CN109638217A

CN109638217A - 用于锂离子电池组的电池组电池

Info

Publication number: CN109638217A
Application number: CN201811138952.4A
Authority: CN
Inventors: T.克雷奇马尔; A.林克; C.施伦德; J.普勒尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-04-16
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: CN109638217B; DE102017217691A1; KR20190039641A; KR102643404B1

Abstract

本发明涉及一种用于锂离子电池组的电池组电池（100），其具有：壳体（50），在所述壳体中容纳有多个阴极（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）、导流层（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）、导流层（21）和第二活性层（22）。根据本发明，在所述壳体（50）和与所述壳体（50）相邻的最后阳极（SA）之间设置有绝缘层（40），所述绝缘层具有孔结构（41）。

Description

用于锂离子电池组的电池组电池

技术领域

本发明涉及根据独立装置权利要求的前序部分的具有多个阴极和多个阳极的用于锂离子电池组的电池组电池。本发明还涉及一种相应的锂离子电池组。此外，本发明涉及根据独立方法权利要求的前序部分的用于给具有相应的电池组电池的锂离子电池组进行放电的方法。

背景技术

锂离子电池组基本上已知并且用于不同应用。例如锂离子电池组用作电存储器、蓄电池和/或机动车中的牵引电池组。在此，锂离子电池组遭受不同要求和环境条件。一方面，锂离子电池组必须具有高的安全性，以便使锂离子电池组周围的对象和人员不处于危险中。另一方面，锂离子电池组必须具有有效的温度管理。为了满足这些不同的要求和环境条件，实施具有切断装置、例如指甲笔安全装置的锂离子电池组，所述切断装置可以在过热和/或过渡加热的情况下短路各个电池组电池。这样的切断装置具有特别构造的导流板，所述导流板连接到电池组电池的标准阳极上，以便截取阳极的负电位，如其例如从US 2014/0113166或KR 2001 0077684中已知那样。

发明内容

本发明设置：根据独立装置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方法权利要求的用于给具有电池组电池的锂离子电池组放电的方法。本发明的其他优点、特征和细节由从属权利要求、说明书和附图中得出。在此，结合根据本发明的电池组电池和/或锂离子电池组描述的特征和细节自然也与根据本发明的方法相关联地适用并且反之亦然，使得关于各个发明方面的公开总是可以相互参考。

本发明提供一种用于锂离子电池组的电池组电池，其具有：壳体，在该壳体中容纳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、导流层和第二活性层，其中每个阳极具有至少一个第一活性层、导流层和第二活性层。所设置的阴极和阳极可以优选并排地、特别是交替地（特别是几何上）成排来放置。在根据本发明的电池组电池中，在壳体和与壳体相邻的最后阳极之间设置有绝缘层，该绝缘层具有孔结构。

根据本发明，绝缘层实施为组合层，该组合层不仅实施在电池组电池的正常运行下的绝缘功能而且实施针对电池组电池的紧急情况运行的接触功能。本发明的构思在此在于，绝缘层的特征在于其具有孔结构的几何构造，例如以穿孔的图案、组织或晶格形式。绝缘层在此可以由成本适宜的绝缘材料、例如橡胶来构造。接触功能在此以经济上适宜的方式通过绝缘层中的孔结构来实现。对此，不需要绝缘层的特别是温度和/或机械上可活化的化学设计。接触功能仅仅通过孔结构的几何构造、特别是通过孔结构的孔区域来实现。在电池组电池的正常运行中，绝缘层保持最后阳极到壳体或到相邻的壳体壁的间距。在紧急情况运行中，例如在过热和/或过渡加热和/或电池组电池内的压力上升的情况下在电池组电池的最后阳极和壳体之间的接触通过根据本发明的绝缘层的孔区域来提供。因此，在电池组电池的紧急情况运行中可以减小电压，优选地设置到零，以便使电池组周围的对象和人员不处于危险中。利用根据本发明的绝缘层提供在电池组电池之内的具有运行方式相关的绝缘功能和接触功能的特别完美的成本适宜的和鲁棒的层，以便提供用于电池组电池的紧急情况运行的安全且可靠的切断装置。

