本發(fā)明涉及一種用于制造棱柱形的電池單元的方法，其中，該電池單元具有陰極層、陽極層和至少兩個(gè)隔板層。

此外，本發(fā)明涉及一種按照該方法制造的棱柱形的電池單元以及一種安裝有這樣的棱柱形的電池單元的車輛。

背景技術(shù)：

應(yīng)用在汽車領(lǐng)域的鋰-離子-蓄電池由于體積利用率的原因經(jīng)常具有棱柱形的形狀。在單元?dú)んw的內(nèi)部具有例如扁平地壓裝的電池繞組（凝膠卷，jelly rolls），該電池繞組由陽極、陰極并且由隔板層卷成。在裝入電池繞組之后并且在氣密的關(guān)閉之前，單元?dú)んw以液態(tài)的電解質(zhì)進(jìn)行填注。例如，US 8,641,015 B2提出了這種棱柱形的電池單元，其具有四個(gè)布置在其中的電池繞組。

在本公開的范疇里被稱為陰極和陽極的這些電極的電接觸例如如下地進(jìn)行：兩個(gè)電極不是配合精確地疊置，而是在繞組軸線的方向上略微錯(cuò)開。該方法例如在DE 10 2012 213 420 A1中被描述。這樣，可以在電池繞組的一個(gè)敞開的窄側(cè)面處量取相應(yīng)的電極的負(fù)電壓并且在另一對(duì)置的敞開的窄側(cè)面處量取正電壓。凸出的金屬箔條的接觸利用焊接好的條形的由銅或者鋁制成的板材部件來實(shí)現(xiàn)，所謂的集電器。集電器在單元?dú)んw內(nèi)部的接觸和電流路徑穿過單元?dú)んw向外的穿引在設(shè)計(jì)上是要求特別高的。在將電池繞組裝入到單元?dú)んw中之后并且在關(guān)閉單元?dú)んw之后該單元?dú)んw通過在單元?dú)んw的蓋中的小的開口以電解質(zhì)進(jìn)行填注。作為在制造電池單元中的最后程序之一，該開口利用關(guān)閉元件關(guān)閉。

凝膠卷的其它的例子由US5,552,239和JP2009-266737已知。

US2012/0189888已知一種鋰-離子-電池單元，在該鋰-離子-電池單元中陰極層和陽極層連同在它們之間定位的隔板螺旋形地纏繞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在根據(jù)本發(fā)明用于制造棱柱形的電池單元的方法中，棱柱形的電池單元具有陰極層、陽極層和至少兩個(gè)隔板層，其中規(guī)定，在空間上彼此平行地并且關(guān)于繞組軸線平行地布置一個(gè)或者兩個(gè)繞組板、陰極層、陽極層和至少兩個(gè)隔板層，用于制造初始結(jié)構(gòu)，將該初始結(jié)構(gòu)繞繞組軸線進(jìn)行纏繞，用于制造電池繞組，將該電池繞組裝入到單元?dú)んw中，使陰極層和陽極層與集電體接觸，將該單元?dú)んw以液態(tài)的電解質(zhì)進(jìn)行填注并且將單元?dú)んw關(guān)閉。

在此，步驟的時(shí)間上的次序是任意的，在這些步驟中將電池繞組裝入到單元?dú)んw中，使陰極層和陽極層與集電體接觸并且將單元?dú)んw以液態(tài)的電解質(zhì)進(jìn)行填注。

按照一種有利的實(shí)施方式將剛好一個(gè)電池繞組裝入到單元?dú)んw中，其中，該電池繞組剛好具有一個(gè)陰極層且剛好具有一個(gè)陽極層。這導(dǎo)致在焊接時(shí)更少的花費(fèi)，因?yàn)閮H僅還必須將唯一的電池繞組焊接到電流導(dǎo)出器處。特別地，這導(dǎo)致在集電體中材料的節(jié)約，因?yàn)榧婓w不必再借助分支來引導(dǎo)到多個(gè)電池繞組處。在制造過程中可以看到以下優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楫?dāng)存在更少的零件時(shí)，省去其它的工作步驟?？梢葬槍?duì)每個(gè)電極采用唯一的、無分支的集電體。該集電體的輪廓可以被改變，因此同樣可以更簡(jiǎn)單地制造。陰極層和陽極層在本公開的范疇里可以稱為陰極、或者陽極或者共同也稱為電極。

