CN109494333A - 用于制造用于电池组电池的电极单元的方法和电池组电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于电池组电池的电极单元的方法，其中，提供隔板，隔板包括离子能穿透的第一覆盖层、离子能穿透的第二覆盖层和能导电的并且离子能穿透的核心层；将至少一个孔引入到隔板中；将第一连接元件如此施加到隔板的第一表面上，使得至少一个孔由第一连接元件至少部分地覆盖；将接触元件施加到隔板的与第一表面相对置的第二表面上；至少将第一连接元件、接触元件和核心层如此焊接，使得在第一连接元件和核心层之间形成焊接连接；和将隔板布置在阳极和阴极之间。本发明也涉及一种电池组电池，所述电池组电池包括按照根据本发明的方法制造的至少一个电极单元。

Description

用于制造用于电池组电池的电极单元的方法和电池组电池

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于电池组电池的电极单元的方法，其中，提供隔板，所述隔板包括离子能穿透的第一覆盖层、离子能穿透的第二覆盖层和能导电的并且离子能穿透的核心层，并且将所述隔板布置在阳极和阴极之间。本发明也涉及一种电池组电池，所述电池组电池包括按照根据本发明的方法制造的至少一个电极单元。

背景技术

电能量能够借助电池组来存储。电池组将化学反应能量转化成电能量。在此，区分一次电池组和二次电池组。一次电池组仅仅能够工作一次，而二次电池组则能够再充电，其也被称作蓄电池。电池组在此包括一个或多个电池组电池。

在蓄电池中尤其应用所谓的锂离子电池组电池。所述锂离子电池组电池尤其以高的能量密度、热稳定性和极其低的自放电而出众。锂离子电池组电池特别在机动车中、尤其是电动车辆（Electric Vehicle（电动汽车），EV）、混合动力车辆（Hybride ElectricVehicle（混合电动汽车），HEV）以及插电式混合动力车辆（Plug-In-Hybride ElectricVehicle（插电式混合动力汽车），PHEV）中得以应用。

锂离子电池组电池具有正电极和负电极，所述正电极也称作阴极，所述负电极也称作阳极。阴极以及阳极包括各一个集流体（Stromableiter），活性材料被施加到所述集流体上。电池组电池的电极以薄膜状的方式来构造并且在中间放置隔板的情况下被卷绕成电极绕组或者堆叠成具有多个电极层（Elektrodenlage）的电极堆叠（Elektrodenstapel），其中所述隔板将阳极与阴极分离。

在已知的锂离子电池组电池中以及在其他的电池组电池中的问题是，在阳极上的枝状（dendritisch）生长。在电池组电池的重复的充电过程和放电过程期间，要么锂，要么其他金属、例如铜可能枝状地沉积在阳极上并且从那生长到阴极上，其中所述锂或其他金属通过污物被引入到了电池组电池中。生长的枝状晶（Dendrite）可以使隔板穿孔（perforieren）并且在到达阴极的情况下引起电池组电池之内的局部短路。生长的枝状晶因此可能引起电池组电池的热损坏，这也称作热失控。

由JP 5452202 B2已知一种锂离子电池组，所述锂离子电池组具有阳极、阴极和在阳极和阴极之间布置的隔板。在此，在隔板中布置金属层。该金属层用于识别生长的枝状晶。

由WO 2014/179725 Al也已知一种电池组，该电池组具有阳极、阴极和在阳极和阴极之间布置的隔板，所述隔板包括导电层。该导电层在此与传感器连接。

由US 2015/214582 Al以及由DE 10 2014 001 260 Al中同样已知一种电池组，该电池组具有阳极、阴极和布置在阳极和阴极之间的隔板。所述隔板在此具有参考电极，给所述参考电极分配用于测量阻抗的装置。

US 2015/056506 Al公开一种具有电极的电池组，其中，接触凸起部从电极伸出。在电极的接触凸起部上尤其借助超声焊接来固定连接元件。

发明内容

提出一种用于制造用于电池组电池的电极单元的方法。该电极单元在此包括至少两个电极，即至少一个称作阳极的负电极和至少一个称作阴极的正电极以及至少一个隔板，所述至少一个隔板将至少一个阳极与至少一个阴极分开。

