraus resultierende Batterielaminat wird auf einen flachen Kern mit einer Breite von 33,7 mm und einer Dicke von 2,0 mm aufgewickelt. Auf dem Batterielaminat wird ein 92 mm breiter und mit einem Heißschmelzklebstoff (3M Nr. 3792) beschichteter Abdeckungsfilm mit näherunsweise eineinhalb Windungen aufgewickelt, so dass auf dem Laminat eine isolierende Schicht ausgebildet wird.
Die vorstehenden Teile der Kupfer- und Aluminiumfolien, welche von entgegengesetzten Enden der gewickelten Zelle hervorstehen, werden für die Dauer von 20 s mit einem heißen Werkzeug bei 10&sup7; N/m² und bei 140º zusammengedrückt, um die Zelle abzudichten. Die auf eine gewünschte Länge zurechtgestanzten besagten Abschnitte bilden den negativen bzw. positiven Anschluss der hergestellten elektrochemischen Zelle.
Die somit erhaltene elektrochemische Zelle ist hermetisch abgedichtet, und insbesondere bilden Stromkollektormetallfolien eine wasserundurchlässige Abdichtung.

BEISPIEL 2

Eine im wesentlichen zylindrische elektrochemische Zelle mit einem axialen Loch wird auf folgende Art und Weise hergestellt:
Ein 162 mm langer Streifen einer Kupferfolie mit einer Dicke von 15 um und einer Breite von 5 mm auf den ersten 100 mm und einer Breite von 7 mm auf den letzten 62 mm wird beidseitig auf den ersten 100 mm mit einer 58 um dicken Schicht eines Anodenmaterials beschichtet, welches aus einer Mischung aus Koks, LiPF&sub6; und Polyvinylidenfluorid als Binder besteht. Der verbleibende 62 mm lange Streifen, welcher in einer Richtung 2 mm über den ersten Rand des ersten 100 mm langen Teils hinaussteht, ist auf der Unterseite des vorstehenden Teils mit einem Heißschmelzklebstoff (3M Nr. 3792) beschichtet. Auf der Oberseite des beschichteten Teils des Stromkollektors wird ein 100 mm · 6 mm-Streifen eines mikroporösen Kunststofffilms (Celgard 2500) angeordnet, wobei zwei sich über den ersten bzw. zweiten Rand des beschichteten Teils des Kupferstreifens hinaus erstreckende vorstehende Teile des Kunststofffilms eine Breite von 0,5 mm aufweisen. Der Kunststofffilm ist mit einem durch Wärme härtbaren Elektrolyt präpariert, welcher sich zusammensetzt aus 110 Gew.-Teilen von LiPF&sub6;, 710 Gew.-Teilen einer 1 : 1-Lösungsmittelmischung aus Ethylencarbonat und Triglyme, 200 Gew.-Teilen von 2-(2- Ethoxyethoxy)-Ethylacrylat und 30 Gew.-Teilen von Polyethylenoxid. Ein 145 mm langer Streifen einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 15 um und einer Breite von 100 mm auf den ersten 45 mm und einer Breite von 5 mm auf den letzten 100 mm wird auf den letzten 100 mm beidseitig mit einer 108 um dicken Schicht eines aus einer Mischung aus Ruß und LiMn204 bestehenden Kathodenmaterials beschichtet. Der übrige 45 mm lange Teil des Streifens, der 3 mm über den ersten und zweiten Rand des 100 mm langen Teils vorsteht, wird auf der Oberseite mit einem Heißschmelzklebstoff (3M Nr. 3792) beschichtet. Dieser Aluminiumstreifen wird auf der Oberseite des Kunststofffilms angeordnet, so dass sein beschichteter Teil den Kunststofffilm bedeckt, und der besagte 45 mm lange Teil des unbeschichteten Aluminiumstreifens steht in entgegengesetzter Richtung von dem vorstehenden Teil des Kupferstreifens von dem Laminat vor. Auf der Oberseite des beschichteten Teils dieses Aluminiumstromkollektors wird schließlich ein zweiter 100 mm x 6 mm-Streifen eines Kunststofffilms (Celgard 2500) angeordnet, wobei sich zwei vorstehende Teile des Kunststofffilms, die eine Breite von 0,5 mm aufweisen, über den ersten bzw. zweiten Rand des beschichteten Teils des Aluminiumstreifens hinaus erstrecken. Auch dieser Teil des Kunststofffilms ist mit dem oben erwähnten Elektrolyt präpariert.
Das daraus resultierende Batterielaminat wird beginnend mit demjenigen Ende, von dem das 62 mm lange Teil des Anodenstromkollektors hervorsteht, auf einen zylindrischen Dorn (Durchmesser = 3,6 mm) aufgewickelt. Somit werden die Anfangswindungen allein durch die vorstehende Kupferfolie gebildet, und die Endwindungen werden allein durch die vorstehende Aluminiumfolie gebildet. Während der Anfangsphase der Wickelprozedur wird der Dorn auf eine Temperatur von 140ºC erwärmt, so dass der Klebstoff in der durch die vorstehende Kupferfolie gebildeten Röhre schmilzt. Auf analoge Art und Weise wird die Wickelprozedur durch eine Wärmebehandlung der Zelle abgeschlossen, welche durch das Anpressen einer 140ºC heißen Walze gegen die äußere Oberfläche der gewickelten Zelle durchgeführt wird. Dies wird gemacht, um den Klebstoff in der durch die vorstehende Aluminiumfolie gebildeten äußeren Röhre zu schmelzen.
Der abschließenden Wärmebehandlung folgt die Entnahme des Dorns aus der gewickelten Zelle. In dieser Stufe des Herstellungsprozesses besitzt die Zelle eine innere Kupferröhre, die sich über das gewickelte Batterielaminat lediglich an einem Ende der Zelle hinaus erstreckt, sowie eine äußere Aluminiumröhre, die sich an beiden Enden der Zelle über das gewickelte Batterielaminat hinaus erstreckt.
Der vorstehende Teil der äußeren Aluminiumröhre an demjenigen Ende, der keinen vorstehenden Teil der Kupferröhre aufweist, wird in das axiale Loch der Zelle gefaltet, um die Zelle abzudichten und einen negativen Anschluss zu bilden. Der vorstehende Teil der Aluminiumröhre wird nach innen auf die äußere Oberfläche des vorstehenden Teils der inneren Kupferröhre gefaltet, um die Zelle abzudichten und einen positiven Anschluss zu bilden.
Die somit erhaltene elektrochemische Zelle ist hermetisch abgedichtet, und insbesondere stellen die Stromkollektormetallfolien eine wasserundurchlässige Abdichtung dar. Der zwischen den zwei Stromkollektoren vorhandene Klebstoff bewerkstelligt eine elektrische Isolation, die ausreicht, um ein Kurzschließen der Zelle zu vermeiden.

