用于电池模块的电极组件的制作方法

本发明涉及一种用于电池模块的电极组件。本发明还涉及一种包括这样的电极组件的电池模块。

背景技术：

诸如锂离子电池等电化学储能装置是已知的并且在广泛的应用领域中使用。例子有诸如风能系统等固定应用，并且还有诸如混合动力车辆或纯电动车辆等车辆。此外，这样的装置可以用在诸如移动电话或便携式计算机等消费电子产品中。在已知的电池中，锂离子电池由于其比能量密度高而成为重要的储能装置。

用于定义电池系统的一个重要因素是比能量，其定义了每电池质量可储存的能量的量，测量单位为瓦时/千克(wh/kg)。

例如，用于车辆的驱动电池通常以模块化结构形成，其中至少两个电池单体(batterycell)并联或串联连接并由此形成模块，这些模块也称为子单元。这样的子单元通常共享一个共用的冷却装置，并组合形成最终的电池。

de102008038936a1描述了一种原电池，其包括电池单体结构，该电池单体结构被具有高温传导性的薄片覆盖。薄片包括超出电极组件以使薄片与冷却板接触的连接部分。

us2011/0262795描述了一种电池，该电池具有用于附带至少一种电解质的外壳。外壳容纳至少一种电解质。至少一个导热元件设置在至少一个电池中，以增加该至少一个电池内的热导率。

us2003/0165734涉及一种用于冷却和定位棱柱形电池单体的实现方式。在该文献的一个实施方式中，由导热材料制成的散热片放置在棱柱形电池单体之间。散热片还充当电池的结构部件。散热片与单体接触的区域用于将单体的热量传递到散热片的不与单体接触的第二区域。第二区域位于诸如空气、水、油等流体流中，该流体流将热量带走。在一个实施方式中，通过获得交替的几何形状的其他翅片来约束散热片。部件组合成压缩单元。

us2015/0180089a1描述了一种用于车辆的高电压电池。高电压电池包括电极组件，该电极组件包括阴极板、阳极板以及设置在阴极板和阳极板之间的隔板。安全构件连接至电极组件的外表面，并且包括第一导电板和第二导电板，第一导电板电连接至阴极板，第二导电板电连接至阳极板并且具有在安全构件表面上的绝缘表面。因此，安全构件围绕电极组件。

jp2001068156a描述了一种聚合物电解质电池，其通过密封叠置的电极组以使一组电极之间的聚合物电解质层插入包含金属薄片的外壳体中而组装成，该叠置的电极组是通过叠置正极与负极而形成，正极具有形成在正极集电体的至少一侧上的正极混合层，负极具有形成在负极集电体的至少一侧上的负极混合层。在叠置的电极组的至少一侧的最外侧电极的外侧上，安装有穿过绝缘体设置厚度为30μm以上的两个金属板而形成的短路和散热加速单元，短路和散热加速单元的金属板连接至具有不同极性的电极的引线部分。

技术实现要素：

本发明涉及一种电极组件，其包括多个电极，其中多个电极被电绝缘的盖围绕，其中，除了所述多个电极之外，还设置有用于冷却或加热多个电极的冷却板，其中冷却板在至少一个端部伸出电极以形成连接部分，其中连接部分在偏离电极的主体方向的方向上延伸以将电极组件固定至冷却基板，其中冷却板定位在多个电极中的至少两个电极之间并且还被电绝缘的盖围绕，例如完全嵌在电绝缘的盖中。

这样的电极组件可以提供优于现有技术的显著优点，特别是在成本有效和简化的结构方面以及因此在生产工艺方面。

因此，描述了一种电极组件。这样的电极组件通常可以包括可以如本领域中已知的那样形成的多个电极。多个电极由此应表示至少两个电极。此外，电极可包括阴极或阳极或阴极和阳极。根据这一点，在设置有不同极性的电极的情况下的电极组件可以形成电池单体。

详细地，多个电极可包括设置有活性材料层的集电体。可以与本领域公知的那样来选择集电体的材料以及活性材料的材料。关于锂电池的非限制性例子，阴极可以由铝作为集电体并以钴酸锂作为活性材料来形成，而阳极可以通过使用铜作为集电体并且使用石墨作为活性材料来形成，然而，如前所述，材料不能以任何方式限制所述的电极组件。

