用于制造电池单元用电极组件的方法和电池单元技术

本发明专利技术涉及一种用于制造电池单元用电极组件的方法，其中提供负极箔(31)，将第一隔膜箔(41)设置在负极箔(31)上，借助激光束(80)将第一隔膜箔(41)焊接到负极箔(31)，将正极箔设置在第一隔膜箔(41)上，将第二隔膜箔设置在正极箔上，由此也可以将正极箔固定在两个隔膜箔内。本发明专利技术还涉及一种电池单元，包括至少一个使用根据本发明专利技术的方法生产的电极组件。

Methods and cells for manufacturing electrode assemblies for battery cells

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造电池单元用电极组件的方法和电池单元
本专利技术涉及一种用于制造电池单元用电极组件的方法，特别是用于锂离子电池单元的电极组件，该电极组件包括负极箔、第一隔膜箔、正极箔和第二隔膜箔。本专利技术还涉及一种电池单元，包括至少一个根据本专利技术的电极组件。
技术介绍
电能可以被电池储存。电池将化学能转化为电能。特别是，已知可充电电池可多次充电和放电。电池或电池组件包括多个串联或并联电连接的电池单元。尤其是，锂离子电池单元用于可充电电池或电池系统。锂离子电池具有相对高的能量密度。锂离子电池单元例如用于机动车辆，特别是用于电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(PHEV)。锂离子电池单元可包括一个或多个电极组件。电极组件具有被称为正极的正电极和被称为负极的负电极。负极和正极通过隔膜而彼此分开。电池单元的电极可以形成为箔状物并且通过插入隔膜进行缠绕以形成电极辊，也被称为卷芯(jelly-roll)。或者，可以在插入隔膜的情况下将电极分层以形成电极叠层体。负极、正极和隔膜的箔例如通过使用辊压的层压技术来接合。电极和隔膜被通常处于液态、凝胶态或固态的电解质浸渍。电极组件的电极连接到电池单元的端子。电池单元可以通过端子充电和放电。正极和负极均包括集流体，在集流体上涂覆含有活性材料、粘合剂和/或导电剂(例如碳黑)的复合材料。正极的集流体通常由铝制成，并且负极的集流体通常由铜制成。正极复合材料包含例如金属氧化物作为活性材料。负极复合材料包含例如石墨或硅作为活性材料。在负极的活性材料中插入锂离子。在电池单元的充电过程中，锂离子通过隔膜从正极迁移到负极，同时电子在外部电路中从正极流动到负极。在放电过程中，锂离子在电池单元内从负极移动到正极，并且电子在外部电路中从负极移动到正极。专利申请DE102009022678A1公开了一种具有隔膜的电极组件。隔膜形成为含有陶瓷和聚合物材料的复合材料。特别地，隔膜包括由涂覆有无机材料的有机材料形成的基层。电极组件成形为卷芯。专利申请US2014/248541A1公开了一种用于锂电池的固体电解质，其包括至少一个由锂化的玻璃陶瓷材料制成的区域。因此，用激光束照射一部分锂化的陶瓷材料，以使锂化的陶瓷材料熔化并且在固化后获得玻璃相。
技术实现思路
提出了一种用于制造电池单元用电极组件的方法。其中，提供负极箔，并且将第一隔膜箔设置在负极箔上。然后通过激光束将第一隔膜箔焊接到负极箔上。将正极箔设置在第一隔膜箔上，并且将第二隔膜箔设置在正极箔上。其中，负极箔包括负极集流体，该负极集流体被夹在含有负极复合材料的两个负极层之间。负极集流体是导电的并且由金属(特别是铜)制成。正极箔包括正极集流体，该正极集流体被夹在含有正极复合材料的两个正极层之间。正极集流体是导电的并且由金属(特别是铝)制成。根据本专利技术的有利实施方式，将激光束引导到第一隔膜箔上，使得激光束的能量大部分地穿透第一隔膜箔，并且使得负极箔的负极复合材料大量地吸收激光束的能量。通过吸收所述激光束的能量，负极复合材料的温度升高。优选地，负极复合材料含有石墨作为负极活性材料。其中，负极复合材料可以含有其他材料，例如，导电剂和粘合剂。根据本专利技术的有利的改进，第一隔膜箔含有面对负极箔设置的聚合物层。因此，将第一隔膜箔的聚合物层设置为与负极复合材料邻近并且直接接触。根据本专利技术的优选实施方式，施加激光束的能量，使得将负极复合材料被加热至低于负极复合材料的熔点或低于负极复合材料的分解温度并且高于或接近第一隔膜箔的聚合物层的熔点或软化点的温度。特别地，将负极复合材料加热至低于负极活性材料的熔点或低于负极活性材料的分解温度的温度。因此，热量从负极复合材料向第一隔膜箔的聚合物层传递。于是，第一隔膜箔的聚合物层部分熔融或软化，并且聚合物层的材料流入或适配到负极复合材料的微孔中。当负极复合材料和聚合物层冷却时，聚合物层的材料固化，因此，第一隔膜箔通过焊接而接合到负极箔上。有利地，第一隔膜箔含有远离负极箔设置的陶瓷层。因此，第一隔膜箔的陶瓷层面对正极箔设置。根据本专利技术的有利实施方式，在借助激光束将第一隔膜箔焊接到负极箔时，将第一隔膜箔按压在负极箔上。特别地，借助对激光束透明的玻璃板将第一隔膜箔按压到负极箔上。因此，在将第一隔膜箔焊接到负极箔时，激光束也穿透所述玻璃板。根据本专利技术的优选的改进方式，第一隔膜箔借助由透明材料制成的管状构件而被按压到负极箔上。