用于电池单元的深型式袋型件制造技术

一种袋型电池单元包括由金属层压膜形成的大体矩形的电池单元壳体，其包括盒部分和与盒部分分开形成的盖部分。包括电极和电解液的活性材料被放置到盒部分内，并且盖部分被焊接到盒部分。盒部分和盖部分在不使用拉延或冲压过程的情况下形成和组装在一起。代替地，袋型电池单元壳体经由一系列折叠和焊接步骤形成，由此袋型电池单元大小不受金属层压膜的拉延深度的限制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电池单元的深型式袋型件
本专利技术涉及由层压材料形成的袋型电池单元壳体，其中层压材料的至少一层是金属箔层，并且其中袋型件具有大于20mm的深度。
技术介绍
电池组为范围从便携式电子设备到可再生能源系统和环境友好车辆的各种技术提供功率。例如，混合动力车辆（HEV）结合内燃发动机使用电池组和电动马达以提高燃料效率。电池组由多个电池模块形成，其中每个电池模块包括若干电化学电池单元。这些电池单元布置成堆叠并且被串联或并联地电连接。同样地，电池组内的电池模块被串联或并联地电连接。已出现不同的电池单元类型以便应对非常广泛的多种安装情形的空间需求，并且汽车中所使用的最常见的类型是圆柱形电池单元、棱柱形电池单元和袋型电池单元。这些电池单元展现大致相同的内部构造，具有阳极、阴极、将阴极空间与阳极空间分开的隔膜、电解液/溶剂和锂源，但它们就其大体尺寸、电池单元壳体和体积能量效率而言能够明显不同。关于电池单元壳体，例如，圆柱形电池单元和棱柱形电池单元中的每一者均具有通常由金属或塑料制成的刚性壳体，而袋型电池单元仅被由层压膜材料制成的柔性外包件环绕，所述柔性外包件密封实际电池空间以与环境隔绝。电池单元壳体的构造的这种差异对电池单元的功率-重量之比具有大的影响，并且在由多个互连的电池单元制成的电池模块和电池组的制造中能够是非常重要的。
技术实现思路
袋型电池单元壳体由柔性外包件（所述柔性外包件由金属层压膜制成）形成，并且被用于装纳电极组件和电解液以形成袋型电池单元。袋型电池单元壳体在不使用拉延过程的情况下形成。代替地，袋型电池单元壳体经由一系列折叠和焊接步骤形成，由此能够以任何期望的深度制造袋型电池单元。在一些方面中，折叠和焊接金属层压膜的第一矩形坯件以形成大体盒形结构（例如，具有开放端部的中空、矩形容器）。类似地折叠和焊接第二矩形坯件以形成用于所述盒的盖。包括电极和电解液的活性材料被放置到盒内，并且盖被焊接到盒。盒形结构的大小由第一坯件的大小确定。相比于一些常规地形成的袋型电池单元，该袋型电池单元壳体是有利的，因为其能够被制成为任何期望的大小，并且特别适合于提供具有大于20mm的深度的袋型电池单元。这能够与通过拉延过程形成的一些袋型常规袋型电池单元相比较。具体地，用于形成袋型电池单元的金属层压膜的最大拉延深度由层压膜材料的金属层的材料性质限制。例如，在由铝层压膜形成的一些常规袋型电池单元中，两个（2）等同的层压膜片被拉延到近似6mm的深度。形成电极的活性材料和隔膜被夹于层压膜片之间，并且用加热元件将这些片焊接到外周周围以形成常规（拉延的）袋型电池单元（图12）。这种常规方法经由拉延过程限制了袋型电池单元的厚度，原因在于铝层不具有所需的伸长性质以允许更深的拉延。例如，对于具有大约10mm的最大拉延深度的一些铝层压膜材料，包括拉延步骤的成型过程因此将能够形成的袋型电池单元的高度限制为大约10mm到20mm，其中通过将活性材料夹于两个拉延膜之间来获得20mm的电池单元高度h，其中电池单元高度h对应于用于形成袋型件的材料的拉延方向。该高度界限相应地限制能够被存储在袋型电池单元内的活性材料的量。具有拉延电池单元壳体的这种常规袋型电池单元通常用具有大面积（例如，长度尺寸和宽度尺寸）的板形成，以实现可接受的能量输出。