按照一種實(shí)施方式，采用兩個(gè)繞組板和三個(gè)隔板層。由此在步驟a）中陰極層、陽極層和三個(gè)隔板層垂直于繞組軸線疊置地布置成層剁并且在層剁的上方和下方分別布置有平行于繞組軸線的繞組板，其中，層剁依次具有如下層：隔板層、陽極層、隔板層、陰極層、隔板層。在步驟b）中繞兩個(gè)繞組板進(jìn)行纏繞。

按照一種可替代的實(shí)施方式，采用一個(gè)繞組板和兩個(gè)隔板層，其中，在步驟a）中首先將陰極層和陽極層和兩個(gè)隔板層固定在繞組板上并且在步驟b）中繞繞組板進(jìn)行纏繞。在纏繞過程開始時(shí)，陽極和陰極在焊接面處與繞組板焊接。隔板層同樣固定在繞組板上，例如粘貼、壓縐、夾緊或者焊接，尤其是通過超聲波焊接或者激光焊接。

該可替代的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是不再需要長(zhǎng)的未覆層的電極邊緣。僅僅接觸面無覆層材料，在該接觸面處將繞組板與電極焊接。這導(dǎo)致更多的容量、更高的能量密度并且導(dǎo)致材料花費(fèi)的節(jié)約。

繞組板優(yōu)選構(gòu)造為扁平的板，例如，具有矩形的橫截面，其具有第一較長(zhǎng)側(cè)和第二較短側(cè)。繞組板例如由塑料制成，尤其是由PBT、PP、PE、PET或者PEAK制成。

按照一種優(yōu)選的實(shí)施方式在步驟d）中通過繞組板進(jìn)行陰極層和陽極層與集電體的接觸。在此，該繞組板在它的正面和它的背面具有用于接觸電極的焊接點(diǎn)和用于接觸集電體的接線面。在陰極的情況下焊接面例如是鋁條并且在陽極的情況下是銅條。

在纏繞過程的開始，陰極和陽極在焊接面處與繞組板焊接。在此，該焊接面例如垂直于或平行于繞組軸線或者基本上垂直于或基本上平行于繞組軸線，從而產(chǎn)生足夠的接觸并且此外在纏繞的過程中存在足夠的連接強(qiáng)度。在電極中優(yōu)選僅僅被焊接的接觸面無覆層材料。這導(dǎo)致更多的容量、更高的能量密度和材料花費(fèi)的節(jié)約。

根據(jù)一種實(shí)施方式，繞組軸線平行于繞組板的較長(zhǎng)側(cè)，從而初始結(jié)構(gòu)繞繞組板的較長(zhǎng)側(cè)進(jìn)行纏繞。陰極層和陽極層在該實(shí)施方式中通過焊接面固定在繞組板上，焊接面在繞組板較長(zhǎng)側(cè)上延伸。在此，接觸區(qū)域在繞組板較短側(cè)上延伸，通過該接觸區(qū)域集電體被接觸。

根據(jù)一種可替代的實(shí)施方式，繞組軸線平行于繞組板的較短側(cè)，從而初始結(jié)構(gòu)繞繞組板的較短側(cè)進(jìn)行纏繞。在此，焊接面可以在繞組板較短側(cè)上延伸，通過該焊接面陰極面和陽極面固定在繞組板上。

按照另一實(shí)施方式，繞組板具有接線面，該接線面與電池單元的端子對(duì)置。有利的是，由此可以裝入明顯縮短的集電體，用以電地橋接從端子到接觸區(qū)域的路徑。繞組板的接線面與焊接面電連接，在該焊接面上固定電極。

