CN114497838A - 用于制造电池单池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造电池单池(4)、尤其是袋型单池的方法(2)，所述电池单池具有电极堆垛(6)和容纳电极堆垛(6)的单池壳体(150)，所述电极堆垛具有多个第一和第二电流放电器(8、10)，在所述方法中，将第一电流放电器(8)无熔融地材料接合式地接合为共同的阴极(62)，并且将第二电流放电器(10)无熔融地材料接合式地接合为共同的阳极(64)，在所述方法中，将电极堆垛(6)装入两个壳体半部(104)中，其中，阴极(62)和阳极(64)至少部分地从壳体半部(104)中伸出，并且其中，壳体半部(104)在阴极(62)和阳极(64)的区域中分别具有预固定的预封闭带(106、108)，在所述方法中，将壳体半部(104)环绕地材料接合式地接合为单池壳体(150)，并且在所述方法中，在阴极(62)和/或阳极(64)的区域中执行接合工艺以密封单池壳体(150)，在所述接合工艺中，将阴极(62)和/或阳极(64)材料接合式地与相应的预封闭带(106、108)接合。

Description

用于制造电池单池的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造电池单池、尤其是用于制造袋型单池(Pouchzelle)的方法，所述电池单池具有电极堆垛和容纳电极堆垛的单池壳体，所述电极堆垛具有多个第一和第二电流放电器(Stromableiter)。本发明还涉及用于执行所述方法的装置以及电池单池。
背景技术
电气或者电机地驱动的或者能够电气或者电机地驱动的机动车、例如电动车或者混合动力车通常包括电动机，通过所述电动机能够驱动一个或两个车轴。为了供应电能，电动机通常连接在作为电能存储器的车辆内部的(高压)电池上。
尤其是电化学电池在此及以下尤其理解为机动车的所谓二次电池
Figure BDA0003320884910000011
在这种(二次)车辆电池中，消耗的化学能借助充电过程可以被恢复。这种车辆电池例如设计为电化学蓄电池、尤其设计为锂离子蓄电池。为了产生或者提供足够高的运行电压，这种车辆电池通常具有至少一个电池单池模块，在所述电池单池模块中多个单独的电池单池模块化地连接。
电池单池(Batteriezellen)例如设计为电化学的(薄)层单池。所述薄层单池具有层式结构，所述层式结构具有阴极层(阴极)和阳极层(阳极)以及设置在阴极层与阳极层之间的分隔层(隔膜)。液态的电解质(Flüssigelektrolyt)例如穿过这些组成部分，所述液态的电解质实现所述组成部分的离子传导性连接或者电荷补偿。
为了制造电池单池，例如将活性材料层或者电极材料层施加在电流放电器上。所述电流放电器在此通常设计为金属薄膜，其中，通常将铜薄膜用于阳极层并且将铝薄膜用于阴极层。以这种方式涂层的电流放电器用作堆垛的电极(电极堆垛)。电极堆垛或者单池堆垛的电流放电器相互电接触以形成共同的阳极和共同的阴极，所述共同的阳极和共同的阴极以下也称为集流器或者集电极。
为了保护电极堆垛以防湿气和/或污物进入，以及另一方面为了防止在电池单池损坏的情况下化学物质或者液态电解质流出，通常设置有单池壳体作为护套。单池壳体例如设计为具有聚丙烯(PP)的铝复合薄膜，其中，具有这种柔性的或者薄膜状的单池壳体(包、袋)的电池单池也称为袋型单池或者软包单池(Softpack-Zellen)。
在单池壳体的密封性方面，阳极和阴极从单池壳体导出的电连接区域容易受到不密封性和泄漏的影响。
尤其对于在电气地驱动或者能够电气驱动的机动车的车辆电池中的应用，期望的是电池单池的快速充电运行，以便将在车辆电池充电时的机动车等待时间保持尽可能小。由于密封性，形成的气体因此聚集在单池壳体内部并且因此作用使得单池壳体的体积增加或者体积膨胀。在快速充电过程中，在较短时间内出现电池单池的较高体积改变，由此在连接区域中出现机械负荷。在单池壳体的塑料与阴极或者阳极的金属面之间的接合连接通常具有相对较小的强度，因此出现的负荷可能导致电池单池的泄漏和不可逆的损坏。
在袋型单池中，为了将集电极从单池壳体中导引出，例如由DE 10 2014 019 505A1已知，例如借助激光或者超声将集电极分别与金属条焊接。所述金属条例如基于镍合金制造并且具有粘接条，所述粘接条以传统方式由聚丙烯材料制造。粘接条例如也称为预封闭带(Vorsiegelband)。
粘接条通过加热到180℃与单池壳体封闭。通过加热或者热封方法，单池壳体和粘接条的聚丙烯熔融，由此实现密封的连接。不利的是，具有粘接条的金属条作为附加的构件成本相对较高。此外，金属条与集电极的激光焊接使得粘接条升温，所述升温减少了粘接条与金属条的连接性并且因此降低了密封性。此外，金属条提高了电池单池的结构重量。当前不能去除金属条，因为粘接条不能将集电极直接与所述袋子连接。
电流放电器例如借助激光焊接被焊接至集电极。在激光焊接中，只将集电极的较小表面用线形焊缝焊接。集电极的其它区域没有被焊接。因为由此只局部地被焊接，所以在这个区域中出现更快的升温，因为在运行中电池电流的所有电子在进入电极或者从电极流出时流动通过这个焊缝区域。
激光焊缝中的电阻在此比集电极材料(铜或者铝)的电阻高很多倍。这意味着在激光焊缝的区域中出现(欧姆)功率损失。如果取代线形的缝焊可以全面地焊接集电极，则可以减小焊接时的电阻。然而，在整个集电极表面上的焊接是不可行的，因为在集电极上设置有带有粘接条的金属条。粘接条由于表面焊接不耐高温。