多个电极被电绝缘的盖围绕，或者换言之，其被盖密封并因此嵌在盖中。通常，可以设计盖及其电阻，以便根据特定需要满足要求。例如，盖的电阻可以在大于或等于1.10⁵ωmm²/m的范围内，例如大于或等于1.10⁹ωmm²/m，然而，这些值并不意在限制本发明的电极组件。

还规定了，在多个电极旁边设置冷却板，该冷却板位于电绝缘的盖中。冷却板可以例如形成为金属片，并且可以特别地具有高温传导性。例如，冷却板可以至少部分地由铜形成，因为这种材料具有高导热性，例如镀镍的铜，因为其可以提供改善的耐腐蚀性，或者可以由铝形成，这将在下面更详细地描述。例如由铜形成的冷却板的厚度可以在大于或等于50μm至小于或等于1mm的范围内。根据上述内容，冷却板在两侧用诸如复合薄片的盖密封，例如热密封。

诸如复合薄片的盖单独地或另外还有冷却板可以被成形为例如球形的形状(bulbouslyform)，这对于容纳电极可能是有利的。具体的结构(即，是仅盖被成形，还是仅冷却板被成形，还是冷却板和盖都被成形)取决于要求，例如需要的电极的数量以及电极的极性。

此外，必须理解的是，尽管相应的元件被称为冷却板，由于其特性，尤其是具有高的导热性，它可以用于冷却或加热电极。

冷却板优选完全设置在盖的内部并因此也被盖密封，并且被定位成使得冷却板定位在多个电极中的至少两个电极之间。换言之，冷却板靠近至少两个电极、特别是多个电极定位，其中电极定位在冷却板的两侧。可以规定的是，在冷却板的第一侧上设置一个或多个阳极，并且在冷却板的第二侧上设置一个或多个阴极。然而，也可以是在冷却板的两侧都设置阴极以及都设置阳极的情况。可以根据各个电极的布线或互连来特别选择阴极和阳极的存在。

进一步规定，冷却板的至少一个端部伸出电极。冷却板的伸出电极的部分可用作连接部分。连接部分通常可以连接至冷却基板，该冷却基板形成为用于将热量从冷却板引走。连接部分进一步形成为使得其在偏离电极和冷却板的主体方向的方向上延伸。换言之，冷却板或其主体或主要部分在电极之间的方向上延伸，其中连接部分在偏离该方向的方向(例如一个方向)上延伸。可能优选的是，连接部分在与主要部分成一定角度的方向上延伸，该角度可以在大于或等于30°至小于或等于150°的范围内，例如在大于或等于45°至小于或等于135°的范围内、例如在大于或等于70°至小于或等于110°的范围内、优选在大于或等于85°至小于或等于105°的范围内，最优选为90°。

当设置前述的电极组件时，可以实现一个或多于一个最优选的电极组件与冷却基板的非常有利的机械和热的连接。这可能主要是由于连接部分在偏离冷却板的主体方向的方向上延伸，电极组件可以在偏离冷却板的主体方向的主体方向上延伸。例如，电极组件可以在偏离冷却基板的主体方向的主体方向上以90°的角度或如上所述的其他角度延伸。因此，可以实现电极组件的节省空间的设置。关于这一点，可以规定，将多个如上所述的电极组件连接至共同的冷却基板。

除此之外，连接部分可以形成为具有较大的表面，这又可以允许连接部分与冷却基板的大的接触。一方面，这允许非常牢固的固定，这种牢固的固定又允许形成具有多个电极组件的非常耐用的电池单体。除此之外，由于连接部分和冷却基板之间的大的接触，可以提供非常有效的热传递，从而允许冷却板的工作性能非常有效。由于冷却板位于至少两个电极之间，可以进一步改善冷却板的工作性能。该特征也可以使冷却板的冷却性能非常有效。

除了上述之外，由于盖可以用于覆盖或密封多个电极和冷却板两者，因此不需要用于冷却元件的额外的盖。特别地，相对于冷却基板不需要额外的绝缘层。这可以节省进一步的处理步骤，并且还可以节省电极组件的生产成本。

如果冷却板具有带有凹部的边缘区域，则可以进一步增强后者。这允许冷却板在框架中的简化设置，该框架可以被设置用于容纳电极组件。对此，仅需要小的组装空间，这可以显著增强和简化电极组件的生产方法。例如，可以通过例如由塑料制成的钩来将例如由塑料制成的框架固定到另外的框架上，由于钩可以穿过凹部，因此无需额外的组装空间。关于这一点，电极组件可以容易地固定在内部框架中。

可能优选的是，盖形成为电绝缘的薄片。例如，盖可以形成为复合薄片。这种复合薄片的例子可以包括例如与聚合物薄片层压的金属薄片，例如与聚合物层压的铜薄片或铝薄片，聚合物例如为聚烯烃，例如聚丙烯，前述例子是非限制性的。这样的实施方式可以允许作为薄片的特别简化的设置，因为盖可以例如通过热密封容易地密封并因此覆盖电极以及冷却板。除此之外，例如通过使用复合薄片，可以同时实现高机械稳定性以及所需的绝缘特性。

关于这一点，电绝缘的薄片或盖可以具有所需的绝缘性质。例如，可以选择导电率，使得在使盖与导电部件接触时不会形成短路或放电，短路或放电会恶化电极组件的工作性能。作为示例性值，可以以示例性方式在大于或等于1.10⁵ωmm²/m的范围内选择本文所述的电绝缘材料的电阻率，例如大于或等于1.10⁹ωmm²/m。

还可能优选的是，冷却板设置有电绝缘的层(例如，涂层)并因此除了如上所述的电绝缘的盖外，还设置有电绝缘的层。例如，关于这一点，可以使用聚合物膜或复合膜或复合薄片。复合膜的例子又可以包括金属膜(例如铜或铝)与聚合物膜(例如烯烃，例如聚丙烯)的层压体。该实施方式可以将大电阻与高稳定性和耐久性相结合，因为特别有效地确保了减少短路的危险。此外，该层可能以非常有利的方式促进将密封盖固定到冷却板上，例如通过熔融密封。

例如，电绝缘层可以设置在冷却板和集电体之间，并因此可以用作安全措施。

还可能优选的是，至少一个电极电连接至冷却板。因此，根据该实施方式，冷却板可用于电接触电极组件或其至少一个电极。根据这一点，可以省略可密封到盖中的另外的接触元件，这进一步简化了结构。除此之外，可以简化电极的互连，例如并联或串联。例如，在将阴极电连接至冷却板上的情况下，可以通过另外的电触点使阳极电接触，该另外的电触点从盖的外部延伸到盖的内部，进而到达相应的电极，反之亦然。

还可能优选的是，冷却板包括电绝缘的层，其中该层包括用于使冷却板和至少一个电极电接触的缺口。这可以允许电极和冷却板的接触特别明确和牢固，并且还可以通过特别简单和有效的方式实现将至少一个电极和冷却板的接触与冷却板的电绝缘体的设置和盖对冷却板的密封结合起来。

还可能优选的是，冷却板与电极并因此与所有电极电绝缘，其中，外部连接器被引导到盖中以与电极电接触。该实施方式可以确保从电极到外部的非常明确的电接触，其中电接触非常有效地与其周围绝缘。

还可能优选的是，冷却板形成为多层组件，其中第一层被设置用于电连接被极化为阳极的至少一个电极，并且第二层被设置用于电连接被极化为阴极的至少一个电极。如果冷却板的两侧通过不同的电极连接，则该实施方式实现特别简化的结构。关于层结构，例如后者可以形成两层结构、三层结构或包括多于三层的结构。

关于被设置用于连接阴极的层，阴极可以包括铝或由铝组成，例如，铝的厚度在大于或等于25μm至小于或等于0.975mm的范围内。关于被设置用于连接阳极的层，阳极可以由铜形成，例如铜的厚度在大于或等于1μm至小于或等于5μm的范围内。这样的实施方式可以例如形成两层结构，并且可以例如用于将电池串联地互连。因此，可以经由冷却板实现串联互连，其中在电池模块的组件处，可以省略另外的电连接。未连接至冷却板的电极可以连接至连接器，该连接器以如上所述的密封方式被引导到盖中。

可选地，前述的层结构可以包括另外的层，该另外的层可以被定位成是位于前述各层之间的中断层。中断层可以包括铜或钢，或由铜或钢组成，示例性地，两者的厚度大于或等于25μm至小于或等于0.5mm，在这种情况下，第一层可以由镍形成。

此外，可以规定，设置可以由电绝缘材料(例如聚合物，例如聚烯烃，例如聚丙烯或聚乙烯)形成的中断层。关于这一点，不同极化的电极可以彼此独立地接触。

冷却板的另外的示例性两层结构可以由铝形成为第一层，而第二层可以由电绝缘材料(例如，电绝缘薄片)形成。后者可以由聚烯烃例如聚丙烯或聚乙烯形成或由其组成。一种类型的电极可以直接连接至冷却板，而另一种类型的电极可以与冷却板隔离，并且可以经由附加的互连部(例如，并联互连部或串联互连部)连接。如前所述，这可以通过在冷却板上设置电绝缘的层来实现。

进一步优选的是，冷却板沿其高度和宽度中的至少一个以两部分的形式形成，其中，一部分被极化为阴极，而另一部分被极化为阳极。该实施方式允许进一步简化的结构，因为在各个电极接触到相应的部分的情况下，可以省略集电体。这两个部分可以直接彼此固定，例如通过焊接或通过电绝缘部分，例如通过电极组件本身通过使用层压薄片或通过塑料部分，塑料部分有利地由聚丙烯或聚乙烯形成。这样的塑料部分可以通过注射成型形成，其中将金属部件设置在模具中并且将塑料注射成型到模具中。

如通常从电极已知的那样，阴极部分可以由铝形成，并且阳极部分可以由铜、镀镍的铜或hilumin形成，或者换言之由镀镍的钢形成。

还可能优选的是，冷却板包括用于引导电解质穿过冷却板的至少一个孔。在冷却板的第一侧上设置一个或多个阳极，而在冷却板的相对侧上设置一个或多个阴极的情况下，这可能是特别有利的。这种设置实现特别简化的结构，此外还实现电极结构或电池单体的有效的工作性能。

关于如上所述的电极组件的其他技术特征和优点，参考电池模块的描述、附图和附图的描述。

本发明还涉及一种电池模块，其包括至少一个如上所述的电极组件和冷却基板，其中至少一个电极组件的连接部分连接至冷却基板。

可以规定，将一个所述的电极组件安装到冷却基板上，或者将多个电极组件安装到冷却基板上。电极组件可以彼此电独立，或者它们可以互连，例如串联或并联。

这样的电池模块可以提供前述的优点。特别地，这种电池模块可以提供相对于现有技术的显著优点，特别是在成本有效且简化的设置以及生产过程方面。

关于如上所述的电池模块的其他技术特征和优点，参考电极组件的描述、附图和附图的描述。

附图说明

在附图和以下附图描述中描述了本文所述的主题的另外的优点和实施方式，其中只要由于描述或上下文而未被排除在外，所述的特征可以单独地或任意组合地成为本发明的一部分。必须注意的是，这些附图仅是说明性的目的，并不意图限制本发明的主题。

图1示出了电极组件的实施方式的示意性截面图；

图2示出了根据图1的电极组件的一部分的示意性截面图；

图3示出了连接至冷却基板的多个电极组件；

图4示出了用于电极组件的冷却板的实施方式；

图5示出了用于电极组件的冷却板的另外的实施方式；

图6示出了用于电极组件的冷却板的另外的实施方式；

图7示出了用于具有盖的电极组件的冷却板的另外的实施方式；

图8示出了安装有电极的用于电极组件的冷却板的另外的实施方式；

图9示出了用于电极组件的冷却板的另外的实施方式；

图10示出了用于电极组件的冷却板的另外的实施方式；

图11示出了用于电极组件的冷却板的另外的实施方式；

图12示出了连接至冷却基板的多个电极组件；

图13示出了图12的细节；

图14示出了具有用于电连接电极的电连接器的电极组件；

图15示出了用于电极组件的冷却板的另外的实施方式；

图16示出了另外的电极组件的一部分的示意性截面图；以及

图17示出了电极组件的另外的实施方式；

图18示出了电极组件的另外的实施方式。

图1示出了电极组件10的示例性实施方式的侧视截面图。电极组件10包括多个电极12，其中多个电极12被盖14围绕。除电极12之外，冷却板16也定位在盖14中，并因此冷却板16被盖14围绕。关于这一点，冷却板16定位在至少两个电极12之间。例如，盖14是密封到冷却板16上的复合膜。

还可以看出，冷却板16在至少一个端部处伸出电极12。冷却板16的伸出电极12的部分18形成为连接部分20，该连接部分20在偏离电极12的主体方向并因此偏离冷却板16的主体方向或其主要部分23的方向上延伸。

连接部分20可以完全被作为密封薄片的盖14(例如，复合薄片)密封。这可以通过折叠盖或密封薄片从而得到重叠部分22来实现。这在图2中示出。不需要相对于冷却基板的单独的绝缘，这大大简化了构造。

图3示出了以叠置构造定位的多个电极组件10。这种构造可以通过非常小的体积提供多个电极组件10。还可以看出，除了所述的连接部分20之外并且独立于特定的实施方式，冷却板16还可以具有第二连接部分21。电极组件10可以连接至冷却基板24，该冷却基板进一步将热量引导离开电极组件10。优选地，电极结构10通过作为模块框架的聚合物支撑件而被稳定化。

关于这一点，图4示出了用于电极组件10的冷却板16的实施方式，其中冷却板16具有带有凹部26的边缘区域。这允许冷却板在框架中的设置被简化，从而仅需要小的组装空间。例如，诸如由塑料制成的框架可以通过例如由塑料制成的钩固定到另外的框架，而不需要额外的组装空间。

图5示出了冷却板16的示例性实施方式。可以看出，接触部分20以及因此伸出电极12的部分18相对于冷却板16的主体部分23以90°的角度弯曲。此外，示出了接触部分28，在一个或多个电极12电连接至冷却板16的情况下，该接触部分可用于电连接该一个或多个电极12。例如，接触部分28可以独立于相应的实施方式而形成为突出部。

图6示出了冷却板16被电绝缘层30覆盖的实施方式。为了实现与电极的电接触，设置可以用于接触电极12的缺口32或凹部。电绝缘层30可以是聚合物薄片，例如由聚烯烃(例如聚丙烯、聚乙烯)形成的聚合物薄片，而冷却板例如可以由铝形成。例如，诸如由聚乙烯形成的薄片的厚度可以在大于或等于30μm至小于或等于100μm的范围内，诸如为50μm。这种电绝缘体的优点尤其可以从以下事实中看出：绝缘体可以通过非常有利的方式促进将密封盖固定到冷却板上，例如通过熔融密封。当然，绝缘体可以存在于冷却板16的相对两侧。

例如，冷却板16可以被设置在辊上，而没有弯曲部分，并且可以设置有胶，例如可硬化的胶，例如丙烯酸酯胶。在缺口32的部分处，胶可以没有隔离层，或者该层之后可以被去除。随后，可以使胶硬化并且可以使冷却板16弯曲以形成部分18。

再例如，冷却板16可以被设置在辊上，而没有弯曲部分，并且可在凹部的部分处设置有脱模剂(例如石蜡)，之后将冷却板16与包括ppa(极性改性的聚丙烯，例如接枝有马来酸酐的聚丙烯)的两层结构层压(后一层邻接冷却板设置并包含聚丙烯)并共挤出。在设置有脱模剂的部分，共挤出的层不粘附到冷却板上，因此该层可以容易地被去除，例如通过仅切断薄片的激光或冲压工具或压印工具。因此，可以将该层从隔离体释放并且可选地进行清洁，并且可以将冷却板16弯曲以形成部分18。

替代地，可以使用具有相应的缺口32的薄片。

图7示出了电极组件10的结构。可以看出，盖14(例如复合膜)例如通过热密封完全密封冷却板16。关于这一点，总体上且独立于特定的实施方式，盖14的复合薄片可以具有可以与冷却板16热密封的薄片，或者冷却板16可以设置有可以形成热密封连接部的涂层或中断层，例如根据图6的绝缘层30。可用于热密封的薄片可包含极性改性的聚烯烃，例如接枝有马来酸酐的聚丙烯或乙烯乙酸乙烯酯聚合物。

