具有蒸氣阻隔層的硬殼電芯殼體的制作方法

具有蒸氣阻隔層的硬殼電芯殼體的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于單個堿性金屬電芯(1)的硬殼電芯殼體，其包括具有用于容納單個堿性金屬電芯的電芯組件(30)的內腔的殼體基體(2)，以及用于封閉所述殼體基體(2)的內腔的殼體蓋部(3)，其中，所述殼體基體(2)至少基本上由塑料構成，并且其中，所述殼體基體(2)包括至少一個蒸氣阻隔層(4)。此外，本發明涉及這種類型的原電池電芯(1)，用于制造其的方法以及一種包括這種類型的原電池電芯(1)的車輛。
【專利說明】具有蒸氣阻隔層的硬殼電芯殼體
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于單個原電池電芯的硬殼電芯殼體，這種類型的原電池電芯，用于制造其的方法以及配備有這種類型的原電池電芯的車輛。
【背景技術】
[0002]未來趨勢是，在靜態應用中、例如在太陽能發電設備和風力發電設備中，在移動應用中、例如車輛、例如混合動力車輛或電動車輛中，以及在消費領域中、例如在筆記本電腦和移動電話中，越來越多地使用電池系統，在安全性、可靠性、有效功率和使用壽命方面對電池系統提出非常高的要求。
[0003]有效功率的重要參數是能量密度，其例如以瓦特時每千克(Wh/kg)的單位給出。原電池電芯的容量通過所謂的活性材料或電化學活性的材料確定。除了這些材料，原電池電芯也具有所謂的惰性材料，例如分隔件、絕緣體、電極連接件和殼體元件或封裝元件，其重量與活性材料的重量同樣對能量密度具有影響。
[0004]對于寬泛的應用范圍來說，特別是鋰離子電芯是代表性的，因為其尤其因活性材料的高能量密度和極小的自放電而出色。鋰離子電芯具有正電極(陰極)和負電極(陽極)。在此，鋰離子電芯的負電極(陽極)的活性材料為此設計成能夠可逆地儲存鋰離子(Li+)(嵌入)或者再次釋放鋰離子(脫嵌)，并且因此也被稱為嵌入材料。通常在陽極側上應用石墨作為嵌入材料。
[0005]另一引人注意的電池系統是可再次充電的金屬的鋰系統，其同樣具有正電極(陰極)和負電極(陽極)，然而在其中，負電極(陽極)的活性材料不是嵌入鋰的材料，而是金屬的鋰或鋰合金。
[0006]為了實現高的機械穩定性并且滿足例如在車輛中對安全性的高要求，通常通過純金屬的硬殼電芯殼體、所謂的Hardcase殼體保護具有用于這種應用的具有金屬鋰陽極的鋰離子電芯或鋰電芯不受環境影響、特別是不被濕氣進入電芯內部中。如今，這種類型的硬殼電芯殼體大多由鋁通過冷拉伸方法制成。除了機械保護，金屬的硬殼電芯殼體也保護裝入其中的一個/多個電芯的組件不受濕氣影響，因為金屬的殼體材料也用作阻斷濕氣或蒸氣。

【發明內容】

[0007]本發明的對象是用于單個堿性金屬電芯、特別是鋰電芯的硬殼電芯殼體，其包括
[0008]-殼體基體，具有用于容納單個堿性金屬電芯、特別是鋰電芯的電芯組件的內腔，以及
[0009]-用于封閉殼體基體的內腔的殼體蓋部，
[0010]其中，殼體基體至少基本上由塑料構成并且包括至少一個蒸氣阻隔層。
[0011]堿性金屬電芯特別是可理解為原電池電芯，其包括堿性金屬、例如鋰或鈉作為電化學活性的材料、例如陽極材料。[0012]堿性金屬電芯的電芯組件特別是可理解為堿性金屬電芯的電化學活性的組件，例如陽極、陰極、電解質和/或導電鹽，并且可理解為這樣的電組件，例如在堿性金屬電芯之內的導電器、電絕緣體和/或分隔件。
[0013]蒸氣阻隔層特別是可理解為由具有高的抗水蒸氣擴散性的材料制成的層。優選地，蒸氣阻隔層的材料具有比用于構成殼體基體或殼體蓋部的塑料更高的抗水蒸氣擴散性。蒸氣阻隔層的材料的抗水蒸氣擴散性可特別地構造成比用于構成殼體基體或殼體蓋部的塑料的抗水蒸氣擴散性明顯更高，特別是高出> 5倍、例如高出> 10倍或者甚至高出≥50倍或> 90倍或者必要時高出> 1000倍。例如，蒸氣阻隔層的材料具有> 10000、特別是≥100000，例如≥500000或≥900000或甚至約1000000的抗水蒸氣擴散系數。
[0014]通過殼體基體基本上由塑料構成并且不像傳統的硬殼電芯殼體那樣由金屬構成，有利地可顯著減小殼體重量及其材料和制造成本。通過重量減小又可有利地顯著改進在電芯平面上的重量能量比，這特別是在移動應用中是特別令人感興趣的。
