CN110323363A - 用于制造电池单池的壳体的方法以及相应的壳体与电池单池 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于制造电池单池的壳体的方法。该方法包括至少下列步骤：用于制造电池单池（1）的壳体（3）的方法，其中，方法具有：（i）提供金属板（13）；（ii）将金属板（13）例如通过拉深变形成带有弯曲的形状的壳体组件（5）；以及（iii）组装包括壳体组件（5）在内的壳体（3）。所述方法的特征在于，壳体组件（5）在变形后至少在其表面的部分区域（21）上设有腐蚀保护层（29）。由此可以通过后来沉积的腐蚀保护层（29）遮盖特别是已经形成在变形时被强烈弯曲的部分区域（21）中的贯通开口（25）。因此能可靠地避免在壳体（3）上的腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造电池单池的壳体的方法以及一种能相应地制造的壳体和一种装备有所述壳体的电池单池。
背景技术
电池单池用于储存化学形式的能量。为此在电池单池的壳体内容纳有电极和目前大多能以液体的形式存在的电解质。壳体严密密封地包围容纳在其中的组件。
壳体或用来组装成壳体的壳体组件，通常由金属制成。这尤其符合这样的电池单池，在所述电池单池中，壳体或壳体的部分与其中一个电极电连接并且因此形成电池单池的能从外部被电接触的极。
壳体或该壳体的壳体组件大多由金属板形成。最初平坦的金属板为此例如在拉深工艺或冲挤工艺的范畴内被变形成弯曲的形状。
为了保护壳体或该壳体的壳体组件不受腐蚀，所述壳体或该壳体的壳体组件由事先用一种保护免受腐蚀的层进行涂覆的金属板形成。例如使用事先用薄的镍层进行涂覆的钢板。来自HILUMIN®的板特别适合制造电池单池的壳体，所述板是经扩散退火、电解镀镍的带钢。
已经注意到，在具有根据传统制造的壳体的电池单池中可能会出现涉及到电池单池的耐用性的问题。
发明内容
在此背景下说明了一种根据独立权利要求所述的用于制造电池单池的壳体的方法以及一种电池单池的壳体和一种装备有所述壳体的电池单池。有利的设计方案在从属权利要求和接下来的说明书中说明。
本发明的实施方式可以以有利的方式实现对电池单池的壳体的制造，所述壳体促成了电池单池的长久的耐用性。
根据本发明的第一个方面，建议一种用于制造电池单池的壳体的方法。在此先提供金属板。紧接着将该金属板例如通过拉深工艺变形为带有弯曲的形状的壳体组件。然后组装包括经变形的壳体组件在内的壳体。作为对所述方法步骤的补充，可以执行另外的方法步骤。所述方法的特征在于，壳体组件在变形后至少在其表面的部分区域上设有腐蚀保护层。
根据本发明的第二个方面，说明了一种电池单池的壳体，在该壳体中，至少一个壳体组件具有弯曲的形状。该壳体组件至少在其表面上的显著地弯曲的第一部分区域中具有带第一腐蚀保护层和处于该第一腐蚀保护层上方的第二腐蚀保护层的双层的腐蚀保护层。第一腐蚀保护层具有局部的贯通开口，第二腐蚀保护层则是连续的（durchgängig），也就是说，没有开口或者是无孔的。
本发明的第三个方面涉及一种电池单池，其具有根据本发明的第二个方面的一种实施方式的壳体。
本发明的实施方式的想法此外可以被视视作基于接下来所说明的构思和认知。
如导言中所提及的那样，观察到在其壳体是用传统方式制造的电池单池中部分存在关于耐久性方面的缺陷。现在在更为精确的研究中认识到，这些缺陷可以追因到在壳体上局部有限的腐蚀现象。猜测在用于壳体组件的金属板变形时可能会局部损坏设置在该金属板上的腐蚀保护层。在受损的部位处，腐蚀保护层可能因此具有穿过腐蚀保护层的裂缝、孔或其它的开口。湿气和/或氧气通过这些开口可以到达板的处于下方的金属上，因而最终可能出现局部的腐蚀现象。
