CN108055875B - 用于制造电极复合体的方法 - Google Patents

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Abstract

描述一种用于制造电池组电池的、尤其锂离子电池组电池的电极复合体（23）的方法，所述电极复合体包括至少一个第一电极（1）、至少一个第二电极（2）和至少一个尤其带状的隔片膜（5a，5b），所述至少一个第一电极具有尤其带状的第一电极膜（la），其中，在第一侧上适当修剪所述尤其带状的第一电极膜（la），从而暴露至少一个第一接触凸起部（lb），能够从所述第一侧接触在制成的所述电池组电池中的所述第一电极膜（la）。

Description

用于制造电极复合体的方法
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于制造电池组电池的电极复合体的方法以及涉及根据该方法所制造的电池组电池和电池组。
背景技术
电池组电池是电化学蓄能器，该电化学蓄能器在其放电时将所存储的化学能量通过电化学反应转化成电能量。呈现的是，在未来不仅在固定应用中而且也在电子设备中应用到新的电池组系统，其中静态的应用例如是风力发电设施、被设计为混合动力机动车或电动机动车的机动车，对这些新的电池组系统提出关于可靠性、安全性、效率和寿命的非常高的要求。基于其大的能量密度，尤其锂离子电池组作为蓄能器被用于电驱动的机动车。
为了制造电极复合体，已知不同的方法。在第一种方法中，将正电极和负电极以及隔片以分别适合的形式适当修剪并且接着相互上下堆叠，其中，这些电极分别通过隔片来相互分离。在此，以相互分开的方式容纳和放置电极和隔片。
在US 2014/0373343中描述一种用于制造电极复合体的方法，该电极复合体包括第一电极、第一隔片、第二电极和第二隔片，其中，将电极和隔片交替地相互上下堆叠。事先在相对置的两侧上适当修剪电极膜。
在WO2012/020480中描述一种用于制造电极复合体的方法，其中，分别在两个隔片膜之间将层压入正电极。
发明内容
根据本发明，提供具有独立权利要求的特征性特征的、用于制造电池组电池的、尤其锂离子电池组电池的电极复合体的方法以及根据该方法制造的电池组电池和电池组，该电极复合体包括至少一个第一电极、至少一个第二电极和至少一个隔片膜，其中第一电极具有尤其带状的第一电极膜。
带状这个术语被理解为，相应的膜例如作为长的、平面的膜存在，如例如在材料供应商那里可以买到的那样。
尤其在第一侧上适当修剪尤其带状的第一电极膜，从而暴露至少一个第一接触凸起部，其中能够从该第一侧接触在制成的电池组电池中的该第一电极膜。在此有利的是，接触凸起部不需要首先在分开的工作步骤中被产生并且然后被粘接或焊接，并且因此也不形成焊缝或粘接突起部。借助所提出的过程，一方面简化并且另一方面加速接触凸起部的制造。此外，避免例如在焊接过程中形成的颗粒。
所提出的方法是简单的并且快速的并且具有高的生产率，由此其适合于批量生产。利用这样的系统可以以超过10Hz的堆叠速度来堆叠电极膜。
本电池组电池的另外的有利的实施方式由从属权利要求中得出。
在一种特别有利的实施方式中，在将第一电极、隔片膜和第二电极相互上下堆叠之前，尤其仅仅在第一侧上，进行尤其带状的第一电极膜的适当修剪。在此有利的是，在相互上下堆叠之前仅仅必须在一侧上适当修剪第一电极膜，由此节省时间和工作步骤。整个过程因此更快速和更有效地进行。此外，通过仅仅在第一侧上适当修剪第一电极膜，与在多侧上切割电极膜相比，形成更少的颗粒。
在一种有利的实施方式中，为了制造第一电极，以第一活性材料覆层尤其带状的第一电极膜，并且为了制造第二电极，以第二活性材料覆层尤其带状的第二电极膜。在此有利的是，锂离子在充电过程和放电过程中可以填入到活性材料中并且从其中转移出，并且因此保证电池组电池的有效运行。此外有利的是，在一种实施方式中，用活性材料进行的覆层尤其在留空相应的电极膜的接触凸起部的区域的情况下进行，因为接触凸起部仅仅用于电连接并且因此可以保证安全的电连接，而例如不发生电池组电池的损坏或不发生短接。
