制造用于电池单元的电极组件的方法以及电池单元与流程

本发明涉及一种制造用于电池单元的电极组件的方法，其中电极组件包括在层叠方向上对齐的第一电极的分段和第二电极的分段。本发明还涉及一种电池单元，该电池单元包括使用根据本发明的方法制造的电极组件。

背景技术：

电能可以通过电池储存。电池将化学能转化为电能。特别地，已知可再充电的电池可多次充电和放电。电池或电池模块包括多个串联或并联电连接的电池单元。

特别地，锂离子电池单元用于可再充电的电池或电池系统。锂离子电池单元具有相对较高的能量密度。锂离子电池单元用于例如机动车辆中，特别是用于电动车辆(ev)、混合动力电动车辆(hev)和插电式混合动力车辆(phev)中。锂离子电池单元可包括一个或多个电极组件。

电极组件具有称为阴极的正电极和称为阳极的负电极。阳极和阴极通过分隔件彼此分开。电池单元的电极可以像带子一样形成，并且通过插入分隔件而缠绕形成电极卷，也称为胶质卷(jelly-roll)。可替代地，电极可以像板一样形成，并且通过插入分隔板而分层形成电极堆。

文献us2013/0143088a1公开了一种电极组件及其制备方法。其中，通过分隔板缠绕多个第一单元电极和第二电极板，使得第一单元电极与第二电极板相对，并且第一电极和第二电极具有相反的极性。

文献us2016/0293994a1公开了一种层叠折叠型电极组件及其制造方法。其中，电极组件包括多个层叠型单元电池，这些单元电池彼此层叠，其中连续的折叠分隔板介于各个层叠的单元电池之间。

文献ep2765637b1公开了一种具有多孔涂层的分隔件和包含该分隔件的电化学装置。例如，该电化学装置是锂二次电池，其包括正电极、负电极和介于所述电极之间的分隔件。

文献us8,574,743b2公开了一种具有交替的分隔系统的电化学装置。其中，电化学装置包括燃料电池(fulecell)或双电池(bi-cell)的多层层叠单元电池和设置在它们之间的分离膜。由此，分离膜和分隔件交替地层叠在极性相反的电极层之间。

文献jp5291811b2公开了用于制造二次电池的方法和装置。其中，将若干正电极板和若干负电极板以预定的间隔置于连续的第一分隔件上。然后，将另一个连续的分隔件置于电极板上和第一分隔件上。

技术实现要素：

本发明提出了一种用于电池单元、特别是用于锂离子电池单元的电极组件的制造方法。根据本发明的方法，将第一电极的分段置于连续的第一分隔板和连续的第二分隔板之间。其中，第一电极的分段被放置成使得纵向方向上的两个相邻的分段之间留有间隙。其中，第一电极可以是阳极或阴极。

分隔板是扁平的带，其在纵向方向上的延伸比在横向方向上的延伸大得多，例如是在横向方向上的延伸的100倍至1000倍。横向方向垂直于纵向方向。第一电极的分段也是扁平的，但其在纵向方向上的延伸与在横向方向上的延伸相近。例如，第一电极的分段沿纵向方向的延伸在沿横向方向的延伸的一半与沿横向方向的延伸的两倍之间。

之后，将第二电极的分段置于第二分隔板的、与第一电极的分段相对的一侧上；而且，将第二电极的分段置于第二分隔板的、与第一电极的分段相对的一侧上。如果第一电极是阳极，则第二电极是阴极。如果第一电极是阴极，则第二电极是阳极。

第二电极的分段也是扁平的，但其在纵向方向上的延伸与在横向方向上的延伸相近。例如，第二电极的分段沿纵向方向的延伸在沿横向方向的延伸的一半与沿横向方向的延伸的两倍之间。第二电极的分段的延伸与第一电极的分段的延伸相近。

因此，形成了带式元件。该带式元件包括第一电极的分段、分隔板和第二电极的分段。其中，第一电极的分段设置在中央。第一电极的分段被第一分隔板和第二分隔板包围。第二电极的分段置于分隔板的外侧。

然后，折叠带式元件，使得第一电极的分段和第二电极的分段在层叠方向上对齐。其中，在第一电极的分段和第二电极的分段之间总是设置有分隔板。层叠方向垂直于横向方向，并垂直于纵向方向。

因此，形成了电极组件，该电极组件以交替的顺序包括第一电极的若干分段和第二电极的若干分段，在每种情况下都插入分隔板。其中，第一电极的分段形成电极组件的第一电极，第二电极的分段形成电极组件的第二电极。

