功能集成式分离器、包括其的电池单体及制造它们的方法技术

一种用于在空间上和电气上分离电池单体中的电极(2，3)的分离器(1)，所述分离器(1)具有：容纳部，用于包括阳极(2)和阴极(3)的至少一个原电池；由导电材料制成的结构，用于将阳极(2)与阴极(3)彼此电连接并且用于从外部接触该至少一个原电池；通道系统(5)，用于形成分离器(1)中的冷却流体流；其中至少用于该至少一个原电池的容纳部、和通道系统一体式地被形成在分离器(1)中。此外，提供了一种基于根据本发明专利技术的分离器的电池单体以及一种用于制造分离器和电池单体的方法。离器和电池单体的方法。离器和电池单体的方法。

【技术实现步骤摘要】
功能集成式分离器、包括其的电池单体及制造它们的方法


[0001]本专利技术涉及一种功能集成式分离器，该分离器由于其有利的机械和功能特性而尤其可用于构建电动车辆中的牵引电池。

技术介绍

[0002]随着混合动力车辆以及尤其电动车辆的数量的不断增加，牵引电池作为能量储存器起着非常重要的作用，这是因为能量储存器对车辆的续航里程有重大影响。现有技术中已知的电池由各个单体(例如，圆形单体、棱柱形硬壳/袋形单体)组成，它们组合成单体模组或直接组合成电池系统。这些电池由至少两个单独的单体组成。单体模组被组装成电池系统。这些电池系统最终安装在车辆中。
[0003]已知的电池单体具有在空间上由分离器分离的阴极和阳极。因此，分离器承担了在空间上并由此同时将电极彼此电分离并因此避免电短路的主要任务。例如，分离器可以呈阳极与阴极电极之间的分离器箔片的形式。替代性地，可以存在有针对全部单体的分离器，例如在分离器针对某些单体变体Z形折叠的情况下，或者分离器可以一件式制成，例如在圆形单体的情况下。
[0004]在当今流行和广泛使用的锂离子单体中，分离器被实施为由一层或多层塑料箔制成的多孔箔。此外，分离器可以由/用(附加的)陶瓷部件实施而成。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种分离器，借助该分离器能够构成紧凑且轻量的电池单体。
[0006]该目的借助于下文所述的方法和装置来实现。在下文中也限定了另外的实施方式。
[0007]根据本专利技术，提供了一种用于在空间上和电气上分离电池单体中的电极的分离器。分离器具有：容纳部，用于包括阳极和阴极的至少一个原电池；以及由导电材料制成的结构，用于将阳极与阴极彼此电连接并且用于从外部接触该至少一个原电池(galvanischen Zelle)。分离器还具有用于形成分离器中或通过分离器的冷却流体流的通道系统。根据本专利技术的分离器的特征在于，至少用于该至少一个原电池的容纳部、以及通道系统一体式地被形成在分离器中。
[0008]根据本专利技术的分离器是功能集成式分离器，除了防止(多个)阳极与(多个)阴极之间的电短路的保护功能之外，该功能集成式分离器还由于对阳极和阴极的在空间上的分离而具有新的功能，这将在下面更详细地讨论。
[0009]根据本专利技术的分离器可以借助于增材制造工艺(例如3D打印)来制造。在此，分离器可以与随后使用的该至少一个原电池分开进行制造。优选地，在相应电池单体的制造过程中，可以围绕相应布置的阴极和阳极来制成分离器，从而使得在制造过程期间将这些阴极和阳极集成/嵌入到分离器中。
[0010]根据分离器的不同实施方式，在分离器中——即在分离器结构或“分离器框架”中——可以包含一种材料或物质，该种材料或物质以延时固化的方式来使分离器达到其最终强度。该固化过程可以随时间的推移或通过热量来诱导。因此，例如只有在相应的电池单体首次运行时并通过电极发出的热量才固化分离器。尤其地，固化过程可以是不可逆的，由此达到在分离器的最终三维形状中的机械强度。例如，延时固化过程可以在很短的时间范围内进行，该时间范围被选择为使得可以非常快速地达到最终强度，从而例如能够在增材制造工艺中直接涂覆下一材料层以形成分离器结构。然而，延时固化过程还可以在较长的时间范围内进行，该时间范围被选择为使得分离器能被制成并且具有的弹性首先足以能够为该分离器配备该至少一个原电池的电极。通常，可以将用于形成分离器的材料的粘度调节成使得分离器结构不与阳极和阴极电极结合。
[0011]根据分离器的各种实施方式，分离器可以具有允许离子传输的孔隙度。在应用中，即在形成分离器结构的情况下，孔隙度就已经可以作为用于制造分离器的材料的特性而存在。
[0012]根据分离器的各种实施方式，在分离器中可以包含有可蒸发的溶剂。分离器结构中的孔隙度也可以随后通过蒸发溶剂(例如借助于热处理或UV辐射)来产生。这适用于液基电解质和固态电解质。
