专利名称：扁平电池的箔导体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于扁平电池的箔导体，特别是锂离子电池的箔导体。这样的电池基本上由设置在电解质内的扁平电极或电极叠层组成，其中，负(阳极)和正(阴极)通过Li+离子可以通过的隔离层分开。电池向外与相邻电池或与环境利用涂铝的封装箔绝缘并密封。
背景技术：
为分接不同电极或电极叠层之间产生的电势，从电池的内部向外导出与电极连接的导体或导体凸起。在电池的外部，导体凸起然后可与其他电池或汇流条连接。作为导体通常使用金属带或金属箔，其中，负导体一般使用镀镍的铜片，正导体使用铝片。导体在此方面必须满足多个功能一方面，它们在其从电池向外伸出的所谓的接触区内必须可与汇流条或其他电池产生持久的电接触。特别是在正导体上在此方面的问题是，铝上的焊接由于铝的天然氧化物层而不可能或仅在利用强熔剂时才可能，因而极不适于与温度敏感的塑料元件直接邻接的薄导体的连接。导体的螺纹连接需要附加的部件(螺丝、夹板和螺纹板)，这样增加了敏感箔导体的重量以及提高了制造成本。接触区中的超声波焊接接合的缺点是，引入该区域的振动能量，会损坏导体穿过封装箔并与该封装箔粘合接合的区域(粘合区)。此外，导体与电池内部的电极连接的区域会受到超声波焊接工艺的损坏，由此使导体与电极之间的电连接的质量变差。另一方面，导体必须被配置为，在上述的粘合区的区域内也持久密封电池。根据现有技术，箔导体与电池外壳的密封借助热熔化/粘合接合技术进行，在此方面导体经常利用塑料膜或类似的绝缘材料在粘合区中加固，以改善连接和保证相对于包封封装箔内的金属层的电绝缘。特别是未处理的铝导体的粘合连接很容易受到化学渗透并因此构成永久泄漏危险。
发明内容
从这种现有技术出发本发明的目的因此在于，提供一种得到改善的箔导体，该箔导体很容易电接触并利用其可以获得提高密封性的电池。该目的通过具有独立属权利要求所述特征的箔导体得以实现。从属权利要求涉及本发明具有优点的变体和实施例。根据本发明的用于扁平电池的箔导体包括用于与其他电池或汇流条接触的接触区、用于与电池的封装箔粘合接合的粘接区和用于与电池内部的电极箔连接的连接区。根据本发明，在此方面至少两个区具有彼此不同的表面特性。换句话说，例如带状箔导体的表面结构在带的纵向上变化。由此可以考虑到这种实际情况，即对箔导体表面的要求依赖于导体上的各自位置而有所不同。这样的箔导体例如可以具有作为正导体的铝基础结构以及粘合区具有粘合基础/转换层。由此克服的问题是，工业化制造的铝箔和铝带具有天然氧化物层，潮气、污物、油和油脂牢固地处于该氧化物层内。这种天然氧化物层之所以不适合防腐蚀和作为用于粘合接合连接的粘合基层使用，特别是因为通过该天然氧化物，有机涂层被渗透腐蚀。为制造工业粘合表面，因此这样是有利的，首先化学去除天然氧化物层，此后可以立即在这样净化的表面上有控制地构成粘合基础和转换层。作为粘合基础，在此方面可以使用基于钛或锆的三价和六价铬酸溶液、无铬溶液以及阳极产生的氧化物层(阳极化、硬 质阳极化)。特别是使用三价铬在此方面具有以下优点在其中一般在铝上形成转换层的酸性含水环境下的良好的溶解性表面上的反应产物(铬(III)氧化物)为惰性并提供持久的保护不危害健康作为预密封方式，优选上述粘合层在浸溃过程中利用聚合物层立即覆盖。该层被形成为箔，特别是作为直接在粘合涂层后熔化的箔。在最后所称的情况下，使用底漆不是绝对必要的。聚合物层一方面防止导体的粘合表面不受操作工序的随后污染并可以后面直接热焊接到封装箔。取代聚合物层也可以设想例如具有底漆的其它带，特别是也可以设想织物带。