CN104103780B - 具有由至少两个部件组成的盖部的电池电芯及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池电芯（45），其包括电池电芯壳体（41）和盖部（40），利用盖部可封闭电池电芯壳体（41）。电池电芯（45）还包括两个电池电芯端子（11、12），电池电芯（45）可通过所述两个电池电芯端子与电池系统相连接；并且包括带有正电极（8）和负电极（9）的电极线圈（7），正电极和负电极布置在电池电芯壳体（41）之内并且分别通过在电池电芯壳体（41）之内的电流路径与相应的电池电芯端子（11、12）连接。根据本发明，盖部（40）由至少一个导电的第一和第二盖部件（24、26）组合而成，其中第二盖部件（26）布置在第一盖部件（24）之内并且第一和第二盖部件（24、26）彼此电绝缘。本发明还涉及一种用于制造电池电芯（45）的方法。

Description

具有由至少两个部件组成的盖部的电池电芯及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电池电芯，其具有盖部，该盖部由至少一个导电的第一和第二盖部件组合而成，其中，第二盖部件布置在第一盖部件之内并且第一盖部件和第二盖部件彼此电绝缘，本发明还涉及一种用于制造电池电芯的方法。
背景技术
越来越显著的是，未来不仅在静态的应用中而且在车辆中越来越多地使用新型电池系统，在该电池系统中特别地连接有多个锂离子电池电芯。这种锂离子电池电芯相对于湿气的渗入非常敏感，因此其在现有技术中常常具有支撑电池电芯内部结构的硬壳壳体，其也作为Hardcase已知。
此后被称为电池电芯壳体的该硬壳壳体形成当今的电池电芯的主要组成部分，此外，尤其是电池电芯的内部结构、大多数情况下一个或多个所谓的电池电芯线圈以及利用其可封闭带有电池电芯内部结构的电池电芯壳体的盖部属于所述主要组成部分。电池电芯壳体和盖部的壁厚尤其取决于用于电池电芯壳体和盖部的材料，并且在0.4mm至2mm之间变化。在现有技术的电池电芯的制造工艺的过程中，盖部与电池电芯壳体焊接在一起，由此盖部可导电地与电池电芯壳体相连接。然而，事先必须使盖部设有电池电芯端子、电池电芯端子穿过盖部的穿过部以及用于使两个穿过部中的至少一个电绝缘的装置和措施以及所谓的电流集电器，该电流集电器提供在电极和电池电芯端子之间的电流路径。
因此，为了装配或制造盖部，需要多个必须在高成本的工艺中相互连接的结构元件。尤其是对于实现至少一个用于电池电芯端子之一的穿过部的电绝缘以及对于该穿过部的防止湿气渗入的与其连接的密封，在现有技术中一方面表现为相对高的构件成本并且另一方面表现为相对高的加工技术成本。
例如，文献CN000102214840A公开了一种锂离子电池，其通过使用带有正的温度系数的材料而部分地绝缘。在这种电池中也存在由多个组件组成的外部结构。
发明内容
根据本发明提供一种电池电芯，其包括电池电芯壳体以及盖部，利用该盖部可封闭电池电芯壳体。此外，电池电芯包括两个电池电芯端子，电池电芯可通过这两个电池电芯端子与电池系统相连接，并且，该电池电芯包括带有正电极和负电极的电极线圈，该正电极和负电极布置在电池电芯壳体之内并且分别通过在电池电芯壳体之内的电流路径与相应的电池电芯端子相连接。根据本发明，盖部由至少一个导电的第一和第二盖部件组合而成，其中，第二盖部件布置在第一盖部件之内并且第一和第二盖部件彼此电绝缘。
在如此实施的电池电芯中显著减小了其制造成本。特别是明显简化且在减小的加工技术成本的情况下实现了电池电芯的盖部连同与其相连接的组件的组装和制造。此外，如此实施的电池电芯非常好地被保护以防湿气渗入。在如此实施的电池电芯中，第二盖部件也可在其在盖部之内的位置中非常良好地与电池电芯的相应的应用方式相匹配。
优选地，电池电芯壳体与第一盖部件导电地相连接并且与第二盖部件电绝缘。由此，电池电芯壳体被置于第一盖部件的电势上，而同时电池电芯壳体被密封以防湿气渗入。
