带有具有至少一个切口的电极线圈的电池电芯的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电池电芯(60)，包括第一和第二电池电芯端子以及扁平缠绕的电极线圈(20)，电极线圈具有正电极(21)、负电极(19)和分离器，其共同形成电极线圈(20)的绕组(8)。此外，电池电芯(60)包括：导电的第一集电元件(22)，其与正电极(21)的没有涂层的区域(23)导电连接；及导电的第二集电元件(25)，其与负电极(19)的没有涂层的区域(23)导电连接。根据本发明，电极线圈(20)在其没有涂层的区域(23)之一的至少一个第一区段(1)处垂直于缠绕方向(4)并且沿着没有涂层的区域(23)的长度(10)和高度(9)的至少一部分被切割，电极线圈的绕组(8)的弯曲在第一区段处最大。
【专利说明】带有具有至少一个切口的电极线圈的电池电芯
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池电芯，其具有包括正电极和负电极的电极线圈，正电极和负电极与布置在其之间的分离器一起形成电极线圈的绕组并且分别具有没有涂层的区域，在这些没有涂层的区域中设有至少一个第一区段，在该第一区段中绕组的弯曲最大并且在该第一区段处电极线圈被切割。
【背景技术】
[0002]目前的趋势是，未来不仅在固定不动的应用中、例如在风力发电设备中，而且在车辆中、例如在混合动力和电动车辆中，越来越多地使用新型电池、电池电芯或电池系统，特别是锂离子电池系统，在安全方面对它们提出了最高的要求。
[0003]特别是锂离子电池电芯具有至少一个正电极和负电极、也称为阴极和阳极，其能够可逆地储存和再次释放锂离子。离子的储存也被称为嵌入，而离子的释放也被称为脱嵌。在此，电极的概念在本文中理解为集电薄膜的复合物，其单侧地或双侧地涂覆有活性材料和电极粘合剂。在此，电池电芯可具有堆叠的设计，但是或者也可具有所谓的缠绕的设计。具有缠绕设计的电池电芯也被称为缠绕电芯。在缠绕的电池电芯、即缠绕电芯或其中使用的电极线圈的情况下，在现有技术中，又区分成所谓的圆形线圈和所谓的扁平线圈。圆形线圈圆形地缠绕，而扁平地缠绕的扁平线圈具有基本上卵形的、非圆形的或不圆的设计。
[0004]不仅电极线圈的正电极而且其负电极分别具有没有涂层的区域，其中，该没有涂层的区域在现有技术中常常通过导电的放电体薄膜形成，该放电体薄膜分别与电极线圈的正电极或者负电极导电连接。为了使在电池电芯之内的缠绕电芯的电极线圈与外部的电池电芯端子导电连接，在电池电芯之内为每个电池电芯端子设置一个导电的集电元件，其与电池电芯端子和正电极或负电极的没有涂层的区域导电连接。
[0005]该集电元件，大多数情况下为金属的集电元件在现有技术中常常具有叉形形状。在如此实施的集电元件的各个接片处分别固定地焊接正电极或负电极的没有涂层的区域。此外，在现有技术的缠绕电芯中常常使用电极，在其中，没有涂层的区域位于电极线圈外部，从而可简单地到达电极的没有涂层的区域。在这种电池电芯中，集电元件大多数情况下被焊接到没有涂层的区域的外部。
[0006]例如，文献US2011/0183191A1公开了一种这种类型的具有缠绕设计的锂离子电池电芯，其具有与集电板相连接的集电端子，该集电板再次与缠绕的电池电芯的没有涂层的区段相连接。
[0007]现有技术的电池电芯的扁平缠绕或扁平压制的电极线圈在其大小或其厚度方面受到限制，这尤其存在于在电极线圈的转向区域中的绕组的大的弯曲，该弯曲在电极线圈过厚或过高时不利地影响电流性能。此外，在其中集电元件可通过直的面焊接到电极线圈处的区域在扁平缠绕的电极线圈中相对较小。
【发明内容】
[0008]根据本发明提供一种电池电芯,其包括第一电池电芯端子和第二电池电芯端子以及至少一个扁平地缠绕的电极线圈，该电极线圈具有正电极、负电极和布置在正电极和负电极之间的分离器，它们共同形成电极线圈的绕组。此外，电池电芯包括:导电的第一集电元件，其与正电极的没有涂层的区域和第一电池电芯端子导电连接；以及导电的第二集电元件，其与负电极的没有涂层的区域和第二电池电芯端子导电连接。根据本发明，电极线圈在其没有涂层的区域之一的至少一个第一区段处垂直于缠绕方向并且沿着没有涂层的区域的长度和高度的至少一部分被切割，电极线圈的绕组的弯曲在所述至少一个第一区段处最大。
