用于制造棱柱形电池组电池的方法与流程

本发明涉及用于制造棱柱形电池组电池（prismatischen Batteriezelle）的方法，其中所述电池组电池具有阴极层、阳极层和至少两个隔膜层（Separatorlagen）。

本发明此外涉及按照本方法制造的棱柱形电池组电池以及车辆，在所述车辆中装有这样的棱柱形电池组电池。

背景技术：

在汽车领域中使用的锂离子蓄电池出于容积有效值的原因经常具有棱柱形形状。例如平坦地压制的电池组绕组（jelly rolls（极组））位于电池壳体的内部中，所述电池组绕组由阳极、阴极以及由隔膜分层卷成。电池壳体在插入电池组绕组之后并且在以耐压的方式封闭之前用液态电解质填充。US 8,641,015 B2例如提供具有四个布置于其中的电池组绕组的这样的棱柱形电池组电池。

例如如下对电极进行电接触：两个电极不是恰好合适地被重叠地放置，而是朝卷绕轴的方向轻微地偏移，其中在本公开的范围内阴极和阳极被称作所述电极。该方法例如在DE 10 2012 213 420 A1中被描述。因此，可以在电池组绕组的开放式窄面（Schmalseite）处量取相应电极的负电压，并且在在相对的另一开放式窄面处量取相应电极的正电压。利用所焊接的条状板材制件、所谓的集流体接触凸出的薄膜条，其中所述板材制件由铜或铝组成。在电池壳体内部中接触集流体以及电流路径向外穿过电池壳体变得要求非常高。在将电池组绕组插入到电池壳体中之后并且在将电池壳体封闭之后，通过在电池壳体的盖中的小开口用电解质填充所述电池壳体。作为在制造电池组电池时的最后的工艺之一，利用封闭元件（Verschlusselement）封闭所述开口。

由US 5,552,239和 JP 2009-266737已知极组的其他示例。

由US 2012/0189888已知一种锂离子电池组电池，其中阴极层和阳极层与介于其间安置的隔膜（Separator）一起螺旋形地被卷绕。

技术实现要素：

发明优点

用于制造棱柱形电池组电池的按照本发明的方法，其中所述棱柱形电池组电池具有阴极层、阳极层和两个隔膜层，所述方法包括以下步骤：

a）将具有阴极层、阳极层和两个隔膜层的起始装置（Startanordnung）围绕卷绕轴卷绕，用以制造电池组绕组，其中阴极层和阳极层分别具有纵向侧和横向侧，并且利用与卷绕轴平行的横向侧来卷绕，

b）将电池组绕组插入到电池壳体中，

c）将阴极层与阳极层的连接面与集电器接触，

d）用液态电解质填充电池壳体，和

e）封闭电池壳体。

在此，按照本发明规定，阴极层和阳极层在输送给起始装置期间分别在其纵向侧之一处被裁剪用以形成连接面。

本发明的优点是，不再需要未经涂覆的长的电极边缘。有利地，仅仅连接面可以保持无活性材料。这导致更多的容量、更高的能量密度并且导致材料成本节省。

步骤的时间顺序原则上是任意的，在所述步骤中将电池组绕组插入到电池壳体中，将阴极层和阳极层与集电器接触，并且用液态电解质填充电池壳体。

按照一种有利的实施方式，刚好一个电池组绕组被插入到电池壳体中，其中所述电池组绕组具有刚好一个阴极层和刚好一个阳极层。这导致在焊接时较低的成本，因为仅还有一个唯一的电池组绕组必须被焊接到放电器（Stromableiter）上。这尤其导致在集电器处的材料节省，因为所述集电器不必再借助于分支被引向多个电池组绕组。在生产工艺中也可以看到优点，因为如果存在较少的单构件（Einzelteile），那么另外的工作步骤省去。可以使用每电极一个唯一的未分支的集电器。集电器的轮廓可以被改变，由此所述集电器同样可以更简单地被制造。阴极层和阳极层在本公开的范围内可以被称作阴极或者阳极或共同地也被称作电极。

按照一种有利的实施方式，阳极层和阴极层的纵向侧在起始装置中相叠地被布置，其中在所述纵向侧处构造连接面。因此，阴极层和阳极层的连接面处于相同的侧上。

此外优选地使阴极层和阳极层的连接面在起始装置中彼此偏移地布置。通过在空间上分离连接面，可以保证阴极和阳极的电绝缘。反极式（gegenpoligen）连接面彼此的最大偏移是特别优选的，其中每个连接面总是刚好被布置在两个反极式连接面之间。

在输送给起始装置期间对阴极层和阳极层的裁剪优选地借助于激光器进行。在此优点是造型的自由选择。此外，激光器可以直接地被集成到卷绕机中。由此得到最小的次品率。在卷绕中各个接触凸起部的偏移因此可以精确地被补偿。可替代地可以规定，利用冲压工具执行连续的冲裁。冲压工具在此可以集成在卷绕机中。可替代地，冲裁可以被设置为外部工艺。

