DE102012213871A1 - Lithium-ion battery cell for e.g. electric vehicle, has plastic sealings cast between electrical conductors and prismatic battery cell housing, and connected with conductors and/or housing in form-fit and/or force-fit manner - Google Patents

Lithium-ion battery cell for e.g. electric vehicle, has plastic sealings cast between electrical conductors and prismatic battery cell housing, and connected with conductors and/or housing in form-fit and/or force-fit manner Download PDF

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Abstract

The cell (10) has electrical conductors (24) electrically conductively connected with an electrode of the cell within a prismatic battery cell housing (18) i.e. hard case battery cell housing. The conductors are guided out from the housing through an opening in the housing. Plastic sealings (26) are cast between the conductors and the housing. A cell winding is welded at the conductors. The plastic sealings are connected with the conductors and/or the housing in form-fit and/or force-fit manner. The plastic sealings are manufactured by a nanomolding process. Independent claims are also included for the following: (1) a method for manufacturing a battery cell (2) a method for manufacturing a battery.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle umfassend ein Batteriezellengehäuse und einen elektrischen Leiter, wobei der elektrische Leiter innerhalb des Batteriezellengehäuses elektrisch leitfähig mit einer Elektrode der Batteriezelle verbunden ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie umfassend eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Batteriezellen, ein Kraftfahrzeug umfassend die erfindungsgemäße Batterie, ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Batteriezelle und ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Batterie gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.The present invention relates to a battery cell comprising a battery cell housing and an electrical conductor, wherein the electrical conductor within the battery cell housing is electrically conductively connected to an electrode of the battery cell. Furthermore, the present invention relates to a battery comprising a plurality of battery cells according to the invention, a motor vehicle comprising the battery according to the invention, a method for producing the battery cell according to the invention and a method for producing the battery according to the invention according to a preferred embodiment of the invention.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen (z. B. bei Windkraftanlagen) als auch in Fahrzeugen (z.B. in Hybrid- und Elektrofahrzeugen) vermehrt neue Batterien (Batteriesysteme) zum Einsatz kommen werden. Unter Batterien werden dem üblichen Sprachgebrauch angepasst Akkumulatoren verstanden.It is becoming apparent that in the future both in stationary applications (eg in wind turbines) and in vehicles (for example in hybrid and electric vehicles) more new batteries (battery systems) will be used. Batteries are understood to be customary accumulators.

Batterien umfassen Batteriezellen welche in der Batterie elektrisch leitend verschaltet werden. In der Regel werden mehrere Batteriezellen zu Batteriemodulen zusammengefasst und elektrisch leitend verschaltet, bevor die Batteriemodule zu einer Batterie verschaltet werden. Die bei der Verschaltung der Batteriezellen eingesetzten Zellverbinder werden z. B. über Schraubverbindungen an Terminals (Polanschlüssen) der Batteriezellen angebracht. Wesentlich geringere Übergangswiderstände und robustere elektrische Verbindungen erhält man, wenn die Zellverbinder mit den Terminals verschweißt werden. Batteries include battery cells which are electrically connected in the battery. As a rule, a plurality of battery cells are combined to form battery modules and electrically conductively connected before the battery modules are connected to form a battery. The cell connectors used in the interconnection of the battery cells are z. B. via screw to terminals (pole terminals) of the battery cells attached. Much lower contact resistances and more robust electrical connections are obtained when the cell connectors are welded to the terminals.

Batteriezellen auf Basis der Lithium-Ionen-Technologie sind prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet von Applikationen. Sie zeichnet sich unter anderem aus durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung. Lithium-Ionen-Batteriezellen besitzen mindestens eine positive und eine negative Elektrode (Kathode und Anode), welche Lithium-Ionen (Li+) reversibel einlagern (Interkalation) oder wieder auslagern (Deinterkalation) können. Battery cells based on lithium-ion technology are predestined for a wide range of applications. It is characterized among other things by high energy densities and extremely low self-discharge. Lithium-ion battery cells have at least one positive and one negative electrode (cathode and anode), which lithium ions (Li +) reversible intercalation or deintercalation (deintercalation) can.

1 zeigt, wie gemäß dem Stand der Technik zwei Terminals 12 von zwei Batteriezellen 10 (insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen für Anwendungen in Fahrzeugen) mittels eines Zellverbinders 14 und Schweißverbindungen 16 miteinander elektrisch leitfähig verbunden sind. Der obere Teil von 1 stellt eine Draufsicht auf die Batteriezellen 10 dar, während im unteren Teil von 1 eine Seitenansicht der Batteriezellen 10 dargestellt ist. Die Terminals 12, welche für eine Schweißverbindung 16 vorgesehen sind, weisen in der Draufsicht eine ebene Metallfläche z.B. aus Kupfer oder Aluminium auf. Die elektrisch leitfähige Verbindung der Terminals 12 der Batteriezellen 10 erfolgt, nachdem die Batteriezellen 10 z. B. innerhalb eines Batteriemoduls mechanisch fixiert sind, durch Auflegen eines metallischen Zellverbinders 14, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium und anschließendes Verschweißen. Die Verschweißung erfolgt dabei durch den Zellverbinder 14 hindurch und in das Terminal 12 hinein z. B. mittels Laserschweißen. 1 shows, as in the prior art, two terminals 12 of two battery cells 10 (in particular lithium-ion battery cells for applications in vehicles) by means of a cell connector 14 and welded joints 16 connected to each other electrically conductive. The upper part of 1 represents a plan view of the battery cells 10 while in the lower part of 1 a side view of the battery cells 10 is shown. The terminals 12 which for a welded joint 16 are provided, have in plan view a flat metal surface such as copper or aluminum. The electrically conductive connection of the terminals 12 the battery cells 10 done after the battery cells 10 z. B. are mechanically fixed within a battery module, by placing a metallic cell connector 14 , in particular of copper or aluminum and subsequent welding. The welding takes place through the cell connector 14 through and into the terminal 12 into z. B. by laser welding.