激光焊接是需要高能量的方法。所述激光焊接将作为高传导性材料的集电极如铜和铝熔融。在焊接时产生的热可能传递至活性材料并且也导致在集电极上产生具有较高的热效应的区域。
备选地例如可行的是，通过超声焊接连接集电极和金属条(具有粘接条)。然而在此不利地出现(机械的)振动，所述振动引起堆垛的公差失调(Toleranzunwucht)和(电流)放电器薄膜的变形。此外，超声焊接在很大程度上取决于集电极的表面质量。氧化物、湿气、污物或者油膜的存在可能使得焊接连接的质量大幅变差。
铝和铜在电池单池中的连接可能引起电流腐蚀，所述电流腐蚀导致金属间的降低集电极的传导性的连接。
为了解决前述问题，例如可以提高集电极区域中的与热相关的区域的公差。这实现了更大的集电极长度，因此可以与活性材料和粘接条距离更远地执行激光焊接。
例如由WO 2012/157892 A2和DE 10 2017 217 676 A1已知，在集电极的区域中执行热封方法以密封单池壳体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种特别适当的用于制造电池单池的方法。尤其应该提供一种对将集电极与具有粘接条的金属条激光焊接的方案的备选，其能够实现单池壳体的防泄漏的封闭。本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种特别适当的用于执行所述方法的装置以及一种特别适当的电池单池。
该技术问题按本发明在方法方面通过如下所述的用于制造电池单池、尤其是袋型单池的方法和用于执行所述方法的装置解决并且在电池单池方面通过如下所述的电池单池、尤其是袋型单池解决。
如果在以下描述方法步骤，则针对装置尤其通过以下方式形成有利的设计方案，即所述装置设计用于实施这些方法步骤中的一个或多个。
按照本发明的方法设置以及适合和设计用于制造电池单池。所述电池单池在此尤其是袋型单池(或者说袋型电池)、口袋单池(或者说口袋电池)或者软包单池(或者说软包电池)。电池单池具有单池壳体和容纳在其中的电极堆垛，所述电极堆垛具有多个第一和第二电流放电器。
电极堆垛具有多个相互叠置的薄层单池，所述薄层单池具有阴极层和阳极层以及设置在阴极层与阳极层之间的分隔层(隔膜)。在此例如将活性材料层或者电极材料层施加在电流放电器上。所述电流放电器例如设计为金属薄膜，其中，合适的是将铜薄膜用于阳极层并且将铝薄膜用于阴极层。在此优选使用高硅基阳极层，以便实现具有尽可能高的功率密度的电池单池以及另一方面实现电池单池的快速充电。第一电流放电器在以下尤其理解为铝薄膜并且第二电流放电器尤其理解为铜薄膜。
按照所述方法，将第一电流放电器无熔融地材料接合式地接合为共同的阴极，并且将第二电流放电器无熔融地材料接合式地接合为共同的阳极。“无熔融地”或者“不熔融地”在此尤其理解为接合配对件中的一个或两个在此不过渡到熔融阶段的材料接合式的接合。这意味着，接合配对件在接合过程中尽可能地不被熔化。
在至少两个相互连接的部件之间的“材料接合”或者“材料接合式的连接”在此及以下尤其理解为，相互连接的部件在其接触面上通过材料上的联结或者交联(例如由于原子的或者分子的结合力)在必要时通过添加剂的作用相结合。
接下来将所接触的电极堆垛装入两个壳体半部中，其中，阴极和阳极至少部分地从壳体半部中作为连接区域伸出。在此，壳体半部在阴极或者阳极的区域中分别具有预固定的预封闭带。
“预固定的”或者“预固定”在此尤其理解为预封闭带被固持或者固定在预装配状态中，即在交货位置或者运输位置中。换而言之，预封闭带在预定位的位置中固持在相应的壳体半部上。
将壳体半部环绕地材料接合式地接合为单池壳体。例如以定义的压力和定义的(封闭)时间以及定义的(封闭)温度在热封方法中接合所述壳体半部，因此产生环绕的、边缘侧的封闭缝作为接合部位。
为了密封单池壳体，按照本发明规定，在阴极和/或阳极的区域中执行接合工艺，在所述接合工艺中，将阴极和/或阳极材料接合式地与相应的预封闭带接合。由此实现了特别合适的用于制造电池单池的方法。
在接合单池壳体和预封闭带时的顺序在此并不重要。例如首先将壳体半部接合为单池壳体并且之后将阳极/阴极与相应的预封闭带接合。同样可以考虑的是，例如首先将阳极/阴极与相应的预封闭带在壳体半部中连接并且接下来将壳体半部环绕地接合为单池壳体。
连词“和/或”在此及以下理解为，借助这个连词连接的特征既可以共同地设计也可以设计为彼此的备选方案。
在一种有利的实施方式中，所述第一和第二电流放电器借助固体焊接、尤其借助热压焊接接合为阴极和阳极。换而言之，通过固体焊接方法、如热压焊接连接集电极。集电极、即阳极和阴极优选在固体焊接过程期间被调整为最终尺寸。
通过按照本发明的方法取消了具有粘接条的附加的金属条，由此可以通过固体焊接方法(热压焊接)将集电极相连。这意味着，与现有技术不同，连接单纯地由集电极出发。由此降低了引入电极堆垛中或者活性层(阴极层、阳极层)上的热量。集电极的固体焊接形成表面焊接并且不是如在激光焊接中那样形成线形缝焊，因此与激光焊缝相比实现了电流放电器的(大)面积上的接触和连接，由此有利地降低电池运行中的欧姆热损耗。
“固体焊接”或者“固体焊接方法”尤其理解为接合方法，在所述接合方法中，只通过使用压力或者通过热与压力的结合形成接合连接。在使用热时，在这个方法中的温度低于待焊接的金属的熔点。此外不使用附加材料。
固体焊接例如理解为扩散焊，在所述扩散焊中，接合配对件在压力下在更高的温度时结合，并且部件通过固体扩散熔化。优选地，在按照本发明的方法中，使用压焊或者摩擦焊接作为固体焊接，在所述固体焊接中，金属的接合配对件的接合区域通过摩擦加热并且在压力下连接。
