CN105390625B - 具有带有管状的凸出部的壳体的电池单池 - Google Patents

Abstract

介绍了一种电池单池（10）、特别是锂离子电池单池，该电池单池包括电极总装（5）和壳体（1），所述电极总装具有带有至少一个接触耳片（9a）的阳极和带有至少一个接触耳片（9b）的阴极，所述壳体包括一底面（12）、至少四个侧面（14）和一顶面（13），其特征在于，所述壳体（1）具有管状的凸出部（3），该凸出部特别地具有开口（7）。

Description

具有带有管状的凸出部的壳体的电池单池

技术领域

本发明涉及一种电池单池、特别是锂离子电池单池，所述电池单池具有电极总装（Elektrodenensemble）和壳体，并且本发明涉及一种用于制造所述电池单池的方法。

背景技术

电池单池是电化学的储能器，所述储能器在其放电时将存储的化学能通过电化学反应转化为电能。日益明显的是，在将来新的电池系统不仅使用在静止的应用中、例如用在风力发电站中，而且使用在被设计为混合动力车或电动车的机动车中以及电气设备中，在可靠性、安全性、有效功率和使用寿命方面对所述电池系统提出了十分高的要求。由于其较大的能量密度而特别将锂离子电池作为储能器用于电驱动的机动车。

在KR 20050121897中公开了一种具有壳体的棱柱形的二次电池，所述壳体由敞开的棱柱形的容器和顶盖构成。所述容器与顶盖如此连接，使得环绕的凸出部围绕电池延伸。

在JP H09213284中公开了一种由两个半壳体构成的壳体，所述半壳体分别包括一个底面和两个侧面。

发明内容

根据本发明，提供了带有电极总装和壳体的电池单池以及用于制造这种电池单池的方法。这特别基于以下事实：电池单池包括带有一底面、至少四个侧面和一顶面的壳体，其中所述壳体具有管状的凸出部。

根据本发明的电池单池带来可十分好的体积比能量比率（Volumen-zu-Energie-Verhältnis）的优点，从而壳体内部的空间被最优地利用。此外，坚固的壳体为电池单池提供了机械保护。同样有利的是，根据本发明的电池单池可以通过壳体有效地冷却，并且此外允许简单且廉价地制造。

上述电池单池的其他有利的实施方式包括：所述管状的凸出部包括与所述电池单池的壳体相同的材料；所述管状的凸出部的开口与所述管盖通过至少一个密封件密封；所述密封件包括弹性体；所述管状的凸出部的开口与所述管盖通过所述管盖的卷边、翻边、激光焊接或粘接来密封；所述管状的凸出部包括螺纹，所述管盖旋到所述螺纹上；所述管盖包括铜、铝和不锈钢中的至少一种；所述电极总装以缠绕的或堆叠的形式存在；所述壳体由半壳体构成；所述壳体由包括塑料的半壳体构成。

因此，有利的是，在一种实施方式中将管状的凸出部定位在两个对置的壳体面上，因为这样可以实现十分有利地装配由相应的电池单池构成的模块，其中电池单池通过夹紧而互相接触。在另一有利的实施方式中，在同一模块壳体内布置了至少两个电池单池，在所述模块壳体内电池单池通过夹紧相互接触。

在另一实施方式中有利的是，管状的凸出部定位在同一壳体面上，因为电池单池可以由此例如在对置的侧上被冷却，并且此外可以直接邻接其他电池单池，这节省了空间。

此外有利的是，管状的凸出部包括与电池单池的壳体一样的材料，因为必要时在制造时仅需要一个成形件，例如在对部件进行注塑时。在分开地制造壳体与管状的凸出部的情况下，有利的是，将由相同材料构成的部件持久地结合在一起通常比由不同的材料构成的部件的情况更简单。

包括阳极、分离器和阴极的电极总装被定位在根据本发明的电池单池的壳体中。阳极和阴极分别具有至少各一个接触耳片，所述接触耳片在剪切阳极箔和阴极箔时被分开，并且用于接触电池单池。