在箔导体还包括具有镀镍表面的铜基础结构，也就是一般作为负导体使用的情况下，有利的是粘合区可以具有粗糙的表面。具有优点的粗糙深度处于5-40 u m的范围内。粗糙的表面可以通过化学或机械过程例如像研磨或辐射产生，其中，在使用辐射法的情况下应考虑所加工箔的机械敏感性。与汇流条或用于电池串联连接的电接触可以由此得到简化，S卩如果箔导体包括铝基础结构的话，接触区具有可焊接涂层，该可焊接涂层特别是可以含有镍、锌、铜或银。在此方面，涂层优选采用各自的纯材料实施方式；但可以不同的层序例如施加Ni的第一层和Sn
的第二层。特别是在依次串联设置电池时，由铝构成的正导体和由镀镍的铜组成的负导体必须相互连接。通过优选具有镍的接触区内的正导体的上述可焊接涂层，可进行两种导体材料的焊接连接。此外，铜的测量或连接线路可以直接焊接在这样涂敷的箔导体上。对应于焊接过程要求，正如已经提到的那样，也可以部分涂覆其他的或附加的可焊接涂层(例如锌、铜、银)。涂层最好可以通过单独的或带电镀(Bandgalvanisierung)进行。作为带材的局部涂层，可以使用浸入深度法、涂刷法、电喷镀法(Jetplating)或粘贴法(tape method)。
在浸入深度法的范围内，例如以之后箔导体的开始材料导过各自的浸溃池，悬挂在以后的连接区中。特别地，首先在用于粘合区和接触区的区域内产生粘合基础/转换层。在密封随后的粘合区以后，在用于接触区的区域内的粘合基础/转换层被例如通过蚀刻去除，然后在该其区域内可以进行可焊接层的施加。无论是处于浸溃池外面以后的连接区还是封装的以后的粘合区均不受此影响。导体的上述可焊接涂层除了所介绍的用于扁平电池外，也可以设想用于圆形电池。在此方面，在电池的铝筒上可以实施有针对性的局部点镀(Spot plating),以制造具有用于焊接导体凸起的可焊接接触区的区域。在本发明的另一种实施方式中，扁平电池的箔导体可以具有一种进行如下修改的矩形截面，即矩形的短侧面呈楔形或舌形向外延伸。与纯矩形的这种区别可以使环绕导体的聚合物层和/或与其粘接的封装箔更好地跟随导体几何形状和与现有技术相比更加密封地包围该导体。换句话说，导体的截面几何形状与严格矩形设计的导体截面的情况相比可以更好地与环绕该导体的箔分布相配合，由此可以达到改进导体区域内的电池密封的目的。通过上述措施，此外可以从其他范围选取导体的尺寸，特别是更厚的导体，这样有利于导体的机械稳定性。所要求的形状一种可能的制造过程在于从带材中冲压出箔导体后的压印(stamping)过程。 不言而喻，导体截面的上述修改可与导体不同特性的表面区的构成无关进行。根据本发明的用于制造扁平电池的箔导体的方法在扁平的金属基础结构上产生具有彼此不同的表面特性的至少两个区和特别是可以包括以下步骤-由铝的带材冲压-去油污-去除氧化物层-用基层/转换层涂敷粘合区。作为附加或备选，该方法可以具有以下步骤用于制造适当边缘结构的压印步骤粘接区的预密封接触区的蚀刻利用可焊接表面金属化接触区。通过接触区和/或粘合区和/或连接区不同的表面特性和/或涂层，根据本发明可以为各自的区选择有利的连接方法，其中箔导体各自已经存在的连接至多承受可忽略的应力。由此在随后进一步的连接方法之后，也可以至少尽可能地保证箔导体与电极箔已经存在的连接和/或与其他箔导体的接触和/或箔导体通过封装箔的密封的质量和耐久性。特别是为超声波焊接法而优化连接区，为钎焊(soldering)法和/或焊接(we I ding )法,特别是激光焊接法而优化接触区，和为密封粘合而优化粘合区。
