专利名称：具有电绝缘壳体的电化学电池的制作方法
技术领域：
本申请总体上涉及电池和电池系统领域。更具体而言，本申请涉及可以在车辆应用中使用以提供用于所述车辆的动力的至少一部分的电池和电池系统。
背景技术：
与使用内燃机的更加传统的气动车辆相比，其动力的全部或者一部分使用电功率的车辆(例如，被统一称为“电动车”的电动车(EV)、混合动力车(HEV)、插入式混合动力车 (PHEV)等等)可以提供多个优点。例如，与使用内燃机的车辆相比，电动车可以产生较少的不期望的排放物并且可以表现出更大的燃油效率(并且在一些情况下，这种车可以完全不使用汽油，如某些类型的PHEV的情况)。随着电动车技术不断进步，需要对于这种车辆提供改善的功率源(例如，电池系统或者模块)。例如，在不需要对电池进行重新充电的情况下期望增加这种车辆可以行驶的距离。还期望改善这种电池的性能并且降低与电池系统相关的成本。继续研究的一个改善方面是电池化学性方面。早期的电动车系统采用镍金属混合 (NiMH)电池作为动力源。随着时间的过去，不同的添加剂和修改改善了 NiMH电池的性能、 可靠性和实用性。最近，制造商开始研究可以在电动车中使用的锂离子电池。使用锂离子电池对于车辆应用来说具有几个优点。例如，锂离子电池比NiMH电池具有较高的电荷密度和特定功率。另一方面，锂离子电池可以在存储相同电荷量的同时比NiMH电池更小，这能够允许电动车的重量和空间节省(或者可选地，该特征可以允许制造商在不增加车辆重量或者由电池系统占用的空间的情况下对该车辆提供更大的功率量)。通常已知的是锂离子电池与NiMH电池不同地操作并且会呈现出与NiMH电池技术中所呈现的不同设计和工程挑战。例如，锂离子电池与相当的NiMH电池相比较会更易于受到电池温度变化的影响，并且因而会在车辆操作期间使用系统来调节锂离子电池的温度。 锂离子电池的制造也呈现出对于该电池化学性独特的挑战，并且正在研究新的方法和系统来解决这样的挑战。期望提供一种用于在电动车中使用的改善的电池模块和/或系统，其解决了与在这种车辆中使用的NiMH和/或锂离子电池相关联的一个或者多个挑战。还期望提供一种电池模块和/或电池系统，其包括通过浏览本公开将变得显而易见的有利特征中的一个或者多个
发明内容
示范性实施例涉及一种包括被配置成容纳电池单元元件的壳体的电化学电池。所述壳体具有电绝缘材料，所述电绝缘材料设置在其内表面的至少一部分上以防止所述壳体和所述电池单元元件之间的电接触。另一示范性实施例涉及一种制造电化学电池单元的方法。所述方法包括向壳体的内表面施加电绝缘材料。所述方法还包括将电池单元元件插入所述壳体中。
图1是根据示范性实施例包括电池模块的车辆的透视图。图2是根据示范性实施例包括电池模块的车辆的剖视示意图。图3是根据示范性实施例的电化学电池单元的透视图。图4是图3所示的电化学电池单元沿着图3的线4-4截取的部分截面图。图5是根据示范性实施例电化学电池的电极和间隔体的部分截面图。图6是根据示范性实施例具有凝胶卷(jelly roll)结构的电池单元元件的立体图。图7是图6所示的电池单元元件沿图6中的线7-7截取的截面图。图8是根据示范性实施例插入在壳体中的电池单元元件的部分截面图，所述电池单元元件具有设置在其上的电绝缘材料。图9是根据示范性实施例插入在壳体中的电池单元元件的部分截面图，所述壳体具有设置在其内表面上的电绝缘材料。图10是根据示范性实施例具有用于向壳体的内表面施加电绝缘材料的涂覆器 (applicator)的涂覆系统的示意图。图11是根据另一示范性实施例具有用于向壳体的内表面施加电绝缘材料的涂覆器的涂覆系统的示意图。图12是根据示范性实施例用于向壳体的内表面施加电绝缘材料的涂覆器的部分示意图。图13是根据另一示范性实施例用于向壳体的内表面施加电绝缘材料的涂覆器的部分示意图。图14是根据示范性实施例用于向壳体的底部部分施加电绝缘材料的涂覆器的端部的透视图。图15是根据另一示范性实施例用于向壳体的底部部分施加电绝缘材料的涂覆器的端部的透视图。图16是根据示范性实施例用于制造电化学电池单元的方法的流程图。
