具有塑料构件的电池单池以及电池的制作方法

背景技术：

本发明涉及一种电池单池、优选锂-离子-电池单池，该电池单池具有用于包围电极的塑料构件。此外，本发明涉及一种电池、优选能够再充电的锂-离子-电池，该电池具有根据本发明的电池单池中的至少两个。在这里，概念“电池”指的是：至少两个电池单池彼此串联或者并联连接。概念“电池单池”和“单池”在本文中被用作同义。

近来，在不同的技术领域中，高度发展的能够再充电的电池被越来越多地被使用，所述电池也被称为二次电池或者蓄电池，也就是说，多个单独的、电连接的、能够再充电的电池单池并联或者串联联接成电池包或者所谓的电池模块。在未来，对于这样的电池的应用可能性不仅能够在固定的应用时（例如在风力发电装置中）实现也能够在机动车领域中（用于驱动电动机或者附加于常规内燃机所设置的附加电动机，例如在电动车辆、混合动力车辆——插电式混合动力或者微混合动力——或者类似车辆中）以及在其它技术领域（例如在电动工具、移动无线电话、智能手机、便携式计算机、摄影机或者mp3播放器的消费品领域）中实现。特别在这些领域中，对安全性、可靠性、性能和使用寿命提出了非常高的要求。在此，锂离子电池技术特别适合于（prädestiniert）广泛的应用使用领域，该锂离子技术以极小的自放电和高能量密度为特点，该高能量密度示出性能的一个重要参数并且例如以瓦特小时每千克（wh/kg）被说明。

已知的能够再充电的锂-离子-电池由至少一个、通常由两个和更多的锂-离子-电池单池构成，所述锂离子电池单池具有至少一个正电极（即阳极）和负电极（即阴极），该正电极和该负电极能够可逆地嵌入锂-离子（这也作为“嵌入（interkalation）”已知）并且能够再次提取锂离子（这也被称为“脱嵌（deinterkalation）”）。用于这样的已知的锂离子电池单池的例子在de102011077295a1中被示出，其公开了一种锂-离子-电池单池，其中，所卷绕的电极总体被布置在所谓的硬盒中，其中，所谓的收集器将薄片堆叠的侧边缘夹紧地保持并且布置在壳体中。在这里，所述收集器被布置在薄片的竖直的侧处，由此，所述薄片堆叠的夹紧区域的水平取向被实施。为了进行锂-离子的嵌入或者脱嵌，电解质组分的存在是必要的，该电解质组分包含所谓的锂-导电盐。在实践中，就所有目前的锂-离子-单池而言，六氟磷酸锂lipf6作为锂-导电盐不仅被使用在消费品-领域也被使用在机动车领域。lipf6相对于湿气是极度反应的，并且，水解至氟化氢hf在多个阶段中实现。为了阻止所述锂-离子-单池由于潮湿而损坏，在实践中，具有金属部件的壳体作为现有技术被使用，其中，金属薄片或者金属板是隔绝空气湿度的实际的屏障。图5示出这样的锂-离子-单池9的示意图，其中，壳体91使用这样的金属部件，以便向外保护电极总体92。在此，电极总体92由至少一个正电极（阳极）以及至少一个负电极（阴极）构成，作为集电器作用的传导薄片921、922从该正电极和该负电极向侧面突出。在此，传导薄片921、922分别被电流收集器923截取（abgreifen），并且，向外向着各个接触连接端子93的电导体被制造，所述接触连接端子通过壳体91的壳体盖94被引导穿过，以便从外部实现截取。在此，所述电极的传导薄片921、922通常彼此反向地被布置，其中，传导薄片921朝向壳体91的、在附图中的左侧壁911地从电极总体92突出，并且，其中，传导薄片922朝向壳体91的、在附图中的右侧壁912地从电极总体92突出。因此，传导薄片921、922具有在壳体91中的所谓横置的（waagrechte）或者水平的布置，其中，传导薄片921、922在壳体91的纵向方向上彼此反向地被布置在壳体91中。在此，通过电流收集器923的电流截取分别在电极总体92处的侧面处朝向各个接触连接端子93地被向上引导，所述电流收集器与传导薄片921、922导电连接。

然而，这样的已知的锂-离子-电池单池通常具有这样的缺点：它们的能量密度相对于它们的重量来说不够高——以便充足地供应例如电动车辆，尤其以便例如达到所述电动车辆的满意的航程。因此，在车辆技术领域上的研究力求尽可能地提高锂-离子-电池单池的能量密度。