Ein chemisch aktiver Teil der Batteriezelle 10 ist innerhalb eines Batteriezellengehäuses 18 angeordnet und durch dieses gekapselt. In der Regel umfasst das Batteriezellengehäuse 18 einen Gehäusedeckel 20 (Cap Plate), welcher ringsum mit einer Gehäusewanne 22 des Batteriezellengehäuses 18 verschweißt ist. Die Terminals 12 sind gemäß dem Stand der Technik aus einer Vielzahl von Einzelteilen aufgebaut, welche für einen Anpressdruck auf eine Dichtung sorgen.A chemically active part of the battery cell 10 is inside a battery cell case 18 arranged and encapsulated by this. As a rule, the battery cell housing includes 18 a housing cover 20 (Cap Plate), which surrounds with a housing pan 22 of the battery cell case 18 is welded. The terminals 12 are constructed according to the prior art of a variety of items that provide a contact pressure on a seal.

Der erforderliche Energieeintrag zur Herstellung einer robusten Schweißverbindung zwischen dem Zellverbinder und dem Terminal ist sehr hoch. Dadurch müssen die Zellterminals groß und schwer ausgeführt werden, um einen unzulässig hohen Wärmeeintrag in die Batteriezellen während des Verschweißens der Zellverbinder mit den Terminals zu verhindern.The energy input required to make a robust weld between the cell connector and the terminal is very high. As a result, the cell terminals must be made large and heavy to prevent inadmissibly high heat input into the battery cells during welding of the cell connectors to the terminals.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelle zur Verfügung gestellt. Die Batteriezelle umfasst ein Batteriezellengehäuse und einen elektrischen Leiter, wobei der elektrische Leiter innerhalb des Batteriezellengehäuses elektrisch leitfähig mit einer Elektrode der Batteriezelle verbunden ist. Kennzeichnend ist der elektrische Leiter durch eine Öffnung im Batteriezellengehäuse aus dem Batteriezellengehäuse geführt. Eine Kunststoffdichtung ist zwischen dem elektrischen Leiter und dem Batteriezellengehäuse eingegossen.According to the invention, a battery cell is provided. The battery cell comprises a battery cell housing and an electrical conductor, wherein the electrical conductor within the battery cell housing is electrically conductively connected to an electrode of the battery cell. Characteristically, the electrical conductor is guided out of the battery cell housing through an opening in the battery cell housing. A plastic gasket is molded between the electrical conductor and the battery cell housing.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, einen elektrischen Leiter einer Batteriezelle durch ein Batteriezellengehäuse der Batteriezelle nach außen führen zu können, indem ein Übergang zwischen dem elektrischen Leiter und dem Batteriezellengehäuse mittels einer Kunststoffdichtung vergossen wird. Jener Teil des elektrischen Leiters, welcher aus dem Batteriezellengehäuse geführt ist, ist dazu ausgebildet, als ein Terminal (Polanschluss) der Batteriezelle zu dienen.The invention is based on the finding of being able to lead an electrical conductor of a battery cell through a battery cell housing of the battery cell to the outside by a transition between the electrical conductor and the battery cell housing is shed by means of a plastic seal. That part of the electrical conductor which is led out of the battery cell case is designed to serve as a terminal (pole terminal) of the battery cell.

Durch die Erfindung kann eine Anzahl an eingesetzten Bauteilen für die elektrische Durchführung durch das Batteriezellengehäuse erheblich reduziert werden – gemäß aktuellem Stand der Technik werden pro Terminal ca. 10 Bauelemente eingesetzt. Dies resultiert in einer massiven Kostenreduktion der Batteriezelle, wodurch die Kosten einer Batterie (oft auch als Batteriesystem bezeichnet) erheblich gesenkt werden können. Zudem kann das Gewicht der Batteriezelle und somit der Batterie reduziert werden, da jener Teil des elektrischen Leiters, welcher als Terminal dient verglichen mit dem Stand der Technik wesentlich filigraner ausgeführt werden kann.By the invention, a number of components used for the electrical feed through the battery cell housing can be significantly reduced - according to the current state of the art Approx. 10 components are used per terminal. This results in a massive cost reduction of the battery cell, whereby the cost of a battery (often referred to as a battery system) can be significantly reduced. In addition, the weight of the battery cell and thus the battery can be reduced because that part of the electrical conductor, which serves as a terminal compared to the prior art can be made much more delicate.

Der elektrische Leiter und insbesondere jener Teil des elektrischen Leiters, welcher aus dem Batteriezellengehäuse geführt ist, weist beispielsweise einen rechteckigen, kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt auf und kann insbesondere stabförmig ausgebildet sein.The electrical conductor, and in particular that part of the electrical conductor which is guided out of the battery cell housing, has, for example, a rectangular, circular or elliptical cross section and can be designed in particular rod-shaped.

Die verwendeten Batteriezellengehäuse sind in der Regel formstabile Batteriezellengehäuse (Hardcase-Batteriezellengehäuse) insbesondere in prismatischer Form. Formstabile Batteriezellengehäuse umfassen typischerweise ein metallisches Material, insbesondere Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder Stahl oder bestehen aus diesem. Zudem umfassen Batteriezellengehäuse in der Regel eine Gehäusewanne und einen Gehäusedeckel, welche miteinander verschweißt sind. Bevorzugt ist der Elektrische Leiter durch den Gehäusedeckel des Batteriezellengehäuses geführt.The battery cell housing used are generally dimensionally stable battery cell housing (hardcase battery cell housing) in particular in prismatic form. Dimensionally stable battery cell housings typically comprise or consist of a metallic material, in particular aluminum, an aluminum alloy or steel. In addition, battery cell housing usually comprise a housing pan and a housing cover, which are welded together. Preferably, the electrical conductor is guided through the housing cover of the battery cell housing.

