具有由至少兩個部件組成的蓋部的電池電芯及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種電池電芯（45），其包括電池電芯殼體（41）和蓋部（40），利用蓋部可封閉電池電芯殼體（41）。電池電芯（45）還包括兩個電池電芯端子（11、12），電池電芯（45）可通過所述兩個電池電芯端子與電池系統相連接；并且包括帶有正電極（8）和負電極（9）的電極線圈（7），正電極和負電極布置在電池電芯殼體（41）之內并且分別通過在電池電芯殼體（41）之內的電流路徑與相應的電池電芯端子（11、12）連接。根據本發明，蓋部（40）由至少一個導電的第一和第二蓋部件（24、26）組合而成，其中第二蓋部件（26）布置在第一蓋部件（24）之內并且第一和第二蓋部件（24、26）彼此電絕緣。本發明還涉及一種用于制造電池電芯（45）的方法。
【專利說明】具有由至少兩個部件組成的蓋部的電池電芯及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電池電芯，其具有蓋部，該蓋部由至少一個導電的第一和第二蓋 部件組合而成，其中，第二蓋部件布置在第一蓋部件之內并且第一蓋部件和第二蓋部件彼 此電絕緣，本發明還涉及一種用于制造電池電芯的方法。
【背景技術】
[0002] 越來越顯著的是，未來不僅在靜態的應用中而且在車輛中越來越多地使用新型電 池系統，在該電池系統中特別地連接有多個鋰離子電池電芯。這種鋰離子電池電芯相對于 濕氣的滲入非常敏感，因此其在現有技術中常常具有支撐電池電芯內部結構的硬殼殼體， 其也作為Hardcase已知。
[0003] 此后被稱為電池電芯殼體的該硬殼殼體形成當今的電池電芯的主要組成部分，此 夕卜，尤其是電池電芯的內部結構、大多數情況下一個或多個所謂的電池電芯線圈以及利用 其可封閉帶有電池電芯內部結構的電池電芯殼體的蓋部屬于所述主要組成部分。電池電芯 殼體和蓋部的壁厚尤其取決于用于電池電芯殼體和蓋部的材料，并且在〇. 4_至2_之間 變化。在現有技術的電池電芯的制造工藝的過程中，蓋部與電池電芯殼體焊接在一起，由此 蓋部可導電地與電池電芯殼體相連接。然而，事先必須使蓋部設有電池電芯端子、電池電芯 端子穿過蓋部的穿過部以及用于使兩個穿過部中的至少一個電絕緣的裝置和措施以及所 謂的電流集電器，該電流集電器提供在電極和電池電芯端子之間的電流路徑。
[0004] 因此，為了裝配或制造蓋部，需要多個必須在高成本的工藝中相互連接的結構元 件。尤其是對于實現至少一個用于電池電芯端子之一的穿過部的電絕緣以及對于該穿過部 的防止濕氣滲入的與其連接的密封，在現有技術中一方面表現為相對高的構件成本并且另 一方面表現為相對高的加工技術成本。
[0005] 例如，文獻CN000102214840A公開了一種鋰離子電池，其通過使用帶有正的溫度 系數的材料而部分地絕緣。在這種電池中也存在由多個組件組成的外部結構。
【發明內容】
[0006] 根據本發明提供一種電池電芯，其包括電池電芯殼體以及蓋部，利用該蓋部可封 閉電池電芯殼體。此外，電池電芯包括兩個電池電芯端子，電池電芯可通過這兩個電池電芯 端子與電池系統相連接，并且，該電池電芯包括帶有正電極和負電極的電極線圈，該正電極 和負電極布置在電池電芯殼體之內并且分別通過在電池電芯殼體之內的電流路徑與相應 的電池電芯端子相連接。根據本發明，蓋部由至少一個導電的第一和第二蓋部件組合而成， 其中，第二蓋部件布置在第一蓋部件之內并且第一和第二蓋部件彼此電絕緣。