Claims

1. Gewickelte elektrochemische Zelle, die als eine Spule mit einem ersten und einem zweiten Spulenrand ausgebildet und aus einem gewickelten Laminat zusammengesetzt ist, das eine Länge und eine Breite hat, wobei sich ein erster und ein zweiter Rand entlang seiner Länge erstreckt und sich ein erstes und ein zweites Ende entlang seiner Breite erstreckt, wobei das Laminat in seiner Längsrichtung von seinem ersten Ende zu seinem zweiten Ende in wenigstens einer Anfangswindung und einer Endwindung gewickelt ist,

wobei das Laminat folgendes umfaßt:

eine erste Elektrodenstruktur, die eine Länge und eine Breite sowie eine Dicke hat, wobei sich ein erster und ein zweiter Rand entlang ihrer Länge erstreckt und sich ein erstes und ein zweites Ende entlang ihrer Breite erstreckt, wobei die erste Elektrodenstruktur aus einer ersten Stromkollektorfolie besteht, die auf wenigstens einem Teil ihrer ersten und einem Teil ihrer zweiten Seite mit einem ersten Elektrodenmaterial beschichtet ist;

eine zweite Elektrodenstruktur, die eine Länge und eine Breite sowie eine Dicke hat, wobei sich ein erster und ein zweiter Rand entlang ihrer Länge erstreckt und sich ein erstes und ein zweites Ende entlang ihrer Breite erstreckt, wobei die zweite Elektrodenstruktur aus einer zweiten Stromkollektorfolie besteht, die auf wenigstens einem Teil ihrer ersten und einem Teil ihrer zweiten Seite mit einem zweiten Elektrodenmaterial beschichtet ist;

eine Elektrolytstruktur, die zwischen das erste und das zweite Elektrodenmaterial zwischengefügt ist und dadurch das erste und das zweite Elektrodenmaterial voneinander trennt;

und wahlfrei ein Material, welches den nicht-Elektroden- beschichteten Teil der ersten und der zweiten Kollektorfolie voneinander trennt,