具体实施例方式图1是汽车(例如，小汽车)形式的车辆10的透视图，所述车辆10具有用于提供车辆10的动力的全部或者一部分的电池系统20。这种车辆10可以是电动车(EV)、混合电动车(HEV)、插入式混合电动车(PHEV)、或者使用用于推动力的电功率的其它类型车辆(将其统称为“电动车”)。尽管在图1中将车辆10示出为小汽车，但是根据其它示范性实施例，车辆的类型可以不同，所有这些都旨在落入本公开的范围内。例如，车辆10可以是卡车、公共汽车、工业车辆、摩托车、娱乐车、轮船，或者对于其推动力的全部或者一部分可以得益于电功率的使用的任何其它类型车辆。尽管在图1中将电池系统20示为位于车辆后备箱或后部中，但是根据其它示范性实施例，电池系统20的位置可以不同。例如，可以基于车辆之内的可用空间、车辆的期望重量平衡、与电池系统20 —起使用的其它部件(例如电池管理系统、通风孔或冷却装置等) 的位置和各种其它考虑来选择电池系统20的位置。图2示出了根据示范性实施例以HEV形式提供的车辆10的剖视示意图。朝向车辆10的后部，靠近燃料箱12设置电池系统20(可以紧靠燃料箱12设置电池系统20或可以在车辆10后部(例如后备箱)中的独立间隔中设置电池系统，或可以设置于车辆10中的别处)。在车辆10使用汽油动力来推进车辆10时，设置内燃机14。还设置电动机16、功率分配装置17和发电机18作为车辆驱动系统的一部分。可以仅由电池系统20、仅由发动机14、或者由电池系统20和发动机14 二者来对这种车辆10供电或者驱动这种车辆10。应该注意到，根据其它示范性实施例，可以使用用于车辆驱动系统的其它类型的车辆和结构，并且不应认为图2的示意性示例限制了本申请中描述的主题的范围。根据各种示范性实施例，电池系统20的尺寸，形状和位置、车辆10的类型、车辆技术的类型(例如，EV、HEV、PHEV等等)以及电池化学性等等可以与所示出和描述的不同。根据示范性实施例，电池系统20包括电化学电池或者电池单元24，并且包括用于将电化学电池单元M彼此连接和/或连接到车辆电气系统的其它部件，并且还用于调节电池系统20的电化学电池单元M和其它特征的特征或者部件。例如，电池系统20可以包括用于监控和控制电池系统20的电气性能、用于管理电池系统20的热行为、流出物(例如可以通过排风口从电池单元M排出的气体)的容纳和/或引导以及电池系统20其它方面的特征。现在参考图3，示出了根据示范性实施例的电化学电池单元的等距视图。电池系统包括多个这样的电化学电池或者电池单元M(例如，锂离子电池单元、镍金属混合电池单元、锂聚合物电池单元等等，或者现在已知或以后研究的其它类型电化学电池单元)。根据示范性实施例，电化学电池单元M通常是被配置成存储电荷的圆柱形锂离子电池单元。根据其它示范性实施例，电池单元M可以具有其它物理结构(例如，椭圆形、棱柱形、多边形等等)。电池单元M的容量、尺寸、设计、端子结构以及其它特征也可以与根据其它示范性实施例示出的不同。图4是如图3所示的电池单元M沿着图3中的线4-4截取的部分截面图。根据示范性实施例，电池单元M包括容器或者壳体25、盖帽或者盖体42、底部部分(未示出) 以及电池单元元件30。根据示范性实施例，壳体25可以由诸如金属的导电材料(例如铝或者铝合金、铜或者铜合金等等)构成。根据示范性实施例，电池单元元件30是缠绕的电池单元元件。根据另一示范性实施例，电池单元元件30可以是棱柱形或者椭圆形电池单元元件。根据示范性实施例，电池单元元件30包括至少一个阴极或者正电极36、至少一个阳极或者负电极38、以及一个或者多个间隔体32，34。间隔体32、34设置在正负电极36、38的中间或者之间，以使得电极36、38彼此电隔离。根据示范性实施例，电池单元M包括电解质(未示出)。根据示范性实施例，电解质通过填充孔41设置在电池单元M的壳体25 中。电池单元M还包括负集电器40以及正集电器39 (例如如图8-9中所示)。负集电器40和正集电器39是用于将电池单元元件30的电极36、38耦合到电池单元M的端子 26,28的导电部件。例如，负集电器40将负电极38耦合到负端子28，正集电器39将正电极36耦合到电池单元M的正端子沈(例如经由壳体25)。根据示范性实施例，集电器利用焊接操作(例如激光焊接操作)耦合到电极。