CN110192292B - 电池单元和制造电池单元的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池单元(2)，特别是棱柱形锂离子电池，所述电池单元(2)包括电极组件(4)、用于容纳所述电极组件(4)的电池壳体(6)和用于闭合所述电池壳体(6)的盖组件(8)，所述盖组件(8)包括设置在其上的一组端子(10)，其中，所述电极组件(4)包括彼此堆叠的第一电极板(14)、隔膜和第二电极板(16)，其中，电极片(12)被设置为将所述电极组件(4)与所述端子(10)电连接。所述电极片(12)在垂直于所述第一电极板(14)和所述第二电极板(6)的方向上弯曲至少一次。此外，本发明涉及一种制造电池单元(2)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池单元和一种制造电池单元的方法。
背景技术
在本公开中，使用术语“电池”和“电池单元”。这些表述被理解成包括一次电池和二次电池，即蓄电池。电池通常包括彼此电连接的一组电池单元。
锂离子型的胶冻卷或叠层的电池单元通常由铝箔(正电极)上的正极电极材料、铜箔(负电极)上的负极电极材料和浸泡在电解质中的隔膜构成。胶冻卷是通过将这些元件卷在一起来制造的。堆叠的电池单元是通过将这些元件彼此堆叠在一起而形成的。然后将胶冻卷或叠层的集电片(下文也被称为电极片)与端子连接，并将整个组件密封在铝罐或钢罐中。
在锂离子电池充电期间，锂离子凭借电解质从正极穿过隔膜迁移到负极，同时电子在外部电路上以相同方向流动。在放电期间，这些过程以相反的方向发生。
US 2015/0364727示出了一种可再充电电池，其包括布置在壳体中的多个电极组件。电极片焊接到与盖组件连接的端子的凸缘的底表面。电极片在平行于第一电极板和第二电极板的方向上弯曲至少一次。
US 2007/0105015公开了一种U形电极引线，用于电池盖的端子通过该电极引线连接到发电元件的电极。电极引线在平行于第一电极板和第二电极板的方向上弯曲两次。
本发明的一个目的是减小盖板下方的“死体积”，即，由集电装置和电极组件的外部连接所占据的体积。
本发明的另一个目的是提供一种更快且更容易地制造电池单元的方法。
发明内容
在第一方面，本发明提出一种电池单元，特别是棱柱形锂离子电池(prismaticlithium ion cell)，所述电池单元包括电极组件、用于容纳所述电极组件的电池壳体和用于闭合所述电池壳体的盖组件，所述盖组件包括设置在其上的一组端子，所述电极组件包括彼此堆叠的第一电极板、隔膜和第二电极板。电极片被设置为将所述电极组件与所述端子电连接。所述电极片在垂直于所述第一电极板和所述第二电极板的方向上弯曲至少一次。
术语“垂直于所述第一电极板和所述第二电极板”理解如下：电极基本上是板状的，并且通常由金属箔上的活性材料组成。在锂离子型的情况下，正极电极材料可以涂覆到铝箔上，并且负极电极材料可以涂覆到铜箔上。这些板彼此堆叠，使得它们平行布置。垂直于板的方向是法线方向。电极片在垂直于第一电极板和第二电极板的方向上弯曲是指折叠线垂直于电极板的平面。
根据一种实施方式，电极组件包括第一电极阶梯和第二电极阶梯。两个叠层被认为是使生产线中的废品率减少到最小。所述叠层彼此堆叠。
根据一种实施方式，首先第一叠层的电极片折叠到第二叠层的电极片上，然后在垂直于第一电极板和第二电极板的方向上弯曲至少一次。一旦折叠，折叠区域更密实。此外，电极的电极片彼此折叠允许较少数量的片与端子连接。此外，与端子连接的较少数量的片导致更高的焊接效率。
优选地，电极片直接连接到端子。在该实施方式中，不需要额外的连接部件，例如，US 2007/0105015中的连接部件7。特定的折叠布置导致折叠区域的高度降低，因为不需要将电极片焊接到额外的连接部件。因此，对于电池单元的固定总高度，可以增加电极组件的相对高度。