根据本发明的有利的实施方式，通过使用压在第一分隔板或第二分隔板上的热压作用将第一电极的分段层压在第一分隔板和第二分隔板之间。因此，第一分隔板和第二分隔板尤其是在第一电极的分段之间的间隙中粘合。由此，第一分隔板和第二分隔板形成接收第一电极的分段的袋。

根据本发明的另一个有利的实施方式，通过使用压在第一分隔板上的第一热压作用和压在第二分隔板上的第二热压作用将第一电极的分段层压在第一分隔板与第二分隔板之间。因此，第一分隔板和第二分隔板尤其是在第一电极的分段之间的间隙中粘合。由此，第一分隔板和第二分隔板形成接收第一电极的分段的袋。

优选地，将第二电极的分段交替地置于第一分隔板上和第二分隔板上。这意味着，在纵向方向上，第二电极的相邻分段设置在分隔板的相背的侧上。

根据本发明的有利的实施方式，带式元件在相同方向上不断地折叠，使得第一电极的分段和第二电极的分段在层叠方向上对齐。

根据本发明的另一个有利的实施方式，带式元件不断变化地在相反方向上折叠，使得第一电极的分段和第二电极的分段在层叠方向上对齐。

根据本发明的另外的改进，在第一分隔板上和/或第二分隔板上施加粘合剂层，使得第一电极的分段置于粘合剂层上。其中，在将第一电极的分段置于第一分隔板与第二分隔板之间之前施加粘合剂层。

根据本发明的另一个另外的改进，在第一分隔板和/或第二分隔板上施加粘合剂层，使得第二电极的分段置于粘合剂层上。其中，在将第二电极的分段置于第一分隔板上和第二分隔板上之前施加粘合剂层。

此外，本发明提出了一种电池单元，其包括至少一个使用根据本发明的方法制造的电极组件，该电池单元特别是锂离子电池单元。

根据本发明的电池单元可特别有利地用于电动车辆(ev)、混合动力电动车辆(hev)、插电式混合动力车辆(phev)、固定电池或消费电子产品中。消费产品尤其是移动电话、平板电脑、笔记本电脑或掌上电脑。固定应用例如是风力发电厂。但其他应用也是可行的。

本发明的优点

根据本发明的方法允许相对快速且廉价地制造用于电池单元的电极组件。特别地，结合了电极卷的制造和电极堆的制造的有利特征。其中，分隔板通过化学粘合彼此连接以及与电极分段连接。

通过在分隔板之间层压电极分段的化学粘合防止了在破坏性试验期间分隔板的收缩。该测试例如是针刺试验、热箱试验或外部短路试验。即使是连续的分隔板也能防止由于折叠方向上的机械强度引起的收缩。因此，通过层压和连续的分隔件提高了安全性。通过分隔板上的粘合剂层，在层压之后形成分隔板与电极分段之间的化学粘合。

附图说明

为了更好地理解本发明的前述实施方式及其另外的实施方式，应结合附图参照下面的实施方式的描述，附图表示：

图1是电池单元的示意图，

图2是层压过程的示意图，

图3是带式元件的示意图，

图4带式元件的折叠阶段，以及

图5是电极组件的示意图。

在下文中，将参照附图描述本发明的优选实施方式。附图仅提供了本发明的示意图。除非另有说明，否则相同的附图标记是指所有附图中的对应的部分、元件或组件。

具体实施方式

图1表示电池单元2的示意图。电池单元2包括壳体3，壳体3例如是盒式的并且具有棱柱形形状。电池单元2还包括电极组件10，电极组件10设置在壳体3内。壳体3例如是由柔软材料制成的袋或盒。壳体3也可以由围绕电极组件10的刚性材料制成。

此外，电池单元2包括负极端子15和正极端子16。在端子15、16之间，提供电池单元2的输出电压。端子15、16用于对电池单元2充电和放电。端子15、16从壳体3突出。电极组件10包含阳极11、阴极12和设置在阳极11和阴极12之间的分隔件18。

阳极11包含阳极复合材料21和阳极集电器23。阳极复合材料21和阳极集电器23彼此连接。阳极集电器23是导电的并且由金属、特别是铜制成。阳极集电器23电连接至电池单元2的负极端子15。阳极复合材料21包含活性材料。

阴极12包含阴极复合材料22和阴极集电器24。阴极复合材料22和阴极集电器24彼此连接。阴极集电器24是导电的并且由金属、特别是铝制成。阴极集电器24电连接至电池单元2的正极端子16。阴极复合材料22也含有活性材料。

