具有通过三层的粘接复合结构彼此密封地粘接的壳体组件的电池单池以及用于制造所述电池单池的方法和装置与流程

本发明涉及一种电池单池以及用于制造所述电池单池的一种方法和一种装置。

背景技术：

电池、有时也被称为蓄电池，用于电化学地储存能量。所储存的能量能够针对不同的用途又以电功率的形式、比如在电动车或者混合动力车中或者针对不同的移动的应用情况来输出。

在电池单池中，在此通常容纳了至少两个电极并且容纳了电解质。根据所述电极和电解质的种类和材料，能够区分不同类型的电池，比如锂离子电池，镍-金属氢化物-电池等等。一般而言，此外在具有固定的壳体并且经常被称为棱柱形的电池单池与这样的无固定的壳体的电池单池之间进行区分，对于所述无固定的壳体的电池单池来说电极比如被容纳在由薄膜构成的袋中并且其经常被称为荷包袋-电池单池（pouch-bag-batteriezelle）。

棱柱形的电池单池的壳体传统上通常由多个壳体组件、像比如盆状的下部的组件和盖状的上部的组件所组成或者作为替代方案由两个半壳体所组成。所述壳体组件在此在传统的制造方法中通常彼此钎焊或者熔焊在一起，从而将其一方面形状稳定地并且另一方面密封地并且由此在防止经常液态的电解质泄出的情况下彼此连接起来。

不过，这样的钎焊或者熔焊要求巨大的工作量、能量开销和/或成本开销。此外，在所提到的材料锁合的连接方法中大量的热被引入到所述电池单池中，这在进行未适当地设计的工艺控制时可能在所述电池单池的内部导致局部的过热并且可能导致其组件、尤其是电解质的损坏。

技术实现要素：

本发明的实施方式能够以有利的方式实现一种电池单池、尤其是一种棱柱形的锂离子-电池单池，对于所述电池单池来说壳体在机械上是足够稳定的且密封的，并且所述壳体能够容易地、成本低廉地并且/或者在没有由于过量的热量输入引起的损坏的巨大风险的情况下来制造。

根据本发明的第一方面，提出一种电池单池，该电池单池具有电极、电解质和壳体，所述壳体包围所述电极和所述电解质。所述壳体由至少两个壳体组件所组成。所述电池单池的特征在于，所述壳体组件沿着彼此对置的对接面（stoßfläche）通过优选至少三层的粘接复合结构密封地彼此粘接。所述粘接复合结构在此具有第一、第二和第三粘接复合结构组件。所述第一粘接复合结构组件被中间放置在所述两个壳体组件的彼此对置的对接面之间并且相对于所述电解质有抵抗力并且透不过。所述第二粘接复合结构组件从外面被施加到所述第一粘接复合结构组件的上面并且被施加到所述两个壳体组件的与第一粘接复合结构组件邻接的区域的上面并且由能够液态地加工的、时效硬化的材料所构成。所述第三粘接复合结构组件从外面被施加到所述第二粘接复合结构组件的上面并且被施加到所述两个壳体组件的与第二粘接复合结构组件邻接的区域的上面并且不透水并且/或者不透氧气。

根据本发明的第二方面，提出一种用于制造用于电池单池的壳体的方法。所述方法优选以所说明的顺序具有以下步骤：提供多个壳体组件，所述壳体组件在组合的情况下构成所述壳体；如此布置两个壳体组件，使得其沿着对接面对置；借助于粘接过程通过粘接复合结构沿着所述彼此对置的对接面将所述壳体组件彼此粘接起来。在此，所述粘接过程优选以所说明的顺序具有以下步骤：将第一粘接复合结构组件中间放置在所述两个壳体组件的彼此对置的对接面之间，其中所述第一粘接复合结构组件相对于所述电池单池的待容纳在所述壳体中的电解质有抵抗力；将第二粘接复合结构组件从外面施加到所述第一粘接复合结构组件的上面并且施加到所述两个壳体组件的与所述第一粘接复合结构组件邻接的区域的上面，其中所述第二粘接复合结构组件由能够液态地加工的、能够时效硬化的材料所构成，所述材料在液态的情况下被施加并且而后时效硬化；并且将第三粘接复合结构组件从外面施加到所述第二粘接复合结构组件的上面并且施加到所述两个壳体组件的与第二粘接复合结构组件邻接的区域的上面，其中所述第三粘接复合结构组件不透水并且/或者不透氧气。