在此，首先提供如下隔板，所述隔板包括离子能穿透的第一覆盖层、离子能穿透的第二覆盖层和能导电的并且离子能穿透的核心层。核心层尤其由金属制成。覆盖层尤其电绝缘地构造。

将至少一个孔引入到所述隔板中、优选在隔板的边缘区域中。所述至少一个孔在此构造为通孔并且完全穿透隔板。所述至少一个孔优选圆形地构造，但也可以具有其他形状。

接着，将第一连接元件如此施加到所述隔板的第一表面上，使得在隔板中的所述至少一个孔由所述第一连接元件至少部分地、优选完全地覆盖。第一连接元件优选被构造得能导电并且由金属制成。

此外，将接触元件施加到所述隔板的与所述第一表面相对置的第二表面上。接触元件在此被构造得能导电并且优选由金属制成。

接着，至少将所述第一连接元件、所述接触元件和所述隔板的核心层如此相互连接，使得在所述第一连接元件、所述接触元件和所述隔板的核心层之间形成电连接。

在隔板的核心层、第一连接元件和接触元件之间的电连接尤其通过焊接来形成。所述焊接优选地借助超声焊接来实现。但也能够设想其他的焊接方法，例如激光焊接。

将所述隔板布置在阳极和阴极之间，由此形成电极单元。尤其在此多个板状的阳极和多个板状的阴极在中间放置隔板的情况下（unter Zwischenlage…）被上下堆叠成电极堆叠，其中所述多个板状的隔板的核心层分别与接触元件电连接。

根据本发明的一种有利的构型，将所述接触元件如此施加到所述隔板的第二表面上，使得在所述隔板中的所述至少一个孔由所述接触元件至少部分地、优选完全地覆盖。

例如，将第一连接元件、接触元件和隔板的核心层如此焊接，使得在所述至少一个孔之内在接触元件和核心层之间形成焊接连接。接触元件因此直接地与隔板的核心层焊接。

根据本发明的另一个有利的构型，将第二连接元件如此施加到隔板的第二表面上，使得在隔板中的所述至少一个孔由所述第二连接元件至少部分地、优选完全地覆盖，并且所述接触元件由所述第二连接元件部分地覆盖。在此，将所述第一连接元件、所述第二连接元件、所述接触元件和所述隔板的所述核心层如此相互连接，使得在所述第一连接元件、所述核心层、所述第二连接元件和所述接触元件之间形成电连接。

在此，例如经由第二连接元件将接触元件与隔板的核心层焊接。各个焊接连接可以在此分开地构造或者过渡到彼此。

根据本发明的一种有利的扩展方案，将第一孔和第二孔引入到所述隔板中、优选以相互间小的间距在隔板的边缘区域中引入。在此，所述第一连接元件如此施加到所述隔板的第一表面上，使得所述第一孔和所述第二孔由所述第一连接元件至少部分地、优选完全地覆盖。此外，将所述第二连接元件如此施加到所述隔板的第二表面上，使得所述第一孔和所述第二孔由所述第二连接元件至少部分地、优选完全地覆盖，并且所述接触元件由所述第二连接元件部分地覆盖。

优选地，在此，将接触元件布置在所述第一孔和所述第二孔之间，并且所述接触元件因此在这两个孔之间的区域中延伸。

根据本发明的一种有利的构型，将所述接触元件直接地被施加到隔板的第二覆盖层上。在所述第二覆盖层上以背离核心层的方式在此构造所述隔板的第二表面。

优选地，所述接触元件具有凸出的突起（Erhebung），例如以针插（Nadelkissen）的形式。在此，将所述接触元件如此施加到所述隔板的第二覆盖层上，使得所述突起穿透所述第二覆盖层并且达到与所述核心层接触。因此，形成接触元件与隔板的核心层的附加的电接触。

根据本发明的另一种有利的构型，在所述隔板的如下区域中部分地移除所述第二覆盖层：在所述区域中，将所述至少一个孔引入到所述隔板中。在此，将所述接触元件直接地施加到所述核心层上。在这种情况下，在所述核心层上以背离第一覆盖层的方式构造所述隔板的第二表面。

根据本发明的一种优选的扩展方案，在所述接触元件上在与所述隔板中的所述至少一个孔背离的区域中设置以由电绝缘材料组成的覆层形式的密封元件。覆层优选地是聚合物、尤其是聚丙烯。

