DE19858723A1

DE19858723A1 - Stromsammler für eine Lithiumelektrode

Info

Publication number: DE19858723A1
Application number: DE19858723A
Authority: DE
Inventors: William G Howard
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 1999-08-05
Also published as: US20010008725A1; US6893772B2; US20060210880A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf elektrochemische Zellen, die eine Lithiumanode haben, und, mehr insbesondere, auf primä re oder sekundäre elektrochemische Zellen, die eine Lithi umanode haben, sowie auf einen entsprechenden Stromsammler, der für hohe Zuverlässigkeit und hohe Stromentladungsraten geeignet ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Implantierbare kardiale Defibrillatoren werden verwendet, um Patienten zu behandeln, die an ventrikulärer Fibrillati on leiden, einem chaotischen Herzrhythmus, der schnell zum Tod führen kann, wenn er nicht korrigiert wird. Im Betrieb überwacht die Defibrillatorvorrichtung ständig die elektri sche Aktivität des Herzens des Patienten, erkennt ventriku läre Fibrillation und liefert aufgrund dieser Erkennung ge eignete Schocks zum Wiederherstellen eines normalen Herzrhythmus. Es werden Schocks von bis zu 30-40 Joule be nötigt. Die Schocks werden von Kondensatoren geliefert, die in der Lage sind, diese Energie dem Patienten in einem Bruchteil einer Sekunde zuzuführen. Um für eine rechtzeiti ge Therapie für den Patienten nach dem Erkennen von ventri kulärer Fibrillation zu sorgen, ist es notwendig, die Kon densatoren mit der erforderlichen Menge an Energie in nur wenigen Sekunden aufzuladen. Die Stromquelle muß daher eine hohe Leistungsfähigkeit haben, um den Kondensatoren die notwendige Ladung zu liefern, sie muß auch eine geringe Selbstentladung besitzen, damit sie eine Betriebslebensdau er von vielen Monaten hat, und sie muß äußerst zuverlässig sein, um für eine dringend benötigte Therapie immer dann zu sorgen, wenn diese benötigt wird. Darüber hinaus muß die Batterie, da kardiale Defibrillatoren implantiert werden, in der Lage sein, die Energie aus einem Gehäuse minimaler Größe zu liefern.

Eine Batterie, die zur Defibrillatorverwendung geeignet ist, ist in dem US-Patent 4 830 940 von Keister et al. be schrieben. Der Inhalt dieses Patents wird durch Bezugnahme hierin einbezogen. Dort ist beschrieben, daß das Anodenma terial der Batterie Lithium ist und daß das reaktive Kato denmaterial Silbervanadiumoxid ist. Die Anode hat einen schlangenförmigen Aufbau, wobei Katodenplatten zwischen je de ihrer Windungen auf beiden Seiten derselben eingefügt sind. Der Elektrolyt für eine Lithiumbatterie oder -zelle ist eine Flüssigkeit organischen Typs, die ein Lithiumsalz und ein organisches Lösungsmittel enthält. Sowohl die An oden- als auch die Katodenplatte sind in ein elektrisch isolierendes Separatormaterial eingekapselt. Ein Nachteil eines solchen Batterieaufbaus besteht jedoch darin, daß die gewundene Anode nicht effizient ausgenutzt wird, da das An odenmaterial in den Biegungen keinem Katodenmaterial gegen überliegt und daher nicht vollständig ausgenutzt wird. Eine Verbesserung, die sich mit diesem Problem befaßt, ist in dem US-Patent 5 147 737 von Post et al. beschrieben, in welchem das aktive Material auf der schlangenförmigen Elek trode so positioniert ist, daß die Abschnitte des schlan genförmigen Gebildes, die nicht Katodenplatten gegenüber liegen, kein anodenaktives Material enthalten. Die Schlan genbiegungen der Anode sind jedoch weiterhin vorhanden, was für den volumetrischen Wirkungsgrad nachteilig ist. Zusätz liche Probleme bei diesen Batteriekonstruktionen beinhalten die Anzahl der Einzelteile und die Verbindungen, die erfor derlich sind, um die Batterie herzustellen, welche sowohl die Herstellbarkeit als auch die Zuverlässigkeit der Batte rie nachteilig beeinflussen können; und die Schwierigkeit des Erzielens einer guten Stromverteilung und einer guten Ausnutzung des reaktiven Materials aufgrund der unangepaß ten Konfigurationen von Anode und Katode.

In herkömmlichen Lithiumbatterien kann auch ein Elektroden körper verwendet werden, in welchem Anoden- und Katodenele mente in spiralgewickelter Form vereinigt sind. Ein Strei fenblatt aus Lithium oder einer Lithiumlegierung bildet die Anode, ein Katodenmaterial, das auf einen ladungssammelnden metallischen Gitter geträgert ist, bildet die Katode, und ein Blatt aus nichtgewebtem Material trennt die Anoden- und Katodenelemente. Diese Elemente werden vereinigt und gewic kelt, um eine Spirale zu bilden. Üblicherweise würde die Batteriekonfiguration für eine solche Wickelelektrode zy lindrisch sein. Diese Konfigurationen finden sich bei spielsweise in den US-Patenten Nr. 3 373 060; 3 395 043; 3 734 778; 4 000 351; 4 184 012; 4 332 867; 4 333 994; 4 539 271; 4 550 064; 4 663 247; 4 668 320; 4 709 472; 4 863 815; 5 008 165; 5 017 442 und 5 053 297. Anders als die Batterie des '940-Patents braucht das Anodenmaterial nicht dem Katodenmaterial angepaßt zu sein. Solche Ausbil dungen haben daher das Potential für eine verbesserte An passung zwischen den Katoden- und Anodenkomponenten und für eine verbesserte Gleichförmigkeit der Anoden- und Katoden ausnutzung während der Entladung. Bei zylindrischen Zellen kann jedoch üblicherweise nicht dieselbe Raumausnutzung in nerhalb des Gehäuses eines implantierbaren Defibrillators wie in einer Zelle von prismatischer Form erzielt werden.

Es ist auch bereits bekannt geworden, Wickelelektroden an eine prismatische Gehäusekonfiguration anzupassen, indem von einer echten Spiralwicklung abgegangen wird. Zum Bei spiel zeigt das US-Patent 2 928 888 in seinen Fig. 5a und 5b eine längliche Elektrodenbaugruppe, die auf einem lang gestreckten Dorn gewickelt ist, zur Verwendung in einem rechteckigen Gehäuse. Außerdem zeigt z. B. das US-Patent 4 051 304 in seiner Fig. 2 eine weitere längliche Wickel elektrodenbaugruppe zur Verwendung in einem rechteckigen Gehäuse. Diese Patente zeigen jedoch nicht, daß diese Ge bilde vorteilhafterweise für eine einen hohen Nennstrom liefernde Lithiumbatterie verwendet werden können oder daß sie für eine gleichmäßige Ausnutzung des reaktiven Anoden- und Katodenmaterials während der Entladung sorgen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung hat gewisse Ziele. Das heißt, die vorliegende Erfindung schafft Lösungen für wenigstens eini ge der Probleme, die im Stand der Technik bei elektrochemi schen Zellen hoher Zuverlässigkeit für die Anwendung in im plantierenbaren medizinischen Vorrichtungen vorhanden sind. Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lithiumbatterie zu schaffen, die einen hohen Nennstrom lie fern kann und eine gewickelte Elektrode hat, welche zur Verwendung in einem prismatischen Gehäuse geeignet ist. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lithiumbatte rie zu schaffen, die einen hohen Nennstrom liefern kann und eine gleichmäßige Ausnutzung der Katoden- und Anodenmate rialien während der Entladung ermöglicht. Es ist ein weite res Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lithiumbatterie zu schaffen, die einen hohen Nennstrom liefern kann und zur Verwendung in implantierbaren kardialen Defibrillatoren ge eignet ist und eine geringere Zahl von Einzelteilen und Schweißstellen als bekannte Vorrichtungen aufweist.

Es ist ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Anodenbaugruppe zu schaffen, die ein Anschwellen der Katode zuläßt, ohne örtlich begrenzte Bereiche hoher Kraft oder hohen Druckes zwischen dem Anodenstromsammler und der Katode zu haben. Solche hohen Kräfte oder Drücke können zu unerwünschter Zusammendrückung des Elektrodenmaterials oder sogar zu einer Durchbrechung des Separators führen. Der An odenstromkollektor nach der vorliegenden Erfindung erlaubt das Auftreten eines erhöhten Grades oder Umfangs an Kato denexpansion als bekannte Entwürfe, ohne daß es zu uner wünschter Elektrodenmaterialkompression oder Separator durchbrechung kommt. Das ist ein wichtiger Vorteil der Er findung, da eine zusätzliche Möglichkeit des Zulassens des Anschwellens der Katode immer wichtiger werden dürfte, wenn die Katoden in der Dicke zunehmen und die Biegeradien von Anoden- und/oder Katodenbaugruppen abnehmen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Anodenbaugruppe zu schaffen, bei der die Wahrscheinlich keit, daß eine Lithiumisolation während der Zellenentladung auftritt, minimiert ist. Diese Isolation kann durch feh lausgerichtete Elektroden verursacht werden, die örtlich begrenzte, faradisch unausgeglichene Teile haben. Faradisch unausgeglichene Elektrodenteile treten bekanntlich in her kömmlichen Lithiumzellen auf, wo der Anodenstromsammler ein einzelner Lappen ist, der auf ein Ende eines Streifens von Lithiummetall gepreßt wird. Der Anodenstromsammler nach der vorliegenden Erfindung bietet eine Lösung für das Problem, das faradisch unausgeglichene Elektrodenteile mit sich bringen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Anodenstromsammler zu schaffen, der redundante Schweißungen hat zum Verbinden des Anodenstromsammlers mit einer An schlußleitung, einem Gehäuse und/oder einer Klemme.

Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit und die Leistungsvorhersagbarkeit von elektrochemischen Zellen nach der vorliegenden Erfindung zu steigern.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine äußerst zuverlässige elektrochemische Zelle für die Anwen dung bei implantierbaren medizinischen Vorrichtungen zu schaffen, die dank höherer Energiedichte, weniger Teilen, weniger Materialien und einfacherer Montage zu niedrigeren Kosten hergestellt werden kann.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile werden er reicht durch die elektrochemische Zelle, die Elektrodenbau gruppe oder den Anodenstromsammler nach der vorliegenden Erfindung. Wir haben eine Elektrodenbaugruppe und einen entsprechenden Anodenstromsammler für eine elektrochemische Zelle gefunden, wobei die Baugruppe am bevorzugtesten eine Alkalimetallanode und eine Katodenbaugruppe aufweist, die in einer unidirektionalen Wicklung miteinander gewickelt sind, welche im wesentlichen gerade Seiten hat, so daß die Wicklung in eine prismatische Zelle passen wird, und wobei der Anodenstromsammler eine Länge und/oder Höhe hat, die kleiner als die ist, welche wenigstens der Länge oder der Höhe eines langgestreckten Alkalimetallstreifens ent spricht, der in der Anode enthalten ist, oder der Länge oder der Höhe des Katodenstromsammlers.

Die Anodenbaugruppe weist vorzugsweise einen langgestreck ten Streifen von Alkalimetall auf, der einen ersten Teil mit einer ersten gleichförmigen Dicke von Alkalimetall und vorzugsweise einen zweiten Teil mit einer zweiten, kleine ren gleichförmigen Dicke von Alkalimetall und wenigstens einen Verbinderlappen in elektrischem Kontakt mit dem Alka limetall an einem Rand der Anode hat.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er findung sind wenigstens entsprechende benachbarte Enden des ersten und zweiten Teils des Alkalimetalls auf beiden Sei ten eines Metall- oder Legierungsanodenstromsammlers ange ordnet und an diese angepreßt, wobei der Anodenstromsammler eine Länge hat, die kleiner ist als diejenige, die dem er sten und zweiten Teil des Alkalimetalls entspricht. Der An odenstromsammler kann eine Länge haben, die irgendwo in ei nem Bereich zwischen den vollen Längen, welche dem ersten und zweiten Alkalimetallteil entsprechen, und einer Länge liegen, die wesentlich kürzer als die volle Länge der Alka limetallteile ist, jedoch länger als die Länge, welche dem einen Anodenstromsammellappen allein zugeordnet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A zeigt eine Seitenansicht eines Anodenbauteils, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 1B zeigt eine Seitenansicht eines Anodenstromsammlers 5 des Anodenbauteils nach Fig. 1A.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht eines ersten Teils der Anode nach Fig. IA.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht eines zweiten Teils der Anode nach Fig. 1A.

Fig. 3A zeigt eine detaillierte Ansicht des Elektrodenlap pens der Anode nach Fig. 1A.

Fig. 4 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Kombination aus Anode und Separator, die bei der vor liegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 5 zeigt eine Querschnittansicht von Anode und Separa tor nach Fig. 4.

Fig. 6 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht der Katodenbaugruppe, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 7 zeigt eine Querschnittansicht der Katodenbaugruppe nach Fig. 6.

Fig. 8 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Kombination aus Katodenbaugruppe und Separator, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 9 zeigt eine Querschnittansicht der Kombination aus Katodenbaugruppe und Separator nach Fig. 8.

Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf einen Dorn, eine Katoden baugruppe und eine Anodenbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung, die zum Wickeln bereit sind.

Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf dem Endteil des Dorns, der Katodenbaugruppe und der Anodenbaugruppe nach Fig. 10, die die Richtung der Biegung für die Anoden um die Katode und den Dorn zeigt.

Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf den Endteil des Dorns, der Katodenbaugruppe und der Anodenbaugruppe nach Fig. 11, die die Verwendung von zusätzlichem Separatormaterial in der Anodenbiegung zeigt.

Fig. 13 zeigt eine Draufsicht auf den Endteil des Dorns, der Katodenbaugruppe und der Anodenbaugruppe, die die voll endete Biegung nach Fig. 11 zeigt.

Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht einer vollende ten Elektrodenbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf die Windungen einer Elek trodenbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung, wobei Se paratormaterial zwischen den Windungselementen nicht ge zeigt ist, und die Position des Dorns in den Windungen vor dem Entfernen desselben.

Fig. 16 zeigt in einer auseinandergezogenen perspektivi schen Darstellung das Einführen einer Elektrodenbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung in ein Batteriegehäuse mit Isolatormaterialien.

Fig. 17 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische An sicht des Anbringens eines Isolators und eines Gehäuseober teils auf dem Gehäuse und der Elektrodenbaugruppe nach Fig. 16.

Fig. 18 zeigt eine teilweise aufgeschnittene perspektivi sche Ansicht einer vollendeten Batterie nach der vorliegen den Erfindung und die Verbindung der Lappen einer Elektrode mit Gehäuseelementen.

Fig. 19 zeigt eine teilweise weggeschnittene perspektivi sche Ansicht von Isolationsbauteilen für die Batterie nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 20 zeigt eine perspektivische Ansicht einer alternati ven Ausführungsform von Isolationsbauteilen für die Batte rie nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 21 zeigt eine Draufsicht auf den Endteil des Dorns, der Katodenbaugruppe und der Anodenbaugruppe, die die Rich tung der Biegung für die Katode um die Anode und den Dorn zeigt.

Fig. 22 zeigt eine Draufsicht auf die Windungen der Elek trodenbaugruppe nach Fig. 21, wobei das Separatormaterial zwischen den Windungselementen nicht gezeigt ist, nachdem der Wickel schritt vollendet worden ist, und die Position des Dorns in den Windungen vor dem Entfernen desselben.

Fig. 23 zeigt einen Anodenstromsammler 5 in voller Länge.

Fig. 24A zeigt eine Ausführungsform eines verkürzten An odenstromsammlers 5 nach der vorliegenden Erfindung, der zwei nichtbenachbarte Verbinderlappen 20 hat.

Fig. 24B zeigt eine detaillierte Ansicht des unteren linken Teils des in Fig. 24A gezeigten Anodenstromsammlers 5.

Fig. 24C zeigt eine detaillierte Ansicht des unteren rech ten Teils des in Fig. 24A gezeigten Anodenstromsammlers 5.

Fig. 25 zeigt die Anodenbaugruppe 1, die unter Verwendung des Stromsammlers 5 nach Fig. 24 hergestellt wird.

Fig. 26 zeigt eine weitere Ausführungsform eines verkürzten Anodenstromsammlers 5 nach der vorliegenden Erfindung, der zwei benachbarte Verbinderlappen 20 und 22 hat.

Fig. 27 zeigt eine weitere Ausführungsform eines verkürzten Anodenstromsammlers 5 nach der vorliegenden Erfindung, der einen Verbinderlappen 20 hat.

Fig. 28 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines ver kürzten Anodenstromsammlers 5 nach der vorliegenden Erfin dung, der eine Länge hat, die größer als die der Anoden stromsammler ist, welche in den Fig. 24, 26 und 27 gezeigt sind.

Fig. 29 zeigt Strom-Spannung-Entladungsprofile, die während des Einbrennens von Testzellen erzielt werden, welche An odenstromsammler voller Länge und verkürzter Länge haben.

Fig. 30 zeigt Strom-Spannung-Entladungsprofile für Testzel len, die Anodenstromsammler voller Länge und verkürzter Länge haben, und
die Fig. 31 bis 37 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Anodenstromsammlers nach der vorliegenden Erfindung

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die folgenden Begriffe, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, haben die folgenden Bedeutun gen. Der Begriff "Lappen" bedeutet ein metallisches Teil, das allgemein aber nicht notwendigerweise vier Ränder hat und eine im wesentlichen rechteckige Form bildet, wobei der Lappen oder das Teil an wenigstens einem Teil eines Strom sammlers befestigt ist und wobei sich der Lappen erstreckt oder hinausführt oder wegführt von einen Anodenkörper zur mechanischen oder elektrischen Verbindung mit einem Draht, einer Durchführung oder einer äußeren elektrischen Schal tung. Der Begriff "verkürzter Anodenstromsammler" bedeutet einen Stromsammler, der einen Lappen hat, welcher befestigt ist an oder einen Teil bildet von dem Stromsammler, wobei sich der Stromsammler nicht erstreckt entweder über die volle Länge eines streifenförmigen oder anders geformten Anodenkörpers oder die volle Höhe eines streifenförmigen oder anders geformten Anodenkörpers oder irgendeine Kombi nation oder Permutation von Längen oder Höhen desselben.