根据一种实施方式，至少一个隔离构件布置在电极片上。特别地，隔离构件可以布置在第二叠层的电极片上折叠的第一叠层的电极片上。
根据一种实施方式，电极片设置在电极组件的拐角处。该实施方式的优点在于：盖组件的端子也可以布置成更靠近盖组件的边缘，使得来自盖组件的中心的元件(特别是爆裂膜)可以更自由地设计，例如，爆裂膜可以设计得更大。
另一方面，本发明提供一种制造电池单元，特别是棱柱形锂离子电池的方法，该方法包括：提供电极组件的步骤，其中，电极组件包括彼此堆叠的第一电极板、隔膜和第二电极板，电极板设置有用于电极组件的外部电连接的电极片；在垂直于第一电极板和第二电极板的方向上弯曲电极片至少一次的步骤；提供用于闭合电池壳体的盖组件的步骤，该盖组件包括布置在其上的一组端子；将电极片与端子电连接的步骤；提供用于容纳电极组件的电池壳体的步骤；将电极组件容纳在电池壳体中的步骤；以及，用盖组件闭合电池壳体的步骤。
制造电池单元的方法可以通过用液体电解质填充电池壳体的步骤并且通过气密密封电池壳体的步骤来完成。
使用根据本发明的盖板固定的优点在于可以避免所述盖板的旋转工艺。本发明允许盖板相对于叠层垂直设置。
根据一种实施方式，电极组件包括第一叠层和第二叠层。该方法然后还可以包括将第一叠层的电极片折叠到第二叠层的电极片上的步骤，在该步骤之后是在垂直于第一电极板和第二电极板的方向上将电极片弯曲至少一次的步骤。
根据一种实施方式，电极片在垂直于第一电极板和第二电极板的方向上弯曲至少一次之前，电极片在电极组件的边缘上延伸。由于独立的突出电极片可以通过机器容易地处理，这允许容易地制造。
根据替代实施方式，在第一电极板和第二电极板的法线方向上弯曲至少一次之前，电极片朝向电极组件的中心延伸。
根据优选实施方式，将电极片与端子电连接的步骤包括激光焊接、超声波焊接或铆接技术。
本发明的优点
本发明允许增加电极的有效面积且减小死体积，并由此允许增加电池单元的总能量密度。
此外，本发明允许廉价且不太复杂地制造这种电池单元的方法。
附图说明
本发明的示例性实施方式将在以下附图中进行描绘，并且将在以下附图说明中进行解释。
图1A示出了根据本发明的第一实施方式的具有电极片的第一电极板的侧视图，
图1B示出了根据本发明的第一实施方式的具有电极片的第二电极板的侧视图，
图2A示出了根据本发明的第二实施方式的具有电极片的第一电极板的侧视图，
图2B示出了根据本发明的第二实施方式的具有电极片的第二电极板的侧视图，
图3A示出了根据本发明的实施方式的电极组件在制造过程的第一步骤中的透视图，
图3B示出了根据本发明的实施方式的电极组件在制造过程的第二步骤中的透视图，
图3C示出了根据本发明的实施方式的电极组件在制造过程的第三步骤中的透视图，
图3D示出了根据本发明的实施方式的电极组件在制造过程的第四步骤中的透视图，
图3E示出了根据本发明的实施方式的电池单元在制造过程的第五步骤中的透视图，
图4A示出了根据本发明的实施方式的盖组件的一部分和电极组件的拐角部分的布置在其组装过程的第一步骤中的侧视图，并且
图4B示出了根据本发明的实施方式的盖组件的一部分和电极组件的拐角部分的布置在其组装过程的第二步骤中的侧视图，
图5示出了根据本发明的另一种实施方式的电极组件的透视图。
具体实施方式
在以下附图的描述中，相同或相似的特征提供有相同或相似的附图标记。在一些情况下，组件的冗余描述被省略，以便提高描述的清晰度。
图1A示出了根据本发明的实施方式的具有电极片12的第一电极板14的侧视图。第一电极板14(例如，负极)具有边a和边b的矩形形状。边a和边b可以具有相等的长度。电极片12布置在第一电极板14的拐角处。在所示的实施方式中，电极片12布置成靠近长边a的边缘并从其中突出。