[0015]由于用于形成殼體蓋部的材料量小于用于形成殼體基體的材料量，所以殼體蓋部的材料重量對硬殼電芯殼體的總重量的影響比殼體基體的材料重量更弱。因此原則上可行的是，殼體蓋部設計成由金屬制成。
[0016]然而，在一個實施方式的范圍中，不僅殼體基體而且殼體蓋部至少基本上由塑料構成，其中，殼體基體和殼體蓋部包括至少一個蒸氣阻隔層。 [0017]通過殼體基體和例如同樣殼體蓋部至少基本上由塑料構成并且不像傳統的硬殼電芯殼體那樣由金屬構成，有利地可進一步減小殼體重量以及其材料和制造成本并且由此進一步改進了在電芯平面上的重量能量比。
[0018]此外，塑料具有電絕緣的性能并且與金屬相反基本上不導電。這給出的優點是，更簡單的電絕緣，并且避免了否則在高電壓范圍中出現的絕緣問題。
[0019]通過殼體基體可由殼體蓋部封閉，容納在其中的電芯此外有利地不是敞開的、向外被電絕緣并且可通過硬殼電芯殼體保護其不受外部的機械力作用的影響。此外，由于殼體基本上由塑料構成，例如在故障的情況中可減小這樣的風險，g卩，金屬的殼體碎片到達電芯中，這可能可導致內部的短路。由此特別是提高了安全性。這特別是在移動應用中、例如在車輛中是有利的。
[0020]此外,殼體由塑料制成的構造方案相對于殼體由金屬制成的構造方案給出了殼體更自由的造型的優點。因此，例如可實現殼體與繞組形狀的更好的匹配。例如，在殼體的內腔中可設計倒圓部，其例如為電芯組件封裝、特別是繞組封裝賦予理想的棱柱的形狀。此外，可由此實現電芯組件在殼體中更好的機械固定并且省去了用于保持電芯位置的所謂的護圈。此外，通過最優的殼體設計方案省去了在電芯內部中的空置空間和空閑的液態電解液，改進了熱傳遞，實現了更均勻的溫度分布并且延長了原電池的使用壽命。此外，殼體由塑料制成的構造方案實現了振動減小，這又有利地影響例如在端子和/或集電器和連接電芯的導電元件之間的電接觸的使用壽命。
[0021]已表明，塑料的(水)蒸氣透過性與塑料的化學和物理性能相關，并且利用對于殼體結構常見的且適宜的塑料不能毫無問題地實現符合用于堿性金屬電芯且特別是用于鋰離子電芯的標準的蒸氣密封性。然而同樣以令人滿意的方式表明，通過使用蒸氣阻隔層與其相反地作用，因為通過蒸氣阻隔層防止可穿過(否則蒸氣可透過的)塑料的濕氣的滲入、水蒸氣的穿透，并且由此可實現也適合堿性金屬電芯且特別是鋰離子電芯的濕氣或蒸氣密封性。出人意料地，蒸氣阻隔層甚至可阻隔水分子，如傳統應用的軋制的鋁膜那樣。因此，有利地通過硬殼電芯殼體可保證相對于環境干擾、例如鹽霧、冷凝水的保護。此外，通過蒸氣阻隔層能夠必要時防止電解溶劑分子的擴散。
[0022]因此，通過塑料和蒸氣阻隔層的組合，有利地實現了提供具有低重量的硬殼電芯殼體，其與傳統的金屬硬殼電芯殼體相似地或者相同地機械穩定并且能阻隔蒸氣，并且由此特別是適合用于具有對濕氣敏感的組件的原電池、例如堿性金屬電芯、例如鋰電芯，并且能夠替代至今為止的用于原電池的金屬殼體。
[0023]鋰電芯特別是可理解為堿性金屬電芯，其包括鋰作為電化學活性的材料、例如陽極材料。在此，鋰電芯不僅可理解為具有金屬的鋰陽極的堿性金屬電芯、例如鋰氧電芯，而且可理解為具有嵌入鋰的陽極的堿性金屬電芯、例如鋰離子電芯。
[0024]至少基本上由塑料構成的殼體基體或殼體蓋部特別是可理解為，殼體基體或殼體蓋部的由塑料占據的材料體積特別是至少大于殼體基體或殼體蓋部的總材料體積的75%。例如，殼體基體或殼體蓋部的由塑料占據的材料體積在此為>殼體基體或殼體蓋部的總材料體積的90%。特別是，在此至少殼體基體或殼體蓋部的承載區段可由塑料構成。除此之夕卜，至少基本上由塑料構成的殼體基體或殼體蓋部可具有由其它材料構成的區段。例如，殼體基體或殼體蓋部可具有這樣的區段，即，其包括不基于塑料的濕氣阻擋層和/或金屬的元件，例如電接口、所謂的(外端子)和/或液壓接口和/或接口通過部。相對于殼體基體或殼體蓋部的總材料體積，由不同于塑料的其它材料構成的殼體基體或殼體蓋部的區段可以例如總共占據< 75%、例如< 10%的材料體積。