In den Zeichnungen, auf die nun Bezug genommen wird, zeigen die Fig. 1A bis 6 den Anodenteil der Elektrodenbaugruppe. In Fig. 1A ist eine langgestreckte Anodenbaugruppe 1 ge zeigt, die einen Stromsammler 5 aufweist, der eine erste Alkalimetallschicht 10 auf einer Seite und eine zweite Al kalimetallschicht 15 auf der anderen Seite hat. Die Alkali metallschichten 10 und 15 sind am bevorzugtesten aus einem Lithiummetall oder einer Lithiummetallegierung gebildet, die auf dem Stromsammler 5 aufgepreßt ist. Fig. 1B zeigt eine Seitenansicht eines Stromsammlers 5 verkürzter Länge der Anodenbaugruppe nach Fig. 1, wobei Lappen 20 und 22 von ihm aus nach oben vorstehen.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Anodenstromsammler 5 in Fig. 1B dadurch gekennzeichnet, daß er eine Länge L und eine Höhe H hat, von denen eine oder beide kleiner sein können als die Längen oder Höhen der Al kalimetallstreifen 10 oder 15, die auf ihm aufgepreßt oder auf ihm angeordnet sind, um eine Anodenelektrodenbaugruppe zu bilden. Zum Beispiel, die Länge L oder die Höhe H des Anodenstromsammlers 5 kann etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, etwa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% der Längen oder Höhen von entspre chenden Alkalimetallstreifen 10 oder 15 betragen, die auf dem Anodenstromsammler 5 aufgepreßt oder auf diesem ange ordnet sind.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung ist der Anodenstromsammler 5 nach Fig. 1B dadurch ge kennzeichnet, daß er eine Länge L und eine Höhe H hat, von denen eine oder beide kleiner sein kann als die entspre chende Länge oder Höhe eines Katodenstromsammlers 55. Zum Beispiel, die Länge L oder die Höhe H des Anodenstromsamm lers 5 kann etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, etwa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% der Länge L oder der Höhe H des entsprechenden Ka todenstromsammlers 55 betragen.

In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Er findung ist der Anodenstromsammler 5 dadurch gekennzeich net, daß er eine Länge L und eine Höhe H hat, von denen entweder eine oder beide kleiner sein kann als die entspre chende Länge L oder Höhe H des Katodenstromsammlers 55 und/oder kleiner als die Längen oder Höhen der entsprechen den Alkalimetallstreifen 10 oder 15, die auf den Anoden stromsammler 5 aufgepreßt oder auf diesem angeordnet sind. Es ist nun zu erkennen, daß eine praktisch unbegrenzte Zahl von verschiedenen Kombinationen von Höhen und Längen des Anodenstromsammlers 5, des Katodenstromsammlers 55 und der Alkalimetallstreifen 10 und 15 in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fällt.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht des Schichtaufbaus der Anodenbaugruppe 1, wobei der Stromsammler 5 zwischen der ersten und der zweiten Alkalimetallschicht 10 bzw. 15 ange ordnet ist. Fig. 3 zeigt im Querschnitt, daß die Anodenbau gruppe 1 an einem Ende 18 die Alkalimetallschicht 15 nur auf einer Seite des Stromsammlers 5 hat. Ein blanker Teil Stromsammlers 5 findet am bevorzugtesten die äußere Umhül lung der gewickelten Elektrodenbaugruppe, da für diese Oberfläche kein aktives Material erforderlich ist.

Der Stromsammler 5 ist ein elektrisch leitfähiges Metall, das korrosionsbeständig ist, wenn es dem Alkalimetall 10, 15 zugeordnet ist, und wird am bevorzugtesten gebildet von Nickel, Titan, Kupfer, einer Legierung derselben oder ir gendeinem anderen Übergangsmetall oder einer Übergangsme tallegierung, die nicht ohne weiteres mit Lithium eine Le gierung bildet, wie z. B. Eisen, rostfreier Stahl und Metal le oder Legierungen, die aus der Gruppe IB des Periodensy stems gebildet sind. Der erste und der zweite Verbinderlap pen 20, 22 stehen am bevorzugtesten von dem oberen oder un teren Rand des Stromsammlers 5 vor, obgleich ein einzelner Verbinderlappen auch benutzt werden kann da die Leitfähig keit von Lithiummetall auf einem Stromsammlers, der aus ge eignetem Metall oder einer geeigneten Metallegierung gebil det ist, in der Lage ist, für eine ausreichende Stromver sorgung bei hohen Entladungsraten zu sorgen, wenn der Stromsammler für seine Länge eine ausreichende leitfähige Querschnittsfläche hat. Zusätzliche Verbinderlappen können auch hinzugefügt werden, wenn eine verbesserte Zuverlässig keit der Verbindungen erwünscht ist.

Die Verbinderlappen 20 und 22 können auch in den Stromsamm ler 5 eingebaut sein, wenn dieser gemäß der Darstellung in Fig. 3A ausgebildet ist. Der Stromsammler 5 wird vorzugs weise durch ein Ätzverfahren hergestellt, welches glatte Ränder an dem Stromsammler 5 ergibt und dadurch störende Metallstücke eliminiert, die andernfalls das Separatormate rial durchbohren und einen Kurzschluß der Batterie hervor rufen könnten. Eine Alternative zu der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Anodenbaugruppe 1 besteht darin, den Strom sammler 5 zugunsten einer Anode wegzulassen, die fast gänz lich aus einem Alkalimetall oder einer Alkalimetallegierung besteht. In einer solchen Konfiguration würde das Alkalime tall an einem Ende mit einem dickeren Querschnitt herge stellt als an dem anderen und die Verbinderlappen wären di rekt mit dem Alkalimetall verbunden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Anodenbaugruppe 1, die von ei nem Separator 25 bedeckt ist. Der Separator 25 bildet eine Tasche um die Anodenbaugruppe 1, da er an dem oberen Rand 27 umgeschlagen ist und sich der Anodenbaugruppe 1 anpaßt, bis er den unteren Rand 29 erreicht, wo er in sich zu einer Dichtung 30 verbunden ist. Schlitze (nicht gezeigt) können in dem Separator 25 eingeschnitten sein, um dem Verbinder lappen 20, 22 zu gestatten, durch den Separator 25 vorzu stehen. Das Material, das für den Separator 25 benutzt wird, kann im Handel erhältliches mikroporöses Polyolefin (d. h. Polyethylen- oder Polypropylen)-Separatormaterial wie z. B. CELGARD 4560 (ein mikroporöses, ungewebtes Laminatma terial, hergestellt von Hoechst Gelanese) sein. Vorzugswei se wird die nichtgewebte Seite des Separators 25 in die Oberfläche der Alkalimetallschichten 10 und 15 der Anoden baugruppe 1 eingepreßt, so daß das Alkalimetall sich ver formt und in innigem Kontakt mit dem Separator 25 gelangt und sich mit dem Separator 25 verbindet.

Diese Verformungsverbindung kann erreicht werden, indem die nichtgewebte Seite des Separators 25 auf die Alkalimetall schichten 10 und 15 in einer hydraulischen Presse gepreßt wird, und kann weiter in demselben Preßvorgang erreicht werden, in welchem die Alkalimetallschichten 10 und 15 auf den Stromsammler 5 wie oben beschrieben aufgepreßt werden. Bei der Vorbereitung für den Preßvorgang werden die Alkali metallschichten 10 und 15 aus geeigneten Bögen von Anoden material auf Größe zugeschnitten, gewogen und dann in einem Werkzeug auf beiden Seiten des Stromsammlers 5 plaziert. Das Werkzeug und die Anodenbauteile 5, 10 und 15 werden dann in einer Walzvorrichtung plaziert, welche die Alkali metallschichten 10 und 15 auf den Stromsammler mit einem Druck preßt, der ausreicht, um sie in ihrer Lage zu halten. Der Separator 25 wird dann um die Anodenbaugruppe 1 ange ordnet und wird auf die Alkalimetallschichten 10 und 15 der Anodenbaugruppe 1 durch eine hydraulische Presse mit einem Druck von beispielsweise 800 psi gepreßt, welcher das An odenmaterial in innigem Kontakt mit dem Separator defor miert. Der Verschluß 30 für den Separator 25 kann eine Heißversiegelung sein, die durch eine herkömmliche Heißver siegelungsausrüstung hergestellt wird.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen eine langgestreckte Katodenbaugrup pe 50, die einen Stromsammler 55 aufweist, auf den Schich ten 60 und 65 eines Katodenmaterials gepreßt sind. Am be vorzugtesten hat die Katodenbaugruppe 50 im wesentlichen dieselbe Breite wie die Anodenbaugruppe 1. Das Katodenmate rial beinhaltet einen festen, reaktiven Katodenbestandteil wie Mangandioxid, V₆O₁₃, Silbervanadiumoxid oder CF_x oder Gemische oder Kombinationen derselben und Trockenmischun gen, die diese Materialien zusammen mit Bindemitteln und Leitfähigkeitsverstärkern, je nach Bedarf enthalten.

Vorzugsweise ist das Silbervanadiumoxid, das verwendet wird, dasjenige, das in dem US-Patent Nr. 5 221 453 von Crespi beschrieben ist und bei dem es sich um eine "Silber vanadiumoxidkombination" oder "SVO" handelt. Zum Beispiel, in einer Batterie, in welcher Silbervanadiumoxid als ein reaktiver Katodenbestandteil verwendet wird, können etwa 5% PTFE als ein Bindemittel zusammen mit etwa 2% Ruß und 2% Graphit als Leitfähigkeitsverstärker zugesetzt werden. Die teilchenförmigen Bestandteile können miteinander vermischt werden, bis zu einem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt ge trocknet werden, in einer gleichmäßigen Schicht über dem Anodenstromkollektor 55 plaziert und dann in einer Hoch druckpresse trockengepreßt werden, um jede der Katodenmate rialschichten 60 und 65 zu bilden. Alternativ könnten Naß verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden, bei denen ein nasses Gemisch von Katodenmaterial auf den Stromsammler 55 aufgebracht und dann getrocknet und gewalzt wird, um jede der Katodenmaterialschichten 60 und 65 zu bilden.