在优选的实施方式中，第一电池电芯端子与第一盖部件导电地相连接，而第二电池电芯端子与第二盖部件导电地相连接。换句话说，第一电池电芯端子直接且导电地与第一盖部件相连接，例如相焊接。那么，与在现有技术中的通常情况不同地，第一和/或第二电池电芯端子不必复杂地被引导穿过被置于电池电芯的盖部中的穿过部，这显著简化了电池电芯的组装或加工。此外优选地，第一电池电芯端子仅仅导电地与第一盖部件相连接，而第二电池电芯端子仅仅导电地与第二盖部件相连接。
优选地，第一盖部件与自身与正电极导电地连接的电池电芯端子相连接。由此，第一盖部件、进而（如果连接的话）电池电芯壳体也以有利地方式导电地与电池电芯的正电极或正电势相连接，这通过正电极、第一盖部件和与正电极相连接的电池电芯端子的简单的导电的接触或连接实现。优选地，第二盖部件形成在第一盖部件之内的区域并且第二电池电芯端子完全布置在由第二盖部件形成的区域之内或与该区域相连接。
优选地，用于至少部分地构成第一盖部件的材料相应于用于构成与第一盖部件导电地连接的正电极或负电极的材料。
此外优选地，用于至少部分地构成第二盖部件的材料相应于用于构成与第二盖部件导电地连接的正电极或负电极的材料。
在优选的实施方式中，用于正电极和/或负电极的材料从包括铝、铜和不锈钢的组中选择。通过为第一和/或第二盖部件选择也用于实现正电极和/或负电极或与电极相连接的导电膜的材料，改进了电池电芯的电性能。此外优选地，为了实现第一和/或第二盖部件使用这样的材料或原材料，即，其相对于由于在电池电芯之内的电化学的反应或过程发生的腐蚀过程具有高的稳定性。
优选地，第一和第二盖部件彼此电绝缘并以防止湿气渗入密封的方式借助于纳米模制相互连接。通过纳米模制实现了在材料之间非常牢固的在纳米平面上形状配合的连接。
在更为优选的实施方式中，电池电芯包括排气元件，其布置在第一和/或第二盖部件之内。
在该实施方式的优选的改进方案中，该排气元件实施成破裂阀或破裂膜。
优选地，要求保护的电池电芯为锂离子电池电芯。
此外，提出了一种用于制造电池电芯的方法，该方法包括电池电芯壳体；两个电池电芯端子；带有正电极和负电极的电极线圈，正电极和负电极可布置在电池电芯壳体之内并且分别通过在电池电芯壳体之内的电流路径与相应的电池电芯端子相连接。此外，该方法包括导电的第一和第二盖部件，该第一和第二盖部件可连接成盖部，利用该盖部可封闭电池电芯壳体。该方法包括以下方法步骤：在第一电池电芯端子和第一盖部件之间建立固定的导电的连接。在第二电池电芯端子和第二盖部件之间建立固定的导电的连接。借助于纳米模制使第一盖部件与第二盖部件相连接，其中，第一和第二盖部件相对于彼此电绝缘。使第一和第二盖部件分别通过电流路径与相应的正电极或者与负电极相连接。将电极线圈插入电池电芯壳体中。在第一盖部件和电池电芯壳体之间建立导电的连接，并且使第二盖部件以及所有与其相导电连接的电池电芯的组件相对于电池电芯壳体和第一盖部件绝缘。
在该用于制造电池电芯的方法的优选的改进方案中，该方法还包括借助于纳米模制使盖部与电池电芯壳体相连接的步骤。
在该用于制造电池电芯的优选的改进方案中，盖部还包括填充孔，通过该填充孔可用电解质填充电池电芯，并且该方法还包括利用电解质填充电池电芯以及机械地封闭该填充孔的步骤。
此外，提供一种带有根据本发明的电池电芯的电池，其中，该电池特别优选地实施成锂离子电池。这种电池的优点尤其在其相对高的能量密度及其高的热稳定性的方面给出。锂离子电池的另一优点是，其不受到记忆效应影响。
此外，提出一种包括带有根据本发明的电池电芯的电池的机动车，其中，该电池与机动车的驱动系统相连接。
本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出并在说明中进行阐述。
附图说明
根据附图和以下描述详细解释本发明的实施例。其中：
图1以横向剖视图示出了根据本发明的电池电芯的实施例，以及
图2以外部视图示出了根据本发明的电池电芯的实施例。
具体实施方式
在图1中以横向剖视图示出了根据本发明的电池电芯45的实施例。该电池电芯45在该实施例中包括仅为示例性的棱柱形的电池电芯壳体41以及盖部40，利用该盖部40可封闭电池电芯壳体41。此外，电池电芯45具有两个电池电芯端子11、12，电池电芯45可通过这两个电池电芯端子11、12与电池系统相连接。在该实施例中，电池电芯端子11、12仅仅示例性地直接与盖部40相连接。此外，电池电芯45包括带有正电极8和负电极9的电极线圈7，正电极8和负电极9布置在电池电芯壳体41之内并且分别通过在电池电芯壳体41之内的电流路径与相应的电池电芯端子11、12相连接。在该实施例中，盖部40仅仅示例性地由导电的第一盖部件24和导电的第二盖部件26组合而成，其中，第二盖部件26布置在第一盖部件24内，并且第一和第二盖部件24、26彼此电绝缘。换句话说，盖部40在该实施例中仅仅示例性地包括一个导电的第一盖部件24和一个导电的第二盖部件26，其中，该第一盖部件24和第二盖部件26彼此电绝缘并且第二盖部件26被包围在第一盖部件24中，或者被第一盖部件24容纳，或者至少部分地被第一盖部件24包围。在此，在该实施例中仅仅示例性地选择两个彼此电绝缘的盖部件24、26的数量。即，也可实现带有多于两个盖部件24、26的根据本发明的电池电芯45，即，在其中，盖部40由多个第一和第二盖部件24、26组成。
在根据本发明的电池电芯45的该实施例中，一个第一电池电芯端子11导电地与第一盖部件24相连接，而第二电池电芯端子12导电地与第二盖部件26相连接。在该实施例中，该一个第一电池电芯端子11仅仅示例性地被导电焊接到第一盖部件24上，而剩下的第二电池电芯端子12被导电焊接到第二盖部件26上。在此，第二盖部件26在该实施例中仅仅示例性地形成在基本上由第一盖部件24形成的盖部40之内的岛区域，在该岛区域中，第二电池电芯端子12利用其整个基础面布置成接触面或连接面。即，第二电池电芯端子12完全地位于第二盖部件26之内或由该第二盖部件26形成的岛区域之内。然而，也可实施不同的根据本发明的电池电芯45，即，在其中，第一电池电芯端子11和剩下的第二电池电芯端子12固定地且导电地以不同的方式分别与第一或第二盖部件24、26相连接。此外，第二盖部件26也可与在该实施例中描述的且在图1中示出的不同地实施或布置在第一盖部件24之内。
此外，电池电芯壳体41在该实施例中仅仅示例性地与第一盖部件24导电地相连接并且与第二盖部件26电绝缘。此外，第一盖部件24在该实施例中仅仅示例性地与自身导电地与正电极8相连接的电池电芯端子11、12相连接。在该实施例中，该电池电芯端子11、12仅仅示例性地为已经提及的第一电池电芯端子11。换句话说，第一盖部件24在该实施例中仅仅示例性地与正电极8导电地相连接，其中，该导电的连接在该实施例中仅仅示例性地通过电流集电器实现，该电流集电器不仅与正电极8或固定在该处的导体膜而且与第一盖部件24固定地相连接。例如，该电流集电器可与第一盖部件24焊接在一起。然而，在正电极8和第一盖部件24之间的导电连接也可通过任意其它构件实现，该构件构造成用于提供在正电极8和第一盖部件24之间的电流路径。这种构件也可以其它方式、也就是说与通过焊接连接不同的方式与第一盖部件24相连接。盖部40的第二盖部件26或第二电池电芯端子12在该实施例中仅仅示例性地同样通过电流集电器与负电极9或固定在该处的导体膜固定地相连接。该用于提供在负电极9和第二盖部件26之间的电流路径的电流集电器也可通过焊接连接或任意其它连接方式固定在第二盖部件26以及负电极9处。然而，在负电极9和第二盖部件26之间的导电连接也可通过任意其它构件实现，该构件构造成用于提供在负电极9和第二盖部件26之间的电流路径。在该实施例中，不仅第二盖部件26、与该第二盖部件26相连接的第二电池电芯端子12、与第二盖部件26相连接的电流集电器，而且负电极9也与电池电芯45的其它组件且尤其是电池电芯壳体41电绝缘。
在根据本发明的电池电芯45的该实施例中，第一盖部件24仅仅示例性地通过环绕第一盖部件24的激光焊缝13导电地与电池电芯壳体41相连接。备选地，第一盖部件24在根据本发明的电池电芯45的其它实施例中也与电池电芯壳体41电绝缘并且以防止湿气渗入密封的方式借助于纳米模制与电池电芯壳体41相连接。换句话说，第一盖部件24在其它实施例中仅仅示例性地可通过纳米模制或通过环绕第一盖部件24的纳米模制的区域与电池电芯壳体41部分地相连接，其中，在第一盖部件24和电池电芯壳体41之间的该纳米模制的连接或纳米模制的区域不导电，即，电绝缘，从而该纳米模制的连接或纳米模制的区域使第一盖部件24、进而盖部41与电池电芯壳体41电绝缘。
此外，在该实施例中部分地构成第一盖部件24的材料仅仅示例性地对应于用于构成与第一盖部件24导电地连接的正电极8的材料。换句话说，第一盖部件24具有仅仅示例性地对应于用于构成正电极8的材料的材料。在该实施例中，该材料仅仅示例性地为铝。此外，在该实施例中部分地构成第二盖部件26的材料仅仅示例性地对应于用于构成与第二盖部件26导电地连接的负电极9的材料。换句话说，第二盖部件26具有仅仅示例性地对应于用于构成负电极9的材料的材料。在该实施例中，该材料仅仅示例性地为铜。然而，为了实现第一和/或第二盖部件24、26，也可以组合的方式应用其它材料。用于部分地或完全地构成第一盖部件24和/或第二盖部件26的材料也可与用于构成正电极8或负电极9的材料不同或完全对应。仅仅示例性地，第一盖部件24也可由不锈钢制成，而正电极8由铜或其它金属材料制成。
此外，第一和第二盖部件24、26在该实施例中仅仅示例性地彼此电绝缘并且以防止湿气渗入密封的方式借助于纳米模制相互连接。换句话说，第二盖部件26通过纳米模制或通过纳米模制的区域15与第一盖部件24相连接，其中，该纳米模制的区域15不可透过湿气并且是电绝缘的，从而第二盖部件26与第一盖部件24电绝缘。在该实施例中，该纳米模制的区域15仅仅示例性地环绕第二盖部件26。换句话说，该第二盖部件26在该实施例中仅仅示例性地通过环绕第二盖部件26的纳米模制的区域15与第一盖部件24相连接。
图2示出了根据本发明的电池电芯45的外部视图。图2示出的根据本发明的电池电芯45的实施例更确切地说是图1示出的根据本发明的电池电芯45的实施例，在此处以外部视图示出了该电池电芯的未剖切的由盖部40封闭的状态。图2中相同标示的组件也对应于图1的实施例中的那些组件，从而在那里对于这些组件的说明也可以应用于图2的实施例。
在图2中明显示出了盖部40分为第一和第二盖部件24、26。第二盖部件26在此实施例中仅示例性地实施为矩形，其基面与第二电池电芯端子12的基面一致。换句话说，第二盖部件26构成在第一盖部件24之内的矩形的岛区域，在该岛区域中设置有第二电池电芯端子12。围绕第一盖部件24的深色示出的边界是围绕第一盖部件24的激光焊缝13，其由第一盖部件24或盖部40与电池电芯壳体41的焊接产生。激光焊缝仅示例性地是导电的并且将电池电芯壳体41与第一盖部件24之间的连接区域不透气地密封。围绕盖部40的第二盖部件26的浅淡的边棱是纳米模制的区域15，即第二盖部件26与第一盖部件24之间的连接区域。如上所述，第二盖部件26通过该连接区域与第一盖部件24电绝缘并且同时与第一盖部件24机械地连接。
在此，在示出的实施例中，激光焊缝13作为第一盖部件24与电池电芯壳体41之间的连接的措施的存在以及纳米模制的区域15为了将第二盖部件26与第一盖部件24电绝缘的存在仅为可选的。根据本发明的电池电芯45也可以实施成，在其中第一和第二盖部件24、26与在该实施例中描述的不同地例如通过不导电的另一焊缝和/或通过完全不同的连接件和/或借助于其它连接方式相互连接。在第一盖部件24或盖部40和电池电芯壳体41之间的连接的形式也可与在此示出的形式不同。此外，根据本发明的电池电芯45也可实施成，在其中盖部40还具有填充孔，通过该填充孔可利用电解质填充电池电芯45，并且该填充孔可通过塞子封闭。此外，根据本发明的电池电芯45也可实施成带有这样的盖部40，即，该盖部40由多于仅仅一个的第一和第二盖部件24、26组合而成。

Claims (12)

1.一种电池电芯(45)，其包括
-电池电芯壳体(41)，
-盖部(40)，利用所述盖部能够封闭所述电池电芯壳体(41)，
-两个电池电芯端子(11、12)，所述电池电芯(45)能够通过所述两个电池电芯端子与电池系统相连接，
-带有正电极(8)和负电极(9)的电极线圈(7)，所述正电极和所述负电极布置在所述电池电芯壳体(41)之内并且分别通过在所述电池电芯壳体(41)之内的电流路径与相应的电池电芯端子(11、12)相连接，
其特征在于，所述盖部(40)由至少一个导电的第一盖部件(24)和至少一个导电的第二盖部件(26)组合而成，其中，所述第二盖部件(26)布置在所述第一盖部件(24)之内并且所述第一盖部件(24)和第二盖部件(26)彼此电绝缘。
2.根据权利要求1所述的电池电芯(45)，其中，所述电池电芯壳体(41)与所述第一盖部件(24)导电地相连接并且与所述第二盖部件(26)电绝缘。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电池电芯(45)，其中，第一电池电芯端子(11)与所述第一盖部件(24)导电地连接，而第二电池电芯端子(12)与所述第二盖部件(26)导电地连接。
4.根据权利要求3所述的电池电芯(45)，其中，所述第一盖部件(24)与自身与所述正电极(8)导电连接的电池电芯端子(11)相连接。
5.根据权利要求3所述的电池电芯(45)，其中，用于至少部分地构成所述第一盖部件(24)的材料对应于用于构成与第一盖部件(24)导电地连接的正电极(8)或负电极(9)的材料。
6.根据权利要求3所述的电池电芯(45)，其中，用于至少部分地构成所述第二盖部件(26)的材料对应于用于构成与第二盖部件(26)导电地连接的正电极(8)或负电极(9)的材料。
7.根据权利要求5所述的电池电芯(45)，其中，用于所述正电极(8)和/或负电极(9)的材料从包括铝、铜和不锈钢的组中选择。
8.根据权利要求1或2所述的电池电芯(45)，其中，所述第一盖部件(24)和第二盖部件(26)彼此电绝缘并以防止湿气渗入密封的方式借助于纳米模制相互连接。
9.一种用于制造电池电芯(45)的方法，包括：
电池电芯壳体(41)；两个电池电芯端子(11、12)；带有正电极(8)和负电极(9)的电极线圈(7)，所述正电极和负电极能够布置在所述电池电芯壳体(41)之内并且分别通过在所述电池电芯壳体(41)之内的电流路径与相应的电池电芯端子(11、12)相连接；导电的第一盖部件(24)和导电的第二盖部件(26)，所述第一盖部件和第二盖部件能够连接成盖部(28)，利用所述盖部能够封闭所述电池电芯壳体(41)，其中，所述方法包括以下方法步骤：
-在第一电池电芯端子(11、12)和第一盖部件(24)之间建立固定的导电的连接(S1)；
-在第二电池电芯端子(11、12)和第二盖部件(26)之间建立固定的导电的连接(S2)；
-借助于纳米模制使所述第一盖部件(24)与所述第二盖部件(26)相连接(S3)，其中，所述第一盖部件(24)和第二盖部件(26)相对于彼此电绝缘；
-使所述第一盖部件(24)和第二盖部件(26)分别通过电流路径与相应的正电极(8)或者与负电极(9)相连接(S4)；
-将所述电极线圈(7)插入所述电池电芯壳体(41)中(S5)；
-在所述第一盖部件(24)和所述电池电芯壳体(41)之间建立导电的连接，并且使所述第二盖部件(26)以及所有与所述第二盖部件导电连接的电池电芯(45)的组件相对于所述电池电芯壳体(41)和所述第一盖部件(24)绝缘(S6)。
10.根据权利要求9所述的用于制造电池电芯(45)的方法，所述方法还包括借助于纳米模制使所述盖部(40)与所述电池电芯壳体(41)相连接的步骤(S7)。
11.一种带有根据权利要求1至8中任一项所述的电池电芯(45)的电池。
12.一种具有根据权利要求11所述的电池的机动车，其中，所述电池与所述机动车的驱动系统相连接。
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