CN110391447A - 接合电池元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过至少一根聚合物线(28，30)接合电池元件(49)的方法，所述方法具有以下方法步骤：a)将网状或片状的电极材料(16)施加于第一分隔板(12)，b)将至少一根聚合物线(28，30)加热至聚合物材料的软化温度以上，c)将至少一根聚合物线(28，30)引入第一分隔板(12)和要施加于第一分隔板(12)的另外的第二分隔板(40)之间，以及d)冷却分隔板(12，40)之间的至少一根聚合物线(28，30)并在它们之间形成至少一个材料粘合化合物(46，48)。

Description

接合电池元件的方法

技术领域

本发明涉及用于通过至少一根聚合物线接合电池元件的方法以及这种电池元件在用于电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(PHEV)的电池中的用途。

背景技术

US2002/0160259A1涉及一种用于电池的层压隔膜材料。非织造材料具有实质上层压的结构，并且包括限定材料的第一表面的第一层非织造材料。第二层非织造纤维限定材料的相对表面。最后，在第一层和第二层之间接收第三层非织造纤维。这些层胶合在一起，形成层压板。至少一个非织造层包括熔化纤维的非织造网。另外，一层或多层是永久亲水的，因为非织造网由包含亲水性添加剂的通常疏水的聚合物的熔化纤维形成。

发明内容

根据本发明，提出了一种通过至少一根聚合物线接合电池元件的方法，该方法包括以下方法步骤：

a)将网状或片状的电极材料施加于第一分隔板，

b)将加热区域内将至少一根聚合物线加热至聚合物材料的软化温度以上，

c)将至少一根聚合物线引入第一分隔板和要施加于第一分隔板的另外的第二分隔板之间，以及

d)冷却分隔板之间的至少一根聚合物线并在它们之间形成至少一个材料粘合(材料锁定)的连接部。

利用根据本发明提出的方案，当聚合物线冷却时，可以使用柔软的聚合物线来实现两个分隔板之间的材料粘合连接部，并且可以封装设置在分隔板之间的电极材料。然后，可以切割所形成的复合物并将该复合物用于层叠电极。根据本发明提出的方法提供极短的循环时间，其中无害的聚合物材料可用于电池单元。根据所使用的至少一根聚合物线的温度直径，也可以形成非常薄的电池元件。

在根据本发明的方法的另外的实施方案中，至少一根聚合物线由从下组中选择的聚合物制成：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚邻苯二甲酰胺(PPa)、聚酰胺(PA)。另外，可以使用任何能熔的材料。对于热塑性塑料，例如有聚苯硫醚(polyparaphylene sulfide，PPS)、特氟隆(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚氨酯(PU)。诸如苯乙烯嵌段聚合物的热塑性弹性体也是合适的，例如SBS、SEBS、SEPS、SEEPS和MBS。

按照根据本发明提出的方法，在进行方法步骤b)之前，将至少一根聚合物线与定位装置对齐。这意味着，当供应至少一根聚合物线时，将其置于第一分隔板上，使得已经放置并与其对齐的电极材料保持在其位置，并且第一分隔板和将要放置的第二分隔板之间的材料粘合连接部不接触电极材料。

根据方法步骤b)的至少一根聚合物线的加热在加热元件中进行，加热元件可具有通道开口并在通过加热元件期间加热至少一根聚合物线。当加热至少一根聚合物线时，将其加热至其软化温度以上，使得当形成第一分隔板和第二分隔板之间的连接部时，发生塑性变形，这稍后代表材料粘合连接部，优选为粘合剂连接部。

可选地，可以在通过定位装置期间对用于执行方法步骤b)的至少一根聚合物线或长丝进行预热。例如，该定位装置可以由具有各自的引导环的一对引导辊形成，该对引导辊也可以可选地被加热并且对穿过该定位装置的至少一根聚合物线预热。

以有利的方式，当实施根据本发明提出的方法时，在方法步骤c)中，将至少一根聚合物线通过至少一个压紧装置压靠在第一分隔板上，其中同时供给第二分隔板并将该第二分隔板压靠在软化的至少一根聚合物线上。