适当地，所述第一和第二电流放电器在接触之前或者在无熔融地材料接合式地接合之前被清洁。换而言之，电流放电器在表面上被去除污物。电流放电器的表面例如借助等离子体清洁装置被去除污物。在优选的设计方案中，第一和第二电流放电器在接合或者固体焊接之前尤其在超声池中被清洁。由此确保了在接合区域中尽可能不存在污物。通过洁净的表面，改善了接合连接的质量并且因此改善了电接触的质量。
为了防止电流腐蚀，在适宜的扩展设计中，在无熔融地接合之后，为所述阳极和/或阴极配设保护层。尤其是，直接在固体焊接或者压焊之后，在铜侧上、即阳极侧上镀锡。换而言之，为阳极配设锡层作为保护层。备选地例如也可以考虑阳极的镍涂层。
本发明的附加的或者其它的方面规定，使用多层的预封闭带，所述预封闭带具有金属层和塑料层以及布置在金属层与塑料层之间的绝缘层，其中，所述金属层朝向阴极或者阳极，并且所述塑料层朝向壳体半部。
与现有技术不同，按照本发明的预封闭带或者粘接条不是只由聚丙烯制造。按照本发明的预封闭带具有三个基础层，所述基础层例如在滚动层压方法(Rollkaschierverfahren)中接合为预封闭带。第一层由金属(铜或者铝)制成并且例如具有约0.05mm(毫米)的层厚。第二层由塑料材料、例如聚丙烯(PP)或者聚酯(PET)制成并且例如具有0.1mm的层厚。为了将金属层与塑料层连接，优选使用基于硅酮的粘接剂作为绝缘层。所述绝缘层优选直至200℃(Grad Celsius)是耐温的。
在一种适当的设计中，使用与阴极或者阳极适配的金属层。这意味着，按照本发明的预封闭带以两种类型或者设计提供。对于阳极使用铜层作为金属层，其中，对于阴极相应地使用铝层作为金属层。金属层优选地由与配属的集电极材料相同的材料制成。适当地，壳体半部在此至少部分地同样具有塑料材料。由此能够一方面在塑料层与壳体半部之间并且另一方面在金属层与相应的集电极之间实现可靠和密封的材料接合式的连接，其中，塑料层和壳体半部在环绕的热封方法的过程中材料接合式地接合，并且其中，金属层和相应的集电极在附加的接合工艺中材料接合式地接合。
在有利的扩展设计中，使用电磁脉冲焊接(EMP焊接)作为用于将相应的预封闭带材料接合式地与集电极连接的接合工艺，其将金属层与相应的集电极材料接合。这意味着，进行磁力成形，在所述磁力成形中，接合配对件之一借助磁场无接触地受到脉冲作用并且碰撞到另外的配对件上。由于在接合配对件碰撞在一起时的较高速度，如在爆炸焊中那样产生固相中的材料接合式的连接。通过EMP焊接只进行较少的热引入，因此基本上不会出现单池壳体和/或集电极的热翘曲。
单池壳体例如设计为具有聚丙烯(PP)和/或聚酯(PET)的铝复合薄膜。在优选的实施方式中，所述壳体半部借助深冲工艺制造，其中，所述预封闭带在深冲工艺的过程中预固定在壳体半部上。这意味着，预封闭带在深冲过程中直接固定在口袋电池上。
为此预封闭带例如通过双面粘接带(具有热熔胶)与壳体半部连接。为此预封闭带例如在塑料层上具有附加的热熔胶层，所述热熔胶层具有约0.01mm的层厚，以便将预封闭带固定在壳体半部上。
在附加的或者备选的扩展设计中，将纹理压印到壳体半部中以预固定所述预封闭带。这意味着，优选在深冲工艺期间在壳体半部上产生纹理，所述纹理改善了壳体半部与预封闭带之间的附着。在这种扩展设计中，尤其不需要塑料层上的具有热熔胶的附加的粘接层。
按照本发明的装置规定以及适合和设置用于执行前述的方法。在此，与所述方法相关的实施方式合理地也适用于所述装置并且反之亦然。由此实现了特别合适的用于制造电池单池的装置。
按照本发明的电池单池尤其设计为袋型单池。所述电池单池例如设置用于应用在电气驱动地或者能够电气驱动的机动车的车辆电池中。
所述电池单池具有电极堆垛和容纳电极堆垛的单池壳体，所述电极堆垛具有多个第一和第二电流放电器。第一电流放电器无熔融地材料接合式地接合为共同的阴极，并且第二电流放电器无熔融地材料接合式地接合为共同的阳极，其中，单池壳体具有两个环绕地材料接合式地接合的壳体半部，阴极和阳极至少部分地从所述壳体半部中伸出。壳体半部在阴极和阳极的区域中分别具有预封闭带，所述预封闭带材料接合式地与相应的集电极接合。由此实现了特别适当的电池单池。关于所述方法和/或所述装置说明的优点和设计方案也能够合理地转用到电池单池上并且反之亦然。
附图说明
以下根据附图详细阐述本发明的实施例。在附图中以示意性的和简化的视图：
图1示出按照本发明的用于制造电池单池的方法的流程图；
图2示出所述方法的清洁工艺；
图3示出所述方法的预热工艺；
图4示出用于接触集电极的方法的压焊工艺；
图5示出压焊工艺的分离过程；
图6示出所述方法的涂层过程
图7示出用于阴极和用于阳极的预封闭带；
图8示出用于在壳体半部上产生纹理的压印工艺；
图9示出用于将预封闭带预固定在壳体半部上的接合工艺；
图10示出具有纹理和具有预封闭带的壳体半部；
图11、图12示出用于将预封闭带预固定在壳体半部上的备选的接合工艺；
图13示出具有预封闭带的壳体半部；
图14示出所述方法的热封工艺；
图15在侧视图中示出电池单池；
图16、图17示出用于材料接合式地将预封闭带与集电极连接的接合工艺；
图18示出用于阴极和用于阳极的预封闭带的备选实施方式；并且
图19示出用于接触集电极的方法的备选的接合工艺。
具体实施方式
彼此对应的部件和尺寸在所有附图中总是配设有相同的附图标记。
图1以示意性的并且简化的流程图示出按照本发明的用于制造电池单池4(参见图15)的方法2。以下根据图2至图19描述的方法在这个实施方式中基本上具有九个依次相续的方法步骤OP1…OP9。未详细标出的用于执行方法2或者方法步骤OP1…OP9的装置在以下同样根据图2至图19详细阐述。
