生产用于电池结构的电解质‑袋装电池的方法、对应装置以及电解质‑袋装电池与流程

文档序号:13689603
生产用于电池结构的电解质‑袋装电池的方法、对应装置以及电解质‑袋装电池与流程

这种电解质-袋装电池以较大数目联合成电池结构。由现有技术已知的这种电解质-袋装电池被生产出来,并且然后作为对应制成的单元在它们联合成电池结构之前被运输,这种联合可以在另一地点进行。

从前述现有技术出发,本发明的任务在于提供一种生产用于前述类型的电池结构的电解质-袋装电池的方法,借助这种方法可以生产这样的电解质-袋装电池,即该电解质-袋装电池在真空状态下能以相比于现有技术显著更少的技术构造上的耗费来填充、可暂时闭合、其形成气体可取出,并且可最终闭合。此外,应在实施该方法时将污染废料的量减到最少。

根据本发明,该任务通过如下方式来解决:在前述方法中,在对箔的两个平坦部段进行焊接之前,在密封接缝的区域中放置至少一个通道,并且该至少一个通道在焊接该密封接缝时被密封到该密封接缝中。焊入箔的两个平坦部段之间的通道使得能够在不污染电解质-袋装电池的内部空间的情况下对电解质-袋装电池的内部空间抽真空,用所提供的电解质填充电解质-袋装电池的内部空间,临时闭合电解质-袋装电池的内部空间,在临时闭合后过去一段时间之后从电解质-袋装电池的内部空间取出形成气体,并且随后最终闭合电解质-袋装电池的内部空间。此外,对于根据本发明的方法,可进一步减少受污染的废料的量。

当在根据本发明的方法中将在其内侧由聚丙烯制成的复合箔用作箔并且将聚丙烯通道用作通道时,由于通道和将与该通道焊接的箔的区域之间的材料相同,可持久地确保通道和箔之间的牢固粘附。

两个将彼此焊接起来的平坦部段可设置成两个彼此分离的箔部段,在这两个平坦部段中,先将其中一个放置好,并且在构建电解质-袋装电池之后放置第二个。替代地存在如下可能性:设置这样的箔部段,该箔部段的长度等于平坦部段的两倍长度,并且在将电池堆叠放置和定向在第一平坦部段上之后折叠该箔部段。

适宜地,箔的两个平坦部段在焊接之前彼此齐平地布置。

为了提供在后续的方法步骤方面灵活并且根据要求可多样化使用的电解质-袋装电池,有利的是在该方法中放置并且密封多个、较佳为四个通道。由此,例如可以为抽真空、填充和随后放气而设置不同的通道。

根据本发明的方法的有利的实施方式,将孤单的端口设置成通道,并且将保持芯轴插入每个端口的盲孔中,借助该保持芯轴来定位端口并且端口的盲孔在焊接过程中保持敞开。借助一个或多个端口对电解质-袋装电池的定位与对应构造的、后面还将描述的框架共同作用地进行,借助该框架,能够精确地定向电解质-袋装电池的各个组成部分。

在根据本发明的方法的另一实施方式中,每个保持芯轴从属于该保持芯轴的端口移走,随后将定量针引入该端口的盲孔中,并且该定量针穿过端口到达电解质-袋装电池的内部空间。由此,可以触及电解质-袋装电池的内部空间。

为了简化前述过程,对于一定的预先给出的要求,适宜的是,在将定量针引入端口的盲孔之前,该盲孔大约在中间由另一盲孔来加深,其中在该另一盲孔的基底和电解质-袋装电池的内部空间之间、在该端口中留有屏障,该屏障例如具有≤1.5毫米的厚度。该另一盲孔可在其尺寸方面(例如深度和直径方面)适应于在生产电解质-袋装电池的进一步方法中采用的定量针。

当通过定量针用电解质填充电解质-袋装电池的内部空间、定量针在结束填充之后从该端口抽出、以及该端口在抽出定量针时熔化时,可实现无污染地用电解质填充电解质-袋装电池。由此,可确保为了使电解质-袋装电池的内部空间填充有电解质而采用的端口闭合并且由此密封,在此之后将定量针整个从端口中抽出。

根据本发明的方法的另一有利的实施方式,用电解质填充的电解质-袋装电池的内部空间经由对于填充而言并不采用的端口来放气,其中对应端口在拿出放气针以进行放气之后被熔化。由此,在可靠避免任何污染的情况下,可以确保在用电解质填充电解质-袋装电池之后从电解质-袋装电池中取出形成气体。