[0009]在如此实施的电池电芯中，没有涂层的区域、即电极线圈或其绕组的放电体薄膜相对于现有技术可以实施成更平，这实现了在电池电芯之内布置更多数量的电极线圈。此夕卜，根据本发明实施的电池电芯的电极线圈由于没有涂层的区域更加扁平的表面或由于电极线圈的没有涂层的区域更加扁平的较少卵形的几何结构提供了用于其通过第一集电元件和/或第二集电元件电连接的更好的可能性。
[0010]在一个优选的实施形式中，电极线圈此外在其没有涂层的区域之一的至少一个另外的区段处垂直于缠绕方向并且沿着没有涂层的区域的长度和高度的至少一部分被切割，在所述至少一个另外的区段处其绕组的弯曲同样最大。在如此实施的电池电芯中，电极线圈再次可实施成更平的，因为其在另外的区段中也不再具有弯曲部或不再具有转向部。在如此实施的电池电芯中也可显著提高电池电芯第一集电元件或第二集电元件与正电极或负电极或者说电极线圈电极的没有涂层的区域相连接或焊接的区域。
[0011]优选地，第一区段和另外的区段两者都位于正电极的没有涂层的区域中或者两者都位于负电极的没有涂层的区域中。电池电芯的第一集电元件或第二集电元件与正电极或负电极或者说电极线圈电极的没有涂层的区域相连接或焊接的区域在这种实施例中可实施成最大化。换句话说，如此实施的电池电芯的电极线圈可以在其没有涂层的区域中在其整个高度上与集电元件焊接在一起。
[0012]优选地，在第一区段中的电极线圈的切割端部和/或在另外的区段中的电极线圈的切割端部在电极线圈的高度的至少一部分上彼此平行地取向。由此，电池电芯的一个或多个电极线圈至少在被切割的、没有涂层的区域中、即在放电体薄膜的区域中可实施成特别窄。
[0013]优选地，电极线圈具有椭圆形的形状。此外优选地，电极线圈的横截面具有椭圆形的形状。此外优选地，电极线圈具有卵形的形状。此外优选地，电极线圈的横截面具有卵形的形状。
[0014]优选地，第一集电元件和第二集电元件的至少一部分分别实施成U形并且第一集电元件和第二集电元件分别在其没有涂层的区域之一中包围电极线圈。换句话说，第一集电元件和第二集电元件优选地具有U形部分，集电元件利用该U形部分构造成分别在其没有涂层的区域之一中包围和/或容纳电池电芯的电极线圈。此外优选地，根据本发明的电池电芯的集电元件分别具有叉形形状，即，换句话说，具有多个并排地或彼此平行地布置的且在相同方向上取向和敞开的U形形状，其中，集电元件所具有的U形形状的数量优选对应于安装在电池电芯中的电极线圈的数量。由此，在具有多个电极线圈的根据本发明的电池电芯中，电极线圈导电非常良好地连接到电池电芯端子处。
[0015]在一种优选的实施形式中，正电极的没有涂层的区域与导电的第一集电元件的U形部分的内侧表面中的至少一个内侧表面导电连接，和/或负电极的没有涂层的区域与导电的第二集电元件的U形部分的内侧表面中的至少一个内侧表面导电连接。
[0016]此外优选地，在其中导电的第一集电元件和/或第二集电元件与正电极和/或负电极的没有涂层的区域导电连接的连接区域在电极线圈的高度的至少50%上延伸。
[0017]此外优选地，在其中导电的第一集电元件和/或第二集电元件与正电极和/或负电极的没有涂层的区域导电连接的连接区域在电极线圈的高度的至少70%上延伸。
[0018]优选地，导电的第一集电元件和/或第二集电元件与正电极和/或负电极的没有涂层的区域焊接在一起。通过在导电的第一集电元件和/或第二集电元件与正电极和/或负电极的没有涂层的区域之间这种导电的焊接，实现在所述元件之间尤其固定的且由此稳定的连接。
[0019]此外，提供一种带有根据本发明的电池电芯的电池，其中，该电池尤其优选地实施成锂离子电池。这种电池的优点尤其在于其相对高的能量密度以及其高的热稳定性。锂离子电池的另一优点是，其不会经受记忆效应。
[0020]此外，提供一种带有具有根据本发明的电池电芯的电池的机动车辆，其中，电池与机动车辆的驱动系统相连接。
[0021]在从属权利要求中给出了并在说明中描述了本发明的有利改进方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]根据附图和以下描述详细解释本发明的实施例。其中:
[0023]图1示出了现有技术的电池电芯的原理性示出的侧向截面视图以及原理性示出的纵向截面视图，
[0024]图2示出了根据本发明的电池电芯的实施例和其电极线圈的切口的原理性示出的侧向截面视图，以及
[0025]图3示出了根据本发明的电池电芯的实施例的原理性示出的纵向截面视图。
【具体实施方式】
[0026]在图1中示出了现有技术的电池电芯60的原理性示出的侧向截面视图以及原理性示出的纵向截面视图。在图1中左侧示出了电池电芯60的侧向截面，在图1中右侧示出了电池电芯60的纵向截面。现有技术的电池电芯60具有第一电池电芯端子11和第二电池电芯端子12以及扁平地缠绕的电极线圈20，该电极线圈具有正电极21、负电极19和布置在正电极21和负电极19之间的分离器18，它们共同形成电极线圈20的绕组8。在左侧所示的电池电芯60的侧向截面中，仅示出了绕组8的布置方案，即正电极21、负电极19和分离器18。
[0027]此外，电池电芯60的示例性壳体借助于虚线示出。扁平地缠绕的电极线圈20在横截面中具有基本上卵形的、扁平的或者说椭圆形的几何结构。其形成电极线圈20的绕组
8、即正电极21以及负电极19以及分离器18在各个绕组8的其最高和最低点处分别具有回转部、转向部或最大弯曲部，其中，电极线圈20的高度9沿着或者平行于所述的壳体测得。在图1中示出的现有技术的电池电芯60具有导电的第一集电元件22，该第一集电元件与正电极21的没有涂层的区域23和第一电池电芯端子11导电连接。此外，电池电芯60具有导电的第二集电元件25，该第二集电元件与负电极19的没有涂层的区域23和第二电池电芯端子12导电连接。没有涂层的区域23在该示例中为导电的放电体薄膜，其分别与正电极21和负电极19相连接。在此，与正电极21相连接的均形成没有涂层的区域的导电的放电体薄膜在图1的右侧图示中右侧地安装或固定在电极线圈20的正电极21处。与负电极19相连接的均形成没有涂层的区域的放电体薄膜在图1的右侧图示中左侧地安装或固定在电极线圈20的负电极19处。第一集电元件22和第二集电元件25分别与正电极21或负电极19导电地焊接在一起。近似平面地实施的连接面13 (在该连接面处第一和第二集电元件22、25与没有涂层的区域23焊接在一起)的尺寸受电极线圈20的绕组8的弯曲限制。在图1中以阴影示出了连接面13，并且在图1的右侧图示中在第一集电元件22和第二集电元件25之前突出示出了连接面13。连接面13在电极线圈20已经组装好的状态中被第一集电元件22和第二集电元件25覆盖。
[0028]图2示出了根据本发明的电池电60的实施例和电极线圈20的切口(Freischnitt)的原理性示出的侧向截面视图。在图2中的左侧示出的被切割的电极线圈20以及在图2中的右侧以装配好的方式示出的电极线圈20在该实施例中仅仅示例性地基本上为在图1中以装配好的方式示出的电极线圈20，其在该实施例中仅仅示例性地在正电极21的没有涂层的区域23的第一区段I处垂直于缠绕方向4并且沿着没有涂层的区域23的长度10和高度9的至少一部分被切割，在所述第一区段I处电极线圈20的绕组8的弯曲最大。
[0029]在图2中的左侧，在上部示出了在第一区段I中的引导截面16。在电极线圈20的第一区段I中的被切割的没有涂层的区域23的切割端部5在图2的左侧图示中未相互分离。此外，在图2中左下部示出了一个另外的区段2。另外的区段2同样位于在此仅仅示例性的正电极21的没有涂层的区域23中且在另外的区段2处电极线圈20的绕组8的弯曲同样最大，在该另外的区段2中，电极线圈20同样可垂直于缠绕方向4且沿着没有涂层的区域23的长度10和高度9的一部分被切割。
[0030]在区段I中沿着所绘出的引导截面16的切口在该实施例中仅仅示例性地在正电极21的没有涂层的区域23的整个长度上延伸。此外，电极线圈20也在负电极19的没有涂层的区域23处、即在负电极19的第一区段I中以相同的方式被切割。此外替代地，电极线圈20也可以仅仅在所示出的另外的区段2中或者但是也在第一区段I和另外的区段2中被切割。换句话说，不仅第一区段I而且另外的区段2可位于电极线圈20的绕组8的转向部或回转部的区域中。在该实施例中，切口仅仅示例性地穿过电极线圈20的绕组8的位于第一区段I中的回转点。替代地，切口也可导引穿过绕组8的位于另外的区段2中的回转点。出于更好的可见性原因，在图2中省去了示出正电极21以及负电极19以及分离器18自身。