特别地，管状构件的所述材料对于激光束是透明的。优选地，管状构件相对于中心轴线旋转对称。优选地，将发射激光束的至少一个激光源设置在管状构件的内部。进一步优选地，管状构件绕管状构件旋转对称的中心轴线旋转。根据本专利技术的优选的改进方式，特别是在将第一隔膜箔焊接到第一负极箔上之后，将第二隔膜箔与正极箔和/或第一隔膜箔接合。第二隔膜箔优选设计成与第一隔膜箔一样，因此含有聚合物层和陶瓷层。其中，第二隔膜箔被布置成使得第二隔膜箔的陶瓷层面对正极箔的正极复合材料。优选地，第二隔膜箔借助粘合剂化合物而接合到正极箔和/或第一隔膜箔。粘合剂化合物可以是胶、或者能够经由两个陶瓷涂覆的隔膜而形成接合的任何其他可能的材料。但是任何其他接合技术也是可行的。有利地，将负极箔、第一隔膜箔、正极箔和第二隔膜箔合并在一起以形成电极带。因此，所述电极带被切割成电极子叠层体。之后，将多个电极子叠层体彼此叠置，以形成形状为电极叠层体的电极组件(10)。此外，从负极集流体突出的负极接头是电连接的，并且从正极集流体突出的正极接头是电连接的。此外，提出一种电池单元，其包括使用根据本专利技术的方法制造的至少一个电极组件。根据本专利技术的电池单元尤其有利地可用于电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)或插电式混合动力车辆(PHEV)、固定型电池或海上应用的电池。但是其他应用也是可行的。本专利技术的优点根据本专利技术的用于制造电极组件的方法允许在不添加额外材料的情况下容易且快速地将负极箔接合至隔膜箔。因此，与负极箔例如通过胶合、针刺、缝合或焊接而固定到隔膜箔的电极组件相比，锂离子扩散速率增加。额外的胶溶解到电解液中可能会影响电池单元的长期循环性能。此外，产生机械固定的电极子叠层体，其可以堆叠以形成电极组件作为电极叠层体。特别地，电极子叠层体的倒置对准和运输是可能的。在后面的电极子叠层体的边缘区域中，将隔膜箔焊接到负极箔就足够了。不需要将隔膜箔大规模地焊接到负极箔的整个表面上。特别地，当使用绕着中心轴线旋转的管状构件来将隔膜箔按压在负极箔上时，可以连续且快速地执行根据本专利技术的方法。附图说明为了更好地理解本专利技术的前述实施方式及其另外的实施方式，应结合附图来参考以下实施方式的描述，附图示出了：图1是电池单元的示意图，图2是负极箔和隔离箔在焊接时的剖视图，图3是图2的放大图，图4是根据第一实施方式的焊接工艺中的示意图，图5是根据第二实施方式的焊接工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制造电池单元(2)用电极组件(10)的方法，/n其中，提供负极箔(31)，/n将第一隔膜箔(41)设置在所述负极箔(31)上，借助激光束(80)将所述第一隔膜箔(41)焊接到所述负极箔(31)上，/n将正极箔(32)设置在所述第一隔膜箔(41)上，以及/n第二隔膜箔(42)设置在所述正极箔(32)上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170509 EP 17170039.61.用于制造电池单元(2)用电极组件(10)的方法，
其中，提供负极箔(31)，
将第一隔膜箔(41)设置在所述负极箔(31)上，借助激光束(80)将所述第一隔膜箔(41)焊接到所述负极箔(31)上，
将正极箔(32)设置在所述第一隔膜箔(41)上，以及
第二隔膜箔(42)设置在所述正极箔(32)上。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，
将激光束(80)引导到所述第一隔膜箔(41)上，使得所述激光束(80)的能量大部分地穿透所述第一隔膜箔(41)，并且
使得所述负极箔(31)的负极复合材料(21)大量地吸收激光束(80)的能量。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述负极复合材料(21)含有石墨。


4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其中，
所述第一隔膜箔(41)含有面对所述负极箔(31)设置的聚合物层(45)。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，
施加所述激光束(80)的能量，使得所述负极复合材料(21)被加热到低于所述负极复合材料(21)的熔点或低于所述负极复合材料(21)的分解温度并且高于或接近于所述聚合物层(45)的熔点或软化点的温度。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
所述第一隔膜箔(41)含有远离所述负极箔(31)设置的陶瓷层(46)。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·舍纳，约翰内斯·普勒尔，达维德·托曼，安德烈亚斯·林克，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，株式会社杰士汤浅国际，
类型：发明
国别省市：德国;DE