根据本发明提出的方案确保了第二分隔板作为垂直供给的一部分优选几乎与软化的聚合物线同时施加，使得至少一根聚合物线尚未冷却，而第二分隔板被压到施加于第一分隔板的至少一根聚合物线上，只要它仍是可弹性变形的。以这种方式，可以在一次操作中确保第一分隔板和第二分隔板之间的不影响电极材料的连续材料粘合连接部。在根据本发明提出的方法中，根据方法步骤a)，无论是用于阳极还是用于阴极，电极材料都可以作为片材施加于第一分隔板上，形成间隙。另一方面，还可以将电极材料的连续板施加于第一分隔板。根据本发明提出的方法的两种实施变型都是可行的。

根据本发明提出的方法的工序步骤a)至d)可以在一个接合台中或在要制造的电池元件的运动方向上看的若干相继的接合台中进行。因此，根据本发明提出的方法开辟了制造其中电极材料被第一分隔板和第二分隔板封装包围的单独分立的电池元件的可能性，或者还开辟了制造例如可具有均被分隔板隔开的电极材料的多个部分的电池元件的可能性。根据本发明提出的方法的两种实施变型确保了与两个分隔板分开的电极材料的封装。

加热聚合物线的温度范围应高于或接近相应材料的玻璃化温度或熔点。在加热的聚合物线被压紧之前，可以提供可选的主动冷却，以便在形成材料粘合之前必要时再次调节温度。

根据本发明的方法尤其有利地用于纯电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆或电动自行车的电池系统中。但也可以考虑其他用途。

本发明的优点

根据本发明提出的方法提供了用于制造电池元件的循环时间极短的方法。在根据本发明提出的方法中，无害聚合物、特别是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚邻苯二甲酰胺(PPa)或聚酰胺(PA)用作用于电池元件的聚合物线材料。原则上，可以使用所有能熔的材料。对于热塑性塑料，例如有聚苯硫醚(PPS)、特氟隆(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚氨酯(PU)。也可以使用热塑性弹性体，例如苯乙烯嵌段聚合物(SBS、SEBS、SEPS、SEEPS和MBS)。根据所使用的聚合物线的直径，可以由上述聚合物材料制造非常薄的接头，这些接头优选以接缝形式以材料粘合粘合剂接头的形式实施。两个分隔板之间的材料粘合的形成也取决于温度。

根据本发明提出的方法可以集成到电池单元的制造中，使得包括电极材料的在两个分隔板之间的材料粘合连接部允许形成电池元件的堆，电池元件可以集成在用于制造电池单元的其他方法步骤中。包括电极材料的在两个分隔板之间形成的接缝形式的材料粘合连接部可以用作用于电池单元的制造方法的进一步的方法步骤中的层叠辅助。

根据本发明提出的方法的特征还在于，电极材料可以以片材形式或以网状形式加工，并且根据用于执行方法步骤a)至d)的接合台的数量，可以生产包含均被分隔板隔开的若干层电极材料的电池元件。

根据本发明提出的方案可以使用特别廉价的材料，例如，诸如PP和PE等聚合物，与每种情况下产生的材料成本相比，这些材料与粘合剂相比非常便宜。

附图说明

下面参照附图更详细地描述本发明。

在附图中：

图1是用于执行根据本发明提出的程序的接合台的立体俯视图，

图2是根据图1的接合台的侧视图，

图3是图1中所示的接合台的俯视图，

图4示出了加热前后的至少一根聚合物线的温度梯度，

图5示出了在制造的电池元件的运动方向上相继设置的两个接合台，

图6示出了在接合台中对板状形式的分隔材料的加工，以及

图7示出了在制造的电池元件的运动方向上相继设置的多个接合台。

具体实施方式

图1中的图示示出了用于执行根据本发明提出的方法的接合台的立体图。

第一分隔板12在运动方向64上延伸到接合台10中。在第一分隔板12的顶侧14上，存在电极材料16，电极材料16在此被设计为片材18。它可以通过旋转轮(这里未详细示出)施加于第一分隔板12的顶侧14，由此在电极材料16的各个片材18之间产生间隙20，电极材料16可以是用于阴极的电极材料，也可以是用于阳极的电极材料。第一分隔板12与电极材料16的分别以间隙20设置在第一分隔板12的上侧14的片材18的设置结构在运动方向64上移动，并且穿过压紧装置38。电极材料16的片材18各自具有从第一分隔板12的边缘向外突出的接触突出部22。