此外，在本发明的范围内，在电池组电池中可以规定，在壳体和最后阳极之间设置有仅仅一个（“1”）绝缘层。因此可以提供成本适宜的、紧凑的并且重量减轻的电池组电池。

此外，本发明可以在电池组电池中规定，最后阳极具有唯一的活性层和导流层。换句话说，与壳体相邻的最后的最后阳极可以与电池组电池的其余阳极不同地设计。在以圆柱形状实施电池组电池的情况下，至少一个、优选两个最后的阳极（其与壳体相邻）可以具有特别的根据本发明的设计。在口袋电池的情况下，仅仅最后的最外部的阳极层可以构造为最后阳极。根据本发明的最后阳极仅仅从平坦侧具有活性层，该活性层利用导流层涂覆。该导流层在此例如可以比其余阳极中的导流层更厚地涂覆，以便减小引导电流时的电阻。借助这样的最后阳极，节省了单独的导流板以及在最后阳极和单独的导流板之间的附加的绝缘层。在电池组电池的紧急情况运行中，例如在事故、损坏、过热或过充电的情况下，绝缘层可以通过其孔结构建立最后阳极至壳体的电连接。阴极又可以电连接到壳体上。因此，在壳体上形成正电位。在最后阳极的导流层上形成负电位。如果现在发生紧急情况，则最后阳极可以与壳体短路，以便降低在紧急情况下的电池组电池的电位或必要时设置到零。因此，不仅可以提供简单实施的重量减轻的最后阳极，而且可以提供成本适宜的紧凑且重量减轻的电池组电池，其中该最后阳极用作电池组电池的切断装置的部分。在此节省了单独的导流板以及围绕着单独的导流板的双重绝缘层。此外，因此提供可靠保护的电池组电池，其具有改进的温度管理。

此外，本发明可以在电池组电池中规定，孔结构具有至少一个、优选多个开口。因此可以实现、特别是放大孔结构的孔区域，由此在紧急情况下可以建立最后阳极和壳体之间的电接触。

此外，本发明可以在电池组电池中规定，开口周期性地在绝缘层上分布。因此可以在电池组电池的正常运行中实现均匀的绝缘。此外，因此可以在紧急情况下实现最后阳极与壳体的均匀接触。

此外，本发明可以在电池组电池中规定，孔结构具有至少一个、优选多个圆形的和/或椭圆形的和/或多角的和/或矩形的开口。因此，例如可以通过冲压制造具有不同图案的孔结构。

此外可设想的是，孔结构晶格状地构造或者具有组织结构。因此，孔结构可以由多个单独部分，例如由多个棒、条或带例如通过编结或编织来制造。

此外，在本发明的范围内，在电池组电池中可以规定，最后阳极的导流层具有以下材料强度，该材料强度是最后阳极的活性层的材料强度的20%至50%、优选40%。因此可以实现以下优点：最后阳极的导流层相较于标准阳极的导流层具有减小的电阻。此外，由此可以实现以下优点：最后阳极的导流层可以用作导流板，以便在紧急情况下中和壳体上的多余电荷。

此外，本发明可以在电池组电池中规定，绝缘层被构造为具有热（优选从70℃起）和/或机械可活化的收缩和/或熔化特性的聚合物膜。因此可以改进绝缘层的保护功能。在超过电池组电池的允许温度的情况下和/或在电池组电池的机械负荷的情况下，绝缘层可以收缩和/或熔化，使得可以放大根据本发明的绝缘层的孔区域。因此安全地建立最后阳极至壳体的导电连接。

此外，在本发明的范围内，在电池组电池中可以规定，绝缘层被构造为热（优选从70℃起）和/或机械可活化的半导体层。有利地，这样的绝缘层形成温度相关的电阻，该电阻具有负温度系数并且在高温下比在低温下更好地传导电流。因此，在电池组电池的紧急情况运行中，可以通过根据本发明的绝缘层的孔区域和附加地通过绝缘层的材料建立最后阳极至壳体的导电连接。

此外，在本发明的范围内可以设想，绝缘层被构造为热（优选从70℃起）和/或机械可活化的电介质层。有利地，这样的绝缘层可以基于成本适宜的可以相应掺杂的聚合物。因此，在电池组电池的紧急情况运行中，可以通过根据本发明的绝缘层的孔区域和此外通过绝缘层的材料建立最后阳极至壳体的导电连接。

此外，另一本发明构思涉及具有至少一个可以如上所述实施的电池组电池的锂离子电池组，其中电池组电池以圆柱形结构形状来实施。在此，电池组电池的至少一个或分别最后的阳极可以实施为本发明意义上的最后阳极。因此，根据本发明的优点可以在圆柱形结构形状的电池组电池中实现。