替代于前面描述的孤单的端口,在实现根据本发明的方法时,可将具有塞子和集成的隔片的套管设为通道,其中设有箔的平坦部段的超出部段,至少一个套管定位在超出部段的区域中,并且密封接缝在超出部段的区域中设立成密封该至少一个套管。由此提供如下电解质-袋装电池,借助超出部段或者借助设置在该超出部段内的套管可对应灵活地使用该电解质-袋装电池,如在之前描述的带有孤单的端口的电解质-袋装电池那样。

以简单的方式,当套管的塞子的隔片借助定量针被穿孔并且电解质-袋装电池的内部空间通过定量针而填充有电解质时,可进一步处理对应设有套管的电解质-袋装电池。

为了对填充有电解质的电解质-袋装电池放气,另一套管的塞子的隔片借助放气针穿孔,并且使电解质-袋装电池的内部空间放气或者释放形成气体。

为了进一步处理对应填充有电解质和经放气的电解质-袋装电池,有利的是,电解质-袋装电池的内部空间借助另一密封接缝来闭合,该另一密封接缝焊接到至平坦部段的超出部段的过渡部分处,且该超出部段借助至少一个在此借助第一密封接缝的部段固定的套管与电解质-袋装电池分离。

在填充之前的方法步骤中可以使电解质-袋装电池的内部空间通过抽吸针来放气或者抽真空,该抽吸针较佳地在放气或抽真空之后也用作定量针。

为了确保尽可能快地全表面润湿电池堆叠侧的各构件、为了尽可能可靠地确保使电解质-袋装电池尽可能完全地填充有电解质、以及为了排除将不期望的物质留在电解质-袋装电池的内部空间内,有利的是:在用电解质填充电解质-袋装电池的内部空间时采用至少两个定量针,这两个定量针中的至少一个定量针作为用于过量电解质的流出针。根据本发明,因此在填充电解质-袋装电池的内部空间时,在一定程度上借助电解质来冲洗电解质-袋装电池,由此一方面确保用电解质完全地填充内部空间,另一方面使不期望的物质完全地泄出。

为了在电解质-袋装电池的填充过程期间确保对其完全的密封,有利的是,在根据本发明的方法中采用定量针,该定量针的横截面为了密封被定量针所穿过的通道而朝向针尖稍微渐缩,和/或构造成用布置在其侧面上的密封件和/或布置在其远离针尖的末端部段处的密封装置来密封该通道。对应地可排除在使用定量针时使不期望的物质通过为了使用定量针所采用的通道。

根据前述根据本发明的方法生产出的电解质-袋装电池可完全无危险地并且以低耗费在还没有填充有电解质的状态下进行运输,而在随着运输过程发生的翻倒等时不会存在出现任何污染的危险。此外,没有被填充的电解质-袋装电池的运输过程随之具有比完全填充好的电解质-袋装电池的运输显著更少的技术构造耗费。通过根据本发明的方法,没有问题地可以使电解质-袋装电池直接在其与同类电解质-袋装电池组装之前用电解质填充成前面已经提及的电池结构。

用于电池结构的电解质-袋装电池由箔的两个通过密封接彼此缝焊接起来的平坦部段以及具有集成的电极和分隔件及装配好的导电体的电池堆叠构成,该电解质-袋装电池具有至少一个通道,该通道在彼此焊接的平坦部段之间密封在密封接缝的区域中,并且通过该通道可对电解质-袋装电池抽真空和填充。

当电解质-袋装电池的箔是在其内侧由聚丙烯构成的复合箔并且电解质-袋装电池的至少一个通道构造成聚丙烯通道时,由于复合箔的内侧和聚丙烯通道之间的材料相同,因而可持久地确保将一个或多个通道可靠地粘附在箔处。

