CN102473865A - 具有双极电池单体的层叠体的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池，所述电池具有双极电池单体(1)的层叠体(14)。每个电池单体(1)具有一电极层叠体(5)和两个至少沿着叠置方向界定所述电池单体(1)的包覆板(3、4)。所述电极层叠体(5)通过至少一个焊接部位至少与所述包覆板(3、4)中的一个连接。根据本发明，在所述至少一个焊接部位(10)的区域内，与所述电极层叠体(5)焊接的包覆板(3、4)和/或一相邻电池单体(1)的与该包覆板(3、4)紧贴的包覆板(4、3)以内凹的方式构造。由此，所述这些相邻电池单体(1)的包覆板(3、4)在至少一个焊接部位(10)的区域内不进行接触。

Description

具有双极电池单体的层叠体的电池
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部件被详细定义类型的具有电池单体/单电池的层叠体的电池。
背景技术
从通常的现有技术公知了一包括双极电池单体的层叠体的电池。在此，电池单体彼此叠置并且常规地相互压紧，从而一个电池极处于电池单体的层叠体的一侧上，而另一电池极处于该电池单体的层叠体的另一侧上。这类电池单体例如在文献号为DE 10 2007 063 181.4的较早的德国专利申请中有所介绍。在此，电池单体构造为具有两个金属包覆板/护板的所谓的框架扁平电池。金属包覆板通过一绝缘的框架彼此电隔离。该金属包覆板一方面使用作为电池单体的极，另一方面使用作为向电池单体的外部排出电池内产生的废热的导热板。金属包覆板例如可与冷却装置连接，该冷却装置常规地由冷却液或空调设备的空气冷却剂主动冷却。
在电池单体的内部、也就是说在包覆板之间且由电绝缘的框架围绕地布置有电化学作用的材料。这些材料常规地包括电极的层叠体。该电极层叠体具有阳极箔/阳极膜和阴极箔/阴极膜，该阳极箔和阴极箔借助布置在它们之间的电绝缘分隔件彼此分开地交替叠置。在金属箔的边缘处阳极箔在一侧上凸起，阴极箔在另一侧上凸起。这种在上述的专利申请中称为导电凸肩(Stromfahnen)的区域相应地相互连接。这例如可以通过如上述文献中所介绍的焊接来实现。此外，这些区域作为电极层叠体的连接区域与相应的包覆板电气连接。根据所提到的专利申请，这也可以通过焊接来实现。于是，电池单体通过框架和两个包覆板相应地进行配套并且组装。在此，电池单体相对于周围环境被密封。然后在框架的内部填入相应的电解质，从而该电解质与电极层叠体共同形成电池单体的化学活性部分。
在锂离子电池中，阳极箔或阴极箔常规地包括铝或铜箔并常规地使用含有锂离子的液态电解质作为电解质。
现在为将相应的膜电极与相应的包覆板连接，使用适当的焊接方法。在这种将膜电极或其连接区域与相应包覆板相焊接的方式中缺点是，在焊接部位的区域内通常出现材料堆聚或材料***，所述材料堆聚或材料***随后阻碍一个电池单体的包覆板在相邻的电池单体的包覆板上的平坦地紧贴。在电极层叠体的侧上材料产生相应的不平度。但因为这种结构由于电池单体的填充有电解质的区域而与相对而置的包覆板分隔开，所以这在这里不起作用。
现在为了使得相邻电池单体的包覆板在焊接部位的区域内也获得平的紧贴，需要相应的使生产复杂且昂贵的再加工/精整。如果在包覆板上简单地保留焊接部位的凸起区域，则导致在该部位上出现相应的不受控的空气间隙以及包覆板与焊接部位的堆聚材料的点状接触。这在电池单体的层叠体内电压比较高时会甚至导致在该区域内打火花/击穿。为防止结构的相应损坏这无论如何需要被避免。
发明内容
因此，在此本发明的目的在于，提供一种具有双极电池单体的层叠体的电池，该电池避免了上述缺点并可以形成一种以简单和成本低廉的方式实现的结构。
根据本发明，该目的通过权利要求1的特征部分中所述的特征得以实现。在此，根据本发明的解决方案的其它的有利构造方案在其余的从属权利要求中给出。
根据本发明，在焊接部位的区域内，将与电极层叠体焊接的包覆板和/或相邻的电池单体的相对而置的包覆板以内凹的方式构造。由此至少在焊接部位的区域内，在两个相邻的包覆板之间产生一间距。因此这些包覆板可以在焊接部位的区域内不再彼此紧贴，从而可以取消焊接部位的再加工，而不必考虑上文中所谓的缺点。在此，原则上可以仅将配备有焊接部位的包覆板在该区域中内凹而相对而置的包覆板保持平直，反之亦然。也可以考虑将两个包覆板均相应地内凹。