根据示范性实施例，电池单元元件30具有缠绕结构，其中电极36、38以及间隔体 32、34缠绕在以管或者心轴50形式设置的部件或者元件周围。可以可选地将这种结构称为凝胶卷结构。尽管所示出的心轴50设置为具有通常圆柱形形状，但是根据其它示范性实施例，心轴50可以具有不同的结构(例如，可以具有椭圆形或者矩形截面形状等等)。应该注意，尽管将电池单元元件30表示为具有通常的圆柱形形状，但是电池单元元件30也可以具有不同的结构(例如，可以具有椭圆形、棱柱形、矩形或者其它期望的截面形状)。根据另一示范性实施例，电化学电池单元M可以是具有棱柱形的棱柱形电池单元或者堆叠的电池单元元件(未示出)。在这种实施例中，将正负电极36、38设置为以交替方式彼此堆叠在一起的板，其中间隔体32、34设置在正负电极36、38的中间或者之间，以使得电极36、38彼此电隔离。根据示范性实施例，如在图5所示的部分截面图中所示，正电极36与负电极38沿轴向方向偏离。因此，在电池单元元件30的第一端部处，缠绕的正电极36将比负电极38 进一步延伸，并且在电池单元元件30的第二(相对)端部处，负电极38将比正电极36进
一步延伸。这种结构的一个优点在于，集电器可以连接到电池单元M的一个端部处的特定电极而不与相反极性的电极接触。例如，根据示范性实施例，负集电器40(例如，如图4所示)可以在电池单元元件30的一个端部处连接到暴露的负电极38，并且正集电器(例如， 如图8-9中所示)可以在电池单元元件30的相对端部处连接到暴露的正电极36。根据示范性实施例，负集电器40将负电极38电连接到电池单元M的负端子观。 如图4所示，负端子28通过绝缘体44与壳体25的盖体42绝缘。根据示范性实施例，正集电器39 (例如，如图8-9中所示)将正电极36电连接到壳体25的底部。壳体25电连接到盖体(例如，如图4所示)，盖体42又电连接到正端子26。图6-7示出了缠绕的电池单元元件30的示范性实施例(例如，凝胶卷)，其中电极 36、38和间隔体32、34(未示出)缠绕在以心轴50形式设置的部件或者元件(例如，体、中心部件、轴、杆、管等等)周围。根据示范性实施例，可以使用粘合剂或者胶带48(例如，如图6所示)来使电绝缘包装或膜46 (例如，如图4和6所示)位于电池单元元件30周围， 以至少部分地使电池单元元件30与壳体25电绝缘。根据示范性实施例，膜46是聚酰亚胺材料，例如可从杜邦公司购买到的商标为Kapton 的聚酰亚胺材料。根据示范性实施例，心轴50以细长空管52的形式设置并且被配置成允许来自电化学电池单元内侧的气体从电化学电池单元的一个端部(例如，顶部)流到电化学电池单元的另一个端部(例如，底部)。根据另一示范性实施例，可以将心轴50设置为实管。
例如，在图7中将心轴50示出为设置在电池单元元件30的中心内。根据示范性实施例，心轴50不一直延伸到电池单元元件30的正顶部和正底部。根据其它示范性实施例，心轴50可以一直延伸到电池单元元件30的顶部和/或底部。仍然参考图6-7，根据示范性实施例，心轴50包括接合到空管52的端部的至少一个(即，一个或者多个)元件或者驱动部件60。根据示范性实施例，驱动部件60被配置成使空管52与电极36、38电绝缘。根据另一示范性实施例，空管52可以设置为与所述电极中的一个电接触，同时与另一电极电绝缘。例如，根据示范性实施例，空管52可以电耦合到正电极36 (或者负电极38)，而空管52通过驱动部件60与负电极38 (或者正电极36)电隔
1 O根据示范性实施例，驱动部件60由诸如聚合物材料或者其它适合材料(例如，塑料树脂)的电绝缘材料形成，并且空管52由诸如金属材料或者其它适合材料(例如，铝或者铝合金)的导电(导热)材料形成。根据另一示范性实施例，驱动部件60由诸如金属材料或者其它适合材料(例如，铝或者铝合金)的导电(导热)材料形成，并且空管52由诸如聚合物材料或者其它适合材料(例如，塑料树脂)的电绝缘材料形成。根据另一示范性实施例，驱动部件60和空管52由诸如聚合物材料或者其它适合材料(例如，塑料树脂)的电绝缘材料形成。上述心轴50的一个有利特征是耦合到空管52的驱动部件60将正负电极36、38 彼此电绝缘。