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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
elektrochemischen Zelle.
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Aus
der
DE 600 04 118
T2 ist ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen
Zelle bekannt. Die elektrochemische Zelle umfasst Kontaktnasen,
welche eine elektrische Verbindung zwischen dem Zellinneren und
dem Zelläußeren herstellen. Das Zellgehäuse
ist zweiteilig ausgebildet und weist eine obere Abdichtlage und
eine untere Abdichtlage auf, die jeweils eine laminatartige Struktur
zum Abdichten der elektrochemischen Zelle entlang von Abdichtrinnen
bildet. Die Abdichtlagen weisen zumindest drei Schichten auf, wobei
eine Polymerschicht, eine Metallschicht und eine Klebeschicht vorgesehen sind.
Die Nasen wirken als Barrieren zwischen den Klebeschichten und verhindern
die Bildung einer optimalen hermetischen Abdichtung zwischen diesen Schichten.
Zur besseren Abdichtung im Bereich der Kontaktnasen wird eine Vorbehandlung
der Kontaktnasen vor dem Verschließen des Zellgehäuses
vorgenommen. Dabei werden Harzfolien an die Kontaktnasen angeformt.
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Elektrochemische
Zellen besitzen als wichtiges Funktionselement Stromableiter, die
die elektrische Energie von den Elektroden im Inneren der elektrochemischen
Zelle nach außen leiten. Eine gute Abdichtung zwischen
den Stromableitern und der Umhüllung der elektrochemischen
Zelle ist dabei erforderlich, da ansonsten Material vom Batteriezelleninneren,
insbesondere Elektrolytmaterial oder Reaktionsprodukte des Elektrolyten,
nach außen treten können. Bei Lithium-Ionen-Zellen
ist die Abdichtung besonders wichtig, da eindringende Feuchtigkeit
die elektrochemischen Zellen irreversibel schädigen oder
funktionsuntauglich machen kann.
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Für
die Umhüllung einer elektrochemischen Zeile kann eine Verbundfolie
verwendet werden, welche eine Metallschicht, insbesondere eine Aluminiumschicht
umfassen kann. Die Verbundfolie hat üblicherweise auf ihrer
Innenseite eine heißsiegelfähige Polymerschicht.
Diese Schicht kann eine Querschnittsdicke von deutlich unter 100 μm
aufweisen. Beim Verschließen der elektrochemischen Zelle
wird durch ein geeignetes Heißsiegelwerkzeug eine gut haftende
Verbindung zwischen den Siegelschichten zweier Verbundfolien erreicht.
Bei der Siegelung an den Ableitern ist jedoch zu beachten, dass
die Haftung der Siegelschicht auf dem Metall des Stromableiters
ausreichend stabil ist und trotz chemischer Einwirkung von den in
der elektrochemischen Zelle verwendeten Elektrolyten eine Sicherung
gegen Ablösen der Siegelschicht an dem Stromableiter erhalten
bleibt.
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Grundsätzlich
bedarf die Abdichtung im Bereich der Stromableiter eine besondere
Aufmerksamkeit, insbesondere wenn die Verbundfolie eine relativ dünne
Polymerschicht als Siegelschicht aufweist, welche Dickenunterschiede
am Ableiter nicht zuverlässig ausgleichen kann. Da ein
Stromableiter gegebenenfalls eine Schichtdicke von mehr als 0,2
mm aufweisen kann besteht grundsätzlich die Gefahr, dass
sich im Bereich der Stromableiter Lücken in der Umhüllung
bilden, die zu Undichtigkeiten der elektrochemischen Zelle führen
können.
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1 zeigt
ausschnittsweise eine elektrochemische Zelle nach dem Stand der
Technik. Darin ist ausschnittsweise die Umhüllung 2 einer
elektrochemischen Zelle 1 gezeigt, welche aus zwei Umhüllungsteilen 3 gebildet
ist. Jedes Umhüllungsteil 3 weist einen umlaufenden
Nahtabschnitt 4 auf, wobei die beiden Umhüllungsteile 3 größtenteils
an Nahtflächen 5 des Nahtabschnitts 4 miteinander
in Anlage sind. In einem Bereich der Stromableiterdurchführung 6erstreckt
sich ein Stromableiter 7 durch die Umhüllung 2 hindurch.
Die Umhüllung schmiegt sich beim Verschließen
an den Stromableiter 7 an, so dass sich im Bereich der
Stromableiterdurchführung 6 Stufen an den Nahtstellen
ergeben können.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
einer verbesserten elektrochemischen Zelle bereitzustellen. Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
1.
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Die
herzustellende elektrochemische Zelle umfasst zumindest einen Elektrodenstapel,
der innerhalb einer Umhüllung der elektrochemischen Zelle
aufgenommen ist. Die Umhüllung weist dabei zumindest zwei
Umhüllungsteile auf, wobei die Umhüllungsteile
jeweils zumindest eine Nahtfläche haben, an denen die Umhüllungsteile
zumindest teilweise miteinander in Anlage gebracht werden können. Beim
Herstellen der elektrochemischen Zelle wird eine definierte Menge
von Zusatzsiegelmittel zumindest mittelbar auf einen begrenzten
Abschnitt der Nahtfläche zumindest eines der Umhüllungsteile
angebracht. Ferner wird die Nahtfläche eines der Umhüllungsteile
an die Nahtfläche eines der anderen Umhüllungsteile
angelegt. Das Anbringen der definierten Menge von Zusatzsiegelmittel
an die Nahtfläche kann entweder vor dem Anlegen der Nahtfläche eines
der Umhüllungsteile an die Nahtfläche eines der
anderen Umhüllungsteile erfolgen oder gleichzeitig erfolgen.
Beim gleichzeitigen Anbringen wird die definierte Menge von Zusatzsiegelmittel
zugleich an die Nahtflächen von zwei oder mehreren Umhüllungsteilen
angebracht. Anschließend, also nach dem eine definierte
Menge von Zusatzsiegelmittel an die Nahtfläche zumindest
eines der Umhüllungsteile angebracht wurde und nachdem
die Nahtfläche eines der Umhüllungsteile an die
Nahtfläche eines anderen der Umhüllungsteile angebracht
wurde, wird an die Nahtflächen Wärme aufgebracht.
Durch das Aufbringen von Wärme kann ein Versiegeln der
aneinanderangelegten Nahtflächen der unterschiedlichen Umhüllungsteile
erfolgen. Ferner kann ein Versiegeln der Nahtflächen mit
der definierten Menge von Zusatzsiegelmittel mit der Nahtfläche
erfolgen. Dafür wird vorzugsweise an der jeweils zu versiegelnden Stelle
Wärme in dem Maße aufgebracht, dass die jeweils
zu versiegelnden Bereiche auf eine Temperatur erwärmt werden,
die größer ist als die jeweiligen Schmelztemperaturen
zumindest eines Werkstoffs an den zu versiegelnden Abschnitten.
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Durch
das Aufbringen von Zusatzsiegelmittel kann die Abdichtung der Umhüllung
verbessert werden, insbesondere in Bereichen der Umhüllung,
die einer erhöhten Beanspruchung, insbesondere einer erhöhten
mechanischen Beanspruchung, ausgesetzt sind, oder in Bereichen,
die aufgrund ihrer geometrischen Formgebung mittels der Umhüllung
nur unzureichend zuverlässig abgedichtet werden können.
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Unter
Zusatzsiegelmittel kann ein Material verstanden werden, welches
geeignet ist, eine stoffschlüssige Verbindung zwischen
unterschiedlichen Bauteilen, insbesondere unterschiedlichen Umhüllungsteilen,
herzustellen. Das Zusatzsiegelmittel kann dabei zur Abdichtung von
zumindest Abschnitten von Spalten zwischen den Umhüllungsteilen
dienen.
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Unter
einer definierten Menge von Zusatzsiegelmittel ist dabei insbesondere
eine solche Menge zu verstehen, die als notwendig und/oder zumindest
nützlich zur verbesserten Abdichtung eines Bereichs der
Umhüllung angesehen werden kann. Unter einem begrenzten
Abschnitt der Nahtstelle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung
insbesondere ein Abschnitt zu verstehen, der sich insbesondere nicht
auf die gesamte Nahtfläche erstreckt. Der Umfang des begrenzten
Abschnitts beträgt insbesondere maximal die Hälfte
der Nahtfläche, insbesondere maximal ¼ der Nahtfläche,
insbesondere maximal 10% der Nahtfläche. Insbesondere erstreckt
sich der begrenzte Abschnitt auf einen Bereich der Nahtfläche,
welcher insbesondere aufgrund der geometrischen Bedingungen und/oder
der mechanischen Belastung verstärkt zu einer Lückenbildung,
das heißt zu einer Bildung von undichten Stellen im Nahtbereich,
neigen kann. Der begrenzte Abschnitt kann insbesondere ein solcher
Abschnitt der Nahtfläche sein, der zur Anlage mit einem
die Umhüllung durchdringenden Stromableiter vorgesehen
ist. Ferner kann der abgegrenzte Bereich ein Teilbereich des vorgenannten
Abschnitts sein.
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Im
Sinne der Erfindung ist unter einer elektrochemischen Zelle eine
Vorrichtung zu verstehen, welche auch wenigstens einen Elektrodenstapel
umfasst. Die elektrochemische Zelle umfasst darüber hinaus
eine Umhüllung, die den Elektrodenstapel gegenüber
einer Umgebung der elektrochemischen Zelle gas- und flüssigkeitsdicht
abdichtet. Üblicherweise ist zumindest ein Stromableiter
vorgesehen, welcher sich aus der Umhüllung erstreckt.
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Im
Sinne der Erfindung ist unter einem Elektrodenstapel eine Einrichtung
zu verstehen, welche als Baugruppe einer galvanischen Zelle auch
der Speicherung chemischer Energie und zur Abgabe elektrischer Energie
dient. Vor der Abgabe elektrischer Energie wird gespeicherte chemische
Energie in elektrische Energie gewandelt. Während des Ladens
wird die dem Elektrodenstapel bzw. der galvanischen Zelle zugeführte
elektrische Energie in chemische Energie gewandelt und abgespeichert.
Dazu weist der Elektrodenstapel mehrere Schichten auf, wenigstens
eine Anodenschicht, eine Kathodenschicht und eine Separatorschicht.
Die Schichten sind übereinander gelegt bzw. gestapelt,
wobei die Separatorschicht wenigstens teilweise zwischen einer Anodenschicht
und einer Kathodenschicht angeordnet ist. Vorzugsweise wiederholt
sich diese Abfolge der Schichten innerhalb des Elektrodenstapels mehrfach.
Bevorzugt sind einige Elektroden miteinander insbesondere elektrisch
verbunden, insbesondere parallel geschaltet. Vorzugsweise sind die Schichten
zu einem Elektrodenwickel aufgewickelt. Nachfolgend wird der Begriff „Elektrodenstapel” auch für
Elektrodenwickel verwendet.
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Unter
Umhüllung ist im Rahmen der Erfindung eine zumindest teilweise
Begrenzung zu verstehen, welche den Elektrodenstapel nach außen
hin abgrenzt. Die Umhüllung ist vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht,
so dass ein Materialaustausch mit der Umgebung nicht stattfinden
kann. Die Elektrodenstapel sind innerhalb der Umhüllung
angeordnet. Wenigstens ein Stromableiter, insbesondere zwei Stromableiter
erstrecken sich aus der Umhüllung hinaus und dienen zum
Anschließen der Elektrodenstapel. Die nach außen
sich erstreckenden Stromableiter stellen dabei vorzugsweise den
Pluspolanschluss und den Minuspolanschluss der Batteriezelle dar.
Jedoch können sich auch mehrere Stromableiter aus der Umhüllung
erstrecken, insbesondere vier Stromableiter. Wenn die Batteriezelle
dabei zwei Elektrodenstapel aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet
sind, so sind zwei Elektroden unterschiedlicher Elektrodenstapel
miteinander verbunden.
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Ein
Stromableiter ist dabei ein Element, welches aus einem stromleitenden
Material hergestellt ist. Es dient zur Leitung von Strom zwischen
zwei geometrisch von einander getrennten Punkten. Im vorliegenden
Fall ist ein Stromableiter mit einem Elektrodenstapel verbunden.
Vorzugsweise ist der Stromableiter dabei mit allen gleichartigen
Elektroden eines Elektrodenstapels verbunden, d. h. entweder mit
den Kathoden oder mit den Anoden. Es ist selbstverständlich,
dass ein Stromableiter nicht mit den Kathoden und Anoden eines Elektrodenstapels
gleichzeitig verbunden ist, da dies zu einem Kurzschluss führen würde.
Jedoch kann ein Stromableiter mit unterschiedlichen Elektroden von
unterschiedlichen Elektrodenstapeln verbunden sein, so z. B. bei
einer Reihenschaltung der beiden Elektrodenstapel. Wenigstens ein
Stromableiter erstreckt sich aus der Umhüllung und kann
dabei zum Anschließen der Batteriezellen nach außen
dienen. Der Stromableiter kann mit einer oder mehreren Elektroden
einstückig ausgebildet sein. Eine Abgrenzung zwischen Stromableiter
und Elektrode kann darin gesehen werden, dass der Stromableiter
insbesondere nicht mit aktivem Elektrodenmaterial beschichtet ist.
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Vorzugsweise
kann das Zusatzsiegelmittel während des Aufbringens von
Wärme seine Form verändern. Dafür ist
das Zusatzsiegelmittel vorzugsweise aus einem schmelzfähigen
Werkstoff, insbesondere aus einem Polymerwerkstoff hergestellt. Durch
die Formänderung während des Aufbringens von Wärme
kann das Zusatzsiegelmittel vorzugsweise in stoffschlüssigem
Kontakt mit der Nahtfläche zumindest eines der Umhüllungsteile,
insbesondere beider Umhüllungsteile geraten. Dabei kann
sich vorzugsweise ein Anschmiegen des Zusatzsiegelmittels an die
Kontur der Nahtfläche ergeben. Ferner kann sich auch ein
Anschmiegen der Nahtfläche an das Zusatzsiegelmittel ergeben.
Hierdurch kann sich eine verbesserte Dichtwirkung der Umhüllung
im begrenzten Abschnitt der Nahtfläche ergeben.
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Vorzugsweise
sind die Nahtflächen unmittelbar an einem der Umhüllungsteile
angeordnet. Dabei können die Umhüllungsteile unmittelbar
mit einem anderen Bauteil in Anlage geraten und an den unmittelbar
an den Umhüllungsteilen angeordneten Nahtflächen
miteinander gas- und/oder flüssigkeitsdicht verbunden werden.
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Alternativ
hierzu kann die Nahtfläche zumindest am begrenzten Abschnitt
zumindest teilweise an einem zum Umhüllungsteil separaten
Vorsiegelelement angeordnet sein. Das Vorsiegelelement ist zumindest
einem der Umhüllungsteile zugeordnet und stellt dann die
Nahtfläche zu diesem Umhüllungsteil bereit. Das
Vorsiegelelement selbst kann wiederum vorzugsweise dichtend mit
dem Umhüllungsteil verbunden werden. Das Vorsiegelelement
kann vorzugsweise in Form einer Vorsiegelfolie ausgebildet sein.
Das Vorsiegelelement kann jeweils einem einzelnen Umhüllungsteil
zugeordnet sein. Ferner kann das Vorsiegelelement auch zugleich
zwei Umhüllungsteilen zugeordnet sein. In diesem Falle
kann das Vorsiegelelement die Nahtflächen beider Umhüllungsteile
zumindest abschnittsweise bereitstellen. Dabei kann das Vorsiegelelement
zumindest nach seiner vollständigen Herstellung bzw. Anordnung
an den Umhüllungsteilen eine Ausnehmung aufweisen. Durch
eine derartige Ausnehmung kann insbesondere ein Stromableiter hindurchgeführt
werden. Die Anlagefläche des Vorsiegelelements an dem Stromableiter
stellt in einem derartigen Anwendungsfall die Nahtfläche
zumindest eines Umhüllungsteils dar. Das separate Vorsiegelelement
wird in einem weiteren Verfahrensschritt mit zumindest einem der
Umhüllungsteile verbunden, vorzugsweise fest verbunden.
Es kann darüber hinaus mit zwei Umhüllungsteilen
verbunden werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform werden in dem begrenzten
Abschnitt die Nahtflächen zumindest zweier Umhüllungsteile
gemeinsam an einem separaten Vorsiegelelement, insbesondere einer
Vorsiegelfolie, angeordnet. Dabei wird ein Stromableiter zusammen
mit dem Zusatzsiegelmittel von dem Vorsiegelelement zumindest teilweise
umschlossen. Anschließend wird der Stromableiter zusammen
mit dem Vorsiegelelement in Anlage mit zumindest einem der Umhüllungsteile
gebracht. Anschließend wird der Stromableiter zusammen
mit dem Zusatzsiegelmittel und dem Vorsiegelelement in Anlage mit
dem anderen der Umhüllungsteile gebracht. Das Vorsiegelelement
kann, muss aber nicht, einstückig ausgebildet sein. Insbesondere
kann das Vorsiegelelement zweistückig ausgebildet sein.
