DE102014013401A1

DE102014013401A1 - Energiespeichereinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102014013401A1
Application number: DE102014013401.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Grütze; Christian Zahn
Original assignee: Li Tec Battery GmbH
Current assignee: Li Tec Battery GmbH
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Eine Energiespeichereinrichtung, welche insbesondere als Flachzelle ausgebildet ist, weist einen elektrochemischen Elektrodenstapel auf. Der Elektrodenstapel weist mehrere Stapellagen auf. Weiter weist die Energiespeichereinrichtung ein rahmenförmiges Einlegeteil aus elektrolytbeständigem und elektrisch nicht-leitendem Material auf. Das Einlegeteil weist ein durch die Rahmenform definiertes und zumindest teilweise eingeschlossenes Rahmeninneres sowie eine Rahmeninnenseite auf, welche an das Rahmeninnere grenzt. Die einzelnen Stapellagen sind in das Rahmeninnere des Einlegeteils eingelegt und liegen dabei unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite an, so dass die aufeinander liegenden Stapellagen mittels des Einlegeteils relativ zueinander ausgerichtet sind. Das Einlegeteil ist einschließlich der eingelegten Stapellagen von einem Zellgehäuse im Wesentlichen vollständig umschlossen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung elektrischer Antriebe beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Bauart der Batterie, der Chemie der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung oder unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
Bekannt sind Batterien mit mehreren Energiespeichereinrichtungen insbesondere zur Versorgung von elektrischen Antrieben. Deren Energiespeichereinrichtungen weisen üblicherweise einen elektrochemischen Elektrodenstapel auf, für welchen anodische Elektroden, kathodische Elektroden und für Elektronen nicht leitfähige Separatoren als Stapellagen gestapelt werden können. Die Energiespeichereinrichtungen weisen üblicherweise ein Zellgehäuse auf, welches den Elektrodenstapel im Wesentlichen vollständig umschließt.
Der Fertigungsaufwand einiger Bauarten von Energiespeichereinrichtungen wird in der Regel als sehr problematisch empfunden.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, Energiespeichereinrichtungen zur Verfügung zu stellen, deren Fertigung mit geringerem Fertigungsaufwand möglich ist.
Das wird erfindungsgemäß durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche erreicht. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Energiespeichereinrichtung, welche insbesondere als Flachzelle ausgebildet ist, einen elektrochemischen Elektrodenstapel auf. Der Elektrodenstapel weist wenigstens drei Stapellagen auf. Weiter weist die Energiespeichereinrichtung ein rahmenförmiges Einlegeteil aus elektrolytbeständigem und elektrisch nichtleitendem Material auf. Das Einlegeteil weist ein durch die Rahmenform definiertes und zumindest teilweise eingeschlossenes Rahmeninneres sowie eine Rahmeninnenseite auf, welche an das Rahmeninnere grenzt. Die mehreren Stapellagen sind in das Rahmeninnere des Einlegeteils eingelegt und liegen dabei unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite an, so dass die aufeinander liegenden Stapellagen mittels des Einlegeteils relativ zueinander ausgerichtet sind. Das Einlegeteil ist einschließlich der eingelegten Stapellagen von einem Zellgehäuse im Wesentlichen vollständig umschlossen.
Indem die mehreren Stapellagen in das Rahmeninnere des Einlegeteils eingelegt sind und dabei unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite anliegen,

• sind die aufeinander liegenden Stapellagen mittels des Einlegeteils relativ zueinander ausgerichtet, ohne dass zusätzliche Hilfsmittel oder Handgriffe erforderlich sind, und/oder
• sind die aufeinander liegenden Stapellagen mittels des Einlegeteils relativ zueinander ausgerichtet, sodass auf eine Widerstandsmessung zwischen einer anodischen Elektrode und einer kathodischen Elektrode des Elektrodenstapels, mit welcher eine unerwünschte relative Verlagerung einer der Stapellagen gegenüber den übrigen Stapellagen desselben Elektrodenstapels (Fehlerzustand) festgestellt werden kann, verzichtet werden kann, und/oder
• kann auf eine über das Einlegeteil hinausgehende Fixierung der Stapellagen relativ zueinander, insbesondere mit einem Klebeband, verzichtet werden.

