DE102011110896A1

DE102011110896A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle, eine elektrochemische Zelle und eine Energiespeichervorrichtung mit wenigstens zwei elektrochemischen Zellen

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Publication number: DE102011110896A1
Application number: DE102011110896A
Authority: DE
Inventors: Alexander Hörnig; Dr. Reiche Harald; Danilo Zschech; Claus-Rupert Hohenthanner; Jens Meintschel
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-02-21
Also published as: WO2013023762A1

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 Ableiterfahne auf. Die erste Ableiterfahne ist mit der Elektrodenanordnung elektrisch verbunden und erstreckt sich aus der Elektrodenanordnung, insbesondere aus deren Stirnfläche. Die erste Ableiterfahne weist eine erste Seitenunterfläche und eine erste Seitenoberfläche auf. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine erste Zellkontakteinrichtung mit einem ersten Zellkontakt auf, welcher zum Verbinden mit der ersten Ableiterfahne ausgestaltet ist. Die erste Zellkontakteinrichtung ist ausgestaltet, zumindest zeitweise elektrische Energie aus der Elektrodenanordnung in Richtung eines zu versorgenden Verbrauchers zu leiten. Die erste Zellkontakteinrichtung weist einen ersten Zellkontakt mit einem ersten, insbesondere plattenförmigen Fußteil und ein erstes, insbesondere als Zusatzblech ausgebildetes Zusatzteil auf. Das erfindungsgemäße Verfahren weist auf: das Anbringen eines ersten Zusatzteils an eine erste Seitenunterfläche der ersten Ableiterfahne, nachfolgend Schritt S1c genannt. In einem weiteren Schritt, nachfolgend Schritt S1b genannt, wird ein erstes Fußteil der ersten Zellkontakteinrichtung an eine erste Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne angebracht. In einem weiteren Schritt, nachfolgend Schritt S2 genannt, wird mindestens eine elektrisch leitfähige Verbindung des ersten Fußteils mit der ersten Ableiterfahne hergestellt.

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 Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, ein Kontaktelement elektrochemischer Zellen nach Anspruch 7 und durch eine Batterie nach Anspruch 14 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 Ableiterfahne auf. Die erste Ableiterfahne ist mit der Elektrodenanordnung elektrisch verbunden und erstreckt sich aus der Elektrodenanordnung, insbesondere aus deren Stirnfläche. Die erste Ableiterfahne weist eine erste Seitenunterfläche und eine erste Seitenoberfläche auf. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine erste Zellkontakteinrichtung mit einem ersten Zellkontakt auf, welcher zum Verbinden mit der ersten Ableiterfahne ausgestaltet ist. Die erste Zellkontakteinrichtung ist ausgestaltet, zumindest zeitweise elektrische Energie aus der Elektrodenanordnung in Richtung eines zu versorgenden Verbrauchers zu leiten. Die erste Zellkontakteinrichtung weist einen ersten Zellkontakt mit einem ersten, insbesondere plattenförmigen Fußteil und ein erstes, insbesondere als Zusatzblech ausgebildetes Zusatzteil auf. Das erfindungsgemäße Verfahren weist auf: das Anbringen eines ersten Zusatzteils an eine erste Seitenunterfläche der ersten Ableiterfahne, nachfolgend Schritt S1a genannt. In einem weiteren Schritt, nachfolgend Schritt S1b genannt, wird ein erstes Fußteil der ersten Zellkontakteinrichtung an eine erste Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne angebracht. In einem weiteren Schritt, nachfolgend Schritt S2 genannt, wird mindestens eine elektrisch leitfähige Verbindung des ersten Fußteils mit der ersten Ableiterfahne hergestellt.
Erfindungsgemäß werden zunächst ein erstes Zusatzteil an eine erste Seitenunterfläche der ersten Ableiterfahne sowie ein erstes Fußteil eine erste Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne angebracht. Anschließend wird mindestens eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Fußteil und der ersten Ableiterfahne hergestellt. Während der Herstellung der elektrisch leitfähigen Verbindung ist die zumindest eine erste Ableiterfahne vor unmittelbarer Berührung mit einer Aufnahmeeinrichtung einer Fügevorrichtung bewahrt. So ist die mechanische Belastung der zumindest einen ersten Ableiterfahne während des Fügevorgangs vermindert und einer Beschädigung einer Oberfläche der Ableiterfahne begegnet. So kann die Anordnung aus erstem Zusatzteil, erster Ableiterfahne und erstem Fußteil mit erhöhter Kraft für das anschließende Fügen gespannt werden kann. Somit bietet die Herstellung einer Sekundärzelle gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren den Vorteil, dass die Qualität der Verbindung von erster Ableiterfahne und erstem Fußteil erhöht ist, insbesondere beständiger ausgebildet ist. So weist die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Sekundärzelle eine erhöhte Lebensdauer auf, wodurch die zu Grunde liegende Aufgabe gelöst wird.
Bevorzugt wird mindestens eine stoffschlüssige, insbesondere elektrisch leitfähige Verbindung des ersten Zusatzteils mit der ersten Ableiterfahne hergestellt. Dieser Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Verbleib des Zusatzteils in der Sekundärzelle eine stoffschlüssige Verbindung mehrerer Ableiterfahnen insbesondere mechanisch stabilisiert. 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 wenigstens 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, insbesondere deren Elektrolyt 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. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteile einer erhöhten Temperaturstabilität der Sekundärzelle. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Temperaturbeständigkeit der Sekundärzelle erhöht ist.
