[发明专利]用于原电池的由碳纤维增强塑料制成的具有防潮层的壳体，原电池、蓄电池和机动车

说明书

技术领域

本发明涉及用于原电池的壳体，原电池，蓄电池和机动车。

背景技术

无论是在固定应用中，例如在风力发电设备中，在机动车内，例如在混合动力车辆和电动车辆，还是在消费者领域，例如在笔记本电脑和移动电话中，经常在安全性，可靠性，性能和使用寿命方面对所使用的蓄电池系统提出较高的要求。

蓄电池-单池的使用寿命的一个重要的参数是能量密度或电容量，此外由电动机驱动的车辆的行程长度也取决于电容量。电容量在重量上也可以通过每公斤瓦小时(Wh/kg)表示。

蓄电池-单池的电容量或额定-电容量是由蓄电池-单池的所谓的活性材料决定。例如在锂离子单池的情况下这是正极中的锂化的金属氧化物和负极中的石墨或碳。此外，在单池中所谓的惰性-材料像分离器和电极粘合剂对于单体电池的功能也是必需的。为了优化能量密度人们致力于减少惰性的单池-材料部分，其中也包括单池的壳体，以便相应地提高能量密度。

尤其地，锂离子工艺特别适合于广泛的应用领域。此外，锂离子工艺的突出之处体现在能量密度高和自放电极低。锂离子单池拥有至少一个正电极和负电极(正极和阴极)，能够可逆地嵌入(Intercalation)或重新脱嵌(Deintercalation)锂离子(Li+)。第二种具有吸引力的蓄电池-系统是可重复充电的金属锂-系统。在这里负极由锂-金属制成和正极活性材料例如以具有层结构的过渡金属氧化物像锂的二氧化钴(LiCoO2)为基础。

为了执行锂离子的嵌入或锂离子的脱嵌，必需存在电解液成分，所谓的锂-导电盐。实际上对于全部当前的锂离子单体电池，无论是在消费者领域(移动电话，MP3-播放器或强大工具)还是在汽车领域(混合动力汽车-HEV)插入式混合动力汽车(PHEV)和电动汽车(EV)中都使用六氟磷酸锂(LiPF6)作为锂-导电盐。所述LiPF6对于潮湿特别活泼，经多级水解分裂成氟氢(HF)。

为了防止由于导电盐的水解分裂产生的潮湿锂离子单池受到损坏，按照背景技术使用具有通常为金属薄膜或金属片形式的金属部分的壳体，其中金属薄膜或金属片基本上表示对空气潮湿的阻隔。其中可划分为所谓的具有薄膜包装的软包和硬的，金属壳体(硬盒)内的单池，所述单池通常被设计为棱形和圆柱体形。所述硬的金属壳体可以是例如由铝和通过冷拉深工艺制成。在这个领域中还未显示使用过塑料，这是因为相对于潮湿塑料通常具有某种穿透性。

但是，与塑料相比，硬盒，例如由铝或优质钢制造的硬盒在体积相同的情况下更重。但是由于追求在单池层面上提高特殊的能量密度，尽可能地减少惰性材料的份额。

此外，按照自然规律由金属制成的壳体对外是导电的。能够例如容易地引起在连接的基础-单池之间的高压-蓄电池-系统内的电绝缘问题。

在机械作用的情况下，尤其在由碎裂或类似事件造成金属壳体毁坏这种事故过程中，金属壳体可能在单池中造成内部短路。这可能导致剧烈地变热，单池打开，单池组件的冒烟，形成火焰或甚至发生爆炸。例如当单池处于充满电的状态的时，尤其要注意观察。

至于如何降低蓄电池内的惰性材料的份额，从DE 10 2008 023 571 A1中已知一种用于固定单池的壳体的壳体薄膜，所述薄膜由聚烯烃或类似材料制成并且在其上面设置由有机硅化合物制成的防潮层。但是相应地设计的壳体同样易于受到对损坏和由此导致的危险。

也可以通过并联连接或串联连接将各个单池连接成蓄电池模块并再连接成蓄电池组。其中根据定义一个蓄电池是由至少两个已连接的单池组成。在以下单池和蓄电池这些概念不会作为同义词使用。但是相反，蓄电池，蓄电池系统，蓄电池模块和蓄电池组将继续同义地使用。

发明内容

按照本发明将提供一种用于原电池的壳体，所述壳体由碳纤维增强塑料(CFK)制成并且配置有防潮层。

优选地，原电池涉及一种锂离子电池或可重复充电的锂电池，所述电池基于通常使用的活性材料尤其能够防潮。但是按照本发明的壳体也可以用于其它电池类型。

专业人士从背景技术中已知适用的碳纤维增强塑料。其中优选使用热塑性塑料并且尤其是聚烯烃和尤其优选聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)或它们的共聚物。另一种特别优选的塑料是聚苯硫醚(PPS)。

专业人士已知具有相应的成型和长度的适用的碳纤维。

所述的碳纤维增强塑料拥有良好的耐热性，优秀的抗化学性和机械稳定性。