有利的是，将接触耳片定位在管状的凸出部内，因为在电池单池的内部中由此有更多的空间可供电极总装使用，由此相比于没有管状的凸出部的电池单池明显提高了体积比能量比率。

就缠绕的电极总装而言，阳极、分离器和阴极叠置地堆叠并且然后被卷起。替代地，电极总装以堆叠的形式而存在。

如果电极总装缠绕地存在并且如果对于每个缠绕的位置都使用各一个接触耳片，那么例如相比于常规的圆形单池，得到了特别好的高电流能力（Hochstromfähigkeit）的优点，在所述圆形单池中对于缠绕的电极总装的所有位置正好使用一个接触耳片。“好的高电流能力”的特征在于，电池单池具有小的内阻，由此即使在十分高的电流量（Stromraten）、例如其八倍的单池容量、即在10Ah的单池中具有超过80A的电流量的情况下，所述电池单池也不会显著变热。由于与例如每个缠绕的位置的接触耳片的接触不会产生大的电流，这会有利地影响电流密度分布。

有利的是，管状的凸出部各具有一个开口，因为电池单池可以通过开口电接触。具有开口的管状的凸出部承担常规的电池终端的功能。此外特别有利的是，将管盖（Tubusdeckel）安装到管状的凸出部的开口上，因为电池单池以这种方式被密封地封闭。

在另一实施方式中有利的是，在管状的突出部的开口与顶盖之间安装至少一个密封件，因为这样保证了管状的凸出部的开口的最佳的密封。鉴于对电池单池的安全性要求这恰好是有利的。

此外有利的是，密封件包括弹性体，特别是热塑性的弹性体（TPE）、氟橡胶（FKM）、含氟弹性体（Fluorelastomer）、聚氨酯（PU）、全氟烷氧基树脂（PFA）和/或聚苯硫醚（PPS）。这些材料由于其特性而十分有效地密封，因为所述材料能够在拉力负荷和压力负荷的情况下发生弹性变形，但是接下来又呈现出其原始的未形变的形态。

在一种实施方式中有利的是，管状的凸出部的开口利用管盖通过卷边或翻边来密封。这是一种接合方法，其中两个部件通过弹性变形彼此连接。相比于熔焊法通过在重叠区域内卷边或翻边不会产生隆起或突起，这例如在安装电池单池时发挥作用。此外，在卷边过程或翻边过程中不产生相应的、导致单池壳体变形的热。此外，翻边对接焊缝（Bördelnaht）具有高的机械稳定性。由此，电池单池可以承受高的机械负荷，而不损坏管状的凸出部与管盖之间的连接。此外，翻边对接焊缝可以被十分简单且廉价地制造。

在另一实施方式中，管盖可以附加地或替代地粘接到管状的凸出部上。在此有利的是，壳体部件不遭受高的温度，并且同时粘合连接部可以作为密封件起作用。此外有利的是，在粘合方法中，不出现接合件的弱化。粘合连接部必要时可以是弹性的、可以阻尼振动并且还价格低廉。

同样有利的是，通过激光焊接将管盖安装到管状的凸出部上，因为由于在激光焊接时的小的热影响以及非常精确的能量输入而几乎不发生工件的结构变化，由此使得连接十分稳定。

在一种替代的实施方式中有利的是，管状的凸出部构造为圆柱形并且包括螺纹，管盖被旋到所述螺纹上。采用该种方式可以实现管状的凸出部与管盖的十分密封且稳定的连接。同样有利的是，在另一实施方式中管盖不伸出高过管状的凸出部，并且由此在电连接电池单池时可以例如节省绝缘材料。但是替代地，管盖也可以伸出高于管状的凸出部。

此外有利的是，管盖由与接触耳片相同的材料制成或者管盖的材料对于电流而言至少可导电，因为于是接触耳片的接触可以在管盖的内侧上进行，并且可以在电池单池的管盖的外侧上截止电流。接触耳片的材料例如是铜和/或铝。因此有利的是，管盖例如包括铜和/或铝和/或不锈钢。

