伽伐尼单电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及伽伐尼单电池及其制备方法。本发明专利技术涉及用于制备电池组电池的单电池(10)的方法。在该方法中，第一隔离膜(14)、阳极膜(16)、第二隔离膜(18)和阴极膜(12)以此顺序堆叠以形成膜层布置(86)并被进料给热切割方法。规定所述膜层布置(86)的切割通过热切割方法实现，其中所述阳极膜(16)上的第一金属涂层(34)和所述阴极膜(12)上的第二金属涂层(54)在切割区域中蒸发，其中所述阳极(28)的所述塑料基材部分熔化并铺展在所述第一阳极层(22)的切割表面并使其电绝缘，并且其中所述阴极(48)的所述塑料基材部分熔化并铺展在所述第一阴极层(42)的切割表面并使其电绝缘。本发明专利技术还涉及使用这种方法制备的单电池(10)。还涉及使用这种方法制备的单电池(10)。还涉及使用这种方法制备的单电池(10)。

【技术实现步骤摘要】
伽伐尼单电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及用于制备电池组电池的电池堆的伽伐尼单电池(galvanic monocell)以及制备这种伽伐尼单电池的方法。

技术介绍

[0002]在过去的二十年里，锂离子电池组在便携式电子设备(例如手机和笔记本电脑)中的各种应用引起了极大的关注。由于电动汽车和电网储能市场的快速发展，强大、经济的锂离子电池组是目前最有前途的大型储能设备选项之一。
[0003]锂离子电池组一般由隔离件、阴极和阳极组成。目前，电极是通过将活性电池组电极材料、导电剂和粘合剂的细粉末分散在合适的溶剂中来制备的。可将该分散体施加至集流体，例如铜箔或铝箔，然后在升高的温度下干燥以去除溶剂。阴极片和阳极片随后被堆叠或轧制，用隔离件将阴极和阳极隔开，以形成电池组。
[0004]为了生产锂离子电池，需要构建由交替堆叠的阳极和阴极组成的电极
‑
隔离件复合物，这些阳极和阴极各自通过隔离件以导电的方式彼此隔开。由于这些单个元件的数量较多，并且需要严格的位置公差，这种电极
‑
隔离件复合物的生产对于制造过程中的周期时间和废品率方面尤为关键。
[0005]在制造这种电极
‑
隔离件复合物的电池堆中提高生产率的一种可能性是生产所谓的单电池，其具有阳极、第一隔离件、阴极和第二隔离件，以及堆叠这些单电池以形成电极
‑
隔离件复合物。
[0006]这种单电池的生产目前采用层压法进行。在此方法中，单电池的各个元件通过压力和温度连接在一起，例如按以下顺序：第一隔离件、阳极、第二隔离件、阴极。目前，这是通过将单个阳极放置在连续的隔离膜上并随后用另一隔离膜覆盖来实现的。将阴极放置在由第一隔离件、阳极和第二隔离件组成的该复合物上。该复合物随后被层压在一起，并分割成单电池。
[0007]为生产所描述的单电池，正在产生越来越精确的堆叠方法。然而，它们是昂贵的，而且随着处理速度的提高，它们对系统的要求越来越高，从而导致制备单电池的成本上升。
[0008]US 202I/0 344 048 A1描述了用于制备二次电池组的层压体的方法。在该方法中，制备包含负极电极材料和结合到负极电极材料的两个表面的隔离件幅材(separator webs)的结合体(bonded body)。或者，制备包含负极电极材料、第一隔离件幅材、正极电极和第二隔离件幅材的结合体，其按特定顺序结合。随后，通过切割将结合体分割成伽伐尼单元(galvanic units)。
[0009]从US 2020/0 136 189 A1中，已知一种用于制备具有膜状负极电极、膜状隔离件和膜状正极电极的单电池的方法，所述膜状负极电极、膜状隔离件和膜状正极电极以此顺序层压。在该制造方法中，在负极电极的上表面上的多个点处布置粘合剂，然后将负极电极结合到隔离件的下表面，此外，在正极电极的下表面上的多个点处布置粘合剂，随后将正极电极结合到隔离件的上表面。从单电池的层压方向看，粘合剂的位置与结合剂的位置彼此
不重叠。
[0010]之后，将粘合剂布置在正极电极的顶侧上的多个点处，并将隔离件的底侧粘附到正极电极的顶表面上。
[0011]此外，由DE 10 2014 201 310 A1已知一种伽伐尼元件(galvanic element)，其具有至少两个电流导体、至少一个正极电极和至少一个负极电极，以及至少一个离子导体，其中电流导体是以具有金属涂层的塑料膜来实现的。在此，DE 10 2014 201 310 A1提出使用具有金属涂层的塑料膜代替金属膜作为电流导体，以减小伽伐尼元件中电流导体的厚度。
[0012]现在本专利技术的目的是简化单电池的生产方法并克服现有技术已知的缺点。

