电池单体的制作方法

本发明涉及一种电池单体、特别是一种用于高电压电池的棱柱形电池单体。

背景技术：

1、在电驱动的机动车、如电动车辆、混合动力汽车或插电式混合动力车辆中使用高电压电池，所述高电压电池一般具有一个或多个电池模块，每个电池模块具有多个电池单体。由于可实现的高能量密度，在机动车中特别是使用锂离子电池。在这里和下文中，术语“锂离子电池”等同于所有在现有技术中常用的针对含锂的电流元件和单体的术语、例如锂电池、锂电池单体、锂离子单体、锂聚合物单体和锂离子蓄电池。特别是包括可再充电的电池(二次电池)。锂离子电池也可以是固态电池、例如陶瓷的或基于聚合物的固态电池。

2、在电池单体受到机械冲击的情况下(所述机械冲击例如导致变形和/或尖锐物体刺入电池单体中)，或者在电池单体过度充电时，可能存在电池单体过热的风险。放热电极反应(例如由于电极短路引起)可能导致电池单体的热失控(thermal runaway)。在高温下，特别是可能导致包含在电池单体中的电解质蒸发，由此在电池单体中出现危险过压。在具有多个电池单体的电池模块中，一个电池单体的热失控可能导致过热蔓延到相邻的电池单体，从而如果没有通过适当的安全措施阻止这种情况，则可能存在损坏整个电池模块甚至整个高电压电池的风险。

3、文献de102015014343a1描述了一种用于电池单体的电池保持器，其在壳体表面上具有开口，所述开口带有用于降低过压的破裂膜。这种破裂膜设置用于排出由于电解质蒸发而产生的气体，并以此方式降低电池单体中的过压。

4、在电池单体热失控时，可能在数秒内释放出大量能量，特别是电解液可能蒸发，并且活性物质可能分解。由此产生过压，但所述过压可以通过打开破裂膜来降低。然而当破裂膜打开时，由于反应的快速进行，也存在电极堆的一部分或电极堆的颗粒从电池单体中喷出的风险。如果较大部分或较大颗粒从电池单体中喷出，则存在这些部分或颗粒损坏共同安装在电池模块中的相邻电池单体的风险。从电池单体中喷出的较大颗粒可能导致相邻的电池单体短路。特别是，这些颗粒可能引起牵引电池中相邻电池单体的串联和并联连接的短路。

技术实现思路

1、本发明的目的是，提供一种改进的电池单体，在所述电池单体中降低大颗粒从电池单体中喷出的风险。

2、该目的通过一种根据权利要求1的电池单体来实现。在从属权利要求中给出本发明的有利的实施方式和进一步改进方案。

3、根据本发明的一种实施方式，在电池单体中设置有格栅，所述格栅具有多个栅条。各栅条例如彼此平行地布置。格栅适合用于至少部分地减小在包含在电池单体中的电极单元损坏时产生的颗粒。特别地，损坏的电极单元的颗粒在流过格栅时撞击到栅条上并且因此可以被分割成两个或更多个碎片。

4、电极单元例如是电极堆或电极卷。电极堆或电极卷特别是包含由阳极层和阴极层构成的层序列，各阳极层和各阴极层分别通过分隔器彼此分开。电池单体可以特别是锂离子电池单体。

5、电池单体优选地是棱柱形电池单体，所述棱柱形电池单体具有固体的电池单体壳体，电极单元布置在该电池单体壳体中。电池单体壳体例如可以具有矩形的底面并且基本上是长方体形的。有利地，棱柱形电池单体可以有利地容易地堆叠并组装成电池模块。电池单体壳体可以例如具有壳体基体和盖，所述壳体基体具有底壁和侧壁。

6、本发明特别是基于以下考虑：如果例如发生电池单体的热失控，则存在包含在电池单体中的电极单元全部或部分损坏的风险，并且由于在电池单体中的过压，损坏的电极单元的颗粒从电池单体壳体喷出。例如可能的是，电极单元的大约30％至70％、特别是大约40％至60％的材料可能从电池单体喷出。所述颗粒可以例如是电极的组成部分、即阳极材料和/或阴极材料的颗粒。颗粒的喷出本身并不是非期望的效应，因为由此降低在电池单体中的温度，并且从而降低热失控传播到相邻的电池单体的风险。然而，存在如下风险：如果喷出的颗粒是大颗粒，则喷出的颗粒导致相邻单体的短路和/或在牵引电池中产生电弧。格栅在电池单体中具有安全功能。在根据本发明的电池单体中，格栅的栅条可以在这样的颗粒流过格栅时使所述颗粒减小。当流过格栅时，颗粒撞到栅条上并因此破碎成例如多个较小的颗粒。以此方式降低从电池单体喷出的颗粒损坏相邻的电池单体或使相邻的电池单体短路的风险。