Verbinderlappen 70 und 72 stehen von dem Rand des Strom sammlers 55 im wesentlichen auf dieselbe Art und Weise vor wie bei der oben beschriebenen Anodenbaugruppe 1. Der Stromsammler 55 ist ein leitfähiges Metall, das korrosions beständig ist, wenn es mit dem Katodenmaterial verbunden ist, das vorzugsweise Titan, rostfreier Stahl oder eine Ti tanlegierung ist.

Ein Separator 75 bildet vorzugsweise eine Tasche um die Ka todenbaugruppe 50 auf dieselbe Art und Weise wie die bei der obigen Anodenbaugruppe 1 und ist mit einem Verschluß 80 versehen. Das Material, das zum Bilden des Separators 75 verwendet wird, kann dasselbe im Handel erhältliche mikro poröse Polyolefin (d. h. Polyethylen oder Polypropylen)- Separatormaterial sein, das am bevorzugtesten in der An odenbaugruppe 1 verwendet wird. Der Verschluß 80 kann unter Verwendung einer Heißsiegelungseinrichtung gebildet werden. Bevorzugt wird, daß der Separator 75 für die Katodenbau gruppe 50 etwas breiter gemacht wird als die Katodenbau gruppe 50, um ein Anschwellen der Katodenschichten 60 und 65 zu gestatten, wenn die Batterie entladen wird, und um die Batterie am Aufbrechen zu hindern, wenn sie entladen ist. Das steht im Gegensatz zu dem Separator 25 für die An odenbaugruppe 1, der am bevorzugtesten den Umfang der An odenbaugruppe 1 eng umschließt.

Die Fig. 10 bis 13 zeigen, wie der Wickelprozeß eingeleitet werden kann. Fig. 10 zeigt, wie die Anodenbaugruppe 1 am bevorzugtesten mit der Anodenbaugruppe 50 und einem Dorn 100 ausgerichtet wird, um mit dem Wickelvorgang zu begin nen. Die Separatoren 25 und 75 für diese Bauteile werden um die Anodenbaugruppe 1 bzw. die Katodenbaugruppe 50 während des Wickelvorganges plaziert, obgleich sie in den Fig. 10 bis 13 nicht gezeigt sind.

Es sei beachtet, daß die Anodenbaugruppe 1 länger ist als die Katodenbaugruppe 50 und so positioniert worden ist, daß ein Ende Ia ein entsprechendes Ende 50a der Katodenbaugrup pe 50 überlappt. Das Ende 50a der Katodenbaugruppe 50 ist etwas hinter einem Rand 100a des Dorns 100 angeordnet wor den. Die Anodenbaugruppe 1 ist außerdem an der Katodenbau gruppe 50 so plaziert worden, daß die Alkalimetallschicht 15 an dem Ende 18 der Anodenbaugruppe 1 gegen die Katoden materialschicht 60 gepreßt wird, um sicherzustellen, daß die äußere Wicklung der Elektrodenbaugruppe die Alkalime tallschicht 15 so aufweist, daß diese dem Katodenmaterial 60 zugewandt ist und daß der blanke Stromsammler 5 an dem Ende 18 nach außen gewandt ist.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 11 und 13 wird der Wic kelprozeß begonnen, indem das Ende Ia der Anodenbaugruppe 1 auf den Dorn 100 gebogen wird. Eine Biegung 105 biegt, wie gezeigt, auch die Anodenbaugruppe 1 um das Ende der Kato denbaugruppe. Eine Abwandlung für diese Biegeprozeduralter native (in den Figuren nicht gezeigt), die besonders wirk same Verwendung finden kann, wenn die Biegung 105 von Hand hergestellt wird, besteht darin, zuerst die Anodenbaugruppe 1 um den Dorn 100 in Abwesenheit der Katodenbaugruppe 50 zu biegen (aber einschließlich eines Distanzstückes von äqui valenter Dicke zu der Katodenbaugruppe 50, um den richtigen Biegeradius an der Anodenbaugruppe 1 herzustellen) und dann das Distanzstück zu entfernen und die Katodenbaugruppe 50 zwischen den Dorn 100 und die Anodenbaugruppe 1 zu schie ben.

Es kann erwünscht sein, zusätzliches Separatormaterial zwi schen der Anodenbaugruppe 1 und der Katodenbaugruppe 50 so wie zwischen der Anodenbaugruppe 1 und dem Dorn 100 zu pla zieren, um sanftere Biegungen herzustellen. Erreicht werden kann das gemäß der Darstellung in Fig. 12, wo zusätzliches Separatormaterial 110 über der Anodenbaugruppe 1 und zwi schen der Anodenbaugruppe 1 und der Katodenbaugruppe 50 in dem Punkt plaziert worden ist, wo die Biegung 105 herzu stellen ist. Eine bequemste Methode zum Hinzufügen von zu sätzlichem Separatormaterial 110 besteht darin, den Separa tor 25 lediglich länger zu machen und den Separator 25 für die Anodenbaugruppe 1 über die Länge der Anodenbaugruppe 1 an dem passenden Ende 1a hinaus zu erstrecken und einfach den Separator 25 längs der Anodenbaugruppe 1 zurückzuklap pen, um dadurch eine dreifache Dicke von Separatormaterial in dem Punkt der Biegung 105 herzustellen.

Das Wickeln geht dann am bevorzugtesten von statten, indem die Kombination aus Anodenbaugruppe 1 und Katodenbaugruppe 50 um den Dorn 100 unidirektional gewickelt wird, bis die Elektrodenbaugruppe fertiggestellt ist. Es ist wichtig, daß der Wickelprozeß durch ein Verfahren ausgeführt wird, das zu einer gleichmäßigen Wickelzugspannung führen wird. Eine ungleichmäßige Wickelzugspannung kann Wege höheren und niedrigeren Widerstandes während der Entladung verursachen und dadurch eine ungleichmäßige Stromverteilung erzeugen. Eine ungleichmäßige Wickelzugspannung kann auch dazu füh ren, daß die Lage der Verbinderlappen 20, 22, 70 und 72 un erwünscht verändert wird oder daß diese in der fertigen Wicklung bewegt werden, was das Herstellen der notwendigen späteren mechanischen und elektrischen Verbindungen schwie rig machen kann. Eine gleichmäßige Wickelzugspannung kann erzeugt werden durch sorgfältiges Wickeln von Hand oder durch geeignetes maschinelles Wickeln. Maschinelles Wickeln wird bevorzugt, weil es eine größere Wickelzugspannungs gleichmäßigkeit von Batterie zu Batterie erzeugen kann.

Fig. 14 zeigt die fertiggestellte Elektrodenbaugruppe 120 mit den Verbinderlappen 20, 22, 70 und 72, die von der Elektrodenbaugruppe 120 vorstehen. Am bevorzugtesten sind die Verbinderlappen 20 und 22 auf einer Seite der Elektro denbaugruppe 120 angeordnet, wohingegen die Verbinderlappen 70 und 72 von den Anodenverbinderlappen 20 und 22 auf der entgegengesetzten Seite der Elektrodenbaugruppe beabstandet sind, wie dargestellt. Ein solcher Lappenaufbau hilft, un gewollte Kurzschlüsse in der fertiggestellten Batterie zu vermeiden. Darüber hinaus wird bevorzugt, daß die Verbin derlappen 20, 22, 70 und 72 so angeordnet sind, daß sie na he bei ihrem vorgesehenen Verbindungspunkt mit der Durch führung oder dem Gehäuse und mit keiner Überlappung zwi schen Katodenlappen und Anodenlappen positioniert sind, um das Herstellen der einzelnen geschweißten Verbindungen zu erleichtern.

Fig. 15 zeigt die endgültige Anordnung der Windungen in ei ner Ausführungsform der Elektrodenbaugruppe 120 zusammen mit dem Dorn 100, wobei zu beachten ist, daß die Separato ren 25 und 75 und die Stromsammler 5 und 55 nicht gezeigt sind. Gleichmäßiges Wickeln der Anodenbaugruppe 1 und der Katodenbaugruppe 50 ergibt die Elektrodenbaugruppe 120, bei welcher der Dorn 100 im wesentlichen die Länge der geraden Seiten der Elektrodenbaugruppe 120 bestimmt und bei der ei ne letzte Anodenschicht 125 die Alkalimetallschicht 15 nur dem Katodenmaterial 60 zugewandt hat. Gemäß der obigen Be schreibung und in Abhängigkeit von der besonderen Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung, die gewählt wird, kann der Stromsammler 5 in der Batterie gänzlich eliminiert werden, im wesentlichen eliminiert werden, verkürzt werden oder wenigstens teilweise eliminiert werden. So kann z. B. die letzte Anodenschicht 125 einfach aus Anodenmaterial ge bildet werden, das die Hälfte der Dicke des übrigen Teils der Anode hat.

Das Entfernen des Dorns 100 bringt zuerst das Ende 1a der Anodenbaugruppe 1 auf beiden Seiten mit der Katodenbaugrup pe 50 in Kontakt und vollendet die Elektrodenbaugruppe 120. Es ist klar, daß zum Erzeugen von enger Nähe zwischen der Anodenbaugruppe 1 und der Katodenbaugruppe 50 an dem Anfang des Wickelns dieser Dorn 100 am bevorzugtesten sehr dünn ist. Zum Beispiel kann ein Dorn aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von etwa 0,010 Zoll verwendet werden, obgleich dickere Dorne verwendet werden können, wenn zusätzliche Steifigkeit erwünscht oder erforderlich ist.