此外特别有利的是，在两侧以活性材料覆层电极膜。通过这种方式不白白浪费电池组电池中的空间，并且相比于电极膜的单侧覆层实现电池组电池的明显更高的能量密度。为了在电池组电池中提供相同量的活性材料，在单侧覆层的情况下于是可能必须将两个电极膜安置在电池组电池中。
在一种有利的实施方式中，尤其在所有侧上适当修剪尤其带状的第二电极膜，从而暴露第二电极连同其接触凸起部。经由该接触凸起部，能够电接触电极膜。通过适当修剪，电极具有对于后续步骤的必需的尺寸大小。特别有利的是，在第一电极、隔片膜和第二电极相互上下堆叠之前，进行对第二电极膜的适当修剪，因为经适当修剪的电极膜然后仅仅还必须被放到电极复合体的相应的其他部件上。
在一种特别有利的实施方式中，在两个尤其带状的隔片膜之间引入第二电极，并且使两个隔片膜至少部分地在以下区域中相互连接，从而形成第一堆叠装置：这些区域尤其在所有侧上延伸超出第二电极。在此有利的是，第二电极、尤其阴极以这种方式不能够滑动并且因此精确定位。通过使第二电极、尤其阴极不能够滑动并且因此在所有侧由隔片膜包围，堆叠装置提供大的安全性，例如防滑动，否则这例如可能引起电容损耗、损坏或甚至短路。两个隔片膜相互的连接此外是简单的并且成本低的工作步骤。
在另一种有利的实施方式中，通过层压、热接触焊接、粘接或穿孔来进行这两个隔片膜相互的连接。
在层压的情况下有利的是，引起具有高强度的防水的和氧保护的（sauerstoffgeschützt）连接。相反，粘接方法是简单的，节省时间和成本低的。待粘接的构件不遭受高的温度，从而不损坏这些构件。在热接触焊接的情况下有利的是，处理时间非常短并且热焊接技术相比于其他的焊接方法更加有利，因为仅仅需要很少的精确的工具。由此，这是简单操纵的和快速的方法。
另一种实施方式规定：如此相叠放置尤其带状的第一电极膜和第一堆叠装置，使得第一电极的第一接触凸起部和第二电极的第二接触凸起部在空间上相互处于错开。由此排除第一接触凸起部与第二接触凸起部的触碰，从而避免例如短路。在此还有利的是，这样的堆叠非常快速和简单。
在另一种有利的实施方式中，尤其在第一电极膜和第一堆叠装置相互上下堆叠之后，在第二电极旁的区域中和/或在两个第二电极之间适当修剪电极复合体的尤其带状的第一电极膜和尤其带状的隔片膜。该方法步骤可以非常快速地进行并且此外是非常经济的，因为在此不出现材料损耗，例如在批量制造中，当制成的电极复合体在另一电极复合体之后被分离的时候。
为了能够安全地实施该步骤，事先尤其在所有侧已经适当修剪了第二电极膜，从而第二电极膜相比第一电极膜具有更小的大小。如果第二电极膜具有与第一电极膜相同的尺寸，则电极膜在适当修剪的步骤之后仅仅通过隔片膜来被分离并且在隔片膜的小的移位的情况下就已经可能触碰，这又可能导致短路。此外，在其之间布置有第二电极膜的这两个隔片膜的连接步骤于是也是不可能的。隔片膜的连接步骤也有利于安全性。以这种方式，对于第二电极膜而言不可能滑动，从而不可能发生第一电极膜与第二电极膜的触碰。
在一种有利的实施方式中，借助激光器、刀具或者冲压工具进行对电极膜的和/或隔片膜的适当修剪。
借助激光切割而在没有灰尘形成的情况下获得精确的切割棱边。激光切割此外仅仅具有对材料的小的热影响，从而不发生材料变形。
利用刀具进行的切割过程具有以下优点：刀具能够以成本低的方式获得并且切割过程是快速和简单的。冲压相反是迅速的并且节省能量的方法。省去频繁的机器改装时间并且可以制造多种多样的形状。
此外，具有经堆叠的电极复合体的电池组电池、尤其软包电池是有利的，其中，第一电极是阳极，并且尤其带状的第一电极膜尤其包括铜膜，并且第二电极是阴极，并且尤其带状的第二电极膜尤其包括铝膜。
铝提供以下优点：铝是轻的并且是成本低的并且还大量地可用。相反，铜关于其抗腐蚀性方面是有利的，这此外随之带来高寿命。此外，铜是可良好地处理的并且也可以在低的温度下最优地变形。
在另一种有利的实施方式中，隔片膜在第一电极的第一接触凸起部和/或第二电极的第二接触凸起部所定位在的一侧上具有相比于第一电极和相比于第二电极而言更大的尺寸。然而，第一和/或第二电极的接触凸起部在此延伸超出隔片膜。在此有利的是，因此保证尽可能高的安全性，因为这些电极以这种方式并不触碰并且因此避免电池组电池的损坏或甚至短路。