图2示出了层压过程的示意图。连续的第一分隔板41设置在第一线圈61上。连续的第二分隔板42设置在第二线圈62上。分隔板41、42从线圈61、62向纵向方向x松开。分隔板41、42是扁平的带，其在纵向方向x上的延伸比在横向方向上的延伸大得多，例如是横向方向上的延伸的100倍至1000倍。横向方向垂直于投影平面并垂直于纵向方向x。

阴极分段32置于第一分隔板41和第二分隔板42之间。阴极分段32也是扁平的，但其在纵向方向x上的延伸与横向方向上的延伸相近。例如，阴极分段32的沿纵向方向x的延伸在沿横向方向的延伸的一半与沿横向方向的延伸的两倍之间。阴极分段32被放置成使得纵向方向x上的两个相邻的阴极分段32之间留有间隙34。该间隙21在图3中示出。

通过使用压在第一分隔板41上的热压作用60将阴极分段32层压在第一分隔板41与第二分隔板42之间。因此，第一分隔板41和第二分隔板42尤其是在阴极分段32之间的间隙34中粘合。由此，第一分隔板41和第二分隔板42形成接收阴极分段32的袋。

之后，将阳极分段31置于分隔板41、42上，从而形成带式元件50。图3示出了带式元件50的示意图。带式元件50包括阳极分段31、分隔板41、42和阴极分段32。然而，阴极分段32设置在中央并被第一分隔板41和第二分隔板42包围。阳极分段31放置在分隔板41、42的外侧上。

阳极分段31也是扁平的，但其在纵向方向x上的延伸与在横向方向上的延伸相近。例如，阳极分段31沿纵向方向x的延伸在沿横向方向的延伸的一半与沿横向方向的延伸的两倍之间。阳极分段31的延伸与阴极分段32的延伸相近。

如已经提到的，阴极分段32被放置成使得纵向方向x上的两个相邻的阴极分段32之间留有间隙34。阳极分段31置于第一分隔板41的、与阴极分段32相对的一侧上，并且置于第二分隔板42的、与阴极分段32相对的一侧上。

阳极分段31交替地置于第一分隔板41上和第二分隔板42上。这意味着，在纵向方向x上，相邻的阳极分段31设置在分隔板41、42的相对的侧上。

图4a、图4b和图4c示出了图3中给出的带式元件50的折叠阶段。带式元件50被折叠，使得阴极分段32和阳极分段31在层叠方向z上对齐。层叠方向z垂直于横向方向，并垂直于纵向方向x。

从图4a开始，包含一个阴极分段32和一个阳极分段31的带式元件50的第一部分折叠180°并置于剩余的带式元件50上。折叠方向由箭头a表示。其中，将第一部分置于剩余的带式元件50的第二部分上，使得第一部分的阴极分段32、第一部分的阳极分段31、第二部分的一个阴极分段32和第二部分的一个阳极分段31在层叠方向z上对齐。

在带式元件50的第一次折叠操作之后，如图4b所示，第一部分置于第二部分上。因此，在相邻的阳极分段31和阴极分段32之间总是设置有分隔板41、42。

在图4c所示的第二次折叠操作中，第一部分和第二部分折叠180°并置于带式元件50的第三部分上。折叠方向再次由箭头a表示。重复折叠带式元件50的操作数次，直到形成电极组件10。

目前，带式元件50如箭头a所示不断地在相同方向上折叠。可替代地，带式元件50可以不断变换地在相反方向上折叠。

图5示出了用于图1中所示的电池单元2的这种电极组件10的示意图。电极组件10以交替的顺序包括若干阳极分段31和若干阴极分段32，这些阳极分段31和这些阴极分段32在层叠方向z上对齐并且是在每种情况下都通过分隔板41、42彼此隔开。

其中，阳极分段31形成电极组件10的阳极11，并且阴极分段32形成电极组件10的阴极12。第一分隔板41和第二分隔板42形成分隔件18。

阳极分段31包括阳极接片，阳极接片在此未示出并且在横向方向上突出。阳极接片是阳极集电器23的一部分。阳极接片彼此电连接且机械连接。因此，在形成阳极11时，阳极分段31并联电连接。

阴极分段32包括阴极接片，阴极接片在此未示出并且在横向方向上突出。阴极接片是阴极集电器24的一部分。阴极接片彼此电连接且机械连接。因此，在形成阴极12时，阴极分段32并联电连接。

出于说明的目的，已经参照具体实施方式描述了前述描述。然而，上面的说明性讨论并非旨在是穷举的或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导可以进行许多修改和变化，并且这些修改和变化被所附权利要求所涵盖。选择和描述实施方式是为了说明本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够利用本发明及具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施方式。