下面借助附图对本发明的实施例进行更详细说明。其中图I以子图IA和IB示出具有箔导体的扁平电池的侧视图和截面图；图2示出图I的截取部分放大图；图3示出根据现有技术的箔导体穿过扁平电池的实施方式；图4示出经修改的箔导体穿过扁平电池的封装箔时的第一透视图；图5示出图4所示视图的一种变体；以及图6示出本发明的具有经修改的表面结构的圆形电池的另一种变体。
具体实施方式
图I以子图IA和IB示出扁平电池的俯视图或侧视截面图，该扁平电池具有根据本发明配置的箔导体I和2。箔导体I和2在粘合区6穿过涂铝的封装箔4并在连接区7内的扁平电池的内部与图I未详细示出的电极箔叠层3连接，其中导体I被配置为由镀镍的铜片构成的负导体以及导体2被配置为由铝片构成的正导体。在扁平电池的外部，导体具有用于导体I或2与其他电池或汇流条接触的接触区5。正如已经提到的由铝片形成的正导体2在此方面在其阴影线示出的接触区5内的铝基础结构上具有可焊接涂层，以便正导体2的接触区5适用于简单焊接到例如功率线路或测量线路的导体。可焊接涂层由此可以包含镍、锌或银。特别优选约3-lOym厚度的镍层的材料系。作为选择也可以使用3-lOym厚度的第一镍层和施加到在其上的2-5 厚度的锌层的层序列。在此方面，第二变体的特征在于更好的焊接特性；但该第二变体由于两级过程而在制造时需要更多的资源。在以点示出的粘合区6内，箔导体2具有粘合基础/转换层，其使涂 铝的封装箔4与箔导体2之间的材料连接得到改善。所称的粘合基础/转换层由此具有包含CrIII的钝化。图IA或IB中未示出附加的聚合物层，其例如可以作为聚合物膜构成并设置在粘合基础/转换层上。在其远离粘合基础/转换层的侧面上，聚合物层与涂铝的封装箔4粘合接合。负导体I与涂铝封装箔4的粘合接合在所示的实例中由此得到改进，即负导体I在其粘合区6内具有粗糙的表面，由此导体I的表面与封装箔45之间的粘合剂流动同样得到改善。图2为进一步再次将图IB中虚线示出的区域示例为具有与图I对应的附图符号的部分放大图。由此，图2a示出具有预密封层9的导体1，而图2b示出不具有预密封层的导体2。图3示出根据现有技术的正导体2’穿过扁平电池封装箔4的情况。在此方面，正导体2’由设置在正导体2’穿过封装箔4的区域内的预密封层9围绕。从图3可以容易看出预密封层9与导体2’的侧端面之间实际上不可避免的间隙。在用箭头表示的点处，扁平电池与环境的可靠密封在实践上是不可能的。图4示出了根据本发明的用于导体2的几何形状的解决方案，通过该解决方案消除了这一问题。正如从图4所看到的那样，导体2以这样方式构成，即其截面与矩形不同。特别是导体2的截面以这样的方式形成，即矩形的短侧面具有楔形或舌形的凸起部21。该措施的效果是，例如可以作为聚合物箔构成的图4所示的预密封层9沿整个导体截面实际上无间隙紧贴在导体上并由此与封装箔4保证扁平电池的内部相对于环境的可靠密封。当然，也可以设想其他形式的区域21的设计。然而，具有优点的是在任何情况下，区域21的形状适合于环绕箔的想象的形状。例如，还可以考虑导体2的扁平透镜状的截面。图5示出图4的一种变体，其中封装箔4直接粘合接合在导体2上；其他方面图5的变体与图4所示的实施方式相应。图6示出用于改进这里为圆形电池的电池的接触的另一种可能性。图6所示的铝电池筒20在其上端面上具有金属化层50，通过其产生可焊接表面。可容易地接触的电池筒例如可以通过挤压法制造。随后所要金属化的区域50被部分地除油污，以去除油、油脂和污物，由此去除天然的氧化物膜并产生限定的基础表面。在区域50的一次或两次锌酸盐蚀刻后，发生与希望的可焊接表面的电金属化。由此，使用用于扁平电池的方案以上述方式进行金属化。
权利要求
