用于制造具有金属的外壳和覆盖该外壳的外侧的电绝缘层的电池的方法以及根据该方法 ...的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造具有金属的外壳(10)和覆盖该外壳的外侧的电绝缘层的电池的方法以及一种根据该方法制造的电池。该方法包括以下步骤：(i)准备用于电池的金属的外壳(10)或者外壳部件；(ii)在抽吸产生的气体和颗粒的同时电晕处理外壳(10)的外侧或者外壳部件的外侧；和(iii)在处理过的外壳(10)的外侧或者外壳部件的外侧上涂敷电绝缘层。
【专利说明】用于制造具有金属的外壳和覆盖该外壳的外侧的电绝缘层的电池的方法以及根据该方法制造的电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制造具有金属的外壳和覆盖该外壳的外侧的电绝缘层的电池的方法以及根据该方法制造的电池。术语电芯和电池和电流元件在该文献中同义地使用。
【背景技术】
[0002]电池、特别是锂离子电芯或电池，具有至少一个正极和负极(阴极以及阳极)，其能够可逆地存储(嵌入)或者释放(脱嵌)锂离子(Li+)。对于锂离子电芯和通过并联或者串联而组装的电池在安全、运行特性和能量密度方面都提出高的要求。
[0003]锂离子电芯可以根据现有技术包装在铝复合薄膜中，这里人们称为所谓的袋装电池或者软包装，其根据当今的技术用语也称为锂离子聚合物电芯或者锂聚合物电芯。用外壳封装锂离子电芯的另外的可能性是纯金属外壳，这里人们也称为固体外壳(硬外壳)。纯金属外壳有圆柱的形式和棱柱的形式。用于锂离子电芯(其中一个电位位于外壳上)的纯金属电芯外壳在其组装成高压电池时必须外部电绝缘。为此可以使用抗电击穿的粘接带，例如基于聚酯的具有丙烯酸盐粘接剂的粘接带，或者电绝缘漆的粘接带。
[0004]当在电芯外壳的外部金属表面上附着电绝缘层时可能出现各种问题。因此可能发生绝缘层的脱落，或者在涂敷的绝缘层上出现不均匀。此外在金属的外表面上可能还附着金属颗粒，它们可能以机械的方式损坏涂敷的电绝缘层。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种用于制造具有金属的外壳和覆盖该外壳的外侧的电绝缘层的电池的方法，其能够消除或者至少减轻现有技术的一种或者多种问题。该方法包括以下步骤:
[0006](i)准备用于电池的金属的外壳或者外壳部件；
[0007](ii)在抽走产生的气体和颗粒的同时电晕处理外壳的外侧或者外壳部件的外侧；以及
[0008](iii)在处理过的外壳的外侧或者外壳部件的外侧上涂敷电绝缘层。
[0009]该外壳可以由任意的金属或者任意的金属合金制造。例如该外壳可以用不锈钢制造，然而该外壳或者外壳部件特别可以由铝或者铝合金制造。
[0010]电晕处理公知地是一种应用广泛的用于对塑料表面改性的电化学方法，其中使该表面经受高压放电。通常通过这样的处理，表面的可润湿性和化学亲合力升高，由此增强在这种表面上的附着。有利地表明，金属的外壳外表面、特别是在铝制的外壳的情况下，借助电晕处理能够消除可能的有机的残留物或者有利地改善附着以及把表面张力调整到一个恒定的和均匀的值。后者对于电绝缘层在金属的外壳表面上的均匀润湿和附着非常重要。特别有利的是，在铝表面的情况下，虽然当然存在氧化铝层，但是通过电晕处理也改善了附着和可润湿性。[0011]电晕预处理与在塑料领域中用于改善附着的方法的应用类似。术语“电晕”说明在放电期间产生的闪光的颜色。电晕设备原理上包括两个电极和另外一个绝缘件。空气在施加约20到30kHz的交变频率和约25到30kV的电压的情况下导电。
[0012]外壳或者外壳半部的金属表面还可能具有有机残留物，例如工艺油、润滑剂或者隔离剂。先前的处理步骤的恰好为液态的工艺残留物，即使它们仅以很小的分子层在金属表面上存在，对于层的附着和涂敷是非常大的问题，因为它们经常阻碍粘接剂或者阻碍涂敷的漆。可能发生一系列的物理的和化学的活跃的交互作用，它们立即或者时间上延迟地对层的形成和层特性起作用。
[0013]立即的交互作用干扰层结构和层的均匀性。层的润湿特性和附着性由此受到影响。在表面上附着的工艺液体和层衬底之间的化学的交互作用能够引起对层而言特定的特征的改变，其立即(例如绝缘特性的改变)或者经过较长时间而导致层衬底的改变(例如变色、软化)或者脱层。特别对于功能层必须阻止这种改变。在连接的高压电池的产品生命周期期间必须排除这种作用，以保证在各个电芯之间可靠的电绝缘。
[0014]在电晕处理期间和之后确切的表面化学反应迄今尚不清楚。猜测是，在电晕放电的激烈的条件下有机化合物完全烧尽或者通过破裂转变为小的挥发的分子甚或进入外壳表面。
