CN109792071A - 用于制造电池组电池用的电极堆叠的方法和电池组电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造电池组电池用的电极堆叠的方法，包括步骤：提供包括阳极集流体（31）的带状阳极元件（45），其中阳极活性材料（41）被施加到所述阳极集流体（31）上；提供包括阴极集流体（32）的带状阴极元件（46），其中阴极活性材料（42）被施加到所述阴极集流体（32）上；提供至少一个带状隔板元件（16）；围绕分段线（S）将沟槽（70）引入到阴极活性材料（42）中；通过在中间安放至少一个隔板元件（16）的情况下将阴极元件（46）施加到阳极元件（45）上产生带状复合元件（50）；在分段线（S）处将复合元件（50）切割成板状复合段；并且堆叠复合段。本发明还涉及一种电池组电池，所述电池组电池包括至少一个按照根据本发明的方法制造的电极堆叠。

Description

用于制造电池组电池用的电极堆叠的方法和电池组电池

技术领域

本发明涉及一种用于通过将带状元件切割成板状段并且堆叠所述段来制造电池组电池用的电极堆叠的方法。本发明还涉及一种具有按照根据本发明的方法制造的电极堆叠的电池组电池。

背景技术

电能可以借助于电池组来存储。电池组将化学反应能转换成电能。在这种情况下，对一次电池组和二次电池组进行区分。一次电池组仅一次能起作用，而也被称为蓄电池的二次电池组是再次可充电的。尤其是，在蓄电池中使用所谓的锂离子电池组电池。所述锂离子电池组电池尤其以高能量密度、热稳定性和极低的自放电为特色。

锂离子电池组电池具有正电极（也称为阴极）和负电极（也称为阳极）。阴极以及阳极包括各一个集流体（Stromableiter），其中活性材料被施加到所述集流体上。电池组电池的电极薄膜状地来构造，并且在中间安放将阳极与阴极分离的隔板的情况下例如堆叠成电极堆叠。电极也可以盘绕成电极线圈或以其他方式构成电极单元。

电极单元的两个电极与电池组电池的极电连接，所述极也称为端子。电极和隔板由通常液态的电解质围绕。电池组电池此外具有电池壳体，所述电池壳体例如由铝制成。电池壳体通常棱柱形地、尤其是方形地来构造以及耐压地来构造。但是其他壳体形状、例如圆柱形或还有柔性软包电池也是已知的。

在开发新电池组电池时的重要企图是增加电池中的电化学有效容积。因为电极堆叠可以不仅理想地棱柱形地来制造而且可以以任何其他几何形状来制造，所以所述电极堆叠已经证明是用于最大化有效容积的电极单元的最合适的结构形式。

在锂离子电池组电池情况下，可能发生为了电荷迁移所设置的锂的金属化。于是，经金属化的锂不再可用于电荷迁移，并且由此电池组电池的容量下降。如果电极堆叠中的阳极凸出超过阴极，则可以防止或至少减少锂的金属化。

从WO2015/015274中已知一种具有电极单元的电池组，所述电极单元包括负电极薄膜和正电极薄膜。负电极薄膜在此具有比正电极薄膜更大的宽度。

US 2011/0039140公开一种具有电极单元的电池组，该电极单元包括负电极和正电极。正电极具有在两侧涂覆有活性材料的集流体。沟槽引入到活性材料中。

在CN 203932198中公开了一种锂离子电池组，所述锂离子电池组包括具有电极薄膜的电极单元。所述电极薄膜中的一个具有涂覆有活性材料的集流体。借助于激光将沟槽引入到活性材料中。

发明内容

建议一种用于制造电池组电池用的电极堆叠的方法。该方法在此至少包括下面列出的步骤。

首先，提供带状阳极元件，所述带状阳极元件包括阳极集流体，其中阳极活性材料被施加到所述阳极集流体上。同样提供带状阴极元件，所述带状阴极元件包括阴极集流体，其中阴极活性材料被施加到所述阴极集流体上。此外，提供至少一个带状隔板元件。