电极片12包括底座部22、突出部20、弯曲部18和连接部30。突出部20限定出在底座部22与弯曲部18之间的中间部分。弯曲部18和连接部30与底座部22成直角。连接部30位于弯曲部18的顶端处。其功能将参照图3D进行更详细的解释。
图1B示出了根据本发明的第一种实施方式的具有电极片12的第二电极板16的侧视图。第二电极板16(例如，正极)具有边a和边b的矩形形状。边a和边b可以具有相等的长度。如关于图1A所述，电极片12还包括底座部22、突出部20和弯曲部18，其中，连接部30作为电极片12的顶端。然而，第二电极板16的电极片12与图1A的第一电极板14的相应电极片12相对设置。在两个电极板14,16中，弯曲部18在边a的边缘上延伸。
图2A和图2B示出了根据本发明的替代实施方式的第一电极板14和第二电极板16。弯曲部18和连接部30分别朝向电极板14和电极板16的中心延伸。
图3A至图3E示出了制造电池单元2的步骤。
图3A示出了根据本发明的实施方式的电极组件4在制造过程的第一步骤中的透视图。电极组件4包括(从层的角度看)彼此堆叠的第一叠层24和第二叠层26。
如附图所示的，四个电极片12朝向彼此向内折叠，使得第一叠层24的电极片12折叠到第二叠层26的电极片12上。
更详细而言，第二叠层26的电极片12首先在向第一叠层24的方向上向下折叠。该步骤的结果如图3B所示。接下来，将第一叠层24的电极片12折叠到第二叠层26的电极片12上。该步骤的结果如图3C所示。
在图3C中，隔离构件28布置在折叠的电极片12上。隔离构件28可以基本上覆盖电极组件4的整个顶表面。
图3D示出了在向上即在垂直于第一电极板14和第二电极板16的方向上弯曲四个电极片12之后的电极组件4。现在弯曲连接部30，使得它们平行于电极组件4的顶表面延伸。
图3E示出了包括电池壳体6和盖组件8的电池单元2。电极组件4(未示出)布置在电池壳体6中。盖组件8设置在电极组件4上。
盖组件8包括正端子和负端子10，它们设置成靠近盖组件8的边缘并且彼此相对。在盖组件8的中心，设置有爆裂膜32。由于端子10的极端设置，特别是在其形状和在盖组件8上的位置方面，可以自由地设计爆裂膜32。盖组件8还包括用于液体电解质的填充开口34。
制造电池单元2的方法可以包括将电极片12与端子10电连接，然后将电极组件4(未示出)容纳在电池壳体6中的步骤，或者其他顺序的步骤。组装步骤之后可以是用液体电解质填充电池壳体6的步骤以及密封电池壳体6的步骤，例如将电池壳体焊接到盖组件8上的步骤。
图4A示出了根据本发明的实施方式的盖组件8的一部分和电极组件4的拐角部分的布置在其组装过程的第一步骤中的侧视图。弯曲部18包括折叠线36，折叠线36垂直于第一电极板14和第二电极板16。
连接部30与盖组件8的相应连接元件38连接，从而提供与端子10的电连接。
图4B示出了根据本发明的实施方式的盖组件的一部分和电极组件4的拐角部分的布置在其组装过程的第二步骤中的侧视图。在图4B中，盖组件8紧密地压到电极组件4，从而减小它们之间的体积。
图5示出了根据本发明的另一种实施方式的电极组件4的透视图。隔离构件28以施加在电极组件的顶部上的两条隔离带40的形式提供。隔离带40覆盖电极片12已彼此折叠的区域，例如，突出部20。
示例性实施方式不应被理解为限制本发明。本领域技术人员将容易地知晓在本套权利要求的范围内的多种修改。
Claims (10)
1.一种电池单元(2)，所述电池单元(2)包括电极组件(4)、用于容纳所述电极组件(4)的电池壳体(6)和用于闭合所述电池壳体(6)的盖组件(8)，所述盖组件(8)包括设置在其上的一组端子(10)，
其中，所述电极组件(4)包括彼此堆叠的第一电极板(14)、隔膜和第二电极板(16)，
其中，电极片(12)设置为将所述电极组件(4)与所述端子(10)电连接，其特征在于，所述电极片(12)在垂直于所述第一电极板(14)和所述第二电极板(16)的方向上弯曲至少一次，