[0025]可行的是，殼體基體或殼體蓋部僅僅由塑料或者幾乎僅僅由塑料制成。在使用基于塑料的蒸氣阻隔層的情況中，殼體基體或殼體蓋部例如可僅僅由塑料構成。由于僅僅需要很少的材料以達到阻隔蒸氣的效果，在使用例如基于金屬的蒸氣阻隔層的情況中，殼體基體或殼體蓋部例如也還被稱為幾乎僅僅由塑料構成，雖然殼體基體或殼體蓋部包括少量的金屬或半金屬。
[0026]在另一實施方式的范圍中，堿性金屬電芯是鋰離子電芯。
[0027]鋰離子電芯是鋰電芯的一種特殊形式，并且不具有金屬的鋰陽極，而是具有由所謂的嵌入材料、例如石墨制成的陽極，鋰離子能夠可逆地被儲存到嵌入材料中(嵌入)并且再次被釋放(脫嵌)。此外，鋰離子電芯與具有金屬的鋰陽極的鋰電芯的不同在于，鋰離子電芯包含通常對濕氣極為敏感的導電鹽、例如六氟磷酸鋰(LiPF6)，當存在水時其可水解成氟化氫(HF)。通過蒸氣阻隔層，有利地可避免濕氣、特別是水蒸氣形式的濕氣穿過塑料滲入殼體內部中并且由此避免了鋰離子電芯的導電鹽水解成氟化氫。
[0028]在另一實施方式的范圍中，殼體基體的內腔設計成用于容納單個的電芯繞組、特別是鋰離子電芯繞組。
[0029]電芯繞組(英語:“ jelly roll")特別是可理解成堿性金屬電芯的電芯組件的特殊的、即線圈形的裝置。電芯繞組例如可為線圈形的構件，除了堿性金屬電芯的電化學活性的組件，其還包括導電元件、例如導電薄膜、以及電絕緣元件、例如一個或多個絕緣薄膜和/或一個或多個分隔薄膜。
[0030]在另一實施方式的范圍中，蒸氣阻隔層直接被施加到殼體基體(或殼體基體及殼體蓋部)的材料上。由此，有利地可省去附加的層、例如附著層或粘合劑層并且進一步減小了重量、成本和空間需求。
[0031]在另一實施方式的范圍中，蒸氣阻隔層為金屬的、有機的、聚合物的或玻璃的層。有利地，通過這種類型的層可實現阻隔蒸氣的效應。
[0032]蒸氣阻隔層例如可具有≥Ιμπι至≤20 μπι的層厚度。
[0033]在另一實施方式的范圍中，蒸氣阻隔層通過氣相噴鍍、通過濺鍍、通過電鍍覆層、通過噴射、通過沉浸和/或通過滾壓包層，特別是通過氣相噴鍍、通過濺鍍、通過電鍍覆層和/或通過滾壓包層施加。這些涂覆技術已被證明用于施加蒸氣阻隔層是有利的。在此，蒸氣阻隔層可在一個方法步驟中被施加到殼體基體和殼體蓋部上。同樣殼體基體和殼體蓋部的基底、特別是塑料可在施加蒸氣阻隔層之前經受等離子和/或電暈處理。由此，有利地可改進蒸氣阻隔層在基底上的附著。
[0034]在另一實施方式的范圍中，蒸氣阻隔層是金屬的層。特別是，蒸氣阻隔層可包括鋁和/或鉻和/或硅和/或鐵。特別是，蒸氣阻隔層可由鋁和/或鉻和/或硅和/或不銹鋼構成。金屬的蒸氣阻隔層例如可通過氣相噴鍍、通過濺鍍或通過電鍍覆層施加。
[0035]必要時，金屬的蒸氣阻隔層可為超疏水的納米結構的層。在此，超疏水的性能特別是與所謂的荷花效應相似地通過特別是在納米范圍內的結構實現。例如，金屬的蒸氣阻隔層可包括至少一種納米結構的半金屬、特別是納米結構的硅。特別是，蒸氣阻隔層可由至少一種納米結構的半金屬、特別是納米結構的娃構成。
[0036]如果蒸氣阻隔 層為金屬層，可行的是，在蒸氣阻隔層的至少一部分上、例如在鄰接內腔的部分上施加由電絕緣的材料制成的絕緣層。然而，電絕緣也可通過其它措施、例如通過稍后解釋的電芯組件在塑料封裝薄膜中的封裝實現。
[0037]然而，蒸氣阻隔層也可為有機層。特別是，蒸氣阻隔層可包括聚對二甲苯或由其構成。
[0038]特別是，蒸氣阻隔層可為聚合物層。例如，蒸氣阻隔層可包括聚對二甲苯和/或至少一種納米結構的聚烯烴或者由其構成。
[0039]有機的或聚合物的蒸氣阻隔層例如可通過噴射或沉浸、特別是通過噴射施加。
[0040]特別是，有機的或聚合物的蒸氣阻隔層可為超疏水的納米結構的層。在此，超疏水的性能特別是與所謂的荷花效應相似地通過特別是在納米范圍內的結構實現。例如，蒸氣阻隔層可包括至少一種納米結構的聚烯烴、例如納米結構的聚丙烯(PP)和/或聚乙烯(PE)。特別是，蒸氣阻隔層可由至少一種納米結構的聚烯烴、例如納米結構的聚丙烯(PP)和/或聚乙烯(PE)構成。
[0041]然而，蒸氣阻隔層同樣可為玻璃層。例如蒸氣阻隔層可包括二氧化硅。
[0042]特別是，蒸氣阻隔層可由至少一種納米結構的聚烯烴、例如納米結構的聚丙烯(PP)和/或聚乙烯(PE)，和/或至少一種納米結構的半金屬、例如納米結構的硅構成。