阳极元件、阴极元件和至少一个隔板元件当前扁平地和带状地来构造。就此而论，这意味着前述元件在纵向方向上的扩张比前述元件在横向方向上的扩张大得多，尤其是前述元件在横向方向上的扩张的至少十倍，所述横向方向与纵向方向成直角地取向。

接着，围绕分段线将沟槽引入到阴极活性材料中。优选地，在此将沟槽引入到阴极活性材料中，使得分段线居中地位于沟槽中。沟槽在此优选地完全穿透阴极活性材料，并且因此优选地延伸直至阴极集流体上。

之后，通过在中间安放至少一个隔板元件的情况下将阴极元件施加到阳极元件上来产生带状复合元件。阴极元件、至少一个隔板元件和阳极元件优选地被相互连接，尤其是层压。

接着，在阴极活性材料的分段线处将复合元件切割成板状复合段，其中围绕所述分段线事先已经引入了沟槽。该操作也称为“分离”。

在此，阴极元件、至少一个隔板元件和阳极元件共同地在相同的工作进程中被切割成板状段。如此产生的复合段分别包括阴极段、阳极段和至少一个隔板段，它们优选地相互连接。

复合段与阴极段、阳极段和隔板段一样地当前扁平地和板状地来构造。就此而论，这意味着前述段在纵向方向上的扩张与前述段在横向方向上的扩张近似一样大，尤其至少是前述段在横向方向上的扩张的一半并且至多是前述段在横向方向上的扩张的两倍大。

然后，对以前生成的复合段进行堆叠。通过堆叠足够数目的复合段而生成电池组电池用的电极堆叠。

有利地，阳极元件在横向方向上具有大于阴极元件在横向方向上的宽度的宽度。因此，阳极元件在复合元件内在横向地凸出超过阴极元件。因此，阳极段在复合段内在横向方向上也凸出超过阴极段。

优选地，分段线和引入到阴极活性材料中的沟槽在横向方向上并且因此与纵向方向成直角地伸展。

优选地，阴极活性材料在此在两侧施加到阴极集流体上。在此，沟槽优选地在两侧引入到阴极活性材料中。同样，阳极活性材料优选地在两侧施加到阳极集流体上。

根据该方法的一种优选构型，借助于激光将沟槽中的多个、优选地所有沟槽引入到阴极活性材料中。

根据本发明的一种有利实施方式，沟槽中的多个、优选地所有沟槽具有至少近似U形的横截面。

根据本发明的另一有利实施方式，沟槽中的多个、优选地所有沟槽具有至少近似三角形的横截面。

根据本发明的另一有利实施方式，沟槽中的多个、优选地所有沟槽具有至少近似矩形的横截面。

还建议一种电池组电池，所述电池组电池包括至少一个按照根据本发明的方法制造的电极堆叠。

根据本发明的电池组电池有利地使用在电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）、插电式混合动力车辆（PHEV）中或消费电子产品中。消费电子产品尤其是可以被理解为移动电话、平板PC或笔记本电脑。

发明优点

根据本发明的方法形成电极堆叠，其中阳极凸出超过阴极。由此，有利地防止或至少减少电极堆叠中的锂的金属化。与堆叠各个电极段和各个隔板段相比，在堆叠复合段情况下所需的工艺时间也有利地减少。此外，与在堆叠各个阳极段、各个阴极段和各个隔板段的情况下相比，复合段在堆叠时的彼此对准是不太有容差的并且因此不太易于出错。由此，有利地降低用于制造电极堆叠的成本。沟槽可以具有近似任意的横截面，其中按照制造方法特定横截面形状被证明是特别有利的。通过引入沟槽，活性材料局部地从集流体被移除。活性材料的这种移除可以以多种方式、例如以机械方式进行。然而优选地借助于激光移除活性材料，由此，用于制造电极堆叠的工艺时间有利地减小，并且由此用于制造电极堆叠的成本进一步降低。