此外，在心轴50的空管52由相对低成本材料(例如吸入的铝管或者伸出的铝管)形成时，与整个组件由聚合物材料制成的其它心轴相比较，心轴50可以具有较低成本。根据其它示范性实施例，可以使用不包括心轴50或者驱动部件60 (例如棱柱电池单元元件)的电池单元元件30的其它结构。此外，尽管根据示范性实施例示出的图4和图 6中的电池单元M具有邻近电池单元M的顶部的暴露的负电极38以及邻近电池单元M 的底部的暴露的正电极36，但是根据其它示范性实施例，电池单元元件30的取向(因而集电器的位置)可以反向。此外，根据其它示范性实施例，电池单元M的端子沈、观可以设置在电池单元M的相对端部上(例如负端子28可以设置在电池单元M的顶部上并且正端子沈可以提供在电池单元M的底部上)。现在参照图8-9，根据示范性实施例将电池单元元件30表示为插入到壳体25中。 根据示范性实施例，电池单元元件30包括耦合到电池单元元件30的端部的正集电器39以使得其耦合到电池单元元件30的至少一个正电极36。正集电器39被配置成耦合到壳体 25的底部部分(例如通过诸如激光焊的焊接操作)。根据示范性实施例，壳体25的底部部分包括被配置成与壳体25分离以根据需要从电化学电池单元M释放高压气体和/或流出物的通风孔70。在通风孔70的较外边缘或者外围处设置凹槽72，并且凹槽72被配置成断裂以辅助通风孔70与壳体25分离。如图8所示，电绝缘的包装或者膜46被设置在电池单元元件30周围。膜46被配置成将电池单元元件30至少部分地与壳体25电绝缘。如图8所示，膜46可以覆盖电池单元元件30的垂直侧的一部分以及电池单元元件30的水平侧(即底部)的一部分。根据其它各种示范性实施例，膜46可以仅覆盖电池单元元件30的垂直侧的一部分或者电池单元元件30的水平侧(即底部)的一部分。根据示范性实施例，膜46可以是聚合物材料(例如以聚乙烯或者聚丙烯为例)。根据示范性实施例，在形成电池单元元件30之后(例如在缠绕或者堆叠电池单元元件30之后)膜46被设置在电池单元元件30周围。根据另一示范性实施例，在缠绕的电池单元元件30的情况下，可以通过立即在形成电池单元元件30之后的附加时间在电池单元元件30周围包装间隔体32、34来形成膜46(例如在电池单元元件30周围缠绕间隔体 32、34附加的圈)。根据图9所示的另一示范性实施例，在壳体25的内表面上设置电绝缘涂层 146(例如材料、层、膜等等)以至少部分地将电池单元元件30与壳体25电绝缘。根据示范性实施例，涂层146可以覆盖壳体25的内侧的全部或者实质的一部分以及壳体25的底部部分的全部或者一部分。根据其它示范性实施例，涂层146可以覆盖壳体25的内侧的全部或者实质上一部分或者壳体25的底部部分的全部或者一部分。涂层146可以补充或者可以代替绝缘包装或者膜(例如膜46)使用。根据示范性实施例，在壳体的内表面上设置、施加、喷涂或者涂覆涂层146。根据各种示范性实施例，可以使用向壳体25的内表面施加涂层146的任何适合的方法。例如，可以通过热喷涂(例如等离子体电弧)、干法涂敷(例如粉末涂覆)、湿法涂敷、或者搪瓷涂敷工艺向壳体25的内表面施加涂层146。根据示范性实施例，使用喷涂工艺向壳体25的内表面施加涂层146。根据示范性实施例，涂层146具有在大约50微米到1000微米范围内的厚度。根据其它示范性实施例， 取决于电绝缘的应用、期望量等等，涂层146的厚度可以更小或者更大。涂覆材料可以是具有适合的电绝缘特性的材料。在各种示范性实施例中，电绝缘涂覆材料包括诸如锡氧化物、铝氧化物、钛氧化物、锌氧化物和/或锆氧化物的金属氧化物。使用金属氧化物作为涂覆材料的一个有利特征在于金属氧化物在电绝缘的同时还可以具有相对高的热导率。在一些实施例中，涂覆材料还可以包括诸如聚丙烯或者聚乙烯的粘结剂。根据其它示范性实施例，涂覆材料可以是任何适合的非导电材料(例如陶瓷、塑料、 聚合物等等)。根据示范性实施例，涂覆材料包括金属氧化物颗粒。根据一个示范性实施例，金属氧化物颗粒具有在大约10微米到50微米范围内的平均直径。根据其它示范性实施例，取决于期望的应用、电绝缘的量、涂层厚度等等，金属氧化物颗粒的平均直径可以更小或者更大。根据示范性实施例，金属氧化物颗粒涂覆有粘结剂材料(例如聚丙烯或者聚乙烯)。