具有帶有管狀的凸出部的殼體的電池單池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池單池、特別是鋰離子電池單池，所述電池單池具有電極總裝(Elektrodenensemble)和殼體，并且本發(fā)明涉及一種用于制造根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的電池單池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電池單池是電化學(xué)的儲能器，所述儲能器在其放電時(shí)將存儲的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能。日益明顯的是，在將來新的電池系統(tǒng)不僅使用在靜止的應(yīng)用中、例如用在風(fēng)力發(fā)電站中，而且使用在被設(shè)計(jì)為混合動(dòng)力車或電動(dòng)車的機(jī)動(dòng)車中以及電氣設(shè)備中，在可靠性、安全性、有效功率和使用壽命方面對所述電池系統(tǒng)提出了十分高的要求。由于其較大的能量密度而特別將鋰離子電池作為儲能器用于電驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車。
[0003]在KR 20050121897中公開了一種具有殼體的棱柱形的二次電池，所述殼體由敞開的棱柱形的容器和頂蓋構(gòu)成。所述容器與頂蓋如此連接，使得環(huán)繞的凸出部圍繞電池延伸。
[0004]在JP H09213284中公開了一種由兩個(gè)半殼體構(gòu)成的殼體，所述半殼體分別包括一個(gè)底面和兩個(gè)側(cè)面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明，提供了具有獨(dú)立權(quán)利要求所表征的特征的、帶有電極總裝和殼體的電池單池以及用于制造這種具有獨(dú)立權(quán)利要求所表征的特征的電池單池的方法。這特別基于以下事實(shí):電池單池包括帶有一底面、至少四個(gè)側(cè)面和一頂面的殼體，其中所述殼體具有管狀的凸出部。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的電池單池帶來可十分好的體積比能量比率(Volumen-zu-Energie-Verhaltnis)的優(yōu)點(diǎn)，從而殼體內(nèi)部的空間被最優(yōu)地利用。此外，堅(jiān)固的殼體為電池單池提供了機(jī)械保護(hù)。同樣有利的是，根據(jù)本發(fā)明的電池單池可以通過殼體有效地冷卻，并且此外允許簡單且廉價(jià)地制造。
[0007]上述電池單池的其他有利的實(shí)施方式從從屬權(quán)利要求中得出。
[0008]因此，有利的是，在一種實(shí)施方式中將管狀的凸出部定位在兩個(gè)對置的殼體面上，因?yàn)檫@樣可以實(shí)現(xiàn)十分有利地裝配由相應(yīng)的電池單池構(gòu)成的模塊，其中電池單池通過夾緊而互相接觸。在另一有利的實(shí)施方式中，在同一模塊殼體內(nèi)布置了至少兩個(gè)電池單池，在所述模塊殼體內(nèi)電池單池通過夾緊相互接觸。
[0009]在另一實(shí)施方式中有利的是，管狀的凸出部定位在同一殼體面上，因?yàn)殡姵貑纬乜梢杂纱死缭趯χ玫膫?cè)上被冷卻，并且此外可以直接鄰接其他電池單池，這節(jié)省了空間。
[0010]此外有利的是，管狀的凸出部包括與電池單池的殼體一樣的材料，因?yàn)楸匾獣r(shí)在制造時(shí)僅需要一個(gè)成形件，例如在對部件進(jìn)行注塑時(shí)。在分開地制造殼體與管狀的凸出部的情況下，有利的是，將由相同材料構(gòu)成的部件持久地結(jié)合在一起通常比由不同的材料構(gòu)成的部件的情況更簡單。
[0011]包括陽極、分離器和陰極的電極總裝被定位在根據(jù)本發(fā)明的電池單池的殼體中。陽極和陰極分別具有至少各一個(gè)接觸耳片，所述接觸耳片在剪切陽極箔和陰極箔時(shí)被分開，并且用于接觸電池單池。