Dem einschlägigen Fachmann wird klar sein, daß die Zahl der Windungen, die für die Batterie gewählt wird, durch die verlangte Entladungsrate und die verlangte Kapazität der Batterie bestimmt werden wird. Das Erhöhen der Windungszahl wird eine gesteigerte Fähigkeit zum Entladen mit einer ho hen Rate ergeben, wird aber dazu tendieren, daß die Kapazi tät pro Volumeneinheit für die Batterie reduziert wird.

Das Zusammenbauen der Elektrodenbaugruppe 120 zu einer fer tigen Batterie ist in den Fig. 16 bis 18 gezeigt. In Fig. 16 wird ein Wickelisolator 200 auf der Elektrodenbaugruppe 120 plaziert. Der Wickelisolator 200 hat eine Kerbe 202 zum Aufnehmen des Anodenverbinderlappens 22 und Schlitze 204, 206 und 208 zum Aufnehmen des Anodenverbinderlappens 20 und der Katodenverbinderlappen 70 bzw. 72. Die Elektrodenbau gruppe 120 wird außerdem in eine isolierende Gehäuseaus kleidung 210 eingeführt. Die Gehäuseauskleidung 210 er streckt sich vorzugsweise an ihrem oberen Rand oberhalb des Randes der Elektrodenbaugruppe 120, um eine Überlappung mit anderen Isolierelementen zu schaffen. Wenn dem so ist, kann sie eine Kerbe 211 auf einer Seite aufweisen, um ein einfa ches Verbinden der Anodenverbinderlappen 20 und 22 mit dem Gehäuse 220 zu gestatten. Der Wickelisolator 200 und die Gehäuseauskleidung 210 bestehen am bevorzugtesten aus einem Polyolefinpolymer oder einem Fluorpolymer wie ETFE oder ECTFE. Die Elektrodenbaugruppe 120 und die Gehäuseausklei dung 210 werden dann in das prismatische Gehäuse 220 einge führt, das am bevorzugtesten aus rostfreiem Stahl besteht.

In Fig. 17 sind ein Gehäusedeckel 230 und ein Stiftisolator 240 zusammen mit der Elektrodenbaugruppe 120 und dem pris matischen Gehäuse 220 gezeigt. Der Gehäusedeckel 230 weist am bevorzugtesten eine Glasdurchführung 232 und einen Durchführungsstift 233 auf, der sich durch eine Öffnung in dem Gehäusedeckel 230 erstreckt und eine Biegung 234 hat. Durch die Biegung 234 wird die Durchführung 232 in Ausrich tung mit dem Katodenverbinderlappen 70 und 72 gebracht. Der Gehäusedeckel 230 hat am bevorzugtesten eine Füllöffnung 236. Der Gehäusedeckel 230 besteht am bevorzugtesten aus rostfreiem Stahl. Der Durchführungsstift 233 besteht am be vorzugtesten aus Niob oder Molybdän. Der Stiftisolator 240 hat eine Öffnung 242, die in einen erhöhten Teil 244 führt zum Aufnehmen des Durchführungsstiftes 233 und zum Isolie ren des Durchführungsstiftes 233 von einem Kontakt mit dem Gehäusedeckel 230.

In Kombination mit einer Seite des Wickelisolators 200 (der unmittelbar unterhalb des Stiftisolators 240 angeordnet ist) bildet der erhöhte Teil eine Kammer, welche die Kato denverbindungen isoliert. Zusätzliche Isolierung in Form eines Schlauches oder Überzuges (nicht gezeigt) kann auch auf dem Durchführungsstift 233 oder der Durchführung 232 an Stellen vorgesehen sein, die nicht geschweißt werden, um den Durchführungsstift 233 und die Durchführung 232 weiter zu isolieren. Ein zusätzlicher Deckelisolator (nicht ge zeigt) kann auch auf die Unterseite des Gehäusedeckels 230 aufgebracht werden, um für eine zusätzliche Isolation für den Gehäusedeckel 230 zu sorgen. Der Durchführungsstift 233 ist am bevorzugtesten mit den Katodenverbinderlappen 70 und 72 verschweißt, wie es in Fig. 18 gezeigt ist. Die Anoden verbinderlappen 20 und 22 werden am bevorzugtesten in eine ,,L"-Form gebogen, wie es in Fig. 18 gezeigt ist, und mit der Seite des Gehäuses 220 verschweißt, um dadurch das me tallische Gehäuse 220 zu einer Klemme oder einem Kontakt für die Batterie zu machen (d. h. eine Negativgehäuseausbil dung). Der Durchführungsstift 233 wird dann durch einen Spalt (nicht gezeigt) in dem Stiftisolator 240 eingeführt, bis er durch die Öffnung 242 des Stiftisolators 240 vor steht. Die Elektrodenbaugruppe 120 kann außerhalb des Ge häuses 220 während eines Teils der Schweiß- und Biegevor gänge angeordnet sein. Selbstverständlich sollten alle Elektrodenschweißvorgänge in einer Inertgasatmosphäre stattfinden. Der Gehäusedeckel 230 wird dann mit dem Gehäu se 220 verschweißt, um die Elektrodenbaugruppe 120 in dem Gehäuse zu verschließen.

Fig. 19 zeigt Isolationsbauteile für die Batterie mehr ins einzelne gehend. Der Deckelisolator 245 ist so ausgebildet, daß er unter den Gehäusedeckel 230 mit der Öffnung 246 paßt, um die Durchführung 232 und den Durchführungsstift 233 aufzunehmen. Ein weggeschnittener Teil 247 nimmt die Füllöffnung 236 auf. Der Deckelisolator 245 wird auf die Unterseite des Gehäusedeckels 230 aufgebracht. Der Durch führungsisolator 250 gleitet dann über den Durchführungs stift 233 und über die Durchführung 232 in Kontakt mit dem Deckelisolator 245. Nachdem der Durchführungsisolator 250 in Stellung gebracht worden ist, wird ein schlauchförmiger Isolator 255 über den Durchführungsstift 233 geschoben, bis er das Glas der Durchführung 232 berührt. Der Durchfüh rungsstift 233 wird dann in seine gewünschte Konfiguration zur Verbindung mit den Katodenverbinderlappen 70 und 72 ge bogen (wie es in Fig. 17 gezeigt ist)

Der Stiftisolator 240 ist, wie gezeigt, mit einem Spalt 241 versehen, der sich von dem Rand des Stiftisolators 240 zu der Öffnung 242 erstreckt. Der Stiftisolator 240 hat eine Öffnung 242, die in dem erhöhten Teil oder eine Ausnehmung 244 zum Aufnehmen des Durchführungsstiftes 233 und des schlauchförmigen Isolators 255 über dem Durchführungsstift und zum Isolieren des Durchführungsstiftes 233 von einem Kontakt mit dem Gehäusedeckel 230 in dem Punkt, wo der Durchführungsstift 233 mit den Katodenverbinderlappen 70 und 72 verschweißt ist, führt. Der Spalt 241 erlaubt, den Stiftisolator 240 auf dem Durchführungsstift 233 zu plazie ren, nachdem der Durchführungsstift 233 mit den Katodenlap pen 70 und 72 verschweißt worden ist. Der schlauchförmige Isolator 255 erstreckt sich deshalb durch die Öffnung 242, wodurch jegliche Diskontinuität in der Isolation der Kato denverbinderlappen 70 und 72 und des Durchführungsstiftes 233 von Elementen, die auf Anodenpotential sind, verhindert wird.

Der Wickelisolator 202a ist mit einer Kerbe 202 gezeigt zum Aufnehmen des Anodenverbinderlappens 22 und mit Schlitzen 204 und 206 zum Aufnehmen des Anodenverbinderlappens 20 bzw. des Katodenverbinderlappens 70. Eine Kerbe 208a ist außerdem vorgesehen zum Aufnehmen des Katodenverbinderlap pens 72 anstelle des in Fig. 16 gezeigten Schlitzes 208. Die Elektrodenbaugruppe 120 wird außerdem in die isolieren de Gehäuseauskleidung 210 eingeführt. Alle Gehäuseisolati onsbauteile einschließlich des Deckelisolators 245, des Durchführungsisolators 250, des schlauchförmigen Isolators 255, des Stiftisolators 240, des Wickelisolators 202a und der Gehäuseauskleidung 210 sind am bevorzugtesten geformte oder gespritzte selbsttragende polymere Teile, hergestellt zum Beispiel aus Polyolefinpolymeren oder Fluorpolymeren wie ETFE oder ECTFE. Das Ergebnis einer solchen Isolator konfiguration sind Katodenverbindungen, die von Teilen der Batterie, die auf Anodenpotential sind, sorgfältig elek trisch isoliert sind, und eine Durchführungsverbindung, die von störenden Partikeln aus Katoden- oder Anodenmaterial, die sich infolge der Batterieentladung bilden können, sorg fältig isoliert ist.

Es ist klar, daß zusätzliche Verbesserungen der vorstehen den Isolatorkonfiguration erzielt werden können, indem die Passung zwischen den isolierenden Bauteilen verbessert wird, um für eine bessere Isolation von Anoden- und Kato denelementen zu sorgen. Zum Beispiel, die Öffnung 242, der Stiftisolator 240 und der schlauchförmige Isolator 255 kön nen so bemessen sein, daß sie eng passende Bauteile sind, oder der Durchführungsstift 233 kann mit entsprechenden passenden Isolatorteilen versehen werden, um für einen Schnappsitz zu sorgen und dadurch eine Wanderung von stö renden Batteriematerialien oder Partikeln durch die Öffnung 242 zu reduzieren, zu verhindern oder zu eliminieren.