通过裁剪电极的纵向侧来成形电极的轮廓。在此，作为连接面形成从阴极层和阳极层的纵向侧优选地凸出的凸起部，其中使所述凸起部与集电器电接触。在裁剪连接面时，优选地仅仅阴极层和阳极层的未经涂覆的材料被切去。

按照一种特别有利的实施方式，在步骤b）中，电池组绕组被插入到电池壳体中，使得填充开口和/或保险片（Berstmembran）与卷绕轴对准（in der Flucht der Wickelachse liegen）。如果填充开口与卷绕轴对准，那么电池组绕组在用液态电解质填充时需要较少的时间来吸足。在通过填充开口填充时液体的流动方向在此理想地与卷绕轴平行。即使在电池组电池损害的情况下，由此形成的动力（Dynamik）的主要方向也与卷绕轴平行。因此使得容易的是，在超压时液体或气体在裂开开口处流出。用“与卷绕轴对准（in der Flucht der Wickelachse）”表示：填充开口要么处于卷绕轴上要么与所述卷绕轴有小的间隔。

可以规定，此外在起始装置中设置卷绕中插板。在步骤a）中，在此围绕卷绕中插板卷绕。卷绕中插板例如被构造具有矩形横截面的平板，所述横截面具有较长的第一侧和较短的第二侧。卷绕中插板例如由塑料制成，尤其由可焊接的和/或可粘合的耐电解质（elektrolytbeständigen）的塑料制成。

在此规定，在步骤a）中首先将阴极层和阳极层和两个隔膜层固定在卷绕中插板处。阳极和阴极在焊接面处与卷绕中插板焊接或被粘接到所述卷绕中插板上。隔膜同样被固定、例如粘合在卷绕中插板处。

可以规定，在卷绕之后将卷绕中插板移除，这导致电池组绕组的能量密度的提高。对于卷绕中插板保留在电池组绕组中的情况，卷绕中插板在本发明的范围中也可以被称作卷绕芯（Wickelkern）。

按照一种优选的实施方式，卷绕轴与卷绕中插板的较短的侧平行，使得起始装置围绕卷绕中插板的较短的侧被卷绕。在该实施方式中，阴极层和阳极层经由面被固定在卷绕中插板处，所述面在卷绕中插板的较短的侧上延伸。

按照另一方面，提供棱柱形电池组电池，所述电池组电池按照所描述的方法之一得以制造。在本方法的范围内所描述的特征相应地同样适用于按照所述方法制造的棱柱形电池组电池。

按照本发明，此外提供具有电池组的机动车辆，其中电池组具有至少一个这样的电池组电池。电池组在此优选地与机动车辆的驱动系统连接。机动车辆可以被构成为纯电动车辆并且包括仅仅电的驱动系统。可替代地，机动车辆可以被装备为混合动力车辆，所述混合动力车辆包括电驱动系统和内燃机。在一些变型方案中可以规定，混合动力车辆的电池组在内部可以经由发电机被加载内燃机的多余的能量。可在外部充电的混合动力车辆（PHEV、插电式混合动力车辆（plug-in hybrid electric vehicle））附加地规定经由外部电网对电池组充电的可能性。

附图说明

在附图中示出并且在随后的描述中进一步阐述本发明的实施例。

图1以透视图示出按照现有技术的棱柱形电池组电池，

图2示出卷绕中插板（Wickelschwert），

图3示出按照本发明的一种实施方式的起始装置，

图4A、4B以俯视图以比较方式示出传统的和按照本发明的电极层，

图5A、5B按照本发明的一种实施方式以剖面图和侧向俯视图示出电池组绕组，和

图6A和6B以侧向俯视图以比较方式示出传统的和按照本发明的盖组。

在本发明实施例的随后的描述中，相同的或类似的组件和元件用相同的或类似的附图标记表示，其中在个别情况下放弃所述组件或元件的重复的描述。图仅仅示意性地示出本发明的主题。

具体实施方式

图1按照现有技术以透视图示出棱柱形电池组电池10'。

为了清楚起见，棱柱形电池组电池10'在无电池壳体的情况下被示出，并且包括四个紧密地并排布置的电池组绕组12'和盖组46'，其中盖组46'包括两个端子14'，由此棱柱形电池组电池10'从外被电接触。

此外，填充开口16'和保险片18'被分配给盖组46'。填充开口16'和保险片18'基本上位于盖板47'的中心，而端子14'外围地被放置在盖板47'上。电池组绕组12'被插入到电池壳体中，并且用液态电解质填充。通过箭头表明液态电解质的流入方向20'。液态电解质在图1中在此经由填充开口16'垂直地被注入，并且然后水平地到达电池组绕组12'中，其中所述电池组绕组12'吸足液态电解质。此后利用盖组46'对电池壳体进行封闭。

图2示出卷绕中插板26。卷绕中插板26例如由塑料板48构成。塑料板48具有矩形基面（Grundfläche），所述基面具有较长的侧50和较短的侧52。传统的卷绕方向60'围绕较长的侧50。建议卷绕方向60围绕较短的侧52。卷绕轴40在此平行于较短的侧52被布置。

