[發明專利]用于電池中的密封框架和電池

有效

• 申請號: 201110353082.4
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN102412376A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: P·克里澤;O·納爾沃爾德;C·L·克林什爾恩
• 申請（專利權）人: 卡爾·弗羅伊登伯格公司
• 主分類號: H01M2/10
• 分類號: H01M2/10;H01M2/38
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 趙科

技術領域

本發明一般地涉及一種用于電池中的密封框架，尤其是用于保持和封裝所謂咖啡袋式電池單元(Coffee-Bag-Zellen)的密封框架。另外，本發明還涉及一種由保持在密封框架之間的電池單元構成的電池。

背景技術

大型電池是由獨立的電池單元(Zelle)組成。通常用于混合動力車輛和/或電動車輛或工業應用的電池包含有在二十個至數百個之間的獨立的電池單元。在此，各個電池單元可以設置成圓柱形、棱形或所謂的咖啡袋式電池單元。咖啡袋式電池單元包括柔性的、由薄片(Folie)制成的殼體，在該殼體內設置了電池單元的電子器件。

為了在電池中實現最佳的空間利用，優先采用咖啡袋式電池單元。咖啡袋式電池單元的特征在于重量輕并且容量高?？Х却诫姵貑卧梢酝ㄟ^殼體的導熱薄片良好的冷卻。此外，這類設計的電池單元可以容易地擴展，這是因為電池單元的所有組件(包括薄片殼體在內)在生產中可以容易的改變尺寸。另外，這類型電池單元的生產費用不高，因為其不需要昂貴、堅固的外殼以及其他類似器件。由此，這類電池單元對于高成本壓力的應用領域尤其有吸引力。

由于存儲能量高，在發生故障時，大型電池始終存在安全風險。鋰電池被視為尤其危險，這是由于其具有高能量密度、易燃電解質以及薄的隔板。最后，鋰電池產生高的電池單元電壓，從而使設置在電池單元中的器件受到高的電化學負荷。這對于使用壽命設定為至少8-10年的汽車電池和工業電池尤其重要，其可能導致電池單元器件的嚴重老化。

安裝前述咖啡袋式電池單元可以節省空間。因此在電池內每單位體積能夠存儲較大的能量。但是其也與嚴重的結構缺陷相關聯。如果咖啡袋式電池單元充電或放電，其尺寸通過柔性外殼而改變。這也會導致體積擴展。體積擴展導致單個電池單元在充電和非充電狀態之間的厚度通常變化5％。

因此當組裝由多個單個的、串聯的電池單元組成的所謂的“堆?！睍r，必須考慮的是，獨立的電池單元具有可變化的體積。特別是必須注意到，即各電池單元在其具有最大厚度的已充電狀態中向相鄰電池單元的表面幾乎不施加壓力或者僅施加極小的壓力。此外原則上也需要注意的是，由于制造公差，柔性的電池單元的厚度也不是相同的，而是存在波動的。

此外還需要這樣一種裝置來緩沖和/或吸收沖擊或振動，從而使電池的內部以及機械和電氣觸點(如電觸點或冷凝管)不受到損害。此外，導線電子設備和監控電子設備的接口必須盡可能無機械負荷地與電池連接。在串聯電路中導線電子設備的幾百個觸點中的一個發生松脫就會導致電池故障。當監控電子設備的觸點發生故障時，隨后不再受監控的電池單元會逐漸到達臨界的狀態，這可能會在中期導致整個電池的損壞或故障。

另外，通過冷卻通道的斷裂，冷卻介質能夠到達電池內部。根據冷卻系統的類型(例如空調系統)，冷卻介質可能涉及易燃氣體物質，后者在與能量產生部件接觸時會起火。

前面所述的咖啡袋式電池單元的邊緣示為環形的密封接縫。該密封接縫連接一個電池單元的構成殼體的兩個薄片。由此在所形成的空腔中封閉電池單元的有效構造部件。這些薄片為此在內側上涂覆了電絕緣的、增粘的密封-熱塑性塑料。這種密封-熱塑性塑料可由功能性的聚烯烴構成。

這種密封接縫構成咖啡袋式電池單元的機械薄弱部位。電池單元周圍環境的氣壓是變化的。如果電池殼體嚴密封閉時，可產生典型地為0.2bar的受溫度限制的壓力波動。這種壓力波動對密封接縫施加額外的負荷。另外，密封接縫也構成一種預定斷裂位置，其在電池發生故障情況時應允許電解液排出。從而應避免電池單元在殼體處發生開裂。

此外，電池單元通常位于溫度變化很大的環境中。對于汽車電池，通常從-30℃到+70℃是可以接受的常見極值。

如果在故障情況下的可燃電解液或有機分解氣體與電極相接觸，則其可被點燃并導致著火或爆炸。在咖啡袋式電池單元內部中的最大允許的超壓在多數情況遠低于1bar，以便阻止密封接縫張開。在咖啡袋式電池單元中導出電流的電極的導通部被認為是特別關鍵的。所述導通部通常具有約0.1至0.3mm的厚度。在該范圍中，可能的泄漏也是特別危險的，這是因為在電極上逸出的電解液可能立刻被點燃。密封接縫通常被視為大型電池單元的薄弱部位，這是因為其常年經受到持續的、由循環工作引起的負荷。