Unter einer Ableiterfahne 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. Vorzugsweise weist die Sekundärzelle wie Kollektorfolie eine eigene Ableiterfahne auf. Besonders bevorzugt ist je eine Ableiterfahne mit einer Kollektorfolie der Elektrodenanordnung einstückig ausgebildet. Vorzugsweise ist eine Ableiterfahne mit einem Metall ausgebildet, besonders bevorzugt mit Kupfer und/oder Aluminium. Eine Ableiterfahne weist eine Seitenunterfläche und einer dazu im wesentlichen parallel angeordnete Seitenoberfläche auf. Die Seitenunterfläche und die Seitenoberfläche dienen der Berührung und vorzugsweise der Verbindung mit einem ersten Zusatzteil bzw. einem Fußteil. Wenn mehrere Ableiterfahnen einander berührend zusammengelegt sind, und dabei ein Paket von Ableiterfahnen bilden, dann sind die Seitenunterfläche und die Seitenoberfläche auf verschiedenen, insbesondere den äußeren Ableiterfahnen des Pakets ausgebildet.
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 mit einem Fußteil sowie einem insbesondere als Zusatzblech ausgebildeten Zusatzteil auf. Erfindungsgemäß wird bzw. ist die Zellkontakteinrichtung elektrisch leitend mit einer Ableiterfahne bzw. einem Paket von Ableiterfahnen verbunden. Die Zellkontakteinrichtung, insbesondere Fußteil und Zusatzteil gemeinsam, dienen insbesondere dazu:

• eine Ableiterfahne bzw. ein Paket von Ableiterfahnen vor Schritt S2 berührend, insbesondere formschlüssig zu umgeben,
• um die Ableiterfahne bzw. das Paket von Ableiterfahnen vor Schritt S2 verspannt zu werden,
• die Oberflächen der Ableiterfahne bzw. des Pakets von Ableiterfahnen vor mechanischen Kontakt insbesondere mit einer Aufnahmeeinrichtung einer Fügevorrichtung zu bewahren,
• mit der Ableiterfahne bzw. den äußeren Ableiterfahnen eines Pakets verbunden zu werden,
• die Verbindung der Ableiterfahnen eines Pakets untereinander während Schritt S2 zu unterstützen, und/oder
• das Ergebnis des Schrittes S2 zu stabilisieren bzw. vor unerwünschten insbesondere mechanischen Beanspruchungen zu bewahren.

Erfindungsgemäß weist das Verfahren den Schritt S1a auf: Anbringen eines ersten Zusatzteils an eine erste Seitenunterfläche der ersten Ableiterfahne. Dabei wird das erste Zusatzteil benachbart zu der Seitenunterfläche, vorzugsweise die Seitenunterfläche berührend angeordnet. Erfindungsgemäß weist das Verfahren auch den Schritt S1b auf: Anbringen eines ersten Fußteils an eine erste Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne. Dabei wird das erste Fußteil benachbart zu der zweiten Oberfläche, vorzugsweise die Seitenoberfläche berührend angeordnet. Vorzugsweise wird die Anordnung aus erstem Zusatzteil, zumindest einer Ableiterfahne und erstem Fußteil verspannt. Der Vorteil besteht darin, dass einer unerwünschten Relativbewegung der Bestandteile der Anordnung insbesondere während Schritt S2 begegnet ist. Das vereinfacht die Fertigung gemäß Schritt S2 bzw. erhöht deren Qualität.
Erfindungsgemäß weist das Verfahren den Schritt S2 auf: Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Fußteils mit der ersten Ableiterfahne bzw. mit einem Paket von Ableiterfahnen. Dabei wird insbesondere ein Strompfad mit Elektrodenanordnung, erster Ableiterfahne und erster Zellkontakteinrichtung gebildet. Das bietet den Vorteil, dass elektrische Energie aus der Elektrodenanordnung einem zu versorgenden Verbraucher über die zumindest eine Ableiterfahne und die erste Zellkontakteinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann.
Bevorzugt wird mindestens eine stoffschlüssigen, insbesondere elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Zusatzteils mit der ersten Ableiterfahne hergestellt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das erste Zusatzteil zum insbesondere mechanischen Schutz der elektrisch leitenden Verbindung von erster Zellkontakteinrichtung mit der zumindest einen ersten Ableiterfahne dient.
Bevorzugt erfolgt Schritt S2 mittels eines Fügeverfahrens. Besonders bevorzugt erfolgt das Herstellen der Verbindung mittels Schweißen, Reibschweißen, Kaltschweißen, Ultraschallschweißen, Löten, Weichlöten, Hartlöten oder Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass gleichzeitig eine elektrisch leitfähige und stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird. Diese Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass die Verbindung von erstem Fußteil des ersten Zellkontaktes mit der ersten Ableiterfahne automatisiert und insbesondere mit hoher Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden kann.
Bevorzugt ist Schritt S2 ausgestaltet als Schritt S3, wonach mindestens eine elektrisch leitfähige Verbindung der ersten Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Fußteil der ersten Zellkontakteinrichtung hergestellt wird. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass gleichzeitig eine elektrisch leitfähige und eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Herstellen der Verbindung mittels eines elektrischen Schweiß- oder Lötverfahrens erfolgen kann.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren der Schritt S3 in einer Arbeitsposition durchgeführt, bei der die erste Seitenoberfläche im Wesentlichen senkrecht zu der Stirnfläche der Elektrodenanordnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die zu verbindende Anordnung aus erstem Zusatzteil, zumindest einer Ableiterfahne und erstem Fußteil während Schritt S3 gut zugänglich ist.
