具有由塑料层压的纤维复合物构成的壳体的电池以及具有电池的电池系统和机动车的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有壳体和布置在壳体中的用于储存电能的电化学电芯的电池。此夕卜，本发明涉及分别具有至少一个电池的电池系统以及机动车。
【背景技术】
[0002]开头所提及的类型的电池以及具有电池的电池系统和机动车通常是已知的。尤其当电池应使用在移动设备(例如移动电话、便携式计算机或机动车)中时，有利的是，电池的所谓的比能量应尽可能高。电池的比能量以瓦小时每公斤来测量并且说明在一千克的电池中可储存多少能量。
[0003]用于提高电池的比能量的一种可能性是提高可储存在电池中的能量。然而，可储存的能量的提高不是没有问题的，特别是仅可利用很高的设计费用实现。
[0004]用于提高电池的比能量的另一可能性是，电池建造成具有尽可能小的重量。很多电池使用金属壳体，该金属壳体占据电池重量的很大份额。为了降低电池的重量，已知通过塑料盒代替金属壳体。具有作为壳体的塑料盒的这种电池例如在WO 02/101849A2中进行了说明。然而，这样的电池具有的缺点是，如果有外部的机械载荷，该电池仅微不足道地保护电池的电化学电芯不受外部的机械载荷影响。因此，在处理这种电池时需要极其谨慎，以预防电化学电芯的损坏。
【发明内容】
[0005]根据本发明提供了一种具有壳体的电池，其中，壳体具有至少一个由纤维复合物构成的壁，该纤维复合物是由塑料层压的。此外，根据本发明提供了一种电池系统和机动车，其中，电池系统或机动车的电池为根据本发明的电池。
[0006]塑料层压的纤维复合物具有比已知的塑料盒的塑料薄片更高的机械稳定性并且在此具有比很多壳体所使用的金属更低的比重量。因此，具有由塑料层压的纤维复合物构成的壁的壳体比塑料盒更稳定并且比包含金属的壳体更轻。此外，具有至少一个由塑料层压的纤维复合物构成的壁的壳体比金属壳体价格更便宜地制成。
[0007]根据本发明的解决方案可通过不同的、本身相应有利的、可彼此任意组合的设计方案进一步改善。下面探讨该设计方式和与之相关的优点。
[0008]在有利的第一设计方式中，纤维复合物可在其指向到壳体的内部中的内侧处耐电解质且电解质密封地进行配备。纤维复合物尤其可在其内侧处耐久地(即对于壳体和/或电池的预期的使用寿命)耐电解质且电解质密封地构造。
[0009]通过以耐电解质并且电解质密封的方式设计纤维复合物，无需使用纤维复合物的单独构造的防止电解质的防护物。因此，壳体的构造和处理简单且成本有利。
[0010]根据另一可行的有利的设计方式，纤维复合物可在其从壳体的内部远离的外侧处耐久地以防潮且湿气密封的方式进行配备。从外部侵入到纤维复合物中的湿气不仅损害纤维复合物的机械稳定性并且由此至少损害壳体的至少一个壁的机械稳定性。而通过纤维复合物侵入到壳体的内部中的湿气还可与电解质起反应，这将导致电池的功能性故障。
[0011]根据另一有利的设计方式，纤维复合物可多层地构造，从而单个的层可专门地根据电解质耐抗性以及电解质密封性、防潮性以及湿气密封性和/或机械稳定性的功能来设计。纤维复合物尤其可建造有外层、内层和布置在外层和内层之间的中间层。
[0012]外层可构造成防潮且湿气密封的。外层尤其可成形为含有至少一种塑料的薄片或可为塑料薄片。内层可以耐电解质且电解质密封的方式构造并且至少具有含有至少一种塑料的薄片或可为塑料薄片。
[0013]用于外层和/或内层的合适的塑料薄片例如为具有聚合物(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚烯烃或者它们或其他塑料的组合)或由该聚合物构成的薄片。也可使用这些塑料的极性改性的变体。内层可尤其具有聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯或这些塑料的极性改性的变体，可能组合其他的塑料。外层或内层例如具有的厚度在5 μπι与150 μ m之间并且优选为23 μ m。