在各种实施例中，将涂覆材料和壳体25充电到相反极性以有助于将涂覆材料粘附到壳体25。根据示范性实施例，以粉末(干法)形式将涂覆材料施加到壳体25。根据其它示范性实施例，以液体(湿法)形式将涂覆材料施加到壳体(例如金属氧化物颗粒悬浮在液体粘结剂或者载体材料中以形成类似油漆的物质)。在各种示范性实施例中，将涂覆材料加热到至少100摄氏度以从涂覆材料去除任何水。根据其它各种示范性实施例，对涂覆材料和壳体25均预加热到100到200摄氏度之间。根据示范性实施例，在壳体25的内表面上设置涂覆材料时将粘结剂材料熔化到适当位置，因而将金属氧化物颗粒(或者其它电绝缘材料)锁定到适当位置。在各种示范性实施例中，在涂覆工艺之后大约2到20秒内涂覆材料被大部分固化。例如，如果在涂覆之前将涂覆材料和壳体25都加热到大约100到200摄氏度的温度， 则在涂覆工艺之后涂覆材料在20秒内大约80%被固化，这足以防止涂覆材料不期望地扩散。此外，由于允许壳体25冷却，因此固化工艺可以继续直到完成。根据示范性实施例，电化学电池单元M可以包括设置在电池单元元件30周围的包装(例如如图8所示的包装46)以及设置在壳体25内表面上的涂层(例如如图9所示的涂层146)。例如，具有设置在电池单元元件30外周周围的绝缘膜46的电池单元元件30 可以被插入壳体25中，该壳体25具有设置在壳体25的底部部分的全部或者一部分上的涂层146。在该实施例中，膜46将提供电池单元元件30的外围和壳体25的内侧之间的电绝缘，并且涂层146将提供电池单元元件30的底部和壳体25的底部部分之间的电绝缘。图10示出了用于形成涂层146的系统100的一个示范性实施例。系统100包括容纳涂覆材料以形成涂层146的容器110、传输管或者软管112以及涂覆器120。根据各种示范性实施例，取决于要被涂覆的壳体25的类型、涂层的类型、涂层的期望厚度等等，涂覆器120可以具有任何尺寸和形状。根据各种示范性实施例，以粉末(干法)形式或者液体 (湿法)形式向壳体25施加涂覆材料。根据示范性实施例，涂覆器120包括通常为圆柱形的主体122，所述主体122包括设置在主体122的外周上的多个孔或者孔径124。将涂覆材料从容器110中提供、引入或者以其它方式馈送到涂覆器120中。例如，可以连同容器110—起提供泵(未示出)以向涂覆器120提供被加压的涂覆材料。根据另一示范性实施例，可以以其它方式(例如通过空气)对涂覆材料进行加压。根据另一示范性实施例，可以将涂覆材料重力馈送到涂覆器 120。根据示范性实施例，将涂覆器120放置在壳体25内侧。然后将涂覆材料溅射到壳体25的内表面上。根据示范性实施例，旋转涂覆器120以使得迫使涂覆材料经过孔径 124(例如单独地，或者通过泵、空气压力、离心力等等的组合)并且分配到壳体25的内表面。根据另一示范性实施例，可以相对于涂覆器120旋转壳体25。根据另一示范性实施例， 涂覆器120和壳体25可以相对于彼此旋转。根据示范性实施例，移动涂覆器120，使得其(即水平、垂直等等)插入到壳体25 中以涂覆壳体25的内表面。根据另一示范性实施例，壳体25相对于涂覆器120移动。根据另一示范性实施例，涂覆器120和壳体25相对于彼此移动。根据特定的示范性实施例，因为在许多电池单元设计中，电极之一导电连接到壳体25的底部(例如通过集电器)，所以在涂覆器120的底部处或者附近不设置喷涂孔径IM 以避免涂覆壳体25的底部部分的全部或者一部分。根据示范性实施例，可以仅在涂覆器 120的底部上、或者在涂覆器120的侧面和底部二者上设置喷涂孔径。根据示范性实施例，喷涂孔径124在涂覆器120的主体122的侧面周围均勻地间隔开。然而，根据其它示范性实施例可以改变喷涂孔径124的间隔。最佳间隔的确定是几个变量的函数，包括但不限于孔径尺寸、涂层粘度、期望的涂层厚度和/或旋转速度。根据包括但不限于所选择的涂覆材料、期望的涂层厚度等等，可以改变喷涂孔径124的形状和尺寸。根据另一示范性实施例，例如如图14和15所示，涂覆器620、720可以具有沿着涂覆器620、720的主体622、722的底侧放置的孔或者孔径624、724。