[0007] 在如此實施的電池電芯中顯著減小了其制造成本。特別是明顯簡化且在減小的加 工技術成本的情況下實現了電池電芯的蓋部連同與其相連接的組件的組裝和制造。此外， 如此實施的電池電芯非常好地被保護以防濕氣滲入。在如此實施的電池電芯中，第二蓋部 件也可在其在蓋部之內的位置中非常良好地與電池電芯的相應的應用方式相匹配。
[0008] 優選地，電池電芯殼體與第一蓋部件導電地相連接并且與第二蓋部件電絕緣。由 此，電池電芯殼體被置于第一蓋部件的電勢上，而同時電池電芯殼體被密封以防濕氣滲入。
[0009] 在優選的實施方式中，第一電池電芯端子與第一蓋部件導電地相連接，而第二電 池電芯端子與第二蓋部件導電地相連接。換句話說，第一電池電芯端子直接且導電地與第 一蓋部件相連接，例如相焊接。那么，與在現有技術中的通常情況不同地，第一和/或第二 電池電芯端子不必復雜地被引導穿過被置于電池電芯的蓋部中的穿過部，這顯著簡化了電 池電芯的組裝或加工。此外優選地，第一電池電芯端子僅僅導電地與第一蓋部件相連接，而 第二電池電芯端子僅僅導電地與第二蓋部件相連接。
[0010] 優選地，第一蓋部件與自身與正電極導電地連接的電池電芯端子相連接。由此，第 一蓋部件、進而(如果連接的話）電池電芯殼體也以有利地方式導電地與電池電芯的正電極 或正電勢相連接，這通過正電極、第一蓋部件和與正電極相連接的電池電芯端子的簡單的 導電的接觸或連接實現。優選地，第二蓋部件形成在第一蓋部件之內的區域并且第二電池 電芯端子完全布置在由第二蓋部件形成的區域之內或與該區域相連接。
[0011] 優選地，用于至少部分地構成第一蓋部件的材料相應于用于構成與第一蓋部件導 電地連接的正電極或負電極的材料。
[0012] 此外優選地，用于至少部分地構成第二蓋部件的材料相應于用于構成與第二蓋部 件導電地連接的正電極或負電極的材料。
[0013] 在優選的實施方式中，用于正電極和/或負電極的材料從包括鋁、銅和不銹鋼的 組中選擇。通過為第一和/或第二蓋部件選擇也用于實現正電極和/或負電極或與電極相 連接的導電膜的材料，改進了電池電芯的電性能。此外優選地，為了實現第一和/或第二蓋 部件使用這樣的材料或原材料，即，其相對于由于在電池電芯之內的電化學的反應或過程 發生的腐蝕過程具有高的穩定性。
[0014] 優選地，第一和第二蓋部件彼此電絕緣并以防止濕氣滲入密封的方式借助于納米 模制相互連接。通過納米模制實現了在材料之間非常牢固的在納米平面上形狀配合的連 接。
[0015] 在更為優選的實施方式中，電池電芯包括排氣元件，其布置在第一和/或第二蓋 部件之內。
[0016] 在該實施方式的優選的改進方案中，該排氣兀件實施成破裂閥或破裂膜。
[0017] 優選地，要求保護的電池電芯為鋰離子電池電芯。
[0018] 此外，提出了一種用于制造電池電芯的方法，該方法包括電池電芯殼體；兩個電池 電芯端子；帶有正電極和負電極的電極線圈，正電極和負電極可布置在電池電芯殼體之內 并且分別通過在電池電芯殼體之內的電流路徑與相應的電池電芯端子相連接。此外，該方 法包括導電的第一和第二蓋部件，該第一和第二蓋部件可連接成蓋部，利用該蓋部可封閉 電池電芯殼體。該方法包括以下方法步驟：在第一電池電芯端子和第一蓋部件之間建立固 定的導電的連接。在第二電池電芯端子和第二蓋部件之間建立固定的導電的連接。借助于 納米模制使第一蓋部件與第二蓋部件相連接，其中，第一和第二蓋部件相對于彼此電絕緣。 使第一和第二蓋部件分別通過電流路徑與相應的正電極或者與負電極相連接。將電極線圈 插入電池電芯殼體中。在第一蓋部件和電池電芯殼體之間建立導電的連接，并且使第二蓋 部件以及所有與其相導電連接的電池電芯的組件相對于電池電芯殼體和第一蓋部件絕緣。
