用于电池的绝缘结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电池、特别是锂离子电池的绝缘结构，其中绝缘结构具有多个相叠布置的分别具有层厚的绝缘层。
【背景技术】
[0002]为了提供电能，电池在多个不同领域中用作电流源。相对于替代的电流源，电池具有以下优点，电池几乎可以以每个大小和形状来提供并且因此特别好地适用于要求相应电流源的移动性的应用。在机动车中特别是使用可重复充电的锂离子(Li离子)电池，因为锂离子电池具有特别高的能量密度并且具有相较于其他电池低的密度和相对低的记忆效应。
[0003]特别是在移动应用中、诸如在机动车中，电池的容量与质量的比值是重要的。该比值也称为能量密度。具有较大能量密度的电池因此比具有较小能量密度的相同容量的电池更轻。因此新型电池研究中的目标是，增大电池单元的能量密度。
[0004]用于机动车的通常的锂离子电池具有直至300Wh/kg的能量密度。为了进一步提高能量密度，研究基于硫的锂离子电池或固体电池。这样的电池通常具有纯锂构成的阳极。固体电池具有以下缺点，固体电解质中的离子运输在室温下仅很缓慢地运行。因此负面地影响固体电池的总功率。为了改进离子运输因此有利的是，将固体电解质加热到60和120°C之间的温度上。为此适宜的是，电池配备壳体，该壳体除了电绝缘和对外部影响、诸如机械应力或湿气的保护之外还保证了足够的绝热。
[0005]从US 2013/0288100中已知一种用于电池的壳体，该壳体保护电池单元以免机械应力以及电池周围环境中的杂质。壳体具有多层结构，其中结构的层特别是具有拥有特别高的导热系数的材料。壳体在一些位置处具有拥有低的导热系数的材料。为了提高机械强度，至少一层具有蜂窝状的结构。这样的壳体具有以下缺点，多层结构仅保证不充分的绝热，因为一些层具有特别好的导热能力并且层基本上杂乱相叠地布置。
[0006]US 2012/0282496示出一种用于电池的壳体，该壳体具有用于保护电池以免机械的外部影响的框架层以及多个具有蜂窝结构的压力分布层。至少压力分布层相互连接。根据US 2012/0282496的壳体具有以下缺点，其保证相对差的绝热，特别是因为框架层和压力分布层基本上杂乱相叠地布置。
【发明内容】
[0007]因此本发明的任务是提供一种用于电池的壳体的绝缘结构，该绝缘结构至少部分地不具有上述缺点。本发明的任务特别是提供一种用于电池的绝缘结构，该绝缘结构具有改进的绝热并且在此保护在壳体的内部中布置的电池单元以免外部的影响、诸如机械影响或湿气。
[0008]根据本发明，该任务通过根据权利要求1的、特别是特征部分中的绝缘结构以及根据权利要求10的电池壳体来解决。在从属的装置权利要求中列举本发明的优选的改进方案。在此，结合根据本发明的绝缘结构公开的全部特征也适于结合电池壳体，以及反之亦然。
[0009]根据本发明的第一方面，该任务通过用于电池的绝缘结构来解决，其中绝缘结构具有多个相叠布置的分别具有层厚的绝缘层。绝缘层具有拥有多个腔的腔结构，其中腔通过壁与相应绝缘层的相邻腔分隔。多个绝缘层至少具有第一层以及第二层，其中绝缘层相叠地布置，使得不同绝缘层的相邻腔垂直于层厚相对于彼此偏移。
[0010]绝缘结构在本发明的意义上是阻止通过其的直接的热交换并且因此也可以被称为热绝缘的结构。此外，绝缘结构优选地被构造用于承受住机械负荷。进一步优选地，该结构也是电绝缘的。同样优选地，绝缘结构是防水的。
[0011]各个绝缘层优选地已经部分地具有绝缘结构的特性。通过至少两个、最好至少三个被布置成绝缘结构的绝缘层的协作，绝缘结构具有比各个绝缘层更好的绝热。
[0012]绝缘层基本上平坦地或片状地利用底面来构造并且具有在底面的面法线方向上构造的层厚。绝缘层的底面优选地对应于绝缘结构的底面。
[0013]腔结构是具有多个壁的结构，所述壁相互连接成一个结构并且因此形成多个腔。因此相邻腔通过共同的壁彼此相隔。腔优选地是其中例如布置有周围环境中的空气的空腔。腔结构优选地通过绝缘层基本上恒定或反复地来构造，使得绝缘层具有相同形状、大小和对齐的多个腔。