此外，在一种实施方式中特别有利的是，第一电极具有相比于第二电极而言更大的尺寸。在此有利的是，如先前描述那样的制造是可能的。以这种方式，第一电极可以在两侧上在与隔片膜相同的时间点来被切割，由此节省工作时间和成本。
在另一种实施方式中规定：隔片膜包括聚乙烯和/或聚丙烯。
聚烯烃、尤其聚乙烯和聚丙烯同时是鲁棒性的且柔性的，具有高的机械稳定性和化学稳定性并且此外能够焊接。聚乙烯例如具有高韧性、低的吸水性和水蒸气渗透性，以及高的耐化学剂性能并且此外是可良好地处理的并且是成本低的。聚丙烯具有低的吸水性，是化学稳定的、电绝缘的以及是可良好地处理的并且成本低的。
此外，具有先前所描述的电池组电池的电池组是有利的。
附图说明
本发明的实施方式在附图中被示出并且在以下的附图描述中被进一步阐述。其中：
图1示出：用于制造电池组电池的电极复合体的根据本发明的方法的示意图；
图2示出：根据在图1中所示出的根据本发明的方法在第一侧上适当修剪第一电极膜的步骤的示意图；
图3示出：根据在图1中所示出的根据本发明的方法适当修剪和大量生产第二电极膜的步骤的示意图；
图4示出：根据在图1中所示出的根据本发明的方法制造第一堆叠装置的步骤的示意图；
图5a示出：根据本发明的方法的第一电极和第一堆叠装置相互上下堆叠的步骤的和用于制造完成经堆叠的电极复合体的步骤的俯视图的示意图；
图5b示出：根据本发明的方法的第一电极和第一堆叠装置相互上下堆叠的步骤的和用于制造完成经堆叠的电极复合体的步骤的侧视图的示意图；和
图6示出：根据本发明的电池组电池的第一电极的、隔片膜的以及第二电极的尺寸大小的示意图。
具体实施方式
在图1中以七个方法步骤示出根据本发明的方法的可能的流程。
在第一步骤10中，例如在两侧，以第一活性材料或第二活性材料覆层尤其带状的第一电极膜和尤其带状的第二电极膜。可替代地，仅仅在一侧以活性材料覆层电极膜。第一电极例如是阳极，并且尤其带状的第一电极膜例如包括铜膜，该铜膜以石墨、碳、硅或这些材料的复合材料，例如以与聚合物粘结剂结合的方式被覆层，其中该石墨尤其是天然石墨或合成石墨。
第二电极例如是阴极，并且尤其带状的第二电极膜包括例如铝膜，该铝膜尤其以锂过渡金属氧化物、例如以LiNixMnyCozO2，或过锂化的锂过渡金属氧化物，例如以LiNixMnyCozO2*Li2MnO3或者以其他合适的、例如包括锂离子、其他金属离子和氧气的锂化合物，或以锂过渡金属磷酸盐、诸如LiFePO4来覆层。
在覆层时，尤其留空第一电极膜的第一接触凸起部的和第二电极膜的第二接触凸起部的区域。
在图2中详细示出的第二步骤20中，在第一侧上适当修剪尤其带状的第一电极膜la，能够从该第一侧接触在制成的电池组电池中的第一电极1。在此，留着至少一个第一接触凸起部lb，第一电极1通过所述至少一个第一接触凸起部能够电接触。在图2中，第一电极膜la在第一电极膜la的第一区域100中以第一活性材料lc覆层并且在第一电极膜la的第二区域101中没有活性材料lc。在适当修剪之后，从第一电极膜la的未经覆层的第二区域101仅仅保留第一接触凸起部1b。第一电极膜la的修剪例如借助激光器3进行。
在图3中详细示出的第三步骤30中，在所有侧上适当修剪尤其带状的第二电极膜2a或者第二电极2。可替代地，不在所有侧上，而是例如仅仅在三侧上适当修剪第二电极2。在第一侧上留着至少一个第二接触凸起部2b，能够从该第一侧接触在制成的电池组电池中的第二电极2，通过至少一个第二接触凸起部能够电接触第二电极2。在图3中，第二电极膜2a在第二电极膜2a的第一区域200中以第二活性材料2c覆层并且在第二电极膜2a的第二区域202中没有第二活性材料2c。在适当修剪之后，从第二电极膜2a的未经覆层的第二区域202仅仅保留第二接触凸起部2b。第二电极膜2a的修剪例如借助激光器3进行。
在图4中详细示出的第四步骤40中，在两个尤其带状的隔片膜5a、5b之间引入第二电极2，从而隔片膜5a被布置在第二电极2之下并且隔片膜5b被布置在第二电极2之上。隔片膜5a、5b在图4中以几乎透明的方式被示出。接下来使这两个隔片膜5a、5b在以下区域中相互连接，从而形成第一堆叠装置13：这些区域在所有侧上延伸超出第二电极2。可替代地，这两个隔片膜5a、5b至少部分地在以下区域中相互连接：这些区域延伸超出第二电极2。