Damit kann der für die Energiespeichereinrichtung erforderliche Fertigungsaufwand verringert sein.
Indem die einzelnen Stapellagen in das Rahmeninnere des Einlegeteils eingelegt sind und dabei unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite anliegen, sind die aufeinander liegenden Stapellagen mittels des Einlegeteils vorzugsweise derart gehalten, dass einer unerwünschten Relativbewegung einer der Stapellagen gegenüber den übrigen Stapellagen begegnet ist. Damit kann insbesondere einem Kurzschluss zwischen einer Kante einer der anodischen Elektroden und einer Kante einer der kathodischen Elektroden begegnet werden. Damit kann insbesondere der Vorteil verbesserter Sicherheit und/oder größerer bereitstellbarer elektrischer Energie einhergehen.
Unter einer Energiespeichereinrichtung ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie oder einen elektrischen Spannung an einen elektrischen Antrieb oder einen elektrischen Verbraucher ausgestaltet ist. Die Energiespeichereinrichtung ist ausgestaltet, mit wenigstens einer weiteren der Energiespeichereinrichtungen elektrisch verschaltet werden, insbesondere zur Ausbildung einer Batterie. Die Energiespeichereinrichtung ist ausgestaltet, benachbart zu wenigstens einer weiteren der Energiespeichereinrichtungen, insbesondere innerhalb derselben Batterie, angeordnet zu werden. Vorzugsweise weist die Energiespeichereinrichtung eine im Wesentlichen quaderförmige oder zylindrische Gestalt auf.
Unter einem elektrochemischen Elektrodenstapel ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, welche der Bereitstellung elektrischer Energie dient, welche zur Wandlung chemischer Energie in elektrische Energie ausgestaltet ist, welche vorzugsweise zur Wandlung elektrischer Energie in chemische Energie ausgestaltet ist. Dazu weist der Elektrodenstapel wenigstens drei oder mehrere Stapellagen auf, vorzugsweise wenigstens eine anodische Elektrode und wenigstens eine kathodische Elektrode. Vorzugsweise weisen mehrere oder sämtliche der Stapellagen jeweils eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt auf.
Unter einem rahmenförmigen Einlegeteil ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere ausgestaltet ist, mehrere der Stapellagen aufzunehmen. Dazu weist das Einlegeteil einen Rahmen auf, welcher das Rahmeninnere wenigstens abschnittsweise begrenzt. Der Rahmen weist wenigstens eine der Rahmeninnenseiten auf, welche an das Rahmeninnere grenzt. Vorzugsweise ist das Rahmeninnere als im Wesentlichen quaderförmiger Aufnahmeraum für die Stapellagen ausgebildet. Vorzugsweise weist das Einlegeteil einen, besonders bevorzugt fasergefüllten, Polymerwerkstoff auf. Vorzugsweise weist das Einlegeteil Polyethylen oder Polypropylen auf.
Unter einem Rahmen ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche jeweils vier, im Wesentlichen stabförmige, Rahmenelemente und einen im wesentlichen quaderförmigen Aufnahmeraum aufweist. Der Aufnahmeraum bildet das Rahmeninnere. Die Rahmenelemente umgeben den Aufnahmeraum wenigstens abschnittweise. Der Aufnahmeraum ist zur wenigstens abschnittsweisen Aufnahme wenigstens einer der Stapellagen ausgestaltet. Die vier Rahmenelemente sind entsprechend den Seiten eines Rechtecks angeordnet und an den Ecken dieses Rechtecks miteinander insbesondere stoffschlüssig verbunden. Die derart miteinander verbundenen Rahmenelemente begrenzen den Aufnahmeraum gegenüber der Umgebung des Rahmens. Die Gestalt des Rahmens entspricht im Wesentlichen einem Quader mit einer zentralen Ausnehmung, welche den Aufnahmeraum oder das Rahmeninnere bildet. Der Rahmen weist zwei, zueinander im Wesentlichen parallel angeordnete, größte Mantelflächen auf, welche voneinander beabstandet sind, nachfolgend erste Mantelfläche und zweite Mantelfläche genannt. welche geneigt zu einer der Rahmeninnenseiten angeordnet sind, welche vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer der Rahmeninnenseiten angeordnet sind. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mantelfläche wird nachfolgend Rahmendicke genannt. Der Aufnahmeraum bzw. das Rahmeninnere ist durch wenigstens eine der Mantelflächen zugänglich.
