帶有框架的原電池及其製造方法

2023-05-31 07:38:46 1

專利名稱：帶有框架的原電池及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有框架的原電池及其製造方法。
背景技術：
已知構造為平坦的且矩形的單元(蓄電池單元、電容器等)，其電化學有效內容物由薄膜狀封裝、例如雙側帶有塑料塗層的薄的鋁薄膜包圍，板形的電端子(所謂的「導電體」)被引導通過所述封裝。與另外的電池單元構造不同的是，此電池單元的封裝不傳導電壓，因為被絕緣地引導通過封裝。此類構造的電池單元也稱為袋單元(Pouch-Zellen)或咖啡袋單元(CoffeebagIellen)。在不同的使用中，例如在電動車輛或混合動力車輛中，單獨的原電池被串聯或並聯連接，且通常與其所屬的電子器件處於殼體內。由於焊封在薄膜內的袋單元通常不具有很高的機械承載能力，所以該袋單元經常不直接安裝在電池殼體內，而是必須首先通過合適的支承結構被機械地穩定。

發明內容
本發明的任務是，簡化原電池的使用和處理，且削弱或儘可能消除與其封裝薄膜的敏感性有關的問題。此任務通過根據獨立權利要求所述的產品和方法來解決。根據本發明提供了一種用於原電池的框架。原電池在此基本上由電極堆疊和薄膜狀封裝構成，至少兩個導電體被從所述封裝中引出。框架構造得使其在製造原電池時可與原電池的封裝固定連接。在根據本發明的用於製造原電池的方法中，在封裝封閉時框架與封裝固定地連接。在下文中將解釋在本發明的進一步描述中所使用的概念。概念電極堆疊用作各種結構類型的原電池的電化學有效內容物的名稱。與之相對，電池單元的封裝理解為不參與電化學反應的材料，所述材料將電極堆疊與環境隔絕開來。如果在上下文中涉及薄膜狀封裝，則應理解為所有類型的滿足了如下目標的封裝或外包，即將電極堆疊以優選很少的材料使用，有效地相對於環境屏蔽且隔絕。封閉在此應抵抗材料和電流的轉移。但此概念不僅包括通常意義的薄膜，特別地也包括帶有塑料塗層的金屬薄膜。在本發明的意義中，導電體也稱為電導體，其通過封裝向外引導，以此可進行電荷出入電池單元的傳輸。在本發明的意義中，框架應理解為各種適合於將電池單元機械地克服環境影響進行穩定且在製造電池單元時可與電池單元的封裝固定連接的結構裝置。如措辭已表明的， 框架優選地是基本呈框架形的裝置，其功能基本上在於為原電池提供機械穩定性。本發明的有利改進方案在從屬權利要求中得到。


在下文中根據優選實施例且藉助於附圖進一步描述了本發明。其示出了圖1為從前方觀察的根據本發明的帶有整合框架的電池單元的實施例的視圖；圖2為從後方觀察的相同實施例的視圖；圖3為從前方觀察的此電池單元的分解圖示，和圖4為從後方觀察的此電池單元的分解圖示；圖5為根據本發明的實施方式，其中框架與封裝薄膜的向外延長的內側焊接；圖6為本發明的實施方式，其中框架與封裝薄膜的外側在兩個薄膜的密封區域內焊接；圖7為原電池的典型的封裝薄膜的原理結構；圖8為由根據本發明的實施例的原電池構成的電池塊的結構；圖9為根據本發明的實施例的原電池的視圖，所述原電池帶有框架，所述框架帶有孔，此孔用於部分地圍繞框架彎曲且力配合(kraftschilssig)地接觸的拉杆和導電體；圖10為圖9中示出的電池單元的分解圖示；圖11為由單獨的電池單元構成的電池塊的視圖，其中拉杆未圖示；圖12為根據圖11示出的電池塊的截面圖示；圖13為根據本發明的根據另一個實施例的電池單元的視圖，其中導電體平行於薄膜的焊接被引導出且力配合地接觸；圖14為圖13中所示的電池單元的分解透視圖；圖15為此電池單元的另一個分解透視圖；圖16為通過根據本發明的實施例的原電池的不同的截面圖和截面導引 (Schnittfuhrung)草圖；圖17為通過根據本發明的實施例的電池單元的截面圖示，其中框架區域被放大；圖18為由根據圖13的電池單元構成的電池塊；圖19為用於解釋在生成圖20中圖示的截面時的截面導引的截面導引草圖，以及用於解釋在生成圖16中圖示的截面時的截面導引的另一截面導引草圖；圖20為通過圖18中圖示的電池塊的截面圖示；以及圖21為圖20中的圖示的放大的截面。