技术实现要素：

为了解决所提到的现有技术的问题，本发明提供了一种电池单池，优选以锂-离子-电池单池的形式，该电池单池具有壳体、壳体盖和布置在所述壳体中的电极总体，该壳体盖具有设置在其中的连接端子。在此，所述电极总体、优选被缠绕的电极总体（即以电极绕组形式的电极总体）由至少一个第一电极、第二电极和设置在它们之间的分隔件构成，其中，每个电极具有至少一个集电器，该集电器朝向所述壳体盖突出，例如以一个或者多个传导薄片或者类似物的构造。此外，根据本发明的电池单池具有塑料构件，该塑料构件将所述第一电极的集电器和所述第二电极的集电器分别彼此分离地包围，并且，实现了从所述电极至所述连接端子的电流传送。在此，根据本发明的电池单池能够是高电容的电池单池，该电池单池优选地具有大于≥5ah、进一步优选地≥60ah的电荷存储能力。

与上面所描述的现有技术相反，根据本发明的电池单池因而具有相应电极的集电器的、垂直的或者竖直的布置，使得这些集电器——与已知的横置的并且因此彼此反向的布置相反地——彼此并排地被布置在所述电极总体的同一侧面上，更确切地说，被布置在与所述电池单池的所述壳体的所述壳体盖对置的侧上。所述电极总体的所述集电器的这样的垂直的或者竖直的布置导致在所述电池单池的壳体中的可用空间更好的利用。当所述集电器损坏时、例如当所述集电器或者所述电流收集器也由于外部短路熔化时，所述集电器或者所述电流收集器的熔融的材料（例如铝）在这样的布置时滴在所述电极总体上，由此，进一步的短路能够被引发，并且，因而所述电池单池被进一步损坏。现在为了保护所述电极总体免受这样的影响，就根据本发明的电池单池而言所述塑料构件被设置，该塑料构件虽然不间断地将所述集电器从所述电极总体引导至所述连接端子，但是将在所述壳体之内的、包围所述集电器的空间分离，使得在所述壳体的所述壳体盖和所述塑料构件之间的空间与在所述塑料构件和所述电极总体之间的空间如此彼此分离，使得至少所述电极总体被所述塑料构件覆盖。由此，所述塑料构件能够接住熔融的材料，并且，防止电极总体的损坏。在此，所述塑料构件优选具有在1mm和4mm之间的高度，进一步优选地约2mm的高度，以便足够地提供具有与所述熔融材料相比更小的熔点的物质，所述熔融材料必须穿透该物质。在这里，“高度”指的是所述塑料构件的维度，该维度在所述壳体的所述盖的方向上由所述电极总体延伸。

根据根据本发明的电池单池的优选的改型方案，所述塑料构件是围绕所述集电器注塑包覆的构件，即通过注塑包覆工艺制造的塑料构件。由此，能够确保：所述塑料构件是一体的构件，该一体的构件无间隙地包围所述集电器。

根据根据本发明的电池单池的对此替代的改型方案，所述塑料构件是单独的成型件，该成型件分别将所述第一电极的一个/多个集电器以及所述第二电极的一个/多个集电器压在一起。“单独的成型件”指的是已经预先制成的构件，该构件能够以压缩所述集电器的方式被安置到所述集电器处，其中，所述塑料构件在此压缩并且包围所述第一电极的一个/多个集电器，并且，与之间隔地压缩并且包围所述第二电极的一个/多个集电器，使得在它们之间的短路被阻止。为此，所述塑料构件能够具有外部构造，该外部构造由至少两个部件构成，所述至少两个部件能够彼此接合，其中，所述至少两个部件优选是结构相同的。在此，所述两个部件中的每一个的形状能够具有细长的、条状的构造，在该构造中，两个凹陷或者凹部被设置在纵向侧处，所述集电器至少部分地能够被插入进所述凹陷或者凹部中。

为了能够将所述两个部件彼此连接成一个构件，连接元件能够被设置在彼此接触的纵向侧处，例如以卡锁钩和倒钩的形式，或者，以卡锁钩和相应的卡锁钩接收部或者小眼（ösen）的形式，其中，于是所述卡锁钩能够与在所述对置的部件中的各个相应的倒钩或者小眼建立连接。在此，所述塑料构件的所述两个部件的连接能够再次能够分离地被设置。在优选的实施中，如上面已经提到的那样，所述两个部件是结构相同的，即在同样的位置处设有同样的连接元件或者相应的开口，其中，于是在装配所述两个部件时，必须以180°彼此扭转，因此所述连接元件相应地能够将所述两个部件连接。所述两个部件的结构相同的构造具有这样的优点：简化的生产以及构件的预分选变得不必要。对此替代地，所述塑料构件也能够由多于两个的部件构成。

