DE102013206636A1 - Battery cell with a cover consisting of at least two parts and a method for producing a battery cell - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Batteriezelle (45) beschrieben, welche ein Batteriezellengehäuse (41) sowie einen Deckel (40) umfasst, mit welchem das Batteriezellengehäuse (41) verschließbar ist. Ferner umfasst die Batteriezelle (45) zwei Batteriezellenterminals (11, 12), über welche die Batteriezelle (45) mit einem Batteriesystem verbindbar ist, sowie einen Elektrodenwickel (7) mit einer positiven Elektrode (8) und einer negativen Elektrode (9), welche innerhalb des Batteriezellengehäuses (41) angeordnet und über jeweils einen Strompfad innerhalb des Batteriezellengehäuses (41) mit jeweils einem Batteriezellenterminal (11, 12) verbunden sind. Erfindungsgemäß setzt sich der Deckel (40) aus mindestens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitfähigen Deckelteil (24, 26) zusammen, wobei das zweite Deckelteil (26) innerhalb des ersten Deckelteils (24) angeordnet ist, und das erste und das zweite Deckelteil (24, 26) elektrisch voneinander isoliert sind. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (45) bereitgestellt.A battery cell (45) is described which comprises a battery cell housing (41) and a cover (40) with which the battery cell housing (41) can be closed. The battery cell (45) further comprises two battery cell terminals (11, 12), via which the battery cell (45) can be connected to a battery system, and an electrode coil (7) with a positive electrode (8) and a negative electrode (9), which arranged within the battery cell housing (41) and connected to a battery cell terminal (11, 12) in each case via a current path within the battery cell housing (41). According to the invention, the cover (40) is composed of at least a first and a second electrically conductive cover part (24, 26), the second cover part (26) being arranged within the first cover part (24), and the first and the second cover part ( 24, 26) are electrically insulated from one another. A method for producing a battery cell (45) is also provided.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, welche einen Deckel aufweist, welcher aus mindestens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitfähigen Deckelteil zusammengesetzt ist, wobei das zweite Deckelteil innerhalb des ersten Deckelteils angeordnet ist und das erste und das zweite Deckelteil elektrisch voneinander isoliert sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle. The present invention relates to a battery cell having a lid which is composed of at least a first and a second electrically conductive lid member, wherein the second lid member is disposed within the first lid member and the first and the second lid member are electrically isolated from each other, and a Method for producing a battery cell.
Stand der TechnikState of the art
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen als auch in Fahrzeugen vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, in welchen eine Vielzahl von insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen verschaltet sind. Solche Lithium-Ionen-Batteriezellen sind sehr empfindlich gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit, weshalb sie im Stand der Technik oft ein den inneren Aufbau der Batteriezelle schützendes Hartschalen-Gehäuse, welches auch als Hardcase bekannt ist, aufweisen. It is becoming apparent that in the future both in stationary applications and in vehicles, new battery systems will increasingly be used in which a large number of, in particular, lithium-ion battery cells are interconnected. Such lithium-ion battery cells are very sensitive to the ingress of moisture, which is why in the prior art they often have a hard shell housing which protects the internal structure of the battery cell, which is also known as a hardcase.
Dieses, fortan als Batteriezellengehäuse bezeichnete Hartschalen-Gehäuse bildet einen der Hauptbestandteile heutiger Batteriezellen, zu denen des Weiteren unter anderem der innere Aufbau der Batteriezelle, meist ein oder mehrere sogenannte Batteriezellwickel sowie der Deckel, mit welchem das Batteriezellengehäuse mit dem inneren Aufbau der Batteriezelle darin verschließbar ist, zählen. Die Wandstärken von Batteriezellengehäuse und Deckel hängen unter anderem von den für die selbigen verwandten Materialien ab und variieren zwischen 0,4 mm und 2 mm. Im Verlaufe des Herstellungsprozesses von Batteriezellen des Standes der Technik wird der Deckel mit dem Batteriezellengehäuse verschweißt, wodurch der Deckel elektrisch leitfähig mit dem Batteriezellengehäuse verbunden wird. Zuvor muss der Deckel allerdings mit den Batteriezellenterminals, mit den Durchführungen der Batteriezellenterminals durch den Deckel sowie den Vorrichtungen und Maßnahmen zur elektrischen Isolation mindestens einer der beiden Durchführungen als auch den sogenannten Stromkollektoren, welche die Strompfade zwischen Elektroden und Batteriezellenterminals bereitstellen, versehen werden.This, henceforth referred to as battery cell housing hardshell housing forms one of the main components of today's battery cells, which further includes, inter alia, the internal structure of the battery cell, usually one or more so-called battery cell coil and the lid, with which the battery cell housing with the internal structure of the battery cell therein closed is, count. The wall thicknesses of the battery cell housing and lid depend, among other things, on the materials used for the same and vary between 0.4 mm and 2 mm. In the course of the manufacturing process of battery cells of the prior art, the lid is welded to the battery cell case, whereby the lid is electrically conductively connected to the battery cell case. However, the lid must first be provided with the battery cell terminals, with the lead-throughs of the battery cell terminals through the lid, and the means and measures for electrically insulating at least one of the two feedthroughs as well as the so-called current collectors which provide the current paths between electrodes and battery cell terminals.
Für den Zusammenbau beziehungsweise die Herstellung des Deckels ist also eine Vielzahl von Bauelementen erforderlich, welche in einem aufwendigen Prozess miteinander verbunden werden müssen. Insbesondere für die Realisierung der elektrischen Isolation mindestens einer der Durchführung für eines der Batteriezellenterminals sowie für die sich daran anschließende Abdichtung dieser Durchführung gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit sind im Stand der Technik zum einen ein verhältnismäßig hoher Bauteilaufwand sowie zum anderen ein relativ großer fertigungstechnischer Aufwand zu verzeichnen.For the assembly or the manufacture of the lid so a variety of components is required, which must be connected together in a complex process. In particular, for the realization of the electrical insulation of at least one of the implementation for one of the battery cell terminals and for the subsequent sealing of this implementation against the ingress of moisture in the prior art on the one hand, a relatively high component cost and on the other a relatively large manufacturing effort to record ,
Beispielsweise offenbart die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelle zur Verfügung gestellt, welche ein Batteriezellengehäuse sowie einen Deckel umfasst, mit welchem das Batteriezellengehäuse verschließbar ist. Ferner umfasst die Batteriezelle zwei Batteriezellenterminals, über welche die Batteriezelle mit einem Batteriesystem verbindbar ist sowie einen Elektrodenwickel mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode, welche innerhalb des Batteriezellengehäuses angeordnet und über jeweils einen Strompfad innerhalb des Batteriezellengehäuses mit jeweils einem Batteriezellenterminal verbunden sind. Erfindungsgemäß setzt sich der Deckel aus mindestens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitfähigen Deckelteil zusammen, wobei das zweite Deckelteil innerhalb des ersten Deckelteils angeordnet ist und das erste und das zweite Deckelteil elektrisch voneinander isoliert sind.According to the invention, a battery cell is provided which comprises a battery cell housing and a cover with which the battery cell housing can be closed. Furthermore, the battery cell comprises two battery cell terminals via which the battery cell can be connected to a battery system and an electrode coil having a positive electrode and a negative electrode, which are arranged inside the battery cell housing and are each connected to a battery cell terminal via a current path within the battery cell housing. According to the invention, the lid is composed of at least a first and a second electrically conductive cover part, wherein the second cover part is arranged within the first cover part and the first and the second cover part are electrically isolated from each other.
Bei einer derart ausgeführten Batteriezelle ist der Herstellungsaufwand für selbige signifikant reduziert. Insbesondere der Zusammenbau beziehungsweise die Herstellung des Deckels der Batteriezelle samt der mit diesem verbundenen Komponenten ist stark vereinfacht und unter verringertem fertigungstechnischen Aufwand möglich. Ferner ist eine derart ausgeführte Batteriezelle sehr gut gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt. Auch kann das zweite Deckelteil bei einer derart ausgeführten Batteriezelle in seiner Position innerhalb des Deckels sehr gut an die jeweilige Einsatzart der Batteriezelle angepasst werden.In a battery cell designed in this way, the production costs for the same are significantly reduced. In particular, the assembly or the production of the cover of the battery cell together with the components connected to this is greatly simplified and possible with reduced manufacturing effort. Furthermore, such a battery cell is very well protected against ingress of moisture. In the case of a battery cell designed in this way, the second cover part can also be adapted very well in its position within the cover to the respective type of use of the battery cell.
Vorzugsweise ist das Batteriezellengehäuse elektrisch leitfähig mit dem ersten Deckelteil verbunden und elektrisch von dem zweiten Deckelteil isoliert. Dadurch wird das Batteriezellengehäuse elektrisch auf das Potenzial des ersten Deckelteils gelegt, während gleichzeitig das Batteriezellengehäuse gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet wird. Preferably, the battery cell housing is electrically conductively connected to the first cover part and electrically isolated from the second cover part. Thereby, the battery cell case is electrically connected to the potential of the first lid part, while at the same time sealing the battery cell case from moisture intrusion.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erstes Batteriezellenterminal elektrisch leitfähig mit dem ersten Deckelteil verbunden, während das zweite Batteriezellenterminal elektrisch leitfähig mit dem zweiten Deckelteil verbunden ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist ein erstes Batteriezellenterminal direkt und elektrisch leitfähig mit dem ersten Deckelteil verbunden, beispielsweise verschweißt. Das eine erste und/oder das zweite Batteriezellenterminal müssen dann, anders als im Stand der Technik üblich, nicht durch aufwendig in dem Deckel der Batteriezelle angelegte Durchführungen hindurchgeführt werden, was den Zusammenbau beziehungsweise die Fertigung der Batteriezelle erheblich vereinfacht. Ferner bevorzugt ist das erste Batteriezellenterminal ausschließlich elektrisch leitfähig mit dem ersten Deckelteil verbunden, während das zweite Batteriezellenterminal ausschließlich elektrisch leitfähig mit dem zweiten Deckelteil verbunden ist.In a preferred embodiment, a first battery cell terminal is electrically conductively connected to the first lid part, while the second battery cell terminal is electrically conductively connected to the second lid part. With others In other words, a first battery cell terminal is directly and electrically connected to the first cover part, for example, welded. The one and / or the second battery cell terminal then, unlike in the prior art, must not be passed through elaborately in the lid of the battery cell applied bushings, which greatly simplifies the assembly or the production of the battery cell. Further preferably, the first battery cell terminal is only electrically conductive connected to the first cover part, while the second battery cell terminal is only electrically connected to the second cover part.
Bevorzugt ist das erste Deckelteil mit demjenigen Batteriezellenterminal verbunden, welches seinerseits elektrisch leitfähig mit der positiven Elektrode verbunden ist. Dadurch ist das erste Deckelteil und damit auch, sofern verbunden, das Batteriezellengehäuse in vorteilhafter Weise elektrisch leitfähig mit der positiven Elektrode beziehungsweise dem positiven Potenzial der Batteriezelle verbunden, was durch eine einfache elektrisch leitfähige Kontaktierung beziehungsweise Verbindung von positiver Elektrode, erstem Deckelteil und dem mit der positiven Elektrode verbundenen Batteriezellenterminal erreicht wird. Bevorzugt bildet das zweite Deckelteil einen Bereich innerhalb des ersten Deckelteils und ist das zweite Batteriezellenterminal vollständig innerhalb des durch den zweiten Deckelteil gebildeten Bereich angeordnet beziehungsweise mit diesem Bereich verbunden.Preferably, the first cover part is connected to that battery cell terminal, which in turn is electrically conductively connected to the positive electrode. As a result, the first cover part and thus, if connected, the battery cell housing advantageously electrically conductively connected to the positive electrode or the positive potential of the battery cell, which by a simple electrically conductive contact or connection of positive electrode, the first cover part and with the positive electrode connected battery cell terminal is reached. The second cover part preferably forms a region within the first cover part and the second battery cell terminal is arranged completely within the region formed by the second cover part or connected to this region.
Vorzugsweise entspricht das Material, aus welchem das erste Deckelteil zumindest teilweise besteht, demjenigen Material, aus welchem die elektrisch leitfähig mit dem ersten Deckelteil verbundene, positive oder negative Elektrode besteht.Preferably, the material from which the first cover part at least partially exists corresponds to the material from which the positive or negative electrode which is electrically conductively connected to the first cover part consists.
Ferner bevorzugt entspricht das Material, aus welchem das zweite Deckelteil zumindest teilweise besteht, demjenigen Material, aus welchem die elektrisch leitfähig mit dem zweiten Deckelteil verbundene positive oder negative Elektrode besteht.Further preferably, the material from which the second cover part is at least partially corresponds to that material from which the electrically or indirectly connected to the second cover part positive or negative electrode.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material für die positive und/oder die negative Elektrode ausgewählt aus einer Gruppe umfassend, Aluminium, Kupfer und Edelstahl. Indem für das erste und/oder das zweite Deckelteil diejenigen Materialien gewählt werden, welche auch für die Realisierung der positiven und/oder der negativen Elektrode beziehungsweise der mit den Elektroden verbundenen Ableiterfolien zur Anwendung kommen, verbessern sich die elektrischen Eigenschaften der Batteriezelle. Ferner ist es bevorzugt, für die Realisierung des ersten und oder des zweiten Deckelteils Materialien beziehungsweise Werkstoffe zu verwenden, welche gegenüber Korrosionsvorgängen, die aufgrund der elektrochemischen Reaktionen beziehungsweise Vorgänge innerhalb der Batteriezelle stattfinden, eine hohe Robustheit aufweisen.In a preferred embodiment, the material for the positive and / or the negative electrode is selected from a group comprising aluminum, copper and stainless steel. By selecting those materials for the first and / or the second cover part which are also used for the realization of the positive and / or the negative electrode or the arrester foils connected to the electrodes, the electrical properties of the battery cell are improved. Furthermore, it is preferable to use materials or materials for the realization of the first and / or the second cover part, which have a high degree of robustness to corrosion processes that take place due to the electrochemical reactions or processes within the battery cell.
Bevorzugt sind das erste und das zweite Deckelteil elektrisch voneinander isoliert und gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet mittels Nanomolding miteinander verbunden. Durch Nanomolding ist eine sehr feste, auf Nanometer-Ebene formschlüssige Verbindung zwischen Materialien möglich.Preferably, the first and the second cover part are electrically isolated from each other and sealed against penetration of moisture by means of nanomolding connected to each other. Nanomolding makes it possible to form a very strong bond between materials at the nanometer level.
In einer ferner bevorzugten Ausführungsform umfasst die Batteriezelle ein Entgasungselement, welches innerhalb des ersten und/oder des zweiten Deckelteils angeordnet ist. In a further preferred embodiment, the battery cell comprises a degassing element, which is arranged within the first and / or the second cover part.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist das Entgasungselement als Berstventil oder als Berstmembran ausgeführt. In a preferred further development of this embodiment, the degassing element is designed as a bursting valve or as a bursting membrane.
Bevorzugt ist die beanspruchte Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batteriezelle.Preferably, the claimed battery cell is a lithium-ion battery cell.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle bereitgestellt, welches ein Batteriezellengehäuse, zwei Batteriezellenterminals, einen Elektrodenwickel mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode, welche innerhalb des Batteriezellengehäuses anordenbar und über jeweils einen Strompfad innerhalb des Batteriezellengehäuses mit jeweils einem Batteriezellenterminal verbindbar sind, umfasst. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein erstes und ein zweites elektrisch leitfähiges Deckelteil, welche zu einem Deckel verbindbar sind, mit welchem das Batteriezellengehäuse verschließbar ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Erzeugen einer festen, elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem ersten Batteriezellenterminal und dem ersten Deckelteil. Erzeugen einer festen, elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem zweiten Batteriezellenterminal und dem zweiten Deckelteil. Verbinden des ersten Deckelteils mit dem zweiten Deckelteil mittels Nanomolding, wobei das erste und das zweite Deckelteil elektrisch gegeneinander isoliert sind. Verbinden des ersten und des zweiten Deckelteils mit jeweils entweder der positiven oder der negativen Elektrode über jeweils einen Strompfad. Einsatz des Elektrodenwickels in das Batteriezellengehäuse. Erzeugen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem ersten Deckelteil und dem Batteriezellengehäuse sowie Isolation des zweiten Deckelteils sowie aller elektrisch leitfähig mit diesem verbundenen Komponenten der Batteriezelle gegenüber dem Batteriezellengehäuse und dem ersten Deckelteil. Furthermore, a method for producing a battery cell is provided, which comprises a battery cell housing, two battery cell terminals, an electrode coil having a positive electrode and a negative electrode, which can be arranged within the battery cell housing and connectable via a respective current path within the battery cell housing, each with a battery cell terminal. Furthermore, the method comprises a first and a second electrically conductive cover part, which can be connected to a cover, with which the battery cell housing can be closed. The method comprises the following method steps: generating a solid, electrically conductive connection between a first battery cell terminal and the first cover part. Generating a solid, electrically conductive connection between the second battery cell terminal and the second cover part. Connecting the first cover part with the second cover part by means of nanomolding, wherein the first and the second cover part are electrically insulated from each other. Connecting the first and second cover parts to each of the positive and negative electrodes via a respective current path. Use of the electrode coil in the battery cell housing. Generating an electrically conductive connection between the first cover part and the battery cell housing and insulation of the second cover part and all electrically conductive connected thereto components of the battery cell relative to the battery cell housing and the first cover part.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens zur Herstellung einer Batteriezelle umfasst dieses ferner den Schritt des Verbindens des Deckels mit dem Batteriezellengehäuse mittels Nanomolding. In a preferred further development of the method for producing a battery cell, this further comprises the step of connecting the battery Cover with the battery cell housing by means of nanomolding.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens zur Herstellung einer Batteriezelle umfasst der Deckel ferner ein Einfüllloch, über welches die Batteriezelle mit einem Elektrolyten befüllbar ist und umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Befüllens der Batteriezelle mit einem Elektrolyten sowie des mechanischen Verschließens des Einfülllochs. In a preferred further development of the method for producing a battery cell, the cover further comprises a filling hole, via which the battery cell can be filled with an electrolyte, and the method further comprises the step of filling the battery cell with an electrolyte and mechanically closing the filling hole.
Ferner wird eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle bereitgestellt, wobei die Batterie besonders bevorzugt als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt ist. Vorteile solcher Batterien sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen.Further, a battery is provided with a battery cell according to the invention, wherein the battery is particularly preferably designed as a lithium-ion battery. Advantages of such batteries include their comparatively high energy density and their high thermal stability. Another advantage of lithium-ion batteries is that they are not subject to memory effect.
Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle bereitgestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.Furthermore, a motor vehicle is provided with a battery having a battery cell according to the invention, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung dargelegt.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and set forth in 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:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In der
In diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriezelle
Ferner ist das Batteriezellengehäuse
In diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriezelle
Des Weiteren entspricht das Material, aus welchem das erste Deckelteil
Ferner sind das erste und das zweite Deckelteil
Die
In
Dabei ist im dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl das Vorliegen einer Laserschweißnaht
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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