图3示出起始装置22，所述起始装置（Startanordnung）具有卷绕中插板26、两个隔膜层28、阴极层30和阳极层32，其中卷绕中插板26如参考图2所述的那样来构成。示出沿着来自图2的卷绕轴的剖面图。起始装置22的卷绕方向60用箭头示出。阴极层30和阳极层32经由焊接面54、56被固定在卷绕中插板26处。两个隔膜层28彼此相对地粘接到卷绕中插板26上，并且将阴极层30和阳极层32彼此绝缘。

图4A示出传统的电极30'、32'，所述电极30'、32'具有连接面36'、38'，所述连接面36'、38'完全地在电极30'、32'的纵向侧70'上延伸，其中纵向侧70'长于横向侧72'。

在图4B中示出按照本发明的电极30、32，其中所述电极30、32具有被构造为小凸起部（Fähnchen）74的连接面36、38，所述连接面36、38在电极30、32的横向侧72上延伸。传统的电极30'、32'的可以用活性材料涂覆的面64'与按照本发明的电极30、32的可以用活性材料涂覆的面64是相同大小的。因为连接面36、38的大小相对于传统的电极减小，所以在按照本发明的电极30、32情况下存在较低的容重（Volumengewicht），这提高棱柱形电池组电池10（这里未示出）的能量密度。

阴极层30和阳极层32从连续带（Endlosbändern）被输送给卷绕装置并且在此以示出的形式被裁剪。借助于激光器从具有未经涂覆的材料的条剪下小凸起部74。在此，小凸起部74之间的间隔a被维持恒定的，或者轻微地被增大，以便在卷绕时考虑卷绕半径增大。因此，由极组的增加的半径决定地，各个小凸起部74的间隔a被适配（angepasst），以便保证在卷起的状态中小凸起部74重叠（Überdeckung）。在卷绕装置中，相对于阳极层32的小凸起部最大偏移地并且相叠地布置阴极层30的小凸起部74，以便获得在图5B中的电池组绕组12。

可以在工作进程（Arbeitsgang）中在卷绕之前在外部利用激光器进行切割。但是激光器也可以直接地被安装在卷绕机中，以便排成行地（inline）剪制小凸起部74。最后的变型方案可以被优选。

卷绕在此不必必然地围绕卷绕中插板26进行。在一些实施方式中，隔膜层28、阴极层30和阳极层32在无卷绕中插板26的情况下被卷起。

对于在卷绕时使用了卷绕中插板26的情况，所述卷绕中插板26可以在卷绕工艺之后被移除或者保留在电池组绕组12中。优选地，所述卷绕中插板被移除，以便减小棱柱形电池组电池10的容重。在移除卷绕中插板26的情况下，所述卷绕中插板26利用夹具（Spannvorrichtung）优选地由金属制成。于是可以通过在卷绕开始时抓住隔膜层28进行卷绕。在结束卷绕之后，夹具开启并且减少开口度（Spannweite）。因此，抽出是可能的。具有这种机械装置的卷绕中插板由现有技术是已知的。

图5A示出电池组绕组12的剖面图，所述电池组绕组12在对图3中示出的起始装置22进行卷绕之后形成。卷绕中插板26位于电池组绕组12的中间。围绕卷绕中插板26有卷绕层（gewickelten Lagen）62。在此，卷绕层62的最外层是隔膜层28。

图5B示出电池组绕组12的侧向俯视图，所述电池组绕组12在对图3中示出的起始装置22进行卷绕之后形成。在图5A中示出的装置在此旋转90°地示出。连接面36、38的小凸起部74侧向地从卷绕层62中凸出，使得与盖组46的接触可以如在图6A中示出的那样进行，其中将连接面36、38与相应的集电器42、44焊接。阴极层30和阳极层32的小凸起部74在此以间隔a/2布置。

图6A以分解图示出具有按照本发明的盖组46和电池组绕组12的棱柱形电池组电池10。盖组46具有盖板47以及阴极的第一集电器42和阳极的第二集电器44，其中所述盖板47具有在其上布置的填充开口16、保险片18和端子14。

电池组绕组12可以被插入到电池壳体（未示出）中，使得液态电解质的流入方向20与填充开口16并且与保险片18平行。

此外，有利地仅仅一个唯一的电池组绕组12被布置在棱柱形电池组电池10的壳体中，这意味着能量密度的提高。

图6A和图6B此外示出电池组绕组12与盖组46的端子14的接触的路径缩短，所述路径缩短利用按照本发明的实施方式（图6A）相比于现有技术（图6B）得出。

在按照本发明的实施方式中，集电器42、44被构造成短的和直的，因为端子14与连接面36、38相对。

在现有技术中，连接面36'、38'不相对于端子14'布置，而是布置在电池组绕组12'的侧面，使得集电器42'、44'相应地较长并且此外必须被成型。

本发明不局限于这里所描述的实施例和其中强调的方面。更确切地说，在通过权利要求说明的范围之内大量的修改是可能的，所述修改处于技术人员的处理（Handeln）范围内。