Bevorzugt ist Schritt S3 als mindestens einen der folgenden Schritte zum Durchführen eines Schweißverfahrens ausgestaltet: ein Durchführen eines Laserschweißens zum Verbinden des ersten Fußteils des ersten Zellkontaktes mit der ersten Ableiterfahne, ein Durchführen eines Kaltschweißens zum Verbinden des ersten Fußteils des ersten Zellkontaktes mit der ersten Ableiterfahne, ein Durchführen eines Reibschweißens zum Verbinden des ersten Fußteils des ersten Zellkontaktes mit der ersten Ableiterfahne oder ein Durchführen eines Ultraschallschweißens zum Verbinden des ersten Fußteils des ersten Zellkontaktes mit der ersten Ableiterfahne. Diese Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass die Verbindung von erstem Fußteil des ersten Zellkontaktes mit der ersten Ableiterfahne automatisiert und insbesondere mit hoher Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden kann.
Bevorzugt weist das Verfahren im Anschluss an Schritt S3 den Schritt S4 auf: ein Umbiegen der mit dem ersten Fußteil verbundenen ersten Ableiterfahne um eine erste Biegekante der ersten Ableiterfahne in eine Endposition. Diese Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass die Bauhöhe der Ableiterfahne bzw. des Pakets von Ableiterfahnen verringert ist.
Bevorzugt wird der Schritt S4 derart durchgeführt, dass in der Endposition die erste Seitenoberfläche im Wesentlichen parallel zu einer Stirnfläche der Elektrodenanordnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass die Bauhöhe der Ableiterfahne bzw. des Pakets von Ableiterfahnen verringert ist.
Bevorzugt weist das Verfahren die Schritte auf: ein Anbringen eines zweiten Zusatzteils an eine zweite Seitenunterfläche der zweiten Ableiterfahne, nachfolgend Schritt S5a genannt. Dabei wird das zweite Zusatzteil benachbart zu der zweiten Seitenunterfläche, vorzugsweise die zweite Seitenunterfläche berührend angeordnet. Weiter weist das Verfahren auf: das Anbringen eines zweiten, insbesondere eines zweiten plattenförmigen Fußteils des zweiten Zellkontakt an eine zweite Seitenoberfläche der zweiten Ableiterfahne, nachfolgend Schritt S5b genannt. Dabei wird das zweite Fußteil benachbart zu der zweiten Seitenoberfläche, vorzugsweise die zweite Seitenoberfläche berührend angeordnet. Vorzugsweise wird die Anordnung aus zweiten Zusatzteil, zumindest einer Ableiterfahne und zweitem Fußteil verspannt. Der Vorteil besteht darin, dass einer unerwünschten Relativbewegung der Bestandteile der Anordnung insbesondere während Schritt S6 begegnet ist. Das vereinfacht die Fertigung gemäß Schritt S6 bzw. erhöht deren Qualität.
Bevorzugt weist das Verfahren den Schritt S6 auf: ein Herstellen zumindest einer elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Fußteils der zweiten Zellkontakteinrichtung mit der zweiten Ableiterfahne. Dabei wird insbesondere ein Strompfad mit Elektrodenanordnung, zweiter Ableiterfahne und zweiter Zellkontakteinrichtung gebildet. Das bietet den Vorteil, dass elektrische Energie aus der Elektrodenanordnung einem zu versorgenden Verbraucher über die zumindest eine zweite Ableiterfahne und die zweite Zellkontakteinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann.
Bevorzugt wird auch mindestens eine stoffschlüssige Verbindung des ersten Zusatzteils mit der ersten Seitenunterfläche hergestellt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das zweite Zusatzteil zum insbesondere mechanischen Schutz der zweiten Ableiterfahne und zum Stabilisieren der elektrisch leitenden Verbindung von zweiter Zellkontakteinrichtung mit der zumindest einen zweiten Ableiterfahne dient.
Bevorzugt erfolgt Schritt S6 mittels eines Fügeverfahrens. Vorzugsweise erfolgt das Herstellen der Verbindung mittels Schweißen, Reibschweißen, Kaltschweißen, Ultraschallschweißen, Löten, Weichlöten, Hartlöten oder Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass gleichzeitig eine elektrisch leitfähige und eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird. Diese Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass die Verbindung von zweitem Fußteil des zweiten Zellkontaktes mit der zweiten Ableiterfahne automatisiert und insbesondere mit hoher Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden kann.
Bevorzugt ist Schritt S6 ausgestaltet als Schritt S7: Verbinden des zweiten Fußteils des zweiten Zellkontaktes an die zweite Seitenoberfläche der zweiten Ableiterfahne, besonders bevorzugt mittels eines Fügeverfahrens. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass gleichzeitig eine elektrisch leitfähige und eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Herstellen der Verbindung mittels eines elektrischen Schweiß- oder Lötverfahrens erfolgen kann. Diese Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass die Verbindung von zweitem Fußteil des zweiten Zellkontaktes mit der zweiten Seitenoberfläche automatisiert und insbesondere mit hoher Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden kann.
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 Begrenzungsflächen des zweiten Fußteils und des Zusatzteils gut zugänglich sind für insbesondere verbessertes Fügen.