电池单池4具有电极堆垛或者单池堆垛6，所述电极堆垛或者单池堆垛具有多个相互叠置的薄层单池，所述薄层单池具有阴极层和阳极层以及设置在阴极层与阳极层之间的分隔层(隔膜)。在此例如将活性材料层或者电极材料层分别施加在电流放电器8、10上。所述电流放电器8、10例如设计为金属薄膜，其中，合适的是将铜薄膜用于阳极层并且将铝薄膜用于阴极层。电流放电器8、10在边缘侧伸出电极堆垛6。第一电流放电器8在以下尤其理解为铝薄膜并且第二电流放电器10尤其理解为铜薄膜。
图2在依次相续的视图中示出方法2的方法步骤OP1。在方法步骤OP1中借助超声对电流放电器8、10进行表面清洁。在表面清洁时从电流放电器8、10的表面去除氧化物、湿气和油性产物。
所述装置为此具有超声清洁器12，所述超声清洁器具有超声池14。在超声池14中布置有用于不超过40kHz(千赫)的频率的超声发生器16，其中，超声池14填充有液体18。所述液体18例如是具有碱性溶剂或者用于氧化物清洁的添加剂的蒸馏水。在运行中，超声发生器16产生超声波20，所述超声波在浸入的电流放电器8、10的区域中具有最大振幅。超声波20在液体18中产生快速运动的穴蚀气泡22，所述穴蚀气泡以超声频率运动并且从电流放电器8、10的表面去除污物和油性物质。液体18的碱性添加剂有利于去除表面上的氧化物。
超声池14用盖24遮盖。所述盖24由橡胶制造并且具有用于导引电流放电器8、10的缝隙。在盖24的区域中设置有清洁滚动刷26，其具有用于机械地清洁电流放电器8、10的聚酰胺纤维。清洁滚动刷26通过与电流放电器8、10的接触运动。
电极堆垛6由抓取器28固定在用于超声清洁的导引板30中。电极堆垛6借助导引板30下降，从而电流放电器8穿过开缝的盖24浸入超声池14中，并且由穴蚀气泡22和清洁滚动刷26清洁。接下来电极堆垛6借助抓取器32竖直向上地运动并且借助铰链34翻转180°。接下来电流放电器10浸入超声池14中并且被清洁。电极堆垛6在此容纳在保护遮盖件36中，因此尽可能没有液体18到达电极堆垛6处。最后电极堆垛6由抓取器38从导引板30取下并且向方法步骤OP2导引。
作为对方法步骤OP1的备选例如可以考虑的是，借助等离子体清洁电流放电器8、10。
一旦表面被清洁，则其在方法步骤OP2中借助感应加热或者电阻加热在惰性氮气环境中被预热。在电阻加热时，例如将两个可通电的冲头压在电流放电器8、10上。冲头尤其由石墨、钛或者钨制成。
对于电流放电器10的铜制阳极，例如预热至600℃。对于电流放电器8的铝制阴极，例如预热至300℃。所述装置为此具有加热室40。所述加热室40在其内部具有气体42。
惰性气体42例如设计为氮气，并且在例如15mbar(毫巴)的过压下置入加热室40中。为了避免电极堆垛6的不期望的加热，设置有两个冷却板44。所述冷却板44借助抓取器46以显示为箭头的夹紧力在两侧压在电极堆垛6上，因此在预热期间电极堆垛6被调节至最大50℃的温度。冷却板44的冷却通过水和乙二醇悬浮液实现，其中，根据水冷却速率设置或者调整所述温度调节。
电流放电器8、10分别借助加热装置48被预热。所述加热装置48例如通过感应或者通过(热)电阻加热电流放电器8、10。
在预加热或者预热之后，电流放电器8、10在方法步骤OP3中在加热腔40内部分别通过被加热的冲头装置50、52按压。所述冲头装置50、52分别具有可运动的(压力)冲头54和固定的冲头56作为配合支承件。冲头56支撑在基础板58上。固定的和可运动的冲头54、56通过筒式加热器60加热，所述筒式加热器嵌入陶瓷遮盖件或者陶瓷护套中。
冲头装置50的冲头54尤其被加热至350℃至600℃之间的温度、例如加热至400℃并且在电流放电器8上产生例如4bar至6bar的压力。冲头装置52的冲头54尤其被加热至550℃至750℃之间的温度、例如加热至700℃并且在电流放电器10上产生例如6bar至7bar的压力。因此，冲头54的温度总是低于相应的电流放电器材料的熔点。借助冲头装置50、52将这些电流放电器8无熔融地材料接合式地接合为共同的阴极62并且借助冲头装置52将这些电流放电器10无熔融地材料接合式地接合为共同的阳极64。在此尤其进行压焊，其中，用于压焊所需的力65根据下式计算：
集电极的表面积*流动开始压力(约50MPa)*系数(5至10)
适当地将电流放电器8、10加热至这种温度，使得流动开始压力大约相同，由此电流放电器8、10能够基本上以相同的冲头压力被压焊。在700℃和550℃时，铜和铝的流动表面约为50MPa。如果使用较低的温度，则用于压焊的压力相应地提高。系数(5至10)借助测量被预特征化并且基本上取决于电流放电器8、10的清洁度或者表面纯度。压焊也在气体42的惰性氮气环境中执行。电极堆垛6如在方法步骤OP2中那样通过冷却板冷却至50℃以下。在压焊期间，将集电极62、64在加热的冲头54、56下方保持三至五秒的时长。
在压焊时，集电极62、64的材料变形最大5％。由于剪应变，剩余的氧化层断裂，并且在连接金属之间形成原子接触。所述材料在此通过固体扩散方法焊接。重要的是所述材料在这个焊接过程中不熔融，并且因此没有在集电极62、64中形成金属间连接。
接下来在压焊结束之后，被接合的集电极62、64同样被调整。在图5中针对阳极64显示的调整(Trimmen)以与在压焊中相同的冲程进行，其中，集电极尺寸处于公差极限内。因为调整在被接合的金属的更高温度中进行，所以有利地需要更少的切割力。