较佳地,在根据本发明的电解质-袋装电池中设有多个、例如四个通道。

在根据本发明的电解质-袋装电池的实施方式中,至少一个通道构造成孤单的端口,该孤单的端口在填充电解质-袋装电池之后可熔化。

该至少一个端口有利地具有较佳为经倒圆的菱形横截面,该横截面包括布置在中间的盲孔。

端口的横截面的尺寸有利地沿密封接缝约为横向于密封接缝的两倍。

替代地,可以将至少一个通道构造成具有塞子和集成的隔片的套管,该套管在填充电解质-袋装电池之后可借助箔的平坦部段的超出部段与电解质-袋装电池分离。

用于生产电解质-袋装电池的复合箔有利地构造成三层,并且具有由聚丙烯构成的朝向电解质-袋装电池的内部空间的内层、由铝制成的中间层和由聚酰胺制成的外层。

适宜地,可将根据本发明的电解质-袋装电池构造成锂离子袋装电池。

根据本发明的生产用于电池结构的电解质-袋装电池的装置具有可打开和可闭合的构建和密封框架,该构建和密封框架具有第一框架部分、第二框架部分和焊接装置,在构建和密封框架的打开位置中电解质-袋装电池可构建在该第一框架部分上,该电解质-袋装电池由箔的第一平坦部段、布置在第一平坦部段上并包括集成的电极和分隔件以及装配好的导电体的电池堆叠、以及布置在第一平坦部段以及位于其上的电池堆叠上的第二平坦部段构成;第二框架部分为了闭合构建和密封框架而在设备中被置于第一框架部分处,以使得两个平坦部段和位于它们之间的电池叠堆在所设结构中固定到彼此;借助焊接装置,固定布置在构建和密封框架中的箔的平坦部段借助密封接缝可焊接到彼此。

为了能以相对较少的耗费、较佳地根据同样前面描述的方法来实现前述电解质-袋装电池,建议用于生产电解质-袋装电池的装置的该构建和密封框架具有至少一个、较佳为四个凹陷部,在构建和密封框架中可将通道放置于凹陷部内,其中,至少一个通道在焊接箔的两个平坦部段时可借助密封接缝进行固定。

为了确保尽可能有利地将至少一个通道布置在电解质-袋装电池内或处,有利的是,构建和密封框架的至少一个凹陷部协同地由构建和密封框架的两个框架部分构造而成。

有利地,构建和密封框架设有定位装置或止挡装置,借助定位装置或止挡装置可以不费大力气就使箔的两个平坦部段彼此齐平地定位。

为了填充电解质-袋装电池,根据有利的实施方式的用于生产电解质-袋装电池的装置装备有填充框架,该填充框架具有至少一个、较佳为四个凹陷部,这些凹陷部中的每个凹陷部分配给从构建和密封框架取出的电解质-袋装电池的端口,并且借助凹陷部,为了用电解质进行填充,电解质-袋装电池可定位在该填充框架中,因为可不费大力气地将这些端口放置于这些凹陷部内。

为了能够可靠地闭合孤单的端口,填充框架有利地在每个分配给端口的凹陷部处、较佳地既在该凹陷部前面又在其后面分别设有引管,可引导加热段穿过该引管,当在用电解质填充电解质-袋装电池之后将定量针从端口移走时,借助该加热段,端口的至少内部空间侧的部段可被熔化以闭合该部段。

在根据本发明的用于生产电解质-袋装电池的装置的替代实施方式中,其构建和密封框架构造成组合的构建和密封以及填充框架,借助该构建和密封以及填充框架的焊接装置,在用电解质填充电解质-袋装电池之后属于通道的凹陷部的内部空间侧可安置有第二密封接缝。

接下来参照附图根据实施方式来进一步阐释本发明。附图示出:

图1示出根据本发明的电解质-袋装电池的一个实施方式的聚丙烯端口的立体图;

图2示出在图1中所示的聚丙烯端口的正视图;

图3示出根据本发明的用于生产电解质-袋装电池的装置的一个实施方式的构建和密封框架的原理图;

图4示出根据本发明的电解质-袋装电池的一个实施方式的结构的原理图;

图5示出根据本发明的用于生产电解质-袋装电池的装置的一个实施方式的填充框架的原理图;

图6以放大图示出图5中的细节A;

图7示出根据本发明的用于生产电解质-袋装电池的装置的另一个实施方式的、在构建或密封步骤时的构建和密封及填充框架的另一实施方式的原理图;以及

图8示出在填充方法步骤之后的图7中所示的构建和密封及填充框架。

下面根据各图阐释的根据本发明的生产用于电池结构的电解质-袋装电池1的方法、对应装置以及根据本发明的电解质-袋装电池1将在下面根据锂离子袋装电池1的生产来进行阐释。

袋装电池1的外壳在所示实施例中由构造成铝复合箔的复合箔的两个彼此焊接的平坦部段2构成。

铝复合箔由三个层次或三层构成。铝复合箔的面向外部的层由聚酰胺构成,中间层由铝构成,而面向袋装电池1的内侧的层由聚丙烯构成。

在生产袋装电池1时,在铝复合箔的将彼此焊接的平坦部段之间焊入聚丙烯端口3。借助该聚丙烯端口3能使得如下成为可能或者得以简化:在真空状态下填充袋装电池1、临时闭合、取出其形成气体以及最终再次闭合袋装电池1。

在图1和2中根据一实施方式所示的聚丙烯端口3具有菱形横截面并且在中间具有盲孔4。沿袋装电池1的密封接缝的纵向的、聚丙烯端口3的横截面的尺寸a大约为横向于该密封接缝的尺寸b的两倍。