Alternative Konfigurationen des vorstehenden Typs können dem in Fig. 20 gezeigten gleichen, in welcher eine perspek tivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform von Isolationsbauteilen für die Batterie nach der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. In Fig. 20 ist ein Schnappsitzisola tionssystem 260 gezeigt, welches die Zahl der Isolations bauteile in der Batterie reduziert. Das Schnappsitzisolati onssystem 260 kann zwei Hauptbauteile aufweisen: ein oberes Bauteil 265 und ein unteres Bauteil 270, wobei die Bauteile 265 und 270 am bevorzugtesten durch eine Spritzgießeinrich tung aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff- oder Po lymermaterial hergestellt werden. Die Bauteile 265 und 270 können verwendet werden, um die Bauteile 202a und 240 und wahlweise das Bauteil 245 nach Fig. 19 zu ersetzen.

Das untere Bauteil 270 hat am bevorzugtesten Öffnungen 272a und 272b zum Aufnehmen von zwei Katodenverbinderlappen so wie eine Kerbe 274 (die ihrerseits einen Anodenverbinder lappen aufnehmen kann und außerdem einen Durchlaß von der Füllöffnung 236 in den übrigen Teil des Batteriegehäuses schafft, um das Füllen der Batterie mit Elektrolyt zu er leichtern). Haken 276a und 276b sind so ausgebildet, daß sie mit dem oberen Bauteil 265 zusammenpassen, um einen fe sten Schnappsitz zwischen dem oberen Bauteil 265 und dem unteren Bauteil 270 herzustellen.

Viele alternative Gebilde zum Herstellen eines festen Schnappsitzes zwischen den Bauteilen 265 und 270 kommen bei der vorliegenden Verbindung in Betracht, von denen einige gut bekannt sind. Darüber hinaus kann einer der Haken 276a und 276b zugunsten eines angeformten Scharniers zum Verbin den eines Randes jedes der Bauteile 265 und 270 mit einem weiteren weggelassen werden. Das obere Bauteil 265 kann ei ne erste Öffnung 267 aufweisen zum Aufnehmen des Durchfüh rungsstiftes 233 sowie eine zweite Öffnung 268, die mit der Füllöffnung 236 ausgerichtet ist, damit der Elektrolyt über die Füllöffnung 236 in die Batterie eingefüllt werden kann.

Das obere Bauteil 265 kann auch eine Trennwand 269 aufwei sen, die, wenn das obere und das untere Bauteil 265 und 270 miteinander verbunden sind, die Katodenverbindungen, den Durchführungsstift 233 von der Füllöffnung 236, eine An odenverbindung (nur ein Anodenlappen wird verwendet, um die Anode mit dem Gehäuse in der in Fig. 20 gezeigten Ausfüh rungsform zu verbinden) von den Katodenverbindungen, dem Durchführungsstift 233 und anderen Batteriebauteilen zu trennen. Durch Verbinden der Bauteile 265 und 270 wird eine separate Kammer hergestellt zum aufnehmen des Durchfüh rungsstiftes 233 und seiner Verbindungen mit den Katoden lappen.

Alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei welchen die Batterie ein Entwurf mit positivem Gehäuse oder ein Entwurf mit neutralem Gehäuse ist, kann auf glei che Art und Weise leicht konstruiert werden. Für einen Ent wurf mit positivem Gehäuse können die Katodenverbinderlap pen 70 und 72 zum Verschweißen mit dem Gehäuse 220 anders angeordnet werden, wogegen die Anodenverbinderlappen 20 und 22 zum Verschweißen mit dem Durchführungsstift 233 anders angeordnet werden können. Im Falle eines Entwurfes mit neu tralem Gehäuse kann eine zusätzliche Durchführung vorgese hen werden, die mit den Anodenverbinderlappen 20 und/oder 22 verbunden ist.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 21 und 22 kann noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne weiteres hergestellt werden, indem die Relativpositionen der Katoden- und Anodenmaterialien ausgetauscht werden. Fig. 21 zeigt eine Draufsicht auf den Endteil des Dorns, der Katodenbaugruppe und der Anodenbaugruppe und zeigt die Richtung der Biegung für die Katode um die Anode und den Dorn. Fig. 22 zeigt eine Draufsicht auf die Windungen der Elektrodenbaugruppe nach Fig. 21. In Fig. 22 ist das Sepa ratormaterial zwischen den Wicklungselementen nicht ge zeigt, und die verschiedenen Batterieelemente sind ge zeigt, nachdem der Wickelschritt abgeschlossen worden ist, und mit dem Dorn, der in den Windungen positioniert ist, vor seinem Entfernen.

In einer solchen alternativen Ausführungsform der vorlie genden Erfindung wird die Elektrodenbaugruppenkonfiguration umgekehrt, so daß die Katodenbaugruppe länger gemacht wird als die Anodenbaugruppe. Ein Teil des Stromsammlers, der nur Katodenmaterial auf einer Seite hat, bildet die äußere Schicht der Wicklung, und das Wickeln wird eingeleitet durch Biegen der Katodenbaugruppe um den Dorn. Andere Aus führungsformen der vorliegenden Erfindung, die oben be schrieben sind, werden jedoch im allgemeinen bevorzugt, und zwar wegen ihrer überlegenen Nennströme und wegen ihrer größeren volumetrischen Wirkungsgrade.

Eine geeignete Elektrolytlösung wird durch die Füllöffnung 236 durch einen Vakuumfüllprozeß eingebracht, woran an schließend die Füllöffnung 236 verschlossen wird. Die Elek trolytlösung kann ein Alkalimetallsalz in einem organischen Lösungsmittel sein, wie beispielsweise ein Lithiumsalz (z. B. 1,0 M LiClO₄, LiPF₆ oder LiAsF₆) in einer 50/50-Mischung aus Propylencarbonat und Dimethoxyethan. Der Ver schließprozeß (in den Figuren nicht gezeigt) kann bei spielsweise beinhalten, daß zuerst ein Verschluß herge stellt wird, indem ein Stopfen in das Loch oder die Fül löffnung 236 gepreßt wird, und eine zweite Dichtung herge stellt wird durch Aufschweißen einer Karte oder Scheibe auf die Füllöffnung 236. Im Stand der Technik ist bekannt, daß ein Material zur Leckprüfung von hermetischen Verschlüssen zwischen dem ersten und dem zweiten Verschluß vorgesehen werden kann.

Fig. 23 zeigt einen Anodenstromsammler 5 mit voller Länge. Eine erste Gruppe von sechs spiralgewickelten Testzellen wurde gebaut unter Verwendung des Anodenstromsammlers 5 voller Länge nach Fig. 23 und von anderen Zellenbauteilen und Verfahren, die hier beschrieben sind. Die Zellen der ersten Gruppe werden hier als Zellen 1 bis 6 bezeichnet.

Die Fig. 24A bis 24C zeigen eine Ausführungsform eines ver kürzten Anodenstromsammlers 5 nach der vorliegenden Erfin dung, der zwei nichtbenachbarte Verbinderlappen 20 hat. Fig. 24A zeigt eine Seitenansicht des gesamten Anodenstrom sammlers 5, wohingegen die Fig. 24B und 24C Einzelheiten eines bevorzugten Gittermusters an zwei Endteilen des Stromsammlers 5 zeigen. Eine zweite Gruppe von sieben spi ralgewickelten Testzellen wurde gebaut unter Verwendung des verkürzten Anodenstromsammlers 5 nach Fig. 24A. Die Zellen der zweiten Gruppe werden hier als Zellen 8 bis 14 bezeich net. In der zweiten Gruppe von Zellen wurden entsprechende Enden der ersten und zweiten Teile aus Lithium ausgerichtet und dann in den verkürzten Stromsammler 5 nach Fig. 24A so eingebettet, daß der verkürzte Stromsammler 5 in nur demje nigen Teil der Anodenbaugruppe 1 angeordnet wurde, der die äußere Umhüllung oder die äußere Schicht in einer spiralge wickelten Zelle bildet. Die Anodenbaugruppe 1, die in der zweiten Gruppe von Testzellen verwendet wird, ist in Fig. 25 gezeigt.

Mit Ausnahme der verkürzten Anodenstromsammler in der zwei ten Gruppe von Testzellen wurden die Zellen der ersten und der zweiten Gruppen hergestellt unter Verwendung von iden tischen Gebilden, Materialien und Zusammensetzungen ein schließlich identischer CELGARD®-4560-Separatoren, identi scher Silbervanadiumoxidkatodenzusammensetzungen, identi scher Lithiumanodenzusammensetzungen und identischer Elek trolyte, die 1-Molar-LiAsF₆ in einer 50/50-Mischung von Propylencarbonat und Dimethoxyethan enthielten. Die Anoden- und Katodenstromsammler in den Fällen der ersten und der zweiten Gruppe wurden aus Nickel hergestellt und hatten ei ne Dicke von etwa 0,0020 Zoll. Darüber hinaus waren die Handwickelverfahren, die verwendet wurden, um die Zellen der beiden Gruppen herzustellen, identisch.

Weitere Einzelheiten und Spezifikationen, die den Aufbau und die Materialien betreffen, die bei dem Herstellen der Testzellen der ersten und der zweiten Gruppe verwendet wur den, sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben, in welcher alle Abmessungen in Zoll und alle Füllgewichte in Gramm an gegeben sind.

