DE102009035496A1 - Verfahren zum Herstellen einer bipolaren Rahmenflachzelle - Google Patents

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Jens Dr.-Ing. Meintschel
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Arnold Dr.-Ing. Lamm
Claus-Rupert Dr.-Ing. Hohenthanner
Jörg Dipl.-Chem. Dr. Kaiser
Sören Dipl.-Ing. Trantow
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Abstract

Ein Verfahren dient zum Herstellen einer bipolaren Rahmenflachzelle (1) für eine Batterie. Es umfasst die nachfolgenden Schritte: - in einem ersten Schritt wird auf einem Rahmen (3) ein erstes Hüllblech (2) fixiert oder vorfixiert; - in einem zweiten Schritt wird ein Stapel (5) aus Anodenfolien (8), Separatorfolien (7) und Kathodenfolien (6) in dem Rahmen (3) positioniert; - in einem dritten Schritt wird ein flüssiger Elektrolyt (E) in den Rahmen (3) eingefüllt; und - in einem vierten Schritt wird ein zweites Hüllblech (4) auf dem Rahmen (3) fixiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum herstellen einer bipolaren Rahmenflachzelle für eine Batterie.
  • Der Aufbau derartiger Rahmenflachzellen in bipolarer Bauweise ist bei Einzelzellen für Batterien bekannt und üblich. Die Batterie selbst ist dabei typischerweise aus einem Stapel von einzelnen derartigen Rahmenflachzellen aufgebaut. Durch die bipolare Bauweise der Rahmenflachzellen wird eine Kontaktierung der einzelnen Rahmenflachzellen beim Stapeln automatisch erreicht. Auf der einen Seite des Stapels liegt dann der eine Batteriepol, während auf der anderen Seite des Stapels der jeweils andere Batteriepol liegt. Beim typischen Aufbau als Lithium-Ionen-Batterie ist üblicherweise außerdem eine Kühleinrichtung vorgesehen, welche beispielsweise auf einer der Längsseiten des Stapels angeordnet ist. Die in den Rahmenflachzellen entstehende Wärme kann dann über Hüllbleche der Rahmenflachzellen abgeführt werden, welche diese Wärme in den Bereich einer Kühleinrichtung, beispielsweise einer gekühlten Platte, auf einer der Längsseiten der Batterie leiten.
  • Der typische Einsatzzweck für derartige Batterien liegt beispielsweise in hybridisierten oder teilhybridisierten Antriebssträngen in sogenannten Hybrid- oder Mildhybridfahrzeugen, jedoch auch in rein elektrisch angetrieben Fahrzeugen.
  • Jeder der einzelnen Rahmenflachzellen ist dabei aus einem isolierenden Rahmen und zwei elektrisch leitenden Hüllblechen auf jeder Seite des elektrisch isolierenden Rahmens aufgebaut. Im Inneren des elektrisch isolierenden Rahmens sind die aktiven Materialien angeordnet, insbesondere in Form von Anodenfolien und Kathodenfolien, welche von einem Separator elektrisch gegeneinander isoliert werden. Typischerweise können diese Folien hinsichtlich ihrer Polarität abwechselnd gestapelt werden, wobei jeweils ein Separator zwischen den Folien angeordnet wird. Die Folien werden dann in den Rahmen eingelegt. Die Rahmenflachzelle wird bei den Herstellungsverfahren gemäß dem Stand der Technik anschließend verschlossen und die Anoden- bzw. Kathodenfolien können mit dem jeweiligen Hüllblech verschweißt werden, wie es beispielsweise durch die nicht vorveröffentlichte deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2007 063 181.4 beschrieben ist.