技术实现思路

[0013]该目的是通过一种用于制备电池组电池的单电池的方法来实现的，该方法包括以下步骤：
[0014]‑
进料用于电隔离所述单电池的阳极和阴极的第一隔离膜，
[0015]‑
进料阳极膜，其中所述阳极膜具有第一电流导体以及第一阳极层和第二阳极层，所述第一阳极层和第二阳极层将所述第一电流导体嵌入所述第一和第二阳极层之间，
[0016]‑
进料用于电隔离所述单电池的阳极和阴极的第二隔离膜，
[0017]‑
进料阴极膜，其中所述阴极膜具有第二电流导体以及第一阴极层和第二阴极层，所述第一阴极层和第二阴极层将所述第二电流导体嵌入所述第一和第二阴极层之间，其中所述电流导体的至少一个由具有金属涂层的塑料基材制成，
[0018]‑
由所述第一隔离膜、所述阳极膜、所述第二隔离膜和所述阴极膜制备膜层布置，
[0019]‑
通过热切割方法切割所述膜层布置，其中所述塑料基材上的所述金属涂层蒸发，并且所述塑料基材部分熔化并铺展在所述第一阳极层或所述第一阴极层的切割表面上并使其电绝缘。
[0020]该方法允许特别快速和经济地生产用于电池组电池的电池堆的单电池。在这种情况下，可以通过带状材料的简单分层来代替昂贵的堆叠方法，其中所述单电池的切割边缘通过塑料基材的塑料材料的熔化而被电绝缘，并因此防止所述单电池的短路。
[0021]通过从属权利要求中所述的特征，可以对独立权利要求中规定的用于制备这种单电池的方法进行改进和提高。
[0022]在该方法的优选实施方案中，规定所述阳极膜具有由具有第一金属涂层的第一塑料基材制成的第一电流导体，使得所述阴极膜具有由具有第二金属涂层的第二塑料基材制成的第二电流导体，其中，在通过热切割方法切割膜层布置期间，所述阳极膜上的所述第一金属涂层和所述阴极膜上的所述第二金属涂层在切割区域中蒸发，其中所述第一塑料基材部分熔化并铺展在所述第一阳极层的切割表面上并使其电绝缘，并且其中所述第二塑料基材部分熔化并铺展在所述第一阴极层的切割表面上并使其电绝缘。该方法可以通过具有塑料芯和导电金属涂层的两个基材进一步改进。特别地，切割边缘处的电绝缘得到进一步改善，使得电池组电池中的电短路的风险降至最低。
[0023]在本专利技术的一个优选实施方案中，规定所述膜层布置的膜在热切割之前彼此层压，并因此形成膜复合物。所述阳极膜、所述阴极膜和所述隔离膜可以通过层压使它们相对于彼此固定就位，从而防止在单电池分割(singulation)的切割方法之前或期间的膜层移
位。
[0024]在本专利技术的另一优选实施方案中，规定通过压缩单元将所述膜层布置的膜压在一起。将所述膜层压在一起可以防止所述膜层布置的各个膜之间的夹带或气泡，从而进一步降低热切割方法中出现不规则切割边缘的风险。
[0025]在该方法的优选实施方案中，规定热切割方法为激光切割方法。通过激光切割方法，可以以有针对性的方式将大量热量施加到切割点上，尤其是简单地施加。这不仅使得可以获得清洁的切割边缘，而且可以以简单的方式使得所述塑料基材的金属涂层在切割方法中蒸发，并且所述塑料基材的塑料熔化，以便电绝缘切割边缘的至少部分。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于制备用于电池组电池的单电池(10)的方法，其包括：
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进料用于电隔离所述电池组电池的阳极(20)和阴极(40)的第一隔离膜(14)，
‑
进料阳极膜(16)，其中所述阳极膜(16)具有第一电流导体(38)以及第一阳极层(22)和第二阳极层(24)，所述第一阳极层(22)和第二阳极层(24)将所述第一电流导体嵌入所述第一和第二阳极层(22、24)之间，
‑
进料用于电隔离所述电池组电池的阳极(20)和阴极(40)的第二隔离膜(18)，
‑
进料阴极膜(12)，其中所述阴极膜(12)具有第二电流导体(58)以及第一阴极层(42)和第二阴极层(44)，所述第一阴极层(42)和第二阴极层(44)将所述第二电流导体(58)嵌入所述第一和第二阴极层(42、44)之间，其中所述电流导体(38、58)中的至少一个由具有金属涂层(34、54)的塑料基材(28、48)制成，
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由所述第一隔离膜(14)、所述阳极膜(16)、所述第二隔离膜(18)和所述阴极膜(12)制备膜层布置(86)，
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通过热切割方法切割所述膜层布置(86)，其中所述塑料基材(28、48)上的所述金属涂层(34、54)蒸发，并且所述塑料基材(28、48)部分熔化并铺展在所述第一阳极层(22)或所述第一阴极层(42)的切割表面上并使其电绝缘。2.根据权利要求1所述的用于制备单电池(10)的方法，其特征在于，所述阳极膜(16)具有由具有第一金属涂层(34)的第一塑料基材(28)制成的第一电流导体(38)，特征在于所述阴极膜(12)具有由具有第二金属涂层(54)的第二塑料基材(48)制成的第二电流导体(58)，其中，在通过热切割方法切割所述膜层布置(86)期间，将所述阳极膜(16)上的所述第一金属涂层(34)和所述阴极膜上的所述第二金属涂层(54)在切割区域中蒸发，其中所述第一塑料基材(28)部分熔化并铺展在所述第一阳极层(22)的切割表面上并使其电绝缘，并且其中所述第二塑料基材(48)部分熔化并铺展在所述第一阴极层(42)的切割表面上并使其电绝缘。3.根据权利要求1或2所述的用于制备单电池(10)的方法，其特征在于，所述膜层布置(86)的所述膜(12、14、16、18)在所述切割之前彼此层压，并由此形成膜复合物(88)。4.根据权利要求1至3所述的用于制备单电池(10)的方法，其特征在于，所述膜层布置(86)的所述膜(12、1...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：大众汽车股份公司，
类型：发明
国别省市：