CN104685661A - 具有在壳体中通过粘入来固定的盖板的电池单元 - Google Patents

Abstract

一种电池单元，尤其是一种锂离子电池单元，其中，在一壳体（11）中接收一卷绕元件、两个集电器和电解质。该壳体包括一容器（13）和一盖组件，其中，所述盖组件尤其包括一盖板（23），该盖板在将电池单元的内置部件置入之后固定地与所述容器（13）连接。该盖板（23）例如沿着伸出臂（29）借助于由粘接材料（31）构成的层与所述容器（13）的内表面（37）粘接。密封组件（32）的例如由O形圈（41）形成的密封突起部（33）防止了引入到所述壳体（11）中的电解质与粘接材料（31）接触并化学腐蚀该粘接材料。

Description

具有在壳体中通过粘入来固定的盖板的电池单元

技术领域

本发明涉及一种电池单元，尤其是锂离子电池单元。本发明还涉及一种具有这种电池单元的机动车。

背景技术

电池单元，有时也叫做蓄电池单元，用于化学地存储可供使用的电能。如今已经使用电池单元用于大量移动设备的能量供给。电池单元未来应该尤其用于陆上和水上的移动电动运输工具或混合动力运输工具的能量供给，或用于固定地中间存储来自替换的能量源的电能。

为此大多情况下将大量的电池单元组合成多个电池组。为了在此情况下尽可能高效地利用可供使用的组容积，尤其针对这种目的使用具有棱柱形的、例如立方体形状的电池单元。

由于其可能很高的能量密度、热稳定性以及缺少的记忆效应，对于要求严格的应用，例如用于机动车的存储器解决方案，大多采用一种锂离子蓄电池技术，其由于未来电动交通的高的经济意义目前正在紧锣密鼓地改进。

已经存在不同类型的电池单元，尤其是锂离子电池单元，以及尤其是具有棱柱形形状的电池单元。但是，这些电池单元大多具有复杂的结构，其中，为了组装整个电池单元使用大量不同的单个件和大量加工材料的方法。

尤其地在组装这些单个件时例如使用焊接方法，以便例如电池单元壳体的上方敞开的容器与封闭容器的盖组件的盖板材料锁合和由此密闭密封地连接。

发明内容

借助于本发明的实施方式尤其可以取消在组装电池单元时的例如焊接那样的确定的材料锁合连接方法或它们的使用至少避免了对于电池单元不利的状况。由这样的连接方法产生的缺点可以由此被阻止。

提出一种电池单元、尤其一种锂离子电池单元，其具有至少一个卷绕元件、一电解质、两个集电器和一棱柱形成形的壳体。卷绕元件具有一被卷绕的堆叠件，所述堆叠件包括一以阳极材料覆层的第一箔、一以阴极材料覆层的第二箔以及两个用作隔膜的塑料膜。集电器中的每个能导电地与第一箔或第二箔中的一个连接。该壳体包括一容器和一盖组件。所述容器在此情况下具有一开口，通过该开口能够在制造所述电池单元期间将所述卷绕元件和所述两个集电器置入到壳体中。所述盖组件构造用于将容器的开口气密和压力密封地关闭并且具有布置在所述容器的开口中的盖板。所述电池单元的特征在于：所述盖板借助于一粘接材料保持在所述容器的开口中，其中，以如下方式设置密封组件，从而阻止了填入所述壳体中的电解质与粘接材料接触。

根据本发明的电池单元的实施方式尤其基于下列构思和认识：

在常规的电池单元中，盖板大多被引入到所述容器的待封闭的开口中并且然后在它的边缘上与所述容器的内表面焊接。为此例如可以使用激光焊接过程。在焊接时形成的材料锁合连接可以造成所述盖板相对于所述容器的密闭密封。需要这样的密闭密封来阻止接收在所述容器中的电解质可以从所述电池单元中出来或有害的湿气可以从外部进入所述电池单元的壳体内部中。

但是被观察到的是在焊接过程中一般可以产生所谓的也被称作焊料堆的焊珠。这些焊珠可以区域地伸出所述电池单元的壳体。当多个电池单元应布置在一个组或一个模块中时，这样的焊珠可以阻止相邻的电池单元以它们的壳体平滑地彼此贴靠。如果相邻的电池单元的所述壳体的外表面不能全表面地彼此贴靠，那么将这些电池单元正确装配成一个组或一个单元模块可能变得困难。

此外被观察到的是：一电池单元的壳体可以由于在焊接过程中释放的热作用形变。这类的形变又可以导致电池单元装配成一个单元模块时的问题。

鉴于这些被描述的问题提出：盖板不再在它的边缘上与容器的侧壁焊接，而是该盖板在容器的开口中借助于粘接材料固定。为此，在组装电池单元时可以将盖板置入容器的开口中并在盖板的侧边缘与容器的内表面之间中间放置一粘接材料。在该粘接材料硬化之后，该粘接材料引起盖板在容器的开口中机械式地以如下方式固定地被保持，即，在电池单元壳体之内的内压提高到例如直到6000hPa时也不出现盖板从容器开口中松脱的危险。

用于使封闭栓与盖板粘接的粘接材料可以是微囊的粘接材料。这种微囊的粘接材料包括微小的以粘接物质填充的胶囊。微囊的粘接材料可以在安装电池单元之前就已经施加到盖板上的待粘接表面上和/或容器的在该容器的开口区域中的内表面上。在将盖板配合准确地装入到容器开口中时，微囊被破坏，从而释放粘接材料且在硬化后将待粘接的表面机械稳固地连接起来。微囊的粘接材料例如也用于防止螺旋连接部的自主的转松。微囊的粘接材料的一个例子以商标Loctite®销售。

但要注意的是，大多数粘接材料被填入到壳体中的电解质化学腐蚀。为了能够一方面尽管接收在其中的腐蚀性电解质保证壳体的长期稳定并且另一方面保证相对于例如水的不希望的置入的长期密封性，补充于盖板在容器开口之内的粘接设置：在盖板与容器的内壁之间，在待封闭的开口的区域中设置一附加密封组件，该附加密封组件阻止粘接材料与电解质接触。

为了能够将盖板长期稳定地粘接在容器开口中，盖板可以在它的边缘上具有一伸入壳体中的伸出臂，从而使得所述盖板可以沿着该伸出臂与容器的内表面优选大面积地在第一部分区域上粘接。所述盖板的伸出臂可以基本上平行于容器的内表面延伸并且在电池单元的组装好的状态下尽可能直接面式地贴靠在所述内表面上。由此，盖板的边缘与壳体的内表面之间的粘接可以环形地围住所述盖板并由此引起盖板在容器开口之内的可靠保持。但是也可行的是：盖板仅仅在沿着盖板周边的一些尽可能均匀分布的部位上与容器内表面粘接，这是因为该粘接仅仅需要引起机械式保持，不需要引起壳体的气密密封。

为了引起壳体的气密密封和为了保护粘接材料不受电解质腐蚀，盖板可以在第二部分区域中具有形式为密封突起部的密封组件，该第二部分区域就伸出臂的与容器内表面粘接的第一部分区域而言布置得更靠近壳体内部。所述密封突起部可以沿着整个伸出臂设置。由此，所述密封突起部可以在盖板的周向边缘上完全环形地围住所述盖板并引起盖板与容器内表面之间在开口区域中的可靠密封。

密封突起部可以构造为独立的O型圈。这样的O型圈可以提供为独立的结构部件并在组装电池单元之前或时被拉套到盖板的伸出臂上。优选为此在伸出臂中设置一槽，O型圈可以形状锁合地放入该槽中。

替换地或补充地可以借助于密封唇构造所述密封突起部，该密封突起部注塑到盖板的伸出臂上。换句话说可以例如通过注塑方法安置塑料到盖板上，该塑料基于它的弹性和几何形状作为密封唇起作用。

该密封组件、尤其之前描述的密封突起部可以实施有一耐电解质的弹性体。这种弹性体可以例如含有含氟聚合物。例如杜邦（DuPont）公司以商标名称Viton®销售的能耐受许多电解质的弹性体，其部分地具有添加物氟橡胶（FKM）。

要指出的是，根据本发明的电池单元的可能的特征和优点在此参照不同的实施方式进行描述。本领域技术人员可以理解，单个的特征可以以适当的方式相互组合或替换，以便以这种方式实现其它的实施方式和可能的协同效应。

附图说明

下面参照附图描述本发明的实施方式，其中，说明书和附图不视为限制本发明。

图1示出了一锂离子电池单元的分解示图；

图2示出了由多个并排布置的电池单元制成的组；

图3根据本发明的一种实施方式示出了穿过电池单元壳体的横截面；

图4根据本发明的一种替换实施方式示出了穿过电池单元壳体的横截面；

图5示出了根据本发明的一种实施方式的具有一电池的机动车。

附图仅是示意性的并且不是按照比例绘制的。相同的附图标记在附图中表示相同的或相同作用的特征。

具体实施方式

图1示出了一传统的锂离子电池单元的分解示图。能够识别出：电池单元包括多个单个的部件，这些部件必须被独立地提供并且必须在制作期间耗费地组装。这里仅描述针对理解本发明的实施方式所需的构件和它们的特征，对于所述电池单元的其余构件不作描述。

电池单元1具有卷绕元件3，其具有一被卷绕的堆叠件5，该堆叠件由一以阳极材料覆层的铜箔和一以阴极材料覆层的铝箔以及位于它们之间的塑料膜制成，所述塑料膜用作隔膜。

为了电接触将集电器7、9焊接到铜箔和铝箔上，从而使得这些集电器与卷绕元件的阳极和阴极电连接。

卷绕元件3与所述两个集电器7、9一起置入到密封壳体11中，电解质也填入所述壳体中。所述直角平行六面体的壳体11包括一向上敞开的容器13和一密封封闭所述容器13的上开口14的盖组件15。所述盖组件15包含一盖板23作为主组成部件，该盖板这样构造，使得该盖板接合到所述容器13的开口14中并且在它的边缘上可以与所述容器13的内表面焊接。

所述盖组件15的其它在该图中示出的组成部件用于另外的目的，就像向外扩展的接触组件的贯通引导部以及用于避免电池单元中的超压或过高的温度的保险装置，并且在这里不会详细阐释。

由于在常规的电池单元中，盖板23大多通过激光焊接与容器13连接，在这样的电池单元1随后组装成一就像图2中示出的单元组21时可能出现问题。因为在焊接所述盖板23与所述容器13时出现形成焊缝25并且与之相关地出现可以侧向伸出容器13的壳面的、所谓的焊料堆26，所以在堆叠电池单元1时可以如下地出现困难，即，相邻的电池单元1不再全表面地彼此贴靠。这一方面可以导致电池组21之内的未使用的容积并且另一方面可以在整个电池组21之内产生电池单元1的不稳定的固定。

为了可以避免形成焊缝25以及焊料堆26，提出盖板23不是通过焊接而是通过粘接连接固定在容器13中。

在图3中示出的实施方式中，为此将盖板23的外边缘27向下，也就是向容器13的内部或朝向容器底弯曲，从而使得在盖板23的外周上形成一向下伸出的伸出臂29。在此，该伸出臂29横向、优选直角于在其它地方基本上平面的盖板23伸出。该伸出臂29形成一环形的面，该面的几何尺寸这样地选择，使得伸出臂29在它的外侧面上，在盖板23被置入容器13的开口14中之后相对于容器13的侧壁35的内表面37处于直接机械式贴靠中或至少在其近旁。

在盖板23的伸出臂29的外侧面与容器13的内表面37之间布置有由粘接材料31构成的层。在此，粘接材料31可以事先施加到伸出臂29的外侧面和/或内表面37上。优选地，粘接材料31以例如具有几毫米宽度的层的形式施加，以便可以实现盖板23与容器13之间的大面积的和由此稳定的粘接。作为粘接材料31优选使用封装的粘接材料，该粘接材料可以事先至少施加到待粘接的表面上并在盖板23引入容器13的开口14中时被活化，其方式是，粘接材料的封装裂开并释放真正进行附着的粘接介质并然后可以使其硬化。

在粘接材料31之下，也就是更靠近壳体11的内部，在伸出臂29上布置形式为密封突起部33的密封组件32。该密封突起部33在此情况下构造有一独立的O型圈41。该O形圈41形状锁合地接收在所述伸出臂29中环绕地置入的槽39中。该O型圈41由塑料、例如弹性体制成，其一方面足够弹性以便引起盖板23的伸出臂29与容器13的内表面37之间的可靠密封，并且其另一方面相对于接收在壳体11内部中的电解质足够耐受，以便可以保证长期的密封性。例如，O型圈可以由氟橡胶Viton®或三元乙丙橡胶或另一耐电解质的弹性体构成。

在图4中示出了替换的实施方式，其中，盖板23的伸出臂29设有密封组件32，该密封组件具有注塑的密封唇43。所述密封唇43以如下方式注塑在所述盖板23的形成伸出臂29的、向下弯曲的边缘27上，即，该密封唇侧向向外地伸出所述盖板23。在盖板23置入容器13的开口14中时，密封唇43在伸出臂29与容器13的内表面37之间夹入并引起可靠的密封，从而使得没有电解质能够达到处于其上的粘接层31上并能够化学腐蚀该粘接层。

就像这些电池单元例如在图3和图4中示出的那样，对于这里所提出的电池单元的实施方式尤其重要的是：在引起盖板23与容器13的机械式固定的粘接连接部31与接收在壳体11内部中的电解质之间设置一密封组件32，其具有密封突起部33，该密封突起部的形式例如是O型圈41或密封唇43。以该方式可以不仅将一方面壳体11的密封的功能与另一方面盖板23在容器13的开口14中的机械式封闭或固定彼此分开，而且也可以使用这样的粘接材料31，该粘接材料本身相对于电解质不稳定，这是因为该粘接材料不与电解质接触。通过不需要相对于电解质稳定的粘接材料的事实可以提供可能的粘接材料的更多选择。

在所提出的粘接组件或密封组件中，在容器13的外表面上不产生突起部或料堆，从而使得没有那些向外伸出的区域阻挠正确装配一多个电池单元外表面平整地彼此贴靠的电池组。此外不发生例如通过热作用的构件形变。被观察到的是：就像其在这里所描述的那样的密封组件的使用允许电池单元的就像常规利用焊缝所实现那样的同样良好的密封。

图5示出了一具有一电池102的机动车100，该电池由多个上述的电池单元1组成。

Claims (8)

1.电池单元（1），尤其锂离子电池单元，具有：

一卷绕元件（3），所述卷绕元件包括一卷绕的堆叠件（5），所述堆叠件由一以阳极材料覆层的第一箔、一以阴极材料覆层的第二箔以及两个用作隔膜的塑料膜形成，

一电解质，

两个集电器（7、9），其中，一个集电器与所述第一箔能导电地连接并且另一个集电器与所述第二箔能导电地连接，

一壳体（11），其具有一容器（13）和一盖组件（23）；

其中，所述容器（13）具有一开口（14），通过所述开口，所述卷绕元件（3）和所述两个集电器（7、9）能够在制造所述电池单元（1）期间置入到所述壳体（11）中，

其中，所述盖组件（15）具有一布置在所述容器（13）的开口（14）中的盖板（23）并且将所述容器（13）的开口（14）气密地并且压力密封地关闭，

其特征在于，

所述盖板（23）在所述容器（13）的开口（14）中借助于粘接材料（31）保持，其中，以如下方式设置一密封组件（32），使得阻止了填入所述壳体（11）中的电解质与所述粘接材料（31）接触。

2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述盖板（23）在它的边缘（27）上具有一指向到所述壳体（11）中的伸出臂（29）并沿着所述伸出臂（29）与所述容器（13）的内表面（37）在第一部分区域上粘接。

3.根据权利要求2所述的电池单元，其中，所述盖板（23）在第二部分区域中具有一作为密封组件（32）的密封突起部（33），所述第二部分区域就所述伸出臂（29）的与所述容器（13）的内表面（37）粘接的所述第一部分区域而言布置得更靠近所述壳体（11）的内部。

4.根据权利要求3所述的电池单元，其中，所述密封突起部（33）构造成独立的O型圈（41）。

5.根据权利要求3所述的电池单元，其中，所述密封突起部（33）构造为密封唇（43），该密封唇注塑到所述伸出臂（29）上。

6.根据权利要求1至5之一所述的电池单元，其中，所述密封组件（32）实施有耐电解质的弹性体。

7.根据权利要求1至6之一所述的电池单元，其中，所述粘接材料（31）是微囊的。

8.机动车（100），其具有根据权利要求1至7之一所述的电池单元（1）。