[0043]這種超疏水的材料具有的優點是，其(雖然其直接與電化學活性的電芯組件、例如有機的碳酸酯和/或鋰導電鹽接觸)可具有高的化學和電化學的長期穩定性。有利地，通過納米結構的聚丙烯(PP)可實現特別好的效果。
[0044]在另一實施方式的范圍中，至少殼體基體或殼體基體及殼體蓋部的在殼體的封閉狀態中位于外部的面特別是基本上完全地被蒸氣阻隔層覆蓋。[0045]在另一實施方式的范圍中，至少殼體基體或殼體基體及殼體蓋部的在殼體的封閉狀態中位于內部的面特別是基本上完全被蒸氣阻隔層覆蓋。除了已經解釋的優點之外，施加位于內部的蒸氣阻隔層特別是在稍后更詳細解釋的其中殼體基體內腔通過分隔壁分成隔間的硬殼電芯殼體的實施方式中具有的優點是，在模塊的電芯失效的情況中能更好地保護模塊的其它電芯。
[0046]在另一實施方式的范圍中，蒸氣阻隔層被集成到殼體基體的塑料中或殼體基體及殼體蓋部的塑料中。在此蒸氣阻隔層特別是可以被集成到殼體基體或殼體蓋部的塑料中，使得蒸氣阻隔層在殼體封閉的狀態中基本上完全包圍殼體內腔。
[0047]在另一實施方式的范圍中，殼體基體或殼體基體及殼體蓋部至少基本上由這樣的塑料構成，即，其包括至少一種聚合物，該聚合物從由聚烯烴、聚苯硫醚及其組合組成的組中選擇。例如，殼體基體和殼體蓋部可由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯-聚乙烯-共聚物(PP/PE)或聚苯硫醚(PPS)構成。這些塑料有利地具有足夠的耐高溫性、良好的化學穩定性和良好的機械穩定性。
[0048]殼體基體或殼體蓋部例如可具有> 100 μ m的壁厚。
[0049]殼體基體或殼體基體及殼體蓋部例如可通過深拉方法或注塑方法、特別是通過注塑方法、特別是由塑料制成。通過使用這些用于塑料的方法，可實現多種形狀，這實現了電池最優地安裝在例如車輛中。
[0050]在另一實施方式的范圍中，殼體基體和殼體蓋部具有連接元件，其設計用于在封閉殼體時形成槽-彈簧-插接連接。特別是，該用于形成槽-彈簧-插接連接的連接元件特別是全面地、確切地說無間隙地環繞殼體基體的內腔開口。因此，可有利地實現硬殼電芯殼體的氣密的封閉并且在封閉殼體時實現良好的密封作用。特別是，在殼體基體的限制殼體基體內腔開口的壁的端側上可構造至少一個槽形的和/或彈簧形的連接元件，特別是其中，殼體蓋部具有與其對應的連接元件以形成槽-彈簧-插接連接。
[0051]為了在該實施方式的范圍中進一步改進密封作用，用于形成槽-彈簧-插接連接的連接元件優選地也部分地或完全地被蒸氣阻隔層覆蓋或設有集成在其中的蒸氣阻隔層。特別是，在封閉殼體時或在形成槽-彈簧-插接連接時，覆蓋連接元件的蒸氣阻隔層彼此貼靠，例如彼此壓緊。由此，可有利地特別有效地防止濕氣的進入并且進一步提高了濕氣或蒸氣密封性。
[0052]因此，在另一實施方式的范圍中，用于形成槽-彈簧-插接連接的連接元件部分地或完全地通過蒸氣阻隔層覆蓋或設有集成在其中的蒸氣阻隔層。如果設置沒有阻隔蒸氣性能的絕緣層，蒸氣阻隔層優選地在用于形成槽-彈簧-插接連接的連接元件的區域中未被
絕緣層覆蓋。
[0053]此外，硬殼電芯殼體可具有調溫裝置。例如，該調溫裝置可設計成板形、例如以冷卻板的形式。為了以調溫介質、特別是冷卻介質供給調溫裝置，硬殼電芯殼體此外可具有至少兩個、特別是可從外部接近的液壓接口。
[0054]此外，硬殼電芯殼體可具有至少兩個、特別是可從外部接近的電接口(端子)，通過該電接口可電接觸在殼體內部中的堿性金屬電芯。
[0055]在根據本發明的硬殼電芯殼體的其它實施方式和優點方面，明確地參考結合根據本發明的原電池、根據本發明的方法以及附圖進行的解釋。[0056]本發明的另一對象是包括根據本發明的硬殼電芯殼體的原電池電芯。在此，尤其地在硬殼電芯殼體的殼體基體的內腔中布置單個堿性金屬電芯的電芯組件。例如在此，在硬殼電芯殼體的殼體基體的內腔中可以布置單個(鋰離子)電芯繞組。
[0057]堿性金屬電芯特別是可為鋰電芯。特別地，堿性金屬電芯可為鋰離子電芯。在一種設計方案的范圍中，在殼體基體的內腔中布置單個電芯繞組、鋰離子電芯繞組。