隔片膜5a、5b包括例如聚乙烯和/或聚丙烯。隔片膜5a、5b的连接例如通过在图4中示例性地以箭头绘出的位置上的层压7来进行。层压7也可以在图4中未绘出的位置上进行。可替代地，隔片膜5a、5b借助热接触焊接或粘接来相互连接。
在图5a中以俯视图并且在图5b中以侧视图详细示出第五、第六和第七步骤。
如在图5a中示出的那样，在第五步骤50中，使尤其带状的第一电极和第一堆叠装置13相叠放置，从而形成电极复合体23。在此，第一电极1的第一接触凸起部lb和第二电极2的第二接触凸起部2b相互错开地布置。
在第六步骤60中，在第二电极2旁的区域中和/或分别在两个第二电极2之间适当修剪电极复合体23的尤其带状的第一电极1和尤其带状的隔片膜5a、5b，从而分别形成电极复合体23a的各个单元。该适当修剪例如借助激光器来进行。可替代地，适当修剪借助刀具或借助冲压工具来进行。在第七步骤70中，将电极复合体23a的各个单元组装成经堆叠的电极复合体230。各个电极复合体23a在此分别以相同的取向来相互上下堆叠，从而在每个第一电极1处邻接第一堆叠装置13。
图5b以侧视图示出关于图5a所描述的步骤。示出的是，如何将目前为止仅仅已经在第一侧上被适当修剪了的第一电极1在第五步骤中经由输送辅助装置8、例如辊来输送给用于制造电极复合体23的设备9。同时，将第一堆叠装置13经由其他输送辅助装置8、例如辊来同样地输送给用于制造电极复合体23的设备9。在该设备中，将第一电极1与第一堆叠装置13相互上下堆叠。在图5a、5b中，将第一电极1堆叠到第一堆叠装置13上。可替代地，将第一堆叠装置13堆叠到第一电极1上。
在第六步骤60中，在第二电极2旁的区域中和/或分别在两个第二电极2之间适当修剪电极复合体23的尤其带状的第一电极1和尤其带状的隔片膜5a、5b，从而分别形成电极复合体23a的各个单元。适当修剪例如借助激光器3来进行。可替代地，适当修剪借助刀具或借助冲压工具来进行。第七步骤已经在关于图5a的阐述中被描述了。
步骤10-70的顺序可以不同于在此所示出的顺序。优选地，步骤10、20和30以所提到的顺序来进行。可替代地，步骤10、20和30可以例如以任意的顺序调换。优选地，步骤50和60以所提到的顺序来进行。可替代地，步骤50和60例如以调换的顺序进行。
在图6中示出电池组电池的第一电极1和第一堆叠装置13，其中该第一电极具有第一接触凸起部lb，借助根据本发明的方法根据图1-5来制造了它们。第一堆叠装置13包括第二电极2，第二电极被引入到两个隔片膜5a、5b之间。第二电极2此外包括第二接触凸起部2b。
第一电极1例如是阳极，并且第一电极膜la包括例如铜膜，该第一电极膜在图6中以第一活性材料lc覆盖并且因此不可见。第一活性材料lc包括例如石墨、碳、硅或这些材料的复合材料，其中石墨尤其是天然石墨或合成石墨。
第二电极2例如是阴极，并且第二电极膜2a包括例如铝膜，该第二电极膜在图6中以第二活性材料2c覆盖并且因此不可见，铝膜尤其以锂过渡金属氧化物、例如以LiNixMnyCozO2，或过锂化的锂过渡金属氧化物，例如以LiNixMnyCozO2*Li2MnO3或者以其他合适的、例如包括锂离子、其他金属离子和氧气的锂化合物，或以锂过渡金属磷酸盐、诸如LiFePO4来覆层。
第一电极1和第二电极2在第一电极1的第一接触凸起部lb的和第二电极2的第二接触凸起部2b的区域中没有以活性材料lc、2c覆层。
隔片膜5a、5b在第一电极1的第一接触凸起部lb和第二电极2的第二接触凸起部2b所处在的一侧上具有相比于第一电极1以及相比于第二电极2而言更大的尺寸。第一电极1在所有侧上具有相比于第二电极2而言更大的尺寸。在制成的电池组电池中，第一电极1和第一堆叠装置13作为经堆叠的电极复合体23a存在。相应的电池组电池、尤其相应的软包电池例如应用在被设计为混合动力车辆或电动车辆的机动车中。

Claims (14)

1.一种用于制造电池组电池的电极复合体（23）的方法，所述电极复合体包括至少一个第一电极（1）、至少一个第二电极（2）和至少一个隔片膜（5a，5b），所述至少一个第一电极具有第一电极膜（la），其特征在于，