7、例如，所述栅条可以构造成细金属丝。在这种情况下，栅条可以具有圆形的横截面。备选地，栅条的其他横截面形状也是可行的。栅条优选地具有金属或金属合金、例如铝、镍或不锈钢。由于高温稳定性，栅条的优选材料是镍或不锈钢。

8、在优选的构型方案中，所述栅条在栅条的横截面的至少一侧上具有尖端。横截面在此应理解为栅条在垂直于其纵向延伸的截面中所具有的横截面。栅条的横截面优选地是多边形，所述多边形在至少一侧上具有锐角、例如锐角三角形。特别是可以规定，所述栅条沿着其纵向方向具有刀刃。例如，栅条可以具有刀片的形式。栅条的尖端(例如刀刃的尖端)在这种情况下有利地这样定向，使得所述尖端与在电池单体中要预期的气流相反地指向。如果电池单体具有紧急排气口、例如破裂膜，所述破裂膜在电池单体的临界状态中打开，则气流朝向紧急排气口的方向流动。在这种情况下，栅条的横截面的尖端与朝向紧急排气口的气流方向相反，即，所述尖端背离紧急排气口。在该有利的构型方案中，当紧急排气口打开时，颗粒撞击到栅条的尖端上。这增加了颗粒在栅条上破碎的可能性。

9、根据一种实施方式，所述栅条具有含端点值的100μm至2mm的横向延伸尺寸。栅条的间距优选为含端点值的100μm至4mm、特别优选为含端点值的200μm至500μm。栅条的数量优选为含端点值的4至24。

10、在一种构型方案中，所述电池单体具有盖，在盖上布置有紧急排气口。电池单体可以例如在盖上具有第一端子和第二端子，其中，紧急排气口布置在所述端子之间。

11、格栅优选地布置在电极单元与紧急排气口之间。通过在电极单元与紧急排气口之间布置格栅，在电极单元损坏时可能出现的颗粒在朝向紧急排气口的气流中撞击到格栅上并在那里被破碎。

12、根据一种实施方式，所述格栅布置在位于盖与电极单元之间的支架中。支架特别是设置用于将电极单元固定在电池单体壳体中。在本发明的一种实施方式中，所述支架同时用作格栅的支架。例如，支架可以在如下区域中具有开口，所述区域位于布置在电池单体壳体的盖中的紧急排气口之下。格栅可以布置在这个开口中。例如，栅条的端部固定在支架中并且所述格栅跨接开口。支架可以是塑料件，栅条的端部固定在所述塑料件中。在这种构型方案中，栅条可以布置在膜片中，所述膜片布置在支架的开口中。膜片例如可以包括聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚酰亚胺(pi)。

13、在另一种实施方式中，所述格栅布置在支架与盖之间，所述支架位于盖与电极单元之间。也在该实施方式中，栅条优选布置在具有例如聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚酰亚胺(pi)的膜片中。栅条可以特别是材料锁合地固定在膜片中。膜片例如可以固定(例如夹紧)在盖与支架之间。有利的是，栅条的端部固定在盖上。在该实施方式中此外有利的是，膜片在外部区域中具有第一塑料并且在内部区域中具有第二塑料，并且所述第一塑料具有比所述第二塑料更大的硬度。较软的塑料例如是聚丙烯(pp)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。较硬的塑料例如是kapton或mylar。气流可以将较软的塑料从膜片撕下，其中栅条虽然如此仍在外部区域中被较硬的塑料固定地保留。

14、根据另一种实施方式，格栅布置在电极单元上的膜片中。所述膜片可以包围电极单元并且可以设置用于将电极单元与电池单体壳体电绝缘。在这里描述的实施方式中，格栅被集成到所述膜片中。有利地，栅条这样集成到膜片的塑料材料中，使得所述栅条完全被塑料材料包围并且保持膜片的电绝缘效果。如在先前描述的实施方式中那样，膜片可包括例如聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚酰亚胺(pi)。

15、本发明还提出了一种具有多个在此描述的电池单体的锂离子电池和一种具有这样的锂离子电池的机动车。由于改善的安全性，在这里描述的电池单体可以有利地在锂离子电池中使用，所述锂离子电池特别是可以作为牵引电池在电驱动的机动车中使用。