[0019] 在該用于制造電池電芯的方法的優選的改進方案中，該方法還包括借助于納米模 制使蓋部與電池電芯殼體相連接的步驟。
[0020] 在該用于制造電池電芯的優選的改進方案中，蓋部還包括填充孔，通過該填充孔 可用電解質填充電池電芯，并且該方法還包括利用電解質填充電池電芯以及機械地封閉該 填充孔的步驟。
[0021] 此外，提供一種帶有根據本發明的電池電芯的電池，其中，該電池特別優選地實施 成鋰離子電池。這種電池的優點尤其在其相對高的能量密度及其高的熱穩定性的方面給 出。鋰離子電池的另一優點是，其不受到記憶效應影響。
[0022] 此外，提出一種包括帶有根據本發明的電池電芯的電池的機動車，其中，該電池與 機動車的驅動系統相連接。
[0023] 本發明的有利的改進方案在從屬權利要求中給出并在說明中進行闡述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 根據附圖和以下描述詳細解釋本發明的實施例。其中：
[0025] 圖1以橫向剖視圖示出了根據本發明的電池電芯的實施例，以及
[0026] 圖2以外部視圖示出了根據本發明的電池電芯的實施例。
【具體實施方式】
[0027] 在圖1中以橫向剖視圖示出了根據本發明的電池電芯45的實施例。該電池電芯 45在該實施例中包括僅為示例性的棱柱形的電池電芯殼體41以及蓋部40,利用該蓋部40 可封閉電池電芯殼體41。此外，電池電芯45具有兩個電池電芯端子11、12,電池電芯45可 通過這兩個電池電芯端子11、12與電池系統相連接。在該實施例中，電池電芯端子11、12 僅僅示例性地直接與蓋部40相連接。此外，電池電芯45包括帶有正電極8和負電極9的 電極線圈7,正電極8和負電極9布置在電池電芯殼體41之內并且分別通過在電池電芯殼 體41之內的電流路徑與相應的電池電芯端子11、12相連接。在該實施例中，蓋部40僅僅示 例性地由導電的第一蓋部件24和導電的第二蓋部件26組合而成，其中，第二蓋部件26布 置在第一蓋部件24內，并且第一和第二蓋部件24、26彼此電絕緣。換句話說，蓋部40在該 實施例中僅僅示例性地包括一個導電的第一蓋部件24和一個導電的第二蓋部件26,其中， 該第一蓋部件24和第二蓋部件26彼此電絕緣并且第二蓋部件26被包圍在第一蓋部件24 中，或者被第一蓋部件24容納，或者至少部分地被第一蓋部件24包圍。在此，在該實施例 中僅僅示例性地選擇兩個彼此電絕緣的蓋部件24、26的數量。即，也可實現帶有多于兩個 蓋部件24、26的根據本發明的電池電芯45, S卩，在其中，蓋部40由多個第一和第二蓋部件 24、26組成。
[0028] 在根據本發明的電池電芯45的該實施例中，一個第一電池電芯端子11導電地與 第一蓋部件24相連接，而第二電池電芯端子12導電地與第二蓋部件26相連接。在該實施 例中，該一個第一電池電芯端子11僅僅示例性地被導電焊接到第一蓋部件24上，而剩下的 第二電池電芯端子12被導電焊接到第二蓋部件26上。在此，第二蓋部件26在該實施例中 僅僅示例性地形成在基本上由第一蓋部件24形成的蓋部40之內的島區域，在該島區域中， 第二電池電芯端子12利用其整個基礎面布置成接觸面或連接面。即，第二電池電芯端子12 完全地位于第二蓋部件26之內或由該第二蓋部件26形成的島區域之內。然而，也可實施 不同的根據本發明的電池電芯45,即，在其中，第一電池電芯端子11和剩下的第二電池電 芯端子12固定地且導電地以不同的方式分別與第一或第二蓋部件24、26相連接。此外，第 二蓋部件26也可與在該實施例中描述的且在圖1中示出的不同地實施或布置在第一蓋部 件24之內。