冲头54在此具有用于分离或者调整阳极64的集成的切割冲头66。所述切割冲头66与气动装置耦连，所述气动装置具有弹簧活塞68和弹簧气缸头70，其中，弹簧气缸头70通过冲头54支承在按压滑块72上。所述冲头56与切割模板74设计为用于切割冲头66的配合支承件，所述切割模板配设有用于分离的材料的废料下落滑道76。
接下来执行可选的方法步骤OP4。在此，将保护涂层作为防腐蚀保护施加在阳极64上。在图6所示的方法步骤OP4中，尤其将锡涂层施加在阳极64的铜制放电器上。为此，所述装置具有锡熔池78。在熔池78的壳体80中设置有筒式加热器82，所述筒式加热器用于均匀地加热在250℃至300℃之间这么热的熔池78。所述熔池78由耐温的盖84遮盖，所述盖具有用于阳极64的缝隙。
可选的方法步骤OP4改善了阳极64的传导性并且实现了阳极64的防电流腐蚀保护。在调整过程之后，将阳极或者铜制集电极64浸入熔融的锡池中。为此，在方法步骤OP4开始时，电极堆垛6由抓取器86固定在导引板88中。电极堆垛6借助导引板80下降，因此阳极64穿过开缝的盖84浸入锡熔池78中并且被涂覆具有约0.01mm的涂层厚度的保护层。锡在232℃时熔融并且锡熔池因此保持在300℃。在热浸镀中之后产生的涂层由非常薄的金属间层组成，所述金属间层首先形成于铜与锡的分界面处并且随即跟随的是由纯锡组成的层(约0.01mm)。接下来电极堆垛6借助抓取器90竖直向上地运动并且借助铰链92翻转180°。接下来通过冷却板94将被涂层的阳极64冷却至室温。
在热浸镀锡期间重要的是，集电极的其余部分从热浸镀区域之外被冷却。以此方式不会将热量传递至电极的其余部分。电极堆垛6在此与方法步骤OP2类似地容纳在用于冷却涂层的保护遮盖件96中。
在锡层固化之后，被涂层的阳极64借助锡颗粒清洁装置98通过空气流被清洁，其中，设置有抽吸装置100。电极堆垛6接下来由抓取器102从导引板88上取下并且向方法步骤OP6导引。
热浸镀锡如在之前的操作中那样同样在无氧环境中执行(优选在氮气中)。尽管铝上不存在锡层，但也明智的是，借助未详细显示的冷却板将铝制集电极或者阴极62冷却至室温。一旦电极堆垛离开富含氮气的环境，则锡减少铜的氧化。
锡涂层一方面防止阳极64上的铜的氧化。另一方面在铜与铝连接时防止电流腐蚀。锡降低了铝与铜之间的电压差并且因此减缓了电流腐蚀。
取代锡涂层，例如也可以考虑镍涂层。
在方法步骤OP4之后，将电极堆垛6置入深冲的袋或者壳体半部(袋半壳)104中。在设计为深冲袋的壳体半部104上设置有两个预封闭带106、108。
在方法步骤OP5中提供预封闭带106、108。以下根据图7详细阐述预封闭带106、108的两个实施方式。
预封闭带106、108具有多层结构，所述多层结构具有金属层110、112和绝缘层114以及塑料层116。金属层110、112具有0.05mm的层厚。在预封闭带106中，金属层110设计为铝板，并且在预封闭带108中，金属层112设计为铜板。预封闭带106用于阴极62并且预封闭带108用于阳极64。
金属层110、112固定在作为塑料层116的聚丙烯条上。塑料层或者聚丙烯层具有约0.1mm的层厚。为了固定所述层110、112、114，设置有基于硅酮的粘接剂作为绝缘层114。硅酮可以承受高达200℃并且也用作绝缘体。铜层112的所使用的铜99.99％地由E铜组成并且铝层110的铝大于99.3％地由纯铝组成。
在第二实施方式中，预封闭带106、108分别具有其它的层。所述层118设计为施加在聚丙烯116上的热熔胶。尤其设计为热熔胶的层118具有0.01mm的层厚并且在两侧具有粘接效应。通过这个第四层118将预封闭带106、108安装在壳体半部104上。这在以下阐述。层118的热熔胶在约100℃时熔融。
以下根据图8至图10详细阐述针对方法步骤OP6和OP7的第一实施例，在所述第一实施例中，优选使用不具有层118的预封闭带106、108。
在方法步骤OP6中进行图8所示的深冲工艺，通过所述深冲工艺将铝复合薄膜深冲为壳体半部104。所述装置为此具有模板118，所述模板具有模腔120作为用于壳体半部104的阴模。铝复合薄膜作为毛坯定位在模板118上并且借助板固持件122侧向地固定。所述板固持件122在这个实施方式中具有嵌件124，所述嵌件将纹理126压印在壳体半部104的法兰面中。在深冲工艺期间，冲头128下降并且薄膜成形到模腔120中。
在深冲过程期间，将纹理126压入薄膜中，之后在该处安装预密封带106、108。所述纹理借助作为嵌件124的压紧装置制造。在嵌件124的表面上产生纹理126的阴模。在嵌件124将薄膜压在模板表面上的情况下，纹理126在薄膜或者壳体半部104上形成。一旦嵌件124或者板固持件122施加了其压力，则(深冲)冲头128向下运动并且实施深冲过程。
在图9中示出方法步骤OP7，在所述方法步骤期间将预封闭带106、108预固定在壳体半部104上并且剪裁所述壳体半部104。所述装置在此具有两个料仓130，从所述料仓中取出所述预封闭带106、108。在图9中只示例性地示出了用于预封闭带106的料仓130。
深冲的袋或者壳体半部104在方法步骤OP7中固定在模板118的阴模腔120中。将预封闭带106、108从所述料仓130中取出并且朝向壳体半部104的凸缘或者说法兰运输。预封闭带106、108借助切割颚134的弹簧支承的止挡132准确地定位在壳体半部104的袋法兰上(参见图9的左侧)。切割颚134接下来向下移动并且对模板表面上的法兰和预封闭带106、108产生压紧压力(参见图9的右侧)。预封闭带106、108基于在方法步骤OP6中制造的纹理126通过较强的附着力与壳体半部104的袋法兰连接。换而言之，预封闭带106、108焊接在壳体法兰上。在此之后设计为上刀片的切割冲头136向下运动并且与作为配合支承件/刀片138的下刀片以正确的尺寸切割所述袋法兰。这意味着，方法步骤OP7将预封闭带106、108安装在壳体半部104上并且同样将法兰切割为正确的尺寸。被分离或者剪下的分离件140通过模板118的斜面142被导引出。