Das Vorsiegelelement kann aus einer Vorsiegelfolie hergestellt sein,
welches sich wie ein Klebeband um einen Stromableiter herum wickeln
lässt. Das Vorsiegelelement kann aber auch aus zwei oder
mehreren getrennten Abschnitten einer Vorsiegelfolie hergestellt
sein. Dabei kann ein Abschnitt der Vorsiegelfolie zunächst
auf einer Seite des Stromableiters, insbesondere auf einer Ableiterbreitseite,
angeordnet werden. Anschließend wird ein weiterer Abschnitt
der Vorsiegelfolie auf der anderen Seite des Stromableiters, insbesondere
der anderen Ableiterbreitseite angebracht. An den Ableiterschmalseiten überlappen die
jeweiligen Abschnitte der Vorsiegelfolie den Stromableiter. Dabei
können die separaten Vorsiegelfolien miteinander in Anlage
geraten und dichtend miteinander verschlossen werden. In einem derartigen
Ausführungsbeispiel sind die Nahtflächen, die
in diesem Falle durch die dem Stromableiter zugewandten Flächen
des Vorsiegelelements gebildet sind, bereits in Anlage mit dem Stromableiter
bzw. mit einer dem jeweils anderen Umhüllungsteil zugeordneten
Nahtfläche, bevor die Umhüllungsteile selbst in Anlage
mit dem Vorsiegelelement sind.
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Vorzugsweise
sind die Nahtflächen und das Zusatzsiegelmittel aus einem ähnlichen
Werkstoff, insbesondere aus einem identischem Werkstoff hergestellt.
Unter zwei ähnlichen Werkstoffen sind dabei insbesondere
derartige Werkstoffkombinationen gemeint, zwischen welchen grundsätzlich
eine stoffschlüssige Verbindung ohne den Zusatz von weiteren
separaten Klebe- oder Verbindungsmitteln möglich ist. Bei
der bevorzugten Benutzung von einem identischen Werkstoff für
die Nahtflächen und für das Zusatzsiegelmittel,
insbesondere auf Polymerbasis, kann die stoffschlüssige
Verbindung günstig und zuverlässig hergestellt
werden.
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Vorzugsweise
weist die Nahtfläche am begrenzten Abschnitt eine unebene
Kontur auf. Grundsätzlich kann die Nahtfläche
zumindest größtenteils in einer Ebene angeordnet
sein. Bei Abschnitten der Nahtfläche, welche aus dieser
Ebene herausragen, welche also zumindest abschnittsweise eine unebene
Kontur aufweisen, können besondere Anforderung an die Qualität
der Siegelung gestellt werden. Insbesondere an derartigen unebenen
Konturen der Nahtflächen ist es günstig, wenn
die elektrochemische Zelle mittels eines oben dargestellten Verfahrens
unter Verwendung eines Zusatzsiegelmittels hergestellt wird.
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Vorzugsweise
wird das Zusatzsiegelmittel zumindest in mittelbare Anlage zu einem
Stromableiter, insbesondere zu einer Ableiterschmalseite eines Stromableiters
gebracht. Unter Ableiterschmalseite ist dabei eine seitliche Begrenzungsfläche
des Stromableiters im Bereich der Ableiterdurchführung gemeint,
welche kleiner ist als eine andere Seite des Stromableiters in diesem
Bereich. Die andere, breitere Seite des Stromableiters wird als
Ableiterbreitseite bezeichnet. Die Nahtfläche ist zumindest
größtenteils in einer Ebene angeordnet, welche
parallel zur Ableiterbreitseite ausgerichtet ist. Daher kann sich
im Bereich der Ableiterschmalseite eine Stufe ergeben, welche durch
eine Siegelung vorzugsweise auszugleichen ist. Wenn das Zusatzsiegelmittel
zumindest mittelbar in Anlage zu der Ableiterschmalseite ist, kann
das Zusatzsiegelmittel diese Stufe ausgleichen und dabei insbesondere
ein stetiges Führen der Nahtfläche im Bereich
der Ableiterschmalseite begünstigen. Kantige und/oder stufige
Ausbildungen der Nahtfläche können folglich verringert
oder vermieden werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang
mit den Figuren. Es zeigt:
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1 ausschnittsweise
den Siegelbereich im Bereich der Stromableiterdurchführung
einer elektrochemischen Zelle nach dem Stand der Technik,
a)
in Draufsicht,
b) im Querschnitt;
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2 ausschnittsweise
den Siegelbereich im Bereich der Stromableiterdurchführung
einer erfindungsgemäß hergestellten elektrochemischen Zelle
in einer ersten Ausführungsform,
a) vor der Wärmebehandlung,
b)
nach der Wärmebehandlung;
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3 ausschnittsweise
den Siegelbereich im Bereich der Stromableiterdurchführung
einer erfindungsgemäß hergestellten elektrochemischen Zelle
in einer zweiten Ausführungsform nach der Wärmebehandlung;
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4 zwei
auf einer Vorsiegelfolie angeordnete Stromableiter mit Zusatzsiegelmittel
in Draufsicht vor der Wärmebehandlung;
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5 ein
zwischen zwei Vorsiegelfolienabschnitten angeordneter Stromableiter
mit Zusatzsiegelmittel in Seitenansicht vor der Wärmebehandlung;
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6 ein
zwischen zwei Vorsiegelfolienabschnitten angeordneter Stromableiter
mit Zusatzsiegelmittel in perspektivischer Ansicht vor der Wärmebehandlung;
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7 ein
zwischen zwei Vorsiegelfolienabschnitten angeordneter Stromableiter
mit Zusatzsiegelmittel in perspektivischer Ansicht nach der Wärmebehandlung.
