CN103339772A

CN103339772A - 用于电池单元的结构化的避雷器

Info

Publication number: CN103339772A
Application number: CN2011800669176A
Authority: CN
Inventors: R.奥迈耶
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-10-02
Also published as: US20140023923A1; WO2012107129A1; JP2014508382A; KR20140038939A; DE102011003722A1; EP2673824A1

Abstract

本发明涉及一种用于电池单元的避雷器，其中该避雷器基本上由导电箔形成，其特征在于，导电箔具有结构元件，所述结构元件相对于箔的基面增大在该箔与覆盖该箔的活性物质之间的有效接触面。此外，本发明还涉及一种用于制造相对应的避雷器的方法以及一种具有这种避雷器的电池单元。

Description

用于电池单元的结构化的避雷器

技术领域

背景技术

电池单元长期以来在现有技术中被用作电能的蓄能器。电池单元在本发明的意义下不仅应被理解为电池而且应被理解为蓄电池。公知了用于存储电能的电池单元，所述电池单元由一个或多个存储单元构造，在所述存储单元中在施加充电电流时，在阳极与阴极之间的电化学充电反应中的在电解质中的或在电解质之间的电能被转换成化学能并且因此所述电能被存储，而在所述存储单元中，在施加电负载时，化学能在电化学放电反应中被转换成电能。蓄电池在此允许更多充电和放电循环，而电池通常仅须被充电一次并且在其放电之后须被清除。最近数年，基于锂化合物的电池单元增加重要性。这种基于锂的电池具有高能量密度和热稳定性，在低的自放电的情况下提供恒定的电压并且没有所谓的记忆效应。在此，公知的是，以薄板形式制造电池单元并且尤其是制造锂电池单元。在这种单元中，阴极材料和阳极材料、集流器（以下称作避雷器）和隔离器以薄箔形式适当地被摞起来（被堆叠）并且被封装到阻挡箔（Huellfolie）中。阴极和阳极在此由避雷器和在其上在单侧或者在双侧涂覆的活性物质形成。阴极或阳极的避雷器在该单元的边缘处侧向伸出来并且这样可以以带电的方式接触。这种锂离子电池或蓄电池目前作为蓄能器被使用在多种产品中。公知了这种蓄能器例如在便携式计算机系统或者电信的领域中的使用。当前也集约地讨论这种蓄能器在汽车领域中作为机动车中的驱动电池的使用。在多个充电循环上在活性物质与电极之间的良好的接触在此尤其是对于电池单元的长的持久性而言是需要的。

德国专利文献DE 69429153 T2公开了一种配备有印制导线的多孔金属薄片和一种用于制造该多孔金属薄片的方法，并且尤其是公开了一种配备有印制导线的多孔金属薄片，该金属薄片优选地被用作电池的螺旋形的电极板。为了将多孔金属薄片用作螺旋形的电极板（该多孔金属薄片通过使用多孔垫（例如泡沫化的垫）、一块非织物部分材料和筛网形成或者仅仅通过这三种垫类型之一形成），活性物质被填充到多孔金属薄片的孔中。以这种方式，由连续实心金属构成的并且用作用于收集电流的收集元件的印制导线沿着螺旋形的电极的周边缘而形成。

发明内容

利用本发明建议了一种用于电池单元的避雷器，其中该避雷器基本上由导电箔形成，该避雷器的特征在于导电箔具有结构元件，所述结构元件相对于箔的基面增大在箔与覆盖箔的活性物质之间的有效接触面。

优选地，导电箔在这种情况下为金属箔。

通过由根据本发明要设置的结构元件引起的在箔与活性物质之间的较大的有效接触面导致在避雷器与活性物质之间的改善的粘附。此外，在避雷器与活性物质之间的接触电阻降低。这和被改善的粘附对所述单元的更高的持久性和使用寿命有裨益。

在本发明的扩展方案中，结构元件被构造为基本上均匀分布到箔的基面上的突起部（Erhebung）。由此，进一步改善了在活性物质与避雷器之间的粘附。

在本发明的另一种扩展方案中，结构元件具有从箔的基面的平面中的最大突起部，该突起部小于箔的厚度和在其上涂覆的活性物质的厚度之和。在一种优选的扩展方案中，结构元件要被构造在箔的两侧。进一步优选地，在导向凸肩（Ableitfahne）的区域中的每单位面积的结构元件的数目减小，以便可以吸收在所述单元充电时和/或放电时在该部位出现的较高的电流密度。优选地，结构元件的基面与高度之比为使得避雷器的箔材料仅被伸展而未撕裂，以致避免了孔。

根据本发明，结构元件可以利用辊和/或冲头被引入箔中。辊和/或冲头的用于压制（Auspraegung）结构元件的突起部优选地在其尖端部处被倒圆，以便避免在结构元件的区域中在箔中形成孔。