[0014]绝缘结构具有至少两个、最好三个相叠布置的绝缘层。在此，相邻层的相邻腔在垂直于层厚的方向上彼此相对偏移。优选地，相邻层不具有全等相叠布置的腔。
[0015]绝缘结构的底面具有以下位置，在所述位置上两个相邻的绝缘层具有壁并且因此形成共同的壁区段。因为腔包含空气，所以从一个绝缘层到下个绝缘层的热运输通过共同的壁区段是特别高的。因此有利的是，绝缘层相叠地布置，使得两个绝缘层具有尽可能少的共同的壁区段，所述壁区段在层厚的方向上穿过两个绝缘层延伸。在此优选的是，相邻绝缘层的壁分别仅相交于点并且因此形成共同的壁区段。
[0016]这样的绝缘结构具有以下优点，通过相邻层的腔或壁的偏移，仅仅两个相邻层的壁的交点具有仅仅少的共同的壁区段，所述壁区段穿过两个层延伸。因此，通过相邻绝缘层的壁的直接的热交换在层厚的方向上仅仅在绝缘结构的少的位置处是可以的。
[0017]优选的是，多个绝缘层具有至少一个第三层，其中绝缘层相叠地布置，使得不同绝缘层的相邻腔垂直于层厚相对于彼此偏移。在该特别优选的实施方式中，绝缘结构具有至少三层，所述层相叠布置。在此，相邻层的相邻腔在垂直于层厚的方向上相对于彼此偏移。优选地，相邻层不具有全等相叠布置的腔。
[0018]绝缘结构的底面具有以下位置，在所述位置上至少两个相邻的绝缘层具有壁并且因此形成共同的壁区段。因为腔包含空气，所以从一个绝缘层到下个绝缘层的热运输通过共同的壁区段是特别高的。因此有利的是，绝缘层相叠地布置，使得三个绝缘层不具有在层厚的方向上穿过三个层延伸的共同的壁区段。
[0019]这样的绝缘结构具有以下优点，通过相邻层的腔或壁的偏移，仅仅两个相邻层的壁的交点具有穿过两个层延伸的共同的壁区段。因此，通过相邻绝缘层的壁的直接的热交换在层厚的方向上仅仅在绝缘结构的少的位置处是可以的。在三层的情况下可以进一步减少共同壁区段的数量，使得不存在共同的壁区段。因此可以选择一种布置，使得在绝缘层的底和顶之间不存在连续的垂直的热路径。
[0020]优选地，不同绝缘层的两个相叠布置的以及相邻的腔彼此偏移，使得所述腔的壁根据面具有尽可能少的共同壁区段，所述壁区段在层厚的方向上穿过第一层和第二层延伸。在此优选的是，相邻绝缘层的壁分别仅相交于点。这样的布置具有以下的优点，进一步改进绝热，因为相对大的热传输仅通过共同的壁区段是可以的并且该布置仅具有两个层的少的共同的壁区段。
[0021]进一步优选地，不同绝缘层的至少三个相叠布置的以及相邻的腔彼此偏移，使得所述腔的壁不具有在层厚的方向上穿过第一层、第二层和第三层延伸的共同的壁区段。这样的布置具有以下优点，进一步改进绝热，因为相对大的热传输仅通过共同的壁区段是可以的并且该布置不具有三层的共同的壁区段。
[0022]此外，在本发明的范围内可设想的是，至少两个绝缘层的腔结构基本上相同地构造。腔因此优选地具有相同的大小、形状和对齐。多个层的这样的腔能够特别轻微地相对于彼此偏移，使得于是仅仅形成少的共同的壁区段。在具有基本上相同的腔结构的三层的情况下，因此容易可行的是，相叠偏移地布置层，使得三个层不在任何位置处具有共同的壁区段。
[0023]进一步优选地，至少一个绝缘层的壁具有拥有相对低的导热系数的材料。这具有以下优点，通过该层的热传输是特别低的。进一步优选地，多个绝缘层具有这样的具有相对低的导热系数的材料。因此进一步降低通过绝缘结构的热传输。
[0024]根据本发明同样可设想的是，至少一个绝缘层的壁具有拥有低于1.5g/cm2的密度的材料。优选地，多个绝缘层的壁具有拥有这样的厚度的材料。这样的绝缘层在腔的相应的构造中除了有利的热绝缘之外还具有好的机械负荷能力。
[0025]优选的是，至少一个绝缘层的腔具有多角的横截面。在此，腔的横截面优选地是三角的、四角的、五角的或六角的。这样的绝缘层具有好的机械负荷能力。此外，这样的绝缘层具有以规则间距重复的结构。因此可以更好的是，相叠地布置多个绝缘层，使得相邻的绝缘层具有尽可能少的共同的壁区段，所述壁区段在层厚的方向上穿过所有绝缘层延伸。此夕卜，可以更