在此不重要的是：是两个包覆板各自与电极层叠体焊接——在通常情况下是这样地，还是仅一个包覆板与电极层叠体焊接而另一个包覆板以其它方式与电极层叠体电气连接。甚至是在焊接部位单一的情况下也可以相应使用根据本发明的构造方案。
在本发明的另一特别有利的构造方案中，在此包覆板和电极层叠体通过压焊法相互焊接。特别是在这种方法、例如超声波焊接或电阻压焊中，电极几何形状在一定程度上在所焊接的部件的区域内留有压痕。例如在超声波焊接中该压痕可以是超声波焊接模具(Sonotrode)的和/或砧的相应的有凹槽的或压花的表面。但另一方面，这些压焊法提供的优点是，利用这些压焊法可以将不同的材料相互焊接。因为例如在以锂离子电池化学原理构成的电池单体的结构中，必须将例如由铁基材料构成的金属包覆板与作为阳极的铝箔或作为阴极的铜箔相焊接，所以压焊法的这种优点在制造这种电池单体时是十分重要的优点。因此可以相应简化电池单体的生产并且电池本身的制造可以更加成本低廉。
附图说明
从其余的从属权利要求和下面借助附图详细阐明的实施例给出本发明的其它的有利的构造方案。
其中：
图1示出根据本发明的电池单体的三维视图/立体图；
图2示出根据图1的电池单体的分解图；
图3示出根据图1的局部放大图；
图4示出根据图1的电池单体当包覆板与电极层叠体焊接时的三维视图；
图5示出从另一视角观察的根据图4的视图；
图6示出图4和图5中的砧的详图；
图7示出经过根据本发明的电池单体剖开的剖视图；
图8示出根据本发明的电池单体的层叠体的剖视图；
图9示出采用一替代的焊接方法的00图1的三维视图；
图10示出根据本发明的电池单体的一替代的实施形式的三维视图；
图11示出根据本发明的电池单体的另一替代的实施形式的三维视图；以及
图12示出在根据图10或图11的实施形式中经过电池单体的层叠体剖开的剖视图。
具体实施方式
从图1的示图中可以看到电池单体1的三维视图。该电池单体包括电绝缘的框架2、第一包覆板3和布置在框架2的相对侧上的第二包覆板4。
从图2可以看到同一结构的分解图，其中除了两个包覆板3、4和框架2之外，还可以看到电极层叠体5。该电极层叠体5由阳极箔6和阴极箔7以及相应布置在该阳极箔与阴极箔之间的分隔件8叠置成。这种结构在图2的示图中看不出来，但可以从图7的放大剖视图相应地获悉。在此，阳极箔6和阴极箔7相应地彼此交替叠置，其中，每一个常规也是箔形/膜形的电绝缘分隔件8布置在每一个阳极箔6与阴极箔7之间。阳极箔6从电极层叠体5的一侧引出，阴极箔7从另一侧引出。在此。这些区域相应形成图2中也可以看到的电气连接区域9。这些电气连接区域9与相应的包覆板3、4焊接。这在图1和图2的示图中在第一包覆板3的、例如阳极板的区域内通过相应的焊接部位10来被表明。
在图3的放大图中再次详细示出这种焊接部位10中的两个。在此，焊接部位10具有不平的表面，该表面的表面形状通过优选的焊接方法产生。例如为将电极层叠体5的电气连接区域9与相应的包覆板3、4焊接，可以使用压焊法、例如超声波焊接。在图4和图5的示图中，举例示出电极层叠体5的电气连接区域9与第一包覆板3——在此该第一包覆板已经与框架2相连接——的这种焊接。在此，从图4可以看到超声波焊接装置的所谓的超声波焊接模具11。在此所示的实施例中，超声波焊接模具11在待焊接的部件3、9的一侧上具有多个焊头12。在图4所示的实施例中，相应地使用了这些焊头12中的一个。该焊头与布置在两个待焊接的部件3、9的另一侧上的砧13共同作用。这在图5中可以看到。现在借助高频超声波使超声波焊接模具11进行相应地运动，而两个部件3、9被夹紧在超声波焊接模具11与砧13之间。通过超声波焊接模具11的或其焊头12的高频超声波运动，引起被夹紧的材料的强烈加热，并因此产生摩擦焊接类型的焊接。现在为将所需的热量最佳地送入应被焊接的部件3、9内，焊头12和砧13配备有相应粗糙的表面。这在图6中在砧13的示例中再次示出。
砧13的与超声波焊接模具11的焊头12相对的区域被相应地粗糙化/打毛并且例如配备有啮部、压花或在此所示的粒结花纹。这种可以在超声波焊接模具11的焊头12上相对地构造的粒结花纹现在起到良好传递摩擦力并因此相应加热待焊接的部件3、9的作用。亦如另外的压焊法一样，这类超声波焊接方法的优点在于，可以将不同的材料相互焊接。在此所示的实施例中，例如第一包覆板3的含铁材料与阳极箔的铝相焊接。