通过结构元件增大的避雷器表面导致在避雷器与活性材料之间的改善的粘附，由此减小了在避雷器与活性物质之间的接触电阻。由此，改善了电池单元的持久性和使用寿命。

在本发明的另一种扩展方案中，结构元件具有从箔的基面的平面出来的最大突起部，该最大突起部大于或等于箔的厚度和在其上涂覆的活性物质的厚度之和。在这种情况下特别优选的是，箔在结构元件的区域中具有穿孔。该类型的根据本发明要设置的结构元件例如可以借助辊、冲头或者冲压机被引入到避雷器的箔材料中，其中该工具的突起部被构造为销钉，该销钉引入到箔材料中。优选地，这些销钉在其尖端部被配备有切割部（Schneiden），以便使得引入箔材料变得容易。进一步优选地，每个销钉的切割部的数目≥3。

根据本发明，可以设置的是，销钉借助切割部将箔材料向上弯曲，使得向上弯曲的区段的高度比完成砑光的电极的厚度大很多，如活性材料在砑光步骤中被挤压在一起那样，例如为0.1mm到0.2mm。在砑光步骤中，向上弯曲的区段接着至少部分地朝着活性物质弯曲，这导致避雷器上的活性物质的机械夹紧。这同样导致在避雷器与活性材料之间的改善的粘附，由此减小了在避雷器与活性物质之间的接触电阻。

在本发明的另一扩展方案中，避雷器不仅具有结构元件，所述结构元件具有从箔的基面的平面出来的最大突起部，该最大突起部小于箔的厚度与在其上涂覆的活性物质的厚度之和，而且该避雷器具有这种结构元件，所述结构元件具有从箔的基面的平面出来的最大突起部，该最大突起部大于或等于箔的厚度与在其上涂覆的活性物质的厚度之和并且导致该区域中的箔材料的穿孔或向上弯曲。通过该组合不仅实现了在避雷器与活性物质之间的增大的粘附面，而且实现了活性物质在避雷器上的机械夹紧。

此外，利用本发明建议了一种用于制造电池单元的电极的方法，其具有如下方法步骤：

- 提供导电箔；

- 将结构元件引入箔中，其中结构元件，其中结构元件具有从箔的基面的平面出来的最大突起部，该最大突起部小于箔的厚度与在其上涂覆的活性物质的厚度之和，并且所述箔在结构元件的区域中没有穿孔和/或结构元件具有从箔的基面的平面出来的最大突起部，该最大突起部大于或等于箔的厚度与在其上涂覆的活性物质的厚度之和，并且所述箔在结构元件的区域中具有穿孔而且结构元件规则地分布到箔的基面上地被布置；

- 将活性物质涂覆到结构化的箔上；以及

- 将活性物质按压到结构化的箔上。

在根据本发明的方法的一种扩展方案中，结构元件借助辊、冲头和/或冲压机被引入到箔中。

在该方法的另一扩展方案中，以如下方式将活性物质按压到结构化的箔上：结构元件的从所涂覆的活性物质突出的区段朝着活性物质弯曲。

最后，本发明的任务也通过如下电池单元来解决，该电池单元具有至少一个前面所描述类型的避雷器，所述避雷器优选地借助如前面所描述的方法来制造。

附图说明

以下依据实施例以及附图更为详细地描述了本发明。

图1示出了根据本发明的避雷器的示意性视图；

图2示出了由根据本发明的避雷器和活性物质形成的电极；

图3示出了根据本发明要设置的结构元件的详细视图；

图4示出了另一根据本发明要设置的结构元件的详细视图；以及

图5示出了在砑光步骤之前和之后的由根据本发明的避雷器和活性物质形成的电极。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的避雷器100的示意性视图。该避雷器由导电金属箔200形成，在该导电金属箔200上以每隔一定距离分布的方式布置有结构元件300。结构元件300具有从箔200的基面的平面出来的最大突起部，该最大突起部小于箔200的在图2中所示的厚度220和在其上涂覆的活性物质400的厚度410之和。避雷器100在上部区域中具有导向凸肩700，通过该导向凸肩700可以电接触避雷器。在避雷器的区域中，每个面的结构元件300的数目比在避雷器100的其余区域中小，以便可以吸收在电池单元充电和/或放电时在该部位出现的较高的电流密度，在电池单元中设置有避雷器100。结构元件300的基面与高度之比优选地使得在其上有箔200的材料仅被伸展而未撕裂，使得避免了孔。结构元件300在箔200的两侧上凸起，使得为涂覆到两侧上的活性材料提供更大的粘附面。为了将结构元件300引入到箔200中，该箔200可以借助辊和/或冲头被结构化。辊和/或冲头的用于压制结构元件300的突起部优选地在其尖端部处被倒圆，以便避免在结构元件的区域中在箔中形成孔。