在压紧装置38上方，第一聚合物线28和第二聚合物线30延伸到定位装置24。例如，定位装置24可以由一对辊形成，其可选地也可以被加热。在定位装置24的圆周表面上，存在彼此间隔开的定位元件26，例如，定位元件26可以设计成环形形状，并且第一聚合物线28和第二聚合物线30在压紧装置38的方向上延伸穿过定位元件26。第一聚合物线28和第二聚合物线30各自穿过第一加热元件32和第二加热元件34，第一加热元件32和第二加热元件34形成为环形形状并且各自具有通道开口36。根据通道开口36的直径以及第一聚合物线28和第二聚合物线30的材料，可以调节对第一聚合物线28和第二聚合物线30的聚合物材料的加热。可以制造第一聚合物线28和第二聚合物线30的聚合物材料是诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚邻苯二甲酰胺(PPa)或聚酰胺(PA)的材料。

从图1所示的立体图可以看出，将第一聚合物线28和第二聚合物线30在压紧装置38的方向上倾斜地传送。同时，产生第二分隔板40的垂直供给部41。第二分隔板40的顶侧或上侧由附图标记42表示，而第二分隔板40的底侧由附图标记44表示。当传送带有以间隙20设置的电极材料16的片材18的第一分隔板12时，供给两根聚合物线28、30和第二分隔板40，使得两根聚合物线28、30到达第二分隔板40上游的压紧装置38，使得第二分隔板44以其下侧44压住预先施加于第一分隔板12的可塑性变形的聚合物线28、30。这一方面在第一分隔板12的顶侧14与另一方面在第二分隔板40的底侧44之间形成接缝形式的第一连接部46和第二连接部48。

从图1可以看出，第一连接部46和第二连接部48平行于复合物(即，第一分隔板12的电池元件49、作为片材18存在的电极材料16和第二分隔板40的复合物)的运动方向64延伸。第一连接部46和第二连接部48的位置由定位装置24限定并且被选择成使得由两个分隔板12、40封装的电极材料16不受影响。

接触凸耳22从所形成的每个电池元件49横向突出。在将电池元件49制成第一分隔板12、电极材料16和第二分隔板40的复合物之后，可以切割它们并将它们用于层叠电池元件49以制造电池单元。在通过压紧装置38之后，第一聚合物线28和第二聚合物线30的材料冷却、凝固并在第一分隔板12和第二分隔板40之间形成接缝形式的第一化合物46和第二化合物48。可选地，压紧装置38也可以设计成是可加热的，使得聚合物线28、30可以短暂地再次加热至它们的软化温度以上，以便实现第一分隔板12和第二分隔板40之间的可能最薄的接头46、48，该接头被设计为粘合的粘合剂接头。

图2示出了用于制造电池元件49的接合台10的侧视图。

图2示出了这里的电极材料16作为片材18施加于第一分隔板12的上侧14上形成间隙20。电极材料16既可以是用于阳极的电极材料，也可以是用于阴极的电极材料。与定位装置24的定位元件26对齐的两根聚合物线28、30在通过由加热元件32、34加热的加热区域50时经受加热，优选加热至略高于软化温度。从根据图2的侧视图可以看出，第二分隔板40经历基本上垂直的供给41，使得两根聚合物线28、30稍早到达第一分隔板12的上侧14，之后来自上方的第二分隔板40通过压紧装置40被放置在第一分隔板12的上侧14上，并形成第一连接部或接头46以及第二连接部48。

当两根聚合物线28和30穿过加热元件32和34时，产生加热区域50，加热区域50穿过加热元件32和34，取决于加热元件32和34(例如，为环形)的直径。作为选择，定位辊24和压紧装置38也可以设计成是可加热的，以便在通过压紧装置38之后在第二分隔板40和第一分隔板12之间产生最佳的连接状况。在分别连接两个分隔板12和40之后形成的第一分隔板12、电极材料16(例如，作为片材18)和第二分隔板40的复合物形成电池元件49。

图3从鸟瞰图示出了接合台10。

图3中所示的平面图示出了在定位装置24处的定位元件26(例如，设计为环)可以设计成一对引导辊，该对引导辊彼此相距超过第一分隔板12的宽度的距离。这允许第一聚合物线28和第二聚合物线30在压紧装置38的区域中在第一分隔板12的方向上的最佳供给。在第一分隔板12上，电极材料16(这里是片材18的形式)以各个片材18之间形成有间隙20而设置。从图3所示的俯视图可以看出，两根聚合物线28和30分别在第二分隔板40(即，在其底侧44)碰着软化的聚合物线28和30之前到达第一分隔板12的顶侧14。在压紧装置38的压力下，分别形成在制造的电池元件49的运动方向64上延伸的相应的连接部46和48。可以使定位装置24和压紧装置38都是可加热的，以便将两根聚合物线28、30的材料的温度保持在软化温度以上，从而在通过压紧装置之后获得接缝形式的可靠的材料粘合的连接部46、48。

图4示出了聚合物线28、30的材料中的温度梯度的表示。

在根据本发明提出的方法中，当聚合物线28、30穿过相应的通道开口36时，第一聚合物线28和第二聚合物线30的材料基本上由加热元件32、34加热。根据聚合物线28、30的线厚度以及根据两个加热元件32、34中的通道开口36的直径来调节聚合物线28、30的材料中的温度。沿着加热区域50，非温度相关区域(未经热处理的区域)52变为两根聚合物线28、30的温度相关/受控区域(经热处理的区域)54。

另外，例如通过设计具有加热装置的定位装置24，可以在通过定位装置24期间已经加热两根聚合物线28、30的材料。在这种情况下，两根聚合物线28、30的材料在两个阶段中加热。

另外，还可以控制压紧装置38的温度(热处理)。尽管聚合物线28和30离开加热区域50并具有温度受控区域54，但根据加热元件32和34与压紧装置38的距离，可能发生不期望的材料的冷却，使得可能通过能可选地加热的压紧装置38进行进一步的温度控制/施加。这确保了在将第一分隔板12与第二分隔板40的下侧44接合时，聚合物线28、30的材料的温度高于在每种情况下使用的聚合物材料的软化温度。图4还示出了第二分隔板40基本上以垂直供给部41进行供给。在通过压紧装置38之后，产生电池元件49，该电池元件包括第一分隔板12、片材18形式的电极材料16和第二分隔板40，它们沿着连接部46、48胶合在一起。当制造的电池元件49在运动方向64上进一步传送时，连接部46、48冷却并硬化。

图5示出了第一接合台10和上游接合台58的设置。

利用图5中所示的实现变型，例如切成片材18的电极材料16可以沉积56到在运动方向64上传送的第一分隔板12上。因此，电极材料16的片材18可以在沉积56之后通过穿过加热元件32、34并已经加热到它们的软化温度以上的聚合物线28、30例如经由从动旋转轮而被固定于第一分隔板12上。根据电极材料16以片材18的形式的沉积56，可以在通过聚合物线28、30固定的电极材料16达到接合台10之前在各个片材18之间形成间隙20，并且第二分隔板40还以其底侧44在压紧装置38处通过热处理到聚合物线的软化温度以上的聚合物线28、30而被固定，并且也被固定到第一分隔板12和作为片材的电极材料16的预固定的复合物上。类似于上述设计变型，在此在聚合物线28、30在运动方向64上的固化和冷却期间通过压紧装置38形成平行于运动方向64延伸的第一连接部46和第二连接部48。

图6中的图示示出了使用未切割的电极材料16实现根据本发明提出的方法。

与上面所示的变型相比，图6中的图示中的电极材料16不是片材18，而是网60的形式。在电极材料16以无端的网60的形式加工的第三接合台62中，聚合物线28、30通过设置在具有环形定位元件26的定位装置24下面的第一加热元件32和第二加热元件34热处理。与上述接合台10、58类似，第一加热元件32和第二加热元件34各自具有通道开口36，聚合物线28、30穿过通道开口36。如上面已经提及的，两根聚合物线28、30的材料被热处理到聚合物材料的软化温度以上的温度。

