CN106486615A - 用于制造电池单池的方法和电池单池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造电池单池的方法，电池单池包括壳体和布置在壳体中的电池卷，电池卷具有第一电极侧和第二电极侧。该方法包括在电池卷导入到壳体的金属的壁件中之前或之后将电池卷的第一电极侧与壳体的金属的底部件材料配合地拼接及在电池卷导入到金属的壁件后将电池卷的第二电极侧与电流导通部材料配合地拼接，在金属的底部件与金属的壁件材料配合地拼接之后以及第二电极侧与电流导通部材料配合地拼接之后，将金属的盖件与金属的壁件材料配合地拼接，在电池卷的第一电极侧与金属的底部件材料配合地拼接之后，金属的底部件才与金属的壁件材料配合地拼接。本发明的其它的方面还涉及按该方法制造的电池单池以及该电池单池的应用。

Description

用于制造电池单池的方法和电池单池
技术领域
本发明涉及用于制造带有壳体和布置在壳体中的电的存储元件的电池单池，特别是锂离子电池单池的方法。
背景技术
部分也被称为蓄电池单池的电池单池用于储存电能。时至今日已使用电池单池来为多种移动设备供能。将来电池单池还应当用于给陆上以及水上的电动车辆或混动车辆供能，或用于静态地暂存来自备选的能源的电能。
为此大多将多个电池单池组装成电池组或电池模块。为了在此尽可能有效地充分利用所提供的组容量，针对这个目的，出于容量使用价值的原因，首先使用有棱柱形的、例如方形的形状的电池单池。
已经存在多种不同类型的电池单池。但是，传统的电池单池大多具有复杂的结构，在这种结构中，多个不同的零件被用于整个电池单池的组装。制造尤其在多个零件组装时既是高成本的又是费时的。
由于锂离子技术很高的能量密度、热稳定性和缺乏的记忆效应，大多使用锂离子技术用于例如在机动车中的用途，锂离子技术基于其对未来电动性很高的经济意义而在当前被深入发展。
在这种锂离子单池的壳体的内部有扁平地压紧的卷（所谓的“Jelly-Roll卷筒”或“Coffee-Bag咖啡袋”），其由铝膜、由铜膜（这些被反应性的阴极和阳极材料涂层）以及由两个用作隔膜的塑料膜卷绕而成。在引入卷之后以及在卷被压力密封地封闭之前，壳体用液体的电解质填充。
由DE 10 2011 076 919 A1可知，电池单池的壳体具有至少两个将电极总体与环境基本上分开的壳体元件。规定，第一壳体元件与电极总体的正极电连接且第二壳体元件与电极总体的负极电连接，因而电池单池能在第一壳体元件上以及在第二壳体元件上电地触点接通。
DE 10 2011 082 288 A1公开了一种蓄能设备，其带有壳体，壳体内构造有至少两个用于容纳各一个蓄能装置的腔；还带有至少两个蓄能装置，该蓄能装置被串联且分别被布置在所述腔中的一个腔内。由实施例可知，蓄能装置直接借助壳体的容器电连接且能够串联，因此壳体的容器可以用作另一个用于求出蓄能装置的单电压的极。
主要的元件、亦即电池卷，通常如由DE 10 2013 201 572 Al可知的那样被导入到壳体中。这一点要求通过导电体以及其它的构件的侧向的触点接通。这在带有活性材料的容积充分利用方面并不是最佳的。
发明内容
建议一种用于制造电池单池的方法，电池单池包括壳体和布置在该壳体内的电池卷，其中，电池卷具有第一电极侧和第二电极侧。该方法包括电池卷的第一电极侧与壳体的金属的底部件在电池卷导入到金属的壁件之前或之后的材料配合的拼接，以及包括电池卷的第二电极侧与电流导通部在电池卷导入到金属的壁件之后的材料配合的拼接，其中，在金属的底部件与金属的壁件材料配合地拼接之后以及第二电极侧与电流导通部材料配合地拼接之后，金属的盖件与金属的壁件材料配合地拼接，以及其中，在电池卷的第一电极侧与金属的底部件材料配合地拼接之后才进行金属的底部件与金属的壁件的材料配合的拼接。铝尤其适合作为用于壳体或壳体的部分的金属的材料。
第二电极侧优选具有接触旗且与电流导通部通过这个接触旗材料配合地拼接，其中，该电流导通部穿过金属的盖件或金属的壁件且与第一端子连接。
金属的盖件优选具有第二端子，第二端子在按本发明的方法的进程中被安装在金属的盖件上或集成到这个盖件中。
作为备选，第二端子在按本发明的方法的进程中也与金属的壁件连接。