[0029] 此外，電池電芯殼體41在該實施例中僅僅示例性地與第一蓋部件24導電地相連 接并且與第二蓋部件26電絕緣。此外，第一蓋部件24在該實施例中僅僅示例性地與自身 導電地與正電極8相連接的電池電芯端子11、12相連接。在該實施例中，該電池電芯端子 11、12僅僅示例性地為已經提及的第一電池電芯端子11。換句話說，第一蓋部件24在該實 施例中僅僅示例性地與正電極8導電地相連接，其中，該導電的連接在該實施例中僅僅示 例性地通過電流集電器實現，該電流集電器不僅與正電極8或固定在該處的導體膜而且與 第一蓋部件24固定地相連接。例如，該電流集電器可與第一蓋部件24焊接在一起。然而， 在正電極8和第一蓋部件24之間的導電連接也可通過任意其它構件實現，該構件構造成用 于提供在正電極8和第一蓋部件24之間的電流路徑。這種構件也可以其它方式、也就是說 與通過焊接連接不同的方式與第一蓋部件24相連接。蓋部40的第二蓋部件26或第二電 池電芯端子12在該實施例中僅僅示例性地同樣通過電流集電器與負電極9或固定在該處 的導體膜固定地相連接。該用于提供在負電極9和第二蓋部件26之間的電流路徑的電流 集電器也可通過焊接連接或任意其它連接方式固定在第二蓋部件26以及負電極9處。然 而，在負電極9和第二蓋部件26之間的導電連接也可通過任意其它構件實現，該構件構造 成用于提供在負電極9和第二蓋部件26之間的電流路徑。在該實施例中，不僅第二蓋部件 26、與該第二蓋部件26相連接的第二電池電芯端子12、與第二蓋部件26相連接的電流集電 器，而且負電極9也與電池電芯45的其它組件且尤其是電池電芯殼體41電絕緣。
[0030] 在根據本發明的電池電芯45的該實施例中，第一蓋部件24僅僅示例性地通過環 繞第一蓋部件24的激光焊縫13導電地與電池電芯殼體41相連接。備選地，第一蓋部件24 在根據本發明的電池電芯45的其它實施例中也與電池電芯殼體41電絕緣并且以防止濕氣 滲入密封的方式借助于納米模制與電池電芯殼體41相連接。換句話說，第一蓋部件24在 其它實施例中僅僅示例性地可通過納米模制或通過環繞第一蓋部件24的納米模制的區域 與電池電芯殼體41部分地相連接，其中，在第一蓋部件24和電池電芯殼體41之間的該納 米模制的連接或納米模制的區域不導電，即，電絕緣，從而該納米模制的連接或納米模制的 區域使第一蓋部件24、進而蓋部41與電池電芯殼體41電絕緣。
[0031] 此外，在該實施例中部分地構成第一蓋部件24的材料僅僅示例性地對應于用于 構成與第一蓋部件24導電地連接的正電極8的材料。換句話說，第一蓋部件24具有僅僅 示例性地對應于用于構成正電極8的材料的材料。在該實施例中，該材料僅僅示例性地為 鋁。此外，在該實施例中部分地構成第二蓋部件26的材料僅僅示例性地對應于用于構成與 第二蓋部件26導電地連接的負電極9的材料。換句話說，第二蓋部件26具有僅僅示例性 地對應于用于構成負電極9的材料的材料。在該實施例中，該材料僅僅示例性地為銅。然 而，為了實現第一和/或第二蓋部件24、26,也可以組合的方式應用其它材料。用于部分地 或完全地構成第一蓋部件24和/或第二蓋部件26的材料也可與用于構成正電極8或負電 極9的材料不同或完全對應。僅僅示例性地，第一蓋部件24也可由不銹鋼制成，而正電極 8由銅或其它金屬材料制成。