wobei in wenigstens der Anfangswindung und/oder der Endwindung der erste Stromkollektor einen vorstehenden Teil hat, welcher sich über wenigstens den ersten Rand des zweiten Stromkollektors in der gleichen Windung und in der folgenden bzw. vorherigen Windung hinaus erstreckt,

wobei in wenigstens der Anfangswindung und/oder der Endwindung der zweite Stromkollektor einen vorstehenden Teil hat, welcher sich über den zweiten und/oder den ersten Rand der ersten Kollektorfolie hinaus erstreckt, wobei der vorstehende Teil vorzugsweise teilweise oder vollständig frei von Elektrodenmaterial ist,

wobei die vorstehenden Teile der Stromkollektoren längs des ersten bzw. zweiten Rands des Laminats miteinander oder mit sich selbst, wahlfrei mit zwischengefügtem isolierendem Polymermaterial, abgedichtet bzw. dicht verbunden bzw. dicht gekapselt sind.

2. Gewickelte elektrochemische Zelle, die als eine Spule mit einem ersten und einem zweiten Spulenrand ausgebildet und aus einem gewickelten Laminat zusammengesetzt ist, das eine Länge und eine Breite hat, wobei sich ein erster und ein zweiter Rand entlang seiner Länge erstreckt und sich ein erstes und ein zweites Ende entlang seiner Breite erstreckt, wobei das Laminat in seiner Längsrichtung von seinem ersten Ende bis zu seinem zweiten Ende in wenigstens einer Anfangswindung und einer Endwindung gewickelt ist, wobei das Laminat folgendes umfaßt

eine zweite Elektrodenstruktur, die eine Länge und eine Breite sowie eine Dicke hat, wobei sich ein erster und ein zweiter Rand entlang ihrer Länge erstreckt, und sich ein erstes und ein zweites Ende entlang ihrer Breite erstreckt, wobei die zweite Elektrodenstruktur aus einer zweiten Stromkollektorfolie besteht, die auf wenigstens einem Teil ihrer ersten und einem Teil ihrer zweiten Seite mit einem zweiten Elektrodenmaterial beschichtet ist;

und wahlfrei ein Material, welches den nicht-Elektrodenbeschichteten Teil der ersten und der zweiten Kollektorfolie voneinander trennt,

wobei in wenigstens der Endwindung einer der Stromkollektoren vorstehende Teile hat, die sich über den ersten und zweiten Rand des anderen Stromkollektors in der gleichen Windung und in der vorherigen Windung hinaus erstrecken, wobei die vorstehenden Teile des genannten einen Stromkollektors entlang dem ersten bzw. dem zweiten Rand des Laminats mit dem anderen Stromkollektor, wahlfrei mit dazwischengefüg tem isolierendem Polymermaterial, abgedichtet bzw. dicht verbunden bzw. dicht verkapselt sind.

3. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 1 oder 2, worin eines aus dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial ein Anodenmaterial und das andere aus dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial ein Kathodenmaterial ist.

4. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Elektrolytsystem folgendes umfaßt:

- ein Salz, welches Salz ein Alkalisalz oder ein quaternäres Ammoniumsalz von ClO&sub4;-, CF&sub3;SO&sub3;-, AsF&sub6;-, PF&sub6;- oder BF&sub4;- oder irgendeine Mischung von einem solchen Alkali- oder Ammoniumsalz ist, vorzugsweise LiAsF&sub6;, LiPF&sub6;, N(Et)&sub4;PF&sub6; oder N(Bu)&sub4;PF&sub6; oder irgendwelche Mischungen hiervon;

- irgendein Lösungsmittel oder Mischungen hiervon, ausgewählt aus einer Gruppe, die alicyclische Carbonate, aliphatische Carbonate, Lactone, Ester und Glyme umfaßt;

- einen Separator bzw. Trenner, der aus einer porösen Struktur besteht, die hergestellt ist aus einem Polymer, vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyestern, Polycarbonaten oder Cellulose;

und wahlfrei

- ein vernetztes oder nichtvernetztes, vorzugsweise nichtvernetztes, Polymer, das durch UV- oder wärmeinduzierte Polymerisation von Monomeren oder Oligomeren erzeugt worden ist, enthaltend eine oder mehrere polymerisierbare funktionale Gruppen, wobei das Polymer mehr bevorzugt ein nichtvernetzbares Polyester, Polyurethan, Polyether oder Polyacrylat ist.