[0031]在图2中右侧示出了在安装在电池电芯60中的状态下的在图2中左侧地示出的电极线圈20。在根据本发明的电池电芯60的该实施例中，电极线圈20的切割端部7在第一区段I中分别在电极线圈20的高度9的一部分上彼此平行地取向。在根据本发明的电池电芯60的其它实施例中(在这些实施例中电极线圈20也在另外的区段2中被切割)，可选地，电极线圈20的切割端部7在该另外的区段2中也可在电极线圈20的高度9的一部分上彼此平行地取向。换句话说，电极线圈20的切割端部7在第一区段I中或在电极线圈20的被切割的端部处，在该实施例中仅仅示例性地沿着电极线圈20的高度9的一部分彼此平行地取向，位于电池电芯60的壳体之内。
[0032]此外，在该实施例中，电池电芯60的第一集电元件22或第二集电元件25的一部分分别实施成U形，并且构造成，分别在其没有涂层的区域23中借助于U形容纳或包围电极线圈20。换句话说，第一集电元件22和第二集电元件25的一部分分别实施成U形，并且构造成，容纳或包围电极线圈20。如果根据本发明的电池电芯60包围多个例如在图2中示出的电极线圈20，则集电元件22、25也可分别具有叉形形状。那么，这种叉形形状具有多个单独的、并排布置的U形形状，其中，在这种实施例中，U形形状或叉形形状可容纳电极线圈20的没有涂层的区域。
[0033]此外，在该实施例中仅仅示例性地位于电极线圈20的表面处的、正电极21的没有涂层的区域23在该实施例中仅仅示例性地与导电的第一集电元件22的U形部分的两个内侧的彼此平行的表面通过连接面13导电连接。此外，负电极19的在该实施例中仅仅示例性地同样位于电极线圈20的表面处的没有涂层的区域23在该实施例中仅仅示例性地通过连接面13与导电的第二集电元件25的U形部分的两个内侧的彼此平行的表面导电连接。在第一集电元件22或第二集电元件25和电极线圈20的没有涂层的区域23之间通过连接面13的导电连接在该实施例中仅仅示例性地通过焊接实现，其中，连接面13(第一集电元件22和第二集电元件25分别在该连接面处与没有涂层的区域23焊接在一起)在多于电极线圈20的高度9的50%上延伸。然而，也可实现其它根据本发明的电池电芯60，在其中，连接面13 (在该连接面中第一集电元件22和第二集电元件25分别与没有涂层的区域23焊接在一起)在少于或多于电极线圈20的高度9的50%上、例如在电极线圈20的高度9的30 %或75 %上延伸。也可实现根据本发明的这样的电池电芯60，在其中，第一集电元件22和第二集电元件25以不同于焊接的其它方式与正电极21和负电极19的没有涂层的区域23相连接。
[0034]在图3中示出了根据本发明的电池电芯60的实施例的原理性示出的纵向截面视图。其仅仅示例性地为在图2中右侧地在侧向截面中示出的根据本发明的电池电芯60。因此，在图3中相同地表示的部件对应于图2的实施例的那一部件，从而在对图2的描述中所述的也适用于在图3中所示的实施例。与在图2中不同地，在图3中也示出了在电池电芯60的第二电池电芯端子12和负电极19的没有涂层的区域23之间的导电连接。此外，从图3中可得出，在没有涂层的区域23与第一集电元件22和第二集电元件25之间的、在其中第一集电元件22和第二集电元件25与没有涂层的区域23焊接在一起的连接面13与在图1中示出的现有技术的电池电芯60相比明显更大。即，第一集电元件22和第二集电元件25分别通过明显更大的连接面13与正电极21和负电极19的没有涂层的区域23相连接，在该实施例中仅仅示例性地相互焊接。
[0035]通过在正电极21和负电极19的没有涂层的区域23的第一区段I中的切口，电极线圈20可以在没有涂层的区域23中从其椭圆形的或卵形的形状解放出来，并且沿着电极线圈20的高度9的大部分按以下方式取向地安装在根据本发明的电池电芯60的壳体之内，即，其外侧具有基本上平面的形状。出于这种原因，连接面13也可实施得更大。
【权利要求】