附图说明

根据附图和以下描述更详细地阐述本发明的实施方式。

图1示出电池组电池的示意图，

图2示出阳极元件和阴极元件的示意图，

图3a示出根据第一实施方式阴极元件沿图2中的切割线A-A的示意性剖面图，

图3b示出根据第二实施方式阴极元件沿图2中的切割线A-A的示意性剖面图，

图3c示出根据第三实施方式阴极元件沿图2中的切割线A-A的示意性剖面图，

图4示出复合元件的示意性剖面图，以及

图5示出复合段的示意性剖面图。

具体实施方式

在本发明实施方式的以下描述中，相同或相似的元件用相同的附图标记标出，其中在个别情况下放弃对这些元件的重复描述。图仅示意性地表示本发明的主题。

图1示出电池组电池2的示意图。电池组电池2包括壳体3，所述壳体3棱柱形地、当前方形地来构造。当前，壳体3实施成导电的并且例如由铝制成。

电池组电池2包括负端子11和正端子12。经由端子11、12，可以分接由电池组电池2提供的电压。此外，电池组电池2也可以经由端子11、12被充电。

在电池组电池2的壳体3内布置有电极单元，所述电极单元当前实施为电极堆叠10。电极堆叠10具有两个电极，即阳极21和阴极22。阳极21和阴极22分别薄膜状地来实施，并且通过隔板18彼此分开。隔板18是能传导离子的，也即对于锂离子是可通过的。

阳极21包括阳极活性材料41和阳极集流体31。阳极集流体31实施成能导电的并且由金属制成，例如由铜制成。阳极集流体31与电池组电池2的负端子11电连接。

阴极22包括阴极活性材料42和阴极集流体32。阴极集流体32实施成能导电的，并且由金属制成，例如由铝制成。阴极集流体32与电池组电池2的正端子12电连接。

图2示出阳极元件45和阴极元件46的示意图。阳极元件45和阴极元件46扁平地和带状地来构造。阳极元件45和阴极元件46在纵向方向x上的扩张比阳极元件45和阴极元件46在横向方向y上的扩张大得多，尤其是阳极元件45和阴极元件46在横向方向y上的扩张的至少十倍，所述横向方向与纵向方向x成直角地取向。阳极元件45和阴极元件46分别缠绕到卷筒（Rolle）上。

阳极元件45包括阳极集流体31，其中阳极活性材料41施加到所述阳极集流体上。阳极活性材料41在两侧施加到阳极集流体31上。阳极元件45在横向方向y上具有宽度d1。

阴极元件46包括阴极集流体32，其中阴极活性材料42施加到所述阴极集流体上。阴极活性材料42在两侧施加到所述阴极集流体32上。阴极元件46在横向方向y上具有宽度d2，所述宽度d2小于阳极元件45的宽度d1。

沟槽70引入到阴极活性材料42中，所述沟槽在横向方向y上延伸。沟槽70在此完全穿透阴极活性材料42并且延伸直至阴极集流体32上。沟槽70在两侧引入到阴极活性材料42中。前述沟槽70借助于激光被引入到阴极活性材料42中。

沟槽70围绕分段线S引入到阴极活性材料42中。分段线S在此居中地位于沟槽70中。分段线S同样在横向方向y上延伸，并且在纵向方向x上以彼此等距的间隔布置。

图3a示出根据第一实施方式阴极元件46沿图2中的切割线A-A的示意性剖面图。在此，沟槽70具有近似U形的横截面。沟槽70的外壁在背离阴极集流体32的区域中首先彼此平行地伸展，并且在接近阴极集流体32时逐渐变为半圆形圆。

图3b示出根据第二实施方式阴极元件46沿图2中的切割线A-A的示意性剖面图。沟槽70在此具有至少近似三角形的横截面。沟槽70的外壁在背离阴极集流体32的区域中彼此比较远地相间隔并且在接近阴极集流体32时彼此倾向地和朝向彼此地（aufeinander zu）伸展。

图3c示出根据第三实施方式阴极元件46沿图2中的切割线A-A的示意性剖面图。在此，沟槽70具有至少近似矩形的横截面。沟槽70的外壁在背离阴极集流体32的区域中彼此相间隔并且相互平行且与阴极集流体32成直角地朝向阴极集流体32伸展。