  • Um die Rahmenflachzelle dann in ihren aktiven Zustand zu bringen, wird das Innere des Rahmens, in dem sich die Anoden- und Kathodenfolien befinden, außerdem mit einem Elektrolyten befüllt. Dieser Elektrolyt ist typischerweise ein flüssiger Elektrolyt, beispielsweise auf der Basis von Lithium-Ionen. Um diesen Elektrolyten in die Rahmenflachzelle einfüllen zu können, weist diese typischerweise eine Öffnung auf. In den meisten Fällen wird diese Öffnung im Bereich des Rahmens angeordnet. Sie wird nach dem Befüllen mit dem Elektrolyten entsprechend verschlossen, beispielsweise durch einen Blindniet oder eine Verschlussschraube. Es ist auch denkbar einen Stopfen in die Öffnung einzubringen und diesen entsprechend zu verkleben oder in den Rahmen einzuschmelzen.
  • Dieser Schritt bei der Herstellung ist vergleichsweise kompliziert und schafft im Bereich der Öffnung eine Schwachstelle im System, welche zu Leckagen neigt. Eine Leckage der Rahmenflachzelle, würde jedoch zu einem Auslaufen des Elektrolyten oder einen Eindringen von Feuchtigkeit, und damit zu einer Schädigung der Funktionalität der Rahmenflachzelle führen. Im Zweifelsfall kann es durch derartige Leckagen, welche insbesondere durch die Druck- und Temperaturschwankungen in einer Rahmenflachzelle noch verstärkt werden, zu einem Ausfall von Rahmenflachzellen kommen. Je nach Elektrolyt kann es außerdem ein Sicherheitsrisiko darstellen, wenn dieser frei in der Batterie herumläuft. Außerdem erfordert der Herstellungsschritt des Befüllens einen entsprechenden Aufwand sowie ein zusätzliches Bauteil und gegebenenfalls das Setzen einer Öffnung, beispielsweise durch bohren. All dies macht die Herstellung der Rahmenflachzelle aufwändiger und damit teurer.
  • Es ist nun die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Rahmenflachzelle für eine Batterie anzugeben, welches die oben genannten Nachteile vermeidet, und welches die Herstellung einer einfachen, kostengünstigen und ideal abgedichteten Rahmenflachzelle ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß diese Aufgabe durch das Verfahren mit den Herstellungsschritten in Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer bipolaren Rahmenflachzelle, deren prinzipieller Aufbau sich aus der oben bereits erwähnten nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2007 063 181.4 ergibt, welche hiermit in ihrer Gesamtheit in die Anmeldung mit aufgenommen wird, sieht vor, dass in einem ersten Schritt der Rahmen auf dem ersten Hüllblech fixiert oder zumindest vorfixiert wird. Diese Vorfixierung stellt sicher, dass eine so feste Verbindung entsteht, dass ein Elektrolyt in das Innere des Rahmens eingefüllt werden kann, ohne in den Bereich zwischen Hüllblech und Rahmen vorzudringen. Danach werden die Anoden- und Kathodenfolien als Stapel in dem Inneren des Rahmens positioniert. Sie können beispielsweise in den Rahmen eingestapelt werden, oder es kann ein vorgefertigter Stapel im Rahmen positioniert werden. Danach erfolgt das Befüllen des bisherigen Aufbaus mit dem flüssigen Elektrolyt, bevor die Rahmenflachzelle mit einem zweiten Hüllblech auf der Oberseite des offenen Rahmens abgeschlossen wird. Dieses zweite Hüllblech wird dort entsprechend fixiert, sodass ein dichter Aufbau entsteht.
  • Das Herstellungsverfahren hat dabei den Vorteil, dass es auf die nachträgliche Befüllung der Rahmenflachzelle mit dem Elektrolyten verzichtet. Dies spart einerseits den damit verbunden Herstellungsschritt ein, während es andererseits eine Öffnung, welche dann wieder verschlossen werden muss in dem Rahmen überflüssig macht. Der Aufbau hat damit eine Schwachstelle weniger, an welcher während des Betriebs der Rahmenflachzelle eine Undichtheit beziehungsweise eine Leckage auftreten könnte, welche zum Eindringen von Feuchtigkeit in die Rahmenflachzelle oder zum Auslaufen des Elektrolyten führen würde.