根据替代的观点，所述塑料构件能够由两个部件构成，所述部件在一个端部处通过铰链彼此连接，其中，优选地，所述两个部件的其它端部能够彼此接合，优选地通过相应的连接元件，例如借助钩-倒钩-组合、钩-小眼组合或者类似组合，如上面已经描述的那样。在这里，铰链例如指的是薄膜铰链或者类似物，该铰链将所述塑料构件的所述两个部件彼此持久地连接。这具有下述优点：在装配时，所述两个部件中任一个都不能够在无另一个部件的情况被丢弃，并且，所述连接元件的定向在装配时自动完成。

优选地，就所述塑料构件的两件式或者多件式构造而言，与分离或者接合的实施不相关地，所述塑料构件的、被设置用于压缩所述集电器的部段（即例如前面所提到的在所述塑料构件的所述部件中的凹陷或者凹部）设有例如以密封唇的形式的另一塑料。因此，所述集电器的紧密的夹紧能够通过所述塑料构件被确保。此外，例如在使用传导薄片作为集电器使用时，降低了在安装塑料构件时压碎所述薄片的危险。在此，所述另一塑料能够是弹性体塑料，例如聚氨酯（polyurethan）或者三元乙丙橡胶（ethylen-propylen-dien-kautschuk）。

进一步优选地，所述塑料构件由热塑性塑料制成，例如由聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、聚四氟乙烯（pfa）、聚对苯二甲酸乙酯（pet）或者聚苯硫醚（pps）制成。在此，高熔点的类型（例如pet、pps或者pfa）被优选，因为熔融的材料（例如具有高于500°c的热的铝）能够滴在所述塑料构件上，并且这种塑料构件应当承受住这样的温度。在使用pp或者pe时，所述塑料构件优选具有3mm至4mm的高度，以便足够地提供具有与所述熔融的材料相比更小的熔点的物质，所述熔融材料必须穿透该物质。在这里，“高度”指的是所述塑料构件的维度，该维度在所述壳体的所述盖的方向上由所述电极总体延伸。

此外，所述塑料构件在其指向所述壳体的外延处、即在它的外侧外延处能够设有另一塑料，优选以密封唇的形式，该外侧外延与所述壳体的内侧对置，以便尽可能密封地分离在所述壳体之内的、包围所述集电器的空间。由此，在所述壳体的壳体盖和所述塑料构件之间的空间以及在所述塑料构件和所述电极总体之间的空间被如此彼此分离，使得所述电极总体完全被所述塑料构件覆盖。在此，优选地，通孔能够被设置在所述塑料构件中，该通孔将在所述壳体盖和所述塑料构件之间的所述空间以及在所述塑料构件和所述电极总体之间的所述空间彼此控制地连接，并且，通过该通孔，电解质从上方填充地到达所述电极总体处。

根据根据本发明的电池单池的优选的改型方案，每个集电器的、布置在所述塑料构件和所述壳体盖之间的部件能够具有比每个集电器的、布置在所述塑料构件和所述电极总体之间的部件的传导横截面小的传导横截面。这意味着，每个集电器的、具有最小的传导横截面的部件被布置在所述壳体的所述壳体盖和所述塑料构件之间，其中，每个集电器的部件在塑料构件和电极总体之间具有与之相比更宽的传导横截面。相应地，集电器在短路时潜在的熔化或者熔断发生在具有最小的传导横截面的所述部件处，即在所述塑料构件的上方，使得所述熔融金属至所述电极总体的滴落能够通过所述塑料构件被阻止。

根据本发明的另一观点，一种电池被提供，该电池具有至少两个上面所描述的电池单池，其中，所述电池单池彼此串联或者并联连接。

发明优点

利用根据本发明的电池单池，更准确的说，利用如上面所描述的电池单池（该电池单池具有所述电极总体的或者所述电极总体的集电器的垂直布置），在所述电池单池的壳体中的可使用的空间能够通过下述方式被更好地利用：所述电极总体由于侧向的集电器的缺失总体上在所述壳体的纵向方向上能够是更宽的。通过这种在电池单池壳体中的、总体上更宽的电极总体，与具有同样大的壳体、但是具有所述电极总体的所述集电器的横置布置的电池单池相比，所述电池单池的能量密度的15%至20%的提高能够被实现。

