CN109286043A

CN109286043A - 用于锂离子电池组的电池组电池

Info

Publication number: CN109286043A
Application number: CN201810795439.6A
Authority: CN
Inventors: T.克雷特施马; A.林克; C.施伦德; J.普勒尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2019-01-29
Also published as: DE102017212440A1

Abstract

本发明涉及一种用于锂离子电池组的电池组电池（100），所述电池组电池具有：多个阴极（K）和多个阳极（A），其中，每个阴极（K）具有至少一个第一活性层（10）、放电层（11）和第二活性层（12）；其中，每个阳极（A）具有至少一个第一活性层（20）、放电层（21）和第二活性层（22）。为此，根据本发明，设置末端阳极（SA），所述末端阳极具有一个活性层（30）和一个放电层（31）。

Description

用于锂离子电池组的电池组电池

技术领域

本发明涉及一种根据独立的设备权利要求的前序部分的用于锂离子电池组的电池组电池，所述电池组电池具有多个阴极和多个阳极。此外，本发明涉及一种相应的锂离子电池组。此外，本发明涉及一种根据独立的方法权利要求的前序部分的用于对锂离子电池组放电的方法，所述锂离子电池组具有相应的电池组电池。

背景技术

锂离子电池组原则上已知并且用于不同的应用。例如，锂离子电池组作为电存储器、蓄电池和/或机动车中的牵引电池组来使用。在此，锂离子电池组遭受不同的要求和环境条件。一方面，锂离子电池组必须拥有高的安全性，以便不使围绕所述锂离子电池组的物体和人处于危险中。另一方面，锂离子电池组必须拥有有效的温度管理。为了符合多种多样的要求和环境条件，锂离子电池组被实施有关断设备、例如针刺笔安全装置（Nail-Pen-Safety-Device），所述关断设备可以在过热和/或过度加热的情况下短接各个电池组电池。这样的关断设备具有特殊构造的保护层面(Schutzlage)，所述保护层面连接到电池组电池的标准阳极上，以便量取阳极的负电位，如例如由US 2014/0113166已知的那样。

发明内容

本发明规定：根据独立的设备权利要求的用于锂离子电池组的电池组电池、相应的锂离子电池组以及根据独立的方法权利要求的对具有电池组电池的锂离子电池组放电的方法。本发明的另外的优点、特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，在根据本发明的电池组电池和/或锂离子电池组的上下文中所描述的特征和细节显然也在根据本发明的方法的上下文中适用并且反之亦然，从而关于各个发明方面的公开方面始终相互地参考或可以相互地参考。

本发明提供一种用于锂离子电池组的电池组电池，所述电池组电池具有：多个阴极和多个阳极，其中，每个阴极具有至少一个第一活性层（Aktivschicht）、放电层（Ableitschicht）和第二活性层，其中，每个阳极具有至少一个第一活性层、放电层和第二活性层。在根据本发明的电池组电池中设置特殊的末端阳极（Schlussanode），所述末端阳极具有唯一的活性层和放电层。所设置的阴极和阳极可以优选地并排地、尤其交替地、成行地、尤其以几何的方式安放（platizieren）。

发明思想在此在于，最后的阳极、所谓的末端阳极与电池组电池的其余阳极不同地构型。末端阳极在此可以在关于其延伸平面的横向方向上来看与壳体相邻地布置并且可以借助仅仅一个绝缘体层（Isolatorschicht）与壳体间隔开。在以圆柱形形状实施电池组电池的情况下，至少一个、优选邻接壳体的最后的两个阳极具有根据本发明的特殊的构型。在软包电池的情况下，仅仅最后的最外面的阳极层面可以构造为末端阳极。根据本发明的末端阳极仅仅从平坦侧（von einer Flachseite）具有活性层，所述活性层以放电层来覆层。所述放电层可以在此相比其余阳极情况下略微更厚地涂覆，以便减小在排放电流（Ableiten von Strom）时的电阻。在电池组电池的正常运行中，绝缘体层可以中断末端阳极至壳体的电连接。在电池组电池的紧急情况运行（Notfallbetrieb）中，例如在事故、损伤、过热或过度充电（Überladung）的情况下，绝缘体层可以建立末端阳极至壳体的电连接。阴极又可以电连接到壳体上。因此，在壳体上形成正的电位。在末端阳极的放电层上形成负的电位。如果现在出现紧急情况，则可以将末端阳极与壳体短接，以便在紧急情况下减小电池组电池的电位或在必要时将其设置为零。有利地，可以借助本发明提供简单地实施的、减少重量的末端阳极，所述末端阳极作为用于电池组电池的安全性设备或关断设备起作用。在此，节省了在单独的保护层面周围的单独的保护层面和/或双重绝缘体层。由此不仅仅简化了电池组电池的构造，而且也减小了用于电池组电池的所需的结构空间并且优化了电池组电池的重量。此外，因此提供可靠地保护的电池组电池，所述电池组电池拥有经改善的温度管理。