根据本发明的第三方面，提出一种用于制造用于电池单池的壳体的装置。所述装置具有：保持机构，所述保持机构如此保持着两个壳体组件，使得所述两个壳体组件沿着对接面对置；以及粘接机构，所述粘接机构用于通过粘接复合结构沿着所述彼此对置的对接面将所述壳体组件彼此粘接起来。在此，所述粘接机构具有第一输送单元、第二输送单元和第三输送单元。所述第一输送单元被设计用于输送第一粘接复合结构组件并且将其中间放置在所述两个壳体组件的彼此对置的对接面之间，其中所述第一粘接复合结构组件相对于所述电池单池的待容纳在所述壳体中的电解质有抵抗力。所述第二输送单元被设计用于输送第二粘接复合结构组件并且将其从外面施加到所述第一粘接复合结构组件的上面并且施加到所述两个壳体组件的与所述第一粘接复合结构组件邻接的区域的上面，其中所述第二粘接复合结构组件由液态的、能时效硬化的材料所构成。所述第三输送单元被设计用于输送第三粘接复合结构组件并且将其从外面施加到所述第二粘接复合结构组件的上面并且施加到所述两个壳体组件的与第二粘接复合结构组件邻接的区域的上面，其中所述第三粘接复合结构组件不透水并且/或者不透氧气。

关于本发明的实施方式的构想尤其能够被视为基于以下所描述的构思和认识。

为了在将用于制造电池单池的壳体的壳体组件连接起来时避免劳动强度高的并且成本高的加工步骤以及朝所述电池单池中的过量的热量输入，在此提出，不对所述壳体组件进行熔焊或者钎焊，而是通过合适地设计的粘接过程将其彼此连接起来。在此，在所述粘接过程的范围内所引起的粘接不仅应该引起两个相邻的壳体组件的形状稳定的连接而且应该保证所述壳体组件持久密封地彼此连接，使得不仅电解质不能从所述电池单池的被壳体包围的内部中流出来而且例如污染物、像比如水或者氧气不能从外部侵入到所述电池单池的内部。

在此已发现，这些不同的要求需要所述粘接的不同的并且部分地甚至相互矛盾的特性。因此，被视为困难的是，借助于仅仅一个唯一的粘接组件、也就是仅仅比如塑料来引起所述粘接。换而言之，被视为有利的是，将所述粘接构造为粘接复合结构，所述粘接复合结构由至少三个不同的粘接复合结构组件所组成。而后能够根据特定的要求来优化地设计所述粘接复合结构组件中的每个粘接复合结构组件。

比如，所述第一粘接复合结构组件优化地被设计用于：能够构成所述粘接复合结构的、最里面的并且由此必要时直接与电解质相接触的层。为此，所述第一粘接复合结构组件相对于所述电解质应该有抵抗力。在电池单池中所使用的电解质在此可能经常包含腐蚀性的物质、像比如氟化氢（hf）。

“有抵抗力”在这方面能够意味着，所述第一粘接复合结构组件在与所述电解质接触时没有明显地受到损坏，尤其所述第一粘接复合结构组件的材料不与所述电解质进行化学反应，没有被所述电解质腐蚀并且/或者在与所述电解质接触时没有明显地（也就是说，比如以大于5个体积百分比或者大于10个体积百分比的幅度）膨胀。

此外，所述第一粘接复合结构组件应该尽可能地不让电解质透过。换句话说，所述电解质或者从所述电解质中释放出来的物质应该不能以明显的量、尤其是应该不能以有损害的量穿过所述第一粘接复合结构组件并且比如能够到达处于其上面的粘接复合结构组件或者甚至逸出到环境中。