Unter einem Zellgehäuse im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere

• der Begrenzung des Elektrodenstapels gegenüber der Umgebung dient, oder
• dem Schutz des Elektrodenstapels gegenüber schädlichen Einflüssen aus der Umgebung dient, insbesondere zum Schutz vor Wasser aus der Umgebung, oder
• dem Austausch von Substanzen zwischen dem Elektrodenstapel in die Umgebung entgegenwirkt.

Das Zellgehäuse umgibt den Elektrodenstapel zumindest bereichsweise, bevorzugt im Wesentlichen vollständig. Dabei ist das Zellgehäuse an die Gestalt des Elektrodenstapels angepasst. Vorzugsweise umgibt das Zellgehäuse der Elektrodenstapel derart, dass zumindest eine Wandung des Zellgehäuses eine Kraft auf den Elektrodenstapel ausübt, wobei die Kraft einer unerwünschten Relativbewegung des Elektrodenstapels gegenüber dem Zellgehäuse entgegenwirkt. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse gegenüber dem Elektrodenstapel elektrisch isoliert. Besonders bevorzugt weist zumindest eine Innenfläche des Zellgehäuses eine elektrisch isolierende Beschichtung auf. Diese isolierende Beschichtung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass das Zellgehäuse mit einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein kann, welcher einen erhöhten Schutz des Elektrodenstapels bietet. Vorzugsweise ist das Zellgehäuse zweiteilig mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil oder mehrteilig ausgebildet, wobei wenigstens zwei dieser Gehäuseteile ausgestaltet sind, miteinander insbesondere stoffschlüssig verbunden zu werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Weiterbildung der Energiespeichereinrichtung beschrieben, welche jeweils, soweit es nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens eine erste der Stapellagen als kathodische Elektrode, eine zweite der Stapellagen als anodische Elektrode und eine dritte der Stapellagen als Separator ausgestaltet. Vorzugsweise weist der Elektrodenstapel wenigstens eine oder mehrere vorbestimmte Abfolgen von Stapellagen auf, bei welchen jeweils der Separator zwischen der kathodischen Elektrode und der anodischen Elektrode angeordnet ist. Vorzugsweise ragt wenigstens einer dieser Separatoren im Elektrodenstapel über die benachbarte kathodische Elektrode und/oder über die benachbarte anodische Elektrode hinaus. Vorzugsweise ist der Separator für Ionen durchlässig, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise weist der Separator einen Elektrolyt oder ein Leitsalz auf. Vorzugsweise weist der Elektrolyt oder das Leitsalz Lithiumionen auf.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) enthält, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise für Ionen durchlässigen Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von –40°C bis 200°C für Ionen durchlässig ist. Das anorganische Material enthält bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, Al, Li. Insbesondere Zirkonoxid dient der Stoffintegrität, Nanoporosität und Flexibilität des Separators. Bevorzugt weist das anorganische, für Ionen durchlässige Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Die bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen ”Separion” von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
Alternativ besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend, für Ionen aber leitfähig ist, zumindest überwiegend bzw. vollständig aus einer Keramik, vorzugsweise aus einer Oxidkeramik. Die bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Einlegeteil wenigstens einen oder mehrere erste Führungsabschnitte auf, wobei der wenigstens eine erste Führungsabschnitt ausgestaltet ist, mit einem komplementären zweiten Führungsabschnitt wenigstens einer der Stapellagen ineinander zu greifen, wobei der wenigstens eine erste Führungsabschnitt mit einer Ausnehmung oder mit einem Vorsprung ausgebildet ist, wobei der wenigstens eine erste Führungsabschnitt sich aus der Rahmeninnenseite erstreckt.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine erste Führungsabschnitt als Vorsprung ausgebildet, welcher sich in das Rahmeninnere erstreckt, oder alternativ als Ausnehmung bzw. Nut, welche sich in das Material des Einlegeteils erstreckt. Vorzugsweise ist der erste Führungsabschnitt im Wesentlichen rechteckig, trapezförmig oder mit einem Kreisabschnitt ausgebildet. Vorzugsweise ist der erste Führungsabschnitt einstückig mit dem Einlegeteil ausgebildet, besonders bevorzugt einstückig mit wenigstens einem der Rahmenelemente.