根据本发明，末端阳极具有唯一的活性层和放电层。换言之，末端阳极由仅仅两个层简单地并且在节省结构空间以及重量的情况下构造。利用这样的末端阳极，不仅仅简化电池组电池的构造并减小结构空间，而且此外在无附加构件的情况下实现用于电池组电池的所实现的安全设备或关断设备。在紧急情况中，例如在机动车事故、电池组电池损伤、过热和/或过度充电的情况下必须确保，保护包围电池组电池的物体、所组成的电池组的在其下的另外的电池组电池和人免受高电压。在紧急情况下，可以将带负电的（negativgeladen）末端阳极与电池组电池的壳体短接，该壳体连接到正的阴极上。由此，电池组电池的总电位可以立即、也即无时间损耗地并且可靠地减小或者设置为零。因此，可以提供可靠地确保的电池组电池。

此外，在本发明的范畴内，在电池组电池中可以规定，末端阳极的放电层具有如下材料厚度（Materialstärke），所述材料厚度是所述末端阳极的活性层的材料厚度的20%至50%、优选40%。因此可以实现以下优点：末端阳极的放电层与标准阳极的放电层相比具有减小的电阻。此外，由此可以实现以下优点：末端阳极的放电层可以作为保护层面起作用，以便在紧急情况下中和（neutralisieren）壳体上的过剩的（ueberschuessig）电荷。

此外，在本发明的范畴内能够设想，在末端阳极上布置能够以热学和/或机械的方式激活的绝缘体层。因此可以有利地为电池组电池和其周围环境提供被动保护（passiverSchutz），所述被动保护可以在无附加电路或单独的保护层面的情况下实现。能够以热学的方式激活的绝缘体层可以有利地在超出允许的温度的情况下使绝缘体层导电，以便避免电池组电池的过度充电和/或过热和/或衰减（Degradation）。能够以机械的方式激活的绝缘体层可以在电池组电池膨胀（Ausdehnen）的情况下或者在机械地作用于电池组电池的情况下、例如在事故的情况下被激活，以便实现电池组电池的快速放电。

此外，本发明可以在电池组电池的情况下规定：绝缘体层具有聚合物薄膜（Polymerfolie），所述聚合物薄膜具有能够以热学的方式、优选从70℃起激活的和/或能够以机械的方式激活的收缩和/或熔化特性。因此，可以在超出允许的温度的情况下和/或在电池组电池的机械应力的情况下使绝缘体层收缩和/或熔化并且建立末端阳极至壳体的导电连接。聚合物薄膜有利地是成本低的和轻的构件。

此外，在本发明的范畴内，在电池组电池的情况下可以规定：绝缘体层具有能够以热学的方式、优选从70℃起激活的和/或能够以机械的方式激活的半导体层。有利地，这样的绝缘体层构成温度相关的电阻，其具有负的温度系数并且在高的温度的情况下相比在低的温度的情况下更好地传导电流。这样的绝缘体层的优点在此在于，绝缘体层的激活或去活不仅仅在时间上而且在空间上在绝缘体层的延伸平面上可以均匀地进行（verlaufen）。因此，可以在紧急情况下立即并且可靠地采取安全措施。

在本发明的范畴内也能够设想，绝缘体层可以具能够以热学的方式、优选从70℃起激活的和/或能够以机械的方式激活的介电层。有利地，这样的绝缘体层可以基于成本低的聚合体，所述聚合体可以相应地被掺杂。这样的绝缘体层因此可以具有经改善的重量特性并且可以精确地被控制。