在图9的视图中，例如在壳体半部104的两侧设置有两个上刀片和下刀片136、138。同样可以考虑的是，只在一侧设置上刀片和下刀片136、138。换而言之，上刀片和下刀片136、138可选地设计在一侧或者两侧。同样可以考虑的例如是，在具有下刀片138的模板118朝切割颚134运动时，不设置上刀片136。
预封闭带106、108的安装是暂时的。所述预固定只确保在向进一步的加工运输期间预封闭带106、108不会从其在袋法兰上的位置移动。预封闭带106、108在此还不具有与袋表面的密封性连接以实现无泄漏的密封。预封闭带106、108与两个壳体半部104和集电极62、64的无泄漏的封闭在方法步骤OP8中实现。
图10以立体图示出两个壳体半部104。上部的壳体半部104在方法步骤OP6之后示出，其中纹理126已经压入壳体半部104的法兰中，其中，下部的壳体半部104在方法步骤OP7之后示出，其中预封闭带106、108已经被预固定并且法兰被剪裁。
以下根据图11至图13详细阐述针对方法步骤OP6和OP7的第二实施例，在所述第二实施例中，优选使用具有层118的预封闭带106、108。
在图11和图12中示出用于定位和预固定预封闭带106、108的方法步骤OP6和OP7的备选实施方式。在本实施方式中，设置有从料仓130向法兰的运输导引结构144。板固持件122具有止挡132。被弹簧加载的冲头136支承在深冲冲头128上。此外，切割冲头136的上刀片借助气体压力弹簧148支承在冲头128上。在未示出的备选的实施方式中，针对预封闭带106、108，也可以取代料仓130分别使用滚轮，预封闭带106、108作为连续的材料在所述滚轮上被供应并且通过刀片被分离或者拆分。
在图11和图12所示的实施方式中，铝层压薄膜处于模板118的表面上，板固持件122作为毛坯固持件向下降低并且将薄膜压在模板118的表面上。预封闭带106、108从料仓130通过运输导引结构144定位在止挡132处，并且冲头128作为深冲冲压器向下运动，所述深冲冲压器具有冲型模(冲头146)和切割装置(切割冲头136、配合支承件138)，所述冲型模用于将预封闭带106、108与壳体半部104连接，所述切割装置用于切断法兰。第一深冲过程通过深冲冲压器128随着薄膜在模腔120中的变形实现。在针对冲压器128的下部止点之前约1mm处，预封闭带106、108以层118压在壳体半部104上并且法兰被切割为最终尺寸。在此取消了法兰的纹理126，因为热熔胶层114在轻微的压力中已经与壳体半部104的法兰连接。
因此在图11和图12的实施方式中，基本上在一道工序中执行壳体半部104的深冲、最后的袋法兰切割和将预封闭带106、108安装在袋法兰上的工作过程。
预封闭带106、108借助层118在袋法兰上的固定或者预固定是暂时的并且确保了预封闭带106、108在向其它的操作运输期间不会从袋法兰上的位置移动。预封闭带106、108还不具有与壳体半部104的表面的、用于密封地防止泄露的固定连接。
图13在立体图中示出在按照图11和图12的方法步骤OP6之后的壳体半部104，在所述方法步骤中，预封闭带106、108已经被预固定并且法兰被剪裁。预密封带106、108通过层118的粘接剂与壳体半部104的袋薄膜固定。所述粘接剂的作用通过压力才被激活。由此首先在预密封带106、108与壳体半部104之间形成运输可靠的连接。在之后的工艺中，预密封带106、108被加热并且在预密封带106、108与壳体半部104之间形成材料接合式的连接。
图14示意性地示出方法步骤OP8，在所述方法步骤中，将电极堆垛6装入两个配有预密封带106、108的壳体半部104之间。接下来将壳体半部104在边缘侧的法兰的区域中相接触并且借助热封方法材料接合式地接合或者封闭。在热封工艺期间，在壳体半部104上施加不超过180℃的温度并且施加压力。所述压力在图14中借助箭头示意性地示出。借助压力和温度，两个壳体半部104的聚丙烯熔融。聚丙烯的熔融和重新硬化作用实现了壳体半部104的无泄漏的环绕的封闭，其中，形成单池壳体150(参见图15)。
如在图15中相对清楚地可见的是，电极堆垛6完全容纳在单池壳体150中，其中，只有阳极64和阴极62从单池壳体150伸出。电极堆垛6在此基本上布置在单池壳体150的一半中，其中，另一半作为自由空间或者气囊152起作用，以便作为缓冲容积容纳在运行中形成的气体。
热封工艺通过壳体半部104的法兰的材料接合式的连接实现了环绕的密封边缘154。在预封闭带106、108的区域中作用实现壳体半部104与塑料层116之间的材料接合式的连接156。
图16和图17以剖视图示出在方法步骤OP9之前(参见图16)和之后(参见图17)的阳极64的区域中的单池壳体150。在方法步骤OP9中，将预封闭带108的金属层112与金属的阳极64材料接合式地焊接或者连接。焊接尤其通过电磁脉冲焊接(EMP焊接)实现。优选EMP焊接技术，因为其不引起升温并且通过原子与原子的接触在金属层112、64之间产生局部化的焊接。在EMP焊接方法中，磁脉冲使得预封闭带108的金属层112以较高的速度朝集电极64的方向运动。由此将金属层112与集电极64焊接，由此在金属层112、64之间形成无泄漏的连接。在图17中借助线条示出由此实现的材料接合式的连接158。