Bevorzugt erfolgt Schritt S7 mittels eines Fügeverfahrens. Vorzugsweise erfolgt das Herstellen der Verbindung mittels Schweißen, Reibschweißen, Kaltschweißen, Ultraschallschweißen, Löten, Weichlöten, Hartlöten oder Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass gleichzeitig eine elektrisch leitfähige und eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird. Diese Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass die Verbindung von zweitem Fußteil des zweiten Zellkontaktes mit der zweiten Ableiterfahne automatisiert und insbesondere mit hoher Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden kann.
Bevorzugt ist Schritt S7 ausgestaltet als mindestens einer der folgenden Schritte zum Durchführen eines Schweißverfahrens: ein Durchführen eines Laserschweißens zum Verbinden des zweiten Fußteils des zweiten Zellkontaktes mit der zweiten Ableiterfahne, ein Durchführen eines Kaltschweißens zum Verbinden des zweiten Fußteils des zweiten Zellkontaktes mit der zweiten Ableiterfahne, ein Durchführen eines Reibschweißens zum Verbinden des zweiten Fußteils des zweiten Zellkontaktes mit der zweiten Ableiterfahne oder ein Durchführen eines Ultraschallschweißens zum Verbinden des zweiten Fußteils des zweiten Zellkontaktes mit der zweiten Ableiterfahne. Diese Ausgestaltung bieten den Vorteil, dass die Verbindung von zweitem Fußteil des zweiten Zellkontaktes mit der zweiten Ableiterfahne automatisiert und insbesondere mit hoher Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden kann.
Bevorzugt weist das Verfahren zur Herstellung nach dem Schritt S7 den Schritt S8 auf: ein Umbiegen der mit dem zweiten Fußteil verbundenen zweiten Ableiterfahne um eine zweite Biegekante der zweiten Ableiterfahne in eine Endposition. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Bauhöhe der Ableiterfahne bzw. des Pakets von Ableiterfahnen verringert ist.
Bevorzugt wird der Schritt S8 derart durchgeführt, dass in der Endposition die zweiten Seitenoberfläche im Wesentlichen parallel zu einer Stirnfläche der Elektrodenanordnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Bauhöhe der Ableiterfahne bzw. des Pakets von Ableiterfahnen über der Stirnfläche der Elektrodenanordnung verringert ist.
Bevorzugt sind bei Schritt S8 die erste Biegekante und die zweite Biegekante an gegenüber liegenden Kanten der Stirnfläche der Elektrodenanordnung angeordnet sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Umgang mit der Sekundärzelle während der Fertigung erleichtert 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 Ableiterfahne auf. Die erste Ableiterfahne ist mit der Elektrodenanordnung elektrisch verbunden und erstreckt sich aus der Elektrodenanordnung, insbesondere aus deren Stirnfläche. Die erste Ableiterfahne weist eine erste Seitenunterfläche und eine erste Seitenoberfläche auf. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens eine erste Zellkontakteinrichtung mit einem ersten Zellkontakt auf, welcher zum Verbinden mit der ersten Ableiterfahne ausgestaltet ist. Die erste Zellkontakteinrichtung ist ausgestaltet, zumindest zeitweise elektrische Energie aus der Elektrodenanordnung in Richtung eines zu versorgenden Verbrauchers zu leiten. Die erste Zellkontakteinrichtung weist einen ersten Zellkontakt mit einem ersten, insbesondere plattenförmigen Fußteil und ein erstes, insbesondere als Zusatzblech ausgebildetes Zusatzteil auf. Das erste Fußteil dient zur insbesondere elektrischen Verbindung und das erste Zusatzteil zur insbesondere stoffschlüssigen Verbindung mit der wenigstens einen ersten Ableiterfahne.
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 wenigstens 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, insbesondere deren Elektrolyt 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 quaderförmiger Gestalt. Die beiden Elektroden sind durch einen streifenförmigen Separator beanstandet. Die übereinandergelegten streifenförmigen Elektroden mit dazwischenliegenden Separator sind zu den Elektrodenwickel aufgewickelt. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer platzsparenden Anordnung mit anderen Sekundärzellen zu einer Batterie.
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. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Temperaturbeständigkeit der Sekundärzelle erhöht ist.
Unter einer Ableiterfahne 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. Vorzugsweise weist die Sekundärzelle wie Kollektorfolie eine eigene Ableiterfahne auf. Besonders bevorzugt ist je eine Ableiterfahne mit einer Kollektorfolie der Elektrodenanordnung einstückig ausgebildet. Vorzugsweise ist eine Ableiterfahne mit einem Metall ausgebildet, besonders bevorzugt mit Kupfer und/oder Aluminium. Eine Ableiterfahne weist eine Seitenunterfläche und einer dazu im wesentlichen parallel angeordnete Seitenoberfläche auf. Die Seitenunterfläche und die Seitenoberfläche dienen der Berührung und vorzugsweise der Verbindung mit einem ersten Zusatzteil bzw. einem Fußteil. Wenn mehrere Ableiterfahnen einander berührend zusammengelegt sind, und dabei ein Paket von Ableiterfahnen bilden, dann sind die Seitenunterfläche und die Seitenoberfläche auf verschiedenen, insbesondere den äußeren Ableiterfahnen des Pakets ausgebildet.