为了实现与电极的电连接，设置了冷却板16的接触部分28，该接触部分例如可以具有正极性。就此而言，冷却板16直接连接至至少一个电极12。对于负极，连接器34可以被密封在盖14内，并且可以电连接至少一个负极并延伸到盖14的外部。例如从袋式壳体已知了这种电压分接。如果连接器34用于负极，则例如其可以由铜形成。然而，也可以反过来设置上述实施方式，使得正极通过连接器34连接，而负极相应地与冷却板16或连接部分28接触。

图8示出了电极12或多个电极12分别与冷却板16的连接以实现电连接。特别地，一个或多个电极12的相应的触点通过诸如超声波焊接、激光焊接或电阻点焊等焊接工艺通过形成焊接部分36而连接至冷却板16。

替代地，冷却板16可以被实现为电绝缘的，例如，通过为冷却板16提供类似于盖14的复合薄片的电绝缘层30。另外，触点可以形成为与周围电绝缘。

然后，电极组件10或电池单体分别可以进行电连接，因为连接部分20例如以90°的角度弯曲并且例如以图3的构造与冷却基板24焊接。

图9示出了冷却板16的另外的实施方式，其中冷却板16沿其宽度形成为两部分形式，具有通过诸如通过注射成型形成的塑料部件的电绝缘连接器42连接的第一部分38和第二部分40。第一部分38被极化为阴极，而第二部分40被极化为阳极，其中相应的电极12可以与其电连接。两个部分38、40各自包括相应的连接部分28。第一部分38可以由铝形成，其中第二部分40可以由hilumin、铜或镀镍的铜形成。

关于图10，示出了冷却板16的三层结构。这样的层结构可以包括：第一层44，与阳极连接，例如由镍形成；中断层46，例如由铜或钢形成；以及第三层48，与阴极连接，例如由铝制成。尽管可以省略中断层46，但是在图11所示的第一层44优选为铜层的情况下，为了降低第一层16或铜层的氧化风险，设置这种中断层46可能是优选的。第一层44和第三层48可以连接至相应的电极。

这样的实施方式可以允许在放置多个电极组件10所需的空间方面得到显著改善，如图12所示。

详细地，如图12所示，冷却板16的不同层44、48连接至电连接部50，该电连接部可用于形成电极组件10的串联互连部。还可以看出，接触部分20连接至冷却基板24。

与图13所示的一样，在电绝缘体52设置在具有不同极性的相应的连接部之间的情况下，即使在小的空间尺寸中，也可以形成例如与具有不同极性的电连接部50的连接。

还可以规定，电极12不连接至冷却板16，而它们两者、因此两种极性都可连接至通过前面在图7中所述的密封方式而引入盖14中的相应的连接器34。例如，这在图14中示出。

图15示出了用于电极组件10的冷却板16的实施方式，其中冷却板16包括用于引导电解质穿过冷却板16的孔54。在电极12并联互连的情况下，这种结构可能是特别有利的。

图16示出了电极组件10的另外的实施方式。详细地，示出了电极组件10的集电体56，其形成电极组件10或电池单体的极，并且设置有电绝缘的密封层58，该密封层58随后与外壳密封。此外，示出了冷却板16，其可以形成电极组件10的另外的极。在集电体56和冷却板16之间，设置有包含纳米薄片的电绝缘体60。纳米薄片可以通过在诸如短路电流等大电流下产生的温度来激活，或者可以以另外的使其熔化的方式激活。这允许形成作为重要的安全措施的快速放电装置。

图17示出了电极组件10的另外的实施方式。根据图17，冷却板16和盖14均被成形为例如球形的形状，这对于容纳电极12可能是有利的。例如，这可以通过对盖14以及冷却板16进行金属深拉伸来实现。

图18示出了仅冷却板16相应地被成形的实施方式。根据这一点，盖14不必适合于深拉伸。

关于图17和图18，尽管出于清楚的原因而未被示出，但盖14在图的水平平面中的两侧围绕冷却板16，并且因此两侧均设置有至少一个电极12。