制造具有聚合物框架支撑的电动车辆电池胞元的方法
阅读说明：本技术 制造具有聚合物框架支撑的电动车辆电池胞元的方法 (Manufacture the method with the electric vehicle battery cell element of polymer frame support ) 是由 M.赫曼 A.斯佩德尔 R.谢夫勒 于 2018-02-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种制造电池部件的方法,包括：展开卷筒中的聚合物箔；将窗口成形到展开的聚合物箔中；以及将电池胞元部件放置在每个窗口上方。电池胞元部件有利地可以是用作隔板的固态电解质,其由此针对处理并且在稍后的使用中很好地得到保护。(The present invention relates to a kind of methods for manufacturing battery component, comprising: the polymer foil in expansion reel；Window is formed into the polymer foil of expansion；And battery cell component is placed on above each window.Battery cell component advantageously can be the solid electrolyte as partition, be protected thus directed towards processing and well in use later.)
技术领域
本发明一般地涉及电动车辆，更具体地涉及制造电动车辆电池的方法。
背景技术
PCT公开WO 2015/083825公开了一种制造非水电解质电池的方法。这种用于生产电解质电池的非水过程制备带状的第一隔板和条状的第二隔板，第一隔板包括耐热层和非耐热层，第二隔板包括耐热层和非耐热层。在隔板制备步骤中，在第一隔板的耐热层上布置正电极，并且存在布置第二隔板的隔板层压步骤，隔板沿着隔板的正电极的外部形状接触所述第一隔板和所述第二隔板。在形成袋状隔板的隔板焊接步骤中，例如通过由加热元件在压力下进行脉冲焊接，通过第一隔板和第二隔板之间的接触部分，对各部分进行热焊接。
美国专利申请第2016/0156065号和WO 2009/029746公开了具有固态电解质的电池的其它制造方法。
美国专利申请第2016/0141623号公开了一种双极电极，其具有固体电解质、阳极膏剂(slurry)和阴极膏剂、在阳极膏剂和阴极膏剂中设置的间隔物以及在阳极膏剂和阴极膏剂上设置的金属基底，阳极膏剂和阴极膏剂中的每一个可以分别设置在固体电解质的第一表面和第二表面上。可以对电极进行干燥、压制和堆叠，以形成全固态电池。
发明内容
本发明提供一种制造电池部件的方法，包括：
展开卷筒中的聚合物箔；
将窗口成形到展开的聚合物箔中，以形成聚合物框架；以及
将电池胞元部件放置在窗口上方。
本发明有利地形成一种电池部件的简单的制造方法，然后，电池部件得到良好的保护，易于处理并且易于组装。
聚合物箔可以是致密箔、穿孔箔、多孔箔、粘合带或者粘合箔，并且例如可以由聚乙烯、聚丙烯或者两者的混合物制成。
聚合物框架优选例如通过利用胶粘、焊接、热结合、层压或者利用附加的粘合带附接到隔板，或者通过摩擦配合，连接到电池胞元部件的隔板或者双极集流件。然而，仅放置也可以作为连接，而不进行附接。
可以在隔板的另一侧设置第二聚合物框架，从而产生聚合物框架-隔板-第二聚合物框架单元。
如果附接到双极集流件，则铝双极集流件的涂覆有镍的侧面可以直接附接到框架。
聚合物框架窗口可以具有矩形、具有圆形边缘的矩形、圆形、椭圆形或者三角形的形状，并且优选从聚合物箔进行冲压。
本发明的一个优点是能够使用固态电解质作为隔板。因此，所述方法优选包括使用至少一种固态电解质作为隔板。
聚合物框架例如可以具有至少一个馈送孔、最优选四个馈送孔，其例如可以装配在杆上，以帮助堆叠件的加工。
本发明有利地可以提高电池的机械稳定性，尤其是电池胞元边缘处的机械稳定性，并且还使得阳极室和阴极室能够分离。
本发明还提供一种制造电池堆的方法，包括：
展开卷筒中的聚合物箔；
将窗口成形到展开的聚合物箔中；
将电池胞元部件放置在每个窗口上，电池胞元部件包括隔板或者双极集流件；以及
在两个电池部件之间折叠聚合物箔，或者在两个电池部件之间切割聚合物箔，使得两个电池部件形成堆叠件，其中，聚合物箔在其之间。
本发明还使得能够容易地处理电池胞元部件、例如用作隔板的易碎的电解质材料，因此还提供一种处理电池部件的方法，其包括：通过聚合物框架，作为单独的部件，移动本发明的电池部件。
附图说明
下面描述本发明的一些非限制性的实施例，其中：
图1示出了本发明的第一实施例中的多个堆叠的电池部件的侧视图；
图2示出了图1的实施例的侧视图，其中，壳体连接到电池部件的聚合物框架，以形成电池模块胞元；
图3a、3b、3c示出了本发明的电池部件的实施例的形成的俯视图，并且图3d示出了电池部件的替换实施例；
图4a、4b、4c、4d、4e和4f示出了根据本发明的聚合物框架的各种框架几何形状，并且图4g示出了具有多个窗口的框架；
图5示出了根据本发明的聚合物框架，其具有用于简化组装的馈送孔；
图6示出了具有两个框架的电池部件的另一个实施例的侧视图；
图7示意性地示出了具有由电池模块胞元构成的电池的电动或者混合车辆；
图8示出了本发明的方法的一个实施例，其使用杆和单独的堆叠的部件来制造图1中的电池胞元模块；以及
图9示出了本发明的方法的替换实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的电池胞元(battery cell)模块10，电池胞元模块10具有五个可堆叠的电池部件11、12、13、14、15，电池部件11、12、13、14、15具有电极部件。
每个电池部件11、12、13、14、15包括阳极24、隔板28、阴极26和双极集流件22。每个部件还包括聚合物框架20，聚合物框架20在平面侧124具有双极集流件22，并且在相对的平面侧128具有隔板28。该实施例中的聚合物框架20是聚合物箔，将参照图3a、3b和3c更详细地描述隔板28与框架20的附接。
隔板28可以是介电材料，例如多孔聚乙烯或者聚乙烯-聚丙烯箔(一般厚度为8至25μm)。
聚合物框架20例如可以由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、丙烯腈丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚乳酸(PLA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)，聚氯乙烯(PVC)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯醚(PPO)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚苯并咪唑(PBI)、尼龙以及由涂覆有聚合物、例如聚丙烯的铝箔制成的多层箔或者复合箔制成。最优选聚合物框架是PE/PP混合物。
虽然可以使用一般的电解质、例如液体或者凝胶，但是本发明也可以包含固态电解质、例如氧化锂或者硫化物玻璃或者玻璃陶瓷或者陶瓷作为电解质。双极集流件22例如可以由铜或者铝或者涂覆有镍的铝或者镍制成。阳极24和阴极26例如可以通过气相沉积或者其它薄膜技术沉积在隔板28上。双极集流件22可以连接到阴极26，如下面所述。
图2示出了图1的实施例的侧视图，其中，壳体40连接到电池部件11至15的聚合物框架20，以形成电池模块胞元。壳体例如可以具有四个壁，以覆盖每一侧的聚合物框架20，聚合物框架20优选具有矩形的外形。
壳体40例如可以由与聚合物框架20相同的材料制成，或者可以由不同的聚合物材料制成。
如将要描述的，如图1所示的杆99可以与聚合物框架20中的馈送孔相互作用，并且可以在形成堆叠并且添加壳体之后被移除。
图3a、3b和3c示出了本发明的电池部件的实施例的形成的俯视图，并且图3d示出了双极集流件22首先连接到聚合物框架的替换电池部件。
图3a示出了聚合物框架20的具有矩形窗口60的一侧128。
如图3b所示，可以将框架20放置在隔板28上方，隔板28可以在一侧具有阳极24并且在另一侧具有阴极26，如图1所示。阴极26通过窗口60突出，如图3c所示。然后，可以在阴极26上方添加双极集流件22，并且在其边缘处将双极集流件22附接到框架20，双极集流件22可以是薄金属箔。框架20同样在窗口60周围附接到隔板28。
固定连接的框架20和隔板28因此形成可容易地堆叠的电池部件98。双极集流件22、阳极24和阴极26可以连接到该可堆叠的部件，如上面所讨论的，或者也可以在组装期间单独或者稍后添加。
阳极和阴极有利地可以由聚合物、玻璃、玻璃陶瓷或者陶瓷固态材料制成，并且机械性能得到改善，并且胞元组装过程期间的大部分机械应力可以由聚合物框架吸收，这使对组装过程的要求降低。此外，可以容忍固态材料边缘处的小缺陷，并且可以减少残次品的数量。
此外，隔板可以是固态电解质，从而不需要像在聚合物隔板中那样稍后添加液体或者凝胶。
图3d示出了替换实施例，其以与在图3a中相同的框架20开始。双极集流件22可以是涂覆有镍的薄铝箔，可以以镍一侧向下将双极集流件22放置在框架上，以与侧面128重叠。可以使用胶粘或者其它接合方法将镍涂层附接到PP/PE框架，与PP/PE铝或铜连接相比，其有利地提供稳定的连接。也很好地使集流件22的薄箔稳定，然后可以单独将阴极26、隔板28和阳极24添加到组合的框架20/集流件22部件。
图4a、4b、4c、4d、4e和4f示出了根据本发明的聚合物框架的各种框架几何形状，其中，图4a与图3a类似，并且框架201、202、203、204、205分别具有边缘成圆形的窗口301、圆形的窗口302、与窗口301类似、但是对于外尺寸相同的框架而言更小的窗口303、完全正方形的窗口304和椭圆形的窗口305。
图4g示出了例如具有四个窗口306、307、308、309的聚合物框架206。
图5示出了根据本发明的聚合物框架203，其具有用于简化组装的馈送孔305。
图1的实施例的组装可以如下进行：提供端板阳极集流件92，然后以框架20通过馈送孔305在杆99上滑动的方式，添加电池部件11。聚合物框架20可以通过馈送孔305在其它杆上滑动。然后，可以将部件12、13、14和15堆叠在杆99上，如图1所示，最后添加阴极顶板90，以形成电池模块10。随后，电池部件12、13、14、15的阳极24因此可以分别位于下面的电池部件11、12、13、14的双极集流件22上。
为了形成图2的实施例，可以将杆99移除，并且可以在侧面添加壳体40并将其附接到聚合物框架。如果使用液体电解质/聚合物隔板，则(如果希望)可以将液体电解质添加到由壳体和两个聚合物框架形成的区域中，以提高效率。
图6示出了电池部件的另一个实施例的侧视图，其中，与聚合物框架20相对，附加的聚合物框架120附接到隔板28。该实施例提供附加的稳定性和保护。
如图7所示，在一个应用中，例如可以利用数量大得多的电池胞元形成电池胞元模块或者电池胞元堆叠件110，用于像电池那样向电动机200提供电力，以便为电动车辆300供电。
图8示出了根据本发明的制造方法的一个实施例。在卷筒架400中，将聚合物箔卷筒510展开，使得聚合物箔500离开卷筒架400。在冲压站420中，模具520将窗口60冲压到箔500中。此时，如果希望，也可以冲压馈送孔305。作为冲压站的替换，可以在箔500上激光切割或者以其它方式施加窗口和/或馈送孔。在切割站430处，例如通过刀辊530和砧座532将箔500切割成单独的聚合物框架20，具有窗口60的框架20离开并且到达传送器440上。可以将堆叠件528中的可以由固态电解质材料制成的隔板28放置在框架20上，以形成可堆叠的部件98，可以在壳体40中将可堆叠的部件98与其它电池胞元部件、例如双极集流件22组装在一起，如上面所述。替换地，可以使用聚合物隔板，例如如下面在图9中所描述的。可以使用杆99，并且可以使用焊接或者上面描述的其它附接过程来完成电池模块。
图9示出了另一个实施例，其中，在切割连续的带198之前，在隔板放置站460处添加隔板材料，从而形成框架支撑的隔板28的连续的带198。可以像在图8的实施例中那样使用固态隔板，或者可以使用通过切割装置630从卷筒628切割的聚合物隔板。例如可以通过焊接装置640将隔板28附接到带198。
除了隔板28之外，双极集流件22也可以代替图9的实施例中的隔板材料，并且例如通过焊接直接附接到箔500。在这种情况下，可以稍后添加隔板和阳极以及阴极。
也可以使用连续的带198进行Z字形折叠或者Z字形和堆叠的组合。
也可以通过切割装置(刀具或者激光切割器)470将连续的带198切割成较小的单元，形成可堆叠的部件98的多个单个单元。
通过将隔板-聚合物框架单元附接到壳体，隔板在胞元内不再能够移动或者滑动。因此，这种单元更具弹性，并且可以更好地容忍在汽车或者任意运输设备中使用电池时发生的振动或者冲击，因为整个胞元堆的位置在胞元内部是固定的。
同样，如果使用双极集流件-聚合物框架单元实施例，则双极集流件得到很好的保护。
也可以省去壳体40，而将框架60简单地焊接在一起。
本发明的方法和产生的稳定的电池尤其适用于遭受明显的振动的电动车辆或者混合动力车辆电池。