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 mit einem Fußteil sowie einem insbesondere als Zusatzblech ausgebildeten Zusatzteil auf. Erfindungsgemäß wird bzw. ist die Zellkontakteinrichtung elektrisch leitend mit einer Ableiterfahne bzw. einem Paket von Ableiterfahnen verbunden. Die Zellkontakteinrichtung, insbesondere Fußteil und Zusatzteil gemeinsam, dienen insbesondere dazu:

• eine Ableiterfahne bzw. ein Paket von Ableiterfahnen vor Schritt S2 berührend, insbesondere formschlüssig zu umgeben,
• um die Ableiterfahne bzw. das Paket von Ableiterfahnen vor Schritt S2 verspannt zu werden,
• die Oberflächen der Ableiterfahne bzw. des Pakets von Ableiterfahnen vor mechanischen Kontakt insbesondere mit einer Aufnahmeeinrichtung einer Fügevorrichtung zu bewahren,
• mit der Ableiterfahne bzw. den äußeren Ableiterfahnen eines Pakets verbunden zu werden,
• die Verbindung der Ableiterfahnen eines Pakets untereinander während Schritt S2 zu unterstützen, und/oder
• das Ergebnis des Schrittes S2 zu stabilisieren bzw. vor insbesondere mechanischen Beanspruchungen zu bewahren.

Bevorzugt weist die Sekundärzelle ein Gehäuse auf, welches insbesondere dazu dient, die Elektrodenanordnung gegenüber der Umgebung abzuschirmen, insbesondere einen Austausch von Stoffen zwischen der Elektrodenanordnung und der Umgebung zu erschweren. Besonders bevorzugt ist zumindest ein Fußteil im Inneren des Gehäuses angeordnet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die elektrische Verbindung von Ableiterfahne und Zellkontakteinrichtung von schädigenden Einflüssen aus der Umgebung geschützt ist, insbesondere vor dem Eindringen von Luftfeuchtigkeit.
Bevorzugt ist das erste Fußteil der ersten Zellkontakteinrichtung an die erste Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne verschweißt oder verlötet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass zeitgleich eine stoffschlüssig und eine elektrisch leitfähige Verbindung vorliegt insbesondere für erhöhte Langzeitstabilität. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass das Herstellen einer solchen Verbindung gut automatisierbar und mit hoher Wiederholgenauigkeit ausführbar ist.
Bevorzugt weist die erste Ableiterfahne eine erste Biegekante mit einer ersten Biegekantenlänge auf. Die erste Biegekante erstreckt sich parallel zu einer Stirnfläche. Das Verhältnis von der ersten Biegekantenlänge über der Stirnflächenlänge in einem Bereich von 1/4 bis 1/2, und vorzugsweise beträgt es im Wesentlichen 1/3. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass sich aus der Stirnfläche zumindest zwei Ableiterfahnen bzw. Pakete von Ableiterfahnen insbesondere unterschiedlicher Polarität erstrecken können.
Bevorzugt weist die Sekundärzelle eine zweite Ableiterfahne und eine zweite Zellkontakteinrichtung auf. Die zweite Ableiterfahne und die zweite Zellkontakteinrichtung entsprechen im Wesentlichen der ersten Ableiterfahne und der ersten Zellkontakteinrichtung, weisen aber eine andere Polarität auf. Die zweite Zellkontakteinrichtung weist einen zweiten Zellkontakt mit einem zweiten insbesondere plattenförmigen Fußteil auf, welches mit einer zweiten Seitenoberfläche der zweiten Ableiterfahne verbunden ist. Weiter weist die zweite Zellkontakteinrichtung ein zweites Zusatzteil auf. Die zweite Ableiterfahne weist eine zweite Seitenunterfläche auf, die mit einem zweiten Zusatzteil vorzugsweise stoffschlüssig verbunden ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass
Bevorzugt ist das zweite Fußteil des zweiten Zellkontaktes an die zweite Seitenoberfläche der zweiten Ableiterfahne verschweißt oder verlötet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass zeitgleich eine stoffschlüssig und eine elektrisch leitfähige Verbindung vorliegt insbesondere für erhöhte Langzeitstabilität. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass das Herstellen einer solchen Verbindung gut automatisierbar und mit hoher Wiederholgenauigkeit ausführbar ist.
Bevorzugt weist die zweite Ableiterfahne eine zweite Biegekante mit einer ersten Biegekantenlänge auf. Die zweite Biegekante erstreckt sich parallel zu einer Stirnfläche. Das Verhältnis von der zweiten Biegekantenlänge über der Stirnflächenlänge in einem Bereich von 1/4 bis 1/2, und vorzugsweise beträgt es im Wesentlichen 1/3. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass sich aus der Stirnfläche zumindest zwei Ableiterfahnen bzw. Pakete von Ableiterfahnen insbesondere unterschiedlicher Polarität erstrecken können.
Bevorzugt sind die erste Biegekante und die zweite Biegekante an gegenüber liegenden Kanten der Stirnfläche der Elektrodenanordnung angeordnet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Umgang mit der Sekundärzelle in der Fertigung vereinfacht ist.
Bevorzugt weist eine Batterie wenigstens zwei erfindungsgemäße Sekundärzellen auf, wobei die Sekundärzellen gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13 ausgebildet oder mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt sind. Die elektrischen Verbindungen von Ableiterfahnen und Zellkontakteinrichtungen sind besonders robust ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Batterie Vibrationen und Stößen aus Ihrem Betrieb insbesondere in einem Kraftfahrzeug besser erträgt und somit eine längere Lebensdauer aufweist.