1.一种电池电芯(60),其包括 -第一电池电芯端子(11)和第二电池电芯端子(12), -至少一个扁平地缠绕的电极线圈(20)，所述电极线圈具有正电极(21)、负电极(19)和布置在所述正电极(21)和所述负电极(19)之间的分离器(18)，所述正电极、负电极和分离器共同形成所述电极线圈(20)的绕组(8)， -导电的第一集电元件(22)，其与所述正电极(21)的没有涂层的区域(23)以及所述第一电池电芯端子(11)导电连接； -导电的第二集电元件(25)，其与所述负电极(19)的没有涂层的区域(23)以及所述第二电池电芯端子(12)导电连接， 其特征在于， 所述电极线圈(20)在其没有涂层的区域(23)之一的至少一个第一区段(I)处垂直于缠绕方向(4)并且沿着所述没有涂层的区域(23)的长度(10)和高度(9)的至少一部分被切割，所述电极线圈的绕组(8)的弯曲在所述至少一个第一区段处最大。
2.根据权利要求1所述的电池电芯(60)，其中，所述电极线圈(20)还在其没有涂层的区域(23)之一的至少一个另外的区段(2)处垂直于缠绕方向(4)并且沿着所述没有涂层的区域(23)的长度(10)和高度(9)的至少一部分被切割，所述电极线圈的绕组⑶的弯曲在所述至少一个另外的区段处同样最大。
3.根据权利要求2所述的电池电芯(60)，其中，所述第一区段(I)和所述另外的区段(2)两者都位于所述正电极(21)的没有涂层的区域(23)中或者两者都位于所述负电极(19)的没有涂层的区域中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池电芯(60)，其中，在所述第一区段(I)中的电极线圈(20)的切割端部(5)和/或在所述另外的区段(2)中的电极线圈(20)的切割端部(7)在所述电极线圈(20)的高度(9)的至少一部分上彼此平行地取向。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池电芯(60),其中,所述第一集电兀件(22)和第二集电元件(25)的至少一部分分别为U形并且分别在其没有涂层的区域(23)之一中包围电极线圈(20)。
6.根据权利要求5所述的电池电芯(60)，其中，所述正电极(21)的没有涂层的区域(23)与所述导电的第一集电元件(22)的U形部分的内侧表面中的至少一个内侧表面导电连接，以及/或者所述负电极(19)的没有涂层的区域(23)与所述导电的第二集电元件(25)的U形部分的内侧表面中的至少一个内侧表面导电连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池电芯(60),其中，在其中所述导电的第一集电元件(22)和/或第二集电元件(25)与所述正电极(21)和/或负电极(19)的没有涂层的区域(23)导电连接的连接区域(13)在所述电极线圈(20)的高度(9)的至少50%上延伸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电池电芯(60),其中,在其中所述导电的第一集电元件(22)和/或第二集电元件(25)与所述正电极(21)和/或负电极(19)的没有涂层的区域(23)导电连接的连接区域(13)在所述电极线圈(20)的高度(9)的至少70%上延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电池电芯(60),其中,所述导电的第一集电兀件(22)和/或第二集电元件(25)与所述正电极(21)和/或负电极(19)的没有涂层的区域(23)焊接在一起。
10.一种电池，其具有根据权利要求1至9中任一项所述的电池电芯(60)。
11.一种机动车辆，其具有根据权利要求10所述的电池，其中，所述电池与所述机动车辆的驱动系统相连接。
【文档编号】H01M2/26GK104134817SQ201410184286
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2013年5月3日
【发明者】M·科尔贝格尔, J·杜德克 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社