为了避免所述的问题，建议对制造工艺进行修正或补充。尤其建议，在壳体组件通过金属板的变形而有了其弯曲的形状之后在该壳体组件的部分区域上构造腐蚀保护层。换句话说，这意味着，针对壳体组件例如通过拉深发生变形的情况，在变形工艺之后将腐蚀保护层至少施覆到壳体组件的表面的部分区域上。
这种随后施覆的腐蚀保护层通常不会经受如在金属板变形时出现那样的高度的机械应力。与此相应，腐蚀保护层不仅能被连续地沉积，而且因为其在变形工艺之后才沉积并且因此不会在变形工艺期间受损而也在制好的壳体中作为连续的层、也就是说在其内没有小开口的层而存在。这种连续的腐蚀保护层能可靠地保护壳体的处于该腐蚀保护层下方的金属区域不与腐蚀性物质接触。
所述方法可以尤其用于在镍涂覆的钢板、特别是来自Hilumin®的板的基础上制造电池单池壳体。钢板在这种情况下在变形之前就已经被用镍涂覆。镍层应当用作腐蚀保护层。但在钢板变形时造成的镍层的受损可能不会对最终形成的电池单池的耐久性有不良影响，因为在变形之后借助紧接着施敷的第二腐蚀保护层来遮盖所述电池单池。
腐蚀保护层原则上可以由不同的材料制成。可以使用无机的或有机的材料。腐蚀保护层应当可靠地附着在金属板的表面上。腐蚀保护层在此应当足够密封，使得湿气和/或氧气不再能到达处于其下的基底的表面、特别是金属基底的表面或具体而言金属板的表面。腐蚀保护层替代性地或补充性地可以由一种材料、特别是一种金属制成，该材料比处于其下的基底的材料更加不贵重，因而腐蚀优选不是发生在基底上，而是发生在腐蚀保护层上。
在变形之后施敷的腐蚀保护层例如可以是金属层。金属层可以被简单和/或可靠地施敷并且能用作用于避免腐蚀的有效层。形成腐蚀保护层的金属可以比处于该腐蚀保护层下方的金属板的金属更为不贵重或更为贵重。
在变形之后被施敷的腐蚀保护层尤其可以是镍层。镍层被证实对避免腐蚀尤为有效。镍层还能被成本有利地并且可靠地大批量制造。
腐蚀保护层可以尤其被从液相沉积。腐蚀保护层原则上虽然能以任意方式产生，例如通过气相沉积、汽相沉积、喷涂、印刷等。不过在此也可能存在这样的风险，即，所产生的腐蚀层不够密封。在后切部的区域内对层进行气相喷镀（aufdampfen）时例如可能出现被遮蔽的区域，在所述被遮蔽的区域中没有沉淀足够的材料来形成腐蚀层。通过液相沉积能在最大程度上避免这种问题。可以从液相可靠地均匀且密封地沉积出腐蚀保护层。在此可以将壳体组件浸入到液相中，因而液相覆盖壳体组件的有待保护的表面。已沉积的层在施敷之后必要时能加以再处理，例如退火、回火、淬火等。
壳体组件例如可以被完全浸入到液相中。液相因此覆盖壳体组件的整个表面并且在该表面上沉淀。倘若壳体组件在该方法阶段中还没有密封地包围其内例如能容纳电极和电解质的空腔，那么液相也会侵入到该空腔中并且因此也沉淀在壳体组件的内表面上。
壳体组件替代性地仅能用部分区域浸入到液相中。在此，仅这些部分区域被液相覆盖并且腐蚀保护层仅沉淀在这些部分区域上。由此能以如下方式节省腐蚀保护层的材料，即，例如仅对一些被视作遭受出现的腐蚀危害的部分区域进行涂覆。
壳体组件可以例如仅用在变形时被显著地弯曲的部分区域浸入到液相中。“显著地弯曲”在此可以理解为是弯曲的变形，对于该弯曲的变形而言，金属板被如此强烈变形，使得设在金属板上的层承受过量的机械应力。这种应力在何时变得过量，可能取决于不同的因素，例如取决于有待成形的弯曲的壳体组件的几何形状、取决于已经事先在金属板上沉积的层的特性等。特别是在这种显著地弯曲的部分区域上似乎存在更高的风险，使得例如在那里已经实现沉积的腐蚀保护层具有局部的损伤。通过腐蚀保护层的沉积在变形之后通过专门将这些受到危害的部分区域浸入到液相中，可以一方面促成可靠的防腐保护。另一方面则仅需少量材料用于有待额外沉积的腐蚀保护层。
在变形之后生成的腐蚀保护层可以通过电镀沉积。有时也被称为电镀沉积的通过电镀的沉积，使得能可靠地生成极为均匀的腐蚀保护层以及由此密封的腐蚀保护层。此外，经电镀的层大多良好地附着在载体材料上。