也提出一种电池组电池，所述电池组电池包括按照根据本发明的方法制造的至少一个电极单元。

本发明的优点

借助本发明可能的是，使具有在10nm和1000nm之间的厚度的比较薄的能导电的核心层在隔板中持久地电接触并且将其在电气上从电池壳体向外引导。因此，可以在电池壳体之外例如测量隔板的核心层的电位。由隔板的核心层的电位可以识别在电极单元之内的故障、尤其生长的枝状晶。在此，电池化学未被影响并且接触是机械稳定的。通过应用焊接方法，避免导电粘合剂的应用，所述导电粘合剂可能污染电池化学。现在，未知在电池化学中持久稳定的导电粘合剂。通过将孔引入到隔板中，形成穿孔，并且通过在其中的焊接可以保证高机械稳定性和因此持久稳定的电接触。尤其存在商业上可获得的具有由聚丙烯组成的部分覆层的金属箔。这样的覆层可以被用作从电池壳体向外部的接触的不透电解质的（elektrolytdicht）衬套（Durchführung）。

附图说明

根据附图和以下的描述详细阐述本发明的实施方式。其中：

图1示出电池组电池的示意图；

图2示出电极单元的示意图；

图3示出根据第一实施方式的隔板的制造的示意图；

图4示出根据第二实施方式的隔板的制造的示意图；

图5示出根据第三实施方式的隔板的制造的示意图；

图6示出根据第一实施方式、第二实施方式以及第三实施方式的隔板上的半透明的俯视图；

图7示出根据第四实施方式的隔板的制造的示意图；以及

图8示出根据第四实施方式的隔板上的半透明的俯视图。

具体实施方式

在本发明的实施方式的以下描述中，相同的或相似的元件配备有相同的附图标记，其中，放弃在个别情况中对这些元件的重复描述。这些附图仅仅示意性地示出本发明的主题。

在图1中示意性地示出电池组电池2。电池组电池2例如以软包电池的形式实施并且包括电池壳体3，所述电池壳体以袋形式由薄膜构造。电池组电池2包括负端子11和正端子12。通过这两个端子11、12可以量取由电池组电池2所提供的电压。此外，通过这两个端子11、12也可以对电池组电池充电。

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。阳极21和阴极22分别薄膜状地实施。电极单元10此外包括同样薄膜状构造的隔板50。

阳极21包括阳极活性材料41和集流体31，它们平面地叠放在一起（aneinanderlegen）并且相互连接。阳极21的集流体31能导电地实施并且由金属制成，例如由铜制成。接触凸起部35从阳极21的集流体31伸出（von…wegragen），所述接触凸起部与电池组电池2的负端子11电连接。

阴极22包括阴极活性材料42和集流体32，它们平面地相互靠近放置并且相互连接。阴极22的集流体32能导电地实施并且由金属制成，例如由铝制成。接触凸起部36从阴极22的集流体32伸出，所述接触凸起部与电池组电池2的正端子12电连接。

阳极21和阴极22通过隔板50相互分开，所述隔板多层式地构造。隔板50在此布置在阳极活性材料41和阴极活性材料42之间。隔板50以能离子传导的方式、也即以对于锂离子能够穿透的方式来构造。

隔板50包括能导电的并且离子能穿透的核心层53。核心层53布置在离子能穿透的第一覆盖层51和离子能穿透的第二覆盖层52之间。第一覆盖层51以及第二覆盖层52电绝缘地、但对于锂离子能穿透地构造。

此外，电池组电池2包括电解质，所述电解质同样布置在电池壳体3之内。电解质例如以流体形式存在，其中，电池壳体3流体密封地构造，从而电解质不能够逸出。

能导电的接触元件60与隔板50的核心层53连接。接触元件60在此从隔板50通过电池壳体3向外部引导并且例如用于测量隔板50的核心层53的电位。在接触元件60和电池壳体3之间设置密封元件80，所述密封元件一方面密封电池壳体3，以便使电解质不能够逸出，并且在电池壳体被构造得能导电的情况下所述密封元件另一方面将接触元件60与电池壳体3电绝缘。