[0058]設計成鋰離子電芯的堿性金屬電芯特別是可包括由所謂的嵌入材料制成的陽極，鋰離子可以可逆地被嵌入到其中并且從中脫嵌。例如，鋰離子電芯的陽極可包括以碳為基礎的嵌入材料，例如石墨、石墨烯、碳納米管、硬碳、軟碳和/或娃碳混合物。作為陰極材料，鋰離子電芯例如可包括具有層結構的過渡金屬氧化物、例如鋰鈷氧化物(LiCoO2)和/或鋰鎳鈷錳氧化物(NCM)。此外，鋰離子電芯特別是可包括至少一種導電鹽、例如六氟磷酸鋰(LiPF6)和/或四氟硼酸鋰(LiBF4),并且必要時包括至少一種溶劑、例如碳酸乙烯酯(EC)和/或碳酸二甲酯(DMC)。在陽極和陰極之間，鋰離子電芯特別是可包括分隔件。
[0059]為了陽極和陰極的電接觸，鋰離子電芯特別是可包括導電薄膜。例如，陽極的導電薄膜可由銅構成，并且陰極的導電薄膜可由鋁構成。
[0060]在一種實施方式的范圍中，堿性金屬電芯的電芯組件、特別是鋰離子電芯繞組被封裝在塑料封裝薄膜中。如此被封裝在塑料封裝薄膜中的堿性金屬電芯的電芯組件、特別是如此被封裝在塑料封裝薄膜中的(鋰離子)電芯繞組可布置在殼體基體中。
[0061]通過塑料封裝薄膜，可使電芯組件、特別是電芯繞組特別是在無需其它方法步驟的情況下電絕緣。由于該電絕緣可通過塑料封裝薄膜保證，塑料封裝薄膜可與其它電組件接觸，而不導致短路。由此，特別是可保證相對于鄰近的金屬蒸氣阻隔層的電絕緣。
[0062]此外，通過塑料封裝薄膜可將限定的壓力施加到電芯組件、特別是電芯繞組上，該壓力對于電芯的正常功能是有利的。
[0063]通過被封裝在塑料封裝薄膜中的電芯組件布置在硬殼電芯殼體的殼體基體的可被殼體蓋部封閉的內腔中并且電芯未安裝在傳統的敞開的模塊結構形式中，可有利地保證相對于機械作用的保護，這特別是在移動的應用中、例如在車輛中是有利的。
[0064]總地來說，通過這種實施方式可有利地省去金屬殼體，使重量以及材料和制造成本進一步減小。
[0065]在一個特殊的實施方式的范圍中，塑料封裝薄膜包括至少一種極性改性的、特別是被接枝的(gepfropft)、例如聚丙烯的聚烯烴，例如接枝馬來酸的聚丙烯。特別是，塑料封裝薄膜可由至少一種極性改性的、特別是被接枝的、例如聚丙烯的聚烯烴，例如接枝馬來酸的聚丙烯構成。
[0066]有利地，極性改性的聚烯烴可有利地具有極高的相對于金屬的附著性。由此，例如可有利地實現在塑料封裝薄膜和金屬的導電元件、例如導電銷、所謂的例如由銅、鋁或鎳制成的集電器之間良好的密封作用。
[0067]電芯組件、特別是電芯繞組例如可焊接到塑料封裝薄膜中。
[0068]塑料封裝薄膜有利地可設計成薄的，并且例如具有> 20 μ 111至< 100 μ m的薄膜厚度。
[0069]塑料封裝薄膜同樣可具有至少一個蒸氣阻隔層。其特別是在此結合根據本發明的硬殼電芯殼體解釋的類型的蒸氣阻隔層。該蒸氣阻隔層可被集成到封裝薄膜的塑料中和/或覆蓋蒸氣阻隔層的外側和/或內側。如果塑料封裝薄膜具有金屬的蒸氣阻隔層，則其可通過封裝薄膜的一個或多個、例如位于內部的絕緣層或塑料絕緣層與電芯組件或其它導電的組件電絕緣。
[0070]布置在內腔中的堿性金屬電芯的電接觸特別是可通過至少兩個、特別是可從外部接近的電接口(端子)實現。
[0071]在根據本發明的原電池的其它實施方式和優點方面，明確地參考結合根據本發明的硬殼電芯殼體、根據本發明的方法以及附圖進行的解釋。
[0072]本發明的另一對象是一種用于制造根據本發明的原電池的方法，其包括以下方法步驟:
[0073]a)形成/提供具有用于容納單個堿性金屬電芯的電芯組件的內腔的、由塑料制成的殼體基體以及可能的用于封閉殼體基體的內腔的由塑料制成的殼體蓋部；
[0074]b)將單個堿性金屬電芯的電芯組件、特別是(鋰離子)電芯繞組引入殼體基體的內腔中；以及
[0075]c)通過殼體蓋部封閉、特別是氣密地封閉殼體基體的內腔；
[0076]其中，在方法步驟a)中和/或在方法步驟c)之后進行的方法步驟d)中，例如通過在根據本發明的方法的范圍中解釋的涂敷技術使殼體基體的塑料或殼體基體及殼體蓋部的塑料設有至少一個蒸氣阻隔層或涂覆有至少一個蒸氣阻隔層，和/或
[0077]其中，在方法步驟a)中將至少一個蒸氣阻隔層集成到殼體基體的塑料中或殼體基體及殼體蓋部的塑料中。
[0078]在方法步驟c)和d)之間，方法還可具有方法步驟Cl):特別是通過焊接、例如等離子焊接材料配合地連接殼體蓋部與殼體基體。在此，特別是可實現連續的、特別是無空隙的和/或環繞的材料配合的連接區域，例如以環繞的焊縫的形式。由此，有利地可進一步改進蒸氣密封性。在隨后的方法步驟d)中，同樣可有利地以至少一個蒸氣阻隔層涂覆材料配合的連接區域。
[0079]為了改進蒸氣阻隔層在殼體基體和殼體蓋部的塑料上的附著，可為有利的是，在施加蒸氣阻隔層之前使殼體基體和殼體蓋部的塑料表面經受等離子和/或電暈處理。
[0080]在一種設計方案的范圍中，在方法步驟b)中，堿性金屬電芯被引入殼體基體的內腔中，其電芯組件、特別是電芯繞組被封裝在塑料封裝薄膜中。
[0081]在其中一種設計方案的范圍中，通過以下方式進行電芯組件、特別是電芯繞組的封裝，即，堿性金屬電芯的電芯組件、特別是電芯繞組被塑料封裝薄膜包圍，并且緊接著其開口例如通過焊接封閉。特別是，堿性金屬電芯的電芯組件、特別是電芯繞組被引入袋狀設計的塑料封裝薄膜中，緊接著其開口例如通過焊接封閉。
[0082]為了電接觸堿性金屬電芯的電芯組件，堿性金屬電芯特別是可包括導電元件。該導電元件例如可構造成導電薄膜、導電銷(集電器)、導電纜線和導電板的形式。
[0083]在一個電芯繞組的情況下，例如可通過以下方式電接觸被集成到繞組中的電導電薄膜，即，兩個電導電銷(集電器)在其分別電接觸導電薄膜(陰極的或陽極的導電薄膜)中的一個的位置被插入電芯繞組中。導電銷(集電器)特別是可分別由與將要和其接觸的導電薄膜相同的材料構成。例如，由鋁制成的陰極的導電薄膜可以與由鋁制成的導電銷(集電器)電接觸，并且由銅制成的陽極的導電薄膜可以與由銅制成的導電銷(集電器)接觸。在此，導電銷(集電器)的插入方向可以例如平行于纏繞軸線。
[0084]原則上，既可在將堿性金屬電芯的電芯組件、特別是電芯繞組封裝在塑料封裝薄膜之前也可在其之后插入導電銷(集電器)。
[0085]本發明的另一對象是一種按照根據本發明的方法制成的原電池電芯。
[0086]本發明的另一對象是一種移動或靜態的系統，例如車輛，其包括至少一個根據本發明的原電池電芯。
[0087]在根據本發明的方法、通過其制造的原電池和根據本發明的移動或靜態系統的其它實施方式和優點方面，明確地參考結合根據本發明的硬殼電芯殼體、根據本發明的原電池電芯、根據本發明的方法以及附圖進行的解釋。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0088]根據本發明的對象的其它優點和有利的設計方案通過【專利附圖】

【附圖說明】并在以下描述中進行解釋。在此應注意的是，附圖僅僅用于描述并且不應視為以任何形式限制本發明。其中:
[0089]圖1示出了用于或具有單個原電池電芯的根據本發明的硬殼電芯殼體和原電池的實施方式的示意性立體圖；
[0090]圖2a_圖5示出了用于說明根據本發明的方法的實施方式的示意圖，該方法設計成用于制造在圖1中示出的硬殼電芯殼體或原電池；以及
[0091]圖6示出了穿過根據本發明的硬殼電芯殼體的實施方式的示意性的橫截面圖，在該硬殼電芯殼體中殼體基體和殼體蓋部配備有用于形成用于氣密地封閉殼體的槽-彈簧-插拔連接的連接元件。
【具體實施方式】
[0092]圖1示出了具有硬殼電芯殼體的原電池1，通過該硬殼電芯殼體保護單個的原電池電芯的電芯組件不受環境影響。原電池電芯特別是為鋰離子電芯。在此，原電池電芯的電芯組件特別是構造成電芯繞組的形式。
[0093]圖1說明，硬殼電芯殼體具有帶有用于容納原電池電芯的電芯組件的內腔(未示出)的殼體基體2和用于封閉殼體基體2的內腔的殼體蓋部3。在此殼體基體2和殼體蓋部3基本上由塑料制成。殼體基體2和殼體蓋部3的在殼體的所示出的封閉狀態中位于外部的面在此基本上完全被蒸氣阻隔層4覆蓋，該蒸氣阻隔層4在將電芯組件引入殼體基體2的內腔中之后并且在利用殼體蓋部3封閉殼體基體2的內腔之后已經通過涂敷方法施加到殼體基體2和殼體蓋部3的塑料上。殼體基體2和殼體蓋部3的在封閉的狀態中位于外部的面基本上完全被所述層覆蓋在此可理解為，殼體基體2和殼體蓋部3的在涂敷時已經被其它構件、例如用于機械地固定電接口(端子)5、6的墊片5a、6a覆蓋的面區段可保持不被涂覆。即，在這種情況中也能保證濕氣不滲入，因為一方面覆蓋的構件能夠具有阻斷蒸氣的效應，并且另一方面覆蓋的構件也可自身不具有阻斷蒸氣的效應而通過隨后的噴射同樣設有蒸氣阻隔層4并且由此具有阻斷蒸氣的效應。由于在殼體基體2和殼體蓋部3之間的接合部位以及安全閥7位于蒸氣阻隔層4之下，因此其通過虛線指出。