在按本发明的方法的进程中，由金属的壁件和金属的底部件形成了一个盒。电解质可以在金属的盖件与盒材料配合地拼接之前被填充到盒中或在金属的盖件与盒材料配合地拼接之后通过设置在金属的盖件中的开口在事后被填充。
在按本发明的方法中，取代通过深冲方法制造的单池盒的是使用金属的壁件。为了避免在壳体和电池卷的第二电极侧之间的短路，在壳体的金属的盖件和电池卷的第二电极侧的接触旗之间插入绝缘元件。为了电池卷与壳体的金属的底部件的材料配合的拼接，金属的底部件包含级部和/或电池卷的第一电极侧用另一个接触旗朝着金属的底部件的方向扩大。根据本发明的电池单池的配设给电池卷的第二电极的电池接头包括密封和绝缘件、端子和电流导通部。不同地，配属于电池卷的第一电极侧的电池接头则既不需要密封和绝缘件也不需要电流导通部，因而通过按本发明的方法将配属于电池单池的电池卷的第一电极侧的电池接头设计成无密封的和/或没有附加的构件。
本发明的另一个方面涉及按照按本发明的方法制造的电池单池。在所述方法实施后，金属的底部件和由金属的壁件和金属的底部件形成的盒完全处在第一电极侧的电位上且被用作导电体。
按本发明的电池单池有利地使用在电动车辆（EV）、混动车辆（HEV）或插电式混动车辆中（PHEV）。也可以考虑在消费电子装置或电工具中的应用。
发明优势
按本发明的电池单池具有这样的优势，即，在电池单池中，仅需很少的构件用于电极的电触点接通。在实施按本发明的方法之后，壳体完全处在第一电极的电位上且用作导电体。因此电池接头在按本发明的电池单池的电池卷的第一电极侧上仅具有一个端子，该端子直接安装在金属的盖件上，或者集成到这个盖件中。因此省去了电池单池的电池卷的第一电极侧上的导电体、密封部和用于电流导通部的其它的构件，这导致了重量的大幅减轻，伴随相应上升的重量测定的能含量（Energieinhalt）。基于较小的复杂性和较少的电池接头的构件的数量，可以更为成本低廉地制造电池单池。
按照本发明，针对制好的电池单池得出了同样的优势。通过省去电池接头的构件，可以达到电池单池的更为有效的容量充分利用，这就是说，电池单池可以被制造得更薄，因此可以达到电池组的更好的容量使用价值。此外，可以通过节省在电池接头上的构件以及金属的底部件、金属的壁件和金属的盖件的材料配合的拼接达到电池单池的更好的密封。
此外还有利的是，能用按本发明的构造形式将圆柱形的单池的结构传递给棱柱形的单池。由此对按德国汽车工业协会（VDA）的标准的传统的棱柱形的构造形式来说，例如被VDA标准化的PHEV2单池来说，最大的容积使用也是可能的。
按本发明的电池单池的另一个优势在于，相比现有的理念，没有新的过程被集成到制造中以及因此可以利用已经存在的设备。
附图说明
接下来借助多个实施例和附图详细阐释本发明。
附图中：
图1是由现有技术公开的电池装置的分解图；
图2是按第一个实施方案的按本发明的电池单池的透视图；
图3是按第一个实施方式的按本发明的电池单池的剖切图；
图3.1是按第一个实施方式的按本发明的电池单池的电池接头的细节图；
图4是按第二个实施方式的按本发明的电池单池的示意图；
图5是按第三个实施方式的按本发明的电池单池的透视图；
图6是按本发明的方法的示意图。
由现有技术公开的电池装置100在图1中被示出。电池装置100包括单池壳体6，单池壳体构造成棱柱形、当前构造成方形。单池壳体6在当前被设计成导电的且例如由铝在深冲方法中制造。单池壳体6包括方形的容器7，其在一侧上具有容器开口7a。容器开口7a被盖装置1闭锁，盖装置包括两个端子2、两个密封部3和多个其它的零件。
由按照图1的所示可知，电极卷4处在容器7中，它的阳极4a和阴极4b垂直于容器开口7a或盖装置1且与两个集电器5连接。
具体实施方式
接下来使用有X轴、Y轴和Z轴的三维的坐标系，其适用于图2至5。
图2在该三维的坐标系中示出了按第一个实施方式的按本发明的电池单池8的透视图。
电池单池8基本上设计成矩形的和扁平的。电池卷24（参看图3）处在电池单池8的壳体10中，其中，电池卷24尤其以没有固有刚性的套的扁平的构造方式设计成锂离子存储单元。
此外，电池单池8具有第一端子20和第二端子22。电池单池8的壳体10包括金属的盖件12、金属的壁件14和金属的底部件16。在此，金属的壁件14和金属的底部件16形成了盒40。
图3在三维的坐标系统的Y-Z平面中示出了按第一个实施方式的按本发明的电池单池8的剖切图。
作为对图2的补充，示出了处在壳体10内的电池卷24，其中，电池卷24具有第一电极侧26和第二电极侧28。与图1中示出的现有技术不同的是，电池卷24在此在执行按本发明的方法之前围绕X轴转动90°，这就是说，电池卷24的第一电极侧26和第二电极侧28并不垂直于金属的盖件12或金属的底部件16，而是平行于金属的盖件12或金属的底部件16。电池卷24的第一电极侧26与金属的底部件16材料配合地拼接。在电池卷24与金属的底部件16导入到金属的壁件14中以及在金属的底部件16与金属的壁件14材料配合地拼接之后，金属的底部件16和通过金属的底部件16与金属的壁件14的材料配合的拼接所得到的盒40完全处在第一电极侧26的电位上。电池卷24的第二电极侧28具有接触旗36且第二电极侧28与电流导通部32经由接触旗36材料配合地拼接。第一端子20和电流导通部32以及密封和绝缘件30形成了电池接头18，其中，电流导通部32突伸穿过金属的盖件12以及密封和绝缘件30且与第一端子20连接。金属的盖件12与由金属的壁件14和金属的底部件16形成的盒40材料配合地拼接，其中，在金属的盖件12和电池卷24的第二电极侧28的接触旗36之间装入有绝缘元件38。在第一电极侧26与金属的底部件16材料配合地拼接时要注意的是，金属的底部件16包含级部34和/或电池卷24的第一电极侧26用另一个接触旗37（参看图6）朝着金属的底部件16的方向（也就是说在三维的坐标系统的Z方向上）扩大。第二端子22可以随方法的进程被安装到金属的盖件12上或集成到这个盖件中。
图3.1示出了按第一个实施方式的按本发明的电池单池8的电池接头18的细节视图。
如图3.1所示，电流导通部32延伸穿过密封和绝缘件30以及金属的盖件12且与第一端子20连接。电池卷24的第二电极侧28的接触旗36与电流导通部32材料配合地拼接。绝缘元件38被装入到金属的盖件12和电池卷24的第二电极侧28的接触旗36之间。
与按图2、3和3.1的按本发明的技术方案相比，按在图1中示出的现有技术的电池装置100的安装是昂贵且高成本的。
按本发明的电池单池8的第二个实施方式在图4中被示出。在此，金属的底部件16与电池单池8的电池卷24的第一电极侧26在电池卷24导入到金属的壁件14之后材料配合地拼接。在图4的实施方式中，第一电极侧26为此具有另一个接触旗37，其中，另一个接触旗37与金属的底部件16材料配合地拼接。接触旗36具有固定区段50和经偏移的端部46。接触旗36的固定区段50被安装在第二电极侧28上，而接触旗36的经偏移的端部46则扁平地与延伸穿过金属的盖件12以及密封和绝缘件30的电流导通部32材料配合地拼接。绝缘元件38被装入到金属的盖件12和接触旗36之间。另一个接触旗37具有固定区段52和经偏移的端部48。另一个接触旗37通过固定区段52被安装在电池卷24的第一电极侧26上，而经偏移的端部48则扁平地与金属的底部件16材料配合地拼接。金属的底部件16在此可以制造成带有或没有级部34。金属的盖件12和金属的底部件16在此可以在侧向处在金属的壁件14旁。在金属的底部件16与金属的壁件14材料配合地拼接之后，金属的盖件12被翻到由金属的壁件14和金属的底部件16形成的盒40上且材料配合地拼接。
图5示出了按第三个实施方式的按本发明的电池单池8。电池单池8具有第一端子20、第二端子22、金属的盖件12、金属的壁件14和金属的底部件16。两个端子20和22在此没有被安装在金属的盖件12上，而是被布置在金属的壁件14的窄侧上。两个接触旗36和37中的一个（参看图4）与延伸穿过金属的壁件14的窄侧的电流导通部32（参看图3至4）材料配合地拼接且与第一端子20连接，而所述另外的接触旗则被安装在壳体10上。第二端子22可以在按本发明的方法的进程中被安装在金属的壁件14的窄侧上。在金属的底部件16与金属的壁件14材料配合地拼接之后，金属的盖件12被翻到由金属的壁件14和金属的底部件16形成的盒40上且材料配合地拼接。
在图6中示出了按本发明的方法的实施方式的示意性流程。
如在图3中所示那样，电池卷24在执行所述方法之前转动了90°。在第一步骤101中，电池卷24的第一电极侧26与电池单池8的壳体10的金属的底部件16材料配合地拼接，在此优选考虑焊接。原则上也存在使用其它材料配合的拼接方法的可能性，例如钎焊、硬焊、粘接等。
在第二步骤102中，金属的底部件16和电池卷24被导入到电池单池8的壳体10的金属的壁件14中。在第三步骤103中，金属的底部件16与金属的壁件14材料配合地拼接，从而构造了盒40。在第四步骤104中，电池卷24的第二电极侧28的接触旗36与延伸穿过电池单池8的壳体10的金属的盖件12以及密封和绝缘件30的电流导通部32材料配合地拼接且与第一端子20连接。在第五步骤105中，金属的盖件12与在第三步骤103中得到的盒40材料配合地拼接。在第六步骤106中，第二端子22直接被安装在金属的盖件12上或集成到这个金属的盖件中。
本发明不限于这里所描述的实施例和此处所强调的方面。更确切地说，在由权利要求说明的范围内能实现多个处在技术人员的行事的框架内的变型方案。

Claims (10)

1.用于制造电池单池（8）、特别是锂离子电池单池的方法，该电池单池包括壳体（10）和布置在壳体（10）中的电池卷（24），其中，电池卷（24）具有第一电极侧（26）和第二电极侧（28），其特征在于，该方法具有下列步骤：
- 在电池卷（24）导入到壳体（10）的金属的壁件（14）中之前或之后，将电池卷（24）的第一电极侧（26）与壳体（10）的金属的底部件（16）材料配合地拼接，
- 在电池卷（24）导入到金属的壁件（14）之后，将电池卷（24）的第二电极侧（28）与电流导通部（32）材料配合地拼接，
其中，在金属的底部件（16）与金属的壁件（14）材料配合地拼接之后以及第二电极侧（28）与电流导通部（32）材料配合地拼接之后，将金属的盖件（12）与金属的壁件（14）材料配合地拼接，以及其中，在电池卷（24）的第一电极侧（26）与金属的底部件（16）材料配合地拼接之后，金属的底部件（16）才与金属的壁件（14）材料配合地拼接。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二电极侧（28）具有接触旗（36）以及所述第二电极侧（28）经由该接触旗（36）与所述电流导通部（32）材料配合地拼接，其中，所述电流导通部（32）穿过所述金属的盖件（12）或所述金属的壁件（14）且与第一端子（20）连接。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述金属的盖件（12）和电池卷（24）的所述第二电极侧（28）的所述接触旗（36）之间装入绝缘元件（38）。
4.按权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述金属的盖件（12）或金属的壁件（14）具有与之相连的第二端子（22）。
5.按权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，使用棱柱形的金属的壁件（14）。
6.按权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，金属的底部件（16）包含级部（34）和/或电池卷（24）的第一电极侧（26）用另一个接触旗（37）朝着金属的底部件（16）的方向扩大。
7.按权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，配属于电池单池（8）的电池卷（24）的第一电极侧（26）的电池接头设计成没有密封的和/或没有附加的构件。
8.电池单池（8），特别是锂离子电池单池，按照按权利要求1至7任一项所述的方法制造。
9.按权利要求8所述的电池单池（8），其特征在于，金属的底部件（16）和由金属的壁件（14）与金属的底部件（16）形成的盒（40）处在第一电极侧（26）的电位上且用作导电体。
10.按权利要求8或9所述的电池单池（8）在电动车辆、混动车辆或插电式混动车辆、消费电子装置或电工具中的应用。
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