就所述集电器的这样的垂直布置而言，然而，干扰（例如以所述电极短路的方式）或者所述电极的或者所述分隔件的损坏能够出现，所述干扰或者所述损坏能够通过所述集电器的或者所述电流收集器的熔化并且因此通过所滴落的熔融材料被引起，例如通过正电极薄片的或者电流收集器的所述薄片的熔融的铝。出于这个原因，集电器的垂直布置目前仅仅在具有<5ah的电荷存储能力的电池单池中得到应用，其中，至今尝试了利用塑料薄片或者胶带来保护所述电极总体的上部区域，然而，这特别在所述薄片层之间是不可能的。利用如在本发明中的塑料构件的使用，该塑料构件被设置在壳体盖和电极总体之间，这个塑料构件现在能够可靠地保护所述电极总体，使得具有≥60ah的电荷存储能力的大单池在出现外部的短路时也是能够无风险的。因此，在所述集电器或者所述电流收集器熔断时，由于这样的短路而熔融的材料（例如液态铝）通过所使用的塑料构件被接住，并且，所述电极总体可靠地被保护。此外，所述塑料构件能够保护所述电极总体免受在所述薄片层之间的向下的飞溅，所述飞溅能够出现，例如当各个薄片层彼此焊接或者被焊接在所述盖处时，当所述盖与所述壳体焊接时，或者，然而当所述薄片层中的一个或者多个作为短路的后果熔化时。

附图说明

图1示出根据本发明的电池单池的优选的实施方式的示意性的侧视图，

图2示出沿着在图1中的线a-a的剖面的细节图，

图3a-c示出在根据本发明的电池单池的不同实施方式中的塑料构件，

图4a和b示出根据本发明的电池单池的另一种实施方式的、在打开和闭合的状态中的塑料构件，以及

图5示出根据现有技术的电池单池的示意性的侧视图。

在本发明的实施例的下面的描述中，以相同的或者相似的附图标记表示相同的或者相似的部件和元件，其中，在个别情况下，放弃了对这些部件或者元件的重复描述。附图仅示意性地示出本发明的对象。

具体实施方式

图1示出根据本发明的电池单池1的优选的实施方式的示意性的侧视图。电池单池1具有壳体2、壳体盖3和布置在壳体2中的电极总体4，该壳体以具有空腔21的单侧敞开的长方体为形式，该壳体盖具有设置在其中的连接端子31、32，该电极总体由至少一个第一电极、第二电极和设置在它们之间的分隔件构成，其中，每个电极具有至少一个集电器51、52，该集电器朝向壳体盖3突出。在此，在电池单池1完成装配的状态中，电极总体4被布置在壳体2的空腔21中，并且，壳体盖3与壳体2的上边缘焊接。此外，电池单池1具有塑料构件6，该塑料构件将第一电极的一个/多个集电器51以及第二电极的一个/多个集电器52分别彼此分离地包围，并且实现了从所述电极至连接端子31、32的电流传送。在此，集电器51与连接端子31处于电连接中，该集电器通过塑料构件6被包围并且由此被夹在一起，并且集电器52与连接端子32处于电连接中，该集电器通过塑料构件6被包围并且由此被夹在一起。可选地，相应于所选择的极性（polung），连接端子31承担正极的功能，并且，连接端子31承担负极的功能，反之亦然。

如同在图1中还能够看出的是，每个集电器51、52的、布置在塑料构件6和壳体盖3之间的部件具有传导横截面q1，该传导横截面比每个集电器51、52的、布置在塑料构件6和电极总体4之间的部件的传导横截面q2小。这意味着，每个集电器51、52的、具有最小的传导横截面部件被布置在壳体盖3和塑料构件6之间。相应地，集电器51、52在短路时的潜在的熔化或者熔断发生在具有最小的传导横截面q1的部件处，该部件因此位于在塑料构件6上方、在这个塑料构件和壳体盖3之间，使得由于短路而熔融的金属至电极总体4上的滴落通过塑料构件6被阻止。

塑料构件6如同在图1中、在示意性的侧视图中所示出的那样围绕多个集电器51、52的每个电极。为了更好的说明，图2示出沿着在图1中的线a-a的这种布置的剖面的细节图。如上面所描述的那样，在此，电极总体4的多个集电器51被压在一起地布置在塑料构件6的两个半部61、62之间。在此，位置7是这样的位置：集电器51在该位置处最紧密挤压地布置，并且，因此被塑料构件6最紧密地包围。