此外，本发明可以通过具有至少一个可以如上所述实施的电池组电池的锂离子电池组来实现，其中电池组电池实施为口袋电池并且其中最后阳极通过口袋电池的外部绕组的设计来限定。因此，根据本发明的优点可以在口袋电池中实现。

本发明也包括一种用于给具有至少一个可以如上所述实施的电池组电池的锂离子电池组进行放电的方法，该电池组电池具有：壳体，在该壳体中容纳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、导流层和第二活性层，其中每个阳极具有至少一个第一活性层、导流层和第二活性层，其中电池组电池通过与壳体相邻的最后阳极经由绝缘层与壳体短路来进行放电，该绝缘层具有孔结构。借助根据本发明的方法实现上面结合根据本发明的电池组电池描述的相同优点。此外，根据本发明的方法提供以下优点：该方法可以快速、安全且稳定地实施。

附图说明

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随后借助附图来更详细地解释。分别示意性地：

图1示出具有单独的导流板的已知电池组电池的示意图，

图2示出具有在最后阳极内的集成导流层的根据本发明的电池组电池的示意图，以及

图3示出根据本发明的绝缘层。

具体实施方式

图1示出电池组电池100的典型结构，该电池组电池由多个充正电的阴极K和多个充负电的阳极A优选交替并排地成（几何）排地组成。为了提供电池组电池100的安全装置，设置有导流板3，该导流板通过绝缘层2与最后的阳极A并且通过另外的绝缘层40与壳体50空间且电分离。

图2示出根据本发明的电池组电池100，其具有：壳体50，在该壳体中容纳有多个阴极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、导流层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、导流层21和第二活性层22。

根据本发明，设置有特别的绝缘层40，其示意性地在图3中示出。根据本发明的绝缘层40实施为组合层，该组合层不仅用作在电池组电池100的正常运行下的绝缘层而且用作针对电池组电池100的紧急情况运行的接触层。绝缘层40在此可以由成本适宜的绝缘材料、例如橡胶来构造。绝缘层40的接触功能根据本发明以成本适宜的方式仅仅通过具有孔结构41的绝缘层40的几何构造，例如以穿孔的图案、组织或晶格形式来实现。绝缘层40的材料在此不需要具有特别的、温度和/或机械上可活化的化学特性。在电池组电池100的正常运行中，绝缘层40保持最后阳极SA到壳体50或到相邻的壳体壁的间距。在紧急情况运行中，例如在过热和/或过渡加热和/或电池组电池100内的压力上升的情况下在电池组电池的最后阳极SA和壳体50之间的接触通过根据本发明的绝缘层40的孔区域来提供。因此，在电池组电池100的紧急情况运行中可以减小电压，优选地设置到零。

如从图2中可见，在壳体50和最后阳极SA之间设置有仅仅一个绝缘层40。

在本发明的范围内，可以设置特别的最后阳极SA，其具有仅仅一个活性层30和略微更厚实施的导流层31。特别是，最后阳极SA可以仅仅具有这两个层30、31。

最后阳极SA的导流层31可以具有较大的材料强度M1，该材料强度M1是最后阳极SA的活性层30的材料强度M的20%至50%、优选40%。导流层31用于减小在紧急情况下引导电流时的电阻。因此可以提高在电池组电池100的运行中的安全性。

在最后阳极SA上，最后可以布置根据本发明的绝缘层40，通过该绝缘层，最后阳极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保持间距。

如通过比较图1和图2可见，借助根据图2的根据本发明的电池组电池100可以相较于根据图1的电池组电池100节省至少三个层1、2、3。在下面是最后的阳极A的未被使用的活性层1、在阳极A和接触层3之间的附加的绝缘层2、以及额外构造的导流板3本身。

因此，根据本发明提供结构空间和重量优化的电池组电池100。

在本发明意义上的绝缘层40此外可以是热和/或机械上可活化的。在此可考虑的有：

1) 具有热（优选从70℃起）和/或机械可活化的收缩和/或熔化特性的聚合物膜，

2) 热（优选从70℃起）和/或机械可活化的半导体层NTC，或者

3) 热（优选从70℃起）和/或机械可活化的电介质层TSD。

通过绝缘层40的材料，可以通过孔结构41的孔区域来支持最后阳极SA和壳体50之间的电接触。

图2仅仅示例性地示出根据本发明的以圆柱形形状的电池组电池100的实施方案。在此，至少一个、优选两个绝缘层40（其与壳体50相邻）可以具有特别的根据本发明的设计。

此外，还可以设想，根据本发明的电池组电池100可以以口袋电池的形式实施。在此可以设想，仅仅绝缘层40的与壳体50直接相邻的最后或最外部的层可以构造有本发明意义上的孔图案41。

