CN107644957A - 电池组电池和用于制造电池组电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池组电池，其包括电极单元，电极单元具有与负端子连接的阳极和与正端子连接的阴极，其中负端子和正端子穿通电池壳体的盖板。阳极具有多个阳极接触凸起部，其在第一接触点处与负端子焊接，其中第一接触点布置在第一绝缘元件的背离盖板的侧上，第一绝缘元件部分地包围负端子，和/或阴极具有多个阴极接触凸起部，其在第二接触点处与正端子焊接，其中第二接触点布置在第二绝缘元件的背离盖板的侧上，第二绝缘元件部分地包围正端子。本发明也涉及用于制造电池组电池的相应方法。

Description

电池组电池和用于制造电池组电池的方法

技术领域

本发明涉及电池组电池，其包括电极单元，所述电极单元具有与负端子连接的阳极和与正端子连接的阴极。在此，负端子和正端子穿通（durchgreifen）电池壳体的盖板，电极单元被布置在所述电池壳体中。本发明也涉及用于制造电池组电池的方法，其中将电极单元的阳极与穿通电池壳体的盖板的负端子连接，并且将电极单元的阴极与穿通电池壳体的盖板的正端子连接。

背景技术

呈现的是，在将来不仅在机动车中的固定应用、例如风力发电设备情况下，而且在电子设备、例如膝上型电脑或移动电话的情况下使用新的电池组系统，其中对所述新的电池组系统鉴于可靠性、安全性、效率和使用寿命提出非常高的要求，其中所述机动车被设计为混合动力车辆或电动机动车。

在此情况下，尤其使用所谓的锂离子电池组电池。所述锂离子电池组电池的特点尤其是高能量密度、热学稳定性和极其小的自放电。锂离子电池组电池具有正的和负的电极，在充电过程的情况下以及在放电过程的情况下锂离子可以可逆地沉积（einlagern）在所述正的和负的电极处或者与金属制成合金，以及可以再次转移（auslagern）或者合金可以再次分解。这种过程也被称为嵌入（Interkalation）或者脱嵌（Deinterkalation）。在合金的情况下，上述过程被称为转换（Konversion）。锂离子电池组电池的进一步开发是具有后锂离子（Post-Lithium-Ionen）技术（例如锂硫或锂空气）的电池组电池（Batteriezellen）。在此，这涉及转换系统。

电池组电池通常包括一个或多个电极单元。电极单元具有两个以薄膜状的方式构造的电极，也即阳极和阴极。电极例如在中间放置隔板的情况下被卷成电极绕组，所述电极绕组也被称为果冻卷（Jelly-Roll）。电极也可以以电极堆叠（Elektrodenstapel）的形式在中间放置隔板的情况下上下叠置地分层堆放。电极单元的两个电极与电池组电池的极电连接，所述极也被称为端子。

电池组电池另外具有电池壳体，所述电池壳体例如由铝组成。电池单元布置在电池壳体之内。电池壳体通常以棱柱形、尤其是长方体形的方式构成并且以密闭的方式被构造。也已知用于电池壳体的其他结构形式、例如圆柱形。

从US 2015/0364742 A1中已知一种电池组电池，所述电池组电池具有布置在电池壳体中的电极单元。在此，负端子与阳极连接，并且正端子与阴极连接。负端子和正端子穿通电池壳体的盖板。

从US 2011/0129711 A1中已知一种具有电极单元的电池组电池。在此，负端子与阳极的接触凸起部连接，并且正端子与阴极的接触凸起部连接。

在US 2008/0107961 A1中公开了一种电池组电池，所述电池组电池具有布置在电池壳体中的电极单元。布置在电池壳体处的端子借助集电器与电极单元的阳极以及阴极连接。

发明内容

建议一种电池组电池，所述电池组电池包括电极单元，所述电极单元具有与负端子连接的阳极和与正端子连接的阴极。在此，负端子和正端子穿通电池壳体的盖板，电极单元布置在所述电池壳体中。