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2 zeigt
ausschnittsweise einen Nahtabschnitt 4 einer elektrochemischen
Zelle 1 während des erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahrens. Die elektrochemische Zelle 1 weist
eine Umhüllung 2 auf, wobei die Umhüllung 2 aus
zwei separaten Umhüllungsteilen 3 gebildet ist.
Jedes Umhüllungsteil 3 ist ein laminiertes Formteil,
welches aus einer mehrschichtigen Verbundfolie mittels eines Tiefziehprozesses
hergestellt wurde. An jeweiligen Nahtflächen 5 des
Nahtabschnitts 4 liegen die beiden Umhüllungsteile 3 aneinander
an.
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In
einem Bereich der Stromableiterdurchführung 6,
bei dem sich ein Stromableiter 7 durch die Umhüllung 2 von
einem Innenraum der elektrochemischen Zelle 1 nach außen
erstreckt, ist zwischen den Nahtflächen 5 der
beiden Umhüllungsteile 3 ein Stromableiter 7 angeordnet,
so dass die Nahtflächen 5 der beiden Umhüllungsteile 3 im
Bereich der Stromableiterdurchführung 6 nicht
direkt aneinander anliegen. Der Stromableiter 7 hat einen
rechteckigen Querschnitt mit einer Ableiterschmalseite 10 und
einer Ableiterbreitseite 11, wobei die Ableiterschmalseite 10 kleiner
ist als die Ableiterbreitseite 11. Die Ableiterschmalseiten 10 und
die Ableiterbreitseiten 11 erstrecken sich durch die Umhüllung 2 hindurch. Die
Nahtflächen 5 sind jeweils in einer Ebene E angeordnet,
wobei im Bereich der Ableiterdurchführung die Nahtfläche 5 aus
der Ebene E herausragt. Die Ableiterbreitseite 11 ist parallel
zur Ebene E ausgerichtet. Die Ableiterschmalseite 10 ist
senkrecht zur Ebene E ausgerichtet. In einem Übergangsabschnitt weist
die Nahtfläche 5 eine unebene Kontur auf.
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Es
ist in 2a) zu erkennen, dass im Bereich
der Stromableiterdurchführung 6 seitlich zum Stromableiter 7 eine
definierte Menge von Zusatzsiegelmittel angebracht ist. Diese definierte
Menge von Zusatzsiegelmittel 9 wird lediglich in den Bereich
der unebenen Kontur der Nahtfläche an die Nahtflächen 5 beider Umhüllungsteile 3 angebracht.
Der Bereich der unebenen Kontur stellt den begrenzten Abschnitt im
Sinne der vorliegenden Erfindung dar, wobei die Abgrenzung des begrenzten
Abschnittes fließend ist und sich nicht exakt anhand geometrischer
Fixpunkte der Umhüllungsteile festhalten lässt.
Das Anbringen der definierten Menge von Zusatzsiegelmitteln 9 kann
während der Herstellung der Umhüllung 2 dann geschehen,
wenn die Umhüllungsteile 3 noch nicht miteinander
in Anlage sind. Dabei wird zunächst die definierte Menge
von Zusatzsiegelmitteln 9 an die Nahtfläche 5 an
den begrenzten Abschnitt 8 des einen Umhüllungsteils 3 angebracht.
Anschließend wird das andere Umhüllungsteil 3 in
Anlage zu dem ersten Umhüllungsteil 3 gebracht,
wodurch dann die bereits vorgesehene Menge an Zusatzsiegelmitteln 9 auch
mit der Nahtfläche 5 des anderen Umhüllungsteils 3 in
Anlage gerät.
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2b) zeigt die Anordnung gemäß 2a), nachdem auf den Nahtabschnitt 4 der
elektrochemischen Zelle 1 Wärme aufgebracht wurde.