[0013]根据分离器的另外的实施方式，在分离器中形成的通道系统可以通过布置在分离器中的中空模具来形成。在此，可以在制造分离器结构期间插入中空模具。在分离器结构固化后，这些中空模具可以用溶剂溶解，从而产生所成形的冷却通道/系统。
[0014]在分离器具有孔隙度的情况下，中空模具例如可以具有两层。内层可以用溶剂来溶解。外层保留并因此产生密封性。替代性地，在单层中空模具已被溶剂溶解后，可以引入密封剂，该密封剂与经溶解的中空模具的接口处密封分离器中的多孔开口。总体而言，这样可以在分离器中形成用于冷却系统的通道系统，该通道系统所具有的少量子部件具有较少的接口，从而因此有较少的潜在泄漏点。
[0015]当使用根据本专利技术的分离器来构造相应的电池单体时，分离器能够机械固定其他部件(例如阳极电极/阳极堆、汇流排等)，以确保在车辆中发生振动和冲击的情况下的机械稳定性。在此，根据本专利技术的分离器由于其一体式设计而可以在所有方向上承载拉伸、压缩和扭转。然而，分离器的材料优选可以具有足够的弹性，以便例如能够补偿公差波动、老化效应或由温差引起的材料应力。
[0016]根据本专利技术的分离器还可以具有嵌入其中的加强元件(例如金属型材和/或玻璃纤维)，这些加强元件在制造分离器期间被引入其中，以便实现在最终形式中的预定机械强度或进一步提升预定机械强度。
[0017]在各种实施方式中，提供了一种电池单体，该电池单体具有包括阳极和阴极的至少一个原电池，其中该至少一个原电池嵌入或布置在上述根据本专利技术的分离器中，使得可以借助于由导电材料制成的结构从外部接触该至少一个原电池，并且使得该至少一个原电池的阳极与阴极彼此电连接，并且使得可以借助于通道系统来实现冷却回路。为了形成冷却回路，通道系统可以耦接到冷却剂储存器和泵。总体而言，这样形成的电池单体可以具有根据本专利技术的分离器的所有前述的空间结构特性。在基于根据本专利技术的分离器所构造的电池单体中，该分离器可以包围或包含至少两个电极堆，该至少两个电极堆由阳极和阴极构
成作为相应的原电池。特别优选地，分离器可以是针对整个电池系统的一体式相关联的构件并且包围所有原电池。一体式相关联的构件可以理解为不具有任何常规接合部位(在这些常规接合部位处，单独的部件借助于胶合、焊接、铆接等方式接合在一起)的构件，而是在制造工艺过程中例如通过增材制造(例如通过3D打印工艺)一体式地制成。
[0018]基于根据本专利技术的功能集成式分离器所构造的电池单体可以是直接用于牵引电池的单式电解槽电池。可以省略从现有技术中已知的现有电池子部件，例如单体外壳、单体模组框架等，因为它们的功能由分离器接管。通过使用根据本专利技术的功能集成式分离器，可以制造比现有电池更小、更轻并且制造成本还更低的电池。在此，传统分离器的现有特性——在电气上和空间上分离原电池的电极——不会因为此处描述的根据本专利技术的分离器的功能扩展而受到不利影响。传统构造的电池的其他部件(例如用于监控单个电极堆的电子器件)也可以像以前一样使用，并且可以有利地直接嵌入到分离器中并因此由分离器进行机械固定。
[0019]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于在空间上和电气上分离电池单体中的电极(2，3)的分离器(1)，其中所述分离器(1)具有：容纳部，用于包括阳极(2)和阴极(3)的至少一个原电池；由导电材料制成的结构，用于将所述阳极(2)与所述阴极(3)彼此电连接并且用于从外部接触所述至少一个原电池；通道系统(5)，用于形成所述分离器(1)中的冷却流体流；其中至少用于所述至少一个原电池的所述容纳部、以及所述通道系统一体式地被形成在所述分离器(1)中。2.根据权利要求1所述的分离器(1)，其中所述分离器包含延时固化的材料来使所述分离器(1)达到其最终强度。3.根据权利要求1或2所述的分离器(1)，其中所述分离器(1)具有的孔隙度以允许离子传输。4.根据权利要求1或2所述的分离器(1)，其中所述分离器(1)含有可蒸发的溶剂。5.根据权利要求1或2所述的分离器(1)，其中所述通道系统(5)通过布置在所述分离器(1)中的中空模具来形成。6.一种电池单体，具有：包括阳极(2)和阴极(3)的至少一个原电池；其中所述至少一个原电池嵌入在根据权利要求1至5中任一项所述的分离器(1)中，以使得能够借助于由导电材料制成的结构从外部接触所述至少一个原电池，并且使得所述至少一个原...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：保时捷股份公司，
类型：发明
国别省市：