根据本发明，阳极具有多个阳极接触凸起部，所述阳极接触凸起部在第一接触点处与负端子焊接，其中第一接触点布置在第一绝缘元件的背离盖板的侧上，所述第一绝缘元件部分地包围负端子，和/或阴极具有多个阴极接触凸起部，所述阴极接触凸起部在第二接触点处与正端子焊接，其中第二接触点布置在第二绝缘元件的背离盖板的侧上，所述第二绝缘元件部分地包围正端子。

根据本发明的一种有利的改进方案，在阳极接触凸起部的背离负端子的侧上焊接第一金属元件，和/或在阴极接触凸起部的背离正端子的侧上焊接第二金属元件。第一金属元件优选地比阳极接触凸起部更厚，并且第二金属元件优选地比阴极接触凸起部更厚。所述金属元件防止在接触点处、尤其是在阳极接触凸起部中和在阴极接触凸起部中的断裂（Risse）。

优选地，电极单元以及第一接触点和/或第二接触点在此布置在电池组电池的电池壳体之内。

根据本发明一种优选的构型，阳极接触凸起部和阴极接触凸起部从电极单元并排地朝电池壳体的盖板的方向延伸。在此，阳极接触凸起部经历弯曲并且在第一接触点的区域中平行于电池壳体的盖板地伸展，和/或阴极接触凸起部经历弯曲并且在第二接触点的区域中平行于电池壳体的盖板地伸展。

根据本发明一种有利的构型，第一绝缘元件具有穿通开口，负端子穿通所述穿通开口，和/或第二绝缘元件具有穿通开口，正端子穿通所述穿通开口。

也建议一种用于制造电池组电池的方法。在此，将电极单元的阳极与穿通电池壳体的盖板的负端子连接，其方式为，在第一接触点处将阳极的多个阳极接触凸起部与负端子焊接，其中第一接触点布置在第一绝缘元件的背离盖板的侧上，所述第一绝缘元件部分地包围负端子，和/或将电极单元的阴极与穿通电池壳体的盖板的正端子连接，其方式为，在第二接触点处将阴极的多个阴极接触凸起部与正端子焊接，其中第二触点布置在第二绝缘元件的背离盖板的侧上，所述第二绝缘元件部分地包围正端子。

根据本发明的一种有利的改进方案，在阳极接触凸起部的背离负端子的侧上焊接第一金属元件，和/或在阴极接触凸起部的背离正端子的侧上焊接第二金属元件。第一金属元件优选地比阳极接触凸起部更厚，并且第二金属元件优选地比阴极接触凸起部更厚。所述金属元件防止在接触点处、尤其是在阳极接触凸起部中和在阴极接触凸起部中的断裂。

根据本发明一种优选的构型，借助电阻点焊将阳极接触凸起部与负端子并且与第一金属元件焊接，其方式为，将第一焊接电极放置在负端子上，并且将第二焊接电极放置在第一金属元件上，和/或借助电阻点焊将所述阴极接触凸起部与正端子并且与第二金属元件焊接，其方式为，将第一焊接电极放置在正端子上，并且将第二焊接电极放置在第二金属元件上。

优选地，在将阳极接触凸起部与负端子焊接之后和/或在将阴极接触凸起部与正端子焊接之后，相对于电极单元至少接近直角地旋转盖板，并且与电池壳体的壳体斗焊接。壳体斗和盖板于是构成电池壳体，在所述电池壳体中布置电极单元以及第一接触点和第二接触点。

根据本发明的电池组电池有利地在电动车辆（EV）中、在混合动力车辆（HEV）中、在插电式混合动力车辆（PHEV）中、在尤其用于家庭中的电网稳定的固定式电池组中、在海运应用中、例如在船舶制造情况下或在摩托艇（Jet-Skis）中的电池组中或者在航空应用中、尤其是在飞机制造情况下的电池组中得以使用。