此外，另一个发明思想涉及一种具有至少一个电池组电池的锂离子电池组，所述电池组电池可以如以上描述地实施，其中，电池组电池以圆柱形的结构形式实施。在此，电池组电池的至少一个或者分别最后的阳极可以实施为在本发明的意义上的末端阳极。因此，在圆柱形的结构形式的电池组电池的情况下可以实现根据本发明的优点。

此外，本发明可以通过一种具有至少一个电池组电池的锂离子电池组来实现，所述电池组电池可以如以上描述地实施，其中，所述电池组电池实施为软包电池，并且其中，所述末端阳极通过所述软包电池的外部绕组的构型来限定。因此，在软包电池的情况下可以实现根据本发明的优点。

此外，本发明包括一种用于对锂离子电池组放电的方法，所述锂离子电池组具有至少一个电池组电池，所述电池组电池可以如以上描述地实施，所述电池组电池具有：多个阴极和多个阳极，其中，每个阴极具有至少一个第一活性层、放电层和第二活性层，其中，每个阳极具有至少一个第一活性层、放电层和第二活性层，其中，通过短接末端阳极和所述电池组电池的壳体来对所述电池组电池放电，其中所述末端阳极具有活性层和放电层，所述壳体与阴极电连接。借助根据本发明的方法实现与在上面已经在根据本发明的电池组电池的上下文中所描述的相同的优点。此外，根据本发明的方法提供以下优点：可以快速地、可靠地和均匀地实施所述方法。

附图说明

下面根据附图进一步阐述根据本发明的电池组电池以及锂离子电池组和其扩展方案以及优点和根据本发明的方法和其扩展方案以及其优点。其中分别示意性地：

图1示出已知的具有单独的保护层面的电池组电池的示意图；和

图2示出具有在末端阳极内的集成的保护层面的根据本发明的电池组电池的示意图。

具体实施方式

图1示出电池组电池100的典型构造，所述电池组电池由多个带正电（positivgeladen）的阴极K和多个带负电的阳极A优选以交替地并排在（几何）行中的方式来组成。为了给电池组电池100提供安全设备，设置保护层面3，所述保护层面通过绝缘体层2与最后的阳极A在空间上和电气上分离并且通过另外的绝缘体层40与壳体50在空间上和电气上分离。

图2示出根据本发明的电池组电池100，其具有：多个阴极K和多个阳极A，其中，每个阴极K具有至少一个第一活性层10、放电层11和第二活性层12，其中，每个阳极A具有至少一个第一活性层20、放电层21和第二活性层22。根据本发明，设置末端阳极SA，所述末端阳极具有仅仅一个活性层30和一个略微更厚地实施的放电层31。根据本发明的末端阳极SA尤其仅仅具有这两个层30、31。

末端阳极SA的放电层31可以具有更大的材料厚度Ml，所述材料厚度是所述末端阳极SA的活性层30的材料厚度M的20%至50%、优选40%。放电层31用于在紧急情况下减小在排放电流时的电阻。因此，可以提高在电池组电池100的运行中的安全性。

最后，可以在末端阳极SA上布置能够以热学和/或机械的方式激活的绝缘体层40，通过所述绝缘体层，末端阳极SA在电池组电池100的正常运行中与电池组电池100的壳体50在空间上和电气上分离。

如通过图1和2的比较可以看出的那样，借助根据图2的根据本发明的电池组电池100可以比根据图1的电池组电池100节省至少三个层1、2、3。其中包括（darunter befindensich）：最后的阳极A的未利用的活性层1、在阳极A和保护层面3之间的附加的绝缘体层2以及额外构造的保护层面3自身。

