DE102012202324A1 - Method for producing an electrochemical cell and the electrochemical cell produced therewith - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle sowie die dadurch hergestellt elektrochemische Zelle, mit dem Bereitstellen eines Gehäusekörpers (10), welcher einen ersten elektrischen Pol der elektrochemischen Zelle bildet; dem Bereitstellen eines Deckelkörpers (20), welcher mit dem Gehäusekörper (10) verbunden ist, und einen zweiten elektrischen Pol der elektrochemischen Zelle bildet; dem Bereitstellen eines Kontaktierungsmittels (30), welches einen Verbindungsbereich (40) und einen Kontaktbereich (50) aufweist, wobei der Kontaktbereich (50) mit einem Kontaktelement (100) elektrisch leitend verbindbar ist, und mit dem Verbinden des Verbindungsbereichs (40) des Kontaktierungsmittel (30) mit dem Gehäusekörper (10) und/oder dem Deckelkörper (20) vor dem Einfügen eines Mittels zum Speichern von elektrischer Energie in den Gehäusekörper (10).The invention relates to a method for producing an electrochemical cell and the electrochemical cell produced thereby, comprising providing a housing body (10) which forms a first electrical pole of the electrochemical cell; providing a lid body (20) connected to the housing body (10) and forming a second electrical pole of the electrochemical cell; providing a contacting means (30) having a connecting portion (40) and a contact portion (50), the contact portion (50) being electrically conductively connectable to a contact member (100), and connecting the connecting portion (40) of the contacting means (30) with the housing body (10) and / or the lid body (20) prior to insertion of a means for storing electrical energy in the housing body (10).
Description
Stand der TechnikState of the art
Elektrochemische Zellen mit ihrer Funktion als Energiespeicher werden heutzutage für gewöhnlich in Form von Lithium-Ionen-Batterien bzw. Akkumulatoren eingesetzt. Bei der Herstellung einer Batterie, also mehrerer in Reihe oder parallel geschalteter einzelner elektrochemischer Zellen einer Bauart, wird eine Kontaktlasche mit dem Deckel oder Boden des Gehäuses der einzelnen elektrochemischen Zelle in der Regel verschweißt, wobei sich im Verbindungsbereich Schweißpunkte ausbilden. Während des Schweißens kommt es prozessbedingt zu einer Erhöhung der Temperatur im Inneren der elektrochemischen Zelle. Allerdings können sich die chemischen Komponenten der elektrochemischen Zelle bereits bei relativ niedrigen Temperaturen (bei ca. 50 °C) zersetzen beginnen. Electrochemical cells with their function as energy storage are nowadays usually used in the form of lithium-ion batteries or accumulators. In the production of a battery, that is several series or parallel connected individual electrochemical cells of a type, a contact tab is welded to the lid or bottom of the housing of the individual electrochemical cell in the rule, forming in the connection area welds. During welding, the process causes an increase in the temperature inside the electrochemical cell. However, the chemical components of the electrochemical cell can begin to decompose even at relatively low temperatures (at about 50 ° C).