图4示出复合元件50的示意性剖面图，所述复合元件包括如图3a所示的根据第一实施方式的阴极元件46。复合元件50此外包括阳极元件45以及第一隔板元件16和还有第二隔板元件16。

阴极元件46在此施加到第一隔板元件16上并且与第一隔板元件16连接。阳极元件45施加在第一隔板元件16的背离阴极元件46的侧上，并且与第一隔板元件16连接。第二隔板元件16施加在阳极元件45的背离第一隔板元件16的侧上，并且与阳极元件45连接。

复合元件50当前通过在中间安放第一隔板元件16的情况下将阴极元件46施加到阳极元件45上并且将第二隔板元件16施加到阳极元件45上来形成。复合元件50然后在阴极活性材料42中的沟槽70中的分段线S处被切割。因此，通过在前述分段线S处切割带状复合元件50形成板状复合段52。

图5示出这样的复合段52的示意性剖面图。如此产生的复合段52包括阴极段56、阳极段55和两个隔板段17。在此，第一隔板段17布置在阳极段55和阴极段56之间。第二隔板段17布置在阳极段55的背离第一隔板段17的侧上。阴极段56、阳极段55和两个隔板段17相互连接。

此后，将多个这样的复合段52相叠地堆叠成电极堆叠10。在此以相同的取向相叠地堆叠复合段52。因此总是得出顺序：隔板段17-阳极段55-隔板段17-阴极段56-隔板段17等。

阳极21的这里未示出的接触片从阳极集流体31凸出超过复合段52。阴极22的这里未示出的接触片从阴极集流体32凸出超过复合段52。复合段52在堆叠时被布置为使得阳极21的接触片对齐，并且阴极22的接触片对齐。在此，阳极21的接触片相对于阴极22的接触片错开地被定位。

随后，将阳极21的接触片35彼此电连接并且与电池组电池2的负端子11电连接。同样地，随后，将阴极22的接触片36彼此电连接并且与电池组电池2的正端子12电连接。接触片彼此以及与端子11、12的连接优选地通过焊接进行。

本发明不限于这里描述的实施例和其中强调的方面。更确切地，在通过权利要求说明的范围内，大量修改是可能的，所述修改处于本领域技术人员行动（Handeln）的范围内。

Claims (10)

1.用于制造电池组电池（2）用的电极堆叠（10）的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供带状阳极元件（45），所述带状阳极元件包括阳极集流体（31），其中阳极活性材料（41）施加到所述阳极集流体上，

-提供带状阴极元件（46），所述带状阴极元件包括阴极集流体（32），其中阴极活性材料（42）施加到所述阴极集流体上，

-提供至少一个带状隔板元件（16），

-围绕分段线（S）将沟槽（70）引入到所述阴极活性材料（42）中，

-通过在中间安放至少一个隔板元件（16）的情况下将所述阴极元件（46）施加到所述阳极元件（45）上来产生带状复合元件（50），

-在所述分段线（S）处将所述复合元件（50）切割成板状复合段（52），

-堆叠所述复合段（52）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述阳极元件（45）在横向方向（y）上具有宽度（d1），所述宽度大于所述阴极元件（46）在横向方向（y）上的宽度（d2）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述分段线（S）和所述沟槽（70）在横向方向（y）上伸展。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述阴极活性材料（42）在两侧施加到所述阴极集流体（32）上，并且其中所述沟槽（70）在两侧被引入到所述阴极活性材料（42）中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中借助于激光将所述沟槽（70）中的多个沟槽引入到所述阴极活性材料（42）中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述沟槽（70）中的多个沟槽具有至少近似U形的横截面。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述沟槽（70）中的多个沟槽具有至少近似三角形的横截面。

8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述沟槽（70）中的多个沟槽具有至少近似矩形的横截面。

9.电池组电池（2），所述电池组电池包括按照根据前述权利要求中任一项所述的方法制造的至少一个电极堆叠（10）。

10.根据权利要求9所述的电池组电池（2）在电动车辆（EV）中、在混合动力汽车（HEV）中、在插电式混合动力车（PHEV）中或在消费电子产品中的电池组电池（2）中的使用。