此外，铝提供的优点是：铝轻且价格低廉，还可以大批量供货。而铜和不锈钢在其耐腐蚀性方面是有利的，这特别地随之带来了高的使用寿命。此外，铜可以较好地加工并且还可以在低温度时最佳地变形。

在接触耳片接触到管盖上时有利的是，不需要其他部件并且管盖不仅形成电连接而且还形成管状的凸出部的保护层（Abdeckung）。

例如有利的是，接触耳片与管盖通过超声波焊接进行连接，因为这种方法在高的经济性方面允许小的焊接时间。替代地，接触也可以通过激光焊接来进行，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。同样地可以通过冷接合进行接触，其中这种方法的优点是：待接合的工件不发生变形，因为没有发生热引入。替代地，接触耳片与管盖的接触也可以通过滚压包层法（Walzplattieren）或者挤压来实现，其中形成了持久的连接，而不需要如例如在焊接方法中的情况那样的、附加的能量。

用于制造根据本发明的电池单池的方法是有利的，其中至少一个接触耳片的接触可以在对管状的凸出部的开口密封之前进行。在一种优选的实施方式中，至少一个接触耳片的接触与管状的凸出部的开口的密封同时进行。由此可以精简额外的工作步骤并且节省组装电池单池时的时间。

在一种特别优选的实施方式中，壳体由半壳体构成。在此，壳体的简单的结构是有利的，这不仅使壳体的安装简单而且精简了制造时的工作步骤，因为两个半壳体例如在相同的注塑模具内被相同地制造。所述半壳体特别地包括塑料，由此使得壳体相比于例如金属壳体更轻，并且尽管如此仍然具有坚硬的表面，从而保护电池单池免受机械式的影响。

附图说明

在附图中示出了本发明的实施方式并且在下面的附图说明中对其详细解释。在附图中：

图1为根据本发明的电池单池的壳体的水平剖面的示意图，所述电池单池在两个对置的壳体面上具有管状的凸出部，

图2为具有接触耳片的半壳体的示意图，所述接触耳片指向两个相反的方向，

图3在3D视图中示出了具有管状凸出部的根据本发明的电池单池的半壳体的示意图，

图4在3D视图中示出了具有管状凸出部的由两个半壳体构成的根据本发明的电池单池的壳体的示意图，

图5在用于密封管状的凸出部的第一变型方案中示出了根据本发明的电池单池的水平剖面的示意图，

图6在用于密封管状的凸出部的第二变型方案中示出了根据本发明的电池单池的水平剖面的示意图，

图7为在同一壳体面上具有管状的凸出部的根据本发明的电池单池的水平剖面的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了电池单池的壳体1的水平剖面，所述壳体在两个对置的侧上各具有一管状的凸出部3。管状的凸出部3分别具有一开口7。优选地，电极总装的接触耳片定位在管状的凸出部3中，从而在电池单池的内部中有更多的空间可供电极总装使用。

壳体1例如由铝、钢或者其他金属或金属混合物制成，特别优选地所述壳体1包括塑料。在一种实施方式中，壳体1的材料自身抗扩散。在一种替代的或附加的实施方式中，壳体1具有特别抗扩散的涂层，所述涂层优选地定位在壳体1的内侧上和/或外侧上。就由塑料构成的壳体1而言，涂层例如包括金属，特别是镍、铬、铝、金属玻璃或金属混合物。涂层例如通过气相沉积、压印或粘接而施加到壳体1上。

图2示出了具有接触耳片9a、9b的根据本发明的缠绕的电极总装5的一种优选的实施方式。电极总装5包括阳极、阴极和分离器，所述分离器使阳极和阴极彼此分离。阳极例如包括涂有第一活性材料的铜箔，且阳极例如包括涂有第二活性材料的铝箔。在制造电池单池时，铜箔或铝箔被适当剪切，其中在剪切时形成接触耳片9a、9b的铜和铝耳片被分开。所述接触耳片被需要用于电接触电池单池。在图2中每个缠绕的阳极位置和阴极位置都具有接触耳片9a、9b。在此示出了朝一个方向的阳极的第一接触耳片9a，并且阴极的第二接触耳片9b指向相反的方向。