如图14所示，孔径624沿着主体622的底部的外部边缘(即沿着外周)放置以仅沿着壳体25的底部部分的一部分提供涂覆材料。如图15所示，孔径7M通常在主体722的整个底侧上均勻间隔开。然而， 根据其它示范性实施例，可以以其它方式设置和/或配置孔径624、724。根据另一示范性实施例，涂覆器620、720可以包括位于涂覆器620、720的主体 622、722的底部上的孔径624、724(例如如图14-15所示)以及沿着涂覆器620、720的主体 622,722的侧面的孔径(未示出)(与图10-12所示的孔径1M、2M、3M类似)，以使得可以向壳体25的内侧和壳体25的底部部分同时提供涂覆材料。参考图10，根据各种示范性实施例，通过向涂覆器120的主体122提供涂覆材料来实现涂覆材料的施加。通过旋转涂覆器120产生的离心力有助于在壳体25的内表面上分配或者喷涂涂覆材料。在一些实施例中，对所述涂覆材料进行加压。这帮助向涂覆器120 的全部喷涂孔径1 提供涂覆材料的恒定供应，并且可以有助于涂覆材料在壳体25的内表面上的喷涂。在各种示范性实施例中，在涂覆器120开始旋转之前将涂覆材料引入到该涂覆器 120。在其它实施例中，在引入涂覆材料之前，涂覆器120旋转。在一些实施例中，在向涂覆器120提供涂覆材料之前使涂覆器120进入完全旋转速度。在大多数实施例中，在涂覆器 120停止旋转之前停止涂覆材料的流动以使得涂覆材料从涂覆器120滴落到壳体25的底部最小化。现在参考图11，示出了根据示范性实施例的系统200。系统200包括容纳要被提供到壳体25的内表面上的涂覆材料的容器210。将来自容器210的涂覆材料经由传输管 212传输到涂覆器220。根据示范性实施例，传输管212包括连接到第二部分216的第一部分214，该第二部分216又连接到第三部分218。根据示范性实施例，将部分214、216、218 配置为允许涂覆器220移动进入和离开壳体25的叠缩部分。根据另一示范性实施例，壳体 25可以相对于涂覆器220移动，或者涂覆器220和壳体25可以相对于彼此移动。根据各种示范性实施例，可以在压力下向涂覆器220提供涂覆材料或者可以进行重力馈送。涂覆器220与如图10所示的涂覆器120类似。涂覆器220包括通常为圆柱形的主体222，所述主体222包括在主体222的外表面上设置的多个孔或者孔径224以向壳体 25的内表面分散涂覆材料。还配置涂覆器220以相对于壳体25的纵轴旋转。现在参考图12，示出了根据另一示范性实施例的涂覆器320。涂覆器320包括喷涂喷嘴322，该喷涂喷嘴322包括沿着喷嘴322的外周设置的多个孔或者孔径324。根据各种示范性实施例，涂覆器320可以具有比图12所示的更多或者更少数量的孔径324(例如可以进一步分离、更加接近、垂直堆叠、以之字形等等设置孔径)。根据其它示范性实施例， 孔径3M可以具有不同的形状(例如椭圆形、菱形、方形等等)和/或尺寸。根据示范性实施例，涂覆器320被配置成移动进入和离开壳体25，以涂覆壳体25 的内表面。根据另一示范性实施例，壳体25可以相对于涂覆器320移动，或者涂覆器320 和壳体25相对于彼此移动。涂覆器320还被配置成相对于涂覆器320的中心轴旋转。根据各种示范性实施例，可以在压力下向涂覆器320提供涂覆材料或者可以将涂覆材料重力馈送到涂覆器320。现在参考图13，示出了根据另一示范性实施例的涂覆器420。涂覆器420包括喷涂喷嘴422，喷涂喷嘴422包括被配置成在壳体25的内表面上提供或者喷涂涂覆材料的多个孔或者孔径424。与图12所示的涂覆器320类似，涂覆器420被配置成移动进入或者离开壳体25并且还关于壳体25的中心轴旋转。根据另一示范性实施例，在棱柱形壳体的情况下，涂覆器420可以关于壳体25纵向移动。根据各种其它示范性实施例，壳体25可以相对于涂覆器420移动(例如进出、上下、侧到侧等等)，或者涂覆器420和壳体25可以相对于彼此移动(例如进出、上下、侧到侧等等)。从图13可以看出，涂覆器420被配置成沿从喷嘴422的端部向外的基本上单个方向上喷涂涂覆材料。与被配置成从涂覆器320的喷嘴322的圆周向外喷涂涂覆材料的涂覆器320(如图12所示)相反，这允许对向壳体25的内表面施加涂覆材料的更大控制。