5. Gewickelte elektrochemische Zelle gemaß jedem der vorhergehenden Ansprüche 1, 3 und 4, worin die vorstehenden Teile der Stromkollektoren längs des ersten bzw. des zweiten Rands des Laminats miteinander unter Verwendung eines Heißschmelzklebstoffs dicht verbunden bzw. abgedichtet bzw. dicht gekapselt sind.

6. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Stromkollektoren unabhängig voneinander aus elektrisch leitfähigen Folien, vorzugsweise Metallfolien, insbesondere Aluminium-, Kupfer- oder Nickelfolien, ausgewählt sind.

7. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 6, worin die Dicke der Stromkollektoren zwischen 5 und 40 um, vorzugsweise zwischen 5 und 25 um, ist.

8. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Kathodenmaterial als elektrochemisch aktives Material eines oder mehrere von Spinellithiummanganoxide, Lithiumcobaltoxide, Lithiumnickeloxide oder Vanadiumoxide, vorzugsweise V&sub6;O&sub1;&sub3;, oder Titandisulfid umfaßt oder enthält.

9. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Anodenmaterial als elektrochemisch aktives Material ein Li-Einlagerungskohlenstoffmaterial bzw. ein Li-eingeschlossenes-Kohlenstoffmaterial umfaßt bzw. enthält.

10. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Laminat in wenigstens 5 Windungen, vorzugsweise zwischen 7 und 20 Windungen, und am meisten bevorzugt zwischen 8 und 15 Windungen, gewickelt ist.

11. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche 1 und 3 bis 10, worin das Laminat in wenigstens der Anfangswindung und vorzugsweise in wenigstens fünf Anfangswindungen aus der ersten Stromkollektorfolie allein besteht, wobei die Breite der ersten Stromkollektorfolie in wenigstens dieser Anfangswindung oder diesen Anfangswindungen breiter als die zweite Stromkollektorfolie ist und sich über einen oder beide der Ränder der ersten Windung der zweiten Stromkollektorfolie hinaus erstreckt, so daß sie vorstehende Teile bildet, und diese Anfangswindung oder diese Anfangswindungen der ersten Stromkollektorfolie nicht-Elektroden-beschichtete Teile sind.

12. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Laminat in wenigstens der Endwindung und vorzugsweise in wenigstens fünf Endwindungen aus der zweiten Stromkollektorfolie allein besteht, wobei die Breite der zweiten Stromkollektorfolie in wenigstens dieser Endwindung oder diesen Endwindungen breiter als die erste · Stromkollektorfolie ist und sich über beide Ränder der letzten Windung der ersten Stromkollektorfolie hinaus erstreckt, so daß sie vorstehende Teile bildet, und wobei diese Endwindung oder diese Endwindungen der zweiten Stromkollektorfolie nicht-Elektroden-beschichtete Teile sind.

13. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 11 oder 12, worin die vorstehenden Teile der ersten Stromkollektorfolie längs des ersten bzw. des zweiten Rands des Laminats mit den vorstehenden Teilen der zweiten Stromkollektorfolie längs des ersten bzw. des zweiten Rands des Laminats dicht verbunden bzw. abgedichtet bzw. dicht gekapselt sind, wobei sich die Abdichtung entlang einem ersten bzw. einem zweiten umschließenden Rand der Zelle erstreckt.

14. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 11, 12 oder 13, worin die Zelle ein axiales Loch hat.

15. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß jedem der Ansprüche 2 und 11 bis 14, worin die vorstehenden Teile in der zweiten Stromkollektorfolie entlang wenigstens einem aus dem ersten bzw. dem zweiten Rand des Laminats nach einwärts gefaltet sind, vorzugsweise in ein axiales Loch, und mit der inneren Oberfläche der Zelle dicht verbunden bzw. abgedichtet bzw. dicht gekapselt sind, oder in abdichtenden Kontakt mit der äußeren Oberfläche eines vorstehenden Teils in der Anfangswindung gefaltet sind.

16. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß jedem der Ansprüche 1 und 2 bis 10, worin die erste Stromkollektorfolie einen vorstehenden Teil hat, der sich über die zweite Stromkollektorfolie im wesentlichen längs der gesamten Länge des ersten Rands hinaus erstreckt, und die zweite Stromkollektorfolie einen vorstehenden Teil hat, der sich über die erste Stromkollektorfolie im wesentlichen längs der gesamten Länge des zweiten Rands hinaus erstreckt, wobei der vorstehende Teil der ersten Stromkollektorfolie in den Wicklungen mit sich selbst dicht verbunden bzw. abgedichtet bzw. dicht gekapselt ist, und der vorstehende Teil der zweiten Stromkollektorfolie in den Windungen mit sich selbst dicht verbunden bzw. abgedichtet bzw. dicht gekapselt ist.

17. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 16, weiter umfassend einen isolierenden Abdeckungsfilm, welcher Film, ausgenommen die vorstehenden Teile der Stromkollektorfolien, die Zelle bedeckt.

18. Gewickelte elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 16 oder 17, worin die Zelle als eine im wesentlichen flache Spule ausgebildet ist, die ein im wesentlichen flaches rechteckiges Kernelement hat.

19. Verfahren für die Herstellung einer gewickelten elektrochemischen Zelle, wie sie in jedem der Ansprüche 1 bis 18 definiert ist, umfassend die folgenden Schritte:

i) Vorsehen eines Batterielaminats, das eine Länge und eine Breite hat, wobei sich ein erster und ein zweiter Rand entlang seiner Länge erstreckt und sich ein erstes und ein zweites Ende entlang seiner Breite erstreckt, und umfassend

und wahlfrei ein Material, welches den nicht-Elektroden-beschichteten Teil der ersten und der zweiten Kollektorfolie voneinander trennt, worin der erste Stromkollektor einen vorstehenden Teil hat, der sich über den ersten und/oder zweiten Rand des zweiten Stromkollektors hinaus erstreckt, und

ii) Wickeln des Laminats von dem ersten Ende bis zu dem zweiten Ende in der Längsrichtung des Laminats so, daß in wenigstens der Anfangswindung und/oder der Endwindung der erste Stromkollektor einen vorstehenden Teil hat, welcher sich über gleichen Windung und in der folgenden bzw. vorherigen Windung hinaus erstreckt, und daß in wenigstens der Anfangswindung und/oder der Endwindung der zweite Stromkollektor einen vorstehenden Teil hat, welcher sich über den zweiten und/oder den ersten Rand der ersten Kollektorfolie hinaus erstreckt, wobei der vorstehende Teil vorzugsweise teilweise oder vollständig frei von Elektrodenmaterial ist, und

iii) Abdichten bzw. dichtes Verbinden bzw. dichtes Kapseln der vorstehenden Teile der Stromkollektoren längs des ersten bzw. des zweiten Rands des Laminats miteinander oder mit sich selbst, wahlfrei mit zwischengefügtem isolierendem Polymermaterial.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, worin die vorstehenden Teile durch Verkleben bzw. Verleimen, vorzugsweise unter Verwendung eines Heißschmelzklebstoffs, dicht verbunden bzw. abgedichtet bzw. dicht gekapselt sind.

21. Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20 für das Herstellen einer gewickelten elektrochemischen Zelle, wie sie in jedem der Ansprüche 1 bis 15 definiert ist, worin das Laminat auf ein stabförmiges Element gewickelt wird, wobei das Laminat vorzugsweise auf einen zylindrischen Dorn gewickelt wird, um eine elektrochemische Zelle mit einem im wesentlichen zylindrischen axialen Loch auszubilden.

22. Verfahren gemäß Anspruch 21, weiter umfassend den Schritt des Faltens der vorstehenden Teile in der Endwindung oder den Endwindungen der ersten und/oder der zweiten Stromkollektorfolie nach einwärts entlang von wenigstens einem aus dem ersten bzw. zweiten Rand des Laminats, vorzugsweise in ein axiales Loch, und Abdichten bzw. dichtes Verbinden bzw. dichtes Kapseln dieser Teile mit der inneren Oberfläche der Zelle, oder in Kontakt mit der äußeren Oberfläche eines vorstehenden Teils in der Anfangswindung und Abdichten bzw. dichtes Verbinden bzw. dichtes Kapseln dieser Teile miteinander.

23. Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20 für die Herstellung einer gewickelten elektrochemischen Zelle, wie sie in jedem der Ansprüche 1 bis 10 und 16 bis 18 definiert ist, worin das Laminat auf einen flachen Kern gewickelt wird.

24. Verfahren gemäß Anspruch 23, umfassend den Schritt des Zusammenpressens der vorstehenden Teile der Stromkollektoren, so daß die Zelle abgedichtet bzw. dicht gekapselt wird.

25. Verfahren gemäß Anspruch 23 oder 24, umfassend den Schritt des Wickelns eines elektrisch isolierenden Abdeckungsfilms auf das gewickelte Batterielaminat.

26. Verwendung einer elektrochemischen Zelle, wie sie in jedem der Ansprüche 1 bis 18 definiert ist, in Hörhilfen.