也就是说，电池单元高度与长度或宽度的纵横比非常小（例如，小于0.1）。“深”袋型电池单元能够被形成为具有电池单元高度与电池单元长度或宽度的相对大的纵横比，例如大于0.1。在一些方面中，深袋型电池单元可具有大于20mm的高度（例如，平行于电极的板的堆叠方向的尺寸）。有利地，相比于通过拉延形成并且具有面积相同的电极板的一些常规袋型电池单元，由于相对更大的高度，深袋型电池单元能够保持增加数量的电极板且因此能够提供增加的能量输出。替代性地，这种深袋型电池单元能够被形成为具有更小的面积和更大数量的电极板。另外，描述了一种经由折叠和焊接组装第一坯件和第二坯件以形成闭合且密封的袋型电池单元壳体的无拉延方法。由于所述方法没有拉延步骤，所以袋型电池单元壳体能够被形成为具有大于大约20mm的深度。附图说明图1是包括袋型电池单元的阵列的电池组的分解透视图。图2A是袋型电池单元的透视图。图2B是如跨越线2B-2B所见的图2A的袋型电池单元的示意性横截面视图。图3是用于形成图2的袋型电池单元的步骤的流程图。图4是用于形成图2的袋型电池单元的坯件的透视图，其以浅虚线示出折线。图5是袋型电池单元的盒部分的透视图，其以深虚线示出焊接线。图6是袋型电池单元的盖部分的透视图，其以深虚线示出焊接线。图7是倒转的盖部分的透视图。图8是如沿图8的箭头A的方向所见的在盖部分与盒部分的组装期间袋型电池单元的横截面视图。图9是在盖部分和盒部分的组装期间袋型电池单元的透视图。图10是如沿图8的箭头A的方向所见的在盖部分和盒部分的组装期间袋型电池单元的横截面视图。图11是如沿图8的箭头B的方向所见的在盖部分和盒部分的组装期间袋型电池单元的横截面视图。图12是通过拉延金属层压膜形成的常规袋型电池单元的透视图。具体实施方式参考图1、图2A和图2B，被用于提供电功率的电池组1包括电化学电池单元2，其电互连并且以有条理的方式存储在电池组壳体3内。电池单元2是锂离子袋型电池单元，其包括电极组件5，所述电极组件5连同电解液一起密封在电池单元壳体4内以形成功率生成和存储单元。电极组件5可以是，但不限于“堆叠式”电极组件，所述“堆叠式”电极组件包括一系列堆叠的正电极板，所述正电极板与负电极板交错并且通过中间隔板分离。在一些实施例中，可将电池单元2的阵列束在一起以形成电池模块（未示出），电池模块相应地被存储在电池组壳体3内。在电池模块内和/或在电池组壳体3内，电池单元2的阵列串联或并联地电连接。电池单元壳体，或袋型件4具有矩形形状，且包括盒部分7和与盒部分7分开地形成并且然后连结到盒部分7的盖部分8。盒部分7和盖部分8在不使用拉延或冲压过程的情况下形成并组装在一起。虽然电池单元壳体4可形成为具有任何比例，但是在一些实施例中，所得的袋型电池单元壳体4是“深”袋型电池单元壳体，其具有相对大的电池单元高度h（例如，平行于电极的板的堆叠方向的尺寸）与电池单元长度l或宽度w的纵横比，例如大于0.1。在一些实施例中，深袋型电池单元壳体4可具有大于被用于形成电池单元壳体4的材料的拉延深度的高度h，例如对于由铝层压膜形成的电池单元壳体而言大于20mm。参考图3到图11，现在将描述形成具有袋型电池单元壳体4的电池单元2的方法。袋型电池单元壳体4由使用非拉延或非冲压方法布置成袋型构型的金属层压膜形成。具体地，用于形成电池单元壳体4的方法代替地使用折叠和焊接技术以提供能够具有深轮廓的袋型电池单元壳体。形成电池单元2的方法包括形成袋型电池单元壳体4。袋型电池单元壳体4通过经由一系列折叠和焊接步骤将形成为盒部分7的第一坯件9和形成为盖部分8的第二坯件109组装在一起来形成。具体地，盒部分7被如下形成：参考图4，提供金属层压箔的第一坯件9（步骤102）。