图2示出了由根据本发明的避雷器和活性物质400形成的电极800。在两侧根据本发明利用结构元件结构化的具有厚度210的避雷器100上涂覆有具有物质410的活性物质400。导电箔200中的结构元件300被构造为使得其高度小于所涂覆的物质400的高度410，更确切地说，在砑光步骤之后，在该砑光步骤中活性物质400与避雷器100挤压在一起。根据本发明可以设置，至少部分地在避雷器的两侧上涂覆不同的物质。

图3示出了根据本发明要设置的结构元件300的详细视图。为了将结构元件300引入到箔材料中，可以设置，箔200通过辊和/或冲头来引导，辊和/或冲头具有结构元件300的所期望的形状的阳模（Gestalt des Positiv）并且拥有被倒圆的尖端部。在这种情况下，结构元件的基面与高度h之比优选地使得避雷器的箔材料仅被伸展而未撕裂，以致避免了孔。

图4示出了另一根据本发明要设置的结构元件310的详细视图。在结构元件310的情况下，从箔200的基面的平面出来的最大突起部大于或等于箔200的厚度220和在其上涂覆的活性物质400的厚度410之和。在结构元件310的区域中，箔200被穿孔，使得结构元件310的翼形部330伸进到要涂覆的活性物质400中或甚至伸出到要涂覆的活性物质400上，如其在图5中所示出的那样。这些结构元件优选地借助冲头或者辊可以被引入到箔200中。在对由避雷器100和被涂覆到其上的活性物质形成的电极砑光之后和/或其期间，伸进到活性物质400中的翼形部330朝着活性物质400弯曲，使得活性物质借助弯曲的翼形部330以夹子的方式来保持。由此，改善了在避雷器100与在其上涂覆的活性物质400之间的机械粘附。

Claims

1.一种用于电池单元的避雷器（100），其中，避雷器（100）基本上由导电箔（200）形成，其特征在于，导电箔（200）具有结构元件（300，310），所述结构元件（300，310）相对于箔（200）的基面增大了在箔（100）与覆盖所述箔的活性物质（400）之间的有效接触面。

2. 根据权利要求1所述的避雷器（100），其中，结构元件（300，310）被构造为基本上均匀地分布到箔（200）的基面上的突起部。

3.根据前述权利要求之一所述的避雷器（100），其中，结构元件（300）具有从箔（200）的基面的平面出来的最大突起部，所述最大突起部小于箔（200）的厚度（220）与在所述箔（200）上涂覆的活性物质（400）的厚度（410）之和。

4.根据前述权利要求之一所述的避雷器（100），其中，箔（200）在引导凸肩（700）的区域中每单位面积具有比在避雷器（100）的其余区域中更少数目的结构元件（300，310）。

5.根据前述权利要求之一所述的避雷器（100），其中，结构元件（310）具有从箔（200）的基面的平面出来的最大突起部，所述最大突起部大于或等于箔（200）的厚度（220）与在所述箔（200）上涂覆的活性物质（400）的厚度（410）之和。

6.根据前述权利要求之一所述的避雷器（100），其中，箔（200）在结构元件（310）的区域中具有穿孔。

7.一种电池单元，其具有至少一个根据权利要求1至6之一所述的避雷器（100）。

8.一种用于制造用于电池单元的电极（600）的方法，其具有如下方法步骤：

- 提供导电箔（200）；

- 将结构元件（300，310）引入到箔（200）中，其中结构元件（300，310），其中结构元件（300）具有从箔（200）的基面的平面出来的最大突起部，该最大突起部小于箔（200）的厚度（220）与在所述箔（200）上涂覆的活性物质（400）的厚度（410）之和，并且箔（200）在结构元件（300）的区域中没有穿孔和/或结构元件（310）具有从箔（200）的基面的平面出来的最大突起部，该最大突起部大于或等于箔（200）的厚度（220）与在所述箔（200）上涂覆的活性物质（400）的厚度（410）之和，并且箔（200）在结构元件（310）的区域中具有穿孔，而且结构元件（300，310）规则地分布到箔（200）的基面上地被布置；

- 将活性物质（400）涂覆到结构化的箔（200）上；以及

- 将活性物质（400）按压到结构化的箔（200）上。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，结构元件（300，310）借助辊、冲头和/或冲压机被引入到箔（200）中。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，以如下方式将活性物质（400）按压到结构化的箔上：结构元件（310）的从所涂覆的活性物质（400）突出的区段（330）朝着活性物质（400）弯曲。