Im Folgenden werden Gesichtspunkte der Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische perspektivische Darstellung der Sekundärzelle vor dem Anbringen eines Zellkontaktes und eines Zusatzteils,
2 eine schematische perspektivische Darstellung der Sekundärzelle nach dem Anbringen des Zellkontaktes und des Zusatzteils,
3 eine schematische perspektivische Darstellung zum Verfahren des Verbindens mittels Ultraschallschweißen,
4 eine schematische Querschnittsdarstellung der Sekundärzelle,
5 eine schematische perspektivische Darstellung der Sekundärzellein der Endposition,
6 ein Ablaufdiagramm zu einem Verfahren zur Herstellung nach der vorliegenden Erfindung und
7 eine Darstellung bevorzugter Schritte bei einem Verfahren zum Anschweißen.
1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Sekundärzellevor dem Anbringen eines Zellkontaktes 2a, 2b und eines Zusatzteils 11a, 11b an eine Ableiterfahne 6a, 6b für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit sowohl einem ersten Zellkontakt 2a, der ein erstes plattenförmiges Fußteil 1a aufweist, einem ersten Zusatzteil 11a, das bevorzugt als Zusatzblech ausgebildet ist, und einer ersten Ableiterfahne 6a, an welche das erste Fußteil 1a und das erste Zusatzteil 11a auf gegenüberliegenden Seitenflächen der ersten Ableiterfahne 6a angebracht werden, als auch mit einem zweiten Zellkontakt 2b, der ein zweites plattenförmiges Fußteil 1b aufweist, einem zweiten Zusatzteil 11b, das bevorzugt als Zusatzblech ausgebildet ist, und einer zweiten Ableiterfahne 6b, an welche das zweite Fußteil 1b und das zweite Zusatzteil 11b auf gegenüberliegenden Seitenflächen der zweiten Ableiterfahne 6b angebracht werden. Weiterhin ist eine Elektrodenanordnung 10 gezeigt. Die Elektrodenanordnung 10 weist eine Stirnfläche 7 mit einer Stirnflächenlänge 9 auf. Die erste Ableiterfahne 6a weist längsseitig eine erste Ableiterfahnenlänge 8a und eine Biegekante 3a auf, wobei der zu biegende Teil der ersten Ableiterfahne 6a im ungebogenen Zustand in einem Winkel von ungefähr 90 Grad zu der Stirnfläche 7 der Elektrodenanordnung 10 angeordnet ist. Die zweite Ableiterfahne 6b weist längsseitig eine zweite Ableiterfahnenlänge 8b und eine Biegekante 3b auf, wobei der zu biegende Teil der zweiten Ableiterfahne 6b im ungebogenen Zustand in einem Winkel von ungefähr 90 Grad zu der Stirnfläche 7 der Elektrodenanordnung 10 angeordnet ist.
2 zeigt das Ausführungsbeispiel aus der 1 nach Anbringen des ersten Fußteiles 1a und des ersten Zusatzteiles 11a an die erste Ableiterfahne 6a und nach Anbringen des zweiten Fußteiles 2b und des zweiten Zusatzteiles 11b an die zweite Ableiterfahne 6b. Aus den 1 und 2 ist zu erkennen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die erste Ableiterfahnenlänge 8a und die zweite Ableiterfahnenlänge 8b im Wesentlichen jeweils ein Drittel der Stirnflächenlänge 9 der Elektrodenanordnung 10 beträgt. Nach dem in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die erste Biegekante 3a und die zweite Biegekante 3b jeweils längsseitig in den beiden entsprechende Endbereichen auf der Stirnfläche 7 an gegenüberliegenden Kanten angeordnet.
3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung zum Verfahren des Anschweißens, das z. B. mit einer Ultraschall-Schweißvorrichtung durchgeführt wird. Ein solche Ultraschall-Schweißvorrichtung weist insbesondere einen in der Figur nicht dargestellten Generator, welcher die Netzspannung in Hochfrequenz umwandelt, einen in der Figur nicht dargestellten Konverter, welcher die Hochfrequenz-Leistung z. B. mittels piezoelektrischem oder magnetorestriktivem Effekt in Ultraschall umwandelt, einen Amplitudentransformator 5, welcher die mechanischen Schwingungen auf eine Sonotrode 4 überträgt, die Sonotrode 4 selbst und einen Amboss 12 auf, welcher die zu verschweißenden Werkstückteile 1a, 6a, 1b, 6b aufnimmt. Das Anschweißen der Werkstückteile 1a, 6a, 1b, 6b erfolgt durch eine Reibung der Moleküle, die durch die mechanischen Schwingungen verursacht wird, welche von der Sonotrode 4 auf die unter Druck zusammenstehenden Werkstückteile 1a, 6a, 1b, 6b übertragen werden, wobei die Reibung Wärme erzeugt, welche die Materialien der Werkstücke 1a, 6a, 1b, 6b erweicht und/oder aufschmilzt.
4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Sekundärzelle nach dem Anschweißen in der Endposition, in der das gebogene Teil der ersten Ableiterfahne 6a, das Zusatzteil 11a und das plattenförmige Fußteil 1a im Wesentlichen parallel zur der Stirnfläche 7 der Elektrodenanordnung 10 angeordnet sind. 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Kontaktierung in der Endposition nach dem Ausführungsbeispiel der 1.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm zu einem Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt S1a wird das erste Zusatzteil 11a an eine erste Seitenunterfläche der ersten Ableiterfahne 6a herangeführt und in einem Schritt S1b wird das erste plattenförmige Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a an eine erste Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne 6a herangeführt, wobei die Schritte S1a und S1b gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden könne. In einem Schritt S2 wird das erste Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a mit der ersten Ableiterfahne 6a verbunden. Nachfolgend wird in einem Schritt S3 die erste Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne 6a an das erste Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a angeschweißt. Bevorzugt folgt auf den Schritt S3 der Schritt S4, bei dem die mit dem ersten Fußteil 1a verbundene erste Ableiterfahne 6a um die erste Biegekante 3a in die Endposition umgebogen wird.
