连接软包电池单体的金属复合箔与预密封带的方法和装置

摘要

本发明涉及一种用于将预密封带与用于软包电池单体(4)的金属复合箔(2)连接的方法，所述方法至少具有以下步骤：a)在金属复合箔(2)的至少一个子区域中产生纹理(6)；b)将预密封带(3)施加到金属复合箔(2)上，其中，纹理(6)至少部分地由预密封带(3)覆盖；c)将预密封带(3)与金属复合箔(2)连接成复合件；d)将复合件裁切成预定义的完成轮廓。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将预密封带与用于软包电池单体(Pouchzelle)的金属复合箔连接的方法和装置。

背景技术

在现有技术中已知不同类型的带有软包电池单体的电池，这些软包电池单体通常构造为电流的电池单体。这种软包电池单体(所述软包电池单体一般而言被称为电池单体)例如被用于提供用于驱动车辆的电能。另一种应用是给移动设备、如移动无线电设备、平板电脑或笔记本电脑供给以电能，以用于所述移动设备的运行。由于对这种电池及安装在所述电池中的电池单体的不断提高的要求，持续不断地力求降低制造成本、延长电池的使用寿命并且同时提高功率密度，即每单位体积蓄存的电能量。

现有技术中已知的软包电池单体基本上由阳极、阴极以及布置在阳极与阴极之间的隔板组成。阳极和阴极形成软包电池单体的电极。隔板用于防止在这两个电极之间发生电接触。此外，对于软包电池单体的功能需要存在电解质，所述电解质必须润湿或渗透两个电极。电极本身通常由多个电极轨道构成，所述多个电极轨道同样通过隔板彼此电绝缘。

在软包电池单体中产生的电流借助于所谓的导出旗部(Ableiterfaehnchen)从相应的电极轨道导出。导出旗部为此与相应的电极轨道导电地连接并且将电流从那导引至导出极耳(Ableitertab)，所述导出旗部为此同样与导出极耳导电地连接。所提及的部件接着借助金属复合箔密封地包围，其中，相应的电极的导出极耳至少部分地从该包套部中伸出并且形成电池的联接极。为了金属复合箔的可靠的且持久密封的封闭，在导出极耳的区域中设置有所谓的预密封带，该预密封带负责在导出极耳与金属复合箔之间的密封的封闭。

在实践中已知的解决方案中，预密封带在导出件焊接期间被证明为是有问题的。导出极耳通常通过焊接与各个电极的导出旗部连接。这通常导致导出极耳中的热输入，由此可能损坏温度敏感的预密封带。为了防止这一点，需要在焊接工艺期间必要时非常耗费地且持续地冷却导出极耳和预密封带。备选地，在焊缝与预密封带之间的间距如此选择，使得没有热输入作用到预密封带上。然而在实践中，该间距通常不能这么大，因为由于这样大的间距会失去宝贵的安装空间。但在制造期间，预密封带既不可受损伤也不可被加热，因为在之后的工艺步骤中必须与金属复合箔进行材料配合的连接，该金属复合箔也被称为软包箔。在实践中，导出极耳通常与相关的预密封带一起作为预制的一件式的产品来采购。

由前述限制引起地，目前也可仅使用特定的焊接方法、例如点焊、电阻焊或线性焊(激光焊)用于制造导出极耳。无法使用面焊(也称为压力焊)，因为这将导致预密封带受损。

迄今已知的解决方案此外具有其他缺点。由此，为了将电极的导出旗部与导出极耳连接而所需要的焊接工艺必须耗费地且持续地得到冷却。在此，必须确保：预密封带不受损或不被加热，以便在另外的制造工艺中确保与金属复合箔的材料配合的连接。此外，缺点在于，只能使用特定的焊接方法并且如此在导出旗部与导出极耳之间的电连接具有相对高的电阻。此外，在制造工艺期间在导出极耳与预密封带之间必须设置运输固定装置，以便防止预密封带意外丢失。

发明内容

因此，本发明的目的在于至少部分地解决从现有技术中产生的问题。尤其地，应给出一种用于处理用于软包电池单体的金属复合箔的方法，所述方法简化了制造工艺，并且改善软包电池单体的电特性并且由此改善整个电池的电特性。

一种用于将预密封带与用于软包电池单体的金属复合箔连接的方法有助于实现所述目的。单独地引用的特征能够以技术上合理的方式相互组合并且可通过来自说明书中的阐释性事实和/或来自附图中的细节来补充，其中，说明了本发明的另外的实施变型方案。

当前提出一种用于将预密封带与用于软包电池单体的金属复合箔连接的方法，所述方法至少具有以下步骤：

a)在金属复合箔的至少一个子区域中产生纹理；

b)将预密封带施加到金属复合箔上，其中，纹理至少部分地由预密封带覆盖；

c)将预密封带与金属复合箔连接成复合件；

d)将复合件裁切成预定义的完成轮廓。

在步骤a)中首先在金属复合箔的至少一个子区域中产生纹理。纹理可构造为在金属复合箔的表面处的规则的或不规则的突起部或凹陷部。纹理可构造为多个单独的突起部或凹陷部或者通过大量突起部或凹陷部构造。纹理可例如根据图案的类型来实施。例如，纹理可沿不同方向具有规则的突起部和凹陷部。在此，凹陷部也可延伸穿过金属复合箔的整个壁厚，从而金属复合箔在这些部位处打通。纹理可通过压印产生、例如点状的突起部或凹陷部或者线条形的肋条或凹陷部。纹理也可尤其以重复的图案、例如交叉的线条的形式来实施。在此，纹理优选利用工具(尤其嵌入件)而被压入。

根据步骤b)，将预密封带施加到金属复合箔上，其中，预密封带至少部分地覆盖金属复合箔的设有纹理的区域。步骤b)可尤其在步骤a)结束之后执行。例如可行的是，在步骤b)中将预密封带在金属复合箔上(自动地)安放在预设的部位处。

步骤c)用于，将预密封带与金属复合箔连接成复合件并且接着裁切成所需的且预定义的轮廓。在连接工艺期间，将预密封带和金属复合箔彼此固定并且然后在带有或没有接合剂的情况下优选在室温下执行所述连接。在此，在纹理区域中优选通过压力在金属复合箔与预密封带之间产生粘合和/或形状配合。

根据步骤d)的裁切在分离步骤中尤其借助于分离方法实现，在所述分离方法中，尺寸准确地切割金属复合箔的边缘区域。在此尤其可行的是，将步骤c)和d)组合地在共同的方法步骤中实施。

以这种方式，金属复合箔与预密封带的连接的工艺步骤可与箔的分离切割共同地进行。由于箔通过改形而产生不连续的边缘，分离切割是必要的。此外，通过分离切割实现软包箔的之后的目标尺寸。通过共同地实施连接和分离切割，显著地提高了制造工艺的经济性。

如此制成的金属复合箔可在此之后以特别简单的方式被用于软包电池单体或由多个软包电池单体组成的电池的制造工艺。这是因为，预密封带可靠地布置在金属复合箔处而不是像迄今为止那样布置在导出极耳处。这同时具有多个优点。一方面，由此取消了例如在焊接期间导出极耳的热敏感性并且也可使用其他特别有利的焊接方法、如压力焊，由此可减小软包电池单体的欧姆电阻。

压力焊的优点在于，以此方式可提供如下电连接，所述电连接具有显著更小的电阻。要导引的电子由此不再必须采用从一个构件至另一个构件的路径进行少量的运送，而是可利用构件之间的整个接触面，由此显著减小欧姆功率损耗并且软包电池单体在能量输出时或能量吸收时明显更少地加热。

预密封带布置在金属复合箔上的另一个优点在于，导出极耳在焊接工艺期间不再必须被持续地冷却。以此显著地简化了制造工艺。此外，也可取消迄今需要的用于定位预密封带与导出极耳的运输固定装置，因为预密封带现在可靠地与金属复合箔连接并且如此可简单且防丢失地供应给制造工艺。由此，例如迄今需要通过粘接剂或借助于焊接方法将预密封带固定在导出极耳处。该工作步骤可通过在此提出的解决方案取消，并且实现了：避免另外的材料或另外的接合剂、例如粘接剂。

最后，现在不再必须对导出极耳与预密封带一起预批量生产地进行采购，由此此外能够降低采购成本。

尤其可设置成，预密封带与金属复合箔的连接借助于通过事先所施加的纹理引起的粘合和/或形状配合来执行。为此，将预密封带朝纹理挤压，从而在这两个构件之间产生可靠的连接。在此，粘合应理解为在预密封带与金属复合箔之间产生附着力。这可例如在带有或没有纹理的情况下在压力下通过挤压两个构件来实现。备选地，也可使用辅助材料，所述辅助材料根据粘合材料的类型确保在各构件之间的粘合。

本发明的优点在于，金属复合箔与预密封带的连接可在两个随后的工艺步骤拉深和分离切割中集成地执行。在这种情况下可实现简化制造工艺的优点。

尤其也有利的是，在金属复合箔的表面处产生纹理之前将金属复合箔放入到带有凹部的模具装置中。为此，金属复合箔可例如放上到凹模上，其中，凹模具有这样的凹部，该凹部相应于制成的金属复合箔或软包箔之后应具有的形状。在此，金属复合箔可由板材保持件可靠地固定在凹模中，以便确保在加工期间可靠的保持。在此，板材保持件在真正意义上充当用于要加工的软包箔的箔保持件或压紧件。

尤其也有利的是，在步骤a)中在模具装置中通过板材保持件中的嵌入件在金属复合箔上产生纹理。为此，在板材保持件中或单独设置的嵌入件在改形工艺快结束时或在结束改形工艺时闭合，以便在金属复合箔中产生期望的纹理。纹理的产生可同时在分离过程期间或在此之后执行。为了固定金属复合箔，可例如使用板材保持件，该板材保持件是模具装置的组成部分。这通过如下方式实现，即，首先将金属复合箔放上到凹模上。在此之后，将板材保持件朝着凹模方向移动并且在此将金属复合箔朝凹模挤压。

尤其有利的是，纹理的产生步骤在步骤a)之前或至少在拉深工艺快结束时实施。“快结束”在此表示：改形工艺已经完成了超过80%，优选超过90%，并且在金属复合箔的边缘区域中不应再期待更大的改变。以这种方式纹理可在改形结束时就已经或在此改形之后不久引入到金属复合箔上。在拉深期间在板材保持件下的材料流不受所述工艺影响。这可例如通过简单的嵌入件实现，所述嵌入件设置在板材保持件中，并且板材保持件在改形快结束时经由单独的气体压力弹簧作用到金属复合箔的表面上，以便如此产生期望的纹理。

对于改形过程的实现(该改形过程尤其可设计为利用凸模和凹模的拉深过程)，有不同的已知的方法和方式可供使用，所述方法和方式例如使用凸模和互补地成形的凹模。

尤其地，可使金属复合箔在一个方法步骤中在空腔内改形。该方法步骤可基本上在方法步骤a)至d)之前、期间或之后进行。改形的执行可根据所选择的拉深工艺的类型来进行。由此，拉深过程可例如借助于凸模，借助于电磁脉冲改形和/或借助于压缩空气实现。本发明的优点在于，拉深过程和步骤a)至d)可集成地实施在一个方法流程中，而不必在位置上重新进行定位。

特别有利的是，作为金属复合箔，使用铝复合箔。这种箔能够良好地支配并且对于包覆软包电池单体而言已经经受考验。所述箔通常由不同的塑料层组成，其中，基部是约40µm厚的铝箔。铝箔在两个侧面上由不同塑料层包覆，所述塑料层对于改形、绝缘和之后的材料配合的连接而言是必要的。由此，得到在约120µm与180µm[微米]之间的箔厚，所述箔厚可根据制造商和要求而改变。

尤其地，利用在此提出的类型的至少一个金属复合箔、电池单体堆叠、导出极耳和导出旗部也能够执行用于制造软包电池单体的方法，其带有以下步骤：

a)将导出极耳与导出旗部连接；

b)使导出件与电池单体堆叠聚在一起；

c)用至少一个金属复合箔包套电池单体堆叠和导出极耳；

d)密封金属复合箔。

通过将预密封带引入到软包箔上以及由此实现的对电池单体堆叠的导出极耳和导出旗部的焊接的更好的可能性，使软包电池单体的制造变得容易。由此，还又在很大程度上改善了软包电池单体的制造。通过遵循所描述的工艺顺序，可制造带有非常精确的边缘轮廓的金属复合箔。此外，预密封带可特别准确地定位在金属复合箔上。所述提高的制造精度对随后的用于制造软包电池单体的制造步骤产生有利影响。通过精确地制成的金属复合箔，在该之后的步骤中确保软包箔包括预密封带在内相对于导出极耳的定位精度。此外，不再需要预密封带相对于导出极耳的定位和运输固定的附加的工艺步骤。

根据所述方法设计的软包电池单体能够以特别简单的方式在与导出旗部连接期间没有对导出件进行附加冷却的情况下制成。此外，用于包套电池单体堆叠的金属复合箔可在步骤c)中特别简单且可靠地密封，因为预密封带已经可靠地布置在金属复合箔处。不再需要广泛使用的用于将预密封带固定在导出极耳处的运输固定装置。由此，在制造软包电池单体时使用在此提出的金属复合箔在很大程度上使所述电池单体的制造变得容易。

软包电池单体的特别优选的实施形式在此设置为使用两个金属复合箔，所述两个金属复合箔事先借助于拉深过程被带到所需的形状中。这两个金属复合箔然后包套电池单体堆叠。在该电池单体堆叠中产生的电流然后借助于大量导出旗部以及经由两个导出极耳输出给耗电器。在此，导出旗部视极性而定与这两个导出极耳之一电连接，从而所有与阴极连接的导出旗部联接在第一导出极耳处，并且所有与阳极连接的导出旗部联接在第二导出极耳处。

为了实现所提出的目的，此外提出一种用于制造用于软包电池单体的金属复合箔的装置，所述装置带有凹模，其特征在于，凹模构造成与预成形的金属复合箔互补，具有用于将预密封带供应至凹模的供应装置和用于将预密封带定位在凹模上的止挡器件，另外设置有板材保持件和切割工具，板材保持件构造成用于将预密封带与金属复合箔连接，所述切割工具用于切割金属复合箔。利用如此设计的装置，预成形的金属复合箔(其例如事先借助于拉深过程带到期望的半壳形的形状中)可与预密封带防丢失地连接并且尺寸准确地被裁切。在此，可在制造站处实施如下步骤：供应预密封带、将预密封带与金属复合箔连接并且进行裁切。这显著地提高了制造效率，因为在这些步骤之间不需要进一步运输。优选地，所述步骤也自动地实施。为此，仓库(Magazin)可准备好多个预密封带，所述多个预密封带由输送装置输送至凹模。在那，预密封带到达与止挡器件贴靠，所述止挡器件例如实施为板材保持件中的弹簧弹性地支承的可运动的栓，并且如此准确地定位在金属复合箔上。在供应和定位之后，然后将预密封带和金属复合箔连接。这可例如通过焊接借助于板材保持件实现。板材保持件为此可将相应地大的压紧力施加到预密封带和金属复合箔的复合件上和/或确保足够高的温度输入到复合件中。最后，还将复合件带到期望的形状中，其中，优选借助于切割工具对环绕的外棱边形状准确地且尺寸准确地进行裁切。

优选地，在此切割工具集成到板材保持件中。以此，所述装置可更紧凑地构造。此外，在该设计方案中，所述连接的步骤可与分离步骤中对外轮廓的裁切同时实施。

尤其地，在此有利地，止挡器件集成到板材保持件中。以此例如可行的是，在板材保持件打开的情况下进行预密封带的定位并且在板材保持件闭合时同时实施连接和裁切。

最后，这种软包电池单体可有利地使用在机动车中，因为所述软包电池单体在制造方面是适宜的并且此外由于改善的和减小的欧姆电阻而具有更好的电特性。这例如在于，软包电池单体在运行期间不加热或至少明显更少地加热并且可带来更高的功率输出。

为预防起见应补充说明，在此所使用的数词(“第一”、“第二”、……)首先(仅)用于区分多个相同类型的对象、参量或工艺，即尤其不强制性地预设这些对象、参量或工艺彼此的相关性和/或顺序。如果要需要相关性和/或顺序，则这在此明确地说明或对于本领域技术人员在具体描述的设计方案的研究下显而易见地得出。

附图说明

下面依据附图更详细阐释本发明以及技术环境。要指出的是，本发明不应被所阐述的实施例限制。尤其地，只要没有明确不同地说明，也可行的是，提取在各图中阐释的事实的部分方面并且与本说明书中的其他组成部分和认识相组合。尤其是要指出的是，各图和尤其所示出的尺寸情况仅是示意性的。其中：

图1：示出根据现有技术的带有金属复合箔和预密封带的导出极耳；

图2：示出带有纹理的经拉深的金属复合箔；

图3：示出带有纹理和预密封带的经拉深的金属复合箔；

图4：示出在拉深期间根据本发明的模具装置的侧剖面图；

图5：示出在预密封带的施加期间根据本发明的模具装置的侧剖面图；以及

图6：示出带有根据本发明的软包电池单体的机动车。

具体实施方式

在图1中示出带有金属复合箔2(软包)和预密封带3的导出极耳1。导出极耳1由导电的金属、例如铝、铜或钢组成并且在完成装配的状态下用作在该视图中未示出的软包电池单体4的接触部。金属复合箔2由非常薄的金属层组成，该金属层被施加在载体层上。载体层可例如由塑料、比如聚丙烯或聚乙烯组成。根据现有技术，在完成装配的状态下金属复合箔2的塑料侧必须与导出极耳1连接，其中，预密封带3布置在两个构件之间，以便确保软包电池单体4向外持久密封的封闭。这是需要的，以便防止电解质漏出或外来物质侵入到软包电池单体4中。在此之后，还必须将对于软包电池单体4的功能同样需要的导出旗部与导出极耳1连接，以便实现软包电池单体4的功能作用。根据现有技术，这借助于焊接实现，其中，导出极耳1必须被持续冷却，因为要不然热输入到预密封带3中并且将导致所述预密封带受损。由此，根据现有技术对软包电池单体的制造非常繁琐且易出错。

在图2中以斜视图示出金属复合箔2。金属复合箔2已经经历过拉深工艺并且具有用于接纳未示出的电池单体堆叠的空腔5。在空腔5右方和左方存在两个区域6，在所述两个区域中将纹理引入到金属复合箔2的表面中。下面还更详细阐释纹理的引入过程。

在图3中示出在随后的加工状态下的根据图2的金属复合箔2，在所述加工状态中，在纹理6上施加预密封带3并且防丢失地与金属复合箔2连接。下面依据图4和5更详细阐释该金属复合箔2的制造过程。

图4示出根据本发明的用于执行根据本发明的方法的模具装置7的一种可行的实施形式。模具装置7由凹模8和板材保持件9组成。凹模8具有凹部10，该凹部相应于空腔5构造，所述空腔应在拉深过程之后构造在金属复合箔2中。金属复合箔2由板材保持件9沿箭头11方向朝凹模8挤压并且由此可靠地固定在其位置中。在金属复合箔2以这种方式可靠地固定之后，凸模12同样沿箭头11方向向下移动，从而金属复合箔2经受变形并且在凹部10内构造期望的空腔5。在拉深快结束时或在拉深之后不久，在金属复合箔2的表面的子区域中引入纹理6。这通过嵌入件13而发生，所述嵌入件嵌入在板材保持件9的下侧处、即在面向凹模8的一侧处并且具有如下表面，该表面相应于金属复合箔2的期望的纹理的阴模。嵌入件13借助于气体压力弹簧在产生足够大的操纵力的情况下运动和控制。利用如此构造的模具装置7，金属复合箔2可在一个唯一的工作步骤中或者在两个直接彼此相继的或过渡到彼此中的工作步骤中拉深并且可设有纹理6。在这两个完成之后，如此制备好的金属复合箔2可作为软包供应给用于制造软包电池单体的进一步处理。

在图5中，示出在进一步的加工状态下的模具装置7。在此，金属复合箔2又处于凹模8的凹部10中。在左侧上示出的板材保持件9在已向上移动的状态下示出。预密封带3从仓库14中沿所示出的箭头方向被供应并且到达与止挡器件、此处止挡部15贴靠。止挡部15集成到板材保持件9中并且一旦板材保持件9向下朝凹模8移动，止挡部便移入到所述板材保持件中。止挡部15设计成使得预密封带3精准地布置在纹理6上。接着使板材保持件9(如在图5的右侧上所示)向下移动，其中，预密封带3经由事先引入的纹理6例如通过粘接、焊接或挤压而牢固地与金属复合箔2连接。以这种方式可提供预密封带与金属复合箔2的运输固定的连接。

与板材保持件9的移入同时地或在随后的单独的工作步骤中，金属复合箔2借助于切割工具20精准地裁切成期望的轮廓。对于切割工具20的实施提供不同的实施形式。由此，在该图的左侧上示出仅带有一个切割刀具的特别简单的实施形式。为了裁切轮廓，该切割刀具仅向上运动并且在此到达与用作切割颚板的板材保持件9贴靠，其中，金属复合箔2被裁切。在该图的右侧上示出另一种可行的实施形式，在其中两个构件形成切割工具20。所述构件中的一个构件集成在板材保持件9中，而第二构件布置在凹模8中。这两个构件如此定位，使得所述两个构件在板材保持件9移入时将金属复合箔在其外部边缘处剪去并且由此确保金属复合箔2的尺寸准确的轮廓。在此，板材保持件9的右侧在移入时也用作切割颚板。

如此制成的金属复合箔2或软包箔可在此之后与预密封带3一起被取出并且进一步处理。为了制造软包电池单体，那么可使用两个这样加工而成的金属复合箔2，以便将电池单体堆叠包括相关的导出旗部和导出极耳1布置在所述金属复合箔中。在此，导出极耳布置成使得所述导出极耳作为接触部从该组件中伸出。接着，如此提供的所述软包电池单体仅还须通过将金属复合箔2的各边缘接合到一起来密封，其中，预密封带3尤其在导出极耳1的漏出部位处持久且密封地封闭软包电池单体4。

最后，在图6中示出机动车16，该机动车配备有电池17，在所述电池中布置有大量软包电池单体4。软包电池单体4在此按照根据本发明的方法制造。这种电池17在制造方面是成本适宜的并且此外在运行期间具有非常小的热形成，因为在软包电池单体4内的欧姆电阻明显减小。欧姆电阻的减小可通过使用基于面的压力焊(扩散焊)来实现，这在以前是无法通过干扰轮廓“预密封带”来实现的。由电池17如此提供的能量可在如此设计的车辆中借助于控制装置18按需求输出给电动马达19，以便相应产生所需的驱动功率。

附图标记列表：

1 导出极耳

2 金属复合箔

3 预密封带

4 软包电池单体

5 空腔

6 纹理

7 模具装置

8 凹模

9 板材保持件

10 凹部

11 箭头

12 凸模

13 嵌入件

14 仓库

15 止挡部

16 机动车

17 电池

18 控制装置

19 电动马达

20 切割工具