因此，预封闭带106、108的塑料层116尤其规定以及适合和设置用于与壳体半部104的塑料进行热封接合，并且预封闭带106、108的金属层110、112尤其规定以及适合和设置用于与集电极62、64进行EMP焊接。
备选地也可行的是，使用外部的运动装置，所述运动装置以较高的速度运动并且通过碰撞产生预封闭带108与集电极64的焊接。所述外部的装置通过感应磁场运动。
取代EMP焊接也可行的是超声焊接。超声焊接也可以连接聚丙烯。如果使用超声焊接，则可以避免热封过程。通过超声焊接将壳体半部104相互连接并且将壳体半部与塑料层116连接以及也将预封闭带106、108的金属层112和集电极62、64连接。重要的是，在超声焊接之后通过振动负荷检验焊缝的强度。
方法步骤OP8和OP9例如是可以交换的。换而言之，OP8和OP9的顺序是可调换的，并且可以首先进行EMP焊接以将预封闭带106、108材料接合式地与集电极62、64连接并且接下来进行热封方法以将壳体半部104材料接合式地连接。
在具有液态电解质的电池单池4中，所述液态电解质优选在方法步骤OP8或者OP9期间在单池壳体150完全封闭和密封之前填充到气囊152中。
以下根据图18详细阐述针对方法步骤OP9的其它的备选的实施方式。在此将传导性的粘接剂层160施加在预封闭带106、108的金属层110、112上。图18示意性地示出具有层118(右侧)和不具有层118(左侧)的预密封带106、108的实施方式。
传导性的粘接剂层160例如由具有碳纤维填料的丙烯酸酯制成。传导性的粘接剂可以在热封所述壳体半部104时熔融并且在硬化之后在金属层110、112与相应的集电极62、64之间作用实现较强的连接。如果想使用这种粘接方法，则预封闭带106、108具有四个或者五个层。首先是0.02mm的基于丙烯酸酯的传导性的粘接剂作为层160，随即是0.05mm的铜/铝金属层作为金属层110、112，随即是0.02mm的基于硅酮的粘接剂作为绝缘层114，随即是0.05mm的聚丙烯层作为塑料层116并且最后可选地是具有0.02mm的层厚的热熔胶作为层118。
层160的基于丙烯酸酯的粘接剂优选在170℃时软化，因此粘接剂能够承受比180℃的热封温度更高的温度。丙烯酸酯粘接剂是基于压力的粘接剂，这意味着，所述粘接剂通过应用压力将部件连接。在热封过程中施加所述压力。如果在热封时需要更高的温度，则可以使用基于硅酮的粘接剂。基于硅酮的具有0.02mm的厚度的粘接剂可以承受不超过200℃的温度。如果不存在填充材料(如碳或者石墨/银或者其它金属)，则丙烯酸酯粘接剂和硅酮粘接剂都可以用作处于预封闭带106、108上的金属层与集电极62、64之间的绝缘体。
也可以使用基于环氧化物(具有或者不具有传导性组分)的粘接剂。这种粘接剂通常必须在更高的温度时硬化。所述温度在热封时说明。
在图19中示出用于无熔融地材料接合式地将电流放电器8、10接合为集电极62、64的备选的接合方法。在此，电流放电器8、10在第一方法步骤OP1’中首先借助超声清洁装置去除污物。接下来电流放电器8、10在方法步骤OP2’中浸入粘接剂池162中并且配设有导电的粘接层。多余的粘接剂残留物借助风机设备164的空气流去除。接下来在方法步骤OP3’中通过压力设备166在堆垛的放电器8、10上施加压力，并且因此通过粘接层接合电流放电器8、10。接下来在方法步骤OP4’中借助加热装置168、例如在150℃中使粘接层硬化，由此材料接合式地接合集电极62、64。图19的按照方法步骤OP1’至OP4’的接合方法例如代替所述方法2的方法步骤OP1至OP3。
通过按照本发明的方法2不需要用于连接集电极62、64的单独的金属条，由此有利地降低了电池单池4的制造成本。此外不进行需要较高成本和能量密集的激光焊接。
在接合集电极62、64时，电流放电器8、10不熔融。因此，在接合时不形成金属间的连接。焊接之后的传导性(或者说导电性)如基体金属的传导性那样好。这有利于在电池单池4充电和放电时减少功率损失。
电流放电器8、10的放电器薄膜通过超声清洁，以便去除污物、氧化物颗粒和油脂颗粒。表面清洁使得之后的焊缝或者接合连接更强。焊缝强度如基体金属的焊缝强度那样好。
取代如在激光焊接中的线形焊接，按照所述方法存在通过热压焊接的表面焊接。因此，在运行中电子可以在电池单池4的内部和外部在大很多的面上流动。这实现了集电极62、64的较少升温。电子传输速率可以非常快，这有利于超快充电。
对所述集电极62、64的焊接和调整(或者说修整)尤其在相同的机器中并且在唯一的行程中进行。这减少了所述工艺的空间需求和切割机器的成本。
用锡涂覆所述铜制集电极64，以便防止氧化。这提高了传导性并且也减少了在将铜与铝连接时的电流腐蚀。
执行热压焊接和镀锡并且用氮气填充所述装置的封闭的容器。因此在铜和铝上不形成氧化物。铝优选不具有锡涂层。铝随着时间形成稳定的氧化层。如果在铝离开用氮气填充的机器室之前以基于环氧化物的传导性的粘接剂作为保护层对铝涂层，则可以停止铝的氧化物形成。
在壳体半部104与集电极62、64之间形成无泄漏的连接(无氦气泄漏)。这在以下情况下是非常有利的，即电池单池4在充电和放电时具有较高的伸长和收缩。特别是在使用基于硅的阳极时。
预封闭带106、108在深冲过程期间安装在壳体半部104上。为了将预封闭带106、108安装在单池壳体150上不需要附加的机器。预封闭带106、108准确地处于壳体半部104的法兰上。在相同的行程中进行切割或者对深冲过程的调整以及将预封闭带106、108引入壳体半部104中。这降低了运行成本并且提高了精度。
所要求保护的发明不局限于前述的实施例。本领域技术人员也可以由此在公开的权利要求书的范围内推导出本发明的其它变型方案，而不离开所要求保护的发明的技术方案。此外，尤其是所有结合不同的实施例描述的单独特征在所公开的权利要求书的范围内也能够以不同方式组合，而不离开所要求保护的发明的技术方案。
因此，预封闭带106、108的实施方式本身是有创造性的并且由此是独立的发明。
附图标记清单
2 方法
4 电池单池
6 电极堆垛
8 电流放电器(阴极)
10 电流放电器(阳极)
12 超声清洁器
14 超声池
16 超声发生器
18 液体
20 超声波
22 穴蚀气泡
24 盖
26 清洁滚动刷
28 抓取器
30 导引板
32 抓取器
34 铰链
36 保护遮盖件
38 抓取器
40 加热腔
42 气体
44 冷却板
46 抓取器
48 加热装置
50、52 冲头装置
54、56 冲头
58 基础板
60 筒式加热器
62 阴极、集电极
64 阳极、集电极
65 力
66 切割冲头
68 弹簧活塞
70 弹簧气缸头
72 按压滑块
74 切割模板
76 废料下落滑道
78 熔池
80 壳体
82 筒式加热器
84 盖
86 抓取器
88 导引板
90 抓取器
92 铰链
94 冷却板
96 保护遮盖件
98 锡颗粒清洁装置
100 抽吸装置
102 抓取器
104 壳体半部
106 预封闭带(阴极)
108 预封闭带(阳极)
110、112 金属层
114 绝缘层
116 塑料层
118 模板
120 模腔
122 板固持件
124 嵌件
126 纹理
128 冲头
130 料仓
132 止挡
134 切割颚
136 切割冲头
138 配合支承件
140 分隔件
142 斜面
144 运输导引结构
146 冲头
148 气体压力弹簧
150 单池壳体
152 气囊
154 密封边缘
156 连接
158 连接
160 层
162 粘接剂池
164 风机设备
166 压力设备
168 加热装置
OP1…OP9 方法步骤
OP1’…OP4’ 方法步骤

Claims (11)

1.一种用于制造电池单池(4)、尤其是袋型单池的方法(2)，所述电池单池具有电极堆垛(6)和容纳电极堆垛(6)的单池壳体(150)，所述电极堆垛具有多个第一和第二电流放电器(8、10)，
-在所述方法中，将第一电流放电器(8)无熔融地材料接合式地接合为共同的阴极(62)，并且将第二电流放电器(10)无熔融地材料接合式地接合为共同的阳极(64)，
-在所述方法中，将电极堆垛(6)装入两个壳体半部(104)中，其中，阴极(62)和阳极(64)至少部分地从壳体半部(104)中伸出，并且其中，壳体半部(104)在阴极(62)和阳极(64)的区域中分别具有预固定的预封闭带(106、108)，
-在所述方法中，将壳体半部(104)环绕地材料接合式地接合为单池壳体(150)，并且
-在所述方法中，在阴极(62)和/或阳极(64)的区域中执行接合工艺以密封单池壳体(150)，在所述接合工艺中，将阴极(62)和/或阳极(64)材料接合式地与相应的预封闭带(106、108)接合。
2.按权利要求1所述的方法(2)，其特征在于，
所述第一和第二电流放电器(8、10)借助固体焊接、尤其借助热压焊接接合为阴极(62)和阳极(64)。
3.按权利要求1或2所述的方法(2)，其特征在于，
所述第一和第二电流放电器(8、10)在接合之前在超声池(14)中被清洁。
4.按权利要求1至3之一所述的方法(2)，其特征在于，
为所述阳极(62)和/或阴极(64)配设保护层。
5.按权利要求1至4之一所述的方法(2)，其特征在于，
使用多层的预封闭带(106、108)，所述预封闭带具有金属层(110、112)和塑料层(116)以及布置在金属层与塑料层之间的绝缘层(114)，其中，所述金属层(110、112)朝向阴极(62)或者阳极(64)，并且所述塑料层(116)朝向壳体半部(104)。
6.按权利要求5所述的方法(2)，其特征在于，
使用与阴极(62)或者阳极(64)适配的金属层(110、112)。
7.按权利要求1至6之一所述的方法(2)，其特征在于，
使用电磁脉冲焊接作为用于将阴极(62)和/或阳极(64)材料接合式地与相应的预封闭带(106、108)连接的接合工艺。
8.按权利要求1至7之一所述的方法(2)，其特征在于，
所述壳体半部(104)借助深冲工艺制造，其中，所述预封闭带(106、108)在深冲工艺的过程中预固定在壳体半部(104)上。
9.按权利要求1至8之一所述的方法(2)，其特征在于，
将纹理(126)压印到壳体半部(104)中以预固定所述预封闭带(106、108)。
10.一种用于执行按权利要求1至9之一所述的方法(2)的装置。
11.一种电池单池(4)、尤其是袋型单池，具有电极堆垛(6)和容纳电极堆垛(6)的单池壳体(150)，所述电极堆垛具有多个第一和第二电流放电器(8、10)，
-其中，第一电流放电器(8)无熔融地材料接合式地接合为共同的阴极(62)，并且第二电流放电器(10)无熔融地材料接合式地接合为共同的阳极(64)，
-其中，单池壳体(150)具有两个环绕地材料接合式地接合的壳体半部(104)，阴极(62)和阳极(64)至少部分地从所述壳体半部(104)中伸出，
-其中，壳体半部(104)在阴极(62)和阳极(64)的区域中分别具有预封闭带(106、108)，所述预封闭带材料接合式地与阴极(62)或者阳极(64)接合。
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