盲孔4可以例如具有2毫米的直径和3毫米的深度。

借助在图4中所示的保持芯轴5,可以定向聚丙烯端口3,该保持芯轴可放置于聚丙烯端口3的盲孔4内。由此可以精确地定位聚丙烯端口3。

应注意的是,在根据本发明的方法的下面描述的实施例中,对应的装置以及如此生产出的电解质-袋装电池1最后装备有四个聚丙烯端口3。

为了组装或构建袋装电池1而设有构建和密封框架6,在图3中示出该框架的原理。在该构建和密封框架6中,袋装电池1的下面还要提及的各组成部分以相对于彼此精确的定向来进行布置。

该构建和密封框架6构造成用整块材料来覆盖稍后将在其内构造有密封接缝的铝复合箔的平坦部段的部段,并且将铝复合箔的两个平坦部段牢固地压到彼此之上。此外,在该构建和密封框架6中构造有凹陷部、在所示实施例中为四个凹陷部7,这些凹陷部以其形状适应于聚丙烯端口3的形状。构建和密封框架6的凹陷部7共同地由在该构建和密封框架6的两个相对于彼此可动的框架部分中的对应凹陷部构造而成。

在图4中根据其电池结构原理性示出的袋装电池1在构建和密封框架6之内建立。对此,构建和密封框架6位于其打开位置,在该位置中,第二框架部分远离第一框架部分9布置。

将铝复合箔的第一平坦部段2放置于构建和密封框架6的第一框架部分9上。具有集成的电极和分隔件以及装配好的导电体的电池堆叠8定向在第一平坦部段2上。随后,在所示实施例中,四个聚丙烯端口3借助插入其内的保持芯轴5放置于铝复合箔的第一平坦部段2上,并且聚丙烯端口3布置在构建和密封框架6的凹陷部7的构造在第一框架部分9内的各部分中。

随后,将铝复合箔的第二平坦部段与铝复合箔的第一平坦部段2齐平地定位到电池堆叠8上。为了闭合该构建和密封框架6,现在将其第二框架部分引到第一框架部分9处。在生产该设备时,袋装电池1的位于构建和密封框架6内的电池结构固定在两个框架部分之间,其中,电池结构的各个组成部分彼此固定地定向。

此外,构建和密封框架6借助持续加热的焊接装置来构造。在构建和密封框架6中齐平地固定的、铝复合箔的各平坦部段现在通过借助焊接装置的集成到构建和密封框架6中的加热丝的供热而彼此焊接。为此,将构建和密封框架6的密封块加热到超过150摄氏度的温度,并且根据针对一定密封时间的接缝条件保持在该加热温度。在密封过程期间,保持芯轴5留在对应的聚丙烯端口3内,并且相应地填满聚丙烯端口3的盲孔4,以使得避免通过聚丙烯的加入的熔化过程而闭合聚丙烯端口3。但是聚丙烯端口3和铝复合箔的围绕聚丙烯端口3的聚丙烯层之间的连接却是有意为之的。在焊接或者密封过程结束之后,因此会产生包括焊入其内的聚丙烯端口3在内的密封焊接的袋装电池1。

包括密封到其内的聚丙烯端口3的对应生产出的密封的袋装电池1在打开构建和密封框架6之后从构建和密封框架6中取出,并且转移到用于生产电解质-袋装电池1的装置的在图5和6中原理性示出的填充框架10处。在该填充框架10内进行填充过程,并且在该填充过程之后进行聚丙烯端口3的熔化或密封。

也在该填充框架10内构造属于聚丙烯端口3的凹陷部11,其中,由于这些凹陷部11与袋装电池1的聚丙烯端口3的共同作用,它们可以在填充框架10中绝对正确地定位,并且可固定在该精确定向的位置中。

在将袋装电池1固定于填充框架10内之后,从聚丙烯端口3的盲孔4移走盲塞或保持芯轴5。

盲孔4分别通过在附图中未示出的其它盲孔进行补充。这些从盲孔4的基底上延伸的其它盲孔具有这样的直径,该直径的大小由在后面的填充过程的进程中使用的定量针的直径预先给出或者确定。其它盲孔设有这样的深度,即在其它盲孔结束之后具有小于或者等于1.5毫米厚度的薄壁的聚丙烯屏障留在聚丙烯端口3内。

该聚丙烯屏障被定量针穿孔,其中,由于该穿孔过程而提供了至袋装电池1的内部空间的通路。

首先,借助定量针可从袋装电池1的内部空间中抽出空气,这通过将负压施加到定量针处来完成。在后续的方法步骤中,借助相同的定量针用电解质来填充袋装电池1的内部空间。该填充过程可通过对此合适的阀来进行调节。