Als Elektrode der Batteriezelle wird üblicherweise jener Teil der Batteriezelle angesehen, welcher mit einem Elektrolyten der Batteriezellen elektrochemisch interagiert.The electrode of the battery cell is usually considered that part of the battery cell which interacts electrochemically with an electrolyte of the battery cells.

Die Kunststoffdichtung ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet und isoliert die wenigstens zwei elektrisch leitfähigen Segmente voneinander elektrisch. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn zwei elektrische Leiter durch das Batteriezellengehäuse geführt werden, welche unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen.The plastic seal is preferably formed of an electrically insulating material and electrically isolates the at least two electrically conductive segments from one another. This is particularly important when two electrical conductors are passed through the battery cell housing, which have different electrical potentials.

Vorzugsweise ist an den elektrischen Leiter ein Zellwickel der Batteriezelle angeschweißt. Somit kann der elektrische Leiter gemäß einem, dem Fachmann geläufigen Sprachgebrauch auch als Stromkollektor bezeichnet werden. Durch diese Ausgestaltung wird eine besonders verlustarme Übertragung elektrischer Energie von dem Zellwickel (oft auch als Jelly Roll bezeichent) aus dem Batteriezellengehäuse ermöglicht.Preferably, a cell winding of the battery cell is welded to the electrical conductor. Thus, the electrical conductor can be referred to as a current collector according to a familiar to those skilled in the art as a current collector. This embodiment allows a particularly low-loss transmission of electrical energy from the cell coil (often referred to as a jelly roll) from the battery cell housing.

Üblicherweise ist die Kunststoffdichtung dazu ausgebildet, einen Übergang zwischen dem elektrischen Leiter und dem Batteriezellengehäuse gas- und/oder flüssigkeitsdicht abzudichten.Usually, the plastic seal is designed to seal a transition between the electrical conductor and the battery cell housing gas and / or liquid-tight.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Kunststoffdichtung form- und/oder kraftschlüssig mit dem elektrischen Leiter und/oder dem Batteriezellengehäuse verbunden. Durch diese Arten der Verbindungen kann eine besonders stabile Fixierung des elektrischen Leiters im Batteriezellengehäuse bewirkt werden. Insbesondere ragt das Batteriezellengehäuse in eine rundumlaufende Nut der Kunststoffdichtung.According to a preferred embodiment of the invention, the plastic seal is positively and / or non-positively connected to the electrical conductor and / or the battery cell housing. By these types of connections, a particularly stable fixation of the electrical conductor in the battery cell housing can be effected. In particular, the battery cell housing projects into a circumferential groove of the plastic seal.

Bevorzugt wurden die Kunststoffdichtung und Verbindungen zwischen der Kunststoffdichtung und dem Batteriezellengehäuse sowie dem elektrischen Leiter mittels eines Nanomolding-Verfahrens hergestellt. Das relativ junge Fertigungsverfahren des Nanomoldings wird beispielsweise in den Druckschriften EP 1 459 882 A1 : Absatz [0013] bis [0052] und EP 1 559 542 A1 : Absatz [0025] bis [0056] beschrieben. Die Durchführung des elektrischen Leiters durch das Batteriezellengehäuse hat typischerweise die Aufgabe, ein Eindringen von Feuchtigkeit in die Batteriezelle über die gesamte Lebensdauer der Batteriezelle zu verhindern. Ebenso muss eine erforderliche Robustheit gegenüber einer mechanischen Beanspruchung, z. B. einer Schüttelbelastung gewährleistet sein. Mit dem Einsatz des Nanomolding-Verfahrens können erhebliche Verbesserungen bei den Zellterminals erzielt werden, insbesondere bedarf es keiner separaten Bauteile zur Realisierung eines Zellterminals.The plastic seal and connections between the plastic seal and the battery cell housing and the electrical conductor were preferably produced by means of a nanomolding process. The relatively recent manufacturing process of nanomolding is, for example, in the publications EP 1 459 882 A1 : Paragraphs [0013] to [0052] and EP 1 559 542 A1 : Paragraphs [0025] to [0056] are described. The implementation of the electrical conductor through the battery cell housing typically has the task of preventing ingress of moisture into the battery cell over the entire life of the battery cell. Likewise, a required robustness against mechanical stress, eg. B. be guaranteed a shaking load. With the use of the nanomolding process, significant improvements in the cell terminals can be achieved, in particular, it requires no separate components for the realization of a cell terminal.

Im Wesentlichen lässt sich die Idee hinter dem Nanomolding-Verfahren damit beschreiben, dass sich durch eine chemische Vorbehandlung metallischer Werkstücke in diesen winzige Poren bilden. In diese Poren kann ein geeigneter Kunststoff unter Druckbeaufschlagung eindringen. Nach Abkühlen des Kunststoffes ergibt sich eine feste Verbindung zwischen den metallischen Werkstücken und einem angrenzenden Kunststoffkörper. Solch eine Verbindung ist beispielsweise in 9 der EP 1 559 542 A1 ersichtlich. Wie unter einem Mikroskop erkennbar, kann diese Verbindung des Kunststoffs mit dem Metall auch als form- und/oder kraftschlüssig bezeichnet werden, wobei auch Van-der-Waals-Kräfte eine Rolle spielen dürften.In essence, the idea behind the nano-molding process can be described by the fact that a chemical pretreatment of metallic workpieces forms in these tiny pores. In these pores, a suitable plastic can penetrate under pressure. After cooling the plastic results in a firm connection between the metallic workpieces and an adjacent plastic body. Such a connection is for example in 9 of the EP 1 559 542 A1 seen. As can be seen under a microscope, this compound of the plastic with the metal can also be referred to as positive and / or non-positive, and Van der Waals forces should also play a role.