例如，可以与棱柱形壳体(未示出)结合使用涂覆器420。首先将涂覆器420放置在棱柱形壳体内。沿着棱柱形壳体的第一侧喷涂(例如沉积、设置、施加等等)涂覆材料， 喷嘴422的孔径4M面向壳体的第一侧。然后涂覆器420将旋转90度以喷涂壳体的第二侧，喷嘴42的孔径4M现在面向壳体的第二侧。将重复该工艺直到棱柱形壳体的全部侧面 (和/或底部的全部或者部分)都涂覆有涂覆材料。应该注意到，本领域的普通技术人员将容易理解，用于各种涂覆系统的各种涂覆器(以及涂覆器的孔径)的形状、尺寸和配置可以采取任何可能的形式。根据另一示范性实施例，可以通过热喷涂(例如冷喷涂、爆震喷涂、火焰喷涂、高速氧气燃料涂覆喷涂、等离子体喷涂、暖喷涂(warm spraying)、线电弧喷涂等等)在壳体 25的内表面上提供涂覆材料。在使用热喷涂工艺时，以粉末或者给料(即布线)形式提供电绝缘材料(例如金属氧化物、陶瓷、塑料、合成物等等)，并且然后将其加热或者熔化为熔化或者半熔化状态(例如通过燃烧工艺、电弧放电等等)。然后在壳体25的内表面上喷涂 (例如被加速、被推进等等)电绝缘材料(现在是液滴形式)。在碰撞或者达到壳体25的内表面时，电绝缘材料的液滴变平、固化并且形成涂层。应该注意到，如本领域普通技术人员所理解的，热喷涂工艺的精确使用和施加可以改变。根据另一示范性实施例，可以通过喷涂工艺在壳体25的内表面上提供涂覆材料。 根据示范性实施例，将电绝缘材料(例如金属氧化物、陶瓷、塑料、合成物等等)与溶剂或者载体材料混合以形成涂覆材料的可喷涂合成物。根据示范性实施例，涂覆材料的可喷涂合成物具有高含量的电绝缘材料(例如对于溶剂或者载体材料高含量的金属氧化物颗粒)。 根据一个示范性实施例，将涂覆材料喷涂到壳体25上。根据另一示范性实施例，将涂覆材料喷涂(例如通过手持刷子、通过旋转的刷子等等)到壳体25上。应该注意到，本领域的普通技术人员将理解，喷涂工艺的精确使用和应用可以改变。根据另一示范性实施例，可以通过粉末涂覆工艺在壳体25的内表面上提供涂覆材料。根据示范性实施例，以粉末形式提供电绝缘材料(例如金属氧化物颗粒、陶瓷、聚合物等等)，并且然后静电施加到壳体25的内表面(例如利用静电枪、Corona枪、Tribo枪、 流体化床、静电磁刷等等)。根据示范性实施例，在向壳体25施加电绝缘材料之前，电绝缘材料可以涂覆有粘结剂材料(例如聚丙烯或者聚乙烯)。然后对其上具有粉末涂层的壳体 25进行固化(例如在大约100-200摄氏度范围内的温度下)，以允许粉末涂层熔化(或半熔化)并且在壳体25的内表面上流动。应该注意到，本领域的普通技术人员将理解，粉末涂覆工艺的精确使用和应用可以改变。现在参考图16，示出了根据示范性实施例用于制造电化学电池单元的组装工艺或者方法。在第一步骤510中，设置电池单元元件。在第二步骤520中，设置被配置成容纳电池单元元件的壳体。在第三步骤530中，加热电化学电池单元的壳体(例如到大约100-200 摄氏度范围中的温度)。在第四步骤540中，向壳体的内表面施加电绝缘材料。在第五步骤中，将电池单元元件插入到电池壳体中。如这里使用的，术语“大致”、“大约”、“基本”以及类似术语意在具有与本公开主题所涉领域中普通技术人员通常接受的用法一致的宽泛含义。研究过本公开的本领域技术人员应当理解，这些术语意在描述所述和所主张的特定特征而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，应当将这些术语理解为表示，将所述和所主张主题的非实质性或无关紧要的修改或变更视为在所附权利要求中列举的示范性实施例范围之内。应当指出，这里用于描述各种实施例的术语“示范性”是要表示这样的实施例是可能实施例的可能范例、代表和/或例示(这样的术语并非要表示这样的实施例必然是特别的或最好的范例)。这里使用的术语“耦合”、“连接”等表示直接或间接将两个构件彼此接合。这样的接合可以是静止的(例如，永久性的)或可活动的(例如，可移除的或可释放的)。可以利用两个构件，或两个构件以及作为单个整体彼此一体形成的任何额外中间构件，或利用两个构件，或两个构件以及彼此附着在一起的任何额外中间构件来实现这样的接合。