Anschließend an den Zusammenbau wurden die Zellen der er sten und der zweiten Gruppe eingebrannt, indem identische Einbrennprozeduren verwendet wurden, bei denen alle Zellen für 17 Stunden über eine Last von 2,7 kOhm entladen wurden, gefolgt von einer 1,16-Ampère-vier-Impuls-Sequenz und einer Leerlauflagerung für eine Zeitspanne von 5,25 Tagen. Fig. 29 zeigt Strom-Spannung-Entladungsprofile, die während des Einbrennens von Testzellen der ersten und zweiten Gruppe, welche Anodenstromkollektoren voller Länge bzw. verkürzter Länge hatten, erzielt wurden. Weitere Resultate bezüglich des Einbrennens der Testzellen sind in der folgenden Tabel le 2 angegeben.

Tabelle 1

Allgemeine Spezifikationen für Testzellen der ersten und der zweiten Gruppe

Tabelle 2

Einbrennergebnisse für Testzellen der ersten und der zweiten Gruppe

Tabelle 3

Gelieferte Kapazität und Katodenausnutzung für Test zellen der ersten und der zweiten Gruppe, entladen auf 1,4 Volt über eine Belastung von 50 Ohm

Anschließend an das Einbrennen wurden die Zellen 1, 2, 13 und 14 über eine äußere Belastung von 20 Milliohm für vier Stunden bei einer Umgebungstemperatur von 37 Grad Celsius kurzgeschlossen, um extreme Mißbrauchsbedingungen herzu stellen. Während der Kurzschlußtests wurden einzelne Zel lenspannungen, Ströme und Temperaturen überwacht. Die Zel len 13 und 14, die kurzgeschlossene Anodenstromsammler ent hielten, zeigten höhere Scheitelströme. Die Scheiteltempe raturen, die in allen Zellen erreicht wurden, waren unge fähr gleich, Zellen mit kurzgeschlossenen Anodenstromsamm lern erreichten aber ihre Scheiteltemperaturen schneller.

Die Zellen 1, 2, 13 und 14 wurden dann auseinandergenommen und untersucht. Es wurde festgestellt, daß eine starke Se paratorbeschädigung in allen kurzgeschlossenen Zellen auf getreten war. Hitze, die durch das Kurzschließen erzeugt wurde, hatte einige Separatorbereiche miteinander ver schmolzen. Wenn alle anderen Überlegungen die gleichen wa ren, ergaben die Zellen mit verkürzten Anodenstromsammlern im wesentlichen dieselbe Leistung wie diejenigen, die An odenstromsammler voller Länge hatten.

Außerdem wurden anschließend an das Einbrennen die übrigen Zellen 3-6 und 8-12 über identische Belastungen von 50 Ohm bei einer Umgebungstemperatur von 37 Grad Celsius entladen, bis eine Endentladungsspannung von 1,4 Volt erreicht war. Fig. 30 zeigt Spannung-Strom-Entladungsprofile für die Zel len 3-6 und 8-12. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der 1,4-Volt-Entladungstests bei einer Belastung von 50 Ohm sowie die gelieferte Kapazität und die erzielte Katodenausnut zung.

Die Entladungsprofile nach Fig. 30 sind stabil und reprodu zierbar, ungeachtet des Typs des verwendeten Anodenstrom sammlers. Variationen in der Spannung, die zum Ende der Entladungsprofile hin auftreten, sind, so wird angenommen, gänzlich oder zumindest prinzipiell auf unbedeutende Varia tionen in den Ausgangsmengen des aktiven Katodenmaterials zurückzuführen, das verwendet wurde, um die Testzellen auf zubauen. Fig. 30 und Tabelle 3 zeigen, daß der Typ des ver wendeten Anodenstromsammlers wenig, wenn überhaupt, Auswir kung auf die Zellenleistung hat, wenn alle anderen Zellen parameter konstant gehalten werden (z. B. die Mengen des verwendeten aktiven Anoden- und Katodenmaterials, der Typ des Elektrolyten, usw.).

Die Zellen 3-6 und 8-12 wurden am Schluß der Tests ausein andergenommen und geprüft. Bei dem Zerlegen zeigte es sich, daß die Zellen 3-6 der ersten Gruppe von Zellen alle ver schiedene Arten von dauerhafter Beschädigung ihrer Separa toren zeigten. Mehr insbesondere, es wurde festgestellt, daß die Separatoren der Zellen 3-6 Transparenzen und Spalte haben, die nicht auf die Verschleißprozedur zurückzuführen sind. Es wurde herausgefunden, daß diese Transparenzen oder verdünnten Teile des Separators verursacht worden waren durch Expansion der Katodenschicht in Punkten, wo die Bie geradien der spiralgewickelten Elektroden am stärksten (oder kleinsten) waren. Es wurde der Schluß gezogen, daß Druck, der durch expandierende Katoden über den Separator und auf den Anodenstromsammler voller Länge ausgeübt wird, die beobachteten Transparenzen verursacht hatte.

Im Gegensatz dazu zeigten die Zellen 8-14 der zweiten Grup pe von Zellen keine Transparenzen oder Verdünnung der Sepa ratoren in Punkten, wo die Biegeradien der spiralgewickel ten Elektroden am stärksten waren. Darüber hinaus war die Zellengehäuseexpansion in den Zellen 8-14 merklich geringer als diejenige, deren Auftreten in den Zellen 1-6 beobachtet wurde.

Es wird nun klar werden, daß es ein Vorteil des verkürzten Anodenstromsammlers nach der vorliegenden Erfindung ist, daß mehr aktives Material, entweder anodisches oder katodi sches, in eine Zelle eingebracht werden kann, die dasselbe innere Volumen hat und ansonsten in jeder Hinsicht gleich ist, mit Ausnahme eines Anodenstromsammlers voller Länge. Umgekehrt, eine Zelle, die einen verkürzten Anodenstrom sammler und dieselbe Menge an aktivem Anoden- und Katoden material wie eine andere, ähnliche Zelle mit einem Anoden stromsammler voller Länge hat, kann gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden und nimmt weniger als das Gesamtvolumen ein.

Fig. 25 zeigt die Anodenbaugruppe 1, hergestellt unter Ver wendung des Stromsammlers 5 nach Fig. 24. Fig. 26 zeigt ei ne weitere Ausführungsform eines verkürzten Anodenstrom sammlers 5 nach der vorliegenden Erfindung, der zwei be nachbarte Verbinderlappen 20 und 22 hat. Fig. 27 zeigt eine weitere Ausführungsform eines verkürzten Anodenstromsamm lers 5 nach der vorliegenden Erfindung, der einen Verbin derlappen 20 hat. Fig. 28 zeigt noch eine weitere Ausfüh rungsform eines verkürzten Anodenstromsammlers 5 nach der vorliegenden Erfindung, der eine Länge hat, die größer als die der Anodenstromsammler ist, welche in den Fig. 24, 26 und 27 gezeigt sind. Die Fig. 32 bis 38 zeigen noch weitere Ausführungsformen des verkürzten Anodenstromsammlers 5 nach der vorliegenden Erfindung.

In den Figuren sind alle gezeigten Abmessungen lediglich illustrativ und sollen nicht den Schutzbereich der vorlie genden Erfindung beschränken. Es ist klar, daß andere Maß nahmen, die dem einschlägigen Fachmann bekannt oder hier offenbart sind, verwendet werden können, ohne die Erfindung oder den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlas sen. Zum Beispiel, die vorliegende Erfindung ist nicht auf elektrochemische Zellen beschränkt, die einen spiralgewic kelten Elektrodenaufbau haben. Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf verkürzte Anodenstromsammler konstanter Dicke in spiralgewickelten Elektrodenbaugruppen an sich be schränkt, sondern schließt in ihren Schutzbereich Anoden stromsammler ein, die variierende Dicken, unterschiedliche Steifigkeiten und unterschiedliche Gittermuster haben. Dar über hinaus beschränkt sich der Anodenstromsammler nach der vorliegenden Erfindung nicht auf Ausführungsformen, die Verbinderlappen haben, welche an einem Rand eines gitter förmigen Stromsammlers oder an einem siebartigen Stromsamm ler befestigt sind, sondern schließt statt dessen in ihren Schutzbereich Anodenstromsammler ein, die mit dem Verbin derlappen ein einzelnes unperforiertes Metallteil bilden, sowie Stromsammler, die Löcher haben, welche durch Stanzen, Pressen, Walzen, chemisches Ätzen und auf andere Weise ge bildet worden sind. Die vorliegende Erfindung schließt in ihren Schutzbereich weiter Verfahren ein zum Herstellen und Verwenden des oben beschriebenen Stromsammlers.

In den Ansprüchen sollen Vorrichtung-plus-Wirkungsweise- Formulierungen die hier beschriebenen Gebilde abdecken und angeben, daß diese die angegebene Wirkungsweise haben, und nicht nur bauliche Äquivalente, sondern auch äquivalente Gebilde. Obgleich ein Nagel und eine Schraube keine bauli chen Äquivalente zu sein brauchen, insofern, als ein Nagel eine zylindrische Oberfläche benutzt, um hölzerne Teile miteinander zu verbinden, wohingegen eine Schraube eine wendelförmige Oberfläche benutzt, sind in der Umgebung der Befestigung von hölzernen Teilen ein Nagel und eine Schrau be äquivalente Gebilde.