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle vor, mit den Schritten des Bereitstellens eines Gehäusekörpers, welcher einen ersten elektrischen Pol der elektrochemischen Zelle bildet, des Bereitstellens eines Deckelkörpers, welcher mit dem Gehäusekörper verbunden ist, und einen zweiten elektrischen Pol der elektrochemischen Zelle bildet, des Bereitstellens eines Kontaktierungsmittels, welches einen Verbindungsbereich und einen Kontaktbereich aufweist, wobei der Kontaktbereich mit einem Kontaktelement elektrisch leitend verbindbar ist, sowie des Verbindens des Verbindungsbereichs des Kontaktierungsmittels mit dem Gehäusekörper und/oder dem Deckelkörper vor dem Einfügen eines Mittels zum Speichern von elektrischer Energie in den Gehäusekörper. In einer gleichwertigen Alternative kann das Kontaktierungsmittel an dem Gehäusekörper und/oder dem Deckelkörper integral ausgebildet sein. So kann das Kontaktierungsmittel dabei vorzugsweise durch Umformen an dem jeweiligen Bauteil des Gehäuse der elektrochemischen Zelle ausgebildet sein.The invention proposes a method for producing an electrochemical cell, comprising the steps of providing a housing body, which forms a first electrical pole of the electrochemical cell, providing a lid body, which is connected to the housing body, and a second electrical pole of the electrochemical cell forming, providing a contacting means, which has a connection region and a contact region, wherein the contact region with a contact element is electrically conductively connected, and connecting the connection region of the contacting means with the housing body and / or the lid body before inserting a means for storing electrical Energy in the housing body. In an equivalent alternative, the contacting means may be integrally formed on the housing body and / or the lid body. Thus, the contacting means may preferably be formed by forming on the respective component of the housing of the electrochemical cell.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle verhindert in vorteilhafter Weise durch das Verbinden des Kontaktierungsmittels mit dem Gehäusekörper und/oder dem Deckelkörper vor dem Einfügen des Mittels zum Speichern von elektrischer Energie in den Gehäusekörper dessen Erwärmen. Zusätzlich dazu ist das Kontaktierungsmittel derart ausgebildet, dass bei dem nachfolgenden Verschweißen des Kontaktierungsmittels mit einem Kontaktelement die anfallende Wärme des Schweißprozess nicht in das Gehäuse der elektrochemischen Zelle weitergeleitet wird oder während des Schweißens durch Kühlung wesentlich verringert werden kann. Das Mittel zum Speichern von elektrischer Energie soll dabei sämtliche chemischen Komponenten zum Speichern von elektrischer Energie umfassen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, insbesondere zur Bildung einer Lithium-Ionen-Batterie. In Abhängigkeit von der gewählten Ausbildung des Kontaktierungsmittels kann beim Verbinden des Gehäuses der elektrochemischen Zelle mit der Kontaktlasche der Prozessschritt des Schweißens sogar komplett entfallen, so dass keinerlei Wärme in das Gehäuse der elektrochemischen Zelle eingebracht wird, wodurch die maximal mögliche Lebensdauer der elektrochemischen Zelle zuverlässig erreicht werden kann.The method according to the invention for producing an electrochemical cell advantageously prevents its heating by connecting the contacting means to the housing body and / or the lid body before inserting the means for storing electrical energy into the housing body. In addition, the contacting means is designed such that in the subsequent welding of the contacting means with a contact element, the resulting heat of the welding process is not forwarded into the housing of the electrochemical cell or can be substantially reduced during welding by cooling. The means for storing electrical energy should include all chemical components for storing electrical energy, as known from the prior art, in particular for forming a lithium-ion battery. Depending on the selected configuration of the contacting means, the process step of welding can even be completely eliminated when connecting the housing of the electrochemical cell to the contact lug so that no heat is introduced into the housing of the electrochemical cell, whereby the maximum possible lifetime of the electrochemical cell is reliably achieved can be.