[0032] 此外，第一和第二蓋部件24、26在該實施例中僅僅示例性地彼此電絕緣并且以防 止濕氣滲入密封的方式借助于納米模制相互連接。換句話說，第二蓋部件26通過納米模制 或通過納米模制的區域15與第一蓋部件24相連接，其中，該納米模制的區域15不可透過 濕氣并且是電絕緣的，從而第二蓋部件26與第一蓋部件24電絕緣。在該實施例中，該納米 模制的區域15僅僅示例性地環繞第二蓋部件26。換句話說，該第二蓋部件26在該實施例 中僅僅示例性地通過環繞第二蓋部件26的納米模制的區域15與第一蓋部件24相連接。
[0033] 圖2示出了根據本發明的電池電芯45的外部視圖。圖2示出的根據本發明的電 池電芯45的實施例更確切地說是圖1示出的根據本發明的電池電芯45的實施例，在此處 以外部視圖示出了該電池電芯的未剖切的由蓋部40封閉的狀態。圖2中相同標示的組件 也對應于圖1的實施例中的那些組件，從而在那里對于這些組件的說明也可以應用于圖2 的實施例。
[0034] 在圖2中明顯示出了蓋部40分為第一和第二蓋部件24、26。第二蓋部件26在此 實施例中僅示例性地實施為矩形，其基面與第二電池電芯端子12的基面一致。換句話說， 第二蓋部件26構成在第一蓋部件24之內的矩形的島區域，在該島區域中設置有第二電池 電芯端子12。圍繞第一蓋部件24的深色示出的邊界是圍繞第一蓋部件24的激光焊縫13， 其由第一蓋部件24或蓋部40與電池電芯殼體41的焊接產生。激光焊縫僅示例性地是導 電的并且將電池電芯殼體41與第一蓋部件24之間的連接區域不透氣地密封。圍繞蓋部40 的第二蓋部件26的淺淡的邊棱是納米模制的區域15,即第二蓋部件26與第一蓋部件24之 間的連接區域。如上所述，第二蓋部件26通過該連接區域與第一蓋部件24電絕緣并且同 時與第一蓋部件24機械地連接。
[0035] 在此，在示出的實施例中，激光焊縫13作為第一蓋部件24與電池電芯殼體41之 間的連接的措施的存在以及納米模制的區域15為了將第二蓋部件26與第一蓋部件24電 絕緣的存在僅為可選的。根據本發明的電池電芯45也可以實施成，在其中第一和第二蓋部 件24、26與在該實施例中描述的不同地例如通過不導電的另一焊縫和/或通過完全不同的 連接件和/或借助于其它連接方式相互連接。在第一蓋部件24或蓋部40和電池電芯殼體 41之間的連接的形式也可與在此示出的形式不同。此外，根據本發明的電池電芯45也可實 施成，在其中蓋部40還具有填充孔，通過該填充孔可利用電解質填充電池電芯45,并且該 填充孔可通過塞子封閉。此外，根據本發明的電池電芯45也可實施成帶有這樣的蓋部40， 艮P，該蓋部40由多于僅僅一個的第一和第二蓋部件24、26組合而成。
【權利要求】
1. 一種電池電芯（45)，其包括 -電池電芯殼體（41), -蓋部（40)，利用所述蓋部能夠封閉所述電池電芯殼體（41)， -兩個電池電芯端子（11、12)，所述電池電芯（45)能夠通過所述兩個電池電芯端子與 電池系統相連接， -帶有正電極（8 )和負電極（9 )的電極線圈（7 )，所述正電極和所述負電極布置在所述 電池電芯殼體（41)之內并且分別通過在所述電池電芯殼體（41)之內的電流路徑與相應的 電池電芯端子（11、12)相連接， 其特征在于，所述蓋部（40)由至少一個導電的第一蓋部件（26)和至少一個導電的第 二蓋部件（26 )組合而成，其中，所述第二蓋部件（26 )布置在所述第一蓋部件（24 )之內并且 所述第一蓋部件（24)和第二蓋部件（26)彼此電絕緣。