1.一种用于扁平电池的箔导体，具有用干与其他电池或汇流条接触的接触区(5)、用于与电池的封装箔(4)粘合接合的粘合区(6)和用于与电池内部的电极箔(3)连接的连接区(7)，其特征在于，至少两个区(5、6、7)具有彼此不同的表面特性。
2.根据权利要求I所述的箔导体，其特征在于，所述箔导体包括铝基础结构以及粘合接合区(6)具有粘合基础/转换层。
3.根据权利要求2所述的箔导体，其特征在于，所述粘合区(6)的所述粘合基础/转换层与所述铝基结构之间不存在天然氧化铝层。
4.根据权利要求2或3所述的箔导体，其特征在于，聚合物层(9)被设置在所述粘合区(6)的所述基层/转换层上。
5.根据前述权利要求之一所述的箔导体，其特征在干，所述箔导体包括铝基础结构以及所述接触区(5 )具有可焊接涂层。
6.根据权利要求5所述的箔导体，其特征在于，所述可焊接涂层包含镍、锌、铜或银。
7.根据权利要求I所述的箔导体，其特征在于，所述箔导体包括铜基础结构。
8.根据权利要求7所述的箔导体，其特征在于，所述粘合区(6)包括粗糙的表面。
9.根据权利要求7或8所述的箔导体，其特征在于，所述箔导体包括镀镍的表面。
10.根据权利要求I所述的箔导体，其特征在干，为钎焊和/或焊接法，特别是为激光焊接法而优化所述接触区(5)的表面和/或涂层结构。
11.根据权利要求I所述的箔导体，其特征在于，为超声波焊接法而优化所述连接区(7)的表面和/或涂层结构。
12.根据前述权利要求之一所述的箔导体，其特征在于，所述箔导体具有进行如下修改的矩形截面，即，矩形的短侧面(21)被形成为楔形或舌形地向外延伸。
13.一种用于制造扁平电池的箔导体的方法，其中，在扁平金属基础结构上形成具有彼此不同的表面特性的至少两个区(5、6、7)。
14.根据权利要求13所述的用于制造扁平电池的箔导体的方法，其中，为超声波焊接法而调节所述连接区(7)的表面。
15.根据权利要求13所述的用于制造扁平电池的箔导体的方法，其中，为焊接法和/或焊接法，特别是激光焊接法而调节所述接触区(5)的表面结构和/或涂层的表面。
16.根据权利要求13所述的方法，具有以下步骤 -从铝带材冲压 -去油污 -去除天然氧化物层。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，附加地利用粘合基础/转换层涂敷粘合区 (6)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，附加地预密封所述粘合区(6)。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，附加地进行接触区(5)的蚀刻。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，利用可焊接表面附加地金属化所述接触区(5)。
21.根据权利要求13到20中一项所述的方法，其中，附加地进行压印步骤。
全文摘要
本发明涉及一种用于扁平电池的箔导体，包括用于与其他电池或汇流条接触的接触区(5)、用于与电池的封装膜(4)粘合接合的粘合区(6)和用于与电池内部的电极膜(3)连接的连接区(7)，其特征在于，至少两个区(5、6、7)具有彼此不同的表面特性。本发明还涉及一种用于制造用于扁平电池的膜导体的方法。
文档编号H01M4/66GK102834946SQ201180018646
公开日2012年12月19日 申请日期2011年4月12日 优先权日2010年4月12日
发明者F·布洛梅, R·维克斯勒 申请人:戴姆勒股份公司