这里提到元件的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)仅仅用于描述图中各元件的取向。应当指出，根据其它示范性实施例，各元件的取向可以有所不同，且这种变化意在由本公开涵盖。各示范性实施例中所示的电化学电池单元和电绝缘壳体的构造和布置仅仅是例示性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施例，但研究本公开的本领域技术人员容易认识到，在不实质上脱离本文所述主题的新颖教导和优点的情况下，很多修改都是可能的 (例如，改变各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例，参数值，安装布置，材料、颜色、取向的使用等)。例如，被示为一体形成的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以被翻转或以其它方式改变，可以改变或变化分立元件的性质或数目或位置。根据备选实施例可以改变任何过程或方法步骤的顺序或序列或重新排序。还可以对各示范性实施例的设计、运行条件和布置做出其它置换、修改、变化和省略，而不脱离本示范性实施例的范围。
权利要求
1.一种电化学电池单元，包括被配置成容纳电池单元元件的壳体，所述壳体具有电绝缘材料，所述电绝缘材料被设置在所述壳体的内表面的至少一部分上，以防止所述壳体与所述电池单元元件之间的电接触。
2.如权利要求1所述的电化学电池单元，其中所述电绝缘材料厚度在50和1000微米之间。
3.如权利要求1所述的电化学电池单元，其中所述电绝缘材料包括金属氧化物颗粒。
4.如权利要求3所述的电化学电池单元，其中所述金属氧化物颗粒从由锡氧化物、铝氧化物、钛氧化物、锌氧化物和锆氧化物构成的组中来选择。
5.如权利要求3所述的电化学电池单元，其中所述金属氧化物颗粒平均直径在大约 10-50微米范围内。
6.如权利要求3所述的电化学电池单元，其中所述电绝缘材料包括粘结剂，所述粘结剂包括从由聚丙烯和聚乙烯构成的组中选择的至少一种材料。
7.如权利要求6所述的电化学电池单元，其中所述金属氧化物颗粒涂覆有所述粘结剂。
8.如权利要求1所述的电化学电池单元，其中所述壳体包括内侧和底部，其中所述电绝缘材料仅被设置在所述内侧上。
9.如权利要求1所述的电化学电池单元，还包括所述壳体内的电池单元元件。
10.如权利要求9所述的电化学电池单元，其中所述电池单元元件包括所述电池单元元件的外表面上的电绝缘包装。
11.如权利要求9所述的电化学电池单元，其中所述电池单元元件是缠绕的电池单元元件。
12.一种制造任一项前述权利要求所述的电化学电池单元的方法，包括向所述壳体的所述内表面的至少一部分施加所述电绝缘材料；以及将所述电池单元元件插入所述壳体中。
13.如权利要求12所述的方法，还包括在向所述壳体的所述内表面施加所述电绝缘材料之前加热所述壳体和所述电绝缘材料中的至少一个。
14.如权利要求12所述的方法，其中通过涂覆器将所述电绝缘材料施加到所述壳体的所述内表面，所述涂覆器包括用于向所述壳体的所述内表面施加所述电绝缘材料的至少一个孔径，所述壳体和所述涂覆器中的至少一个被配置成相对于彼此旋转以向所述壳体的所述内表面分配所述电绝缘材料。
15.如权利要求14所述的方法，其中在压力下设置所述电绝缘材料，以迫使涂覆材料通过所述至少一个孔径，从而向所述壳体的所述内表面施加所述电绝缘材料。
全文摘要
一种包括壳体的电化学电池单元以及制造电化学电池单元的方法，所述壳体被配置成容纳电池单元元件。所述壳体具有电绝缘材料，所述电绝缘材料被设置在所述壳体的内表面的至少一部分上，以防止所述壳体与所述电池单元元件之间的电接触。所述方法包括向所述壳体的所述内表面施加电绝缘材料，并且将电池单元元件插入所述壳体中。
文档编号H01M2/02GK102232251SQ200980148359
公开日2011年11月2日 申请日期2009年10月6日 优先权日2008年10月7日
发明者G·霍钦-米勒, J·富尔, T·J·多尔蒂 申请人:江森自控帅福得先进能源动力系统有限责任公司