[0094]圖2a至圖6示出了用于制造在圖1中示出的硬殼電芯殼體和原電池的根據本發明的方法的實施方式。
[0095]圖2a示出，提供電芯繞組30、例如鋰離子電芯繞組，其具有垂直于頁面底邊的纏繞軸線并且纏繞成，使得不僅可從外部接近由銅制成的陽極的導電薄膜31而且可接近陰極的導電薄膜32。電芯繞組30通過由電絕緣的材料制成的薄膜33保持在一起。
[0096]圖2b和2c示出了用于電接觸在圖2a中示出的電芯繞組30的陽極導電薄膜31和陰極導電薄膜32的導電元件的構造和布置可能性。在此，圖2b示出了在分解的狀態中的導電元件并且圖2c示出了在裝配的狀態中的導電元件。導電元件5、6—方面構造成用于從殼體之外電接觸導電薄膜31、32的電接口(端子)并且另一方面構造成用于在殼體之內電接觸導電薄膜31、32的導電銷(集電器)。在此，導電元件5、6分別由與將要與其接觸的導電薄膜31、32相同的材料構成。圖2b和2c不出，導電兀件5、6分別可穿過在殼體蓋部3中的開口。對于殼體蓋部由金屬、例如鋁構成的情況，設置絕緣元件36、37，以使得導電元件
5、6與殼體蓋部電絕緣。在由塑料構成殼體蓋部的情況中，有利地可省去絕緣元件36、37，這進一步減小了重量以及材料和裝配成本。圖2b和2c此外示出，導電元件5、6通過固定元件34、35機械地與殼體蓋部3相連接。在所示出的實施方式的范圍中，通過螺栓連接實現機械的固定，其中，導電元件5、6設有外螺紋并且和與其對應的螺母以及可能的墊片35共同作用。
[0097]圖3示出，在圖2b和2c中示出的導電元件在與蓋部3旋接的狀態中可被插入在圖2a中示出的電芯繞組30中，使得導電元件5電接觸陽極的導電薄膜并且另一導電元件6電接觸陰極的導電薄膜。
[0098]圖4示出，在圖3中示出的組件被引入殼體基體2的內腔中，使得在完全引入電芯繞組30之后殼體蓋部3封閉殼體基體2的內腔。
[0099]圖5示出，在封閉硬殼電芯殼體之后，殼體基體2和殼體蓋部3的外部的面以及接合部位以及可能的與其鄰近的構件、例如墊片35通過在此出于說明原因示出為噴射技術的涂敷方法設有蒸氣阻隔層4。
[0100]在例如在圖6中示出的殼體基體2和殼體蓋部3嚙合的設計方案中，殼體基體2的內腔已經通過兩個殼體構件的接合氣密地被封閉。然而同樣可行的是，使殼體基體2和殼體蓋部3相互焊接、例如通過等離子焊接，或者粘接。
[0101]圖6包括硬殼電芯殼體的另一實施方式，在其中，殼體基體2和殼體蓋部3配備有用于形成用于氣密地封閉殼體的槽-彈簧-插接連接的連接元件Z。在此，連接元件Z優選環繞殼體基體2的內腔開口。
[0102]在此，連接元件Z同樣至少部分被蒸氣阻隔層4覆蓋，使得在形成插接連接時殼體基體2以及殼體蓋部3的連接元件Z的蒸氣阻隔層4彼此貼靠。由此，可有利地實現特別好的密封作用。
【權利要求】
1.一種用于單個堿性金屬電芯⑴的硬殼電芯殼體，其包括 -殼體基體(2)，具有用于容納單個堿性金屬電芯的電芯組件(30)的內腔，以及 -用于封閉所述殼體基體(2)的內腔的殼體蓋部(3)， 其中，所述殼體基體(2)至少基本上由塑料構成并且包括至少一個蒸氣阻隔層(4)。
2.根據權利要求1所述的硬殼電芯殼體，其中，所述堿性金屬電芯是鋰離子電芯。
3.根據權利要求1或2所述的硬殼電芯殼體，其中，所述殼體基體(2)的內腔能夠容納單個電芯繞組(30)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的硬殼電芯殼體，其中，所述殼體基體(2)和所述殼體蓋部(3)至少基本上由塑料構成，其中，所述殼體基體(2)和所述殼體蓋部(3)包括至少一個蒸氣阻隔層(4)。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的硬殼電芯殼體，其中，所述殼體基體(2)或所述殼體基體(2)及所述殼體蓋部(3)至少基本上由包括至少一種聚合物的塑料構成，所述聚合物從由聚烯烴、聚苯硫醚及其組合組成的組中選擇。