图3a示出根据本发明的电池单池1的优选的实施方式的塑料构件6的优选实施方式。塑料构件6由第一半部61和第二半部62构成，该第一半部和该第二半部使得在它们之间存在两个贯穿的开口63、63，集电器51、52在装配状态下能够通过所述开口延伸，如在图1和2中所示。第一半部61具有两个凹陷（einbuchtung）或者凹部（aussparung）611，所述凹陷或者凹部与在第二半部62中的、相应的凹陷或者凹部621共同形成开口63、63。为了能够建立在两个半部61、62之间的连接，连接元件被设置在两个半部61、62处，在这里以在第一半部61处的卡锁钩64以及相应的在第二半部62中的卡锁眼（未示出）的形式，卡锁钩64能够卡锁进所述卡锁眼中。

图3b示出塑料构件6‘的替代实施方案。其中，两个半部61‘、62‘是结构相同的，其中，卡锁钩64‘以及相应的卡锁眼（未示出）结构相同地被布置。现在为了装配两个半部61‘、62‘，它们必须仅仅以180°围绕它们的中心轴被扭转，使得半部61‘、62‘彼此配合。相应地，塑料构件6‘的其余结构对应于如在图3a中的塑料构件6的其余结构。尤其关于所述凹陷或者凹部，塑料构件6‘的这种实施与在图3a中所示出的实施类似。两个半部61‘、62‘的结构相同性带来下述优点：简化的生产以及构件自身的预分选变得不必要。

图3c示出塑料构件6“的另一种替代的实施。在这里，两个半部61“、62“在一个端部处利用起铰链作用的薄膜铰链65彼此连接，使得两个半部61“、62“处于彼此之间的固定关系中，由此，塑料构件6“的装配基本上被简化了。现在为了连接两个半部61“、62“，或者更确切的说，将两个半部61“、62“的另一端部彼此连接，钩-配合钩-连接件66被设置在这个另一端部处，该钩-配合钩-连接件能够卡锁，使得两个半部61“、62“随后彼此固定连接。关于所述凹陷或者凹部，塑料构件6“的这种实施与在图3a和3b中所示出的实施类似。

图4a和4b示出塑料构件6‘“的另一替代的实施，该实施绝大部分与在图3a中示出的塑料构件6的实施是结构相同的。塑料构件6‘“在此又由第一半部61‘“和第二半部62‘“构成，该第一半部和该第二半部使得在它们之间形成两个贯穿的开口，集电器51、52在装配状态下能够通过所述开口延伸，如在图1和2中所示。为了能够建立在两个半部61‘“、62‘“之间的连接，连接元件被设置在两个半部61‘“、62‘“处，以在第一半部61‘“处的卡锁钩以及相应的在第二半部62‘“中的卡锁眼（未示出）的形式，所述卡锁钩能够卡锁进所述卡锁眼中。为了构造所述贯穿的开口，两个凹陷或者凹部611‘“被构造在第一半部61‘“中，并且相应的凹陷或者凹部621‘“被构造在第二半部62‘“中。为了现在能够建立尽可能紧密的、在塑料构件6‘“和集电器51、52之间的接触，在这种实施中，密封唇67被设置在凹陷或者凹部611‘“和621‘“中，所述凹陷或者凹部由弹性体塑料构成，例如聚氨酯或者三元乙丙橡胶。因此，集电器51、52的紧密的夹紧能够通过塑料构件6‘“被确保。此外，例如在将传导薄片作为集电器51、52使用时，降低了在安装塑料构件6‘“时压碎（abquetschen）所述薄片的危险。在此，在制造塑料构件6‘“时，密封唇67借助双-组分-注塑-工艺被制造。这样的密封唇在塑料构件6‘“的外边缘处、朝向壳体2的边缘也是能够设想的，以便实现尽可能密封的分离，该分离是在壳体盖3和塑料构件6‘“之间的空间与在塑料构件6‘“和电极总体4之间的空间之间。在任何情况下，在使用一个或者多个密封唇67时，附加的凹部必须设置在塑料构件6‘“中，以便根据潜在的破裂阀的位置提供电解质填充开口。就塑料构件6‘“而言，这样的附加的凹部通过在第一半部61‘“中的另一凹部612‘“以及在半部62‘“中的另一凹部622‘“实施，所述另一凹部在装配状态下（该装配状态能够在图4b中看出）构造所期望的电解质填充开口，该电解质填充开口用于从上部填充电解质。

上面所描述的实施方式的技术特征不限于相应所描述的实施形式，并且相应地彼此之间能够交换。