具體實施例方式本發明涉及一種原電池，所述原電池基本上由帶有薄膜狀封裝的電極堆疊組成， 至少兩個導電體從所述封裝中引出。這樣的原電池根據本發明通過框架穩定，所述框架構造得使其在製造電池單元時可與電池單元的封裝固定連接。在本發明的一些實施方式的相應構造中，優點是原電池不僅在安裝在電池內時通過然後待產生的與框架或支架的連接才被穩定，而且是使電池單元在安裝在電池塊內之前通過根據本發明的框架被穩定。根據本發明的方法-根據該方法框架在將封裝封閉時就已與電池單元連接-的進一步的優點是， 電池單元已在另外的製造過程中，即在其填充時、在成型時、在按計劃的老化(「aging」) 時，或在所謂的「評級」時已受到保護免受機械影響。為製造根據本發明的電池單元的框架連接，根據使用目的，材料接合
4(stoffschlussige)的方法(例如粘合)或類似方法是特別合適的。優選地，框架也可通過熱壓或熱封與封裝薄膜連接，所述熱壓或熱封優選地通過位於接縫對之間的熱塑性層部分地熔合以及隨後在壓力下的冷卻來實施，所述封裝薄膜通常總是提供有相應的適合於此的塗層。概念熱封理解為用於將封裝材料的熱塑性融合層(例如連接薄膜)進行連接的方法，優選地通過熱壓進行連接。熱封在封裝技術中是用於焊接薄膜的重要方法。熱封基本上分為如下兩個變體a)使用密封顎板(Siegelbacken)之間的熱棒或熱線的密封，也稱為接觸密封，和b)脈衝密封(Impulssiegeln)。在第一變體中，優選地可運動的密封顎板支承著被加熱的棒。優選固定的下密封顎板通常裝配有由彈性材料製成的表面，以補償密封縫內的不平度。此類密封元件使用在許多市場上可獲得的用於製造且封閉包袋的機器中，且應用在成型、填充和封閉機器中。在密封縫很長時，熱棒通常必須嚴格按尺寸且無任何偏差地加工，以保證整個密封面上的均勻壓力。為實現整潔的密封縫，薄膜在進入到密封工具前通常藉助於延伸設備來整平。另外的可能性是使用帶有鋸齒狀密封面的熱棒，但存在穿孔的風險。對於固定的冷的密封顎板的彈性表面，矽膠橡膠被證明是可行的。經常為該反壓力顎板賦予略微拱形的形狀。在密封過程中，首先在密封縫中間建立壓力，所述壓力在工具封閉時朝邊緣擴展。因此，將得到最佳的密封縫。此外，小的液體滴應從密封區域中壓出， 此小液滴可能通過形成水蒸汽而破壞密封縫。在脈衝密封中，密封顎板的溫度僅保持很短的時間，且不在整個密封循環期間保持。所需的熱通過兩個小的電阻元件在兩個密封顎板上產生。只要密封工具在待密封的薄膜上封閉，則通過短的電流衝擊執行焊接。與熱棒密封相比，熱作用的時間更短，且過多的熱被立即導出。工具的密封面可仍通過由耐熱材料製成的薄的絕緣薄膜覆蓋，以避免被密封材料粘固。通過封裝薄膜在框架上的大面積連接，可很大程度上避免機械應力峰值，否則所述機械應力峰值可能在結構加載中容易地出現。到框架的連接可在封裝薄膜的通常以聚丙烯塗敷的內側上進行。圖5示出了框架與封裝薄膜的內側的這種連接。根據本發明的另一個實施方式，也可以是框架與封裝的通常以聚醯胺塗敷的外側連接。本發明的這種實施方式在圖6中圖示。此外，有利的是電池單元的封閉，即封裝薄膜的兩個部分的連接以及與框架的連接都在一個工作步驟中進行。為簡化由根據本發明的原電池構成的電池塊的構建，有利的且因此優選的是，為框架提供有相應的成型元件，例如凹陷或鼻部，所述成型元件例如布置在框架的兩側上，使得相應的成型元件可相互配合地內接，且因此通過促進電池單元的約定定向來支持電池塊的組裝。