Es ist ein beheizbarer Siegelbalken 14 gezeigt, der eine Kontur
aufweist, welche der gewünschten Kontur der Nahtflächen 5 nach
der Wärmebehandlung entspricht. Durch das Aufbringen der
Wärme schmilzt das Zusatzsiegelmittel 9 zumindest
teilweise derart, dass es seine Form verändern kann. Berücksichtigt durch
die Form der Siegelbalken 14 schmiegt sich das Zusatzsiegelmittel 9 in
den Zwischenraum aus Ableiterschmalseite 10 und Nahtflächen 5 der
beiden Umhüllungsteile 3 an. Neben dem gezeigten
Siegelbalken 14 ist auf der anderen Seite der elektrochemischen
Zelle 1 ein weiterer nicht dargestellter Siegelbalken gezeigt,
der ebenfalls der Kontur der Nahtfläche 5 des
anderen Unhüllungsteils angepasst ist. Der Siegelbalken 14 ist
lediglich ausschnittsweise dargestellt. Der Siegelbalken 14 ist
jedoch derart ausgebildet, dass er in Anlage mit dem gesamten Nahtabschnitt 4 eines
der Umhüllungsteile 3 in Anlage geraten kann.
Ferner werden auch die Umhüllungsteile 3 durch
die Wärmeaufbringung elastisch verformbar und schmiegen
sich, insbesondere unter Einwirkung der Siegelbalken 14,
aneinander und an das Zusatzsiegelmittel 9 und an den Stromableiter 7 an.
Ferner wird eine Polymerschicht, welche auf einer Innenseite der
mittels Verbundfolie hergestellten Umhüllungsteile 3 angeordnet ist
geschmolzen und kann in stoffschlüssigen Kontakt mit dem
Zusatzsiegelmittel 9, mit der Ableiterbreitseite 11 des
Stromableiters 7 sowie mit einer entsprechenden Schicht
auf der Nahtfläche des anderen Unhüllungsteils 3 geraten.
Es entsteht die in 2b) gezeigte Anordnung,
bei der das Zusatzsiegelmittel 9 den Zwischenraum zwischen
Ableiterschmalseite 10 und Umhüllungsteilen 3 vollständig
aufnimmt und somit eine dichte Versiegelung herstellt. Dabei ist
zu erkennen, dass im Bereich der Stromableiterdurchführung 6 die
Nahtflächen 5 eine stetige Form aufweisen, ohne
dass dabei Ecken oder Sprünge in der Kontur der Nahtflächen 5 auftreten.
Die Umhüllung 2 weist hierdurch im Bereich der
Stromableiterdurchführung 6 eine zuverlässige
Stabilität und Sicherheit gegenüber einer unerwünschten
Leckage auf.
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In
dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die
Nahtfläche 5 stets unmittelbar an dem jeweiligen Umhüllungsteil 3 angeordnet.
Alternativ kann die Nahtfläche 5 auch nur abschnittsweise
unmittelbar an dem jeweiligen Unhüllungsteil 3 angeordnet
sein und abschnittsweise an einem separaten Vorsiegelelement 12 vorgesehen
sein, wie nachfolgend bezüglich der 3 näher
erläutert wird.
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Es
ist in 3 zu erkennen, dass die Umhüllungsteile 3 im
Bereich der Stromableiterdurchführung 6 mit dem
Stromableiter 7 und dem Zusatzsiegelmittel 9 nicht
in unmittelbare Anlage geraten. Vielmehr ist zwischen den Umhüllungsteilen 3 und
dem Stromableiter 7 und dem Zusatzsiegelmittel 9 ein
separates Vorsiegelelement in Form einer Vorsiegelfolie 12 angeordnet.
Die Vorsiegelfolie 12 stellt dabei die Nahtflächen 5 jeweils
eines der Umhüllungsteile 3 zumindest im begrenzten
Abschnitt 8 und im Bereich der Stromableiterdurchführung 6 bereit.
Die Nahtfläche 5, welche im vorliegenden Fall
abschnittsweise an einer Vorsiegelfolie 12 angeordnet ist,
ist in unmittelbarer Anlage zum Stromableiter 7 und dem Zusatzsiegelmittel 9.
Das Herstellungsverfahren, welches zu einer Anordnung wie in 3b) führen kann, ist in den nachfolgenden 4 bis 7 näher erläutert.
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Es
ist in 4 ein kontinuierliches Band 13 aus Vorsiegelfolie 12 gezeigt.
In vorgegebenen Abständen werden Stromableiter 7 auf
das kontinuierliche Band 13 aufgelegt. Anschließend
wird mittels einer Düse geschmolzenes, siegelfähiges
Polymer als Zusatzsiegelmittel auf das Band 13 aufgebracht.