此外，所述第一粘接复合结构组件应该优化地被设计用于：在所述壳体组件之间引起在机械上形状稳定的连接或者至少决定性地支持这种连接。

根据一种实施方式，所述第一粘接复合结构组件具有基本上t形的横截面。所述第一粘接复合结构组件比如能够呈细长的、在截面中基本上t形的带的形式来提供并且适当地被中间放置在所述两个壳体组件之间。

“t形”这个概念在此应该宽泛地来设计并且一般来说应该覆盖下述几何结构，所述几何结构具有一条第一支腿（下面被称为竖直支腿）和两条在所述第一支腿的对置的侧面上从所述第一支腿横向地伸出的第二支腿（下面被称为横向支腿）。根据这个定义，比如“y”在此也能够被理解为基本上t形。

所述竖直支腿在此能够被中间放置在所述两个壳体组件的彼此对置的对接面之间，从而将这些壳体组件彼此间隔开地进行保持。所述对接面在此能够分别直接与所述竖直支腿的表面邻接。所述横向支腿能够用于以所期望的方式使所述两个壳体组件相对于所述第一粘接复合结构组件进行定位并且由此也相对于彼此进行定位。

根据一种实施方式，所述壳体组件由导电的材料、尤其是由金属构成。所述壳体组件在此能够用于确保所述壳体的足够的机械强度，但是也能够额外地用作用于所述电池单池的、能够从外面接触的电极。

根据一种实施方式，所述第一粘接复合结构组件利用电绝缘的材料构造而成。所述第一粘接复合结构组件由此能够用于使与其邻接的壳体组件彼此电绝缘。通过中间放置的第一粘接复合结构组件来保持彼此电绝缘的相邻的壳体组件由此能够作为所述电池单池的不同的电极起作用。

根据一种实施方式，所述第一粘接复合结构组件利用聚四氟乙烯构造而成。聚四氟乙烯（ptfe-有时也被称为特氟隆®）在化学上具有高抵抗能力并且相对于氟化氢比如有抵抗力并且密封。

作为替代方案，也能够使用其它用于构成所述第一粘接复合结构组件的、在化学上有抵抗能力的并且/或者电绝缘的材料，比如塑料、尤其是聚丙烯（pp）或者聚乙烯（pe）。也能够使用剧烈地交联的塑料、像比如环氧树脂。

所述第二粘接复合结构组件应该由能够液态地加工的并且能够时效硬化的材料构成，因而能够将其在液态的状态中从外面来施加、也就是比如浇注、喷涂、滴落或者以其它的方式分配到所述此前所引入的第一粘接复合结构组件以及所述两个壳体组件的与所述第一粘接复合结构组件邻接的区域上，并且随后能够使其时效硬化。在液态的状态中，所述第二粘接组件由此能够良好地流到可能的空腔中并且在时效硬化之后密封地将其封闭。所述第二粘接组件在此应该优选粘着地粘附在所述第一粘接组件和/或所述壳体组件上。在时效硬化之后，所述第二粘接组件由此将所述第一粘接组件和所述两个壳体组件固定在彼此上面并且支持其之间的相对的定位。此外，所述第二粘接组件相对于由电解质引起的腐蚀应该优选有足够的抵抗力，尤其如果所述第一粘接组件不能绝对地保证电解质一直到达第二粘接组件。

根据一种实施方式，所述第二粘接复合结构组件利用环氧树脂构造而成。环氧树脂被视为突出地适合于满足前面所提到的、对所述第二粘接复合结构组件的要求。此外，环氧树脂能够容易地、风险少地并且/或者以工业的标准来加工。但是，作为替代方案，也能够将其它能够液态地加工的并且能够时效硬化的材料、尤其是剧烈交联的聚合物用作第二粘接复合结构组件。特别是比如能够使用例如丙烯酸盐。