  • In einer besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist es dabei vorgesehen, dass der Rahmen zumindest im Bereich des Kontakts mit den Hüllblechen aus thermoplastischen Material ausgeführt ist, wobei die Hüllbleche durch Heißpressen mit dem Rahmen verschweißt werden. Dieser Aufbau erlaubt es in einem einfachen Montageschritt durch ein entsprechendes Verpressen der Hüllbleche mit dem Rahmen diesen Aufbau fest und sicher aneinander zu fixieren und ihn gegenüber der Umgebung dicht zu versiegeln.
  • In einer weiteren besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Stapel der Anodenfolien, Separatorfolien und Kathodenfolien vor dem Positionieren in dem Rahmen untereinander verbunden wird. Dann entsteht ein entsprechend gut zu handhabender Stapel aus den Folien, welcher leicht und einfach in dem Rahmen positioniert werden kann.
  • In einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung hiervon ist es ferner vorgesehen, dass dieser Stapel vor dem Positionieren in den Rahmen mit wenigstens einem der Hüllbleche verbunden wird. Dieses Verbinden mit dem Hüllblech, welches beispielsweise, wie aus dem oben erwähnten Stand der Technik bekannt, durch Laserschweißen erfolgen kann, kann auch vor der Positionierung der Hüllbleche und des Rahmens aufeinander erfolgen. Hierfür kann beispielsweise die Verbindung mit einem der Hüllbleche hergestellt werden, es ist jedoch auch denkbar bereits beide Hüllbleche mit dem Stapel aus Anodenfolien, Separatorfolien und Kathodenfolien zu verbinden. Es entsteht dann ein Aufbau, welcher bereits alle Bauteile inklusive des Rahmens umfasst, und welcher somit miteinander verbunden ist, dass er durch die Beweglichkeit der Folien entsprechend auseinandergezogen werden kann, sodass zwischen den Hüllblechen und dem Rahmen noch entsprechende Zwischenräume entstehen.
  • Es ist auch denkbar, diesen Verfahrensschritt des Verbindens erst dann durchzuführen, wenn der Rahmen bereits auf dem ersten Hüllblech fixiert oder vorfixiert ist. Dann entsteht ein entsprechender Aufbau bei welchem durch die Flexibilität der Folien lediglich das zweite Hüllblech noch in einem Abstand von dem Rahmen gehalten werden kann. Dieser Abstand von dem Rahmen reicht jedoch aus, um den Elektrolyten gemäß dem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren entsprechend einzufüllen, bevor in dem vierten Schritt auch das zweite Hüllblech mit dem Rahmen fixiert wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung der Rahmenflachzelle und der Verfahrensschritte bei ihrer Herstellung, anhand der beigefügten Figuren.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine Explosionsdarstellung einer bipolaren Rahmenflachzelle;
  • 2 einen Querschnitt durch einen Teil der montierten bipolaren Rahmenflachzelle;
  • 3 eine Ansicht einer Heißpressvorrichtung mit eingelegter Rahmenflachzelle;
  • 4 eine Schnittdarstellung einer Heißpressvorrichtung mit eingelegter Rahmenflachzelle in einer Vakuumkammer;
  • 5 eine Schnittdarstellung einer Heißpressvorrichtung mit verschlossener eingelegter Rahmenflachzelle in einer Vakuumkammer; und
  • 6 eine dreidimensionale Ansicht einer montierten Rahmenflachzelle.
