【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种圆形电池单体壳体，其包括外直径大于15mm，优选大于20mm，特别优选大于22mm的圆柱形壳体外套，还涉及铝合金用于制造根据本专利技术的电池单体壳体的应用。
技术介绍
1、电池单体用在多种技术应用中，以为用电器提供电能。例如，电池单体的应用领域包括电动交通工具，尤其是电动汽车、电动自行车和电动滑板车；消费电子，尤其是笔记本电脑、平板电脑、移动电话、数码相机和摄像机；或能源技术，尤其是电池储能器等。多个电池单体通常串联或并联在一起，形成一个电池模块或电池系统。不过，也有将单个电池单体作为能源使用的情况。
2、电池单体基本上可分为一次电池和二次电池，一次电池只能放电一次，不能再次充电，而二次电池则可以再次充电。在一次电池和二次电池中，都可以使用多种不同的材料来实现电池单体功能所需的电化学过程。这里所说的一次电池包括碱锰电池、锌碳电池、氢氧化镍电池或锂/硫化铁电池等。二次电池包括锂离子电池、钠离子电池、镍镉电池、镍/金属氢化物电池或镍锌电池等。
3、多年来，锂离子二次电池因其相对较高的重力能量密度和体积能量密度，越来越多地被用于电动汽车和消费电子产品等领域。与其他类型的电池一样，锂离子二次电池也具有电池壳体。它构成了电池单体的外部形状，并围出空腔，其中主要存在有阳极材料、阴极材料、隔板和电解液等。在此，电池单体壳体的构造有多种：圆柱形电池单体壳体基本上具有圆柱体形状。如果圆柱体的高度大于直径，则称为圆形电池，否则称为纽扣电池。棱柱形构造形式的电池单体壳体基本上具有棱柱形状，尤其是立方体。另一种
4、由于对强度或机械稳定性的高要求，以及针对对于对电池单体壳体有腐蚀性的电解液的电化学耐性的高要求，迄今为止，尤其是圆柱形电池单体壳体一般都用镀镍钢制造。主流的圆形电池单体是直径为18mm的18650型圆形电池单体。在各种应用中，这些电池正被21mm的21700型圆形电池单体所取代。此外，直径为46mm的46800型圆形电池单体也有望取代21700型圆形电池单体，例如在电动交通工具领域。越来越多的电池形式对圆形电池单体内部产生的热的疏散提出了更高的要求，因此也对电池单体壳体的导电率和导热率提出了更高的要求。
5、含有大量圆形电池单体的电池组也需要圆形电池单体对电池组的机械设计做出贡献，以减轻重量。
6、使用铝合金制造圆柱形电池单体壳体的方法已经为人所知，但仅限于aa3003铝合金。例如，外直径为13.8mm、高度为49.0mm的电池单体壳体已在美国专利文献us 6,258,480b1中已知。该电池单体壳体是用aa3003型铝合金构成的铝合金板材的圆形裁切件通过深冲和拉伸制造而成的。
7、对于横截面较小的电池单体壳体，电池单体壳体的机械稳定性主要来自于作为圆柱体的几何形状刚度，而对于外直径超过15mm的横截面较大的圆形电池单体，电池单体壳体材料的屈服极限rp0.2的影响越来越大。就机械强度而言，镀镍钢本身就是众所周知的电池单体壳体材料，在此可作为参考。aisi 1020型镀镍钢带的典型屈服极限rp0.2为350mpa。
8、在不断增加的电池类型中，参考材料钢仍提供了最小的壁厚，因此提供了用于容纳电极卷，即所谓的“果冻卷(jelly roll)”的最大体积。这种“果冻卷”由阳极材料、隔板和阴极材料的多层排列组成，它们缠绕在卷绕芯上，并布置在电池单体壳体中。它决定了圆形电池单体的能量容量。
9、直径超过15mm的电池对电池单体壳体内部产生的热量的疏散的要求越来越高。在这方面，钢材无法提供最佳解决方案。此外，由于钢制圆形电池单体重量较大，因此在电动汽车中使用时也存在缺点。但是，在电动汽车中，重量对于使用电池驱动的电驱动装置来说是一个重要因素。
技术实现思路
1、由此出发，本专利技术的目的在于提供一种圆形电池单体的高强度电池单体壳体，其具有直径大于15mm，优选大于20mm，尤其是大于22mm的圆柱形壳体外套，该电池单体壳体可实现圆形电池单体的热管理和重量方面的改善的特性，同时不会过度限制圆形电池单体的容量。此外，还提供了铝合金用于制造电池单体壳体的应用。
2、对于电池单体壳体而言，上述目的这样解决，即壳体外套至少部分由铝合金构成，并且壳体外套的屈服极限rp0.2为至少183mpa，优选至少220mpa，特别优选至少250mpa。
3、根据本专利技术，至少部分由铝合金构成的壳体外套指的是由铝合金构成的壳体外套，其例如可以具有其他特征，例如可以具有外涂层或内涂层，但这些对壳体外套的机械强度并不重要。
4、研究表明，至少部分由铝合金组成的圆形电池单体的壳体外套的屈服极限rp0.2至少为183mpa，对于大型的圆形电池单体，例如直径为46mm的4680型圆形电池单体，其壁厚可以设计为这样，即，在需要满足的9mpa的典型内部压力稳定性预定值下，与aisi 1020型钢制壳体外套相比，实现了圆形电池单体“果冻卷”仅减少5％以下的卷绕长度。在研究中，假定卷绕芯直径为4mm。
5、同时，壳体外套的铝合金相对于钢材明显更高的导电率和导热率确保了圆形电池单体内部的整体显著提高的散热效果。在壳体外套的更高的屈服极限下，例如258mpa，上述“果冻卷”的卷绕长度损失甚至降低到2％以下。此外，由于钢的密度明显较高，由铝合金组成的圆形电池单体壳体在重量上也有显著优势。例如，对于屈服极限rp0.2为258mpa的壳体外套而言，重量优势可达近2倍。
6、根据电池单体壳体的第一种设计形式，电池单体壳体的壳体外套具有满足以下关系的壁厚：圆形电池单体的外直径/壁厚>41.5，优选>47.5，特别优选>55.0。壳体外套的外直径和壁厚的比值越大，对于与电池单体的容量成正比的“果冻卷”的卷绕长度而言，壳体外套内部的体积损失就越小，并且电池单体壳体的重量也更小。因此，通过减少壁厚结合铝的低密度，可以显著提高重力能量密度。
7、铝合金的导电率明显高于钢材，即使是aa3003铝合金的导电率也已高达23ms/m。根据进一步的设计形式，壳体外套的导电率优选超过25ms/m，优选超过28ms/m，特别优选超过30ms/m。当然，导电率取决于铝合金的合金组成。但也取决于组织结构状态。可硬化的、并且可通过固溶退火和随后的热时效转化为t6、t6x、t7或t7x状态之一的低合金almgsi合金，具有特别高的导电率和非常高的强度的组合。而aisi 1020型钢的导电率约为6.3ms/m，比铝合金的最高导电率低4倍多。由于电池的欧姆电阻减小，并且电池壳体的热传导得到改善，因此采用根据本专利技术的电池单体壳体的二次电池在电池充电和放电时的性能有望得到改善。
8、根据另一种设计形式，电池单体壳体的壳体外套的铝合金的以重量％计的组成如下：
9、0.2％≤si≤2.0％，优选是0.2％≤si≤1.5％或0.2％≤si≤1.3％，
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【技术保护点】
1.圆形电池单体的电池单体壳体，其包括外直径大于15mm，优选大于20mm，特别优选大于22mm的圆柱形的壳体外套，
2.根据权利要求1所述的电池单体壳体，
3.根据权利要求1或2所述的电池单体壳体，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体壳体，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单体壳体，
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单体壳体，
7.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单体壳体，
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池单体壳体，
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体壳体，
10.铝合金用于生产根据权利要求1至9中任一项所述的电池单体壳体的应用，
11.根据权利要求10所述的应用，
12.根据权利要求10或11所述的应用，
13.根据权利要求10至12中任一项所述的应用，
14.根据权利要求10所述的应用，
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.圆形电池单体的电池单体壳体，其包括外直径大于15mm，优选大于20mm，特别优选大于22mm的圆柱形的壳体外套，
2.根据权利要求1所述的电池单体壳体，
3.根据权利要求1或2所述的电池单体壳体，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池单体壳体，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单体壳体，
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单体壳体，
7.根据权利要求1至4中...
【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·克里斯托夫·伦茨，马西斯·鲁珀特，
申请(专利权)人：斯佩拉有限公司，
类型：发明
国别省市：
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