发明优点

通过电池组电池的根据本发明的构型，不需要用于将阳极以及阴极与端子连接的附加的分开的集电器，因为将阳极接触凸起部以及阴极接触凸起部直接与端子焊接。尤其是，在此作为焊接方法可以使用电阻点焊，所述电阻点焊可以比较成本低地并且简单地被实施。在此可以有利地穿过端子而焊接，由此降低在焊接过程情况下的接触电阻（Übergangswiderstand）。但是其他焊接方法、例如激光焊接也是可设想的。绝缘元件一方面防止焊接飞溅物到达盖板上或者端子的侧面区域。另外，绝缘元件保证，在电阻点焊时流动的电流仅仅经由为此设置的接触点流动。

附图说明

根据附图和接下来的描述进一步阐述本发明的实施方式。

图1示出电池组电池的示意图；

图2示出电极单元的示意性透视图；

图3示出在焊接之前通过电极单元和端子的剖面；

图4示出在焊接期间通过来自图3的电极单元和端子的剖面；和

图5示出通过电池组电池的剖面。

具体实施方式

在本发明实施方式的接下来的描述中，利用相同的附图标记标明相同的或相似的元件，其中在个别情况下放弃对所述元件的重复描述。所述图仅示意性地表示本发明的主题。

在图1中示意性地图示出电池组电池2。电池组电池2包括电池壳体3，所述电池壳体以棱柱形、当前为长方体形的方式被构造。所述电池壳体3当前以导电的方式实施并且例如由铝制成。但是，电池壳体3也可以由电绝缘材料、例如塑料制成。

电池组电池2包括负端子11和正端子12。经由所述端子11、12可以截取由电池组电池2所提供的电压。另外，电池组电池2也可以经由端子11、12被充电。端子11、12以相间隔的方式被布置在棱柱形电池壳体3的盖板5处。电池壳体3另外包括壳体斗（Gehäusebecher）7，所述壳体斗与盖板5焊接。

在电池组电池2的电池壳体3之内布置电极单元10，所述电极单元具有两个电极，即阳极21和阴极22。电极单元10当前被构造为电极绕组，并且阳极21和阴极22分别以薄膜状的方式被实施并且在中间放置隔板18的情况下（unter Zwischenlage…）被卷成电极绕组。也可以设想，在电池壳体3中设置多个电极单元10。

阳极21包括阳极活性材料41，所述阳极活性材料以薄膜状的方式被实施。阳极活性材料41作为原料当前具有硅或者含有硅的合金。阳极21另外包括集流体（Stromableiter）31，所述集流体同样以薄膜状的方式被构造。阳极21的阳极活性材料41和集流体31平面地放在一起（aneinander legen）并且相互连接。因此，阳极21也以薄膜状的方式被构造。

阳极21的集流体31以能够导电的方式被实施并且由金属制成，例如由铜制成。阳极接触凸起部25从阳极21的集流体31伸出（von…wegragen）并且伸到（auf…zuragen）电池壳体3的盖板5上。阳极21的集流体31的阳极接触凸起部25与电池组电池2的负端子11电连接。

阴极22包括阴极活性材料42，所述阴极活性材料以薄膜状的方式被实施。阴极活性材料42作为原料具有金属氧化物，例如锂钴氧化物（LiCoO₂）。阴极22另外包括集流体32，所述集流体同样以薄膜状的方式被构造。阴极22的阴极活性材料42和集流体32平面地放在一起并且相互连接。因此，阴极22也以薄膜状的方式被构造。

阴极22的集流体32以能够导电的方式被实施并且由金属制成，例如由铝制成。阴极接触凸起部26从阴极22的集流体32伸出并且伸到电池壳体3的盖板5上。阴极22的集流体32的阴极接触凸起部26与电池组电池2的正端子12电连接。

阳极21和阴极22通过隔板18相互分隔。隔板18同样地以薄膜状的方式被构造。隔板18被构造为电绝缘的，但是是能传导离子的，也就是对于锂离子是可穿透的。

图2示出来自图1的电极单元10的示意性透视图。电极单元10的阳极21和阴极22在此围绕卷绕轴A被卷成电极绕组。阳极接触凸起部25和阴极接触凸起部26并排地并且平行于卷绕轴A地从电极单元10延伸出去。

在图3中示出在焊接之前通过电极单元10和正端子12的剖面。如已经在图2中示出的，阴极接触凸起部26从电极单元10中伸出。在所示出的图示中，阳极接触凸起部25在此由阴极接触凸起部26掩盖，并且负端子11由正端子12掩盖。

正端子12穿通盖板5，其中在正端子12和盖板5之间布置密封件59。所述密封件59由电绝缘材料制成并且一方面表示在正端子12和盖板5之间的电绝缘并且附加地以气密的方式密封盖板5中的开口。

正端子12的一部分由绝缘元件55包围，其中所述部分之后被布置在电池壳体3之内。绝缘元件55同样地由电绝缘材料制成。绝缘元件55在此具有穿通开口57，所述正端子12穿通所述穿通开口。

在所示的图示中，也即在焊接之前，阴极接触凸起部26以接近直线并且相互平行的方式从电极单元10伸展出去。正端子12和盖板5这样被定位，使得盖板5以与阴极接触凸起部26至少接近平行的方式取向。

图4示出在焊接期间通过来自图3中的电极单元10和正端子12的剖面。从来自图3中的图示出发，首先在阴极接触凸起部26的背离正端子12的侧上定位金属元件61。

随后将第一焊接电极71放置在正端子12上，并且将第二焊接电极72放置在金属元件61上。然后将两个焊接电极71、72朝彼此移动。由此，阴极接触凸起部26被压紧在金属元件61和正端子12之间并且由此被机械地固定。处于外面的、面向正端子12的阴极接触凸起部26在此也附在绝缘元件55处。

随后借助电阻点焊将阴极接触凸起部26与正端子12并且与金属元件61焊接。在此，在焊接电极71、72之间的电流流经正端子12、阴极接触凸起部26和金属元件61。以下区域当前被称为接触点51，即阴极接触凸起部26在所述区域处被相互焊接以及与正端子12和与金属元件61焊接。在电阻点焊时在焊接电极71、72之间流动的电流在此仅仅经由上述接触点51流动。

负端子11以相同方式与阳极接触凸起部25焊接。与阴极接触凸起部26焊接的金属元件61当前由铝制成。然而，与阳极接触凸起部25焊接的金属元件61当前由铜制成。

当前由铜制成的阳极接触凸起部25具有在6μm和15μm之间的范围内的厚度。与阳极接触凸起部25焊接的金属元件61优选地具有在50μm和300μm之间、也许直至500μm的范围内的厚度。当前由铝制成的阴极接触凸起部26具有在10μm和20μm之间的范围内的厚度。与阴极接触凸起部26焊接的金属元件61优选地具有在50μm和300μm之间、也许直至500μm的范围内的厚度。

图5示出通过电池组电池2的剖面。在将阳极接触凸起部25与负端子11焊接之后以及在将阴极接触凸起部26与正端子12焊接之后，关于电极单元10接近直角地旋转盖板5。随后，将电极单元10引入到壳体斗中，并且将盖板5与壳体斗7焊接成电池壳体3。电极单元10和接触点51因此布置在电池壳体3之内。

阴极接触凸起部26在此从电极单元10首先朝电池壳体3的盖板5的方向延伸。在此，阴极接触凸起部26经历弯曲并且在接触点51的区域中平行于电池壳体3的盖板5地伸展。在所述图示中由阴极接触凸起部26掩盖的阳极接触凸起部25从电极单元10首先朝电池壳体3的盖板5的方向延伸。在此，阳极接触凸起部25同样地经历弯曲并且在接触点51的区域中平行于电池壳体3的盖板5地伸展。

本发明并不局限于这里所描述的实施例和其中强调的方面。相反地，在通过权利要求所说明的范围之内，大量变体是可能的，这些变体处在技术人员的处理（Handeln）范畴内。

Claims (10)

1.电池组电池（2），所述电池组电池包括电极单元（10），所述电极单元具有与负端子（11）连接的阳极（21）和与正端子（12）连接的阴极（22），其中

所述负端子（11）和所述正端子（12）穿通电池壳体（3）的盖板（5），

其特征在于，

所述阳极（21）具有多个阳极接触凸起部（25），所述阳极接触凸起部在第一接触点（51）处与所述负端子（11）焊接，其中

所述第一接触点（51）布置在第一绝缘元件（55）的背离所述盖板（5）的侧上，所述第一绝缘元件部分地包围所述负端子（11），和/或

所述阴极（22）具有多个阴极接触凸起部（26），所述阴极接触凸起部在第二接触点（51）处与所述正端子（12）焊接，其中

所述第二接触点（51）布置在第二绝缘元件（55）的背离所述盖板（5）的侧上，所述第二绝缘元件部分地包围所述正端子（12）。

2.按照权利要求1所述的电池组电池（2），其特征在于，

在所述阳极接触凸起部（25）的背离所述负端子（11）的侧上焊接第一金属元件（61），和/或

在所述阴极接触凸起部（26）的背离所述正端子（12）的侧上焊接第二金属元件（61）。

3.按照上述权利要求之一所述的电池组电池（2），其特征在于，

所述电极单元（10）以及所述第一接触点（51）和/或所述第二接触点（51）布置在所述电池壳体（3）之内。

4.按照上述权利要求之一所述的电池组电池（2），其特征在于，

所述阳极接触凸起部（25）和所述阴极接触凸起部（26）从所述电极单元（10）并排地朝所述盖板（5）的方向延伸，其中

所述阳极接触凸起部（25）和/或所述阴极接触凸起部（26）经历弯曲并且在所述接触点（51）的区域中平行于所述盖板（5）地伸展。

5.按照上述权利要求之一所述的电池组电池（2），其特征在于，

所述绝缘元件（55）具有穿通开口（57），所述负端子（11）和/或所述正端子（12）穿通所述穿通开口。

6.用于制造电池组电池（2）的方法，其中

将电极单元（10）的阳极（21）与穿通电池壳体（3）的盖板（5）的负端子（11）连接，其方式为，

在第一接触点（51）处将所述阳极（21）的多个阳极接触凸起部（25）与所述负端子（11）焊接，

其中所述第一接触点（51）布置在第一绝缘元件（55）的背离所述盖板（5）的侧上，所述第一绝缘元件部分地包围所述负端子（11），和/或其中

将所述电极单元（10）的阴极（22）与穿通所述电池壳体（3）的所述盖板（5）的正端子（12）连接，其方式为，

在第二接触点（51）处将所述阴极（22）的多个阴极接触凸起部（26）与所述正端子（12）焊接，

其中所述第二触点（51）布置在第二绝缘元件（55）的背离所述盖板（5）的侧上，所述第二绝缘元件部分地包围所述正端子（12）。

7.按照权利要求6所述的方法，其中

在所述阳极接触凸起部（25）的背离所述负端子（11）的侧上焊接第一金属元件（61），和/或

在所述阴极接触凸起部（26）的背离所述正端子（12）的侧上焊接第二金属元件（61）。

8.按照权利要求7所述的方法，其中

借助电阻点焊将所述阳极接触凸起部（25）与所述负端子（11）和与所述第一金属元件（61）焊接，其方式为，将第一焊接电极（71）放置在所述负端子（11）上，并且将第二焊接电极（72）放置在所述第一金属元件（61）上，

和/或

借助电阻点焊将所述阴极接触凸起部（26）与所述正端子（12）和与所述第二金属元件（61）焊接，其方式为，将第一焊接电极（71）放置在所述正端子（12）上，并且将第二焊接电极（72）放置在所述第二金属元件（61）上。

9.按照权利要求6至8之一所述的方法，其中

在将所述阳极接触凸起部（25）与所述负端子（11）焊接之后和/或在将所述阴极接触凸起部（26）与所述正端子（12）焊接之后，相对于所述电极单元（10）至少接近直角地旋转所述盖板（5），并且与所述电池壳体（3）的壳体斗（7）焊接。

10.按照权利要求1至5之一所述的电池组电池（2）在电动车辆（EV）中、在混合动力车辆（HEV）中、在插电式混合动力车辆（PHEV）中、在固定式电池组中、在海运应用中的电池组中、或者在航空应用中的电池组中的使用。