所述第三粘接复合结构组件尤其应该能够作为阻挡层来防止水和/或氧气的侵入。尤其对于锂离子电池来说，必须可靠地防止异物、尤其是水或者氧气可能到达所述电池单池的内部，因为否则可能出现不受欢迎的化学反应。所述第三粘接组件因此应该由合适的、不透水并且/或者不透氧气的材料构成或者至少具有由这样的材料构成的连续的层。这样的第三粘接组件而后能够从外面被施加到此前所施加的、优选已经时效硬化的第二粘接组件的上面并且在此也尽可能搭接着其边缘并且由此与所述两个壳体组件的邻接的区域接界。通过如此利用第三粘接组件来装备的粘接复合结构，应该基本上没有水并且/或者没有氧气、至少没有潜在地损坏或者危害所述电池单池的量的水和/或氧气从外面越过所述粘接复合结构并且到达所述电池单池的内部。优选所述第三粘接复合结构组件不仅对水来说而且对氧气来说都透不过。但是，如果比如其它的粘接复合结构组件之一对水或者氧气来说透不过，那么所述第三粘接复合结构组件仅仅对这两种材料中的相应另一种材料来说透不过就能足够。

根据一种实施方式，所述第三粘接复合结构组件利用自粘带、尤其是织物带构造而成。所述自粘带比如能够在所述第二粘接复合结构组件被施加并且时效硬化之后从外面来挤压到所述第二粘接复合结构组件以及所述壳体组件的邻接的区域的上面并且由此被粘着到其上面并且用于引起所需要的水-和氧气-密封性。作为织物带来实施的、也就是用织物来增强的第三粘接复合结构组件对整个粘接复合结构来说能够补充地引起额外的稳定性。必要时，所述带能够实施为多层的带。

所述第三粘接复合结构组件，尤其如果其实施为带或者织物带，就能够具有一定的弹性，以便能够有利地承受并且/或者抑制比如从外面作用于所述电池单池的振动。这能够改进所述电池单池的耐用度。

根据一种实施方式，所述壳体由两个构造为相同的半壳的壳体组件所组成。所述壳体在此能够以简单的方式来构成，方法是：所述两个半壳通过所述粘接复合结构彼此机械稳定地并且密封地相连接。因为所述两个半壳相同，所以仅仅需要制造并且提供一种壳体组件，这能够降低制造、物流及仓储成本。

根据用于制造电池单池的根据本发明的方法的一种实施方式，所述三个粘接复合结构组件顺序上先后构成。换句话说，所述粘接复合结构优选不是作为预制的单元来提供并且而后将所述壳体组件粘接起来，而是所述三个粘接复合结构组件在粘接过程期间先后被施加到所述壳体组件的旁边或者上面并且在那里才形成已完成的粘接复合结构。这不仅能够简化所述电池单池的制造而且能够支持对于如机械的稳定和密封性一样的最终待实现的功能的实现。

尤其各个用于构造所述粘接复合结构的方法步骤能够借助于专门为此经过适应处理的唯一的制造装置来得到执行。

按照根据本发明的制造装置的一种实施方式，所述第一输送单元在此构造用于：将呈细长的带的形式的第一粘接复合结构组件逐渐地中间放置在所述壳体组件的彼此对置的对接面之间。此外，所述第二输送单元构造用于：将形成所述第二粘接复合结构组件的液态的材料分配到所述第一粘接复合结构组件的上面并且分配到所述两个壳体组件的与所述第一粘接复合结构组件邻接的区域的上面。所述第三输送单元构造用于，将所述呈细长的自粘带的形式的第三粘接复合结构组件逐渐地从外面粘附到所述第二粘接复合结构组件上并且粘附在所述两个壳体组件的与第二粘接复合结构组件邻接的区域上。

这样的制造装置能够优选在一个唯一的工序中完成所有为了将用于构成电池单池的壳体组件粘接起来所必需的方法步骤。所述制造装置由此能够用于快速的、有效的并且/或者成本低廉的单池制造。

要指出，本发明的可能的特征和优点中的一些特征和优点在这方面参照电池单池的、用于制造用于电池单池的壳体的方法的以及用于制造用于电池单池的壳体的装置的不同的实施方式得到了描述。本领域的技术人员认识到，所述特征能够以合适的方式来套用、组合、调整或者替换，以便实现本发明的另外的实施方式。