在变形之后生成的腐蚀保护层替代性地能通过无电流电镀（stromlosesPlattieren）而沉积。在无电流电镀中，有待涂覆的基底与电镀相反地不需要被电接触并且被设置到预先给定的电势。由此能简化涂覆过程。无电流电镀的层大多也良好地附着在载体材料上并且大多形成了闭合的并且因此密封的层。
在根据本发明制造的电池单池的壳体中，至少壳体组件的表面在显著地弯曲的第一部分区域中不仅被可能事先已经沉积在金属板上的第一腐蚀保护层覆盖，而且也被在变形之后补充性地沉积的第二腐蚀保护层覆盖。两个腐蚀保护层在此可以以如下方式相互区分，即，在第一腐蚀保护层中，可能存在特别是由于变形工艺引起的呈连续的孔的形式的开口、裂缝、间隙或类似物，处于上方的第二腐蚀保护层则是连续的并且因此是密封的。
倘若在制造壳体时没有用第二腐蚀保护层对整个壳体组件进行涂覆，而是例如为了节省材料仅为壳体组件的表面的第一部分区域配设第二腐蚀保护层，那么壳体组件可能具有与第一部分区域邻接的第二部分区域，在所述第二部分区域上，壳体组件的表面仅具有单层的腐蚀保护层。这种单层的腐蚀保护层可能对应于在变形之前就已经在金属板上存在的腐蚀保护层。该单层的腐蚀保护层在此具有比双层的腐蚀保护层明显更小的厚度，在所述双层的腐蚀保护层中，所述单层的腐蚀保护层通过在变形之后施敷的第二保护层加以补充。单层的腐蚀层的和双层的腐蚀层的厚度彼此可以相差大于10%、优选大于20%并且强烈优选大于50%。
如所说明那样制造的壳体，在被用于形成电池单池时，可以改善该电池单池的耐久性、特别是耐腐蚀性。这尤其适合使用在锂离子电池单池中。
要指出的是，本发明的一些可能的特征和优点在此一方面参考用于制造电池单池的壳体的方法的不同的实施方式或者另一方面参考相应制造的壳体的不同的实施方式加以说明。所述特征能以合适的方式组合、匹配或交换，以便实现本发明的其它的实施方式。
附图说明
接下来参考附图详细说明本发明的实施方式，其中，附图和说明书都不得作为对本发明的限制。
图1示出了根据本发明的一种实施方式的用于制造电池单池的壳体的方法的步骤。
附图仅是示意性的且并非忠实于真实比例。相同的附图标记在图中标注相同的或作用相同的特征。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于制造电池单池1的壳体3的方法的彼此相继的步骤（a）至（e）。壳体3在此可以由多个壳体组件5组装而成。壳体3例如可以由在一个端部上敞开的槽形的容器7和封闭该端部的盖9组成。壳体组件5在此密封地相互连接，因而它们严密密封地包围内部体积11。在已制好的电池单池1中，其它的组件、如电极和电解质（为清楚起见并未示出）可以被容纳在所述内部体积11中。
为了制造壳体3或壳体组件5之一，在第一方法步骤（a）中提供金属板13。在所示示例中，金属板13由钢板15构成，在该钢板的对置的表面上分别沉积有用作第一腐蚀保护层19的镍层17。这种金属板13作为所谓的Hilumin®板而经常被用来制造电池单池的壳体。
在接下来的方法步骤（b）中使最初平坦的金属板13变形，以便使该金属板获得弯曲的形状。金属板13例如可以形成呈槽形的容器7的形式的壳体组件5。金属板13为此可以被拉深。处于下方的边缘和拐角部在此尤其形成部分区域21，在所述部分区域中，金属板13在变形时被显著地地弯曲。在所述被显著地弯曲的部分区域21中，之前沉积的镍层17可能在变形时受损，因而在该镍层内会形成裂缝、间隙或其它开口25。要指出的是，连续的开口示例性地作为开口25在图1（b）中被强烈放大示出并且在接下来的图中、特别是在图1（c）中为简化起见没有明确示出。
为了避免之后在所述开口25上出现局部的腐蚀，接下来在方法步骤（c）中为壳体组件5的表面至少在部分区域21中配设第二腐蚀保护层29。已变形的壳体组件5为此部分地浸入到液相27中。液相27包含金属离子，所述金属离子通过电镀或无电流电镀沉淀在壳体组件5的向外指向的表面上。由此可以形成金属层、特别是另一个镍层作为第二腐蚀保护层29。