本发明范围内的最后阳极SA可以仅仅从平坦侧具有活性层30，该活性层利用导流层31涂覆。在电池组电池100的正常运行中，绝缘层40可以中断最后阳极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、损坏、过热或过充电的情况下，绝缘层40可以建立最后阳极SA至壳体50的电连接。因此，最后阳极SA可以与壳体50短路，以便降低电池组电池100的电位或者必要时在紧急情况下设置到零。

因此，借助本发明可以提供简单实施的重量减轻的最后阳极SA，其用作电池组电池100的切断装置或集成安全装置的一部分。

按照根据本发明的方法，在紧急情况下，例如在机动车事故、电池组电池100的损坏、过热或过充电的情况下，为了给本发明意义上的锂离子电池组放电，电池组电池100可以通过电池组电池100的最后阳极SA和壳体50经由根据本发明的绝缘层40的孔结构41中的孔42的短路来进行放电，其中所述锂离子电池组可以利用根据图2的至少一个电池组电池100来实施。电池组电池100的放电在此立即、均匀且没有时间损失地进行。

图3仅仅示例性地示出根据本发明的绝缘层40利用具有圆孔42的周期性的孔结构41来构造。原则上可以设想，孔结构41可以具有无序分布的孔42。此外可以设想，孔42可以具有椭圆形的、多角的、矩形的或混合的形状。此外，在本发明的范围内可以设想，孔结构41可以通过晶格结构或组织结构来实现。

图2和图3的前面的描述仅仅在示例的范围内描述本发明。当然，实施方式的各个特征，只要其技术上合理，就可以自由地相互组合，而不脱离本发明的范围。

Claims

1.用于锂离子电池组的电池组电池（100），具有：

壳体（50），在所述壳体中容纳有多个阴极（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）、导流层（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）、导流层（21）和第二活性层（22），其特征在于，

在所述壳体（50）和与所述壳体（50）相邻的最后阳极（SA）之间设置有绝缘层（40），所述绝缘层具有孔结构（41）。

2.根据权利要求1所述的电池组电池（100），其特征在于，

在所述壳体（50）和所述最后阳极（SA）之间设置有仅仅一个绝缘层（40）。

3.根据前述权利要求之一所述的电池组电池（100），其特征在于，

所述最后阳极（SA）具有唯一的活性层（30）和导流层（31）。

4.根据前述权利要求之一所述的电池组电池（100），其特征在于，

所述孔结构（41）具有至少一个、优选多个开口（42），和/或

所述开口（42）周期性地在所述绝缘层（40）上分布。

5.根据前述权利要求之一所述的电池组电池（100），其特征在于，

所述孔结构（41）具有至少一个、优选多个圆形的和/或椭圆形的和/或多角的和/或矩形的开口（42），和/或

所述孔结构（41）晶格状地构造或者具有组织结构。

6.根据前述权利要求之一所述的电池组电池（100），其特征在于，

所述最后阳极（SA）的导流层（31）具有以下材料强度（M1），所述材料强度为所述最后阳极（SA）的活性层（30）的材料强度（M）的20%至50%、优选40%。

7.根据前述权利要求之一所述的电池组电池（100），其特征在于，

所述绝缘层（40）构造为具有热、优选从70℃起和/或机械可活化的收缩和/或熔化特性的聚合物膜，和/或

所述绝缘层（40）构造为热、优选从70℃起和/或机械可活化的半导体层（NTC），和/或热、优选从70℃起、和/或机械可活化的电介质层（TSD）。

8.具有至少一个根据上述权利要求之一的电池组电池（100）的锂离子电池组，其中所述电池组电池（100）以圆柱形结构形状来实施。

9.具有至少一个根据上述权利要求之一的电池组电池（100）的锂离子电池组，其中所述电池组电池（100）实施为口袋电池，并且其中所述最后阳极（SA）通过口袋电池的外部绕组的设计来限定。

10.用于给具有至少一个特别是根据权利要求1至7之一的电池组电池（100）的锂离子电池组进行放电的方法，所述电池组电池具有：壳体（50），在所述壳体中容纳有多个阴极（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）、导流层（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）、导流层（21）和第二活性层（22），其特征在于，

所述电池组电池（100）通过与所述壳体（50）相邻的最后阳极（SA）和所述壳体（50）经由绝缘层（40）的短路来进行放电，所述绝缘层（40）具有孔结构（41）。