图2示出在图1中示出的电池组电池2的电极单元10的示意图。隔板50的核心层53例如由多孔金属制成并且因此是能导电的并且离子能穿透的。隔板50的第一覆盖层51和第二覆盖层52例如分别由聚合物制成。第一覆盖层51和第二覆盖层52在此至少几乎相同类型（gleichartig）地构型。阳极21的接触凸起部35从阳极21伸出。阴极22的接触凸起部36从阴极22伸出。能导电的接触元件60从隔板50的核心层53伸出。

图3示出根据第一实施方式的隔板50的制造的示意图。将第一孔71和第二孔72引入隔板50中，其中所述隔板包括离子能穿透的第一覆盖层51、离子能穿透的第二覆盖层52和位于它们之间的能导电的并且离子能穿透的核心层53。

第一连接元件61如此施加到隔板50的第一表面55上，使得第一孔71和第二孔72由第一连接元件61覆盖。隔板50的第一表面55在此以背离核心层53的方式被构造在第一覆盖层51上。

接触元件60被施加到隔板50的与第一表面55相对置的第二表面56上。隔板50的第二表面56在此以背离核心层53的方式被构造在第二覆盖层52上。接触元件60因此被直接地施加到隔板50的第二覆盖层52上。接触元件60在此被布置在第一孔71和第二孔72之间。

第二连接元件62如此施加到所述隔板50的第二表面56上，使得第一孔71和第二孔72由第二连接元件62覆盖，并且如此覆盖，使得所述接触元件60由第二连接元件62部分地覆盖。

如此形成的堆叠由焊接头90挤压到底层92上，所述焊接头在此构造为超声焊接头。焊接头90和底层92在此分别具有粗糙的表面结构。

然后借助焊接头90焊接第一连接元件61、第二连接元件62、接触元件60和隔板50的核心层53。在此，在第一连接元件61和核心层53之间在孔71、72内形成焊接连接。此外，在第二连接元件62和核心层53之间在孔71、72内形成焊接连接。在第二连接元件62和接触元件60之间也形成另外的焊接连接。接触元件60因此通过第二连接元件62与隔板50的核心层53焊接。

图4示出根据第二实施方式的隔板50的制造的示意图，所述第二实施方式尽量地相应于根据第一实施方式的隔板50的制造。与之不同地，接触元件60具有凸出的突起82，例如以针插形式，所述突起面向隔板50的第二覆盖层52。突起82穿透第二覆盖层52并且达到与核心层53的接触。因此，形成接触元件60与隔板50的核心层53的附加的电接触。

图5示出根据第三实施方式的隔板50的制造的示意图，所述第三实施方式尽量地相应于根据第一实施方式的隔板50的制造。与之不同地，第二覆盖层52在隔板50的如下区域中被部分移除：在所述区域中，孔71、72被引入到隔板50中。接触元件60因此直接地被施加到核心层53上。隔板50的第二表面56在这种情况下以背离第一覆盖层51的方式被构造在核心层53上。

图6示出根据第一实施方式、第二实施方式以及第三实施方式上的隔板50的半透视的俯视图。在此，示出隔板50的第二表面56上的俯视图。在接触元件60上，在与隔板50中的孔71、72背离的区域中设置以由电绝缘材料组成的覆层的形式的密封元件80。密封元件80之后用于在通过电池组电池2的电池壳体3的穿馈（Durchführung）情况下使接触元件60密封和绝缘。

图7示出根据第四实施方式的隔板50的制造的示意图，所述第四实施方式尽量地相应于根据第一实施方式的隔板50的制造。与之不同地，仅仅引入一个单个的第一孔71到隔板50中。

第一连接元件61如此施加到隔板50的第一表面55上，使得第一孔71由第一连接元件61覆盖。接触元件60如此施加到隔板50的第二表面56上，使得第一孔71在隔板50中由接触元件60覆盖。第二连接元件62不是必要的。

此外，第二覆盖层52在隔板50的如下区域中被部分移除：在所述区域中，孔71被引入到隔板50中。接触元件60因此直接地被施加到核心层53上。隔板50的第二表面56在这种情况下以背离第一覆盖层51的方式被构造在核心层53上。

可替代地，第二覆盖层52也可以完全保留在核心层53上，从而隔板50的第二表面56以背离核心层53的方式被构造在第二覆盖层52上。同样地，接触元件60可以具有凸出的突起，例如以针插的形式，所述突起面向隔板50的第二覆盖层52。在这种情况下，突起82穿透第二覆盖层52并且达到与核心层53的接触。