Somit dichtet die Kunststoffdichtung einen Übergang zwischen dem elektrischen Leiter und dem Batteriezellengehäuse, indem die Kunststoffdichtung den Übergang verschließt und die Oberfläche des elektrischen Leiters und des Batteriezellengehäuses flächig kontaktiert. Ein Kunststoff der Kunststoffdichtung dringt insbesondere sogar in Poren des Batteriezellengehäuses und des elektrischen Leiters ein. Die Poren weisen bevorzugt einen Durchmesser kleiner 0,01 mm, ferner bevorzugt kleiner 0,001 mm, insbesondere bevorzugt kleiner 0,0001 mm auf, in welche der Kunststoff der Kunststoffdichtung eingedrungen ist.Thus, the plastic seal seals a transition between the electrical conductor and the battery cell housing by the plastic seal closes the transition and contacted the surface of the electrical conductor and the battery cell housing surface. A plastic of the plastic seal penetrates even in particular in pores of the battery cell housing and the electrical conductor. The pores preferably have a diameter of less than 0.01 mm, more preferably less than 0.001 mm, more preferably less than 0.0001 mm, in which the plastic of the plastic seal has penetrated.

Vorzugsweise weist die Kunststoffdichtung außerhalb des Batteriezellengehäuses eine angeschrägte Form auf, welche sich von der Batteriezelle weg zum elektrischen Leiter hin verjüngt. Die angeschrägte Form der Kunststoffdichtung dient beim Verschalten der Batteriezellen mittels Zellverbindern einer Zentrierung der Zellverbinder. Dazu werden Zellverbinder umfassend Aussparungen auf die Batteriezellen aufgelegt, indem die Zellverbinder auf die elektrischen Leiter aufgesteckt, also die elektrischen Leiter der Batteriezellen durch die Aussparungen hindurchgeführt werden. Die Aussparung des Zellverbinders zentriert sich folgend auf der angeschrägt geformten Kunststoffdichtung. Preferably, the plastic seal outside the battery cell housing has a tapered shape, which tapers away from the battery cell towards the electrical conductor. The beveled shape of the plastic seal is used when connecting the battery cells by means of cell connectors centering the cell connector. To this end, cell connectors are laid out on the battery cells in the form of recesses, in that the cell connectors are plugged onto the electrical conductors, that is, the electrical conductors of the battery cells are passed through the recesses. The recess of the cell connector is centered following the bevelled plastic seal.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batteriezelle (Sekundärzelle). Durch Verwendung der Lithium-Ionen-Technologie wird insbesondere eine hohe Energiedichte erreicht, was besonders im Bereich der Elektromobilität weitere Vorteile mit sich bringt.According to a preferred embodiment of the invention, the battery cell is a lithium-ion battery cell (secondary cell). By using the lithium-ion technology, in particular a high energy density is achieved, which brings with it further advantages, especially in the field of electromobility.

Ferner wird eine Batterie umfassend eine Mehrzahl an erfindungsgemäßen Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Dank der erfindungsgemäßen Batteriezellen zeichnet sich die Batterie insbesondere durch geringe Fertigungskosten, sowie eine geringe Masse aus. Vorzugsweise sind die, aus den Batteriezellengehäusen geführten Teile der elektrischen Leiter der Batteriezellen mittels Zellverbindern elektrisch leitfähig verschaltet. Insbesondere bilden die Zellverbinder Aussparungen aus, mittels welcher die Zellverbinder auf die elektrischen Leiter gesteckt sind.Furthermore, a battery comprising a plurality of battery cells according to the invention is provided. Thanks to the battery cells according to the invention, the battery is characterized in particular by low production costs, and a low mass. Preferably, the guided out of the battery cell housing parts of the electrical conductors of the battery cells are electrically connected by means of cell connectors. In particular, the cell connectors form recesses, by means of which the cell connectors are plugged onto the electrical conductors.

Bevorzugt weisen die Zellverbinder an einer, den Batteriezellen zugewandten Kante ihrer Aussparungen eine Fase auf, welche auf der angeschrägten Form der Kunststoffdichtung aufliegt. Durch die Fase der Kante kann eine Zentrierung des Zellverbinders auf der Kunststoffdichtung besonders einfach erfolgen.Preferably, the cell connectors on a, the battery cells facing edge of their recesses on a chamfer, which rests on the tapered shape of the plastic seal. The chamfer of the edge makes it particularly easy to center the cell connector on the plastic seal.

Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie zur Verfügung gestellt. Die Batterie ist in der Regel zur Speisung eines elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs vorgesehen.Furthermore, a motor vehicle is provided with a battery according to the invention. The battery is usually provided for feeding an electric drive system of the motor vehicle.

Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • I) Einlegen wenigstens eines Teils des Batteriezellengehäuses und des elektrischen Leiters in ein Spritzgusswerkzeug;
  • II) Einspritzen eines Kunststoffes der Kunststoffdichtung in das Spritzgusswerkzeug;
  • III) Entnehmen einer Einheit umfassend das wenigstens eine Teil Batteriezellengehäuse, den elektrischen Leiter und die Kunststoffdichtung aus dem Spritzgusswerkzeug.
Furthermore, a method for producing a battery cell according to the invention is provided. The method comprises the following steps:
  • I) inserting at least a portion of the battery cell housing and the electrical conductor into an injection molding tool;
  • II) injecting a plastic of the plastic seal in the injection mold;
  • III) removing a unit comprising the at least one part battery cell housing, the electrical conductor and the plastic seal from the injection mold.

