具有带有管状的凸出部的壳体的电池单池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池单池、特别是锂离子电池单池，所述电池单池具有电极总装(Elektrodenensemble)和壳体，并且本发明涉及一种用于制造根据独立权利要求的前序部分所述的电池单池的方法。
【背景技术】
[0002]电池单池是电化学的储能器，所述储能器在其放电时将存储的化学能通过电化学反应转化为电能。日益明显的是，在将来新的电池系统不仅使用在静止的应用中、例如用在风力发电站中，而且使用在被设计为混合动力车或电动车的机动车中以及电气设备中，在可靠性、安全性、有效功率和使用寿命方面对所述电池系统提出了十分高的要求。由于其较大的能量密度而特别将锂离子电池作为储能器用于电驱动的机动车。
[0003]在KR 20050121897中公开了一种具有壳体的棱柱形的二次电池，所述壳体由敞开的棱柱形的容器和顶盖构成。所述容器与顶盖如此连接，使得环绕的凸出部围绕电池延伸。
[0004]在JP H09213284中公开了一种由两个半壳体构成的壳体，所述半壳体分别包括一个底面和两个侧面。
【发明内容】
[0005]根据本发明，提供了具有独立权利要求所表征的特征的、带有电极总装和壳体的电池单池以及用于制造这种具有独立权利要求所表征的特征的电池单池的方法。这特别基于以下事实:电池单池包括带有一底面、至少四个侧面和一顶面的壳体，其中所述壳体具有管状的凸出部。
[0006]根据本发明的电池单池带来可十分好的体积比能量比率(Volumen-zu-Energie-Verhaltnis)的优点，从而壳体内部的空间被最优地利用。此外，坚固的壳体为电池单池提供了机械保护。同样有利的是，根据本发明的电池单池可以通过壳体有效地冷却，并且此外允许简单且廉价地制造。
[0007]上述电池单池的其他有利的实施方式从从属权利要求中得出。
[0008]因此，有利的是，在一种实施方式中将管状的凸出部定位在两个对置的壳体面上，因为这样可以实现十分有利地装配由相应的电池单池构成的模块，其中电池单池通过夹紧而互相接触。在另一有利的实施方式中，在同一模块壳体内布置了至少两个电池单池，在所述模块壳体内电池单池通过夹紧相互接触。
[0009]在另一实施方式中有利的是，管状的凸出部定位在同一壳体面上，因为电池单池可以由此例如在对置的侧上被冷却，并且此外可以直接邻接其他电池单池，这节省了空间。
[0010]此外有利的是，管状的凸出部包括与电池单池的壳体一样的材料，因为必要时在制造时仅需要一个成形件，例如在对部件进行注塑时。在分开地制造壳体与管状的凸出部的情况下，有利的是，将由相同材料构成的部件持久地结合在一起通常比由不同的材料构成的部件的情况更简单。
[0011]包括阳极、分离器和阴极的电极总装被定位在根据本发明的电池单池的壳体中。阳极和阴极分别具有至少各一个接触耳片，所述接触耳片在剪切阳极箔和阴极箔时被分开，并且用于接触电池单池。
[0012]有利的是，将接触耳片定位在管状的凸出部内，因为在电池单池的内部中由此有更多的空间可供电极总装使用，由此相比于没有管状的凸出部的电池单池明显提高了体积比能量比率。
[0013]就缠绕的电极总装而言，阳极、分离器和阴极叠置地堆叠并且然后被卷起。替代地，电极总装以堆叠的形式而存在。
[0014]如果电极总装缠绕地存在并且如果对于每个缠绕的位置都使用各一个接触耳片，那么例如相比于常规的圆形单池，得到了特别好的高电流能力(Hochstromf jihigkeit)的优点，在所述圆形单池中对于缠绕的电极总装的所有位置正好使用一个接触耳片。“好的高电流能力”的特征在于，电池单池具有小的内阻，由此即使在十分高的电流量(Stromraten)、例如其八倍的单池容量、即在10Ah的单池中具有超过80A的电流量的情况下，所述电池单池也不会显著变热。由于与例如每个缠绕的位置的接触耳片的接触不会产生大的电流，这会有利地影响电流密度分布。
[0015]有利的是，管状的凸出部各具有一个开口，因为电池单池可以通过开口电接触。具有开口的管状的凸出部承担常规的电池终端的功能。此外特别有利的是，将管盖(Tubusdeckel)安装到管状的凸出部的开口上，因为电池单池以这种方式被密封地封闭。
[0016]在另一实施方式中有利的是，在管状的突出部的开口与顶盖之间安装至少一个密封件，因为这样保证了管状的凸出部的开口的最佳的密封。鉴于对电池单池的安全性要求这恰好是有利的。
[0017]此外有利的是，密封件包括弹性体，特别是热塑性的弹性体(TPE)、氟橡胶(FKM)、含氟弹性体(Fluorelastomer)、聚氨酯(PU)、全氟烧氧基树脂(PFA)和/或聚苯硫醚(PPS)o这些材料由于其特性而十分有效地密封，因为所述材料能够在拉力负荷和压力负荷的情况下发生弹性变形，但是接下来又呈现出其原始的未形变的形态。
[0018]在一种实施方式中有利的是，管状的凸出部的开口利用管盖通过卷边或翻边来密封。这是一种接合方法，其中两个部件通过弹性变形彼此连接。相比于熔焊法通过在重叠区域内卷边或翻边不会产生隆起或突起，这例如在安装电池单池时发挥作用。此外，在卷边过程或翻边过程中不产生相应的、导致单池壳体变形的热。此外，翻边对接焊缝(B5rdelnaht)具有高的机械稳定性。由此，电池单池可以承受高的机械负荷，而不损坏管状的凸出部与管盖之间的连接。此外，翻边对接焊缝可以被十分简单且廉价地制造。
[0019]在另一实施方式中，管盖可以附加地或替代地粘接到管状的凸出部上。在此有利的是，壳体部件不遭受高的温度，并且同时粘合连接部可以作为密封件起作用。此外有利的是，在粘合方法中，不出现接合件的弱化。粘合连接部必要时可以是弹性的、可以阻尼振动并且还价格低廉。
[0020]同样有利的是，通过激光焊接将管盖安装到管状的凸出部上，因为由于在激光焊接时的小的热影响以及非常精确的能量输入而几乎不发生工件的结构变化，由此使得连接十分稳定。
[0021]在一种替代的实施方式中有利的是，管状的凸出部构造为圆柱形并且包括螺纹，管盖被旋到所述螺纹上。采用该种方式可以实现管状的凸出部与管盖的十分密封且稳定的连接。同样有利的是，在另一实施方式中管盖不伸出高过管状的凸出部，并且由此在电连接电池单池时可以例如节省绝缘材料。但是替代地，管盖也可以伸出高于管状的凸出部。
[0022]此外有利的是，管盖由与接触耳片相同的材料制成或者管盖的材料对于电流而言至少可导电，因为于是接触耳片的接触可以在管盖的内侧上进行，并且可以在电池单池的管盖的外侧上截止电流。接触耳片的材料例如是铜和/或铝。因此有利的是，管盖例如包括铜和/或铝和/或不锈钢。
[0023]此外，铝提供的优点是:铝轻且价格低廉，还可以大批量供货。而铜和不锈钢在其耐腐蚀性方面是有利的，这特别地随之带来了高的使用寿命。此外，铜可以较好地加工并且还可以在低温度时最佳地变形。
[0024]在接触耳片接触到管盖上时有利的是，不需要其他部件并且管盖不仅形成电连接而且还形成管状的凸出部的保护层(Abdeckung)。
[0025]例如有利的是，接触耳片与管盖通过超声波焊接进行连接，因为这种方法在高的经济性方面允许小的焊接时间。替代地，接触也可以通过激光焊接来进行，其中相比于其他焊接方法能量被更小且更集中地引入到工件中。同样地可以通过冷接合进行接触，其中这种方法的优点是:待接合的工件不发生变形，因为没有发生热引入。替代地，接触耳片与管盖的接触也可以通过滚压包层法(Walzplattieren)或者挤压来实现，其中形成了持久的连接，而不需要如例如在焊接方法中的情况那样的、附加的能量。
[0026]用于制造根据本发明的电池单池的方法是有利的，其中至少一个接触耳片的接触可以在对管状的凸出部的开口密封之前进行。在一种优选的实施方式中，至少一个接触耳片的接触与管状的凸出部的开口的密封同时进行。由此可以精简额外的工作步骤并且节省组装电池单池时的时间。
[0027]在一种特别优选的实施方式中，壳体由半壳体构成。在此，壳体的简单的结构是有利的，这不仅使壳体的安装简单而且精简了制造时的工作步骤，因为两个半壳体例如在相同的注塑模具内被相同地制造。所述半壳体特别地包括塑料，由此使得壳体相比于例如金属壳体更轻，并且尽管如此仍然具有坚硬的表面，从而保护电池单池免受机械式的影响。
【附图说明】
[0028]在附图中示出了本发明的实施方式并且在下面的【附图说明】中对其详细解释。在附图中:
图1为根据本发明的电池单池的壳体的水平剖面的示意图，所述电池单池在两个对置的壳体面上具有管状的凸出部，
图2为具有接触耳片的半壳体的示意图，所述接触耳片指向两个相反的方向，
图3在3D视图中示出了具有管状凸出部的根据本发明的电池单池的半壳体的示意图，图4在3D视图中示出了具有管状凸出部的由两个半壳体构成的根据本发明的电池单池的壳体的示意图，
图5在用于密封管状的凸出部的第一变型方案中示出了根据本发明的电池单池的水平剖面的示意图， 图6在用于密封管状的凸出部的第二变型方案中示出了根据本发明的电池单池的水平剖面的示意图，
图7为在同一壳体面上具有管状的凸出部的根据本发明的电池单池的水平剖面的示意图。
【具体实施方式】
[0029]在图1中示出了电池单池的壳体1的水平剖面，所述壳体在两个对置的侧上各具有一管状的凸出部3。管状的凸出部3分别具有一开口 7。优选地，电极总装的接触耳片定位在管状的凸出部3中，从而在电池单池的内部中有更多的空间可供电极总装使用。
[0030]壳体1例如由铝、钢或者其他金属