根據本發明的框架可在合適的位置上優選地設置孔或另外的缺口，通過所述孔或缺口可安裝將電池塊保持在一起的拉杆。圖1至圖4示出了本發明的優選實施例，其中框架優選地由塑料構造且與封裝薄膜的內側通過熱壓連接。與框架連接的封裝薄膜的一半在此實施例中通過另一半在上方環繞地包圍，如在圖5中所圖示。圖1示出了根據此實施例的帶有整合框架102的電池單元的三維視圖，所述框架 102與電池單元103的封裝連接。電池單元的導電體101從封裝中突出。圖2從另一側示出了同一個電池單元。相應地，附圖標記201、202和203稱為電池單元的導電體、框架和封裝。圖3示出了帶有整合框架的此電池單元的分解圖示。電池堆疊301在兩側被帶有部分 306和307的封裝薄膜封閉，帶有其兩個電極束304、305的電池頭(Zel lenkopf)與所述電池堆疊301電連接，且在所述電池堆疊301上安裝了導電體302、303，所述封裝薄膜通過框架308被機械地穩定。圖4從另一側示出了相應的分解圖示。在此，電極堆疊401帶有電極束404、405和安裝在電極堆疊401上的導電體402、403，所述電極堆疊401被薄膜封裝的兩部分406、407包圍和封閉，且通過框架408被穩定。圖7示出了用於原電池的典型的封裝薄膜的原理結構。鋁薄膜702在一側以聚醯胺701且在另一側以聚丙烯703塗敷。當然，帶有另外的材料、層或塗層的另外的薄膜也是可以的。由根據本發明的原電池構成的帶有整合框架的電池塊的優選實施方式在圖8中示出。通過將另外的電池單元加入處於構造中的電池塊802中，例如加入帶有框架的附圖標號為803的電池單元，構建了完整的電池塊。電池單元803由實際的電池單元804構成， 其帶有與框架807力配合地連接的導電體805、806。為穩定整個電池塊，拉杆808、809、810 和811被引導通過框架內相應的孔。框架構造得提供有便於電池單元的對中或定向的例如鼻部或槽的結構，因而也明顯易於引導拉杆通過孔。在此實施方式中，導電體節約重量地圍繞框架環繞或拱繞，因此大量的接觸條是沒有必要的。圖9示出了這種帶有導電體的電池單元的細節圖示，此導電體圍繞框架環繞。電池901單元具有導電體904，所述導電體904圍繞框架902環繞。框架提供有孔903，以用於引導拉杆通過。圖10在分解圖示中示出了相同的電池單元。與在圖中所圖示不同，導電體1004僅在框架1002安裝之後才圍繞框架拱繞。圖11示出了由此實施方式的原電池構成的電池塊。圖12示出了圖11中示出的電池塊的截面圖示。在電池單元1201的電池頭1202 上安裝了導電體1204，所述導電體1204圍繞框架1205彎曲且與鄰近電池的導電體電接觸。電池1201單元的對置的導電體不圍繞框架1205彎曲，且因此與鄰近電池單元的導電體1206電絕緣，所述導電體1206又與下一個鄰近的電池單元的導電體電接觸。以此方式， 在實踐中無需另外的輔助裝置，在組裝電池塊時導電體可實現按約定的電連接。本發明的在圖13中示出的實施方式要求了更少的空間。電池單元1301的導電體 1304平行於焊接地由封裝中引出，且力配合地接觸。框架1302具有用於引導拉杆通過的孔 1303。圖14示出了此實施方式的分解圖示。電池單元1401的封裝在其角部具有特殊的面 1405，所述面1405適合於與框架1402熱壓。電池單元的導電體1404在此放置為使得自動進行按約定的接觸。電池單元的封裝角部可進一步提供有孔1406，以引導拉杆通過，所述孔 1406與框架1402內相應的缺口 1403全等地放置。圖15示出了此實施例的分解圖示。