另一方面，这类压焊法的缺点是，砧13或超声波焊接模具11所需的表面结构相应地在相互焊接的部件3、9内留有压痕并使表面不均匀以及材料堆聚。这在上述附图中可以看到，因为在部件上相应看到焊接部位10。这在图7的剖视图再次示意性地被示出。在此，仅示出第一包覆板3区域内的对本发明重要的变形。在连接区域9的与包覆板3相对而置的侧上也出现相对的变形。因为该变形凸入电池单体1的不起作用和/或未被电解质填充的区域内，所以是无关紧要的，因此在图7的示图中未被示出。在图7的剖视图中除了焊接部位10区域内的材料堆聚之外，还再次示出电极层叠体5以及该电极层叠体的包括阳极箔6、阴极箔7和布置在阳极箔与阴极箔之间的分隔件8的详细结构。
在根据现有技术沿着电池单体2的叠置方向以完全平的方式构成的传统的包覆板3、4中，现在由于焊点10区域内的材料堆聚可引起相邻电池单体2的包覆板3、4的仅点状接触或相应变形。这在此所示的结构中通过以下方式来避免：将包覆板3、4在其中布置有焊接部位10的区域中相对于其最紧密面向相邻电池单体1的区域内凹。这例如可以通过将包覆板3、4相应压入处于框架2内部的区域内来实现。在此，处于框架2内部的这些内凹的区域14在图1、2、3、4和7中已经看到。如果现在将电池单体1相应地叠置成整个电池，那么产生电池单体1的一层叠体15，如图8中在一部段中举例示出的。在此为简化示图，图8的电池单体1没有示出电池单体1的内部以及没有示出焊接部位10。但可以清楚看到，各个相邻电池单体1的包覆板3、4在框架2的区域内相应地接触。因为在电池单体1的一侧上布置阳极板3而在另一侧上布置阴极板4，所以因此在层叠体15内产生电池单体1的相互串联式地电气连接。基于在框架2的区域内的以不内凹的方式构成的包覆板3、4，至少在叠置电池单体1时至少在该区域内产生所期望的电气接触。
正如从图8的示图中进一步看到的，在其中包覆板3、4进行相应内凹的区域14内，在包覆板3、4的相应内凹的区域14之间出现空气间隙。由此，在焊接时在也布置有焊接部位10的该内凹区域14内可产生相应的材料堆聚，而该材料堆聚在叠放后没有与相对而置的包覆板3、4直接接触。通过这种包覆板3、4被相应内凹的简单措施，因此产生了电池单体1的一简单结构。然后可以毫无问题地将这些电池单体1叠置成层叠体15，从而可以相应成本低廉和简单地制造具有双极电池单体1的电池。
现在图9的示图中示出一替代的实施形式，其中代替超声波焊接而采用了电阻压焊法。这种通常也称为点焊的方法基本上利用两个电极16，在这里仅举例示出其中的一个。待焊接的部件3、9夹紧在这两个电极16之间并且相应的电流通过电极16流动并熔化所夹紧的材料，从而这些材料可以相互焊接。然后再次将电极16从待焊接的部件上取下。这类点焊也常规地留有相应的焊接部位10、在这种情况下为焊点。在焊点的区域内同样产生材料堆聚以及可能遗留焊接电极16——这些焊接电极在焊接时由于它们同样受热而产生相应磨损——的材料。这种材料堆聚或电极16的遗留材料在包覆板的平整度和包覆板3、4彼此间的可能的不受控接触或不接触方面同样是关键的。因此上面在详细介绍超声波焊接时已经提到的类似内容也适用在此举例示出的点焊。与此相应地，包覆板3、4的结构在此也构造为具有处于框架2内部的内凹区域14。
现在图10的示图中示出另一替代的结构。在此，示例性地再次通过超声波焊接进行焊接，如通过焊接部位10的构造方案可看到的。代替在框架2的内部整体内凹的包覆板3，包覆板3在此仅围绕焊接部位10具有局部内凹的区域14。因此总体上仅包覆板3的较小面积例如通过冲压而内凹，以便相应容纳焊接部位10。因此在叠置电池单体1时可以获得电池单体层叠体15的相对有利的构造，其中焊接部位10也不接触相对而置的包覆板4。尽管如此，还可以获得包覆板3、4彼此间的比较大的接触面以及因此获得电池单体1的相应良好的电气接触。在此，相对而置的包覆板在包覆板3的焊接部位10的区域内也可以具有局部内凹的区域14，但在一个包覆板3中在内凹区域14深度足够的情况下，该包覆板也可以被构造成完全平的。