在运动方向64上，第一分隔板12与其平行地传送，压紧装置38通过第一分隔板12的顶侧，该压紧装置可以是温度控制的或不是温度控制的。在聚合物线28和30可弹性变形地紧密接触第一分隔板12的上侧14之后不久，电极材料16基本上从垂直方向以网60的形式供给。在通过压紧装置38之后，电极材料16的网60通过材料粘合连接部46、48固定在第一分隔板12的上侧14上。如果第一分隔板12和电极材料60的复合物以板的形式进一步传送，来自垂直供给部41的第二分离板40也通过聚合物线28和30设置有第二分隔板40，聚合物线28和30在通过压紧装置时被热处理到其软化温度以上。通过这里施加的聚合物线28、30，第二分隔板40的下侧44连接至为网60的形式的电极材料16的上侧。所得的复合物现在提供无限的电池元件49，它可以卷起或者现在可以分成各个电池元件49并且可以进一步加工。

图7提供了由相继设置的第三接合台62形成的作业线66。

图7中示意性所示的第三接合台62的作业线66的设计变型允许制造任意层数的电极材料16，电极材料16这里以网60和分隔轨12、40的形式示出。因此可以制造多层电池元件49，其中电极材料16通过分隔板12、40与后续的电极材料16隔开。第三接合台62的结构(这里在图7中以作业线66示出)基本上对应于结合图6所述的第三接合台62的结构。首先，将聚合物线28、30在加热元件32、34中加热。当通过压紧装置38时，电极材料16的网60粘合到第一分隔板12的上侧14。在通过随后的压紧装置38时将第二分隔板40以其底侧44施加于第一分隔板12和为网60的形式的电极材料16的复合物之前，冷却形成第一连接部46和第二连接部48。类似于上述设计变型，第二分隔板40的下侧44通过聚合物线28、30固定，在将第二分隔板40以其底侧44施加于网60形式的电极材料16的上侧之前，聚合物线28、30通过定位元件26在定位装置24处对齐而被供给到压紧装置38。

在此后的第三接合台中，情况类似。根据排列成作业线66的第三接合台62的数量，可以以连续的形式形成电池元件49，该电池元件49可以卷起，并且加工成电池单元或供给到切割工序中，然后进一步处理。

本发明不限于这里描述的实施方式和其中突出的方面。相反，在权利要求所限定的范围内，可以进行大量的修改，这些修改在普通专家的技能范围内。

Claims (11)

1.一种用于通过至少一根聚合物线(28，30)接合电池元件(49)的方法，所述方法具有以下方法步骤：

a)将网状或片状的电极材料(16)施加于第一分隔板(12)，

b)在加热区域(50)内将所述至少一根聚合物线(28，30)加热至聚合物材料的软化温度以上，

c)将至少一根聚合物线(28，30)引入第一分隔板(12)和要施加于第一分隔板(12)的另外的第二分隔板(40)之间，以及

d)冷却所述分隔板(12，40)之间的所述至少一根聚合物线(28，30)并在它们之间形成至少一个材料粘合连接部(46，48)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一根聚合物线(28，30)由根据以下组的聚合物制成：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚邻苯二甲酰胺(PPa)、聚酰胺(PA)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一根聚合物线(28，30)由能熔的材料制成，例如热塑性聚苯硫醚(PPS)、特氟隆(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氨酯(PU)或诸如苯乙烯嵌段聚合物(SBS、SEBS、SEPS、SEEPS、MBS)的热塑性弹性体。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行方法步骤b)之前，将所述至少一根聚合物线(28，30)通过定位元件(26)在定位装置(24)处对齐。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将根据方法步骤b)的所述至少一根聚合物线(28，30)在具有通道开口(36)的加热元件(32，34)中加热。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在执行方法步骤b)之前，在所述定位装置(24)处对所述至少一根聚合物线(28，30)进行预热。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将方法步骤c)中所述至少一根聚合物线(28，30)通过至少一个压紧装置(38)压靠在所述第一分隔板(12)和同时供给的第二分隔板(40)上。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据方法步骤a)，将所述电极材料(16)作为片材(18)施加于所述第一分隔板(12)，形成间隙(20)。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二分隔板(40)从垂直供给部(41)供给到所述压紧装置(38)。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法步骤a)至d)在接合台(10)或在所述电池元件(49)的运动方向(64)上看相继放置的多个接合台(10，58)中或在由第三接合台(62)构成的作业线(66)中进行。

11.根据前述权利要求1至10中任一项所述的方法制造的电池元件(49)的用途，该电池元件(49)用在纯电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆或电动自行车的电池系统中，但也可以考虑其他用途。