[0012]有利的是，將接觸耳片定位在管狀的凸出部內(nèi)，因?yàn)樵陔姵貑纬氐膬?nèi)部中由此有更多的空間可供電極總裝使用，由此相比于沒有管狀的凸出部的電池單池明顯提高了體積比能量比率。
[0013]就纏繞的電極總裝而言，陽極、分離器和陰極疊置地堆疊并且然后被卷起。替代地，電極總裝以堆疊的形式而存在。
[0014]如果電極總裝纏繞地存在并且如果對于每個(gè)纏繞的位置都使用各一個(gè)接觸耳片，那么例如相比于常規(guī)的圓形單池，得到了特別好的高電流能力(Hochstromf jihigkeit)的優(yōu)點(diǎn)，在所述圓形單池中對于纏繞的電極總裝的所有位置正好使用一個(gè)接觸耳片?！昂玫母唠娏髂芰Α钡奶卣髟谟?，電池單池具有小的內(nèi)阻，由此即使在十分高的電流量(Stromraten)、例如其八倍的單池容量、即在10Ah的單池中具有超過80A的電流量的情況下，所述電池單池也不會顯著變熱。由于與例如每個(gè)纏繞的位置的接觸耳片的接觸不會產(chǎn)生大的電流，這會有利地影響電流密度分布。
[0015]有利的是，管狀的凸出部各具有一個(gè)開口，因?yàn)殡姵貑纬乜梢酝ㄟ^開口電接觸。具有開口的管狀的凸出部承擔(dān)常規(guī)的電池終端的功能。此外特別有利的是，將管蓋(Tubusdeckel)安裝到管狀的凸出部的開口上，因?yàn)殡姵貑纬匾赃@種方式被密封地封閉。
[0016]在另一實(shí)施方式中有利的是，在管狀的突出部的開口與頂蓋之間安裝至少一個(gè)密封件，因?yàn)檫@樣保證了管狀的凸出部的開口的最佳的密封。鑒于對電池單池的安全性要求這恰好是有利的。
[0017]此外有利的是，密封件包括彈性體，特別是熱塑性的彈性體(TPE)、氟橡膠(FKM)、含氟彈性體(Fluorelastomer)、聚氨酯(PU)、全氟燒氧基樹脂(PFA)和/或聚苯硫醚(PPS)o這些材料由于其特性而十分有效地密封，因?yàn)樗霾牧夏軌蛟诶ω?fù)荷和壓力負(fù)荷的情況下發(fā)生彈性變形，但是接下來又呈現(xiàn)出其原始的未形變的形態(tài)。
[0018]在一種實(shí)施方式中有利的是，管狀的凸出部的開口利用管蓋通過卷邊或翻邊來密封。這是一種接合方法，其中兩個(gè)部件通過彈性變形彼此連接。相比于熔焊法通過在重疊區(qū)域內(nèi)卷邊或翻邊不會產(chǎn)生隆起或突起，這例如在安裝電池單池時(shí)發(fā)揮作用。此外，在卷邊過程或翻邊過程中不產(chǎn)生相應(yīng)的、導(dǎo)致單池殼體變形的熱。此外，翻邊對接焊縫(B5rdelnaht)具有高的機(jī)械穩(wěn)定性。由此，電池單池可以承受高的機(jī)械負(fù)荷，而不損壞管狀的凸出部與管蓋之間的連接。此外，翻邊對接焊縫可以被十分簡單且廉價(jià)地制造。
[0019]在另一實(shí)施方式中，管蓋可以附加地或替代地粘接到管狀的凸出部上。在此有利的是，殼體部件不遭受高的溫度，并且同時(shí)粘合連接部可以作為密封件起作用。此外有利的是，在粘合方法中，不出現(xiàn)接合件的弱化。粘合連接部必要時(shí)可以是彈性的、可以阻尼振動(dòng)并且還價(jià)格低廉。
[0020]同樣有利的是，通過激光焊接將管蓋安裝到管狀的凸出部上，因?yàn)橛捎谠诩す夂附訒r(shí)的小的熱影響以及非常精確的能量輸入而幾乎不發(fā)生工件的結(jié)構(gòu)變化，由此使得連接十分穩(wěn)定。
[0021]在一種替代的實(shí)施方式中有利的是，管狀的凸出部構(gòu)造為圓柱形并且包括螺紋，管蓋被旋到所述螺紋上。采用該種方式可以實(shí)現(xiàn)管狀的凸出部與管蓋的十分密封且穩(wěn)定的連接。同樣有利的是，在另一實(shí)施方式中管蓋不伸出高過管狀的凸出部，并且由此在電連接電池單池時(shí)可以例如節(jié)省絕緣材料。但是替代地，管蓋也可以伸出高于管狀的凸出部。