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的硬殼電芯殼體，其中，所述蒸氣阻隔層直接被施加到所述殼體基體(2)的材料或所述殼體基體(2)及所述殼體蓋部(3)的材料上。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的硬殼電芯殼體，其中，至少所述殼體基體(2)或所述殼體基體(2)及所述殼體蓋部(3)的在殼體的封閉狀態中位于內部的面被蒸氣阻隔層(4)覆蓋，和/或 其中，至少所述殼體基體(2)或所述殼體基體(2)及所述殼體蓋部(3)的在殼體的封閉狀態中位于外部的面被蒸氣阻隔層(4)覆蓋，和/或 其中，所述蒸氣阻隔層(4)被集成到所述殼體基體(2)的塑料中或所述殼體基體(2)及所述殼體蓋部(3)的塑料中，其中，所述蒸氣阻隔層(4)以所述蒸氣阻隔層(4)在所述殼體的封閉狀態中基本上完全包圍所述殼體內腔的方式被集成到所述殼體基體(2)的塑料中或所述殼體蓋部(3)的塑料中。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的硬殼電芯殼體，其中，所述蒸氣阻隔層為金屬的、有機的、聚合物的或玻璃的層。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的硬殼電芯殼體，其中，所述蒸氣阻隔層通過氣相噴鍍、通過濺鍍、通過電鍍覆層或通過噴射或通過沉浸，特別是通過氣相噴鍍、通過濺鍍或通過電鍍覆層施加。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的硬殼電芯殼體，其中，所述蒸氣阻隔層是金屬的層，特別是其中，所述蒸氣阻隔層包括鋁和/或鉻和/或硅。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的硬殼電芯殼體，其中，所述殼體基體(2)和所述殼體蓋部(3)具有連接元件(Z)，該連接元件能夠在封閉所述殼體時形成槽-彈簧-插接連接， 特別是其中，用于形成槽-彈簧-插接連接的所述連接元件(Z)環繞所述殼體基體(2)的內腔開口， 特別是其中，用于形成槽-彈簧-插接連接的所述連接元件(Z)被所述蒸氣阻隔層(4)覆蓋或設有集成在所述連接元件中的蒸氣阻隔層(4)。
12.—種原電池電芯,其包括:根據權利要求1至11中任一項所述的硬殼電芯殼體，其中，在所述硬殼電芯殼體的殼體基體(2)的內腔中布置單個堿性金屬電芯的電芯組件(30)、特別是單個(鋰離子)電芯繞組。
13.根據權利要求12所述的原電池，其中，所述堿性金屬電芯的電芯組件(30)、特別是鋰離子芯繞組被封裝在塑料封裝薄膜中。
14.根據權利要求13所述的原電池，其中，所述塑料封裝薄膜包括至少一種極性改性的、特別是被接枝的聚烯烴，特別是接枝馬來酸的聚丙烯。
15.一種用于制造根據權利要求12至14中任一項所述的原電池電芯的方法，其包括以下方法步驟:a)提供具有用于容納單個堿性金屬電芯的電芯組件(30)的內腔的由塑料制成的殼體基體⑵以及可能的用于封閉所述殼體基體(13)的內腔的由塑料制成的殼體蓋部(3); b)將單個堿性金屬電芯的電芯組件(30)、特別是(鋰離子)電芯繞組引入所述殼體基體(2)的內腔中；以及 c)通過所述殼體蓋部(3)封閉、特別是氣密地封閉所述殼體基體(2)的內腔； 其中，在方法步驟a)中和/或在方法步驟c)之后進行的方法步驟d)中，使所述殼體基體(2)的塑料或所述 殼體基體(2)及所述殼體蓋部(3)的塑料設有至少一個蒸氣阻隔層⑷，和/或 其中，在方法步驟a)中將至少一個蒸氣阻隔層(4)集成到所述殼體基體(2)的塑料中或所述殼體基體(2)及所述殼體蓋部(3)的塑料中。
【文檔編號】H01M2/02GK103999252SQ201280061855
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年11月15日 優先權日:2011年12月15日
【發明者】T·韋爾勒, J·費策爾, H·芬克 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社