Beim Einspritzen des Kunststoffs der Kunststoffdichtung kontaktiert der Kunststoff das wenigstens eine Teil des Batteriezellengehäuses und den elektrischen Leiter. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das wenigstens eine Teil des Batteriezellengehäuses über die Kunststoffdichtung mit dem Stromkollektor verbunden, sodass diese eine Einheit bilden. Das Entnehmen der Einheit gemäß Schritt IV) erfolgt wie allgemein bekannt erst nachdem der Kunststoff des Kunststoffkörpers einen erstarrten Zustand eingenommen hat.When the plastic of the plastic seal is injected, the plastic contacts the at least one part of the battery cell housing and the electrical conductor. By means of the method according to the invention, the at least one part of the battery cell housing is connected to the current collector via the plastic seal, so that these form a unit. The removal of the unit according to step IV) is carried out as generally known only after the plastic of the plastic body has assumed a solidified state.

Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner einen, dem Schritt I) vorangehenden Schritt des chemischen Vorbehandelns von Oberflächen des wenigstens einen Teils des Batteriezellengehäuses und des elektrischen Leiters entsprechend eines Nanomolding-Verfahrens. Entsprechende Schritte des Vorbehandelns sind in den Druckschriften EP 1 459 882 A1 : Absatz [0018] bis [0038] und EP 1 559 542 A1 : Absatz [0040] bis [0046] beschrieben.Preferably, the method further comprises a step prior to step I) of chemically pretreating surfaces of the at least a portion of the battery cell housing and the electrical conductor according to a nano-molding process. Corresponding steps of pretreatment are in the documents EP 1 459 882 A1 : Paragraphs [0018] to [0038] and EP 1 559 542 A1 : Paragraphs [0040] to [0046] are described.

Auf den beim Nanomolding-Verfahren verwendeten Kunststoff wird in EP 1 459 882 A1 : Absatz [0040] bis [0048] und EP 1 559 542 A1 : Absatz [0047] bis [0049] eingegangen. On the plastic used in the nanomolding process is in EP 1 459 882 A1 : Paragraphs [0040] to [0048] and EP 1 559 542 A1 : Paragraphs [0047] to [0049] have been received.

In EP 1 459 882 A1 : Absatz [0049] bis [0050] und EP 1 559 542 A1 : Absatz bis [0056], insbesondere in Absatz [0056] wird auf den Spritzgussprozess beim Nanomolding eingegangen. In EP 1 459 882 A1 : Paragraphs [0049] to [0050] and EP 1 559 542 A1 : Paragraph to [0056], in particular in paragraph [0056] is addressed to the injection molding process in nanomolding.

Als Resultat des oben genannten Nanomolding-Verfahrens ergibt sich eine Interaktion des Kunststoffs des Kunststoffkörpers mit den elektrisch leitenden Segmenten wie z. B. in EP 1 459 882 A1 9 ersichtlich.As a result of the above-mentioned nanomolding process results in an interaction of the plastic of the plastic body with the electrically conductive segments such. In EP 1 459 882 A1 9 seen.

Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batterie, umfassend eine Mehrzahl an erfindungsgemäßen Batteriezellen gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zur Verfügung gestellt. Die Kunststoffdichtungen der Mehrzahl an Batteriezellen weisen außerhalb der Batteriezellengehäuse eine angeschrägte Form auf, welche sich von der Batteriezelle weg zum elektrischen Leiter hin verjüngt. Das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:

  • I) Anordnen der Batteriezellen, derart, dass die aus den Batteriezellengehäusen geführten elektrischen Leiter nach oben weisen;
  • II) Auflegen von Zellverbindern auf die Kunststoffdichtungen der Batteriezellen mittels Hindurchführens der elektrischen Leiter durch Aussparungen der Zellverbinder;
  • III) Zentrieren der Aussparungen der Zellverbinder auf den Kunststoffdichtungen mittels der angeschrägten Form der Kunststoffdichtungen;
  • IV) Verschweißen der Zellverbinder mit den elektrischen Leitern.
Furthermore, a method for producing a battery according to the invention, comprising a plurality of battery cells according to the invention according to a preferred embodiment of the invention is provided. The plastic seals of the plurality of battery cells have a tapered shape outside the battery cell housing, which tapers away from the battery cell towards the electrical conductor. The method comprises the following steps:
  • I) arranging the battery cells in such a way that the electrical conductors led out of the battery cell housings point upwards;
  • II) applying cell connectors to the plastic seals of the battery cells by passing the electrical conductors through recesses of the cell connectors;
  • III) Centering of the recesses of the cell connectors on the plastic seals by means of the tapered shape of the plastic seals;
  • IV) welding the cell connectors to the electrical conductors.

Dem Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batterie liegt die Erkenntnis zu Grunde, eine Aussparung (Öffnung) eines Zellverbinders in Bezug zu einem elektrischen Leiter zentrieren zu können, indem die Kunststoffdichtung, auf welcher der Zellverbinder aufliegt, eine angeschrägte Form aufweist. Die Zellverbinder zentrieren sich durch leichten Druck von oben oder bevorzugt alleine durch die Schwerkraft in Bezug zu den elektrischen Leitern. Durch die Zentrierung ergeben ergibt sich ein gleichmäßiger Spalt zwischen dem Zellverbinder und dem jeweiligen elektrischen Leiter, wodurch optimale Voraussetzungen für das folgende Verschweißen der Zellverbinder mit dem elektrischen Leiter gegeben sind.The method for producing a battery according to the invention is based on the knowledge of being able to center a recess (opening) of a cell connector in relation to an electrical conductor, in that the plastic seal on which the cell connector rests has a bevelled shape. The cell connectors center by slight pressure from above, or preferably by gravity alone, with respect to the electrical conductors. Resulting from the centering results in a uniform gap between the cell connector and the respective electrical conductor, whereby optimal conditions for the subsequent welding of the cell connector are given to the electrical conductor.

Bevorzugt weisen die Zellverbinder an einer, den Batteriezellen zugewandten Kante ihrer Aussparung eine Fase auf, welche auf der angeschrägten Form der Kunststoffdichtung aufliegt. Durch die Fase der Kante ihrer Aussparung kann die Zentrierung der Aussparung des Zellverbinders auf der Kunststoffdichtung erleichtert werden.Preferably, the cell connectors on a, the battery cells facing edge of their recess on a chamfer, which rests on the tapered shape of the plastic seal. The bevel of the edge of its recess facilitates the centering of the recess of the cell connector on the plastic seal.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben oder der Beschreibung zu entnehmen.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims or refer to the description.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 zwei verschaltete Batteriezellen (Stand der Technik), 1 two interconnected battery cells (prior art),

2 durch einen Gehäusedeckel geführte elektrische Leiter mit eingegossenen Kunststoffdichtungen, 2 electrical conductors guided by a housing cover with cast-in plastic seals,

3 eine schematische Schnittdarstellung von durch einen Gehäusedeckel geführten elektrischen Leitern mit eingegossenen Kunststoffdichtungen, und 3 a schematic sectional view of guided through a housing cover electrical conductors with molded plastic seals, and

4 mittels eines Zellverbinders verschaltete Batteriezellen. 4 connected by a cell connector battery cells.

Auf 1 wurde bereits zur Erläuterung des Standes der Technik eingegangen.On 1 has already been discussed to explain the state of the art.

2 zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 10 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Demnach sind zwei elektrische Leiter 24 durch ein prismatisches Batteriezellengehäuse 18, im gezeigten Fall durch einen Gehäusedeckel 20 (Cap Plate) des Batteriezellengehäuses 18, geführt. Zwischen dem Gehäusedeckel 20 und den elektrischen Leitern 24 sind Kunststoffdichtungen 26 eingegossen, wodurch Übergänge zwischen dem Gehäusedeckel 20 und den elektrischen Leitern 24 abgedichtet sind. Jene Teile des elektrischen Leiters 24, welche aus dem Batteriezellengehäuse ragen, können als Terminals (Polanschlüsse) verwendet werden. Typischerweise ist das Gehäuse 18 zumindest im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die gezeigte Anordnung lässt sich besonders vorteilhaft mittels eines Nanomolding-Verfahrens herstellen. 2 shows a part of a battery cell according to the invention 10 according to a preferred embodiment of the invention. Accordingly, two electrical conductors 24 through a prismatic battery cell housing 18 , In the case shown by a housing cover 20 (Cap Plate) of the battery cell housing 18 , guided. Between the housing cover 20 and the electrical conductors 24 are plastic seals 26 poured, creating transitions between the housing cover 20 and the electrical conductors 24 are sealed. Those parts of the electrical conductor 24 which protrude from the battery cell housing can be used as terminals (pole terminals). Typically, the housing 18 at least substantially made of a metallic material, in particular aluminum or an aluminum alloy. The arrangement shown can be produced particularly advantageously by means of a nanomolding process.

Die gezeigten elektrischen Leiter 24 sind dazu ausgebildet, mit einem Zellwickel (Jelly Roll) der Batteriezelle 10 direkt verbunden, insbesondere verschweißt zu werden und bilden somit Stromkollektoren aus. Die elektrischen Leiter 24 können in Bereichen der Durchführung durch den Gehäusedeckel 20 Lateralversätze aufweisen, welcher eine Befestigung des Zellwickels an den elektrischen Leitern 24 vereinfachen. Die Kunststoffdichtungen 26 können zudem Hebel 28 ausbilden. Die Hebel 28 dienen einer Momentanabstützung und somit als eine Verdrehsicherung der elektrischen Leiter 24 innerhalb des Gehäusedeckels 20.The electrical conductors shown 24 are designed with a cell roll (jelly roll) of the battery cell 10 directly connected, in particular to be welded and thus form current collectors. The electrical conductors 24 can pass through in areas of the housing cover 20 Have lateral offsets, which is an attachment of the cell coil to the electrical conductors 24 simplify. The plastic seals 26 can also leverage 28 form. The levers 28 serve a momentary support and thus as a rotation of the electrical conductors 24 inside the housing cover 20 ,

3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Durchführung der elektrischen Leiter 24 durch den Gehäusedeckel 20 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, welche im Wesentlichen analog der Durchführung gemäß 2 aufgebaut ist. Die Kunststoffdichtungen 26 wurden wiederum mittels des bevorzugten Nanomolding-Verfahrens zwischen die elektrischen Leiter 24 und den Zelldeckel 20 gegossen. 3 shows a schematic sectional view of the implementation of the electrical conductors 24 through the housing cover 20 According to a further embodiment of the invention, which is substantially analogous to the implementation according to 2 is constructed. The plastic seals 26 were in turn by means of the preferred nanomolding process between the electrical conductors 24 and the cell lid 20 cast.

Prinzipiell könnten derartige mittels Nanomolding eingegossene Kunststoffdichtungen 26 die Übergänge zwischen den elektrischen Leitern 24 und dem Zelldeckel 20 auch abdichten, indem die Kunststoffdichtungen 26 lediglich die an die Öffnungen des Gehäusedeckels 20 angrenzenden Flächen kontaktieren. Bevorzugt sind die Kunststoffdichtungen 26 jedoch formschlüssig mit dem Gehäusedeckel 20 verbunden. Dazu ragt der Zelldeckel 20 in eine rundumlaufende Nut der Kunststoffdichtung 26. Durch diese Art der Verbindungen kann eine besonders stabile Fixierung des elektrischen Leiters im Batteriezellengehäuse bewirkt werden. Durch eine typische, beim Nanomolding entstehende Verbindung zwischen der Kunststoffdichtung 26 und dem Gehäusedeckel 20 sowie dem Stromkollektor 24 ist das Gehäuse 18 praktisch gas- und flüssigkeitsdicht gedichtet.In principle, such molded by means of nanomolding plastic seals 26 the transitions between the electrical conductors 24 and the cell lid 20 also caulk by the plastic gaskets 26 only to the openings of the housing cover 20 Contact adjacent areas. The plastic seals are preferred 26 but positively with the housing cover 20 connected. To do this, the cell lid protrudes 20 in a circumferential groove of the plastic seal 26 , By this type of connections, a particularly stable fixation of the electrical conductor in the battery cell housing can be effected. Through a typical connection between the plastic seal created during nanomolding 26 and the housing cover 20 and the current collector 24 is the case 18 practically sealed gas- and liquid-tight.

4 zeigt eine schematische Ansicht zweier Batteriezellen 10 umfassend die in den 2 und 3 gezeigten Bauteile, wobei der linke der beiden elektrischen Leiter 24 durch die ihn umgebenden Teile der Batteriezelle 10 durchscheinend gezeichnet ist. Der obere Teil von 4 stellt eine Draufsicht auf die Batteriezellen 10 dar, während im unteren Teil von 4 eine Seitenansicht der Batteriezellen 10 dargestellt ist. Die Batteriezellen 10 sind mittels eines Zellverbinders 14 über die, aus den Batteriezellengehäusen 18 ragenden Teile der elektrischen Leiter 24 verschaltet. Der Zellverbinder 14 weist Aussparungen auf, welche an die Geometrie der als Terminals fungierenden Teile der elektrischen Leiter 24 angepasst sind. Durch diese Aussparungen sind die elektrischen Leiter 24 geführt. 4 shows a schematic view of two battery cells 10 comprising the in the 2 and 3 shown components, wherein the left of the two electrical conductors 24 through the surrounding parts of the battery cell 10 is drawn translucently. The upper part of 4 represents a plan view of the battery cells 10 while in the lower part of 4 a side view of the battery cells 10 is shown. The battery cells 10 are by means of a cell connector 14 over, from the battery cell housings 18 protruding parts of the electrical conductors 24 connected. The cell connector 14 has recesses which correspond to the geometry of the terminal parts of the electrical conductors 24 are adjusted. Through these recesses are the electrical conductors 24 guided.

Der Zellverbinder 14 wird bei der Fertigung der Batterie auf die als Terminals dienenden Teile der elektrischen Leiter 24 aufgesteckt. Die als Terminals dienenden Teile der elektrischen Leiter 24 können dabei so ausgeführt sein, dass sie nach dem Aufstecken des Zellverbinders 14 mit diesem bündig sind oder nach oben durch den Zellverbinder 14 herausragen. Dabei zentrieren sich die Aussparungen der Zellverbinder 14 auf den Kunststoffdichtungen 26, welche eine angeschrägte Form aufweisen. Als Folge sind optimale Abstände zwischen den elektrischen Leitern 24 und dem Zellverbinder 14 gegeben. Anschließend kann der typischerweise metallische Zellverbinder 14 mit den elektrischen Leitern 24 über Schweißstellen 16 an den Nahtstellen verscheißt werden. Dies stellte eine besonders einfache, kostengünstige und robuste Art der elektrischen Verbindung der Batteriezellen 10 dar. Gegenüber dem Stand der Technik kann die Verschweißung dadurch mit wesentlich geringerem Energieeintrag in die Batteriezelle 10 erfolgen, da der Zellverbinder 14 nicht durchgeschweißt werden muss.The cell connector 14 is used in the manufacture of the battery on serving as terminals parts of the electrical conductors 24 attached. The serving as terminals parts of the electrical conductors 24 can be designed so that they after plugging the cell connector 14 are flush with this or up through the cell connector 14 protrude. The recesses of the cell connectors center here 14 on the plastic seals 26 which have a tapered shape. As a result, optimal distances between the electrical conductors 24 and the cell connector 14 given. Subsequently, the typically metallic cell connector 14 with the electrical conductors 24 about welds 16 be verschscheißt at the seams. This represented a particularly simple, inexpensive and robust way of electrically connecting the battery cells 10 Compared to the prior art, the welding can thereby significantly lower energy input into the battery cell 10 done as the cell connector 14 does not have to be welded through.

Vorzugsweise weisen Kanten der Öffnungen der Zellverbinder 14 an einer der Batteriezelle 10 zugewandten Seite des Zellverbinders 14 Fasen auf. Die Fasen erleichtern das Zentrieren des Zellverbinders 14 auf der Kunststoffdichtung 26.Preferably, edges of the openings have the cell connectors 14 at one of the battery cell 10 facing side of the cell connector 14 Chamfering up. The chamfers facilitate the centering of the cell connector 14 on the plastic seal 26 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Batteriezelle (10) umfassend ein Batteriezellengehäuse (18) und einen elektrischen Leiter (24), wobei der elektrische Leiter (24) innerhalb des Batteriezellengehäuses (18) elektrisch leitfähig mit einer Elektrode der Batteriezelle (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (24) durch eine Öffnung im Batteriezellengehäuse (18) aus dem Batteriezellengehäuse (18) geführt ist und zwischen dem elektrischen Leiter (24) und dem Batteriezellengehäuse (18) eine Kunststoffdichtung (26) eingegossen ist.Battery cell ( 10 ) comprising a battery cell housing ( 18 ) and an electrical conductor ( 24 ), wherein the electrical conductor ( 24 ) within the battery cell housing ( 18 ) electrically conductive with an electrode of the battery cell ( 10 ), characterized in that the electrical conductor ( 24 ) through an opening in the battery cell housing ( 18 ) from the battery cell housing ( 18 ) and between the electrical conductor ( 24 ) and the battery cell housing ( 18 ) a plastic seal ( 26 ) is poured. Batteriezelle (10) nach Anspruch 1, wobei an den elektrischen Leiter (24) ein Zellwickel der Batteriezelle (10) angeschweißt ist.Battery cell ( 10 ) according to claim 1, wherein to the electrical conductor ( 24 ) a cell winding of the battery cell ( 10 ) is welded. Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffdichtung (26) form- und/oder kraftschlüssig mit dem elektrischen Leiter (24) und/oder dem Batteriezellengehäuse (18) verbunden ist.Battery cell ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the plastic seal ( 26 ) positively and / or non-positively with the electrical conductor ( 24 ) and / or the battery cell housing ( 18 ) connected is. Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffdichtung (26) und Verbindungen zwischen der Kunststoffdichtung (26) und dem Batteriezellengehäuse (18) sowie dem elektrischen Leiter (24) mittels eines Nanomolding-Verfahrens hergestellt wurden.Battery cell ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the plastic seal ( 26 ) and connections between the plastic seal ( 26 ) and the battery cell housing ( 18 ) as well as the electrical conductor ( 24 ) were produced by means of a nanomolding process. Batteriezelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffdichtung (26) außerhalb des Batteriezellengehäuses (18) eine angeschrägte Form aufweist, welche sich von der Batteriezelle (10) weg zum elektrischen Leiter (24) hin verjüngt.Battery cell ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the plastic seal ( 26 ) outside the battery cell housing ( 18 ) has a tapered shape which extends from the battery cell ( 10 ) away to the electrical conductor ( 24 ) tapers. Batterie umfassend eine Mehrzahl an Batteriezellen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Battery comprising a plurality of battery cells ( 10 ) according to any one of the preceding claims. Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 6. Motor vehicle with a battery according to claim 6. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfassend die folgenden Schritte: I) Einlegen wenigstens eines Teils des Batteriezellengehäuses (18) und des elektrischen Leiters (24) in ein Spritzgusswerkzeug; II) Einspritzen eines Kunststoffes der Kunststoffdichtung (26) in das Spritzgusswerkzeug; III) Entnehmen einer Einheit umfassend das wenisgstens eine Teil des Batteriezellengehäuses (18), den elektrischen Leiter (24) und die Kunststoffdichtung (26) aus dem Spritzgusswerkzeug.Method for producing a battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, comprising the following steps: I) inserting at least part of the battery cell housing ( 18 ) and the electrical conductor ( 24 ) in an injection mold; II) injecting a plastic of the plastic seal ( 26 ) in the injection mold; III) removing a unit comprising the at least one part of the battery cell housing ( 18 ), the electrical conductor ( 24 ) and the plastic seal ( 26 ) from the injection mold. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle nach Anspruch 8, ferner umfassend einen, dem Schritt I) vorangehenden Schritt des chemischen Vorbehandelns von Oberflächen des wenigstens einen Teils des Batteriezellengehäuses (18) und des elektrischen Leiters (24) entsprechend eines Nanomolding-Verfahrens.A method of manufacturing a battery cell according to claim 8, further comprising a step preceding the step I) of chemically pretreating surfaces of the at least one part of the battery cell casing ( 18 ) and the electrical conductor ( 24 ) according to a nanomolding process. Verfahren zur Herstellung einer Batterie nach Anspruch 6, umfassend eine Mehrzahl an Batteriezellen (10) nach Anspruch 5, umfassend die folgenden Schritte: I) Anordnen der Batteriezellen (10), derart, dass die aus den Batteriezellengehäusen (18) geführten elektrischen Leiter (24) nach oben weisen; II) Auflegen von Zellverbindern (14) auf die Kunststoffdichtungen (26) der Batteriezellen (10) mittels Hindurchführens der elektrischen Leiter (24) durch Aussparungen der Zellverbinder (14); III) Zentrieren der Aussparungen der Zellverbinder (14) auf den Kunststoffdichtungen (26) mittels der angeschrägten Form der Kunststoffdichtungen (26); IV) Verschweißen der Zellverbinder (14) mit den elektrischen Leitern (24).A method of manufacturing a battery according to claim 6, comprising a plurality of battery cells ( 10 ) according to claim 5, comprising the following steps: I) arranging the battery cells ( 10 ), such that the battery cell housings ( 18 ) guided electrical conductor ( 24 ) pointing upwards; II) placing cell connectors ( 14 ) on the plastic seals ( 26 ) of the battery cells ( 10 ) by passing the electrical conductors ( 24 ) by recesses of the cell connectors ( 14 ); III) Centering of the recesses of the cell connectors ( 14 ) on the plastic seals ( 26 ) by means of the tapered shape of the plastic seals ( 26 ); IV) Welding the cell connectors ( 14 ) with the electrical conductors ( 24 ).
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