在一种替代的实施方式中，设置了仅一个用于所有阳极位置的接触耳片9a以及仅一个用于电极总装5的所有阴极位置的接触耳片9b。进一步替代地，电极总装5可以以堆叠的形式存在，其中每个阳极位置和阴极位置各具有一个接触耳片9a、9b。

在图3中以3D视图的方式示出了图1的具有一底面12和四个侧面14a的半壳体20。半壳体20具有两个管状的凸出部3，所述凸出部各具有一个开口7。管状的凸出部3定位在两个对置的侧面14a上并且具有例如与相应的侧面14a相同的高度。

在图4中示出了由两个半壳体20、30构成的壳体1的一种特别优选的实施方式。第一半壳体20包括四个侧面14a和一个底面12。第二半壳体30包括四个侧面14b和一个顶面13。管状的凸出部3的高度小于相应的侧面14的高度，所述侧面的高度由侧面14a的高度与侧面14b的高度的总和得出。

半壳体20、30例如通过对上下叠置的边缘进行的超声波焊接、激光焊接或粘接彼此连接。

如在图2中所示的电极总装5被插入到壳体1内，其中接触耳片9a、9b定位到管状的凸出部3内。特别地，接触耳片9a、9b比管状的凸出部3的长度长一些。

图5示出了具有壳体1的电池单池10，所述壳体具有定位在两个对置的侧面14上的管状的凸出部3。电极总装5定位在壳体1内，其中接触耳片9a、9b位于管状的凸出部3内。与通过啤酒瓶盖来封闭的啤酒瓶相类似，管状的凸出部3的开口7通过各一个管盖16密封。在管状的凸出部3与管盖16之间放入保证密封地封闭电池单池10的密封件18。优选地，密封件18包括弹性体，特别是TPE、FKM、含氟弹性体、PU、PFA和/或PPS。此外，也可以使用环氧树脂作为密封件18。在一种替代的实施方式中不设置密封件18。

替代地或附加地，管状的凸出部3包括内螺纹或外螺纹，于是同样具有相应螺纹的管盖16旋到所述内螺纹或外螺纹上。替代地或附加地，管盖16粘接到管状的凸出部3上。此外，管盖16可以配合精确地置入到管状的凸出部3的开口7内。

接触耳片9a、9b的接触、特别是在管盖16上的接触优选在将管盖16安装到管状的凸出部3上时进行。替代地，接触耳片9a、9b的接触、特别是在管盖16上的接触也可以在安装管盖16之前进行。接触耳片9a、9b的接触例如通过激光焊接、超声波焊接、冷接合、滚压包层法或者通过将管盖16挤压到管状的凸出部3上来实现。

管盖16例如包括铜和/或铝和/或不锈钢。替代地，所述管盖例如也可以包括其他金属或金属混合物或者塑料。

在图6中示出了用于密封根据图4的根据本发明的电池单池10的管状的凸出部3的一种替代的实施方式。管盖16被安装到管状的凸出部3的开口7上。在下一步骤中，管盖16连同定位在管状的凸出部3内的接触耳片9a、9b被卷边或翻边。如图6所示，接触耳片9a、9b与管盖16在此围绕管状的凸出部3地放置。在一种替代的实施方式中，接触耳片9a、9b没有被一起卷边或翻边，从而管盖16例如通过壳体1的、形成管状的凸出部3的那一部分被卷边或翻边。接触例如如在关于图6的说明中那样地实现。

附加地，在该实施例中还可以设置密封件18。在一种优选的实施方式中，管盖16包括铝和/或铜和/或不锈钢。替代地，所述管盖例如也可以包括其他金属或金属混合物或者塑料。

图7示出了一种替代的实施方式的壳体1的水平剖面，其中壳体1具有定位在同一壳体面上的管状的凸出部。壳体1由具有壳体盖23的壳体容器22构成，其中管状的凸出部3定位在壳体盖23上。在一种替代的实施方式中，管状的凸出部3定位在壳体容器22的同一壳体面上。替代地，壳体1也可以由两个半壳体构成，这通过剖面线A-A’来表示。