[0015]在电晕处理时表面张力被提高并且被带到一个稳定的水平。能够表明，在对金属外壳表面进行电晕处理后对于电绝缘层的附着也在较长的时间区间内显著提高。通过提高表面张力也改善金属表面在涂漆期间的润湿性，由此实现非常均匀的涂层。
[0016]在电晕处理期间吸走产生的气体和可能的颗粒。在放电时产生的臭氧被吸走。通过该抽吸额外地清洁金属外壳上在金属加工时可能出现的附着的灰尘、金属颗粒或者金属刨花或者工艺物质。通过在电晕处理期间的抽吸也能够实现，除去由工艺决定的可能作为脏物在金属表面上存在的金属颗粒。由此提供特别均匀的、平整和干净的、具有对于涂敷的层提高的化学亲合性的金属表面。否则颗粒可能经过较长时间而在局部损坏电绝缘层。
[0017]此外优选电绝缘层是漆。
[0018]代替地并且同样优选地，电绝缘层是塑料薄膜。该塑料薄膜优选由聚酯、聚酰亚胺或者聚烯烃制成。
[0019]本发明的另一方面涉及电池，特别是根据上述方法制造的锂离子电池。根据本发明的方法处理过的电池与未处理过的电池的区别首先在于在外壳表面的区域内提高的表面张力。
[0020]电晕处理对表面张力的有利的影响例如能够通过墨水测试获知。该墨水测试借助所谓的“达因测试墨水”进行，它们具有各自不同的表面张力。开始时用低的表面张力并且持续到测试墨水不再润湿表面。
[0021]另一种测试方法是边缘角测量或者接触角测量。这里在外壳表面上放置液滴并且在液滴相对于表面的边缘角(接触角)强烈增大的情况下进行确定。该角度越小润湿越好。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]根据附图和下面的说明详细解释本发明的实施例。附图中:
[0023]图1示出了电池外壳的电晕处理的示意图；[0024]图2示出了在被处理的电池外壳上涂敷电绝缘漆的示意图；和
[0025]图3示出了在抽吸臭氧和颗粒的同时进行电晕处理的示意图。
【具体实施方式】
[0026]图1以极示意的方式草绘电晕处理锂离子电池的外壳10的外侧的方法步骤。电晕放电12在这里借助电晕设备14产生。
[0027]在一次试验中外壳10用商业上常用的铝轧板制造。通过电晕处理，表面张力此时能够从34mN / m提高到41mN / m。在这种情况下电晕设备14是一种商业上常用的手持设备，并且表面张力用所谓的测试墨水测量。
[0028]在完成了电晕处理后在金属外壳10上涂敷电绝缘层。如图2所示，这例如可以通过漆16的喷涂进行。
[0029]在电晕处理的同时可以借助抽吸设备18从外壳10的表面吸走臭氧和其他在处理期间产生的气体以及可能的小的金属颗粒20 (参见图3)。
[0030]使用剥离试验评估绝缘层的附着的质量。具有铝表面和电绝缘漆的测试过的变型方案在附着和表面质量方面表示出大幅改善的结果并且没有涂层缺陷。因为电晕处理后的电绝缘涂层的公差相对于未处理的表面在较小的公差内波动，所以由此可以节省绝缘漆。
[0031]正是涂层的不均匀性，例如涂层缺陷或者变薄，当电压在绝缘层厚度过薄的区域处击穿并且部分电池组不可修复地损坏时，在高压应用中可能导致极大的问题。
【权利要求】
1.用于制造具有金属的外壳(10)和覆盖该外壳的外侧的电绝缘层的电池的方法，该方法包括以下步骤: (i)准备用于电池的金属的外壳(10)或者外壳部件； (ii)在抽走产生的气体和颗粒的同时电晕处理外壳(10)的外侧或者外壳部件的外侧；以及 (iii)在处理过的外壳(10)的外侧或者外壳部件的外侧上涂敷电绝缘层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外壳(10)或者外壳部件用铝或者铝合金制成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电绝缘层是漆。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电绝缘层是塑料薄膜或者是基于塑料的粘接带。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述塑料薄膜由聚酯、聚酰亚胺或者聚烯烃制成。
6.电池，根据权利要求1到5之一所述的方法制造。
7.根据权利要求6所述的电池，其中，该电池是锂离子电池。
【文档编号】H01M2/02GK103814456SQ201280035453
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年7月9日 优先权日:2011年7月18日
【发明者】T·威尔勒, W·杜尔尼格尔 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社