[0022]此外有利的是，管蓋由與接觸耳片相同的材料制成或者管蓋的材料對于電流而言至少可導(dǎo)電，因?yàn)橛谑墙佑|耳片的接觸可以在管蓋的內(nèi)側(cè)上進(jìn)行，并且可以在電池單池的管蓋的外側(cè)上截止電流。接觸耳片的材料例如是銅和/或鋁。因此有利的是，管蓋例如包括銅和/或鋁和/或不銹鋼。
[0023]此外，鋁提供的優(yōu)點(diǎn)是:鋁輕且價(jià)格低廉，還可以大批量供貨。而銅和不銹鋼在其耐腐蝕性方面是有利的，這特別地隨之帶來了高的使用壽命。此外，銅可以較好地加工并且還可以在低溫度時(shí)最佳地變形。
[0024]在接觸耳片接觸到管蓋上時(shí)有利的是，不需要其他部件并且管蓋不僅形成電連接而且還形成管狀的凸出部的保護(hù)層(Abdeckung)。
[0025]例如有利的是，接觸耳片與管蓋通過超聲波焊接進(jìn)行連接，因?yàn)檫@種方法在高的經(jīng)濟(jì)性方面允許小的焊接時(shí)間。替代地，接觸也可以通過激光焊接來進(jìn)行，其中相比于其他焊接方法能量被更小且更集中地引入到工件中。同樣地可以通過冷接合進(jìn)行接觸，其中這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:待接合的工件不發(fā)生變形，因?yàn)闆]有發(fā)生熱引入。替代地，接觸耳片與管蓋的接觸也可以通過滾壓包層法(Walzplattieren)或者擠壓來實(shí)現(xiàn)，其中形成了持久的連接，而不需要如例如在焊接方法中的情況那樣的、附加的能量。
[0026]用于制造根據(jù)本發(fā)明的電池單池的方法是有利的，其中至少一個(gè)接觸耳片的接觸可以在對管狀的凸出部的開口密封之前進(jìn)行。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，至少一個(gè)接觸耳片的接觸與管狀的凸出部的開口的密封同時(shí)進(jìn)行。由此可以精簡額外的工作步驟并且節(jié)省組裝電池單池時(shí)的時(shí)間。
[0027]在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，殼體由半殼體構(gòu)成。在此，殼體的簡單的結(jié)構(gòu)是有利的，這不僅使殼體的安裝簡單而且精簡了制造時(shí)的工作步驟，因?yàn)閮蓚€(gè)半殼體例如在相同的注塑模具內(nèi)被相同地制造。所述半殼體特別地包括塑料，由此使得殼體相比于例如金屬殼體更輕，并且盡管如此仍然具有堅(jiān)硬的表面，從而保護(hù)電池單池免受機(jī)械式的影響。
【附圖說明】
[0028]在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施方式并且在下面的【附圖說明】中對其詳細(xì)解釋。在附圖中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明的電池單池的殼體的水平剖面的示意圖，所述電池單池在兩個(gè)對置的殼體面上具有管狀的凸出部，
圖2為具有接觸耳片的半殼體的示意圖，所述接觸耳片指向兩個(gè)相反的方向，
圖3在3D視圖中示出了具有管狀凸出部的根據(jù)本發(fā)明的電池單池的半殼體的示意圖，圖4在3D視圖中示出了具有管狀凸出部的由兩個(gè)半殼體構(gòu)成的根據(jù)本發(fā)明的電池單池的殼體的示意圖，
圖5在用于密封管狀的凸出部的第一變型方案中示出了根據(jù)本發(fā)明的電池單池的水平剖面的示意圖， 圖6在用于密封管狀的凸出部的第二變型方案中示出了根據(jù)本發(fā)明的電池單池的水平剖面的示意圖，
圖7為在同一殼體面上具有管狀的凸出部的根據(jù)本發(fā)明的電池單池的水平剖面的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]在圖1中示出了電池單池的殼體1的水平剖面，所述殼體在兩個(gè)對置的側(cè)上各具有一管狀的凸出部3。管狀的凸出部3分別具有一開口 7。優(yōu)選地，電極總裝的接觸耳片定位在管狀的凸出部3中，從而在電池單池的內(nèi)部中有更多的空間可供電極總裝使用。
[0030]殼體1例如由鋁、鋼或者其他金屬