帶有導電體1502、1503的電極堆疊1501封閉在封裝的上部分1506、框架1508和封裝的下部分1507之間。封裝的上部分和下部分裝配有圖15中圖示的成型元件，所述成型元件幫助導電體自動地按約定進行接觸。圖16示出了通過在圖19的下部分中圖示的原電池的三個不同的截面導引16a、 16b和16c。在此，圖16a示出了根據沿線1907的截面導引的截面，圖16b示出了根據沿線 1906的截面導引的截面，圖16c示出了根據沿線1905的截面導引的截面。圖16a示出了帶有電池頭1602和1603的電池堆疊1601，圖1 示出了通過框架1604的缺口 1605，且圖 16c示出了與圖16a垂直引導地通過電池單元的截面。圖17示出了本發明的此實施例的框架區域的放大的截面圖示。圖中圖示了框架 1704，所述框架1704與電池單元701的封裝薄膜702、703的兩個部分連接。圖18示出了由根據本發明的此實施方式的電池單元構成的電池堆疊。圖20示出了通過電池塊的截面， 帶有在圖19的上部分中圖示的截面導引。圖19示出了此截面圖示中放大的截面，其中與圖20相比可更清晰地看出在本發明的此實施方式中空間略微更有效地被使用。通過在圖 21的上部分中可識別的導電體2107的特定的形式構造，此導電體與鄰近電池單元的導電體2108電接觸，實現了電池塊的幾乎無間隙的結構。可看出電池堆疊2104、封裝2105的下側、封裝2106的上側、帶有缺口 2102的框架2101或2103。
權利要求
1.一種用於原電池的框架，所述原電池基本上包括帶有薄膜狀封裝的電極堆疊，從所述封裝中引出至少兩個導電體，其特徵在於，所述框架構造得使其在製造原電池時能夠與原電池的封裝固定連接。
2.根據權利要求1所述的框架，所述框架構造得使其在製造原電池時能夠與所述原電池的封裝材料接合地連接。
3.根據權利要求2所述的框架，所述框架構造得使其在製造原電池時無需添加另外的材料就能夠與所述原電池的封裝通過熱封過程材料接合地連接。
4.根據前述權利要求中任一項所述的框架，所述框架具有在構建電池塊時幫助裝配有所述框架的原電池進行對齊定向的結構。
5.根據前述權利要求中任一項所述的框架，帶有用於在構建電池塊時穿過拉杆的缺
6.一種帶有根據權利要求1至5中任一項所述的框架的原電池。
7.一種用於製造原電池的方法，其中，電極堆疊被包圍在薄膜狀封裝內，從所述封裝中引出至少兩個導電體，其特徵在於，在封閉所述封裝時使框架與所述封裝固定連接。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述框架與所述封裝材料接合地連接。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，在製造原電池時無需添加另外的材料所述框架就與所述原電池的封裝通過熱封過程材料接合地連接。
10.一種由多個帶有根據權利要求4所述的框架的原電池構建塊的方法，其中，原電池藉助於所述框架的結構對齊地定向。
11.一種由多個帶有根據權利要求5所述的框架的原電池構建塊的方法，其中，所述塊藉助於拉杆被穩定，所述拉杆被弓I導通過原電池的所述框架內的缺口。
12.—種由多個原電池構建塊的方法，帶有權利要求10和11的特徵。
全文摘要
一種用於原電池的框架，所述原電池由帶有薄膜狀封裝的電極堆疊組成，從此封裝中引出至少兩個導電體，所述框架構造得使其在製造原電池時可與原電池的封裝固定連接。在製造這種原電池時，在封裝封閉時框架與封裝固定地連接。
文檔編號H01M2/10GK102334211SQ201080009624
公開日2012年1月25日 申請日期2010年3月1日 優先權日2009年2月27日
發明者延斯·梅恩斯徹 申請人:鋰電池科技有限公司