按照一種特別有利的實(shí)施方式，在步驟c）中電池繞組這樣地裝入到單元?dú)んw中，使得填注開口和/或破裂膜片處在繞組軸線的直線中。當(dāng)填注開口處在繞組軸線的直線中時(shí)，在以液態(tài)的電解質(zhì)填注時(shí)電池繞組需要更少的時(shí)間，用以浸透。在此，液體在填注時(shí)通過填注開口的通流方向理想地平行于繞組軸線。即使在電池單元損壞的情況下由此產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)的主方向平行于繞組軸線。由此使得在超壓的情況下液體或者氣體在破裂開口處溢出變得容易。"在繞組軸線的直線中"表示填注開口或者位于在繞組軸線上或者位于相對(duì)于繞組軸線有較小的距離里。

在具有兩個(gè)繞組板和三個(gè)隔板層的實(shí)施方式中，電極與集電體的焊接面優(yōu)選平行于繞組軸線地布置，從而在電池繞組裝入到單元?dú)んw中的情況下，當(dāng)填注開口和/或破裂薄膜處在繞組軸線的直線中時(shí)，同樣得到描述的優(yōu)點(diǎn)。

按照另一個(gè)方面，提供一種棱柱形的電池單元，該電池單元按照描述的方法中的一種進(jìn)行制造，其中，繞組板保留在單元?dú)んw中，尤其是電池繞組中。在本發(fā)明的范疇里描述的特征對(duì)應(yīng)地同樣適用于棱柱形的電池單元，該電池單元按照該方法進(jìn)行制造。

此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有電池的機(jī)動(dòng)車，其中，該電池具有至少一個(gè)這樣的電池單元。在此，該電池優(yōu)選與機(jī)動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接。該機(jī)動(dòng)車可以設(shè)計(jì)為純電動(dòng)車并且僅僅包括電的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?？商娲?，機(jī)動(dòng)車可以設(shè)計(jì)為混合車輛，該混合車輛包括電的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)。在一些變型中可以規(guī)定，混合車輛的電池在內(nèi)部可以通過發(fā)電機(jī)利用內(nèi)燃機(jī)多余的能量充電。在外部可充電的混合車輛（PHEV，插入式混合電動(dòng)車）附加設(shè)置如下的可能性，即該電池通過外部的電網(wǎng)充電。

附圖說明

在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例并且在接下來的描述中進(jìn)一步說明。

圖1在透視圖中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的棱柱形的電池單元，

圖2A、2B、2C示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的初始結(jié)構(gòu)和電池繞組，

圖3在透視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的電池繞組，

圖4在透視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的蓋組，

圖5在透視圖中示出了焊接有蓋組的電池繞組，

圖6A、6B在透視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的繞組板，

圖7在剖面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的初始結(jié)構(gòu)，

圖8A、8B在剖面圖和俯視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的電池繞組，

圖9A、9B在俯視圖中示出了傳統(tǒng)的和根據(jù)本發(fā)明的電極層的比較，

圖10A、10B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的繞組板的正面和背面，

圖11A、11B在剖面圖和一側(cè)的俯視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的電池繞組，

圖12A、12B在一側(cè)的俯視圖中示出了傳統(tǒng)的和根據(jù)本發(fā)明的蓋組和電池繞組的比較。

在本發(fā)明實(shí)施例的接下來的描述中利用相同或者相似的附圖標(biāo)記表示相同或者相似的部件和元件，其中，在個(gè)別情況下放棄對(duì)這些部件或者元件重復(fù)的描述。附圖僅僅示意性地示出了本發(fā)明的主題。

具體實(shí)施方式

圖1在透視圖中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的棱柱形的電池單元10＇。

該棱柱形的電池單元10＇為了清晰起見沒有示出單元?dú)んw并且包括四個(gè)緊靠并排布置的電池繞組12＇和一個(gè)蓋組46＇，其中，該蓋組46＇包括兩個(gè)端子14＇，由此該棱柱形的電池單元10＇從外部被電接觸。

此外，蓋組46配設(shè)有填注開口16＇和破裂膜片18＇。該填注開口16＇和破裂膜片18＇基本上位于關(guān)閉板47＇的中心，而端子14＇位于關(guān)閉板47＇邊緣。電池繞組12＇被裝入到單元?dú)んw中并且以液態(tài)的電解質(zhì)進(jìn)行填注。通過箭頭勾畫出液態(tài)的電解質(zhì)的流入方向20＇。在此，液態(tài)的電解質(zhì)在圖1中通過填注開口16＇垂直地注入并且然后水平地進(jìn)入到電池繞組12＇中，該電池繞組以液態(tài)的電解質(zhì)浸透。之后利用蓋組46進(jìn)行單元?dú)んw的關(guān)閉。

圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的初始結(jié)構(gòu)22，其中，該初始結(jié)構(gòu)22包括層剁24以及在層剁24的上方和下方的兩個(gè)彼此對(duì)置的繞組板26。繞組板26平行于繞組軸線40地布置，該繞組軸線例如在此處于繞組板26之間的中心。

層剁24包括三個(gè)隔板層28，一個(gè)陰極層30和一個(gè)陽極層32，其中，在所示的實(shí)施方式中層的順序確定為隔板層28、陽極層32、隔板層28、陰極層30、隔板層28。

圖2B示出了初始結(jié)構(gòu)22的一種可替代的實(shí)施方式，其中，繞組板26彼此錯(cuò)開地布置在層剁24的上方和下方。繞組軸線40在此再次位于例如在繞組板26之間的中心。

隔板層28、陰極層30和陽極層32可以例如由具有繞組板26的繞組裝置的連續(xù)帶或者滾軸進(jìn)行輸送。

圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的電池繞組12，該電池繞組在繞繞組軸線40纏繞的情況下在旋轉(zhuǎn)450?之后由在圖2A中所示的初始結(jié)構(gòu)22中產(chǎn)生。

陽極層32和陰極層30彼此縱向地以一偏差34錯(cuò)開地布置，例如，通過在連續(xù)帶上的下料，使得在電池繞組12的末端處，在圖2C中在上側(cè)和下側(cè)分別形成用于陰極的第一接線面36和用于陽極的第二接線面38。

之后兩個(gè)繞組板26可以被去除或者可以保留在電池繞組12中。優(yōu)選地，在該實(shí)施方式中兩個(gè)繞組板被去除，用以減少棱柱形的電池單元10的單位體積重量。

圖3示出了電池繞組12，該電池繞組由在圖2C中所示的布置方式在擠壓步驟之后產(chǎn)生。電池繞組12包括纏繞的層62，其中，在外側(cè)典型地布置有隔板層28中的一個(gè)。此外，電池繞組12在擠壓后在外側(cè)地包括用于與集電體42、44接觸的陰極的第一接線面36和陽極的第二接線面38。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的蓋組46，以及陰極的第一集電體42和陽極的第二集電體44。如由現(xiàn)有技術(shù)已知，蓋組包括蓋板47，其具有布置在其上的填注開口16和破裂薄膜18和端子14。

電池繞組12可以這樣地裝入到單元?dú)んw中，使得液態(tài)的電解質(zhì)的流入方向20（在圖3中示出）平行于填注開口16和/或平行于破裂薄膜18。

在圖5中示出了蓋組46和電池繞組12的組裝，其中，接線面36、38與相應(yīng)的集電體42、44焊接。在棱柱形的電池單元10的殼體中，有利的是僅僅布置有唯一的電池繞組12，這意味著提高了能量密度。

圖6A和圖6B從正面（圖6A）和背面（圖6B）示出了繞組板26。

繞組板26例如由塑料板48構(gòu)成。該塑料板48具有矩形的基面，該基面具有較長(zhǎng)側(cè)50和較短側(cè)52。

在該實(shí)施例中繞組軸線40平行于較長(zhǎng)側(cè)50布置。陰極層30的第一焊接面54處于較長(zhǎng)側(cè)50處并且對(duì)應(yīng)的陽極層32的第二焊接面56處于繞組板26的背面上。該焊接面54、56與接線面36、38電連接，這些接線面處于繞組板26的較短側(cè)52處。焊接面54、56通過絕緣區(qū)段58與相反極性的接線面36、38隔開。