Das Polymer kann faserförmig sein. Das Polymer kann im aufgebrachten
Zustand einen runden oder eckigen Querschnitt aufweisen. In einem
nächsten Verfahrensschritt, welcher in 5 gezeigt
ist, wird ein zweites Band 13 aus Vorsiegelfolie 12 auf
die andere Seite des Stromableiter 7 aufgebracht. Die beiden Ableiterbreitseiten 11 sind
nun beide mit Vorsiegelfolie 12 zumindest teilweise bedeckt.
Die Vorsiegelfolie 12, welche oben auf den Stromableiter 7 aufgelegt wird
ist deckungsgleich zu der Vorsiegelfolie 12 welche unten
an dem Stromableiter 7 angelegt ist. In einem weiteren
Schritt wird das Band 13 aus Vorsiegelfolie 12 seitlich
vom Stromableiter 7 und auch seitlich von dem Zusatzsiegelmittel 9 abgeschnitten.
In 6 ist der vorgenannte Zustand in perspektivischer
Darstellung gezeigt.
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Im
nächsten Verfahrensschritt wird der Siegelbalken gemäß 7 von
außen auf die Vorsiegelfolie 12 aufgebracht. Von
außen bedeutet in diesem Fall, dass der Siegelbalken von
der Seite an die Vorsiegelfolie herangefahren wird, die dem Stromableiter 7 abgewandt
ist. Der Siegelbalken kann weitgehend mit dem bezüglich 2 beschriebenen
Siegelbalken 14 übereinstimmen. Da jedoch die
zu Versiegelnden Flächen im Bereich der Vorsiegelfolie kleiner
sind als die zu Versiegelnden Flächen an der Umhüllung
gemäß 2, kann der Siegelbalken nunmehr
kleiner ausgebildet sein. Es erfolgt ein Zusammenpressen der Vorsiegelfolie 12,
wobei im Bereich des Stromableiters 7 und der Zusatzsiegelmittel 9 die
Vorsiegelfolie 12 jeweils in Anlage zum Stromableiter 7 bzw.
des Zusatzsiegelmittels 9 gerät. Außerhalb
dieses Bereiches geraten die beiden Vorsiegelfolien 12 unmittelbar
miteinander in Anlage.
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In
einem nächsten Verfahrensschritt kann ein so dargestellter
Verbund 15 aus Vorsiegelfolie 12, Zusatzsiegelmittel 9 und
Stromableiter 7 in den Bereich der Stromableiterdurchführung 6 zwischen
die beiden Umhüllungsteile 3 angelegt werden und
mit einer weiteren Versiegelung mit den Umhüllungsteilen 3 fest
verbunden werden. Das dazu angewendete Verfahren entspricht weitgehend
dem Verfahren, welches bezüglich 2 beschrieben
wurde mit der Maßgabe, dass an Stelle des Stromableiters 7 gemäß 2 nunmehr
der Verbund 15 in Anlage zu den Unhüllungsteilen 3 gebracht
wird. In diesem Verfahrensschritt ist eine Nahtfläche 5* unmittelbar
an den Umhüllungsteilen 3 angeordnet. An einen
begrenzten Abschnitt 8* der Nahtfläche 5* eines
der Umhüllungsteile 3 wird eine zweite definierte
Menge von Zusatzsiegelmittel 9* angebracht. Der begrenzte Abschnitt
ist dabei ein uneben ausgebildeter Bereich und entsprechend angrenzende
Bereiche der Nahtfläche 5*. Während einem
Aufbringen von Wärme kann das Zusatzsiegelmittel 9* zwischen
Nahtflächen 5* und dem Verbund 15 schmelzen
und in stoffschlüssige mit dem Verbund 15 und
den Umhüllungsteilen 3 geraten. Es ergeben sich
auch hier die Vorteile, die bezüglich der Verwendung von
Zusatzsiegelmittel bereits beschrieben wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrochemische
Zelle
- 2
- Umhüllung
- 3
- Umhüllungsteil
- 4
- Nahtabschnitt
- 5
- Nahtfläche
- 6
- Stromableiterdurchführung
- 7
- Stromableiter
- 8
- begrenzter
Abschnitt
- 9
- Zusatzsiegelmittel
- 10
- Ableiterschmalseite
- 11
- Ableiterbreitseite
- 12
- Vorsiegelfolie
- 13
- Band
- 14
- Siegelbalken
- 15
- Verbund
- E
- Ebene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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