Nachfolgend wird in einem Schritt S5 das zweite plattenförmige Fußteil 1b des zweiten Zellkontaktes 2b an die zweite Seitenoberfläche der zweiten Ableiterfahne 6b herangeführt und in einem Schritt S6 wird das zweite Fußteil 1b des zweiten Zellkontaktes 2b mit der zweiten Ableiterfahne 6b verbunden. Nachfolgend wird in einem Schritt S7 die zweite Seitenoberfläche 4b der zweiten Ableiterfahne 6b an das zweite Fußteil 1b des zweiten Zellkontaktes 2b angeschweißt. Bevorzugt folgt auf den Schritt S7 der Schritt S8, bei dem die mit dem zweiten Fußteil 1b verbundene zweite Ableiterfahne 6b um die zweite Biegekante 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 Ableiterfahne 6a mit dem ersten Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a und/oder einen Schritt S3b des Durchführens eines Kaltschweißens zum Verbinden der ersten Ableiterfahne 6a mit dem ersten Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a und/oder einen Schritt S3c des Durchführens eines Reibschweißens zum Verbinden der ersten Ableiterfahne 6a mit dem ersten Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a und/oder einen Schritt S3d des Durchführens eines Ultraschallschweißens zum Verbinden der ersten Ableiterfahne 6a mit dem ersten Fußteil 1a des ersten Zellkontaktes 2a aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie, welche diese elektrisch leitenden Kontaktelemente aufweist und/oder welche nach diesen Verfahren zur Herstellung hergestellt worden ist, und insbesondere eine zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestaltete Batterie, welche diese elektrisch leitenden Kontaktelemente 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 Ableiterfahne (6a), welche elektrisch mit der Elektrodenanordnung (10) verbunden ist und sich zumindest teilweise aus der Elektrodenanordnung erstreckt, insbesondere aus deren Stirnfläche (10), wobei die erste Ableiterfahne (6a) eine erste Seitenunterfläche und eine erste Seitenoberfläche (4a) aufweist, • eine erste Zellkontakteinrichtung, welche zum Verbinden mit der ersten Ableiterfahne (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) mit einem ersten, insbesondere plattenförmigen Fußteil (1a) und ein erstes insbesondere als Zusatzblech (11a) ausgebildetes Zusatzteil aufweist, mit den Schritten: (S1a) Anbringen eines ersten Zusatzteils (11a), an eine erste Seitenunterfläche der ersten Ableiterfahne (6a), (S1b) Anbringen eines ersten Fußteils (1a) der ersten Zellkontakteinrichtung an eine erste Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne (6a), (S2) Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Fußteils (1a) mit der ersten Ableiterfahne (6a), vorzugsweise Herstellen mindestens einer stoffschlüssigen, insbesondere elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Zusatzteils (11a) mit der ersten Ableiterfahne (6a), vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, worauf insbesondere ein Strompfad mit Elektrodenanordnung (10), erster Ableiterfahne (6a) und erster Zellkontakteinrichtung (2a) gebildet ist.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt S2 ausgestaltet ist als: (S3) Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Fußteils (1a) mit der ersten Seitenoberfläche, vorzugsweise Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Zusatzteils (11a) mit der ersten Seitenunerfläche, vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, wobei vorzugsweise das Verbinden in einer Arbeitsposition durchgeführt wird, bei der die erste Seitenoberfläche (4a) im Wesentlichen senkrecht zu der Stirnfläche (7) angeordnet ist, wobei Schritt S3 vorzugsweise ausgestaltet ist als: (S3a) Durchführen eines Laserschweißens zum Verbinden des ersten Fußteils (1a) des ersten Zellkontaktes (2a) mit der ersten Ableiterfahne (6a), (S3b) Durchführen eines Kaltschweißens zum Verbinden des ersten Fußteils (1a) des ersten Zellkontaktes (2a) mit der ersten Ableiterfahne (6a), (S3c) Durchführen eines Reibschweißens zum Verbinden des ersten Fußteils (1a) des ersten Zellkontaktes (2a) mit der ersten Ableiterfahne (6a) oder (S3d) Durchführen eines Ultraschallschweißens zum Verbinden des ersten Fußteils (1a) des ersten Zellkontaktes (2a) mit der ersten Ableiterfahne (6a).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ableiterfahne (6a) eine erste Biegekante (3a) aufweist, gekennzeichnet durch den Schritt: (S4) Umbiegen der mit dem ersten Fußteil (1a) verbundenen ersten Ableiterfahne (6a) um eine erste Biegekante (3a) in eine Endposition, wobei vorzugsweise in der Endposition die erste Seitenoberfläche im Wesentlichen parallel zu einer Stirnfläche (7) der Elektrodenanordnung (10) angeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärzelle eine zweite Ableiterfahne (6b) mit zweiter Seitenunterfläche und zweiter Seitenoberfläche aufweist und eine zweite Zellkontakteinrichtung mit einem zweiten Zusatzteil und einem zweiten Fußteil (1b) aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte: (S5a) Anbringen eines zweiten Zusatzteils (11b) an eine zweite Seitenunterfläche der zweiten Ableiterfahne (6b) und (S5b) Anbringen eines zweiten, Fußteils (1b) der zweiten Zellkontakteinrichtung an eine zweite Seitenoberfläche der zweiten Ableiterfahne (6b), (S6) Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Fußteils (1b) mit der zweiten Ableiterfahne (6a), insbesondere mit deren zweiter Seitenoberfläche, vorzugsweise Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Zusatzteils (11b) mit der zweiten Ableiterfahne (6b), vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen, worauf insbesondere ein Strompfand mit Elektrodenanordnung (10), zweiter Ableiterfahne (6b) und zweiter Zellkontakteinrichtung gebildet ist.