Alle Patente, die oben aufgelistet sind, werden durch Be zugnahme in ihrer Gesamtheit in die vorliegende Beschrei bung einbezogen. Der Fachmann wird bei dem Lesen der Zusam menfassung der Erfindung, der ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der Patentansprüche, die hier angegeben sind, ohne weiteres erkennen, daß wenig stens einige der Vorrichtungen und Verfahren, die in diesen Patenten beschrieben sind, gemäß den Lehren der vorliegen den Erfindung vorteilhafterweise modifiziert werden können.

Claims

1. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

(a) einer Anodenbaugruppe, die einen langgestreckten Streifen aus Alkalimetall aufweist, der eine An ode bildet, und einen Anodenstromsammler, der we nigstens einen ersten Verbinderlappen hat, wel cher an einem Rand desselben angeordnet ist, wo bei der langgestreckte Streifen aus Alkalimetall eine erste Länge und eine erste Höhe hat und wo bei der Anodenstromsammler eine zweite Länge und eine zweite Höhe hat;
(b) einer Katodenbaugruppe mit:
- (1) einem Katodenstromsammler, der an seinem zweiten Rand wenigstens einen zweiten Ver binderlappen hat, wobei der Katodenstrom sammler eine dritte Länge und eine dritte Höhe hat; und
- (2) einem Katodenmaterial, das mit dem Strom sammler verbunden ist,

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben und wobei die erste Länge des Anodenstromsammlers kürzer ist als die zweite Länge des langgestreckten Streifens aus Alkalime tall.

2. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die erste Länge etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, et wa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die zweite Länge ist.

3. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

4. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Katoden stromsammler aus Titan besteht.

5. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Katoden material ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

6. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

7. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Bindemit tel PTFE ist.

8. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Leitfä higkeitsverstärker leitfähiger Kohlenstoff ist.

9. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Separator die Anodenbaugruppe bedeckt und einen Verschluß um diese herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.

10. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben und wobei die erste Höhe des Anodenstromsammlers kürzer ist als die zwei te Höhe des langgestreckten Streifens aus Alkalimetall.

11. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei die erste Länge etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, et wa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die zweite Länge ist.

12. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

13. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei der Kato denstromsammler aus Titan besteht.

14. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei das Kato denmaterial ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

15. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

16. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei das Binde mittel PTFE ist.

17. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei der Leitfä higkeitsverstärker leitfähiger Kohlenstoff ist.

18. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei der Separa tor die Anodenbaugruppe bedeckt und einen Verschluß um die se herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.

19. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben und wobei die erste Länge des Anodenstromsammlers kürzer ist als die dritte Länge des Katodenstromsammlers.

20. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 19, wobei die erste Länge etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, et wa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die dritte Länge ist.

21. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 19, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

22. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 19, wobei der Kato denstromsammler aus Titan besteht.

23. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 19, wobei das Kato denmaterial ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

24. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 19, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

25. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 19, wobei das Binde mittel PTFE ist.

26. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 19, wobei der Leitfä higkeitsverstärker leitfähiger Kohlenstoff ist.

27. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 19, wobei der Separa tor die Anodenbaugruppe bedeckt und einen Verschluß um die se herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.

28. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben und wobei die erste Höhe des Anodenstromsammlers kürzer ist als die drit te Höhe des Katodenstromsammlers.

29. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 28, wobei die erste Höhe etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, etwa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die dritte Höhe ist.

30. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 28, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

31. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 28, wobei der Kato denstromsammler aus Titan besteht.

32. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 28, wobei das Kato denmaterial ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

33. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 28, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

34. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 28, wobei das Binde mittel PTFE ist.

35. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 28, wobei der Leitfä higkeitsverstärker leitfähiger Kohlenstoff ist.

36. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 28, wobei der Separa tor die Anodenbaugruppe bedeckt und einen Verschluß um die se herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.

37. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben, wobei die er ste Länge des Anodenstromsammlers kürzer ist als die zweite Länge des langgestreckten Streifens aus Alkalimetall und wobei die erste Höhe des Anodenstromsammlers kürzer ist als die zweite Höhe des langgestreckten Streifens aus Alkalime tall.

38. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 37, wobei die erste Höhe etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, etwa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die zweite Höhe ist.

39. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 37, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

40. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 37, wobei der Kato denstromsammler aus Titan besteht.

41. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 37, wobei das Kato denmaterial ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

42. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 37, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

43. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 37, wobei das Binde mittel PTFE ist.

44. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 37, wobei der Leitfä higkeitsverstärker leitfähiger Kohlenstoff ist.

45. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 37, wobei der Separa tor die Anodenbaugruppe bedeckt und eine Dichtung um diese herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.

46. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben, wobei die er ste Länge des Anodenstromsammlers kürzer ist als die zweite Länge des langgestreckten Streifens aus Alkalimetall und wobei die erste Länge des Anodenstromsammlers kürzer ist als die dritte Länge des Katodenstromsammlers.

47. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 46, wobei die erste Länge etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, et wa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die dritte Länge ist.

48. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 46, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

49. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 46, wobei der Kato denstromsammler aus Titan besteht.

50. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 46, wobei das Kato denmaterial ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

51. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 46, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

52. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 46, wobei das Binde mittel PTFE ist.

53. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 46, wobei der Leitfä higkeitsverstärker leitfähiger Kohlenstoff ist.

54. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 46, wobei der Separa tor die Anodenbaugruppe bedeckt und eine Dichtung um diese herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.

55. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben, wobei die er ste Länge des Anodenstromsammlers kürzer ist als die zweite Länge des langgestreckten Streifens aus Alkalimetall und wobei die erste Höhe des Anodenstromsammlers kürzer ist als die dritte Höhe des Katodenstromsammlers.

56. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 55, wobei die erste Länge etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, et wa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die zweite Länge ist.

57. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 55, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

58. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 55, wobei der Kato denstromsammler aus Titan besteht.

59. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 55, wobei das Kato denmaterial ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

60. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 55, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

61. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 55, wobei das Binde mittel PTFE ist.

62. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 55, wobei die erste Höhe etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, etwa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die dritte Höhe ist.

63. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 55, wobei der Separa tor die Anodenbaugruppe bedeckt und einen Verschluß um die se herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.

64. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben, wobei die er ste Höhe des Anodenstromsammlers kürzer ist als die zweite Höhe des langgestreckten Streifens aus Alkalimetall und wo bei die erste Länge des Anodenstromsammlers kürzer ist als die dritte Länge des Katodenstromsammlers.

65. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 64, wobei die erste Länge etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, et wa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die dritte Länge ist.

66. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 64, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

67. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 64, wobei der Kato denstromsammler aus Titan besteht.

68. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 64, wobei das Kato denmaterial ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

69. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 64, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

70. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 64, wobei die erste Höhe etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, etwa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die zweite Höhe ist.

71. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 64, wobei der Leitfä higkeitsverstärker leitfähiger Kohlenstoff ist.

72. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 64, wobei der Separa tor die Anodenbaugruppe bedeckt und einen Verschluß um die se herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.

73. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben, wobei die er ste Höhe des Anodenstromsammlers kürzer ist als die zweite Höhe des langgestreckten Streifens aus Alkalimetall, wobei die erste Länge des Anodenstromsammlers kürzer ist als die dritte Länge des Katodenstromsammlers und wobei die erste Höhe des Anodenstromsammlers kürzer ist als die dritte Höhe des Katodenstromsammlers.

74. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 73, wobei die erste Länge etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, et wa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die dritte Länge ist.

75. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 73, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

76. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 73, wobei der Kato denstromsammler aus Titan besteht.

77. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 73, wobei das Kato denmaterial ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

78. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 73, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

79. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 73, wobei die erste Höhe etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, etwa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die dritte Höhe ist.

80. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 73, wobei der Leitfä higkeitsverstärker leitfähiger Kohlenstoff ist.

81. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 73, wobei der Separa tor die Anodenbaugruppe bedeckt und einen Verschluß um die se herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.

82. Elektrodenbaugruppe für eine elektrochemische Zelle, mit:

wobei die Anoden- und die Katodenbaugruppe eine unidirek tionale Elektrodenwicklung bilden, die zwei im wesentlichen gerade Seiten hat, wobei die Baugruppen wenigstens einen zwischen ihnen angeordneten Separator haben, wobei die er ste Länge des Anodenstromsammlers kürzer ist als die dritte Länge des Katodenstromsammlers und wobei die erste Höhe des Anodenstromsammlers kürzer ist als die dritte Höhe des Ka todenstromsammlers.

83. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 82, wobei die erste Länge etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, et wa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die dritte Länge ist.

84. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 82, wobei der Anoden stromsammler aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Nickel, Kupfer und Legierungen derselben besteht.

85. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 82, wobei der Kato denstromsammler aus Titan besteht.

86. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 82, wobei das Kato denmaterial ein festes, reaktives Material, ein Bindemittel und einen Leitfähigkeitsverstärker umfaßt.

87. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 82, wobei das feste, reaktive Material Silbervanadiumoxid ist.

88. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 82, wobei die erste Höhe etwa 90%, etwa 80%, etwa 70%, etwa 60%, etwa 50%, etwa 40%, etwa 30%, etwa 20%, etwa 15%, etwa 10% oder etwa 5% kürzer als die dritte Höhe ist.

89. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 82, wobei der Leitfä higkeitsverstärker leitfähiger Kohlenstoff ist.

90. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 82, wobei der Separa tor die Anodenbaugruppe bedeckt und einen Verschluß um die se herum bildet, wobei die Tasche eine Öffnung hat, durch die wenigstens der erste Verbinderlappen vorsteht.