然后借助焊接头90焊接第一连接元件61、接触元件60和隔板50的核心层53。在此，在第一连接元件61和核心层53之间在孔71内形成焊接连接。此外，在接触元件60和核心层53之间在孔71内形成焊接连接。此外，在接触元件60和核心层53之间在孔71内形成焊接连接。接触元件60因此直接地与隔板50的核心层53焊接。

图8示出根据第四实施方式的隔板50上的半透视的俯视图。在此，示出隔板50的第二表面56上的俯视图。在接触元件60上，在与隔板50中的孔71背离的区域中设置以由电绝缘材料组成的覆层的形式的密封元件80。密封元件80之后用于在通过电池组电池2的电池壳体3的穿馈（Durchführung）情况下使接触元件60密封和绝缘。

本发明不限于在此描述的实施例和在此强调的方面。相反，在通过权利要求说明的范围内能够实现多种修改，所述多种修改处于本领域技术人员的处理范围内。

Claims (10)

1.一种用于制造用于电池组电池（2）的电极单元（10）的方法，其中，

提供隔板（50），所述隔板包括离子能穿透的第一覆盖层（51）、离子能穿透的第二覆盖层（52）和能导电的并且离子能穿透的核心层（53）；

将至少一个孔（71，72）引入到所述隔板（50）中；

将第一连接元件（61）如此施加到所述隔板（50）的第一表面（55）上，使得所述至少一个孔（71，72）由所述第一连接元件（61）至少部分地覆盖；

将接触元件（60）施加到所述隔板（50）的与所述第一表面（55）相对置的第二表面（56）上；

至少将所述第一连接元件（61）、所述接触元件（60）和所述核心层（53）如此相互连接，使得在所述第一连接元件（61）、所述接触元件（60）和所述核心层（53）之间形成电连接；

将所述隔板（50）布置在阳极（21）和阴极（22）之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述接触元件（60）如此施加到所述第二表面（56）上，使得所述至少一个孔（71，72）由所述接触元件（60）至少部分地覆盖。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将第二连接元件（62）如此施加到所述第二表面（56）上，使得所述至少一个孔（71，72）由所述第二连接元件（62）至少部分地覆盖，并且所述接触元件（60）由所述第二连接元件（62）部分地覆盖，并且其中，将所述第一连接元件（61）、所述第二连接元件（62）、所述接触元件（60）和所述核心层（53）如此相互连接，使得在所述第一连接元件（61）、所述核心层（53）、所述第二连接元件（62）和所述接触元件（60）之间形成电连接。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

将第一孔（71）和第二孔（72）引入到所述隔板（50）中；其中，

将所述第一连接元件（61）如此施加到所述隔板（50）的所述第一表面（55）上，使得所述第一孔（71）和所述第二孔（72）由所述第一连接元件（61）至少部分地覆盖；并且其中，

将所述第二连接元件（62）如此施加到所述隔板（50）的所述第二表面（56）上，使得所述第一孔（71）和所述第二孔（72）由所述第二连接元件（62）至少部分地覆盖，并且所述接触元件（60）由所述第二连接元件（62）部分地覆盖。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述接触元件（60）布置在所述第一孔（71）和所述第二孔（72）之间。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述接触元件（60）直接地施加到所述第二覆盖层（52）上，所述隔板（50）的所述第二表面（56）被构造在所述第二覆盖层上。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述接触元件（60）具有凸出的突起（82），并且其中，将所述接触元件（60）如此施加到所述第二覆盖层（52）上，使得所述突起（82）穿透所述第二覆盖层（52）并且达到与所述核心层（53）接触。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在所述隔板（50）的如下区域中部分地移除所述第二覆盖层（52）：在所述区域中，将所述至少一个孔（71，72）引入到所述隔板（50）中；并且其中，

将所述接触元件（60）直接地施加到所述核心层（53）上，所述隔板（50）的所述第二表面（56）被构造在所述核心层上。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述接触元件（60）上在与所述至少一个孔（71，72）背离的区域中设置以由电绝缘材料组成的覆层形式的密封元件（80）。

10.一种电池组电池（2），所述电池组电池包括按照根据以上权利要求中任一项所述的方法制造的至少一个电极单元（10）。