电极总装5定位在壳体1内，其中接触耳片9a、9b位于管状的凸出部3内。管状的凸出部3的开口7优选地通过各一个在图7中未示出的管盖16来密封。接触耳片9a、9b的接触例如与在图5或图6中示出的实施方式相类似地实现。

优选所有实施方式的管状的凸出部3和壳体1例如都由塑料形成。塑料件例如可以通过注塑来制造。在此，塑料件要么在模具内浇注，要么替代地将管状的凸出部3喷射到壳体1上。此外，壳体1以及管状的凸出部3可以由铝、钢或者其他金属或金属混合物制成。替代地，壳体1包括铝、钢或者其他金属或金属混合物，其中管状的凸出部3包括塑料。

此外，在此示出的实施例可以彼此组合，例如图1的壳体同样可以具有带有壳体盖23的壳体容器22，其中管状的凸出部3定位在两个对置的壳体面上。

Claims (13)

1.电池单池（10），该电池单池具有电极总装（5）和壳体（1），所述电极总装包括带有至少一个接触耳片（9a）的阳极和带有至少一个接触耳片（9b）的阴极，所述壳体包括一底面（12）、至少四个侧面（14）和一顶面（13），其特征在于，所述壳体（1）具有管状的凸出部（3），该凸出部具有平行于所述顶面（13）而定向的开口（7），其中所述管状的凸出部（3）定位在同一壳体面上，其中所述接触耳片（9a、9b）定位在所述管状的凸出部（3）内，其中所述管状的凸出部（3）的开口（7）通过管盖（16）而封闭，并且其中所述管盖（16）不仅形成电连接而且还形成所述管状的凸出部（3）的保护层。

2.根据权利要求1所述的电池单池（10），其特征在于，所述管状的凸出部（3）包括与所述电池单池（10）的壳体（1）相同的材料。

3.根据权利要求1或2所述的电池单池（10），其特征在于，所述管状的凸出部（3）的开口（7）与所述管盖（16）通过至少一个密封件（18）密封。

4.根据权利要求3所述的电池单池（10），其特征在于，所述密封件（18）包括弹性体。

5.根据权利要求1或2所述的电池单池（10），其特征在于，所述管状的凸出部（3）的开口（7）与所述管盖（16）通过所述管盖（16）的卷边、翻边、激光焊接或粘接来密封。

6.根据权利要求1或2所述的电池单池（10），其特征在于，所述管状的凸出部（3）包括螺纹，所述管盖（16）旋到所述螺纹上。

7.根据权利要求1或2所述的电池单池（10），其特征在于，所述管盖（16）包括铜、铝和不锈钢中的至少一种。

8.根据权利要求1或2所述的电池单池（10），其特征在于，所述电极总装（5）以缠绕的或堆叠的形式存在。

9.根据权利要求1或2所述的电池单池（10），其特征在于，所述壳体（1）由半壳体（20、30）构成。

10.根据权利要求9所述的电池单池（10），其特征在于，所述壳体（1）由包括塑料的半壳体（20、30）构成。

11.用于制造根据权利要求1至10任一项所述的电池单池（10）的方法，所述电池单池具有电极总装（5）和壳体（1），所述电极总装包括带有至少一个接触耳片（9a）的阳极和带有至少一个接触耳片（9b）的阴极，所述壳体包括一底面（12）、至少四个侧面（14）和一顶面（13），其特征在于，所述壳体（1）具有管状的凸出部（3），该凸出部具有开口（7），其中，在对所述管状的凸出部（3）的开口（7）进行密封之前进行至少一个接触耳片（9a、9b）的接触，或者其中在对所述管状的凸出部（3）的开口（7）进行密封的同时进行所述至少一个接触耳片（9a、9b）的接触。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述管状的凸出部（3）的开口（7）通过管盖（16）封闭，并且其中所述至少一个接触耳片（9a、9b）的接触在所述管盖（16）上进行。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个接触耳片（9a、9b）与所述管盖（16）通过激光焊接、超声波焊接、冷接合、滚压包层法或者通过挤压来接触。

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