图11示出电池单体1的另一可行的实施形式。这里所示的包覆板3具有一局部内凹的区域14，但该区域不位于布置在该包覆板上的焊接部位10的区域内。确切地说，这些焊接部位10本身构造在包覆板3的平的、没有内凹的区域上。如果现在使电池单体层叠体14的结构相应地叠置，那么在这里处于前面的第一包覆板3与处于框架2另一侧上的第二包覆板4接触。如果以相对的方式构造该包覆板4，这意味着在图11的示图中，与平的包覆板3上的在此内凹的区域14相对地在第二包覆板4内布置相应的焊接部位10。与第一包覆板3上在这里可以看到的焊接部位10相对地，在第二包覆板4内与此相应地构造内凹的区域14。因此，在将电池单体1叠置成电池单体层叠体15后，在包覆板3、4的平的区域上的具有焊接部位10的每个区域位于相邻包覆板4、3的内凹区域14的上方。
包覆板3、4的根据图11的构造方案是特别有利的，因为这种构造方案理想地充分利用电池单体1内部的结构空间。具有焊接部位10的区域构造成平的，从而在这里电极层叠体5的连接区域9不必变形。包覆板在电极层叠体5区域内也构成平的，由此电极层叠体5本身可以构成有最大的结构高度。仅在与电极层叠体5的与一个包覆板3、4的连接区域9相应相对而置的区域内，另一个包覆板4、3配备有局部内凹的区域14。但在该区域内，电池单体1的内部本来就是空的或填充有电解质。局部内凹的区域14因此不需要也可以作为它用的结构空间。确切地说，该区域减少了在其它情况下必须用于填充电解质的自由体积。因为本来存在有足够量的电解质，所以这给出地附加的优点是甚至可以节省电解质。
通过在图12中电池单体1的层叠体15可以再次看到根据图10和图11的包覆板3、4的结构，其中，在图8的描述的范围内已经介绍的内容类似适用于图12的示图。

Claims (10)

1.一种具有双极电池单体的层叠体的电池，其中每个所述电池单体具有一电极层叠体和两个至少沿着叠置方向界定所述电池单体的包覆板，其中所述电极层叠体通过至少一个焊接部位至少与所述包覆板中的一个相连接，其特征在于，在所述焊接部位(10)的区域内，与所述电极层叠体(5)焊接的包覆板(3、4)和/或一相邻电池单体(1)的与该包覆板(3、4)紧贴的包覆板(4、3)以内凹的方式构造，从而所述这些相邻的电池单体(1)的包覆板(3、4)在所述至少一个焊接部位(10)的区域内不产生接触。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，与所述电极层叠体(5)焊接的所述包覆板(3、4)在所述至少一个焊接部位(10)的区域内以局部内凹的方式构造。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述相邻的电池单体(1)的和与所述电极层叠体(5)焊接的包覆板(3、4)紧贴的包覆板(4、3)沿着叠置方向在与所述至少一个焊接部位(10)相对的区域内以局部内凹的方式构造。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，在所述包覆板(3、4)之间布置一垂直于叠置方向围绕所述电极层叠体(5)的框架(2)。
5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，与所述电极层叠体(5)焊接的所述包覆板(3、4)在该包覆板的处于所述框架(2)内部的区域中内凹。
6.根据权利要求4或5所述的电池，其特征在于，和与所述电极层叠体(5)焊接的包覆板(3、4)紧贴的包覆板(4、3)在该包覆板的处于所述框架(2)内部的区域中内凹。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池，其特征在于，所述包覆板(3、4)和所述电极层叠体(5)通过压焊法相互焊接。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述包覆板(3、4)和所述电极层叠体(5)通过超声波焊接法相互焊接。
9.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述包覆板(3、4)和所述电极层叠体(5)通过电阻压焊法相互焊接。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电池，其特征在于，所述电池单体(1)通过锂离子技术构成。
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