在第一侧上适当修剪所述第一电极膜（la），从而暴露至少一个第一接触凸起部（lb），其中能够从所述第一侧接触在制成的所述电池组电池中的所述第一电极膜（la），
在所述第一电极（1）、所述隔片膜（5a, 5b）和所述第二电极（2）相互上下堆叠之前，仅仅在所述第一侧上进行所述第一电极膜（la）的适当修剪以便暴露所述至少一个第一接触凸起部（lb），
在两个隔片膜（5a，5b）之间引入所述第二电极（2），并且使所述两个隔片膜（5a，5b）至少部分地在以下区域中相互连接，从而形成第一堆叠装置（13）：所述区域在所有侧上延伸超出所述第二电极（2），
如此相叠放置所述第一电极膜（la）和所述第一堆叠装置（13），使得所述第一电极（1）的所述第一接触凸起部（lb）和所述第二电极（2）的第二接触凸起部（2b）相互处于错开，从而形成电极复合体（23），以及
在所述第二电极（2）旁的区域中和/或分别在两个第二电极（2）之间适当修剪所述电极复合体（23）的所述第一电极膜（la）和所述隔片膜（5a，5b）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池组电池是锂离子电池组电池。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了制造所述第一电极（1），以第一活性材料（lc）形成所述第一电极膜（la）的覆层，并且为了制造所述第二电极（2），以第二活性材料（2c）形成第二电极膜（2a）的覆层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在留空所述第一电极（1）的所述第一接触凸起部（lb）的区域的情况下，在两侧以第一活性材料（lc）形成所述第一电极膜（la）的覆层，并且在留空所述第二电极（2）的第二接触凸起部（2b）的区域的情况下，在两侧以第二活性材料（2c）形成所述第二电极膜（2a）的覆层。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一电极（1）、所述隔片膜（5a，5b）和所述第二电极（2）相互上下堆叠之前，在所有侧上适当修剪第二电极膜（2a），从而暴露所述第二电极（2）连同所述第二电极的第二接触凸起部（2b）。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，通过层压、热接触焊接、粘接或穿孔来进行所述隔片膜（5a，5b）的连接。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，借助激光器（3）、刀具或者冲压工具进行所述电极膜（la，2a）的和/或所述隔片膜（5a，5b）的所述适当修剪。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一电极膜（la）是带状的，和/或所述隔片膜（5a, 5b）是带状的。
9.一种电池组电池，所述电池组电池具有根据权利要求1至8中任一项所述的方法制造的经堆叠的电极复合体（23a），其特征在于，第一电极（1）是阳极，并且第一电极膜（la）包括铜膜，并且第二电极（2）是阴极，并且第二电极膜（2a）包括铝膜。
10.根据权利要求9所述的电池组电池，其特征在于，所述隔片膜（5a，5b）在所述第一电极（1）的第一接触凸起部（lb）和/或所述第二电极（2）的第二接触凸起部（2b）所处在的一侧上具有相比于所述第一电极（1）以及相比于所述第二电极（2）而言更大的尺寸。
11.根据权利要求9所述的电池组电池，其特征在于，所述第一电极（1）具有相比于所述第二电极（2）而言更大的尺寸。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的电池组电池，其特征在于，所述隔片膜（5a，5b）包括聚乙烯和/或聚丙烯。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的电池组电池，其特征在于，所述电池组电池是软包电池。
14.一种电池组，所述电池组具有至少一个根据权利要求9至13中任一项所述的电池组电池。
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