附图说明

下面参照附图对本发明的实施方式进行描述，其中不仅附图而且说明书都不应该设计为对本发明的限制。

图1以透视图示出了一种用于制造用于电池单池的壳体的方法以及根据本发明的一种实施方式的为此所使用的装置的组件；

图2示出了根据本发明的电池单池的壳体及其粘接复合结构的剖视图。

附图仅仅为示意图并且不根据比例绘制。相同的附图标记在附图中表示相同的或者起相同作用的特征。

具体实施方式

图1示出了电池单池1的制造以及根据本发明的实施方式的、为此所使用的装置51。图2以截面示出了所述电池单池1的壳体3的区域。

所述电池单池1的壳体3包围内部空间5，在所述内部空间中容纳了所述电池单池1的组件、比如尤其是其电解质7及其电极9（出于简明原因仅仅非常示意性地示出）。所述壳体3在此由壳体组件11所组成。在所示出的示例中，所述壳体3由两个构造为相同的半壳的壳体组件11所组成。

为了将所述壳体组件11不仅稳定地而且密封地彼此连接起来，借助于粘接复合结构13将其彼此粘接起来。所述粘接复合结构13在此具有一种带有三个粘接复合结构组件15、17、19的三层的构造并且能够借助于粘接机构52来实现。

为了能够在粘接的期间合适地布置所述壳体组件11，所述制造装置51具有保持机构53（仅仅非常示意性地示出），以便如此保持所述壳体组件11，使得其沿着对接面21对置。

为了制造所述粘接复合结构13，首先将所述第一粘接复合结构组件15沿着所述两个壳体组件11的彼此对置的对接面21中间放置。在所示出的示例中，为此由第一输送单元55将所述呈具有t形的横截面的长的带16的形式的第一粘接复合结构组件15布置在所述两个壳体组件11之间。

在此，将所述带16的t形的轮廓的竖直支腿23插到所述两个壳体组件11的对接面21之间。所述带16的t形的轮廓的横向支腿25分别贴靠在所述两个壳体组件11的向外指向的表面上。由于这种几何上的设计，所述第一粘接复合结构组件15一方面能够填充在所述对接面21之间延伸的缝隙并且另一方面能够使所述两个壳体组件11优选相对于彼此以合适的间距相对于彼此定位，以便避免所述壳体组件11的直接的接触。

所述第一粘接复合结构组件15由相对于所述电解质7有抵抗力的材料、比如由ptfe所构成。

随后将所述第二粘接组件17从外面施加到所述第一粘接组件15的上面并且施加到所述两个壳体组件11的与第一粘接组件邻接的区域的上面。所述第二粘接组件17在此借助于能够液态地加工的物质、像比如环氧树脂27所构成。借助于第二输送单元57，为此借助于分配器59将所述环氧树脂27在液态的状态中适当地施加并且分布到此前所布置的第一粘接组件15的上面，使得其也流到所述第一粘接组件15的侧面的边缘上面并且在那里局部地覆盖所述壳体组件11的向外指向的表面。接下来能够使如此施加的环氧树脂27时效硬化。比如，为此能够借助于光源61、尤其是紫外光源将其照亮。不过，作为替代方案，所述环氧树脂27也能够以其它的方式、也就是比如以热的方法通过固化剂的添加等等来时效硬化。

最后借助于第三输送单元63来将所述第三粘接复合结构组件19施加到此前所施加的第二粘接复合结构组件17的上面并且施加到所述两个壳体组件11的与第二粘接复合结构组件邻接的区域上。所述第三粘接复合结构组件19在此能够以带29、尤其是织物带的形式来施加。在此，如此选择所述第三粘接复合结构组件19的材料和/或几何形状，使得其能够用于引起足够的、相对于水和氧气的密封性。

最后要指出，像“具有”、“包括”等等一样的概念不排除其它的元件或者步骤，并且像“一个”或“一根”一样的概念没有排除多个的数量。权利要求中的附图标记不应该视为限制。