2. 根據權利要求1所述的電池電芯（45)，其中，所述電池電芯殼體（41)與所述第一蓋 部件（24)導電地相連接并且與所述第二蓋部件（26)電絕緣。
3. 根據前述權利要求中任一項所述的電池電芯（45)，其中，第一電池電芯端子（11)與 所述第一蓋部件（24)導電地連接，而所述第二電池電芯端子（12)與所述第二蓋部件（26) 導電地連接。
4. 根據權利要求3所述的電池電芯（45)，其中，所述第一蓋部件（24)與自身與所述正 電極（8)導電連接的電池電芯端子（11、12)相連接。
5. 根據權利要求3或4所述的電池電芯（45)，其中，用于至少部分地構成所述第一蓋 部件（24)的材料對應于用于構成與第一蓋部件（24)導電地連接的正電極（8)或負電極（9) 的材料。
6. 根據權利要求3至5中任一項所述的電池電芯（45)，其中，用于至少部分地構成所 述第二蓋部件（26)的材料對應于用于構成與第二蓋部件（26)導電地連接的正電極（8)或 負電極（9)的材料。
7. 根據權利要求5或6所述的電池電芯（45)，其中，用于所述正電極（8)和/或負電極 (9)的材料從包括鋁、銅和不銹鋼的組中選擇。
8. 根據前述權利要求中任一項所述的電池電芯（45)，其中，所述第一蓋部件（24)和第 二蓋部件（26 )彼此電絕緣并以防止濕氣滲入密封的方式借助于納米模制相互連接。
9. 一種用于制造電池電芯（45)的方法，包括： 電池電芯殼體（41);兩個電池電芯端子（11、12);帶有正電極（8)和負電極（9)的電極 線圈（7)，所述正電極和負電極能夠布置在所述電池電芯殼體（41)之內并且分別通過在所 述電池電芯殼體（41)之內的電流路徑與相應的電池電芯端子（11、12)相連接；導電的第 一蓋部件（24)和導電的第二蓋部件（26)，所述第一蓋部件和第二蓋部件能夠連接成蓋部 (28)，利用所述蓋部能夠封閉所述電池電芯殼體（41)，其中，所述方法包括以下方法步驟： -在第一電池電芯端子（11、12)和第一蓋部件（24)之間建立固定的導電的連接（S1); -在第二電池電芯端子（11、12)和第二蓋部件（26)之間建立固定的導電的連接（S2); -借助于納米模制使所述第一蓋部件（24)與所述第二蓋部件（26)相連接（S3)，其中， 所述第一蓋部件（24)和第二蓋部件（26)相對于彼此電絕緣； -使所述第一蓋部件（24)和第二蓋部件（26)分別通過電流路徑與相應的正電極（8)或 者與負電極（9)相連接（S4); -將所述電極線圈（7 )插入所述電池電芯殼體（41)中（S5 ); -在所述第一蓋部件（24)和所述電池電芯殼體（41)之間建立導電的連接，并且使所述 第二蓋部件（26)以及所有與所述第二蓋部件導電連接的電池電芯（45)的組件相對于所述 電池電芯殼體（41)和所述第一蓋部件（24)絕緣（S6)。
10. 根據權利要求9所述的用于制造電池電芯（45)的方法，所述方法還包括借助于納 米模制使所述蓋部（40)與所述電池電芯殼體（41)相連接的步驟（S7)。
11. 一種帶有根據權利要求1至8中任一項所述的電池電芯（45的電池。
12. -種具有根據權利要求11所述的電池的機動車，其中，所述電池與所述機動車的 驅動系統相連接。
【文檔編號】H01M2/04GK104103780SQ201410147102
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月14日 優先權日:2013年4月15日
【發明者】H·芬克 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社