在最终形成的壳体组件5中，如其在方法步骤（d）中所示那样，随后施敷的第二腐蚀保护层29至少在变形期间被显著地弯曲的下方的部分区域21中覆盖已经事先在金属板13上存在的第一腐蚀保护层19。如在图1（d）的放大的视图中示出的那样，第二腐蚀保护层29在此覆盖在第一腐蚀保护层19中形成的开口25并且因此封闭所述开口。
由第一腐蚀保护层19和第二腐蚀保护层29形成的双层的腐蚀保护层31因此能可靠地避免在壳体组件5上的腐蚀。双层的腐蚀保护层31在此具有比仅由第一腐蚀保护层19形成的单层的腐蚀保护层明显更大的厚度，该单层的腐蚀保护层在变形后没有用第二腐蚀保护层29进行涂覆的第二部分区域35中覆盖壳体组件5的表面。因此，在双层的腐蚀保护层31和单层的第一腐蚀保护层19之间的过渡处可能形成小的梯级31。
利用所述方法可以制造用于不同类型的电池单池、例如圆电池或棱柱形的电池的壳体。
Claims (13)
1.用于制造电池单池（1）的壳体（3）的方法，其中，该方法具有：
提供金属板（13）；
将所述金属板（13）变形成带有弯曲的形状的壳体组件（5）；
组装包括所述壳体组件（5）在内的壳体（3）；
其特征在于，所述壳体组件（5）在变形后至少在其表面的部分区域（21）上设有腐蚀保护层（29）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属板（13）是涂覆有镍层（17）的钢板（15）。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述腐蚀保护层（29）是金属层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述腐蚀保护层（29）是镍层。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述腐蚀保护层（29）从液相（27）沉积。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述壳体组件（5）完全浸入到所述液相（27）中。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述壳体组件（5）仅用部分区域（21）浸入到所述液相（27）中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述壳体组件（5）仅用在变形时被显著地弯曲的部分区域（21）浸入到所述液相（27）中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述腐蚀保护层（29）通过电镀沉积。
10.根据前述权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述腐蚀保护层（29）通过无电流电镀沉积。
11.电池单池（1）的壳体（3），其中，该壳体（3）具有至少一个带有弯曲的形状的壳体组件（5），其中，所述壳体组件（5）至少在其表面上的显著地弯曲的第一部分区域（21）中具有带第一腐蚀保护层（19）和处于该第一腐蚀保护层上方的第二腐蚀保护层（29）的双层的腐蚀保护层（31），其中，所述第一腐蚀保护层（19）具有局部的贯通开口（25）并且所述第二腐蚀保护层（29）是连续的。
12.根据权利要求11所述的壳体，其中，所述壳体组件（5）在其表面上的第二部分区域（35）中具有单层的腐蚀保护层（19），该单层的腐蚀保护层具有比所述双层的腐蚀保护层（31）更小的厚度。
13.电池单池（1）、特别是锂离子电池，其具有根据权利要求11和12中任一项所述的壳体（3）。
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