[0014]中间层可构造为基本上形状稳定的支撑层，其中，中间层独自或在纤维复合物中具有比现有技术的塑料盒更高的稳定性并且尤其基本上自支撑地构造并且构造成通过其自重不仅局部地而且沿着其整个外侧或内侧弯曲。
[0015]中间层优选从具有纤维材料的材料制备并且尤其可由纤维材料构成。纤维材料例如为原纸、纸板或纺织纤维，例如无纺材料。这样的纤维材料可便宜地制造和加工并且相比于塑料盒的塑料薄片具有很高的机械稳定性。中间层可具有的厚度在50 μπι和2_之间并且优选为0.5mm。
[0016]为了避免流体和例如气体(例如氧气)从外部侵入到壳体中并且与电解质起反应，纤维复合物可具有形成气障的隔层。隔层优选布置在内层和外层之间，从而隔层既不与环境湿气接触，也不与电解质接触。隔层例如可布置在中间层与内层之间。
[0017]合适的隔层例如为以气体不可渗透的方式成形的金属薄片。铝制的金属薄片可便宜地制造并且相比于由其他金属构成的金属薄片具有很轻的重量。金属薄片可由基本上纯的金属(例如99%的铝)或由金属合金(例如铝合金)以在5μπι和150μπι之间的厚度构造。作为引入到纤维复合物中的金属薄片，隔层例如可具有15 ym的厚度。作为替代，隔层可通过涂覆方法(例如气相喷镀)施加到中间层或内层上并且作为金属膜具有在0.5 μπι和1ym之间的厚度，并且优选具有5 ym的厚度。
[0018]为了将隔层固定在纤维复合物中，隔层可材料配合地与中间层连接。纤维复合物例如可具有层压层，层压层布置在隔层和中间层之间并且使之材料配合地彼此连接。层压层可具有热塑性的、含粘合剂的和/或含胶粘剂的材料，从而隔层和中间层简单且以很低的成本通过层压层彼此固定。
[0019]优选地，层压层由聚乙烯、聚丙烯、这些塑料的极性改性的变体或这些塑料的组合或这些塑料中的一种与其他塑料或塑料混合物的组合形成。层压层尤其可为热塑性的塑料，从而中间层和隔层通过加热与层压层连接。层压层可具有的厚度在5 μπι和150μηι之间并且优选为23 μπι。
[0020]作为使用热塑性塑料的替代，层压层还可为例如丙烯酸盐基的漆。
[0021]在电池的使用寿命期间可能由于在电池内部的化学过程出现腐蚀性的材料。电解质例如可反应成作用于壳体的氟化氢。为了保护壳体，纤维复合物可具有防腐层，该防腐层可布置在内层的从壳体的内部远离的一侧。防腐层尤其可保护内层不受氟化氢影响并且构造为氟化氢屏障。在试验中已经证实，由基于无铬VI的磷酸铬、氟化锆和/或氟化钛的涂层构成的防腐层形成特别有效的防腐层。
[0022]氟化氢尤其对铝发生作用，从而防腐层优选布置在壳体的内腔与气障之间。
[0023]为了进一步降低壳体的重量，不仅壳体的壁而且壳体可绝大部分地且甚至完全由纤维复合物形成。在此，纤维复合物可折叠以形成壳体。纤维复合物尤其可折叠成圆柱或棱柱的形状并且例如箱状地折叠，其中，壳体的内部块状地成形。
[0024]首先可将纤维复合物杯状地折叠成具有例如矩形的开口，从而电化学电芯可简单地插入到壳体的内部中。为了闭合开口，可使壳体的环绕开口的凸缘的两个相对地布置的侧部彼此贴靠并且例如彼此相对于密封缝粘住或用热彼此焊接。
[0025]为了获得箱状的壳体，可横向于凸缘的纵向方向折叠粘住或焊接的凸缘。密封缝的突出超过壳体的中间部分的端部可朝或逆着其纵向方向向下翻到壳体的侧面上，以节省对于壳体所需的结构空间。突出的端部例如可与侧壁粘接或焊接在一起。这样不仅可构造罩盖，而且可构造壳体的底部。
[0026]罩盖可具有用于联接电极的两个