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt S6 ausgestaltet ist als: (S7) Verbinden des zweiten Fußteils (1b) des zweiten Zellkontaktes (2b) an die zweite Seitenoberfläche der zweiten Ableiterfahne (6b), vorzugsweise mittels eines Fügeverfahrens, wobei vorzugsweise das Verbinden in einer Arbeitsposition durchgeführt wird, bei der die zweite Seitenoberfläche (4b) im Wesentlichen senkrecht zu der Stirnfläche (7) der Elektrodenanordnung (10) angeordnet ist, wobei Schritt S7 vorzugsweise ausgestaltet ist als: (S7a) Durchführen eines Laserschweißens zum Verbinden des zweiten Fußteils (1b) des zweiten Zellkontaktes (2b) mit der zweiten Ableiterfahne (6b), (S7b) Durchführen eines Kaltschweißens zum Verbinden des zweiten Fußteils (1b) des zweiten Zellkontaktes (2b) mit der zweiten Ableiterfahne (6b), (S7c) Durchführen eines Reibschweißens zum Verbinden des zweiten Fußteils (1b) des zweiten Zellkontaktes (2b) mit der zweiten Ableiterfahne (6b) oder (S7d) Durchführen eines Ultraschallschweißens zum Verbinden des zweiten Fußteils (1b) des zweiten Zellkontaktes (2b) mit der zweiten Ableiterfahne (6b).
Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Ableiterfahne (6b) eine zweite Biegekante (3b) aufweist, gekennzeichnet durch den Schritt: (S8) Umbiegen der mit dem zweiten Fußteil (1b) verbundenen zweiten Ableiterfahne (6b) um eine zweite Biegekante (3b) der zweiten Ableiterfahne (6b) in eine Endposition, wobei vorzugsweise in der Endposition die zweite Seitenoberfläche im Wesentlichen parallel zu einer Stirnfläche (7) der Elektrodenanordnung (10) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die erste Biegekante (3a) und die zweite Biegekante (3b) an gegenüberliegenden Kanten der Stirnfläche (7) angeordnet sind.
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 Ableiterfahne (6a), welche elektrisch mit der Elektrodenanordnung (10) verbunden ist und sich zumindest teilweise aus der Elektrodenanordnung erstreckt, insbesondere aus deren Stirnfläche (10), wobei die erste Ableiterfahne (6a) eine erste Seitenunterfläche und eine erste Seitenoberfläche (4a) aufweist, • eine erste Zellkontakteinrichtung, welche zum Verbinden mit der ersten Ableiterfahne (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) mit einem ersten, insbesondere plattenförmigen Fußteil (1a) und ein erstes, insbesondere als Zusatzblech ausgebildetem Zusatzteil (11a) aufweist, wobei das erste Fußteil (1a) zur insbesondere elektrischen Verbindung und das erste Zusatzteil zur insbesondere stoffschlüssigen Verbindung mit der wenigstens einen ersten Ableiterfahne (6a) ausgestaltet sind.
Sekundärzelle gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fußteil (1a) des ersten Zellkontaktes (2a) mit der ersten Seitenoberfläche der ersten Ableiterfahne (6a) verschweißt ist.
Sekundärzelle gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ableiterfahne (6a) sich parallel zu einer Stirnfläche (7) erstreckt, dass die erste Biegekante (3a) der ersten Ableiterfahnen (6a) sich mit einer ersten Biegekantenlänge (8a) entlang der Stirnfläche (7) erstreckt und dass das Verhältnis von der ersten Biegekantenlänge (8a) zu 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, welche einen zweiten Zellkontakt (2b) mit einem zweiten, insbesondere plattenförmigen Fußteil (1b) und ein zweites Zusatzteil (11b) aufweist, und • eine zweite Ableiterfahne (6b), welche eine zweite Seitenunterfläche und eine zweite Seitenoberfläche aufweist, wobei die zweite Seitenunterfläche mit dem zweiten Zusatzteil (11b) und die zweite Seitenoberfläche mit dem zweiten Fußteil (1b) vorzugsweise stoffschlüssig verbunden ist.
Sekundärzelle gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ableiterfahne (6b) sich parallel zu einer Stirnfläche (7) erstreckt, dass die erste Biegekante (3a) der ersten Ableiterfahnen (6a) sich mit einer ersten Biegekantenlänge (8a) entlang der Stirnfläche (7) erstreckt, und dass das Verhältnis von der zweiten Biegekantenlänge (8b) zu der Stirnflächenlänge (9) in einem Bereich von 1/4 bis 1/2 liegt, und vorzugsweise im Wesentlichen 1/3 beträgt.
Sekundärzelle gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Biegekante (3a) und die zweite Biegekante (3b) an gegenüber liegenden Kanten der Stirnfläche (7) der Elektrodenanordnung (10) angeordnet sind.
Sekundärzelle gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, 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 13 ausgebildet oder mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt sind.