  • In 1 ist eine bipolare Rahmenflachzelle in einer Explosionsdarstellung zu erkennen. Die Rahmenflachzelle 1 besteht dabei aus einem ersten Hüllblech 2, welches beispielsweise das Hüllblech 2 der Anodenseite bildet. Dieses erste Hüllblech 2 ist über einen elektrisch isolierenden Rahmen 3, welcher beispielsweise aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, von einem zweiten Hüllblech 4 getrennt, welches in diesem Beispiel dann das Hüllblech 4 der Kathodenseite wäre. Beide Hüllbleche 2, 4 weisen auf einer Seite entsprechende Abkantungen 2a, 4a auf. Diese Abkantungen 2a, 4a sind so ausgeführt, dass sie auf einer Seite des Rahmens 3 nebeneinander liegen, jedoch so, dass sie nicht in elektrischem Kontakt zueinander kommen. Der Sinn und die Aufgabe der Abkantungen 2a, 4a der jeweiligen Hüllbleche 2, 4 besteht nun darin, dass sie typischerweise auf der Seite angeordnet sind, auf der die Rahmenflachzelle 1 später, wenn mehrere der Rahmenflachzellen 1 zu einer Batterie gestapelt sind, mit einer entsprechenden Kühleinrichtung, beispielsweise einer Kühlplatte in Verbindung stehen. Die Abkantungen 2a, 4a der Hüllbleche 2, 4 sorgen nun dafür, dass der Kontakt der Hüllbleche 2, 4 zu der Kühlplatte eine vergleichsweise große Fläche aufweist, so dass von den Hüllblechen 2, 4 aus dem Inneren der Rahmenflachzelle 1 abgeleitete Wärme bestmöglich an die Kühlplatte abgegeben werden kann. Da dieser Aufbau der Kühlung sowie die Anbindung der Kühlplatte an die Rahmenflachzellen 1 an sich bekannt und üblich ist, wird hierauf im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung jedoch nicht näher eingegangen.
  • Die beiden Hüllbleche 2, 4 bilden zusammen mit dem elektrisch isolierenden Rahmen 3 die Umhüllung der Rahmenflachzelle 1. Im Inneren des Rahmens 3 ist das elektrochemisch aktive Material angebracht. Dieses besteht beispielsweise bei einer Lithium-Ionen-Zelle aus einem Elektrodenstapel 5 von Kathodenfolien 6, Separatoren 7 und Anodenfolien 8. Die Anoden- und Kathodenfolien 8, 6 sind dabei aus Aluminium und Kupfer oder entsprechenden Legierung mit Aluminium und Kupfer gebildet. In der Schnittdarstellung der 2 durch den Rahmen 3 und die beiden Hüllbleche 2, 4 ist der Elektrodenstapel 5 nochmals im Detail dargestellt. Wie zu erkennen ist, besteht dieser aus mehreren der Kathodenfolien 6, welche über den elektrisch isolierenden Separator 7, welcher bevorzugt ebenfalls als Folie ausgebildet ist, von den Anodenfolien 8 getrennt gestapelt sind. Die jeweils von dem Separator 7 getrennten Anodenfolien 8 und Kathodenfolien 6 sind dabei abwechselnd gestapelt. In der Darstellung der 2 ist zu erkennen, dass die Kathodenfolien 6 in einem ersten Anschlussbereich 5a des Elektrodenstapels 5 entsprechend mit dem Hüllblech 4 der Kathodenseite verbunden sind. Dies kann beispielsweise durch ein Schweißen erfolgen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Aufbau auf der Anodenseite ist dabei im Wesentlichen vergleichbar. Auch hier sind die Anodenfolien 8 zu einem Anschlussbereich 5b zusammengefasst, welcher in der Darstellung der 2 so nicht zu erkennen ist. Dieser Anschlussbereich 5b der Anodenseite ist dann ebenfalls mit dem anodenseitigen Hüllblech 2 entsprechend verbunden, beispielsweise verschweißt.
  • In dem Bereich zwischen den Hüllblechen 2, 4 und dem Rahmen 3 befindet sich außerdem ein flüssiger Elektrolyt, welcher in der Darstellung der Figuren nicht explizit zu erkennen ist.
  • In den Bereichen, in denen die beiden Hüllbleche 2, 4 den Rahmen 3 berühren, sind diese im endgültig monierten Zustand der Rahmenflachzelle 1 mit dem Rahmen 3 verbunden beziehungsweise an diesem fixiert. Um ein Austreten von Elektrolyt aus der Rahmenflachzelle 1 zu verhindern, muss diese Verbindung entsprechend sicher und dicht ausgeführt werden. Insbesondere wird sie daher über ein Heißpressverfahren realisiert, bei dem, wie es nachfolgend beschrieben wird, die Hüllbleche 2, 4 über einen entsprechend beheizten Stempel gegen den Rahmen 3 gepresst werden. Dabei kommt es zu einem Aufschmelzen des thermoplastischen Materials des Rahmens, welches sich dann sicher und zuverlässig mit dem Material der Hüllbleche 2, 4 verbindet und die Rahmenflachzelle 1 so dicht und sicher verschließt.
  • Ein entsprechender Aufbau zur Durchführung dieses Heißpressens ist in 3 zu erkennen. Die dort dargestellte Heißpressvorrichtung 9 besteht im wesentlichen aus einer Auflage 10 sowie einem entsprechenden beheizten Stempel 11. Idealerweise ist sowohl die Auflage als auch der Stempel dabei so ausgeführt, dass die Hüllbleche 2, 4 nur in dem Bereich auf der Auflage 10 aufliegen beziehungsweise von dem Stempel 11 verpresst werden, indem der Rahmen 3 zwischen den Hüllblechen 2, 4 zu liegen kommt. Dabei ist die Rahmenflachzelle 1 in der Darstellung der 3 bereits entsprechend vormontiert, sodass das erste Hüllblech 2 bereits mit dem Rahmen 3 verbunden beziehungsweise an diesem vorfixiert ist. Die Vorfixierung des Hüllblechs 2 am Rahmen 3 muss dabei so fest erfolgen, dass kein flüssiger Elektrolyt, welcher in den Rahmen 3 eingefüllt wird, in den Bereich zwischen dem Rahmen 3 und dem Hüllblech 2 eindringt. Dies kann beispielsweise durch ein entsprechendes verkleben oder dergleichen erfolgen. Alternativ hierzu kann das erste Hüllblech 2 auch bereits fest mit dem Rahmen 3 verbunden sein. Hierfür könnte in einem hier nicht dargestellten Fertigungsschritt zuerst der Rahmen 3 auf die Auflage 10 aufgelegt werden, wonach das erste Hüllblech zwei in diesem Fall oben auf den Rahmen 3 aufgelegt wird. Durch ein Absenken des beheizten Stempels 11 kann dann ein Heißverpressen des ersten Hüllblechs 2 mit dem Rahmen 3 erfolgen, bei dem der mit dem Hüllblech 2 in Kontakt stehende Bereich des Rahmens 3 entsprechend aufschmilzt und so eine feste und dichte Fixierung des ersten Hüllblechs 2 an dem Rahmen 3 durch das Heißpressen ermöglicht.
  • Der Aufbau mit an dem Rahmen 3 vorfixiertem oder bereits fest an dem Rahmen 3 fixiertem Hüllblech 2 wird dann entsprechend der Darstellung in 3 in die Heißpressvorrichtung 9 eingelegt. Der Elektrodenstapel 5 wird entsprechend in dem Rahmen 3 positioniert und der flüssige Elektrolyt wird in den Aufbau aus Rahmen 3 und erstem Hüllblech 2 eingefüllt. Dann wird das zweite Hüllblech 4 auf den Rahmen 3 abgesenkt und ebenfalls an dem Rahmen 3 fixiert, was wiederum, wie hier dargestellt, durch einen entsprechenden Heißpressschritt und damit ein Verschweißen erfolgen kann. Die Rahmenflachzelle 1 ist nach diesem letzten Schritt fertig hergestellt und entsprechend versiegelt.
  • Falls das erste Hüllblech 2 lediglich am Rahmen 3 vorfixiert worden war, kann dieses beim abschließenden Heißpressen ebenfalls mit dem Rahmen 3 endgültig fixiert werden, beispielsweise in dem die Auflage 10 ebenfalls entsprechend beheizt wird, oder indem die Rahmenflachzelle gewendet wird und der entsprechende Schritt der Verpressens wiederholt wird. Ist das erste Hüllblech 2 bereits fest an dem Rahmen 3 fixiert worden, entfällt dies.
  • In der Schnittdarstellung der 4 ist zu erkennen, dass das Heißpressen der Rahmenflachzelle 1 bevorzugt in einer entsprechenden Presskammer 12 erfolgen kann. Diese Presskammer 12 ist im hier dargestellten Fall lediglich schematisch angedeutet. Sie soll als Vakuumkammer ausgebildet sein, welche über eine entsprechende Vakuumpumpe 13 evakuiert werden kann. Das Heißpressen der Bauteile erfolgt somit in einer luftarmen Atmosphäre, sodass Oxidationsvorgänge vermieden werden können.
  • In der Darstellung der 4 ist außerdem zu erkennen, dass hier bereits eine Verbindung des Zellenstapels 5 beziehungsweise seiner Anschlussbereiche 5a, 5b mit den jeweiligen Hüllblechen 2, 4 erfolgt ist. Diese Verbindung der Anschlussbereiche 5a, 5b des Elektrodenstapels 5 hat dabei den Vorteil, dass kein Schweißen von metallischen Materialien mehr erfolgen muss, wenn der Elektrolyt bereits in die Rahmenflachzelle 1 eingefüllt ist. Aufgrund der Flexibilität der als Folien ausgebildeten Elektroden in dem Elektrodenstapel 5 ist es entsprechend möglich die beiden Hüllbleche 2, 4 soweit von einander abzuheben, dass durch den entstehenden Abstand der Elektrolyt entsprechend eingefüllt werden kann, wie dies hier durch den mit E bezeichneten Pfeil angedeutet ist. Nachdem der Elektrolyt E in das Innere des Rahmens 3 eingefüllt ist, wird das zweite Hüllblech 4 mit dem Elektrodenstapel 5 entsprechend abgesenkt, sodass das Hüllblech 4 ebenfalls auf dem Rahmen 3 zu liegen kommt.
  • Wie in der nachfolgenden 5 zu erkennen ist, wird dann der beheizte Stempel 11 in Richtung der Auflage 10 gefahren. Es kommt zu einem entsprechenden Druck des beheizten Stempels 11 gegenüber der Auflage 10, welcher in der Darstellung der 5 durch die mit F bezeichneten Pfeile angedeutet ist. Durch diese Druckkräfte und die Temperatur durch den beheizten Stempel 11, sowie die gegebenenfalls auch beheizte Auflage 10, kommt es nun zu einem Heißverpressen der beiden Hüllbleche 2, 4 und des Rahmens 3. Da der Rahmen 3, zumindest im Bereich, in dem er die Hüllbleche berührt aus einem entsprechenden thermoplastischen Material ausgebildet ist, kommt es nun zu einem Verschweißen der beiden Hüllbleche 2, 4 und des Rahmens 3. Die Rahmenflachzelle 1 wird dabei zu einer abgeschlossenen dichten Einheit verbunden.
  • In der Darstellung der 6 ist diese Rahmenflachzelle 1 in ihrem endgültigen montierten Zustand nochmals zu erkennen. Die Rahmenflachzelle 1 kann dann mit weiteren Rahmenflachzellen 1 in an sich bekannter Weise zu einer Batterie gestapelt werden. Da auf der einen Seite der Rahmenflachzelle 1 das anodenseitige Hüllblech 2 und auf der anderen Seite der Rahmenflachzelle 1 das kathodenseitige Hüllblech 4 angeordnet ist, kann durch ein einfaches Stapeln der Rahmenflachzellen 1 eine Reihenschaltung derselben in der Batterie erreicht werden.
  • Um die endgültige Montage der Rahmenflachzelle 1 in der Presskammer 12 entsprechend realisieren zu können, sollte die Presskammer 12, wie bereits erwähnt, eine luftarme Atmosphäre aufweisen, um Oxidationsvorgänge zu verhindern. Um dies zu erreichen, kann die Presskammer 12 entweder, wie oben beschrieben, über eine Vakuumpumpe 13 entsprechende evakuiert werden, sodass lediglich Reste an Luft in der Presskammer 12 vorhanden sind. Alternativ hierzu wäre es selbstverständlich auch denkbar, die Presskammer 12 mit einem entsprechenden Schutzgas zu befüllen, welches die Luft beziehungsweise den Sauerstoff im Bereich der Presskammer 12 verdrängt. Für derartige Montagezwecke ist dabei Argon eines der bevorzugten Schutzgase. Bei der Montage muss dementsprechend vor dem Verpressen der Rahmenflachzelle 1 jeweils ein Spülen der Presskammer 12 mit Schutzgas oder ein Evakuieren der Presskammer 12 erfolgen. Um diesen Ablauf entsprechend zu vereinfachen, kann auch ein Aufbau zur Herstellung der Rahmenflachzellen 1 realisiert werden, bei dem die vormontierten Rahmenflachzellen 1 in eine Schleuse eingelegt werden, sodass nicht die gesamte Presskammer 12 sondern lediglich die Schleuse mit Schutzgas gespült oder evakuiert werden muss. Dies ermöglicht einen einfacheren zügigeren Ablauf der Fertigung, insbesondere beim Einsatz in einer Fliesfertigung.
  • Das beschriebene Herstellungsverfahren ist dabei einfach und effizient, und kommt mit vergleichsweise wenigen Montageschritten aus. Es ist dementsprechend geeignet, um kostengünstige Rahmenflachzellen 1 zu produzieren, welche in großer Zahl, beispielsweise für hybridisierte oder elektrische Fahrzeuge eingesetzt werden, welche entsprechende Batterien zur Speicherung beziehungsweise Zwischenspeicherung von elektrischer Energie nutzen können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102007063181 [0004, 0009]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen einer bipolaren Rahmenflachzelle für eine Batterie, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: 1.1 in einem ersten Schritt wird auf einem elektrisch isolierenden Rahmen (3) ein erstes Hüllblech (2) fixiert oder vorfixiert; 1.2 in einem zweiten Schritt wird ein Stapel (5) aus Anodenfolien (8), Separatorfolien (7) und Kathodenfolien (6) in dem Rahmen (3) positioniert; 1.3 in einem dritten Schritt wird ein flüssiger Elektrolyt (E) in den Rahmen (3) eingefüllt; und 1.4 in einem vierten Schritt wird ein zweites Hüllblech (4) auf dem Rahmen (3) fixiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (3) zumindest im Bereich des Kontakts mit den Hüllblechen (2, 4) aus thermoplastischem Material ausgeführt ist, wobei die Hüllbleche (2, 4) durch Heißpressen auf dem Rahmen (3) fixiert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder zwei, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenfolien (8), die Separatorfolien (7) und die Kathodenfolien (6) vor dem positionieren in dem Rahmen (3) bereits zu einem Elektrodenstapel (5) gestapelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenfolien (8) und die Kathodenfolien (7) nach dem Stapeln und vor dem Positionieren in dem Rahmen (3) untereinander verbunden werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenstapel (5) vor dem positionieren in dem Rahmen (3) mit wenigstens einem der Hüllbleche (2, 4) verbunden wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zu dem wenigstens einen der Hüllbleche (2, 4) durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen hergestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hüllblech (2) so mit dem Rahmen (3) vorfixiert ist, dass kein Elektrolyt (E) zwischen das erste Hüllblech (2) und den Rahmen (3) eindringt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hüllblech (2) bereits fertig an dem Rahmen (3) fixiert ist, insbesondere durch Heißpressen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißpressen in einer luftarmen Atmosphäre durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißpressen durch einen beheizten Stempel (11) erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißpressen in einer Presskammer (12) erfolgt, nachdem diese evakuiert oder mit einem Schutzgas befüllt ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Rahmenflachzelle (1) über eine Schleuse in die evakuierte oder mit Schutzgas befüllte Presskammer (12) eingebracht wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiger, Lithium-Ionen enthaltender Elektrolyt (E) eingesetzt wird.
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