DE102012216477A1 - Battery cell with housing cover plate with glued-in sealing plug - Google Patents

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Markus Feigl
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Abstract

Es wird eine Batteriezelle, insbesondere ein Lithium-Ionen-Batteriezelle, vorgeschlagen, bei der ein Wickelelement, zwei Stromabnehmer und Elektrolyt in einem Gehäuse aufgenommen sind. Das Gehäuse besteht aus einem metallischen Behälter und einer Deckelanordnung. Die Deckelanordnung umfasst unter anderem eine Deckplatte, welche mit dem Behälter nach dem Einbringen von innen liegenden Komponenten der Batteriezelle fest verbunden wird. Erfindungsgemäß wird eine in der Deckplatte (23) vorgesehene Einfüllöffnung (25), durch die Elektrolyt in das Innere des Gehäuses eingefüllt werden kann, mithilfe eines Verschlussstopfens (27) verschlossen. Der Verschlussstopfen wird dabei mittels eines Klebstoffs (31) in der Einfüllöffnung (25) gehalten. Eine Dichtanordnung (35) verhindert, dass in das Gehäuse eingefüllter Elektrolyt in Kontakt mit dem Klebstoff (31) gelangt und diesen chemisch angreift.A battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, is proposed in which a winding element, two current collectors and electrolyte are accommodated in a housing. The housing consists of a metallic container and a cover assembly. The cover arrangement includes, inter alia, a cover plate which is firmly connected to the container after internal components of the battery cell have been introduced. According to the invention, a filling opening (25) provided in the cover plate (23), through which electrolyte can be filled into the interior of the housing, is closed with the aid of a sealing plug (27). The sealing plug is held in the filling opening (25) by means of an adhesive (31). A sealing arrangement (35) prevents the electrolyte filled into the housing from coming into contact with the adhesive (31) and chemically attacking it.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batteriezelle.The present invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell. The invention further relates to a motor vehicle with such a battery cell.

Stand der TechnikState of the art

Batteriezellen, teilweise auch als Akkumulatorzellen bezeichnet, dienen zur chemischen Speicherung von elektrisch zur Verfügung gestellter Energie. Bereits heute werden Batteriezellen zur Energieversorgung einer Vielzahl mobiler Geräte eingesetzt. Zukünftig sollen Batteriezellen unter anderem zur Energieversorgung von mobilen Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, zu Land wie auch zu Wasser, oder zur stationären Zwischenspeicherung von aus alternativen Energiequellen stammender elektrischer Energie eingesetzt werden. Battery cells, sometimes referred to as accumulator cells, are used for the chemical storage of electrically provided energy. Even today, battery cells are used to power a variety of mobile devices. In the future, battery cells are to be used inter alia for supplying energy to mobile electric vehicles or hybrid vehicles, on land as well as to water, or for stationary intermediate storage of electrical energy originating from alternative energy sources.

Hierzu wird meist eine Vielzahl von Batteriezellen zu Batteriepaketen zusammengesetzt. Um hierbei ein zur Verfügung stehendes Paketvolumen möglichst effizient auszunutzen, werden für solche Zwecke vornehmlich Batteriezellen mit einer prismatischen, beispielsweise einer Quader-artigen Form eingesetzt. For this purpose, a plurality of battery cells is usually assembled into battery packs. In order to exploit an available package volume as efficiently as possible, primarily battery cells with a prismatic, for example, a cuboid-like shape are used for such purposes.

Wegen ihrer möglichen hohen Energiedichte, thermischen Stabilität und fehlendem Memory-Effekt wird für anspruchsvolle Anwendungen wie beispielsweise Speicherlösungen für Kraftfahrzeuge meist eine Lithium-Ionen-Akku-Technologie eingesetzt, welche aufgrund der hohen wirtschaftlichen Bedeutung einer zukünftigen Elektromobilität derzeit intensiv weiterentwickelt wird.Because of their possible high energy density, thermal stability and lack of memory effect is usually used for demanding applications such as storage solutions for motor vehicles, a lithium-ion battery technology, which is currently being intensively developed due to the high economic importance of future electromobility.

Es existieren bereits viele verschiedene Typen von Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, und ferner insbesondere Batteriezellen mit prismatischer Form. There are already many different types of battery cells, in particular lithium-ion battery cells, and further in particular battery cells with prismatic shape.

Allerdings weisen solche herkömmlichen Batteriezellen meist einen komplexen Aufbau auf, bei dem zum Zusammenbau der gesamten Batteriezelle eine Vielzahl unterschiedlicher Einzelteile eingesetzt wird. Insbesondere werden beim Zusammenbau der Einzelteile aufwändige Fertigungsverfahren wie z.B. Schweißverfahren eingesetzt, die sowohl kosten- als auch energieintensiv sind. All dies kann zu erhöhten Kosten bei der Fertigung der Batteriezelle beitragen. However, such conventional battery cells usually have a complex structure in which a large number of different individual parts is used to assemble the entire battery cell. In particular, in assembling the individual parts, elaborate manufacturing processes such as e.g. Welding methods are used which are both costly and energy intensive. All of this can add to the increased cost of manufacturing the battery cell.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Mit Hilfe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann unter anderem ein Aufwand für den Zusammenbau einer Batteriezelle und damit verbundene Kosten verringert werden.By means of embodiments of the present invention, among other things, a cost for the assembly of a battery cell and associated costs can be reduced.

Es wird eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle vorgeschlagen, die wenigstens ein Wickelelement, einen Elektrolyten, zwei Stromabnehmer und ein Gehäuse aufweist. Das Wickelelement besteht aus einem gewickelten Stapel aus einer mit Anodenmaterial beschichteten ersten Folie, beispielsweise aus Kupfer, einer mit Kathodenmaterial beschichteten zweiten Folie, beispielsweise aus Aluminium, und zwei als Diaphragmen dienenden Kunststofffolien. Einer der Stromabnehmer ist mit der ersten Folie des Wickelelements elektrisch leitfähig verbunden, beispielsweise verschweißt. Der zweite Stromabnehmer ist mit der zweiten Folie des Wickelelements elektrisch leitfähig verbunden. Das Gehäuse weist einen metallischen Behälter und eine größtenteils metallische Deckelanordnung auf. Der Behälter weist eine Öffnung auf, durch die das Wickelelement und die beiden Stromabnehmer während der Fertigung der Batteriezelle in das Gehäuse eingebracht werden können. Die Deckelanordnung ist dazu ausgebildet, die Öffnung des Behälters gasdicht und druckdicht abzuschließen. Hierfür weist die Deckelanordnung unter anderem eine Deckplatte auf, welche die Öffnung in dem Behälter weitgehend verschließen kann und welche zum hermetischen Verschließen des Gehäuses mit dem Behälter beispielsweise durch eine Schweißnaht verbunden werden kann. Die Deckplatte weist unter anderem eine Einfüllöffnung auf, durch die Elektrolyt in das Gehäuse eingefüllt werden kann. Die vorgeschlagene Batteriezelle zeichnet sich dadurch aus, dass die Einfüllöffnung mit einem Verschlussstopfen verschlossen ist, wobei der Verschlussstopfen mittels eines Klebstoffes in der Einfüllöffnung gehalten ist und eine Dichtanordnung verhindert, dass in das Gehäuse eingefüllter Elektrolyt in Kontakt mit dem Klebstoff gelangt.It is proposed a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell having at least one winding element, an electrolyte, two current collector and a housing. The winding element consists of a wound stack of a first foil coated with anode material, for example of copper, a second foil coated with cathode material, for example of aluminum, and two plastic foils serving as diaphragms. One of the current collector is electrically conductively connected, for example welded, to the first foil of the winding element. The second current collector is electrically conductively connected to the second foil of the winding element. The housing has a metallic container and a largely metallic lid assembly. The container has an opening through which the winding element and the two current collectors can be introduced into the housing during the manufacture of the battery cell. The lid assembly is adapted to complete the opening of the container gas-tight and pressure-tight. For this purpose, the lid assembly, inter alia, a cover plate which can largely close the opening in the container and which can be connected for hermetic sealing of the housing with the container, for example by a weld. The cover plate has, inter alia, a filling opening, through which electrolyte can be filled into the housing. The proposed battery cell is characterized in that the filling opening is closed with a sealing plug, wherein the sealing plug is held in the filling opening by means of an adhesive and a sealing arrangement prevents the electrolyte filled into the housing from coming into contact with the adhesive.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batteriezellen liegen unter anderem die folgenden Erkenntnisse und Ideen zugrunde:
Beim Zusammenbau einer Batteriezelle wird in der Regel zuerst das Wickelelement mit den darin angebrachten Stromabnehmern in den noch oben offenen Behälter des Gehäuses eingebracht und dann die Öffnung des Behälters mithilfe der Deckelanordnung hermetisch verschlossen. Beim Anbringen der Deckelanordnung wird zunächst die Deckplatte mit dem Behälter verbunden, beispielsweise durch Anschweißen. Durch die in der Deckplatte vorgesehene Einfüllöffnung wird dann Elektrolyt in den Behälter eingefüllt, so dass er das darin aufgenommene Wickelelement benetzten kann. Anschließend muss die Einfüllöffnung hermetisch dicht und gegen den Elektrolyt widerstandsfähig verschlossen werden.Embodiments of the battery cells according to the invention are based inter alia on the following findings and ideas:
When assembling a battery cell usually the winding element is first introduced with the current collectors mounted therein in the still open-topped container of the housing and then hermetically sealed the opening of the container using the lid assembly. When attaching the lid assembly, the cover plate is first connected to the container, for example by welding. The filling opening provided in the cover plate then charges electrolyte into the container so that it can wet the winding element received therein. Then the filling opening must be hermetically sealed and sealed against the electrolyte.

Hierzu wird bei herkömmlichen Batteriezellen eine Metallkugel auf die Einfüllöffnung gepresst und mit dem Rand der Einfüllöffnung verschweißt. Allerdings stellt ein Verschweißvorgang einen aufwändigen Arbeitsprozess dar und kann unter anderem teure Schweißroboter erfordern. Außerdem wird beim Verschweißen eine thermische Belastung ausgeübt. For this purpose, in conventional battery cells, a metal ball is pressed onto the filling opening and welded to the edge of the filling opening. However, a welding process is a complex work process and may require expensive welding robots, among other things. In addition, a thermal stress is exerted during welding.

Es wird daher vorgeschlagen, die Einfüllöffnung ohne den Einsatz von Schweißvorgängen zu verschließen. Hierzu wird ein geeignet geformter Verschlussstopfen in die Einfüllöffnung eingeführt. Zwischen dem Verschlussstopfen und einer angrenzenden Oberfläche der Deckplatte im Bereich der Einfüllöffnung wird ein Klebstoff vorgesehen. Dieser Klebstoff sorgt nach seinem Aushärten dafür, dass der Verschlussstopfen in der Einfüllöffnung mechanisch gehalten wird. Der Klebstoff fixiert den Verschlussstopfen dabei innerhalb der Einfüllöffnung derart fest, dass auch bei einem erhöhten Innendruck innerhalb des Batteriezellengehäuses von beispielsweise mehr als 6000 hPa keine Gefahr besteht, dass sich der Verschlussstopfen aus der Einfüllöffnung löst. It is therefore proposed to close the filling opening without the use of welding operations. For this purpose, a suitably shaped sealing plug is inserted into the filling opening. An adhesive is provided between the sealing plug and an adjacent surface of the cover plate in the region of the filling opening. After curing, this adhesive ensures that the sealing plug in the filling opening is mechanically held. The adhesive fixes the closure plug within the filling opening so tightly that even with an increased internal pressure within the battery cell housing of, for example, more than 6000 hPa, there is no danger that the closure plug will come off the filling opening.

Es wurde jedoch beobachtet, dass die meisten Klebstoffe von dem in das Gehäuse eingefüllten Elektrolyt chemisch angegriffen werden. Daher wird ergänzend vorgesehen, dass die Batteriezelle eine zusätzliche Dichtanordnung aufweist, die verhindert, dass der Klebstoff mit dem Elektrolyten in Kontakt gelangt.However, it has been observed that most of the adhesives are chemically attacked by the electrolyte filled in the housing. Therefore, it is additionally provided that the battery cell has an additional sealing arrangement, which prevents the adhesive from coming into contact with the electrolyte.

Die Dichtanordnung kann hierbei in unterschiedlicher Weise realisiert sein.The sealing arrangement can be realized in different ways.

Um eine ausreichend stabile Klebeverbindung zwischen der Deckplatte und dem Verschlussstopfen erreichen zu können, kann die Deckplatte an der Einfüllöffnung eine in das Gehäuse hineinragende Auskragung aufweisen und der Verschlussstopfen in diese Auskragung eingeführt sein, wobei der Verschlussstopfen an einem ersten Teilbereich einer Mantelfläche mit einer Innenoberfläche der Auskragung verklebt sein kann. Hierdurch ergibt sich eine großflächige Verklebung zwischen dem Verschlussstopfen und der Deckplatte.In order to achieve a sufficiently stable adhesive bond between the cover plate and the sealing plug, the cover plate at the filling opening may have a projecting into the housing projection and the closure plug may be inserted into this projection, wherein the closure plug at a first portion of a lateral surface with an inner surface of the Projection can be glued. This results in a large-area bonding between the plug and the cover plate.

Um die Verklebung zuverlässig gegen den Angriff von Elektrolyt zu schützen, kann der Verschlussstopfen in einem zweiten Teilbereich, der bezogen auf den ersten Teilbereich der Mantelfläche, der mit der Innenoberfläche der Auskragung verklebt ist, näher zum Inneren des Gehäuses der Batteriezelle angeordnet ist, eine Dichtwulst aufweisen. Diese Dichtwulst kann den Verschlussstopfen beispielsweise ringförmig umgeben und für eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Verschlussstopfen und einem weiter innen liegenden Bereich der Auskragung der Deckplatte im Bereich der Einfüllöffnung sorgen.In order to reliably protect the bond against the attack of electrolyte, the sealing plug in a second portion, which is located closer to the interior of the housing of the battery cell, based on the first portion of the lateral surface, which is glued to the inner surface of the projection, a sealing bead exhibit. This sealing bead can, for example, surround the sealing plug in an annular manner and ensure a reliable sealing between the sealing plug and a further inner region of the projection of the cover plate in the region of the filling opening.

Die Dichtanordnung, insbesondere die zuvor beschriebene Dichtwulst, kann mit einem gegen den Elektrolyten resistenten Elastomer ausgeführt sein. Ein solches Elastomer kann beispielsweise ein Fluorpolymer enthalten. Beispielsweise wird von der Firma DuPont ein gegen viele Elektrolyte widerstandsfähiges Elastomer unter dem Markennamen Viton®, teilweise mit dem Zusatz FKM, vertrieben.The sealing arrangement, in particular the sealing bead described above, can be designed with an elastomer resistant to the electrolyte. Such an elastomer may contain, for example, a fluoropolymer. For example, by DuPont a resistant against many electrolytes elastomer under the trade name Viton ®, in part, driven by the addition of FKM.

In einer alternativen Ausgestaltung kann eine Dichtanordnung erzeugt werden, indem ein unteres Ende der im Bereich der Einfüllöffnung an der Deckplatte vorgesehenen Auskragung derart hin zur Mitte der Öffnung gebogen ist, dass es mit dem Verschlussstopfen in einem zweiten Teilbereich, der bezogen auf den ersten Teilbereich der Mantelfläche, der mit der Innenoberfläche der Auskragung verklebt ist, näher zum Inneren des Gehäuses angeordnet ist, in Anlage kommt. Das untere Ende der Auskragung kann dabei beispielsweise eine scharfe Kante bilden, die sich eng an eine Mantelfläche des in der Auskragung aufgenommenen Verschlussstopfens anschmiegt und dadurch verhindert, dass Elektrolyt hin zu der darüber angeordneten Verklebung gelangt. In an alternative embodiment, a sealing arrangement can be produced in that a lower end of the projection provided in the region of the filler opening on the cover plate is bent towards the center of the opening in such a way that it engages with the sealing plug in a second partial region which, relative to the first partial region Mantle surface, which is glued to the inner surface of the projection, is arranged closer to the interior of the housing comes into contact. In this case, the lower end of the projection can form, for example, a sharp edge, which closely fits against a lateral surface of the sealing plug accommodated in the projection and thereby prevents electrolyte from reaching the adhesive bond arranged above it.

Der Verschlussstopfen kann dabei an dem unteren Ende unterhalb des zweiten Teilbereichs eine Einführfase aufweisen. Die Einführfase kann an dem unteren Ende des Verschlussstopfens einen sich nach unten hin verjüngenden Bereich bilden, mithilfe dessen beim Einführen des Verschlussstopfens in die Auskragung der nach innen gebogene Bereich der Auskragung sukzessive nach außen gepresst werden kann. Der nach innen gebogene Bereich der Auskragung, dessen Querschnitt geringfügig kleiner sein kann als der Querschnitt des Verschlussstopfens in dem zweiten Teilbereich, kann somit durch die Einführfase aufgeweitet werden, so dass er sich unter mechanischer Spannung an die Mantelfläche des Verschlussstopfens dichtend anschmiegt.The closure plug may have at the lower end below the second portion a Einführfase. The Einführfase can form a downwardly tapered region at the lower end of the sealing plug, with the aid of which during insertion of the sealing plug into the projection of the inwardly bent portion of the projection can be successively pressed outward. The inwardly bent portion of the projection, whose cross section may be slightly smaller than the cross section of the sealing plug in the second portion, can thus be widened by the Einführfase so that it conforms under mechanical tension to the lateral surface of the sealing plug.

Sowohl die Einfüllöffnung als auch der Verschlussstopfen können einen runden Querschnitt aufweisen, wobei der Verschlussstopfen dann zumindest bereichsweise zylindrisch ausgebildet sein kann. Aufgrund der Rotationssymmetrie können solche Einfüllöffnungen und Verschlussstopfen einfach hergestellt werden.Both the filling opening and the sealing plug can have a round cross section, wherein the sealing plug can then be cylindrical at least in some areas. Due to the rotational symmetry, such filling openings and sealing plugs can be produced easily.

Außerhalb des Gehäuses kann der Verschlussstopfen einen lateral über die Öffnung überstehenden Bund aufweisen. Dieser Bund kann beim Einführen des Verschlussstopfens in die Einfüllöffnung als mechanischer Anschlag dienen, um zu verhindern, dass der Verschlussstopfen zu tief in die Einfüllöffnung eingeführt wird oder gar durch die Einfüllöffnung hindurch ins Innere der Batteriezelle geschoben wird.Outside the housing, the stopper may have a laterally projecting beyond the opening collar. This collar can serve as a mechanical stop when inserting the sealing plug into the filling opening in order to prevent the sealing plug from being inserted too deeply into the filling opening or even being pushed through the filling opening into the interior of the battery cell.

Der zum Verkleben des Verschlussstopfens mit der Deckplatte verwendete Klebstoff kann ein mikroverkapselter Klebstoff sein. Solche mikroverkapselten Klebstoffe beinhalten winzige mit einer Klebesubstanz gefüllte Kapseln. Der mikroverkapselte Klebstoff kann schon vor der Montage der Batteriezelle auf zu verklebende Oberflächen an dem Verschlussstopfen und / oder der Deckplatte aufgebracht werden. Beim passgenauen Einbringen des Verschlussstopfens in die Einfüllöffnung wird die Mikroverkapselung zerstört, so dass der Klebstoff freigesetzt wird und nach einem Aushärten die zu verklebenden Oberflächen mechanisch stabil verbindet. Mikroverkapselte Klebstoffe werden beispielsweise auch zum Sichern von Schraubverbindungen gegen selbstständiges Losdrehen eingesetzt. Ein Beispiel eines mikroverkapselten Klebstoffs wird unter der Marke Loctite® vertrieben. The adhesive used to bond the sealing plug to the cover plate may be a microencapsulated adhesive. Such microencapsulated adhesives contain tiny capsules filled with an adhesive substance. The microencapsulated adhesive can be applied to the sealing plug and / or the cover plate even before mounting the battery cell on surfaces to be bonded. When fitting the sealing plug into the filling opening, the microencapsulation is destroyed, so that the adhesive is released and after curing, the surfaces to be bonded mechanically stable. Microencapsulated adhesives are also used, for example, for securing screwed connections against independent loosening. An example of a microencapsulated adhesive is sold under the brand Loctite ®.

Die beschriebenen möglichen Merkmale der Batteriezelle und Ausgestaltungen der Komponenten der Batteriezelle, insbesondere die Ausgestaltung der Deckplatte und des Verschlussstopfens, sind insbesondere für den Einsatz bei Batteriezellen geeignet, deren Gehäuse eine prismatische Form aufweist.The described possible features of the battery cell and configurations of the components of the battery cell, in particular the design of the cover plate and the sealing plug, are particularly suitable for use in battery cells whose housing has a prismatic shape.

Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile einer erfindungsgemäßen Batteriezelle hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann versteht, dass die einzelnen Merkmale in geeigneter Weise miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden können, um auf diese Weise zu weiteren Ausführungsformen und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen.It should be noted that possible features and advantages of a battery cell according to the invention are described herein with reference to different embodiments. A person skilled in the art understands that the individual features can be suitably combined or exchanged with one another in order to arrive at further embodiments and possibly synergy effects in this way.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein neither the description nor the drawings are to be construed as limiting the invention.

1 zeigt eine Explosionszeichnung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle. 1 shows an exploded view of a lithium-ion battery cell.

2 zeigt einen in eine Einfüllöffnung einer Deckplatte eingeführten Verschlussstopfen für eine Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. 2 shows a plug inserted into a filler opening of a cover plate for a battery cell according to an embodiment of the present invention in cross section.

3 zeigt einen in eine Einfüllöffnung einer Deckplatte eingeführten Verschlussstopfen für eine Batteriezelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. 3 shows a plug inserted into a filling opening of a cover plate for a battery cell according to another embodiment of the present invention in cross section.

4 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 shows a motor vehicle with a battery according to an embodiment of the present invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Merkmale. The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or similar features in the figures.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt eine konventionelle Lithium-Ionen-Batteriezelle in einer Explosionsansicht. Es ist zu erkennen, dass die Batteriezelle aus einer Vielzahl einzelner Komponenten besteht. Es werden hierin lediglich die für das Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung notwendigen Bauteile und deren Merkmale beschrieben, auf eine Beschreibung der übrigen Bauteile der Batteriezelle wird verzichtet. 1 shows a conventional lithium-ion battery cell in an exploded view. It can be seen that the battery cell consists of a large number of individual components. Only the components necessary for the understanding of embodiments of the invention and their features are described herein, a description of the remaining components of the battery cell is omitted.

Die Batteriezelle 1 weist wenigstens ein Wickelelement 3 mit einem gewickelten Stapel 5 aus einer Kupferfolie, welche mit Anodenmaterial beschichtet ist, und einer Aluminiumfolie, welche mit Kathodenmaterial beschichtet ist, sowie dazwischen liegenden Kunststofffolien, die als Diaphragmen dienen, auf. The battery cell 1 has at least one winding element 3 with a wrapped stack 5 of a copper foil coated with anode material and an aluminum foil coated with cathode material, and intervening plastic foils serving as diaphragms.

Zur elektrischen Kontaktierung werden die Kupferfolie und die Aluminiumfolie entlang der Wickelachse in entgegengesetzter Richtung leicht versetzt übereinander gestapelt, so dass die Kupferfolie auf einer Schmalseite und die Aluminiumfolie auf einer gegenüberliegenden Schmalseite über einen jeweiligen Rand des Wickelelements geringfügig überstehen. An einen überstehenden Bereich 4 der Kupferfolie wird ein aus Kupfer bestehender Stromabnehmer 7 angeschweißt, so dass dieser Stromabnehmer mit der Anode des Wickelelements elektrisch verbunden ist. An einen gegenüberliegenden überstehenden Bereich der Aluminiumfolie wird ein aus Aluminium bestehender zweiter Stromabnehmer 9 angeschweißt, um einen elektrischen Kontakt zu der Kathode des Wickelelements 3 herzustellen. For electrical contacting, the copper foil and the aluminum foil are stacked slightly offset one above the other in the opposite direction so that the copper foil on a narrow side and the aluminum foil on an opposite narrow side project slightly beyond a respective edge of the winding element. To a projecting area 4 the copper foil becomes a current collector made of copper 7 welded, so that this pantograph is electrically connected to the anode of the winding element. At an opposite projecting portion of the aluminum foil is a second current collector made of aluminum 9 welded to make electrical contact with the cathode of the winding element 3 manufacture.

Das mit den beiden Stromabnehmern 7, 9 versehene Wickelelement 3 wird dann in einen nach oben offenen, quaderförmigen Behälter 13 durch eine Öffnung 14 eingebracht. Der Behälter 13 wird dann mit einer Deckelanordnung 15, die zusätzlich zu einer Deckplatte 23 noch etliche weitere Bauteile umfasst, verschlossen. Die Deckplatte 23 wird dabei mit ihrem Rand an eine Innenoberfläche des Behälters angeschweißt. Der Behälter 13 wie auch die Deckplatte 23 sind aus Metallblech gebildet, um unter anderem dem chemisch aggressiven Elektrolyten widerstehen zu können.That with the two pantographs 7 . 9 provided winding element 3 is then in an upwardly open, cuboid container 13 through an opening 14 brought in. The container 13 is then with a lid assembly 15 in addition to a cover plate 23 still several other components includes, closed. The cover plate 23 is welded with its edge to an inner surface of the container. The container 13 as well as the cover plate 23 are made of sheet metal to withstand, among other things, the chemically aggressive electrolyte can.

Die Deckplatte 23 weist unter anderem eine Einfüllöffnung 25 auf, durch die Elektrolyt in das Innere des von dem Behälter 13 und der Deckelanordnung 15 gebildeten Gehäuses 11 eingefüllt werden kann, nachdem die Deckplatte 23 an dem Behälter 13 befestigt wurde. Die Einfüllöffnung 25 kann beispielsweise mit einem runden Querschnitt ausgebildet sein und einen Durchmesser von ca. 5 mm aufweisen.The cover plate 23 has, among other things, a filling opening 25 on, through the electrolyte into the interior of the container 13 and the lid assembly 15 formed housing 11 can be filled after the cover plate 23 on the container 13 was attached. The filling opening 25 can For example, be formed with a round cross section and have a diameter of about 5 mm.

Bei herkömmlichen Batteriezellen wird die Einfüllöffnung 25 mithilfe einer Kugel 26 verschlossen, die einen geringfügig größeren Durchmesser als die Einfüllöffnung 25 aufweist. Die Kugel 26 wird dabei in die Einfüllöffnung 25 eingepresst und dann umlaufend mit der Deckplatte 23 verschweißt.In conventional battery cells, the filling opening 25 using a ball 26 closed, which is a slightly larger diameter than the filling hole 25 having. The ball 26 is doing in the filling hole 25 pressed in and then revolving with the cover plate 23 welded.

In den 2 und 3 sind alternative Möglichkeiten zum Verschließen der Einfüllöffnung 25 einer Batteriezelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.In the 2 and 3 are alternative ways to close the filling hole 25 a battery cell according to embodiments of the present invention.

Ein Innenrand der Einfüllöffnung 25 der Deckplatte 23 ist beispielsweise durch einen Biegevorgang, einen Tiefziehvorgang oder einen Prägevorgang nach unten gebogen, so dass sich eine nach Innen in das Gehäuse 11 ragende Auskragung 29 bildet. Diese Auskragung 29 kann vorzugsweise einen runden Querschnitt haben, so dass eine Innenoberfläche 30 der Auskragung 29 eine zylindrische Geometrie aufweist. Die Auskragung kann beispielsweise 3 mm bis 5 mm in das Innere des Gehäuses hineinragen. An inner edge of the filling opening 25 the cover plate 23 For example, is bent by a bending process, a deep drawing process or a stamping process down, so that an inward into the housing 11 protruding projection 29 forms. This overhang 29 may preferably have a round cross section, so that an inner surface 30 the cantilever 29 has a cylindrical geometry. The projection can project, for example, 3 mm to 5 mm into the interior of the housing.

In die Auskragung 29 wird nach dem Einfüllen des Elektrolyten ein Verschlussstopfen 27 eingesetzt. Der Verschlussstopfen 27 weist eine Außenkontur auf, die näherungsweise der Innenkontur der Auskragung 29 entspricht. Bei einer zylindrischen Auskragung 29 weist der Verschlussstopfen 27 einen ebenfalls zylindrischen Schaft 26 auf, dessen Durchmesser allenfalls geringfügig kleiner ist als ein Innendurchmesser der Auskragung 29. In the cantilever 29 After filling of the electrolyte, a stopper 27 used. The sealing plug 27 has an outer contour that approximately the inner contour of the projection 29 equivalent. With a cylindrical projection 29 has the stopper 27 a likewise cylindrical shaft 26 on, whose diameter is at most slightly smaller than an inner diameter of the projection 29 ,

Der Verschlussstopfen 27 weist an seinem oberen Ende, das heißt, dem außerhalb des Gehäuses 11 verbleibenden Ende, einen lateral über die Einfüllöffnung 25 überstehenden Bund 39 auf.The sealing plug 27 has at its upper end, that is, the outside of the housing 11 remaining end, one laterally across the filler opening 25 superior federal government 39 on.

An einer Mantelfläche 28 des Schafts 26 des Verschlussstopfens 27 ist ein Klebstoff 31, vorzugsweise ein mikroverkapselter Klebstoff, vorgesehen. Eine Dicke einer Klebstoffschicht beziehungsweise die Abmessungen des Schafts 26 sowie der Auskragung 29 sind dabei so bemessen, dass der Klebstoff 31 beim Einschieben des Verschlussstopfens 27 in Kontakt mit der Innenoberfläche 30 der Auskragung 29 kommt und gegebenenfalls eine Mikroverkapselung geöffnet wird. Nach einem Aushärten des Klebstoffs 31 sorgt dieser somit für eine stabile Fixierung des Verschlussstopfens 27 innerhalb der Auskragung 29 der Einfüllöffnung 25.On a lateral surface 28 of the shaft 26 of the sealing plug 27 is an adhesive 31 , preferably a microencapsulated adhesive provided. A thickness of an adhesive layer or the dimensions of the shaft 26 as well as the overhang 29 are sized so that the adhesive 31 when inserting the sealing plug 27 in contact with the inner surface 30 the cantilever 29 comes and optionally a microencapsulation is opened. After curing of the adhesive 31 This ensures a stable fixation of the sealing plug 27 within the projection 29 the filling opening 25 ,

Um den Klebstoff 31 vor einem Angriff von aggressivem Elektrolyt zu schützen, ist unterhalb des Klebstoffs 31, das heißt, näher zum Inneren des Gehäuses 11, eine Dichtanordnung 35 vorgesehen. To the glue 31 to protect against aggressive electrolyte attack is below the adhesive 31 that is, closer to the interior of the housing 11 , a sealing arrangement 35 intended.

Bei dem in 2 dargestellten Beispiel wird diese Dichtanordnung 35 mithilfe eines den Schaft 26 ringförmig umgebenden Elastomers, der eine Dichtwulst 33 bildet, ausgebildet. Dieser Elastomer ist einerseits chemisch resistent gegen den Elektrolyten und weist andererseits eine ausreichende Elastizität auf, um für eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Innenoberfläche 30 der Auskragung 29 und der Mantelfläche 28 des Schafts 26 des Verschlussstopfens 27 zu sorgen. Der Elastomer kann dabei beispielsweise in Form eines O-Rings in einer Nut 37 aufgenommen und somit gegen ein axiales Verrutschen gesichert sein.At the in 2 Example shown, this sealing arrangement 35 using a shank 26 annular surrounding elastomer, which is a sealing bead 33 forms, trained. This elastomer is on the one hand chemically resistant to the electrolyte and on the other hand, has sufficient elasticity, in order for a reliable seal between the inner surface 30 the cantilever 29 and the lateral surface 28 of the shaft 26 of the sealing plug 27 to care. The elastomer can, for example, in the form of an O-ring in a groove 37 taken up and thus secured against axial slipping.

Zum Fertigen des Verschlussstopfens 27 kann ein Automatendrehen verwendet werden. Als Passung zwischen dem Verschlussstopfen 27 und der Einfüllöffnung 25 kann beispielsweise H7/r6 gewählt werden, was einer leichten Pressung entspricht. Der Dichtwulst 33 kann beispielsweise 0,03 mm mit einer Toleranz von 0,01 mm im Durchmesser haben.For manufacturing the sealing plug 27 Automatic turning can be used. As a fit between the stopper 27 and the filling opening 25 For example, H7 / r6 can be chosen, which corresponds to a slight pressure. The sealing bead 33 For example, it may be 0.03 mm with a tolerance of 0.01 mm in diameter.

In 3 ist eine alternative Ausgestaltung zum Verschließen der Einfüllöffnung 25 mithilfe eines Verschlussstopfens 27 dargestellt. Statt einer Dichtwulst 33 wird hier eine Abdichtung zwischen der Auskragung 29 und dem Schaft 26 des Verschlussstopfens 27 direkt über eine geeignete Ausgestaltung der Auskragung 29 bewerkstelligt. Ein unteres Ende 41 der Auskragung 29 ist derart zur Mitte der Einfüllöffnung 25 hin gebogen, dass der Innendurchmesser der Auskragung 29 in diesem Bereich geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des Schafts 26 des Verschlussstopfens 27, bevor dieser in die Auskragung 29 eingeführt wird. In 3 is an alternative embodiment for closing the filling opening 25 using a sealing plug 27 shown. Instead of a sealing bead 33 Here is a seal between the projection 29 and the shaft 26 of the sealing plug 27 directly via a suitable embodiment of the projection 29 accomplished. A lower end 41 the cantilever 29 is so to the middle of the filling opening 25 bent down, that the inner diameter of the projection 29 in this range is slightly smaller than the outer diameter of the shaft 26 of the sealing plug 27 before this in the cantilever 29 is introduced.

An einem unteren Ende des Schafts 26 ist eine Verjüngung in Form einer zylinderstumpfartigen Einführfase 45 vorgesehen. Mithilfe dieser Einführfase 45 kann beim Einführen des Verschlussstopfens 27 in die Einfüllöffnung 25 der nach innen gebogene Randbereich 41 der Auskragung 29 nach außen aufgeweitet werden. Dabei kann sich eine Kante 43 am unteren Ende 41 der Auskragung 29 als Dichtanordnung 35 gegen den Elektrolyten dichtend an den Schaft 26 des Verschlussstopfens 27 anlegen.At a lower end of the shaft 26 is a taper in the form of a cylinder-stubby Einführfase 45 intended. With the help of this introduction phase 45 can when inserting the sealing plug 27 in the filling hole 25 the inwardly curved edge area 41 the cantilever 29 be widened to the outside. This can be an edge 43 at the bottom 41 the cantilever 29 as a sealing arrangement 35 against the electrolyte sealing against the shaft 26 of the sealing plug 27 invest.

Bei dieser Ausgestaltung des Verschlussstopfens 27 kann zum Fertigen beispielsweise ein Kaltschlagen eingesetzt werden. Als Passung kann wiederum H7/r6 gewählt werden. In this embodiment of the sealing plug 27 can be used for manufacturing, for example, a cold beating. As a fit again H7 / r6 can be selected.

Mithilfe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann zum Verschließen der Einfüllöffnung 25 auf aufwändige Schweißprozesse verzichtet werden. Stattdessen kann der Verschlussstopfen einfach in die Einfüllöffnung 25 eingepresst und mithilfe des möglichst bereits vorher aufgebrachten, gegebenenfalls mikroverkapselten Klebstoffs 31 in der Einfüllöffnung 25 gehalten werden. Die Dichtanordnung 25 verhindert dabei, dass der Klebstoff 31 von dem Elektrolyten kontaktiert und angegriffen wird.By means of embodiments of the present invention, for closing the filling opening 25 dispensed with elaborate welding processes. Instead, the stopper can easily into the filler opening 25 pressed and with the help of possibly previously applied, possibly microencapsulated adhesive 31 in the filling opening 25 being held. The sealing arrangement 25 prevents the adhesive 31 contacted by the electrolyte and attacked.

4 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit einer Batterie 102, die aus mehreren der oben beschriebenen Batteriezellen 1 zusammengesetzt ist. 4 shows a motor vehicle 100 with a battery 102 consisting of several of the battery cells described above 1 is composed.

Claims (10)

Batteriezelle (1), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, aufweisend: ein Wickelelement (3) aus einem gewickelten Stapel (5) aus einer mit Anodenmaterial beschichteten ersten Folie, einer mit Kathodenmaterial beschichteten zweiten Folie und zwei als Diaphragmen dienenden Kunststofffolien, einen Elektrolyten, zwei Stromabnehmer (7, 9), von denen einer mit der ersten Folie und einer mit der zweiten Folie elektrisch leitfähig verbunden ist, ein Gehäuse (11) mit einem metallischen Behälter (13) und einer Deckelanordnung (15), wobei der Behälter (13) eine Öffnung (14) aufweist, durch die das Wickelelement (3) und die beiden Stromabnehmer (7, 9) während der Fertigung der Batteriezelle (1) in das Gehäuse (11) eingebracht werden können, wobei die Deckelanordnung (15) eine Deckplatte (23) aufweist und die Öffnung (14) des Behälters (13) gasdicht und druckdicht abschließt, wobei die Deckplatte (23) eine Einfüllöffnung (25) zum Einfüllen von Elektrolyt in das Gehäuse (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (25) mit einem Verschlussstopfen (27) verschlossen ist, wobei der Verschlussstopfen (27) mittels eines Klebstoffes (31) in der Einfüllöffnung (25) gehalten ist und wobei eine Dichtanordnung (35) verhindert, dass in das Gehäuse (11) eingefüllter Elektrolyt in Kontakt mit dem Klebstoff (31) gelangt.Battery cell ( 1 ), in particular lithium-ion battery cell, comprising: a winding element ( 3 ) from a wound stack ( 5 ) comprising a first film coated with anode material, a second film coated with cathode material and two plastic films serving as diaphragms, an electrolyte, two current collectors ( 7 . 9 ), one of which is electrically conductively connected to the first film and one to the second film, a housing ( 11 ) with a metallic container ( 13 ) and a lid assembly ( 15 ), the container ( 13 ) an opening ( 14 ), through which the winding element ( 3 ) and the two current collectors ( 7 . 9 ) during manufacture of the battery cell ( 1 ) in the housing ( 11 ) can be introduced, wherein the lid assembly ( 15 ) a cover plate ( 23 ) and the opening ( 14 ) of the container ( 13 ) gas-tight and pressure-tight, with the cover plate ( 23 ) a filling opening ( 25 ) for filling electrolyte in the housing ( 11 ), characterized in that the filling opening ( 25 ) with a sealing plug ( 27 ) is closed, wherein the sealing plug ( 27 ) by means of an adhesive ( 31 ) in the filling opening ( 25 ) and wherein a sealing arrangement ( 35 ) prevents that in the housing ( 11 ) filled electrolyte in contact with the adhesive ( 31 ). Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei die Deckplatte (23) an der Einfüllöffnung (25) eine in das Gehäuse (11) hineinragende Auskragung (29) aufweist und wobei der Verschlussstopfen (27) in die Auskragung (29) eingeführt ist und wobei der Verschlussstopfen (27) an einem ersten Teilbereich einer Mantelfläche (28) mit einer Innenoberfläche (30) der Auskragung (29) verklebt ist.Battery cell according to claim 1, wherein the cover plate ( 23 ) at the filling opening ( 25 ) one in the housing ( 11 protruding projection ( 29 ) and wherein the sealing plug ( 27 ) in the projection ( 29 ) and wherein the sealing plug ( 27 ) at a first portion of a lateral surface ( 28 ) with an inner surface ( 30 ) of the overhang ( 29 ) is glued. Batteriezelle nach Anspruch 2, wobei der Verschlussstopfen (27) in einem zweiten Teilbereich, der bezogen auf den ersten Teilbereich der Mantelfläche (28), der mit der Innenoberfläche (30) der Auskragung (29) verklebt ist, näher zum Innern des Gehäuses (11) angeordnet ist, eine Dichtwulst (33) als Dichtanordnung (35) aufweist. Battery cell according to claim 2, wherein the sealing plug ( 27 ) in a second subregion, which with respect to the first subregion of the lateral surface ( 28 ), which is connected to the inner surface ( 30 ) of the overhang ( 29 ) is glued closer to the interior of the housing ( 11 ) is arranged, a sealing bead ( 33 ) as a sealing arrangement ( 35 ) having. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dichtanordnung (35) mit einem gegen den Elektrolyten resistenten Elastomer ausgeführt ist.Battery cell according to one of claims 1 to 3, wherein the sealing arrangement ( 35 ) is performed with an elastomer resistant to the electrolyte. Batteriezelle nach Anspruch 2, wobei ein unteres Ende (41) der Auskragung (29) derart hin zur Mitte der Einfüllöffnung (25) gebogen ist, dass es mit dem Verschlussstopfen (27) in einem zweiten Teilbereich, der bezogen auf den ersten Teilbereich der Mantelfläche (28), der mit der Innenoberfläche (30) der Auskragung (29) verklebt ist, näher zum Innern des Gehäuses (11) angeordnet ist, in Anlage kommt und als Dichtanordnung (35) wirkt.A battery cell according to claim 2, wherein a lower end ( 41 ) of the overhang ( 29 ) so towards the center of the filling opening ( 25 ) is bent, that it with the sealing plug ( 27 ) in a second subregion, which with respect to the first subregion of the lateral surface ( 28 ), which is connected to the inner surface ( 30 ) of the overhang ( 29 ) is glued closer to the interior of the housing ( 11 ), comes into abutment and as a sealing arrangement ( 35 ) acts. Batteriezelle nach Anspruch 5, wobei der Verschlussstopfen (27) an seinem unteren Ende unterhalb des zweiten Teilbereichs eine Einführfase (45) aufweist.Battery cell according to claim 5, wherein the sealing plug ( 27 ) at its lower end below the second portion of a Einführfase ( 45 ) having. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einfüllöffnung (25) einen runden Querschnitt aufweist und der Verschlussstopfen (27) zumindest bereichsweise zylindrisch ist.Battery cell according to one of claims 1 to 6, wherein the filling opening ( 25 ) has a round cross-section and the sealing plug ( 27 ) is at least partially cylindrical. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Verschlussstopfen (27) außerhalb des Gehäuses (11) einen lateral über die Einfüllöffnung (25) überstehenden Bund (39) aufweist. Battery cell according to one of claims 1 to 7, wherein the sealing plug ( 27 ) outside the housing ( 11 ) one laterally via the filling opening ( 25 ) supernatant federation ( 39 ) having. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Klebstoff (31) mikroverkapselt ist.Battery cell according to one of claims 1 to 8, wherein the adhesive ( 31 ) is microencapsulated. Kraftfahrzeug (100) aufweisend eine Batteriezelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9. Motor vehicle ( 100 ) comprising a battery cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 9.
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