第一坯件9具有第一坯件表面10和与第一坯件表面10相对的第二坯件表面11。例如，箔可以是三层铝层压箔，其包括夹于聚酰胺层与聚丙烯层之间的铝箔层。在这个示例中，箔的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池单元，包括：袋型电池单元壳体，其由金属层压膜材料的第一坯件和金属层压膜材料的第二坯件形成，所述第一坯件与所述第二坯件连结以形成中空隔室，电极组件，其安置在所述中空隔室中，所述电极组件包括布置成层的电极材料，每个层均包括面向另一层的对应面向表面的面向表面，其中，所述袋型电池单元沿大体垂直于层的面向表面的方向的尺寸大于以下两者的和：所述第一坯件沿垂直于所述第一坯件的表面的方向的最大拉延深度，和所述第二坯件沿垂直于所述第二坯件的表面的方向的最大拉延深度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.16 US 62/2423671.一种电池单元，包括：袋型电池单元壳体，其由金属层压膜材料的第一坯件和金属层压膜材料的第二坯件形成，所述第一坯件与所述第二坯件连结以形成中空隔室，电极组件，其安置在所述中空隔室中，所述电极组件包括布置成层的电极材料，每个层均包括面向另一层的对应面向表面的面向表面，其中，所述袋型电池单元沿大体垂直于层的面向表面的方向的尺寸大于以下两者的和：所述第一坯件沿垂直于所述第一坯件的表面的方向的最大拉延深度，和所述第二坯件沿垂直于所述第二坯件的表面的方向的最大拉延深度。2.一种电池单元，包括：袋型电池单元壳体，其由金属层压膜材料的第一坯件和金属层压膜材料的第二坯件形成，所述第一坯件与所述第二坯件连结以形成中空隔室，以及电极组件，其安置在所述中空隔室中，所述电极组件包括布置成层的电极材料，其中，所述袋型电池单元壳体的长度方向对应于电极材料的层的长度方向，所述袋型电池单元壳体的宽度方向对应于电极材料的层的宽度方向，并且所述袋型电池单元壳体的高度方向对应于垂直于由所述袋型电池单元壳体的长度方向和宽度方向限定的平面的方向，并且（所述袋型电池单元壳体沿所述高度方向的尺寸）与（所述袋型电池单元壳体沿所述长度方向和所述宽度方向中的一者的尺寸）之比大于0.1。3.一种形成具有袋型电池单元壳体的电池单元的方法，所述方法包括：提供金属层压膜材料的第一坯件，所述第一坯件包括：第一坯件第一表面，第一坯件第二表面，其与所述第一坯件第一表面相对；形成第一坯件，以形成具有a侧面、b侧面、c侧面和d侧面、开放端部和与所述开放端部相对的闭合端部的第一盒；提供金属层压膜材料的第二坯件，所述第二坯件包括：第二坯件第一表面；第二坯件第二表面，其与所述第二坯件第一表面相对；形成所述第二坯件，以形成具有e侧面、f侧面、g侧面和h侧面、开放端部和与所述开放端部相对的闭合端部的第二盒，所述第二盒的闭合端部具有与所述第一盒的闭合端部相同的形状和尺寸，将所述第二盒插入所述第一盒的开放端部内，使得所述第二盒的闭合端部由所述第一盒的a侧面、b侧面、c侧面和d侧面环绕，并且与所述第一盒的开放端部间隔开，所述第二盒的开放端部沿与所述第一盒的开放端部相同的方向开放；以及所述第二盒的e侧面、f侧面、g侧面和h侧面至少部分地由所述第一盒的a侧面、b侧面、c侧面和d侧面环绕；以及将所述第一盒的a侧面、b侧面、c侧面和d侧面焊接到所述第二盒的e侧面、f侧面、g侧面和h侧面中的对应的一个，以形成密封的容器。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：D施奈德，M博塔德拉，R舍恩赫尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE