二次锂电池及制造方法技术

一种二次锂电池(100)，包括封闭内部(111)的壳体和复合体(104)，复合体布置在内部(111)中并且包括至少一个正电极(105)和至少一个负电极(106)以及至少一个隔膜(112)。壳体包括金属壳体部分(102)，其具有面向内部(111)的内侧和背离内部(111)的外侧，其中金属壳体部分(102)包括第一层（109）和第二层（110），第一层由铝或铝合金构成，其优选形成金属壳体部分(102)的内侧，第二层与第一层直接接触，由镍或镍合金构成，其形成金属壳体部分(102)的外侧。为了制造电池(100)，由铝或铝合金构成的箔或金属板在一侧上涂覆有由镍或镍合金构成的层。金属壳体部分(102)然后通过使涂覆的箔或涂覆的金属板成形来制造，并在组装过程中安装。

【技术实现步骤摘要】
二次锂电池及制造方法
下面描述的专利技术涉及二次锂电池和制造二次锂电池的方法。
技术介绍
“电池”最初被理解为是指能够存储电能并布置在公共壳体中的多个电互连的电化学电芯。然而，现在壳体中的个别电化学电芯(个别电芯)也经常被称为电池。同样的定义也适用于这里。因此，在这种情况下，术语“电池”还包括能够在壳体中存储电能的单个电化学电芯。电化学电芯总是包括正电极、负电极和使正电极和负电极彼此分开的隔膜。电极和隔膜通常用电解质浸渍。以液密方式闭合的壳体通常封闭电极、隔膜和电解质。产生电化学能量的反应发生在能够储存电能的电化学电芯中，该反应由两个电互连但空间分离的部分反应组成。在相对较低的氧化还原电位下进行的一个部分反应发生在负电极处，而在相对较高的氧化还原电位下进行的一个部分反应发生在正电极处。在放电过程中，电子通过氧化过程在负电极处释放，导致电子流过外部消耗体到达正电极，从正电极吸收相对应量的电子。因此，在正电极处发生还原过程。同时，出于电荷平衡目的，在电芯内有对应于电极反应的离子流。由离子传导电解质来确保该离子流。在二次(可再充电)电芯中，这种放电反应是可逆的，并因此存在将放电过程中发生的化学能到电能的转换逆转的选择。如果术语“阳极”和“阴极”与二次电芯结合使用，则电极通常根据它们的放电功能来命名。因此，这种电芯中的负电极是阳极，而正电极是阴极。可再充电电化学电芯的一个已知示例是二次锂离子电芯。其包括能够可逆地吸收锂离子并再释放它们的电极，以及包含锂离子的电解质。锂离子电芯通常以复合体的形式包含它们的电极和隔膜。这种复合体可以是由多个个别电芯组成的电芯堆叠。然而，复合体通常也是卷绕形式的个别电芯(卷绕复合体)。在复合体中，正电极、负电极和隔膜通常一个在另一个的顶部平放。电极和隔膜通常例如通过层压或通过粘合剂结合而相互连接。复合体，无论其是否被卷绕，通常包括顺序的正电极/隔膜/负电极。复合体通常被制造成所谓的双电芯，其可能的顺序为负电极/隔膜/正电极/隔膜/负电极或正电极/隔膜/负电极/隔膜/正电极。锂离子电芯的电极通常各自包括金属集流器和电化学活性组分(通常也称为活性材料)和电化学非活性组分。集流器用于在尽可能大的面积上与电化学活性组分进行电接触。它们通常由条形扁平金属基板构成，例如由金属箔或多孔金属或金属化无纺布构成。所有能够吸收和再释放锂离子的材料都被考虑为是二次锂离子系统的活性材料。能够嵌入锂的碳基材料例如石墨碳或非石墨碳材料在这方面是二次锂离子系统的负电极的特别的现有技术。还可以使用能够与锂形成合金的金属和半金属材料。因此，元素锡、锑和硅例如能够与锂形成金属间相。碳基活性材料特别地也可以与金属和/或半金属材料组合。例如，锂金属氧化物化合物和锂金属磷酸盐化合物例如LiCoO2和LiFePO4被考虑用作二次锂离子系统的正电极。具有的分子式为LiNixMnyCozO2(其中x+y+z通常为1)的锂镍锰钴氧化物(NMC)、具有的分子式为LiMn2O4的锂锰氧化物(LMO)或具有的分子式为LiNixCoyAlzO2(其中x+y+z通常为1)的锂镍钴铝氧化物(NCA)也特别适用。也可以使用所述材料的混合物。电极粘结剂和导体可以首先作为电化学非活性组分提及。电极粘结剂确保电极的机械稳定性，并在由电化学活性材料构成的粒子之间形成接触以及在粒子与集流器之间形成接触。例如碳黑等导体用来增加电极的电导率。多孔塑料膜，例如由聚烯烃或聚醚酮构成的多孔塑料膜，被特别地考虑用作锂离子电芯的隔膜。也可以使用由这些材料构成的无纺布和织物。锂离子电芯可以例如包含有机碳酸盐的混合物，其中锂盐(例如四氟硼酸锂)作为离子传导电解质溶解。锂离子电芯的电极和隔膜优选用电解质浸渍。例如在WO2010/146154A2和WO2010/089152A1中描述了具有锂离子基卷绕复合体的钮扣电芯，该卷绕复合体通过以螺旋方式卷绕条形电极和至少一个条形隔膜而制成。所描述的复合体被布置在通常由镀镍钢或金属板构成的金属壳体中。所述金属壳体材料特别适用于制造钮扣电芯壳体。纽扣电芯壳体通常由杯形壳体部分构成，杯形壳体部分采用深冲过程制造，厚度范围在100µm至300µm之间。这对于镀镍钢或金属板来说可能没有问题。然而，这种情况下的一个问题是，由这种材料构成的电芯壳体在与锂离子电芯的电极和电解质接触时容易腐蚀。因此，铝壳体通常用于汽车行业的锂离子电芯，由于铝壳体的钝化性质，该铝壳体具有足够的电化学稳定性。申请人试图以类似的方式，通过使非常薄的铝板成形来制造小型钮扣电芯壳体，但是这被证明在过程工程方面是非常具有挑战性的，因为与钢和金属板相比，铝的延展性较低。此外，在后续组装过程中获得的壳体部分由于其机械敏感性(铝是一种非常软的金属)而非常难以处理。在另一种方案中，将一侧上涂有铝的钢金属板作为制造钮扣电芯壳体的原材料。这产生了比铝板的情况更好的结果。然而，铝涂层导致所使用的深冲工具高度磨损，这种磨损作用于工具并导致问题。
技术实现思路
本专利技术基于为所述问题提供解决方案的目的。为了实现该目的，本专利技术提出了具有权利要求1所提到特征的二次锂电池和具有权利要求10的特征的方法。本专利技术的优选实施例是从属权利要求的主题。根据本专利技术的锂电池总是以下面特征为特点：a.它包括封闭内部的壳体。b.它包括布置在内部的复合体，并且该复合体包括至少一个正电极和至少一个负电极以及至少一个隔膜。c.壳体包括金属壳体部分，该金属壳体部分具有面向该内部的内侧和背离该内部的外侧。d.金属壳体部分包括：·由铝或铝合金构成的第一层，优选形成金属壳体部分的内侧，以及·与第一层直接接触的第二层，其由镍或镍合金构成，形成金属壳体部分的外侧。优选地，金属壳体部分仅包括第一层和第二层，而不再包括其他层。更优选地，金属壳体部分由第一层和第二层构成。因此，根据本专利技术的电池的特点在于完全不用不锈钢和钢板制造的壳体部分。而是它优选仅由铝或铝合金和镍或镍合金构成。已经令人惊讶地确定，由镍或镍合金构成的第二层给予金属壳体部分机械稳定性，这是先前没有预料到的。即使是厚度小于1µm的镍层也能确保其刚性显著增加，这意味着后续组装过程中的废品率能够大幅降低。此外，成型过程中出现的问题较少，特别是与上述磨损相关的问题。镍层的厚度能够以靶向方式设定，这将在下面进一步详细描述。镍或镍合金原则上也可以用选自包含金、银、铬、金合金、银合金和铬合金的组的金属材料替换。然而，镍和镍合金是优选的。锂电池优选地特点在于就在下面的附加特征a.和b.中的至少一个：a.由铝或铝合金构成的第一层具有的厚度在10µm至1500µm的范围内，优选在50µm至1000µm的范围内，特别是在50µm至500µm的范围内，特别优选在50µm至150µm的范围内。b.由镍或镍合金构成的第二层具有的厚度在0.1µm至100µm的范围内，优选在0.1µm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二次锂电池(100)，其具有以下特征：/na. 电池包括封闭内部(111)的壳体，/nb. 电池包括复合体(104)，所述复合体布置在所述内部(111)中并且包括至少一个正电极(105)和至少一个负电极(106)以及至少一个隔膜(112)，/nc. 所述壳体包括金属壳体部分(102)，其具有面向所述内部(111)的内侧和背离所述内部(111)的外侧，/nd. 所述金属壳体部分(102)包括：/n·由铝或铝合金构成的第一层(109)，其优选形成所述金属壳体部分(102)的内侧，以及/n·与第一层(109)直接接触的第二层(110)，其由镍或镍合金构成，形成所述金属壳体部分(102)的外侧。/n

【技术特征摘要】
20191010 EP 19202405.71.二次锂电池(100)，其具有以下特征：
a.电池包括封闭内部(111)的壳体，
b.电池包括复合体(104)，所述复合体布置在所述内部(111)中并且包括至少一个正电极(105)和至少一个负电极(106)以及至少一个隔膜(112)，
c.所述壳体包括金属壳体部分(102)，其具有面向所述内部(111)的内侧和背离所述内部(111)的外侧，
d.所述金属壳体部分(102)包括：
·由铝或铝合金构成的第一层(109)，其优选形成所述金属壳体部分(102)的内侧，以及
·与第一层(109)直接接触的第二层(110)，其由镍或镍合金构成，形成所述金属壳体部分(102)的外侧。


2.根据权利要求1所述的锂电池，具有以下附加特征：
a.由铝或铝合金构成的第一层(109)具有的厚度在10µm至1500µm的范围内，
b.由镍或镍合金构成的第二层(110)具有的厚度在0.1µm至100µm的范围内。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的锂电池，具有以下附加特征：
a.所述复合体(104)包括堆叠形式或卷绕形式的电极(105，106)，
b.电极(105，106)被设计成能够可逆地储存和释放锂离子，
c.电极(105，106)各自包括部分被活性材料覆盖的集流器，
d.正电极(105)电连接到所述金属壳体部分(102)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂电池，具有以下附加特征：
a.所述壳体包括作为第一壳体部分的金属壳体部分(102)和作为第二壳体部分的另一金属壳体部分(101)，
b.第一壳体部分和第二壳体部分(102，101)都设计成杯形，并且每个都具有圆形或椭圆形基部和环形侧壁，
c.第一壳体部分和第二壳体部分(102，101)通过具有电绝缘性质的环形密封件(103)彼此电隔离，
d.第一壳体部分(102)电连接到所述正电极(105)，并且第二壳体部分(101)电连接到所述负电极(106)。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的锂电池，具有以下附加特征：
a.所述壳体包括作为第一壳体部分的金属壳体部分和作为第二壳体部分的另一金属壳体部分，
b.第一壳体部分具有杯形设计，并且具有圆形基部和环形侧壁，而第二壳体部分被设计为圆盘，
c.第一壳体部分和第二壳体部分通过具有电绝缘性质的环形密封件彼此电隔离，
d.第一壳体部分电连接到所述正电极，并且第二壳体部分电连接到所述负电极。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：CC·菲舍尔，G·基利巴达，B·克赖德勒，S·舍贝斯塔，
申请(专利权)人：瓦尔达微电池有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE