DE102011110875A1

DE102011110875A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle, eine elektrochemische Zelle und eine Energiespeichervorrichtung mit wenigstens zwei elektochemischen Zellen

Info

Publication number: DE102011110875A1
Application number: DE102011110875A
Authority: DE
Inventors: Alexander Hörnig; Dr. Reiche Harald; Dr.-Ing. Meintschel Jens; Dr. Hohenthanner Claus-Rupert
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2012-10-18
Also published as: WO2013023760A2; WO2013023760A3

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle, nachfolgend auch Sekundärzelle genannt, wobei die Sekundärzelle insbesondere zur Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestaltet ist. Die Sekundärzelle weist eine Elektrodenanordnung auf, welche zumindest zeitweise zum Bereitstellen elektrischer Energie dient. Die Elektrodenanordnung weist eine Stirnfläche auf, deren Abmessung in einer Richtung nachfolgend als Stirnflächenlänge bezeichnet ist. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine erste Ableitereinrichtung auf. Die erste Ableitereinrichtung ist mit der Elektrodenanordnung elektrisch verbunden und erstreckt sich aus der Elektrodenanordnung, insbesondere aus deren Stirnfläche, Die erste Ableitereinrichtung weist eine erste, vorzugsweise U-förmige Aufnahme insbesondere mit einer ersten Öffnung und insbesondere mit wenigstens zwei Gruppen von Ableiterfahnen auf. Die erste Aufnahme ist zum Aufnehmen eines elektrisch leitfähigen Formteils, insbesondere eines sog. ersten Fußteils ausgestaltet. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine erste Zellkontakteinrichtung mit einem ersten Zellkontakt auf, welcher zum Verbinden mit der ersten Ableitereinrichtung ausgestaltet ist. Der erste Zellkontakt ist ausgestaltet, zumindest zeitweise elektrische Energie aus der Elektrodenanordnung in Richtung eines zu versorgenden Verbrauchers zu leiten. Die erste Zellkontakteinrichtung weist weiter ein erstes elektrisch leitfähiges, insbesondere plattenförmiges Fußteil auf. Das erfindungsgemäße Verfahren weist auf: das Einführen des ersten Fußteils in die erste Aufnahme, nachfolgend Schritt S1 genannt. In einem weiteren Schritt, nachfolgend S2 genannt, werden mindestens eine, vorzugsweise zwei oder mehrere elektrisch leitfähige Verbindungen des ersten Fußteils mit der ersten Aufnahme hergestellt, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle, eine elektrochemischen Zelle sowie eine Energiespeichervorrichtung mit wenigstens zwei elektrochemischen Zellen.
Energiespeichervorrichtungen bzw. Batterien werden häufig aus einer Mehrzahl wiederaufladbarer elektrochemischer oder galvanischer Zellen, nachfolgend auch Sekundärzellen genannt, für verschiedene Anwendungen hergestellt, insbesondere für einen Einsatz in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen. Die Erfindung wird in Bezug auf den Einsatz in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei allerdings darauf hinzuweisen ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren und eine entsprechend ausgestaltete Energiespeichervorrichtung auch unabhängig von Kraftfahrzeugen z. B. in einem stationären Einsatz Anwendung finden können.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Energiespeichervorrichtungen jeweils mit einer Anzahl elektrochemischer Zellen bzw. Sekundärzellen bekannt.
Die unzureichende Lebensdauer derartiger Energiespeichervorrichtungen bereitet Probleme.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Energiespeichervorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle gemäß Anspruch 1, durch eine elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 7 und durch eine Batterie gemäß Anspruch 15 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle, nachfolgend auch Sekundärzelle genannt, wobei die Sekundärzelle insbesondere zur Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestaltet ist. Die Sekundärzelle weist eine Elektrodenanordnung auf, welche zumindest zeitweise zum Bereitstellen elektrischer Energie dient. Die Elektrodenanordnung weist eine Stirnfläche auf, deren Abmessung in einer Richtung nachfolgend als Stirnflächenlänge bezeichnet ist. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine erste Ableitereinrichtung auf. Die erste Ableitereinrichtung ist mit der Elektrodenanordnung elektrisch verbunden und erstreckt sich aus der Elektrodenanordnung, insbesondere aus deren Stirnfläche. Die erste Ableitereinrichtung weist eine erste, vorzugsweise U-förmige Aufnahme insbesondere mit einer ersten Öffnung und insbesondere mit wenigstens zwei Gruppen von Ableiterfahnen auf. Die erste Aufnahme ist zum Aufnehmen eines elektrisch leitfähigen Formteils, insbesondere eines sog. ersten Fußteils ausgestaltet. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine erste Zellkontakteinrichtung mit einem ersten Zellkontakt auf, welcher zum Verbinden mit der ersten Ableitereinrichtung ausgestaltet ist. Der erste Zellkontakt ist ausgestaltet, zumindest zeitweise elektrlsche Energie aus der Elektrodenanordnung in Richtung eines zu versorgenden Verbrauchers zu leiten. Die erste Zellkontakteinrichtung weist weiter ein erstes elektrisch leitfähiges, insbesondere plattenförmiges Fußteil auf. Das erfindungsgemäße Verfahren weist auf: das Einführen des ersten Fußteils in die erste Aufnahme, nachfolgend Schritt S1 genannt. In einem weiteren Schritt, nachfolgend S2 genannt, werden mindestens eine, vorzugsweise zwei oder mehrere elektrisch leitfähige Verbindungen des ersten Fußteils mit der ersten Aufnahme hergestellt, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen.
Erfindungsgemäß wird das erste elektrisch leitfähige Fußteil in die erste Aufnahme einer Ableitereinrichtung eingesetzt. So umgibt die erste Aufnahme mit ihren zwei Gruppen von Ableiterfahnen das erste elektrisch leitfähige Fußteil, wobei mehrere flächige Kontakte zwischen der ersten Aufnahme und dem ersten Fußteil ausgebildet sind. Anschließend werden wenigstens eine, vorzugsweise zwei elektrisch leitfähige Verbindungen des ersten Fußteils mit der ersten Aufnahme hergestellt, insbesondere mit deren Gruppen von Ableiterfahnen. Als Folge des Erfindungsgemäßenverfahrens ist insbesondere ein Strompfad aufweisend die Elektrodenanordnung, die erste Ableitereinrichtung und die erste Zellkontakteinrichtung erzeugt. Indem die Ableiterfahnen der ersten Aufnahme in wenigstens zwei Gruppen aufgeteilt werden, sind die Zahl der Ableiterfahnen, die Zahl der trennenden Fugen, der elektrische Widerstand je Gruppe und die Masse einer Gruppe von Ableiterfahnen verringert. Es kann mit geringerer Kraft gespannt, für das Fügen mit geringerer Wärmestromdichte erwärmt werden. Somit sind die mechanische und thermische Beanspruchung insbesondere der äußeren Ableiterfahnen einer Gruppe verringert, die Qualität und die Langzeitstabilität der Fügeverbindung sind erhöht. Weiterhin sind die Gruppen von Ableiterfahnen der Ableitereinrichtung durch das erste Fußteil mechanisch stabilisiert. So wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Unter einer Elektrodenanordnung ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, zumindest zeitweise elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Die Elektrodenanordnung dient insbesondere zum Abspeichern chemischer Energie und insbesondere zu deren Wandlung in elektrische Energie. Im Fall einer wiederaufladbaren galvanischen Zelle ist die Elektrodenanordnung auch zur Wandlung von elektrischer in chemische Energie in der Lage. Dazu weist die Elektrodenanordnung wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Eine Elektrode weist eine vorzugsweise metallische Kollektorfolie auf. Auf zumindest eine Oberfläche der Kollektorfolie ist eine Aktivmasse aufgetragen. Weiter weist die Elektrodenanordnung wenigsten einen Separator auf, welcher zwischen zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität angeordnet ist. Der Separator ist elektrisch isolierend und beanstandet zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Ein Elektrolyt kann teilweise von dem Separator aufgenommen sein. Der Separator beabstandet die Elektroden. Bevorzugt sind die Elektroden plattenförmig oder folienartig ausgebildet. Bevorzugt sind bei der Elektrodenanordnung die Elektroden stapelförmig angeordnet. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die Elektroden auch aufgewickelt sein. Bevorzugt kann die Elektrodenanordnung Lithium oder ein anderes Alkalimetall auch in ionischer Form aufweisen.
Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrodenanordnung als Elektrodenstapel mit mehreren blattförmigen Elektroden, sog. Elektrodenblättern, ausgebildet, wobei die Elektrodenblätter eine erste oder eine zweite Polarität aufweisen. Zwei Elektrodenblatter unterschiedlicher Polarität sind jeweils durch ein Separatorblatt beanstandet.
Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrodenanordnung als im wesentlichen zylindrische auf Elektrodenwickel mit zwei streifenförmigen Elektroden unterschiedlicher Polarität ausgebildet, besonders bevorzugt als Elektrodenflachwickel von im wesentlichen quaderförmiges Gestalt. Die beiden Elektroden sind durch einen streifenförmigen Separator beanstandet. Die übereinandergelegten streifenförmigen Elektroden mit dazwischenliegenden Separator sind zu den Elektrodenwickel aufgewickelt.
Unter einer Ableitereinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, Elektronen aus der Elektrodenanordnung an einen Zellkontakt zu leiten, wobei die Elektroden auch in umgekehrter Richtung fließen können. Die Ableitereinrichtung weist wenigstens eine vorzugsweise metallische Ableiterfahne auf, vorzugsweise eine Ableiterfahne je Kollektorfolie der Elektrodenanordnung. Vorzugsweise ist die Ableitereinrichtung einstückig mit einer Kollektorfolie ausgebildet. Erfindungsgemäß sind die Ableiterfahnen gleicher Polarität in mindestens zwei Gruppen von Ableiterfahnen aufgeteilt. Eine Ableitereinrichtung weist eine erste Aufnahme auf, welcher zum Aufnehmen eines elektrisch leitfähigen Formteils, insbesondere eines ersten Fußteils dient. Vorzugsweise hatte die erste Aufnahme eine U-förmige Gestalt, wodurch die erste Aufnahme zeitgleich mehrere Begrenzungsflächen des elektrisch leitfähigen Formteils berühren kann. Die wenigstens zwei Gruppen von Ableiterfahnen bilden und insbesondere begrenzen die erste Aufnahme. Die Enden der Ableiterfahnen bzw. der Gruppen von Ableiterfahnen bilden eine erste Öffnung. Durch die erste Öffnung ist das elektrisch leitfähige Formteil in die erste Aufnahme, d. h zwischen die Gruppen von Ableiterfahnen einsetzbar. Die erste Aufnahme weist zumindest eine Begrenzungsfläche auf, welche zum Berühren des elektrisch leitähigen Formteils, insbesondere des elektrisch leitfähigen Fußteils dient. Vorzugsweise ist diese Begrenzungsfläche an einer Gruppe von Ableiterfahnen angeordnet.
Unter einer Zellkontakteinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung von elektrischer Energie aus der Elektrodenanordnung dient, welche insbesondere zur Verbindung der Elektrodenanordnung mit einem zu versorgenden Verbraucher dient. Die erste Zellkontakteinrichtung weist einen ersten Zellkontakt auf. Der erste Zellkontakt dient insbesondere der elektrischen Verbindung mit einem zu versorgenden Verbraucher. Weiter weist die erste Zellkontakteinrichtung ein erstes elektrisch leitfähiges, insbesondere plattenförmiges Fußteil auf. Das Fußteil dient zum Einsetzen in die erste Aufnahme der Ableitereinrichtung, insbesondere zwischen zwei Gruppen von Ableiterfahnen. Das Fußteil ist bestimmt, mit der ersten Aufnahme elektrisch leitend verbunden zu werden. Das Fußteil weist vorzugsweise eine Begrenzungsfläche auf, welche insbesondere der Berührung einer Gruppe von Ableiterfahnen dient, besonders bevorzugt zwei im wesentlichen parallele Begrenzungsflächen, welche insbesondere der Berührung von zwei verschiedenen Gruppen von Ableiterfahnen dienen. Vorzugsweise weist der Zellkontakt einen Bereich zur Verbindung mit einer Zuleitung auf, wobei dieser Bereich besonders bevorzugt als Gewindebolzen ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß weist das Verfahren zum Herstellen einer Sekundärzelle den Schritt S1 auf: Einführen eines ersten Fußteils in die erste Aufnahme, insbesondere zwischen zwei der Gruppen von Ableiterfahnen der ersten Aufnahme. Mit den Einführen des ersten Fußteils wird bewirkt, dass dessen Begrenzungsfläche in Berührung mit der ersten Aufnahme, insbesondere mit zwei ihrer Gruppen von Ableiterfahnen gelangt. Vorzugsweise gelangt das erste Fußteil durch das Einführen in Berührung mit zwei verschiedenen Gruppen von Ableiterfahnen der ersten Aufnahme. Als Folge dieses Schrittes steht das Fußteil in der ersten Aufnahme für die Durchführung des folgenden Schrittes bereit.
Erfindungsgemäß weist das Verfahren zum Herstellen einer Sekundärzelle den Schritt S2 auf: Herstellen mindestens einer vorzugsweise zwei oder mehrerer elektrisch leitfähiger Verbindungen des ersten Fußteils mit der ersten Aufnahme, insbesondere mit wenigstens einer der Gruppen von Ableiterfahnen, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens. Vorzugsweise wird er die Anordnung und ersten Fußteil und insbesondere einer Gruppe von Ableiterfahnen der ersten Aufnahme insbesondere für verbessertes Fügen verspannt. Als Folge dieses Schrittes sind die erste Aufnahme und das erste Fußteil miteinander elektrisch leitend verbunden. Vorzugsweise erfolgt das Herstellen der Verbindung mittels Schweißen, Reibschweißen, Kaltschweißen, Ultraschallschweißen, Löten, Weichlöten, Hartlöten oder Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff.
Bevorzugt weist das Verfahren zur Herstellung einer Sekundärzelle den Schritt S9 des Zuführens des ersten Zellkontakts auf, wobei der erste Zellkontakt in Berührung mit der ersten Ableitereinrichtung gelangt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass auch der erste Zellkontakt zum Verbinden mit der ersten Ableitereinrichtung bzw. für den folgenden Schritt bereitgestellt wird.
Bevorzugt weist das Verfahren zur Herstellung einer Sekundärzelle den Schritt S10 auf: Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Zellkontakts mit der ersten Ableitereinrichtung, insbesondere mit einer der Gruppen von Ableiterfahnen, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens. Vorzugsweise wird die Anordnung aus dem ersten Zellkontakt und benachbarter erster Ableitereinrichtung zum insbesondere verbesserten Fügen gespannt. Als Folge dieses Schrittes sind die erste Aufnahme und der erste Zellkontakt miteinander elektrisch leitend verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der erste Zellkontakt zum Austausch von elektrischer Energie mit einem zu versorgenden elektrischen Verbraucher geeignet ist. Vorzugsweise erfolgt das Herstellen der Verbindung mittels Schweißen, Reibschweißen, Kaltschweißen, Ultraschallschweißen, Löten, Weichlöten, Hartlöten oder Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff.
Bevorzugt weist das Verfahren zur Herstellung einer Sekundärzelle den Schritt des Verbindens einer ersten Seitenoberfläche und einer ersten Seitenunterfläche der ersten Aufnahme der ersten Ableitereinrichtung mit dem ersten Fußteil des ersten Zellkontaktes auf, nachfolgend Schritt S3 genannt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Ableiterfahnen, die Zahl der trennenden Fugen je Verbindung verringert sind. Es kann mit geringerer Kraft gespannt, für das Fügen mit geringerer Wärmestromdichte erwärmt werden. Somit sind die mechanische und thermische Beanspruchung insbesondere der äußeren Ableiterfahnen einer Gruppe verringert, die Qualität und die Langzeitstabilität der Fügeverbindung sind erhöht. Weiterhin sind die Gruppen von Ableiterfahnen der Ableitereinrichtung durch das erste Fußteil mechanisch stabilisiert.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren zur Herstellung der Schritt des Verbindens in einer Arbeitsposition durchgeführt, bei der die zweite Seitenoberfläche im Wesentlichen senkrecht zu der Stirnfläche der Elektrodenanordnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die zu verbindenden Partner leichter zugänglich sind, wodurch insbesondere eine kostengünstigere Fertigung und insbesondere dauerhaftere Verbindungen ermöglicht sind. Vorzugweise ist Schritt S3 ausgestaltet als mindestens einer der folgenden Schritte: ein Durchführen eines Laserschweißens zum Verbinden der ersten Aufnahme der ersten Ableitereinrichtung mit dem ersten Fußteil des ersten Zellkontaktes, ein Durchführen eines Kaltschweißens zum Verbinden der ersten Aufnahme der ersten Ableitereinrichtung mit dem ersten Fußteil des ersten Zellkontaktes, ein Durchführen eines Reibschweißens zum Verbinden der ersten Aufnahme der ersten Ableitereinrichtung mit dem ersten Fußteil des ersten Zellkontaktes oder ein Durchführen eines Ultraschallschweißens zum Verbinden der ersten Aufnahme der ersten Ableitereinrichtung mit dem ersten Fußteil des ersten Zellkontaktes.
Das Verfahren weist im Anschluss an den Schritt S2 bevorzugt den Schritt auf: ein Umbiegen der mit dem ersten Fußteil verbundenen ersten Aufnahme in eine Endposition, nachfolgend Schritt S4 genannt. Besonders bevorzugt wird der Schritt des Umbiegens der mit dem ersten Fußteil verbundenen ersten Aufnahme in die Endposition derart durchgeführt, dass in der Endposition die erste Seitenoberfläche im Wesentlichen parallel zu einer Stirnfläche der Elektrodenanordnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Bauhöhe der Sekundärzelle verringert ist.
Weiterhin bevorzugt weist das Verfahren zur Herstellung den Schritt auf: ein Einführen eines zweiten, insbesondere eines zweiten plattenförmigen Fußteils eines zweiten Zellkontaktes in eine zweite Aufnahme einer zweiten Ableitereinrichtung der Elektrodenanordnung, insbesondere in eine zweite Aufnahme der zweiten Ableitereinrichtung der Elektrodenanordnung, nachfolgend Schritt S5 genannt. Vorzugsweise gelangt das zweite Fußteil durch das Einführen in Berührung mit zwei verschiedenen Gruppen von Ableiterfahnen der zweiten Aufnahme. Als Folge dieses Schrittes steht das zweite Fußteil in der zweiten Aufnahme für die Durchführung des folgenden Schrittes bereit.
Bevorzugt weist das Verfahren zur Herstellung den Schritt auf: ein Herstellen zumindest einer, vorzugsweise zwei oder mehr Verbindungen des zweiten Fußteils des zweiten Zellkontaktes mit der zweiten Aufnahme der zweiten Ableitereinrichtung, nachfolgend Schritt S6 genannt. Vorzugsweise wird die Anordnung aus zweitem Fußteil und insbesondere einer Gruppe von Ableiterfahnen der zweiten Aufnahme für insbesondere verbessertes Fügen verspannt. Als Folge dieses Schrittes sind die zweite Aufnahme und das zweite Fußteil miteinander elektrisch leitend verbunden.
Bevorzugt weist das Verfahren zur Herstellung einer Sekundärzelle den Schritt S11 des Zuführens des zweiten Zellkontakts auf, wobei der zweite Zellkontakt in Berührung mit der zweiten Ableitereinrichtung gelangt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass auch der zweite Zellkontakt zum Verbinden mit der zweiten Ableitereinrichtung bzw. für den folgenden Schritt bereitgestellt wird.
Bevorzugt weist das Verfahren zur Herstellung einer Sekundärzelle den Schritt S12 auf: Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Zellkontakts mit der zweiten Ableitereinrichtung, insbesondere mit einer der Gruppen von Ableiterfahnen, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens. Vorzugsweise wird die Anordnung aus zweiten Zellkontakt mit zweiter Ableitereinrichtung für insbesondere verbessertes Fügen verspannt. Als Folge dieses Schrittes sind die zweite Aufnahme und der zweite Zellkontakt miteinander elektrisch leitend verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der zweite Zellkontakt zum Austausch von elektrischer Energie mit einem zu versorgenden elektrischen Verbraucher geeignet ist. Vorzugsweise erfolgt das Herstellen der Verbindung mittels Schweißen, Reibschweißen, Kaltschweißen, Ultraschallschweißen, Löten, Weichlöten, Hartlöten oder Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff.
Bevorzugt weist bei dem Verfahren zur Herstellung den Schritt auf: ein Verbinden einer zweiten Seitenoberfläche der zweiter Aufnahme der zweiten Ableitereinrichtung mit dem zweiten Fußteil des zweiten Zellkontaktes, insbesondere ein Verbinden einer zweiten Seitenoberfläche und einer zweiten Seitenunterfläche der zweiten Aufnahme der zweiten Ableitereinrichtung mit dem zweiten Fußteil des zweiten Zellkontaktes, nachfolgend Schritt S7 genannt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Ableiterfahnen, die Zahl der trennenden Fugen, der elektrische Widerstand je Gruppe und die Masse einer Gruppe von Ableiterfahnen verringert sind. Es kann mit geringerer Kraft gespannt, für das Fügen mit geringerer Wärmestromdichte erwärmt werden. Somit sind die mechanische und thermische Beanspruchung insbesondere der äußeren Ableiterfahnen einer Gruppe verringert, die Qualität und die Langzeitstabilität der Fügeverbindung sind erhöht. Weiterhin sind die Gruppen von Ableiterfahnen der Ableitereinrichtung durch das erste Fußteil mechanisch stabilisiert.
Bevorzugt wird der Schritt S7 in einer Arbeitsposition durchgeführt, bei der die zweite Seitenoberfläche im Wesentlichen senkrecht zu der Stirnfläche der Elektrodenanordnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die zu verbindenden Partner leichter zugänglich sind, wodurch insbesondere eine kostengünstigere Fertigung und insbesondere dauerhaftere Verbindungen ermöglicht sind.
Bevorzugt ist Schritt S7 ausgestaltet als mindestens einer der folgenden Schritte: ein Durchführen eines Laserschweißens zum Verbinden der zweiten Aufnahme der zweiten Ableitereinrichtung mit dem zweiten Fußteil des zweiten Zellkontaktes, ein Durchführen eines Kaltschweißens zum Verbinden der zweiten Aufnahme der zweiten Ableitereinrichtung mit dem zweiten Fußteil des zweiten Zellkontaktes, ein Durchführen eines Reibschweißens zum Verbinden der zweiten Aufnahme der zweiten Ableitereinrichtung mit dem Fußteil zweiten des zweiten Zellkontaktes oder ein Durchführen eines Ultraschallschweißens zum Verbinden der zweiten Aufnahme der zweiten Ableitereinrichtung mit dem zweiten Fußteil des zweiten Zellkontaktes.
Bevorzugt weist das Verfahren zur Herstellung besonders bevorzugt nach Schritt S7 den Schritt auf: ein Umbiegen der mit dem zweiten Fußteil verbundenen zweiten Aufnahme in eine Endposition, nachfolgend Schritt S8 genannt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Bauhöhe der Sekundärzelle verringert ist. Besonders bevorzugt wird der Schritt des Umbiegens der mit dem zweiten Fußteil verbundenen zweiten Aufnahme in die Endposition derart durchgeführt, dass in der Endposition die zweite Seitenoberfläche im Wesentlichen parallel zu der Stirnfläche der Elektrodenanordnung angeordnet ist. Bevorzugt werden bei dem Verfahren zur Herstellung die U-förmige erste Aufnahme und die U-förmige zweite Aufnahme derart angeordnet, dass in den Endpositionen die U-förmige erste Aufnahme in die entgegengesetzte Richtung zu der Richtung der U-förmigen zweiten Aufnahme angeordnet ist.
Die Sekundärzelle weist eine Elektrodenanordnung auf, welche zumindest zeitweise zum Bereitstellen elektrischer Energie dient. Die Elektrodenanordnung weist eine Stirnfläche auf, deren Abmessung in einer Richtung nachfolgend als Stirnflächenlänge bezeichnet ist. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine erste Ableitereinrichtung auf. Die erste Ableitereinrichtung ist mit der Elektrodenanordnung elektrisch verbunden und erstreckt sich aus der Elektrodenanordnung, insbesondere aus deren Stirnfläche. Die erste Ableitereinrichtung weist eine erste, vorzugsweise U-förmige Aufnahme insbesondere mit einer ersten Öffnung und insbesondere mit wenigstens zwei Gruppen von Ableiterfahnen auf. Die erste Aufnahme ist zum Aufnehmen eines elektrisch leitfähigen Formteils, insbesondere eines sog. ersten Fußteils ausgestaltet. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine erste Zellkontakteinrichtung mit einem ersten Zellkontakt auf, welcher zum Verbinden mit der ersten Ableitereinrichtung ausgestaltet ist, insbesondere mittels zwei der Gruppen von Ableiterfahnen der ersten Aufnahme. Der erste Zellkontakt ist ausgestaltet, zumindest zeitweise elektrische Energie aus der Elektrodenanordnung in Richtung eines zu versorgenden Verbrauchers zu leiten. Die erste Zellkontakteinrichtung weist weiter ein erstes elektrisch leitfähiges, insbesondere plattenförmiges Fußteil auf. Das erste Fußteil dient insbesondere der stoffschlüssigen Verbindung zweier Gruppen von Ableiterfahnen der ersten Ableitereinrichtung.
Unter einer Elektrodenanordnung ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, zumindest zeitweise elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Die Elektrodenanordnung dient insbesondere zum Abspeichern chemischer Energie und insbesondere zu deren Wandlung in elektrische Energie. Im Fall einer wiederaufladbaren galvanischen Zelle ist die Elektrodenanordnung auch zur Wandlung von elektrischer in chemische Energie in der Lage. Dazu weist die Elektrodenanordnung wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Eine Elektrode weist eine vorzugsweise metallische Kollektorfolie auf. Auf zumindest eine Oberfläche der Kollektorfolie ist eine Aktivmasse aufgetragen. Weiter weist die Elektrodenanordnung wenigsten einen Separator auf, welcher zwischen zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität angeordnet ist. Der Separator ist elektrisch isolierend und beanstandet zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Ein Elektrolyt kann teilweise von dem Separator aufgenommen sein. Der Separator beabstandet die Elektroden. Bevorzugt sind die Elektroden plattenförmig oder folienartig ausgebildet. Bevorzugt sind bei der Elektrodenanordnung die Elektroden stapelförmig angeordnet. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die Elektroden auch aufgewickelt sein. Bevorzugt kann die Elektrodenanordnung Lithium oder ein anderes Alkalimetall auch in ionischer Form aufweisen.
Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrodenanordnung als Elektrodenstapel mit mehreren blattförmigen Elektroden, sog. Elektrodenblättern, ausgebildet, wobei die Elektrodenblätter eine erste oder eine zweite Polarität aufweisen. Zwei Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität sind jeweils durch ein Separatorblatt beanstandet.
Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrodenanordnung als im wesentlichen zylindrische auf Elektrodenwickel mit zwei streifenförmigen Elektroden unterschiedlicher Polarität ausgebildet, besonders bevorzugt als Elektrodenflachwickel von im wesentlichen quaderförmiges Gestalt. Die beiden Elektroden sind durch einen streifenförmigen Separator beanstandet. Die übereinandergelegten streifenförmigen Elektroden mit dazwischenliegenden Separator sind zu den Elektrodenwickel aufgewickelt.
Bevorzugt weist wenigstens eine Elektrode der Elektrodenanordnung, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, eine Verbindung mit der Formel LiMPO₄ auf, wobei M wenigstens ein Übergangsmetallkation der ersten Reihe des Periodensystems der Elemente ist. Das Übergangsmetallkation ist vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Mn, Fe, Ni und Ti oder einer Kombination dieser Elemente gewählt. Die Verbindung weist vorzugsweise eine Olivinstruktur auf, vorzugsweise übergeordnetes Olivin, wobei Fe besonders bevorzugt ist. In einer weiteren Ausführungsform weist vorzugsweise wenigstens eine Elektrode der Elektrodenanordnung, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, ein Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn₂O₄ vom Spinell-Typ, ein Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCoO₂, oder ein Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNiO₂, oder ein Gemisch aus zwei oder drei dieser Oxide, oder ein Lithiummischoxid, welches Mangan, Kobalt und Nickel enthält, auf.
Bevorzugt wird ein Separator verwendet, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, und welcher aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von –40°C bis 200°C ionenleitend ist. Das anorganische Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, Al, Li, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Bevorzugt weist das anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen ”Separion” von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
Unter einer Ableitereinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, Elektronen aus der Elektrodenanordnung an einen Zellkontakt zu leiten, wobei die Elektroden auch in umgekehrter Richtung fließen können. Die Ableitereinrichtung weist wenigstens eine vorzugsweise metallische Ableiterfahne auf, vorzugsweise eine Ableiterfahne je Kollektorfolie der Elektrodenanordnung. Vorzugsweise ist die Ableitereinrichtung einstückig mit einer Kollektorfolie ausgebildet. Erfindungsgemäß sind die Ableiterfahnen gleicher Polarität in mindestens zwei Gruppen von Ableiterfahnen aufgeteilt. Eine Ableitereinrichtung weist eine erste Aufnahme auf, welcher zum Aufnehmen eines elektrisch leitfähigen Formteils, insbesondere eines ersten Fußteils dient. Vorzugsweise hatte die erste Aufnahme eine U-förmige Gestalt, wodurch die erste Aufnahme zeitgleich mehrere Begrenzungsflächen des elektrisch leitfähigen Formteils berühren kann. Die wenigstens zwei Gruppen von Ableiterfahnen bilden und insbesondere begrenzen die erste Aufnahme. Die Enden der Ableiterfahnen bzw. der Gruppen von Ableiterfahnen bilden eine erste Öffnung. Durch die erste Öffnung ist das elektrisch leitfähige Formteil in die erste Aufnahme, d. h zwischen die Gruppen von Ableiterfahnen einsetzbar. Die erste Aufnahme weist zumindest eine Begrenzungsfläche auf, welche zum Berühren des elektrisch leitähigen Formteils, insbesondere des elektrisch leitfähigen Fußteils dient. Vorzugsweise ist diese Begrenzungsfläche an einer Gruppe von Ableiterfahnen angeordnet.
Unter einer Zellkontakteinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung von elektrischer Energie aus der Elektrodenanordnung dient, welche insbesondere zur Verbindung der Elektrodenanordnung mit einem zu versorgenden Verbraucher dient. Die erste Zellkontakteinrichtung weist einen ersten Zellkontakt auf. Der erste Zellkontakt dient insbesondere der elektrischen Verbindung mit einem zu versorgenden Verbraucher. Weiter weist die erste Zellkontakteinrichtung ein erstes elektrisch leitfähiges, insbesondere plattenförmiges Fußteil auf. Das Fußteil dient zum Einsetzen in die erste Aufnahme der Ableitereinrichtung, insbesondere zwischen zwei Gruppen von Ableiterfahnen. Das Fußteil ist bestimmt, mit der ersten Aufnahme elektrisch leitend verbunden zu werden. Das Fußteil weist vorzugsweise eine Begrenzungsfläche auf, welche insbesondere der Berührung einer Gruppe von Ableiterfahnen dient, besonders bevorzugt zwei im wesentlichen parallele Begrenzungsflächen, welche insbesondere der Berührung von zwei verschiedenen Gruppen von Ableiterfahnen dienen. Vorzugsweise weist der Zellkontakt einen Bereich zur Verbindung mit einer Zuleitung auf, wobei dieser Bereich besonders bevorzugt als Gewindebolzen ausgebildet ist
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Sekundärzelle ein Gehäuse auf, welche insbesondere dazu dient, die Elektrodenanordnung gegenüber der Umgebung der Sekundärzelle abzugrenzen. Vorzugsweise sind die erste Ableitereinrichtung und das erste elektrisch leitfähige Fußteil innerhalb des Gehäuses angeordnet. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Verbindungen der ersten Ableitereinrichtung mit dem ersten Zellkontakt vor insbesondere schädigenden Einflüssen aus der Umgebung geschützt sind.
Bevorzugt ist bei einer elektrochemischen Zelle die erste Aufnahme der ersten Ableitereinrichtung U-förmig ausgestaltet, wodurch die erste Aufnahme zeitgleich mehrere Begrenzungsflächen des elektrisch leitfähigen Formteils berühren kann. Besonders bevorzugt ist bei einer elektrochemischen Zelle das erste Fußteil des ersten Zellkontaktes an einer ersten Seitenoberfläche der ersten Ableitereinrichtung, insbesondere das erste Fußteil des ersten Zellkontaktes an einer ersten Seitenoberfläche und an einer ersten Seitenunterfläche der ersten Aufnahme der ersten Ableitereinrichtung verschweißt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Ableiterfahnen, die Zahl der trennenden Fugen je Verbindung verringert sind. Es kann mit geringerer Kraft gespannt, für das Fügen mit geringerer Wärmestromdichte erwärmt werden. Somit sind die mechanische und thermische Beanspruchung insbesondere der äußeren Ableiterfahnen einer Gruppe verringert, die Qualität und die Langzeitstabilität der Fügeverbindung sind erhöht. Weiterhin sind die Gruppen von Ableiterfahnen der Ableitereinrichtung durch das erste Fußteil mechanisch stabilisiert.
Bevorzugt erstreckt sich die erste Aufnahme parallel zu einer Stirnfläche der Elektrodenanordnung. Dabei erstreckt sich die erste Aufnahme aber nur entlang eines Teils der Stirnflächenlänge, wobei die Länge der ersten Aufnahme nachfolgend erste Aufnahmenlänge genannt wird. Der Bruch aus der ersten Aufnahmenlänge über der Stirnflächenlänge liegt in Bereich von ¼ bis ½. Bevorzugt beträgt der Bruch im wesentlichen 1/3. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass sich aus der Stirnfläche zumindest zwei Ableitereinrichtungen bzw. Aufnahmen insbesondere unterschiedlicher Polarität erstrecken können.
Bevorzugt weist die Sekundärzelle eine zweite Ableitereinrichtung auf. Die zweite Ableitereinrichtung entspricht im Wesentlichen der ersten Ableitereinrichtung, unterscheidet sich von dieser aber durch eine andere Polarität. Weiter bevorzugt weist die Sekundärzelle eine zweite Zellkontakteinrichtung auf, welche im Wesentlichen der ersten Zellkontakteinrichtung entspricht.
Weiterhin bevorzugt ist das zweite Fußteil des zweiten Zellkontaktes an einer ersten Seitenoberfläche der zweiten Ableitereinrichtung, insbesondere das zweite Fußteil des zweiten Zellkontaktes an einer zweiten Seitenoberfläche und an einer zweiten Seitenunterfläche der U-förmigen zweiten Aufnahme der zweiten Ableitereinrichtung verschweißt ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Ableiterfahnen, die Zahl der trennenden Fugen je Verbindung verringert sind. Es kann mit geringerer Kraft gespannt, für das Fügen mit geringerer Wärmestromdichte erwärmt werden. Somit sind die mechanische und thermische Beanspruchung insbesondere der äußeren Ableiterfahnen einer Gruppe verringert, die Qualität und die Langzeitstabilität der Fügeverbindung sind erhöht. Weiterhin sind die Gruppen von Ableiterfahnen der Ableitereinrichtung durch das erste Fußteil mechanisch stabilisiert.
Bevorzugt erstreckt sich die zweite Aufnahme parallel zu einer Stirnfläche der Elektrodenanordnung. Dabei erstreckt sich die zweite Aufnahme aber nur entlang eines Teils der Stirnflächenlänge, wobei die Länge der zweiten Aufnahme nachfolgend zweite Aufnahmenlänge genannt wird. Der Bruch aus der zweiten Aufnahmelänge über der Stirnflächenlänge liegt in Bereich von ¼ bis ½. Bevorzugt beträgt der Bruch im wesentlichen 1/3. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass sich aus der Stirnfläche zumindest zwei Ableitereinrichtungen bzw. Aufnahmen insbesondere unterschiedlicher Polarität erstrecken können.
Bevorzugt sind die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme derart angeordnet, dass in den Endpositionen eine erste Öffnung der ersten Aufnahme in die entgegengesetzte Richtung zu einer zweiten Öffnung der zweiten Aufnahme zeigt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Umgang mit der Baugruppe aus Elektrodenanordnung und zwei Zellkontakten in der Fertigung, insbesondere beim Einsetzen in das Gehäuse erleichtert sind.
Bevorzugt weist eine Batterie wenigstens zwei, vier oder mehrere erfindungsgemäße Sekundärzellen auf. Diese Sekundärzellen sind gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13 ausgebildet oder hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Lebensdauer derartiger Batterien bzw. Energiespeichervorrichtungen gegenüber den Ausführungen des Stands der Technik verbessert ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:
1 im Querschnitt einen Teil einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle mit einer Ableitereinrichtung mit einem Zellkontakt,
2 perspektivisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäße Sekundärzelle mit zwei Zellkontakten,
3 ein Ablaufdiagramm zu einem Verfahren zur Herstellung nach der vorliegenden Erfindung und
4 eine Darstellung bevorzugter Schritte bei einem Verfahren zum Verschweißen.
1 zeigt im Querschnitt einen Teil einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle. Eine erste Ableitereinrichtung 6a weist eine erste Seitenoberfläche 4a und eine ersten Seitenunterfläche 5a mit einer Aufnahme 3a auf, in welche ein erstes Fußteil 1a eines ersten Zellkontaktes 2a eingebracht ist. Weiterhin ist eine Elektrodenanordnung 10 gezeigt. Die erste Seitenunterfläche 5a und die erste Seitenunterfläche 5a sind mit dem ersten Fußteil 1a verschweißt, wobei diese in deren Endposition parallel zu einer Stirnfläche 7 der Elektrodenanordnung 10 angeordnet sind.
2 zeigt perspektivisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäße Sekundärzelle mit zwei Zellkontakten. Zusätzlich zu den in der 1 gezeigten Bauteilen weist eine zweite Ableitereinrichtung 6b weist eine zweite Seitenoberfläche 4b und eine zweite Seitenunterfläche 5b mit einer zweiten Aufnahme 3b auf, in welche ein zweites Fußteil 1b eines zweiten Zellkontaktes 2b eingebracht ist. Die zweite Seitenunterfläche 5b und die zweite Seitenunterfläche 5b sind mit dem zweiten Fußteil 1b verschweißt, wobei diese in deren Endposition parallel zu einer Stirnfläche 7 der Elektrodenanordnung 10 angeordnet sind. Aus der 2 ist zu erkennen, dass bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine erste Aufnahmelänge 8a der ersten Aufnahme 3a und eine zweite Aufnahmelänge 8b der zweiten Aufnahme 3b im Wesentlichen jeweils ein Drittel der Stirnflächelänge 9 der Elektrodenanordnung 10 beträgt. Nach dem in der 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die erste Aufnahme 3a und die zweite Aufnahme 3b jeweils längsseitig in den beiden entsprechende Endbereichen auf der Stirnfläche 7 derart angeordnet, dass eine erste längsseitige Öffnung der U-förmigen ersten Aufnahme 3a in die entgegengesetzte Richtung zu einer zweiten längsseitigen Öffnung der U-förmigen zweiten Aufnahme 3b zeigt.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm zu einem Verfahren zur Herstellung nach der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt S1 wird das erste plattenförmige Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a in eine erste Aufnahme 3a der ersten Ableitereinrichtung 6a eingeführt und in einem Schritt S2 wird das erste Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a mit der ersten Aufnahme 3a der ersten Ableitereinrichtung 6a verbunden. Nachfolgend wird in einem Schritt S3 eine erste Seitenoberfläche 4a der ersten Aufnahme 3a der ersten Ableitereinrichtung 6a mit dem ersten Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a verschweißt. Bevorzugt folgt auf den Schritt S3 der Schritt S4, bei dem die mit dem ersten Fußteil 1a verbundene erste Aufnahme 3a in eine Endposition umgebogen wird.
Nachfolgend wird in einem Schritt S5 das zweite plattenförmige Fußteil 1b des zweiten Zellkontaktes 2b in eine zweite Aufnahme 3b der zweiten Ableitereinrichtung 6b eingeführt und in einem Schritt S6 wird das zweite Fußteil 1b des zweiten Zellkontaktes 2b mit der zweiten Aufnahme 3b der zweiten Ableitereinrichtung 6b verbunden. Nachfolgend wird in einem Schritt S7 eine zweite Seitenoberfläche 4b der zweiten Aufnahme 3b der zweiten Ableitereinrichtung 6b mit dem zweiten Fußteil 1b des zweiten Zellkontaktes 2b verschweißt. Bevorzugt folgt auf den Schritt S7 der Schritt S8, bei dem die mit dem zweiten Fußteil 1b verbundene zweite Aufnahme 3b in eine Endposition umgebogen wird.
4 zeigt eine Darstellung bevorzugter Schritte bei dem Schritt S3 des Anschweißens. Wie in der 3 gezeigt ist, kann der Schritt des Anschweißens einen Schritt S3a des Durchführens eines Laserschweißens zum Verbinden der ersten Aufnahme 3a der ersten Ableitereinrichtung 6a mit dem ersten Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a und/oder einen Schritt S3b des Durchführens eines Kaltschweißens zum Verbinden der ersten Aufnahme 3a der ersten Ableitereinrichtung 6a mit dem ersten Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a und/oder einen Schritt S3c des Durchführens eines Reibschweißens zum Verbinden der ersten Aufnahme 3a der ersten Ableitereinrichtung 6a mit dem ersten Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a und/oder einen Schritt S3d des Durchführens eines Ultraschallschweißens zum Verbinden der ersten Aufnahme 3a der ersten Ableitereinrichtung 6a mit dem ersten Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie, welche diese Sekundärzellen aufweist und/oder welche nach diesen Verfahren zur Herstellung hergestellt worden ist, und insbesondere eine zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestaltete Batterie, welche diese Sekundärzellen aufweist und/oder welche nach diesen Verfahren zur Herstellung hergestellt worden ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle, nachfolgend auch Sekundärzelle genannt, wobei die Sekundärzelle insbesondere zur Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestaltet ist, wobei die Sekundärzelle mindestens aufweist: – eine Elektrodenanordnung (10), welche ausgestaltet ist, zumindest zeitweise elektrische Energie bereitzustellen, welche eine Stirnfläche (7) mit einer Stirnflächenlänge (9) aufweist, – eine erste Ableitereinrichtung (6a), welche elektrisch mit der Elektrodenanordnung (10) verbunden ist und sich aus der Elektrodenanordnung (10) erstreckt, insbesondere aus deren Stirnfläche (7), wobei die erste Ableitereinrichtung (6a) eine erste, vorzugsweise U-förmige Aufnahme (3a) mit einer ersten Öffnung und mit mindestens zwei Gruppen von Ableiterfahnen aufweist, wobei die erste Aufnahme (3a) zum Aufnehmen eines elektrisch leitfähigen Formteils, insbesondere eines ersten Fußteils (1a) ausgestaltet ist, – eine erste Zellkontakteinrichtung, welche zum Verbinden mit der ersten Ableitereinrichtung (6a) ausgestaltet ist, wobei die erste Zellkontakteinrichtung insbesondere ausgestaltet ist, zumindest zeitweise elektrische Energie aus der Elektrodenanordnung (10) in Richtung eines zu versorgenden Verbrauchers zu leiten, wobei die erste Zellkontakteinrichtung einen ersten Zellkontakt (2a) und ein erstes elektrisch leitfähiges, insbesondere plattenförmiges Fußteil (1a) aufweist, mit den Schritten: (S1) Einführen eines ersten Fußteils (1a) in die erste Aufnahme (3a), insbesondere zwischen zwei der Gruppen von Ableiterfahnen der ersten Aufnahme, (S2) Herstellen mindestens einer, vorzugsweise zwei oder mehrerer elektrisch leitfähiger Verbindungen des ersten Fußteils (1a) mit der ersten Aufnahme (3a), insbesondere mit deren Gruppen von Ableiterfahnen, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, worauf insbesondere ein Strompfad mit Elektrodenanordnung (10), erster Ableitereinrichtung (6a) und erster Zellkontakteinrichtung (2a) gebildet ist, vorzugsweise mit den Schritten: (S9) Zuführen des ersten Zellkontaktes (2a), wobei der erste Zellkontakt (2a) in Berührung mit der ersten Ableitereinrichtung (6a) gelangt, (S10) Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Zellkontaktes (2a) mit der ersten Ableitereinrichtung (6a), insbesondere mit einer Gruppe von Ableiterfahnen, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Aufnahme (3a) eine erste Seitenoberfläche (4a) und eine erste Seitenunterfläche (5a) aufweist, wobei vorzugsweise die erste Seitenoberfläche (4a) und die erste Seitenunterfläche (5a) verschiedenen Gruppen von Ableiterfahnen zugeordnet sind, gekennzeichnet durch den Schritt: (S3) Verbinden der ersten Seitenoberfläche (4a) und der ersten Seitenunterfläche (5a) mit dem ersten Fußteil (1a), vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, wobei vorzugsweise das Verbinden in einer Arbeitsposition durchgeführt wird, in welcher die erste Seitenoberfläche (4a) im Wesentlichen senkrecht zu der Stirnfläche (7) angeordnet Ist, wobei Schritt S3 vorzugsweise ausgestaltet ist als: (S3a) Verbinden der ersten Aufnahme (3a) mit dem ersten Fußteil (1a) mittels Laserschweißen, (S3b) Verbinden der ersten Aufnahme (3a) mit dem ersten Fußteil (1a) mittels Kaltschweißen, (S3c) Verbinden der ersten Aufnahme (3a) mit dem ersten Fußteil (1a) mittels Reibschweissen, oder (S3d) Verbinden der ersten Aufnahme (3a) mit dem ersten Fußteil (1a) mittels Ultraschallschweißen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: (S4) Umbiegen der mit dem ersten Fußteil (1a) verbundenen ersten Aufnahme (3a) in eine Endposition, wobei vorzugsweise zum Erreichen der Endposition die erste Seitenoberfläche (4a) im Wesentlichen parallel zu einer Stirnfläche (7) der Elektrodenanordnung (10) angeordnet wird, wobei Schritt S4 nach Schritt S2 durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärzelle eine zweite Zellkontakteinrichtung mit einem zweiten Zellkontakt (2b) und mit einem zweiten elektrisch leitfähigen, insbesondere plattenförmigen Fußteil (1b) aufweist, und eine zweite Ableitereinrichtung (6b) mit einer vorzugsweise U-förmigen Aufnahme (3b) mit einer zweiten Öffnung und mit mindestens zwei Gruppen von Ableiterfahnen aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte: (S5) Einführen des zweiten Fußteils (1b) in die zweite Aufnahme (3b), (S6) Herstellen mindestens einer, vorzugsweise zwei oder mehrerer elektrisch leitfähiger Verbindungen des zweiten Fußteils (1b) mit der zweiten Aufnahme (3b), insbesondere mit deren Gruppen von Ableiterfahnen, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, worauf insbesondere ein Strompfad mit Elektrodenanordnung (10), zweiter Ableitereinrichtung (6b) und zweiter Zellkontakteinrichtung (2b) gebildet ist, vorzugsweise mit den Schritten: (S11) Zuführen des zweiten Zellkontaktes (2b), wobei der zweite Zellkontakt (2a) in Berührung mit der zweiten Ableitereinrichtung (6b) gelangt, (S12) Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Zellkontaktes (2b) mit der zweiten Ableitereinrichtung (6b), insbesondere mit einer Gruppe von Ableiterfahnen, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Aufnahme (3b) eine zweite Seitenoberfläche (4b) und eine zweite Seitenunterfläche (5b) aufweist, wobei vorzugsweise die zweite Seitenoberfläche (4b) und die zweite Seitenunterfläche (5b) verschiedenen Gruppen von Ableiterfahnen zugeordnet sind, gekennzeichnet durch den Schritt: (S7) Verbinden der zweiten Seitenoberfläche (4b) und der zweiten Seitenoberfläche (4b) mit dem zweiten Fußteil (1b), vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, wobei vorzugsweise das Verbinden in einer Arbeitsposition durchgeführt wird, in der die zweite Seitenoberfläche (4b) im Wesentlichen senkrecht zu der Stirnfläche (7) angeordnet ist, wobei Schritt S7 vorzugsweise ausgestaltet ist als: (S7a) Verbinden der zweiten Aufnahme (3b) mit dem zweiten Fußteil (1b) mittels Laserschweißen, (S7b) Verbinden der zweiten Aufnahme (3b) mit dem zweiten Fußteil (1b) mittels Kaltschweißens, (S7c) Verbinden der zweiten Aufnahme (3b) mit dem zweiten Fußteil (1b) mittels Reibschweißen, oder (S7d) Verbinden der zweiten Aufnahme (3b) mit dem zweiten Fußteil (1b) mittels Ultraschallschweißen.
Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: (S8) Umbiegen der mit dem zweiten Fußteil (1b) verbundenen zweiten Aufnahme (3b) in eine Endposition, wobei vorzugsweise in der Endposition die zweite Seitenoberfläche (4b) im Wesentlichen parallel zu der Stirnfläche (7) der Elektrodenanordnung (10) angeordnet ist; wobei vorzugsweise die erste Aufnahme (3a) und die zweite Aufnahme (3b) derart angeordnet werden, dass in deren Endpositionen die erste Öffnung der ersten Aufnahme (3a) in die entgegengesetzte Richtung zu der zweiten Öffnung der zweiten Aufnahme (3b) zeigt.
Sekundärzelle, insbesondere zur Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestaltet, mindestens aufweisend: – eine Elektrodenanordnung (10), welche ausgestaltet ist, zumindest zeitweise elektrische Energie bereitzustellen, welche eine Stirnfläche (7) mit einer Stirnflächenlänge (9) aufweist, – eine erste Ableitereinrichtung (6a), welche elektrisch mit der Elektrodenanordnung (10) verbunden ist und sich aus der Elektrodenanordnung (10) erstreckt, insbesondere aus deren Stirnfläche (7), wobei die erste Ableitereinrichtung (6a) eine erste, vorzugsweise U-förmige Aufnahme (3a) mit einer ersten Öffnung und mit mindestens zwei Gruppen von Ableiterfahnen aufweist, – eine erste Zellkontakteinrichtung, welche zum Verbinden mit der ersten Ableitereinrichtung (6a) ausgestaltet ist, wobei die erste Zellkontakteinrichtung insbesondere ausgestaltet ist, zumindest zeitweise elektrische Energie aus der Elektrodenanordnung (10) in Richtung eines zu versorgenden Verbrauchers zu leiten, wobei die erste Zellkontakteinrichtung einen ersten Zellkontakt (2a) und ein erstes elektrisch leitfähiges, insbesondere plattenförmiges Fußteil (1a) aufweist, wobei die erste Aufnahme (3a) zum Aufnehmen des ersten Fußteils (1a) ausgestaltet ist, insbesondere mittels zwei der Gruppen von Ableiterfahnen der ersten Aufnahme (3a), wobei das erste Fußteil insbesondere der stoffschlüssigen Verbindung zweier Gruppen von Ableiterfahnen der ersten Ableitereinrichtung (6a) dient.
Sekundärzelle gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ableitereinrichtung (6a) eine erste Seitenoberfläche (4a) und eine erste Seitenunterfläche (5a) aufweist, welche vorzugsweise verschiedenen Gruppen von Ableiterfahnen der ersten Ableitereinrichtung (6a) zugeordnet sind, dass das erste Fußteil (1a) mit der ersten Seitenoberfläche (4a) und mit der ersten Seitenunterfläche (5a) verschweißt ist.
Sekundärzelle gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahme (3a) sich parallel zu einer Stirnfläche (7) der Elektrodenanordnung (10) erstreckt, dass die erste Aufnahme (3a) sich mit einer ersten Aufnahmenlänge (8a) entlang der Stirnfläche (7) erstreckt, und dass das Verhältnis von der ersten Aufnahmenlänge (8a) über der Stirnflächenlänge (9) in einem Bereich von 1/4 bis 1/2 liegt, und vorzugsweise im Wesentlichen 1/3 beträgt.
Sekundärzelle gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch – eine zweite Zellkontakteinrichtung, welch einen zweiten Zellkontakt (2b) und ein zweites elektrisch leitfähiges, insbesondere plattenförmiges Fußteil (1b) aufweist, und – eine zweite Ableitereinrichtung (6b), wobei die zweite Ableitereinrichtung (6b) eine zweite vorzugsweise U-förmige Aufnahme (3b) mit einer zweiten Öffnung und wenigstens zwei Gruppen von Ableiterfahnen aufweist, wobei die zweite Aufnahme (3b) ausgestaltet ist, das zweite Fußteil (1b) des zweiten Zellkontaktes (2b) aufzunehmen, insbesondere mittels zwei der Gruppen von Ableiterfahnen der zweiten Aufnahme (3b).
Sekundärzelle gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ableitereinrichtung (6b) eine zweite Seitenoberfläche (4b) und eine zweite Seitenunterfläche (5b) aufweist, wobei vorzugsweise die zweite Seitenoberfläche (4b) und die zweite Seitenunterfläche (5b) verschiedenen Gruppen von Ableiterfahnen der zweiten Ableitereinrichtung (6b) zugeordnet sind, dass das zweite Fußteil (1b) mit der zweiten Seitenoberfläche (4b) und mit der zweiten Seitenunterfläche (5b) verschweißt ist.
Sekundärzelle gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Aufnahme (3b) sich parallel zu einer Stirnfläche (7) der Elektrodenanordnung (10) erstreckt, dass die zweite Aufnahme (3b) sich mit einer zweiten Aufnahmenlänge (8b) entlang der Stirnfläche (7) erstreckt, und dass das Verhältnis von der zweiten Aufnahmenlänge (8b) über der Stirnflächenlänge (9) in einem Bereich von 1/4 bis 1/2 liegt, und vorzugsweise im Wesentlichen 1/3 beträgt.
Sekundärzelle gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahme (3a) und die zweite Aufnahme (3b) insbesondere im Betrieb der Sekundärzelle derart angeordnet sind, dass in den Endpositionen eine erste Öffnung der ersten Aufnahme (3a) in die entgegengesetzte Richtung zu einer zweiten Öffnung der zweiten Aufnahme (3b) zeigt.
Sekundärzelle gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und dazwischen einen Separator aufweist, wobei der Separator nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, und welcher aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht, wobei der Träger vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet ist, wobei als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger vorzugsweise ein organisches Material verwendet wird, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist, wobei das organische Material vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, wobei das organische Material mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet ist, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von –40°C bis 200°C ionenleitend ist, wobei das anorganische Material bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate wenigstens eines der Elemente Zr, Al, Li umfasst, besonders bevorzugt Zirkonoxid, und wobei das anorganische, ionenleitende Material bevorzugt Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm aufweist.
Batterie mit wenigstens zwei Sekundärzellen, wobei die Sekundärzellen gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14 ausgebildet oder mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt sind.