陰極層30的第一焊接面54和陰極層30的第一接線面36例如由鋁組成，而陽極層32的第二焊接面56和陽極層32的第二集電體44可以由銅組成。

圖7示出了初始結(jié)構(gòu)22，其具有所述繞組板26、兩個(gè)隔板層28、一個(gè)陰極層30和一個(gè)陽極層32，其中，繞組板26如參考圖6A和圖6B所描述的那樣進(jìn)行設(shè)計(jì)。示出的是沿著圖6A的線A-A的剖面圖。利用箭頭示出了初始結(jié)構(gòu)22的繞組方向60。陰極層30焊接在第一焊接面54上并且陽極層32焊接到第二焊接面56上。第二隔板層28在此例如彼此對(duì)置地布置并且陰極層30和陽極層32彼此絕緣。

圖8A示出了電池繞組12，該電池繞組在圖7中所示的初始結(jié)構(gòu)22纏繞之后產(chǎn)生。繞組板26處于電池繞組12的中心，該繞組板實(shí)現(xiàn)陰極層30和陽極層32與集電體42、44的接觸。纏繞的層62圍繞所述繞組板26。

圖8B示出了電池繞組12一側(cè)的俯視圖，該電池繞組在圖7中所示的初始結(jié)構(gòu)22繞線圈軸線40纏繞之后產(chǎn)生。在圖8A中所示的布置在此以90?旋轉(zhuǎn)示出。接線面36、38在側(cè)旁從纏繞的層中凸出來，從而與蓋組46的接觸能如在圖5中所示地進(jìn)行，其中，接線面36、38與對(duì)應(yīng)的集電體42、44焊接。

圖9A示出了傳統(tǒng)的電極30＇、32＇，電極具有接線面36＇、38＇，該接線面完全地在電極30＇、32＇的縱向側(cè)70＇上延伸，其中，縱向側(cè)70＇長(zhǎng)于橫向側(cè)72＇。

在圖9B中示出了根據(jù)本發(fā)明的電極30、32，其中，該電極如所描述那樣具有焊接面54、56，該焊接面在電極30、32的橫向側(cè)72上延伸。與傳統(tǒng)電極30＇、32＇的可利用活性材料覆層的面64＇相比，根據(jù)本發(fā)明的電極30、32的可利用活性材料覆層的面64增大。

圖10A和圖10B示出了對(duì)應(yīng)于如在圖6A和6B中的繞組板26的另一實(shí)施方式。

在圖6A和圖6B中繞組軸線40平行于繞組板26的較長(zhǎng)側(cè)50延伸，而根據(jù)該實(shí)施方式繞組軸線40平行于繞組板26的較短側(cè)52布置。相應(yīng)地陰極層30的第一焊接面54和陽極層32的第二焊接面56在繞組板26的短的一側(cè)52上延伸。繞組板26在其較長(zhǎng)側(cè)50上具有兩個(gè)凸起68，這兩個(gè)凸起可以實(shí)現(xiàn)與集電體42、44的接觸。由此，縮短了到端子14的路程，如參考圖12進(jìn)一步說明。焊接面54、56與接線面36、38電連接，這些接線面布置在繞組板26的凸起68處。

在纏繞過程之前將陰極層30焊接到第一焊接面54上并且將陽極層32焊接到第二焊接面56上，并且布置兩個(gè)隔板層28，其中，當(dāng)根據(jù)在圖10A中所示的線B-B進(jìn)行切割時(shí)，產(chǎn)生了參考圖7描述的初始結(jié)構(gòu)22。

圖11A示出了電池繞組12，該電池繞組由參考圖10描述的布置產(chǎn)生，具有繞組板26和纏繞的層62。

圖11B在一側(cè)的俯視圖中示出了電池繞組12。繞組板26的凸起68形成了用于端子14的接線面36、38。

圖12A和圖12B示出了繞組板12與蓋組46的端子14的接觸的路程縮短，其利用參考圖10A、10B、11A和11B描述的實(shí)施方式（圖12A）與參考圖6A、6B、8A和8B描述的實(shí)施方式的對(duì)比得到。

本發(fā)明不局限于在此描述的實(shí)施例和在此強(qiáng)調(diào)的方面。確切地說，在通過權(quán)力要求書給出的范圍內(nèi)多種在本領(lǐng)域技術(shù)人員處理的范疇里的變型是可以實(shí)現(xiàn)的。