其中，每个电极片(12)布置成靠近第一电极板(14)或第二电极板(16)的长边的边缘并从其中突出，
其中，在垂直于所述第一电极板(14)和所述第二电极板(16 )的方向上弯曲所述电极片(12)至少一次之前，所述电极片(12)在电极组件(4)的边缘上延伸，并且
其中，每个电极片(12)包括底座部(22)、突出部(20)、弯曲部(18)和连接部(30)，突出部(20)限定出在底座部(22)与弯曲部(18)之间的中间部分，弯曲部(18)和连接部(30)与底座部(22)成直角，连接部(30)位于弯曲部(18)的顶端处。
2.根据权利要求1所述的电池单元(2)，其中，所述电池单元(2)是棱柱形锂离子电池。
3.根据权利要求1所述的电池单元(2)，其中，所述电极组件(4)包括第一叠层(24)和第二叠层(26)。
4.根据权利要求3所述的电池单元(2)，其中，所述第一叠层(24)的电极片(12)首先折叠到所述第二叠层(26)的电极片(12)上，然后在垂直于所述第一电极板(14)和所述第二电极板(16)的方向上弯曲至少一次。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单元(2)，还包括布置在所述电极片(12)上的至少一个隔离构件(28)。
6.根据权利要求1所述的电池单元(2)，其中，所述电极片(12)设置在所述电极组件(4)的拐角处。
7.制造电池单元(2)的方法，所述方法包括：
提供电极组件(4)的步骤，其中，所述电极组件(4)包括彼此堆叠的第一电极板(14)、隔膜和第二电极板(16)，所述第一电极板(14)和所述第二电极板(16)设置有用于所述电极组件(4)的外部电连接的电极片(12)；
在垂直于所述第一电极板(14)和所述第二电极板(16)的方向上弯曲所述电极片(12)至少一次的步骤；
提供用于闭合电池壳体(6)的盖组件(8)的步骤，所述盖组件(8)包括布置在其上的一组端子(10)；
将所述电极片(12)与所述端子(10)电连接的步骤；
提供用于容纳所述电极组件(4)的电池壳体(6)的步骤；
将所述电极组件(4)容纳在所述电池壳体(6)中的步骤；以及
用所述盖组件(8)闭合所述电池壳体(6)的步骤，
其中，每个电极片(12)布置成靠近第一电极板(14)或第二电极板(16)的长边的边缘并从其中突出，
其中，在垂直于所述第一电极板(14)和所述第二电极板(16 )的方向上弯曲所述电极片(12)至少一次之前，所述电极片(12)在电极组件(4)的边缘上延伸，并且
其中，每个电极片(12)包括底座部(22)、突出部(20)、弯曲部(18)和连接部(30)，突出部(20)限定出在底座部(22)与弯曲部(18)之间的中间部分，弯曲部(18)和连接部(30)与底座部(22)成直角，连接部(30)位于弯曲部(18)的顶端处。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电池单元(2)是棱柱形锂离子电池。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电极组件(4)包括第一叠层(24)和第二叠层(26)，并且其中，所述方法还包括：
将所述第一叠层(24)的电极片(12)折叠到所述第二叠层(26)的电极片(12)上的步骤，在该步骤之后是在垂直于所述第一电极板(14)和所述第二电极板(16)的方向上弯曲所述电极片(12)至少一次的步骤。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述电极片(12)与所述端子(10)电连接的步骤包括激光焊接、超声波焊接或铆接技术。
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