Vorzugsweise ist bei der vorliegenden elektrochemischen Zelle der Deckelkörper elektrisch isolierend mit dem Gehäusekörper über einen Isolierkörper verbunden. Der Isolierkörper besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus Kunststoff, Polypropylen, Polyphenylsulfid. Des Weiteren kann der Gehäusekörper zylindrisch, prismatisch oval-zylindrisch oder als Polyeder in einer zweckmässigen Form ausgeführt sein, wobei die elektrochemische Zelle, welche zumeist als Wickel von zwei Elektrodenträgerfolien und einem Separator ausgebildet ist, in den Gehäusekörper mit geringem Kraftaufwand hineingeschoben werden kann und diesen im eingeschobenen Zustand kontaktiert. Dies kann durch eine am Gehäusekörper angebrachte Kontaktvorrichtung, insbesondere eine mit dem Gehäusekörper oder eine mit einem Teil des Gehäusekörpers verbundene oder verschweisste Kontaktlasche, Leiterbahn, Kontaktfahne oder Leiterkörper realisiert sein, wobei diese Kontaktvorrichtung den Gehäusekörper mit einer ersten Seite und den einen Pol der elektrischen Zelle mit einer zweiten Seite kontaktiert. Diese zweite Seite der Kontaktvorrichtung ist somit mit einer der Elektrodenträgerfolien vebunden oder verschweisst. Der Gehäusekörper ist auf diese Weise mit einem Pol der elektrochemischen Zelle elektrisch leitend verbunden, während der Deckelkörper mit dem anderen Pol der elektrochemischen Zelle im Inneren des Gehäusekörpers elektrisch leitend verbunden ist, und zwar in ähnlicher oder in gleicher Art und Weise, wie hierin beschrieben.Preferably, in the present electrochemical cell, the lid body is electrically insulating connected to the housing body via an insulating body. The insulating body consists of an electrically insulating material, in particular of plastic, polypropylene, polyphenylsulfide. Furthermore, the housing body can be cylindrical, prismatic oval-cylindrical or polyhedron in a convenient form, wherein the electrochemical cell, which is usually formed as a winding of two electrode carrier films and a separator, can be pushed into the housing body with little effort and this contacted in the inserted state. This can be realized by a contact device attached to the housing body, in particular a contact tab, conductor track, contact lug or conductor body connected or welded to a part of the housing body, this contact device comprising the housing body with a first side and the one pole of the electrical cell contacted with a second page. This second side of the contact device is thus connected or welded to one of the electrode carrier foils. The housing body is thus electrically connected to one pole of the electrochemical cell, while the lid body is electrically connected to the other pole of the electrochemical cell in the interior of the housing body, in a similar or similar manner as described herein.
Ferner betrifft die Erfindung eine elektrochemische Zelle erfüllt, mit einem Gehäusekörper, welcher einen ersten elektrischen Pol der elektrochemischen Zelle bildet, einem Deckelkörper, welcher mit dem Gehäusekörper verbunden ist, und einen zweiten elektrischen Pol der elektrochemischen Zelle bildet, einem Kontaktierungsmittel, welches einen Verbindungsbereich und einen Kontaktbereich aufweist, wobei der Kontaktbereich mit einem Kontaktelement elektrisch leitend verbindbar ist, wobei das Kontaktierungsmittel mit dem Gehäusekörper und/oder dem Deckelkörper elektrisch leitend verbunden ist. Erfindungsgemäß erfolgt dabei das Verbinden des Verbindungsbereichs des Kontaktierungsmittels mit dem Gehäusekörper und/oder dem Deckelkörper vor dem Einfügen eines Mittels zum Speichern von elektrischer Energie in den Gehäusekörper. Dies kann zum Beispiel mittels Punktschweißen, Laserschweißen oder Reibschweißen erfolgen.Furthermore, the invention relates to an electrochemical cell met, comprising a housing body, which forms a first electrical pole of the electrochemical cell, a lid body, which is connected to the housing body, and a second electrical pole of the electrochemical cell forms, a contacting means, which has a connection region and a contact region, wherein the contact region with a contact element is electrically conductively connected, wherein the contacting means is electrically connected to the housing body and / or the lid body. According to the invention, the connection of the connecting region of the contacting means to the housing body and / or the lid body takes place before the insertion of a means for storing electrical energy into the housing body. This can be done for example by means of spot welding, laser welding or friction welding.
Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle ist vorteilhafterweise das Kontaktierungsmittel als ein Hohlkörper mit einer ersten Ausnehmung ausgebildet, welche sich im Bereich von dem freien Ende des Kontaktierungsmittels nach dem Verbinden mit dem Gehäusekörper und/oder dem Deckelkörper befindet. Die erste Ausnehmung kann dabei im Mittenbereich des Kontaktbereichs des Kontaktierungsmittels ausgebildet sein. Vorzugsweise dient die erste Ausnehmung dem Einschweißen des Innenkontakts in der elektrochemischen Zelle auf dem jeweiligen Körper des Gehäuses der elektrochemischen Zelle.In the case of the electrochemical cell according to the invention, the contacting means is advantageously designed as a hollow body having a first recess which is located in the region of the free end of the contacting means after being connected to the housing body and / or the lid body. The first recess may be formed in the middle region of the contact region of the contacting means. Preferably, the first recess serves to weld the inner contact in the electrochemical cell on the respective body of the housing of the electrochemical cell.
Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle weist das Kontaktierungsmittel im Bereich des Verbindungsbereichs zumindest eine zweite Ausnehmung auf. Die zweite Ausnehmung erstreckt sich dabei vorzugsweise über die gesamte Dicke des Hohlkörpers des Kontaktierungsmittels in Richtung zu dem Kontaktbereich hin. Die zweite Ausnehmung kann dabei lediglich auf einer Seite des Kontaktierungsmittels oder auf gegenüber liegenden Seite des Kontaktierungsmittels ausgebildet sein.In the case of the electrochemical cell according to the invention, the contacting means has at least one second recess in the region of the connection region. The second recess preferably extends over the entire thickness of the hollow body of the contacting in the direction of the contact area. The second recess may be formed only on one side of the contacting means or on opposite side of the contacting means.
Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle weist das Kontaktierungsmittel einen Kühlkanal auf. Der Kühlkanal erstreckt sich in vorteilhafter Weise entlang einer Längs- oder Querrichtung des Kontaktierungsmittels und dient zum Einblasen von Kühlluft in den Verbindungsbereich des Kontaktierungsmittels während des Verschweißens des Kontaktierungsmittels mit dem Kontaktelement, so dass das Kontaktierungsmittel währenddessen gekühlt wird.In the case of the electrochemical cell according to the invention, the contacting means has a cooling channel. The cooling channel advantageously extends along a longitudinal or transverse direction of the contacting means and serves for blowing cooling air into the connecting region of the contacting means during welding of the contacting means to the contact element, so that the contacting means is cooled during this.
Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle ist das Kontaktierungsmittel vorteilhafterweise als ein Winkelprofil, ein U-Profil oder ein Vierkantprofil ausgebildet. Dies erlaubt die Verwendung von kostengünstigen Normalien für das Kontaktierungsmittel, so dass die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle verringert werden können.In the case of the electrochemical cell according to the invention, the contacting means is advantageously designed as an angle profile, a U-profile or a square profile. This allows the use of inexpensive standards for the contacting agent, so that the manufacturing cost of the electrochemical cell according to the invention can be reduced.
Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle ist der Kontaktbereich des Kontaktierungsmittels derart ausgebildet, dass die Verbindung mit dem Kontaktelement mittels einer formschlüssigen Verbindung erfolgt. Hierbei können das Kontaktelement und das Kontaktierungsmittel insbesondere mittels Verschränken, Anbördeln oder einer ribometallischen Verbindung miteinander verbunden werden, wodurch es zu keinerlei Wärmeeintragung in das Gehäuse der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle kommt und somit die maximal mögliche Lebensdauer der elektrochemischen Zelle zuverlässig erreicht werden kann.In the case of the electrochemical cell according to the invention, the contact region of the contacting means is designed such that the connection to the contact element takes place by means of a positive connection. In this case, the contact element and the contacting can be connected to each other in particular by means of entangling, flanging or a ribometallic compound, which is no heat input into the housing of the electrochemical cell according to the invention and thus the maximum possible life of the electrochemical cell can be reliably achieved.
Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle ist der Kontaktbereich des Kontaktierungsmittels derart ausgebildet, dass die Verbindung mit dem Kontaktelement mittels einer Stirnschweißnaht erfolgt.In the case of the electrochemical cell according to the invention, the contact region of the contacting means is designed such that the connection to the contact element takes place by means of an end weld.
Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle erfolgt das Verbinden des Kontaktierungsmittels mit dem Gehäusekörper und/oder dem Deckelkörper mittels Schweißen. Somit können bestehende Produktionsanlagen für die Herstellung der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle weiterhin verwendet werden.In the case of the electrochemical cell according to the invention, the bonding of the contacting means to the housing body and / or the lid body takes place by means of welding. Thus, existing production equipment for the production of the electrochemical cell according to the invention can continue to be used.
Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle ist das Kontaktierungsmittel aus einem elektrisch leitenden Werkstoff ausgebildet. Somit können für die Verbinden des Kontaktierungsmittels und des Kontaktelements bestehende Produktionsanlagen für die Herstellung der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle weiterhin verwendet werden, da der bestehende Schweißprozess lediglich auf die neue Position der Schweißpunkte an dem Kontaktierungsmittel angepasst werden muss, während gleichzeitig die vorstehend erwähnten Vorteile in Bezug auf die verlängerte Lebensdauer der elektrochemischen Zelle für den Anwender realisiert werden können.In the electrochemical cell according to the invention, the contacting means is formed of an electrically conductive material. Thus, existing production lines for the production of the electrochemical cell according to the invention can continue to be used for the connection of the contacting means and the contact element, since the existing welding process has to be adjusted only to the new position of the welding points on the contacting means, while at the same time the advantages mentioned above with respect to the extended life of the electrochemical cell can be realized for the user.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle verhindert in vorteilhafter Weise das Erwärmen des Inneren der elektrochemischen Zelle, da beim Verbinden des Gehäuses der elektrochemischen Zelle mit einem Kontaktelement während des Schweißens das Kontaktierungsmittel zwischengeschaltet ist, welches zusätzlich währenddessen gekühlt werden kann. Des Weiteren wird eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle offenbart, bei welcher ein Verbinden des Kontaktierungsmittels mittels Verschweißen mit dem Kontaktelement sogar vollständig entfallen kann, so dass keinerlei Wärme in das Gehäuse der elektrochemischen Zelle eingebracht wird, wobei unabhängig von der gewählten Verbindungsart mit dem Kontaktelement die maximal mögliche Lebensdauer der elektrochemischen Zelle zuverlässig erreicht werden kann.The method according to the invention for producing an electrochemical cell advantageously prevents heating of the interior of the electrochemical cell, since, when the housing of the electrochemical cell is connected to a contact element during welding, the contacting means is interposed, which in addition can be cooled during this. Furthermore, an electrochemical cell according to the invention is disclosed in which a connection of the contacting means by welding with the contact element can even be completely eliminated, so that no heat is introduced into the housing of the electrochemical cell, wherein, regardless of the selected connection with the contact element, the maximum possible Life of the electrochemical cell can be reliably achieved.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erklärt. Es zeigt dabeiThe present invention will be explained with reference to the accompanying drawings. It shows
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die beiden Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode des Akkumulators im Inneren des Gehäuse werden durch einen ersten Kontakt
Im folgenden wird das Kontaktelement in der Gestalt einer Kontaktlasche beschrieben, allerdings ist dieses nicht auf diese Gestaltung beschränkt, sondern umfasst weiterhin sämtliche Arten von Kontaktelementen.In the following, the contact element is described in the form of a contact tab, but this is not limited to this design, but also includes all types of contact elements.
Der Kontaktbereich
In Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwendung für die elektrochemischen Zelle können auf die vorstehend beschriebenen schweißfreien Verbindungen noch Schweißpunkte aufgesetzt werden, um einer Materialermüdung durch Kriechen vorzubeugen.Depending on the intended use for the electrochemical cell, welding points can still be applied to the above-described weld-free connections in order to prevent material fatigue due to creep.
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