根据本发明因此提供结构空间优化和重量优化的电池组电池100。

本发明的意义上的绝缘体层40此外能够以热学的方式和/或机械的方式激活。在此能够设想：

1）具有能够以热学的方式、优选从70℃起激活的和/或能够以机械的方式激活的收缩和/或熔化特性的聚合物薄膜；

2）能够以热学的方式、优选从70℃起激活的和/或能够以机械的方式激活的半导体层NTC；或

3）能够以热学的方式、优选从70℃起激活的和/或能够以机械的方式激活的介电层TSD。

第一实施变型方案基于低成本的和重量优化的解决方案是有利的。第二变型方案可以快速地并且精确地切换。第三变型方案将成本优点和重量优点与快速和精确的切换的优点联合。

图2仅仅示例性地示出以圆柱形形状的根据本发明的电池组电池100的一种实施方案。在此，邻接壳体50的至少一个、优选两个阳极A可以具有特殊的根据本发明的构型。

显然此外能够设想，根据本发明的电池组电池100可以以软包电池形式实施。在此能够设想，仅仅最后的或最外面的阳极层面可以构造为在本发明的意义上的末端阳极SA。

根据本发明的末端阳极SA仅仅从平坦侧具有活性层30，所述活性层以放电层31覆层。在电池组电池100的正常运行中，绝缘体层40可以中断末端阳极SA至壳体50的电连接。在电池组电池100的紧急情况运行中，例如在事故、损伤、过热或过度充电的情况下，绝缘体层40可以建立末端阳极SA至壳体50的电连接。因此，可以将末端阳极SA与壳体50短接，以便减小电池组电池100的电位或必要时在紧急情况下将其设置为零。

因此，借助本发明不仅可以提供简单地实施的、减少重量的末端阳极SA，而且可以提供可靠地确保的电池组电池100，其中所述末端阳极作为用于电池组电池100的集成的安全设备或关断设备起作用。

按照根据本发明的方法，可以在紧急情况下例如在机动车事故、电池组电池100损伤、过热和/或过度充电的情况下，为了在本发明的意义上的对锂离子电池组的放电，通过短接末端阳极SA和电池组电池100的壳体50来对电池组电池100放电，其中所述锂离子电池组实施有根据图2的至少一个电池组电池100。电池组电池100的放电在此立即地、均匀地并且无时间损失地进行。

图2的以上描述仅仅在示例的范畴内描述本发明。显然，只要在技术上有意义，实施方式的各个特征可以自由地相互组合，而不偏离本发明的范畴。

Claims

1.一种用于锂离子电池组的电池组电池（100），所述电池组电池具有：

多个阴极（K）和多个阳极（A），其中，每个阴极（K）具有至少一个第一活性层（10）、放电层（11）和第二活性层（12），其中，每个阳极（A）具有至少一个第一活性层（20）、放电层（21）和第二活性层（22），其特征在于，

设置末端阳极（SA），所述末端阳极具有唯一的活性层（30）和放电层（31）。

2.根据权利要求1所述的电池组电池（100），其特征在于，所述末端阳极（SA）的所述放电层（31）具有材料厚度（M1），所述材料厚度是所述末端阳极（SA）的所述活性层（30）的材料厚度（M）的20%至50%、优选40%。

3.根据以上权利要求中任一项所述的电池组电池（100），其特征在于，在所述末端阳极（SA）上布置能够以热学的方式和/或机械的方式激活的绝缘体层（40）。

4.根据权利要求3所述的电池组电池（100），其特征在于，所述绝缘体层（40）具有聚合物薄膜，所述聚合物薄膜具有能够以热学的方式、优选从70℃起激活的和/或能够以机械的方式激活的收缩和/或熔化特性。

5.根据权利要求3所述的电池组电池（100），其特征在于，所述绝缘体层（40）具有能够以热学的方式、优选从70℃起激活的和/或能够以机械的方式激活的半导体层（NTC）。

6.根据权利要求3所述的电池组电池（100），其特征在于，所述绝缘体层（40）具有能够以热学的方式、优选从70℃起激活的和/或能够以机械的方式激活的介电层（TSD）。

7.一种锂离子电池组，所述锂离子电池组具有至少一个根据以上权利要求中任一项所述的电池组电池（100），其中，所述电池组电池（100）以圆柱形的结构形式实施。

8.一种锂离子电池组，所述锂离子电池组具有至少一个根据以上权利要求中任一项所述的电池组电池（100），其中，所述电池组电池（100）实施为软包电池，并且其中，所述末端阳极（SA）通过所述软包电池的外部绕组的构型来限定。

9.一种用于对锂离子电池组放电的方法，所述锂离子电池组具有至少一个尤其根据权利要求1至7中任一项所述的电池组电池（100），所述电池组电池具有：

通过短接末端阳极（SA）和所述电池组电池（100）的壳体（50）来对所述电池组电池（100）放电，其中所述末端阳极具有唯一的活性层（30）和放电层（31），所述壳体与阴极（K）电连接。