在填充过程中,可采用多个在此填充过程中使用的聚丙烯端口3中的一个聚丙烯端口3或者位于该聚丙烯端口3内的定量针用于允许过量引入袋装电池1的内部空间中的电解质从袋装电池1的内部空间中离开。由此可实现对袋装电池1的内部空间的清洗,借助这种清洗,不期望的物质可在一定程度上从该内部空间洗出,其中,将在填充过程结束时总归应填满袋装电池1的内部空间的电解液用作清洗液体。

在用电解质填充袋装电池1的内部空间之后将立即闭合聚丙烯端口3。为此,填充框架10在属于聚丙烯端口3的凹陷部11处、从侧面在凹陷部11的前面和后面分别具有矩形的引管12。在将定量针从聚丙烯端口3慢慢移走时,与该过程并行地将在附图中未示出的加热段引导通过填充框架10的引管12。由于加热段的加热作用,聚丙烯端口3中朝向袋装电池1的内部空间的至少后面的部段被熔化,由此实现对聚丙烯端口3的变形或闭合。

基本上可以在填充袋装电池1结束之后将未用于填充的聚丙烯端口3用于将在袋装电池1的内部空间中在填充之后存在的形成气体从袋装电池1取出。

用于生产电解质-袋装电池的前述方法使得可以灵活设计袋装电池1的填充,因为焊入袋装电池1中的聚丙烯端口3的数目或者为了填充袋装电池1的内部空间而采用的聚丙烯端口3的数目是不确定的。

在替代的根据本发明的用于生产电解质-袋装电池1的方法中,构造成锂离子袋装电池1的袋装电池1的内部空间的通路通过应用聚丙烯套管13来实现。首先,在用于生产电解质-袋装电池1的装置的构建和密封及填充框架14内组装或构建袋装电池1。在图7和8中原理性示出对应的构建和密封及填充框架14。在构建和密封及填充框架14中构建袋装电池1时,确保了袋装电池1的各个组成部分、即电池堆叠8、铝复合箔的两个平坦部段以及聚丙烯套管13相对于彼此的精确定向。该构建和密封及填充框架14构造成用整块材料来覆盖稍后第一密封接缝15在其内延伸的铝复合箔的平坦部段的区域,并且将铝复合箔的两个平坦部段牢固地压到彼此之上。

在构建和密封及填充框架14的打开位置中设立袋装电池1的电池结构。为此,首先将第一平坦部段2定位于第一框架部分上。电池堆叠8跟随在之后。然后,聚丙烯套管13对应于设置在构建和密封及填充框架14内的凹陷部16定位,例如,在袋装电池1的垂直边缘处。接着,铝复合箔的第二平坦部段与第一平坦部段2齐平地放置于到此为止设立的电池结构上。

首先,将铝复合箔的两个平坦部段选择成具有关于袋装电池1的尺寸更大的宽度。平坦部段的由此产生的超出部段16可用于获得电池组,该电池组具有大部分为无污染的密封接缝。

借助设于其内的焊接装置将袋装电池1的几乎所有主要尺寸都密封在构建和密封及填充框架14内,如在附图7中所示那样。

在设立第一密封接缝15的该密封或焊接过程中,密封聚丙烯套管13。在此,通过构建和密封及填充框架14齐平固定的铝复合箔的平坦部段通过焊接装置的供热彼此焊接起来,该焊接装置具有集成到构建和密封及填充框架14中的加热丝。在此,将构建和密封及填充框架14的密封块加热到超过150摄氏度的温度,并且根据针对一定密封时间的接缝条件保持在该加热温度。

由于聚丙烯套管13的密封,可抽空袋装电池1的内部空间并且随后填充该内部空间。

聚丙烯套管13包含塞子,隔片集成到这些塞子内。由此,可多次打开并且再次闭合至袋装电池1的内部空间的通路。

通过将塞子或者盖子的隔片穿孔并且由此提供至袋装电池1的内部空间的通路,可以实现对袋装电池1的内部空间的填充或抽空。可以由此灵活地设计填充方法。一旦填充和可能的预成型的方法步骤结束,袋装电池1可适应于其原本的尺寸。

对此,如以前那样位于构建和密封及填充框架14内的袋装电池1设有另一密封接缝17,如在图8中示出那样。通过该另一密封接缝17,袋装电池的原本尺寸受限并且袋装电池被严密地闭合。包括密封于其内的聚丙烯套管13在内的超出部段16现在可以分离并且清除。在已将袋装电池1从构建和密封及填充框架取走之后进行该分离。

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