Vorzugsweise sind einer der ersten Führungsabschnitte nur zum Eingriff mit einem zweiten Führungsabschnitt einer der anodischen Elektroden und ein weiterer der ersten Führungsabschnitte nur zum Eingriff mit einem zweiten Führungsabschnitt einer der kathodischen Elektroden ausgestaltet und besonders bevorzugt entlang des Einlegeteils voneinander beabstandet. Vorzugsweise weisen zwei gegenüberliegende Rahmenelemente des Einlegeteils je einen der ersten Führungsabschnitte auf.
Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Fixierung einer der Stapellagen innerhalb des Rahmeninneren verbessert ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, welche vorteilhaft mit einer der vorgenannten bevorzugten Weiterbildungen kombinierbar ist, weisen wenigstens eine oder mehrere der Stapellagen wenigstens einen der zweiten Führungsabschnitte auf, wobei der wenigstens eine zweite Führungsabschnitt an einer vorbestimmten Positionen entlang einer ersten Längskante der wenigstens einen Stapellage angeordnet ist, wobei der zweite Führungsabschnitt mit einer Ausnehmung oder mit einem Vorsprung ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist der zweite Führungsabschnitt alternativ als Vorsprung ausgebildet, welcher sich in einen der ersten Führungsabschnitte des Einlegeteils erstreckt, oder als Ausnehmung bzw. Nut, welche eine der ersten Führungsabschnitte aufnehmen kann. Vorzugsweise ist der zweite Führungsabschnitt im Wesentlichen rechteckig, trapezförmig oder mit einem Kreisabschnitt ausgebildet, besonders bevorzugt komplementär zu dem ersten Führungsabschnitt des Einlegeteils. Vorzugsweise weisen zwei gegenüberliegende Längskanten der Stapellage je einen der zweiten Führungsabschnitte auf. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Fixierung einer der Stapellagen verbessert ist.
Vorzugsweise ist die Position eines der zweiten Führungsabschnitte entlang einer der Längskanten einer der anodischen Elektroden verschieden und/oder beabstandet von der Position eines der zweiten Führungsabschnitte einer der kathodischen Elektroden, besonders bevorzugt wenn die anodische Elektrode und die kathodische Elektrode in das Rahmeninnere eingelegt sind.
Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass einem Kurzschluss zwischen Stapellagen verschiedener Polarität begegnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Einlegeteil wenigstens ein Verbindungselement auf, wobei das Verbindungselement als ein Teil einer lösbaren Klemmverbindung oder Steckverbindung zur lösbaren mechanischen Verbindung mit einem unabhängigen Führungselement ausgestaltet ist. Das wenigstens eine Verbindungselement ist ausgestaltet, ein Führungselement zu fixieren, wobei das Führungselement als Anschlag beim Zuführen einer der Stapellagen in das Rahmeninnere ausgestaltet ist. Vorzugsweise weist das Einlegeteil mehrere der Verbindungselemente auf. Vorzugsweise ist wenigstens eines der Verbindungselemente benachbart zu einem der ersten Führungsabschnitte angeordnet. Vorzugsweise ist wenigstens eines der Verbindungselemente alternativ als Ausnehmung oder Öffnung eines der Rahmenelemente ausgestaltet, oder als Vorsprung. Besonders bevorzugt ist der Vorsprung mit einem Pyramidenstumpf oder Kegelstumpf ausgebildet. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Vorsprung aus einer der Mantelflächen. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass das Einlegen einer der Stapellagen in das Rahmeninnere vereinfacht ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Einlegeteil, insbesondere eines der Rahmenelemente, wenigstens eine Ableiteröffnung auf, welche durch die Rahmeninnenseite zugängig ist. Die Energiespeichereinrichtung weist wenigstens einen Stromableiter auf, welcher durch die Ableiteröffnung geführt ist, und welcher mit wenigstens einer der Elektroden elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig, verbunden ist. Der wenigstens eine Stromableiter erstreckt sich wenigstens abschnittsweise in das Rahmeninnere und ist elektrisch aus der Umgebung der Energiespeichereinrichtung kontaktierbar. Vorzugsweise erstreckt der wenigstens eine Stromableiter sich wenigstens abschnittsweise aus dem Einlegeteil bzw. dessen Rahmenelement in die Umgebung der Energiespeichereinrichtung. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Stromableiter mit dem Einlegeteil verschweißt oder verklebt. Vorzugsweise weist die Energiespeichereinrichtung zwei solche Stromableiter und das Einlegeteil zwei der Ableiteröffnungen auf, wobei der erste der Stromableiter durch die erste Ableiteröffnung und der zweite der Stromableiter durch die zweite Ableiteröffnung geführt ist, wobei der erste Stromableiter mit einer der anodischen Elektroden und der zweite Stromableiter mit einer der kathodischen Elektroden elektrisch, vorzugsweise stoffschlüssig, verbunden ist. Vorzugsweise ist wenigstens einer der Stromableiter mit einer Metallplatte ausgebildet. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die mechanische Fixierung des wenigstens einen Stromableiters vereinfacht ist. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass der oder die Stromableiter von dem Einlegeteil besser gegen Kräfte abgestützt werden können, welche während des Betriebs auf den oder die Stromableiter wirken können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Einlegeteil eine verschließbare Einfülleinrichtung auf, welche zum Zuführen eines Elektrolyts zu dem Elektrodenstapel ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist die Einfülleinrichtung mit wenigstens einem oder mehreren Fluidkanälen ausgebildet, welche sich besonders bevorzugt durch das Material des Einlegeteils in Richtung des Rahmeninneren erstrecken, und mit wenigstens einer Einfüllöffnung, durch welche der Elektrolyt in den oder die Fluidkanäle überführt werden kann. Vorzugsweise erstreckt sich wenigstens einer der Fluidkanäle wenigstens abschnittsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer der Rahmeninnenseiten des Einlegeteils. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Zufuhr des Elektrolyts bzw. des Leitsalzes zum Elektrodenstapel vereinfacht ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Einlegeteil im Wesentlichen schalenförmig ausgebildet. Derart ausgestaltet ist das Rahmeninnere wenigstens zeitweise durch lediglich eine der Mantelflächen des Einlegeteils zugängig. Vorzugsweise dient eine insbesondere innere Mantelfläche des schalenförmigen Einlegeteils als Ablagefläche bzw. Stützfläche für wenigstens eine der Stapellagen, besonders bevorzugt während des Einlegens der Stapellagen in das Rahmeninnere. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Herstellung des Elektrodenstapels, insbesondere die Anordnung von Stapellagen im Rahmeninneren, vereinfacht ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Einlegeteil mit wenigstens einer oder zwei Abschlussfolien ausgebildet, wobei die wenigstens eine Abschlussfolie stoffschlüssig mit dem Einlegeteil, vorzugsweise mit einer der Mantelflächen des Einlegeteils, verbunden ist. Derart ausgestaltet ist das Rahmeninnere wenigstens zeitweise durch lediglich eine der Mantelflächen zugängig. Vorzugsweise bilden das Einlegeteil und die damit verbundene Abschlussfolie eine Schale, in welche mehrere der Stapellagen eingelegt werden können. Vorzugsweise dient die mit dem Einlegeteil verbundene Abschlussfolie als Ablagefläche bzw. Stützfläche für wenigstens eine der Stapellagen, besonders bevorzugt während des Einlegens der Stapellagen in das Rahmeninnere. Vorzugsweise bildet die Abschlussfolie einen Teil des Zellgehäuses. Vorzugsweise ist die Abschlussfolie als Verbundfolie ausgebildet. Vorzugsweise weist die Abschlussfolie einen Polymerwerkstoff auf, besonders bevorzugt Polyethylen oder Polypropylen. Vorzugsweise ist eine erste der Abschlussfolien mit der ersten Mantelfläche des Einlegeteils und eine zweite der Abschlussfolien mit der, der ersten Mantelfläche gegenüberliegenden, zweiten Mantelfläche verbunden. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass der Umgang mit der unfertigen Energiespeichereinrichtung vereinfacht ist, insbesondere wenn der Elektrodenstapel bereits in das Rahmeninnere eingelegt und das Zellgehäuse noch nicht geschlossen ist. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Herstellung des Elektrodenstapels vereinfacht ist, insbesondere die Anordnung von Stapellagen im Rahmeninneren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Zellgehäuse wenigstens eine Verbundfolie auf. Die Verbundfolie weist, dem Elektrodenstapel zugewandt, zumindest eine Schicht mit einem Polymer zur elektrischen und/oder chemischen Isolation auf. Weiter weist die Verbundfolie zumindest eine Schicht auf, welcher für Wasserdampf im Wesentlichen undurchlässig ist. Vorzugsweise ist die wasserundurchlässige Schicht mit einer Metallfolie, besonders bevorzugt mit einer Aluminiumfolie ausgebildet. Vorzugsweise weist die Verbundfolie, der Umgebung zugewandt, eine Schutzschicht für die wasserundurchlässige Schicht auf, wobei die Schutzschicht besonders bevorzugt mit einem Polymerwerkstoff ausgebildet ist. Die Schichten der Verbundfolie sind untereinander stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise weist die Verbundfolie wenigstens einen Siegelabschnitt auf, in welchem die Verbundfolie mit sich selbst, insbesondere stoffschlüssig, insbesondere gasdicht, verbunden ist. Vorzugsweise ist die Verbundfolie mit dem Einlegeteil stoffschlüssig verbindbar, besonders bevorzugt mit einem Schweißverfahren. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass das Gewicht und/oder die Herstellkosten der Energiespeichereinrichtung verringert sein können. Die bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Verbundfolie eine Wärmeabgabe aus der Elektrodenbaugruppe an die Umgebung der Energiespeichereinrichtung nicht wesentlich hemmt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Zellgehäuse wenigstens ein Metallteil bzw. Metallblech auf. Vorzugsweise ist das Metallteil mit dem Einlegeteil stoffschlüssig verbindbar, besonders bevorzugt mit einem Schweißverfahren. Vorzugsweise ist das Metallteil mit der vorgenannten Verbundfolie insbesondere stoffschlüssig verbindbar. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass der Schutz des Elektrodenstapels, insbesondere gegenüber einem Fremdkörper aus der Umgebung der Energiespeichereinrichtung, verbessert ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Zellgehäuse mit wenigstens einem im Wesentlichen biegesteifen Gehäuseformteil ausgebildet. Zumindest eines der Gehäuseformteile weist eine Ausnehmung auf, welche der wenigstens teilweisen Aufnahme des Elektrodenstapels dient. Vorzugsweise weist das Zellgehäuse zwei aneinander angepasste Gehäuseformteile auf, welche den Elektrodenstapel umschließen. Vorzugsweise sind die beiden Gehäuseformteile als Büchse mit einer Öffnung und einen Innenraum zur Aufnahme des Elektrodenstapels, sowie als Deckel zum Verschließen der Öffnung ausgebildet. Alternativ sind die beiden Gehäuseformteile als Halbschalen ausgebildet, welche den Elektrodenstapel und/oder das Einlegeteil nur teilweise aufnehmen. Vorzugsweise ist das Gehäuseformteil als Metallblech oder Metallteil ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Energiespeichereinrichtung zur Versorgung eines elektrischen Antriebs ausgestaltet, besonders bevorzugt zur Versorgung eines Kraftfahrzeugantriebs oder eines stationären Antriebs.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Batterie wenigstens zwei Energiespeichereinrichtungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder gemäß einer der bevorzugten Weiterbildungen auf, wobei die wenigstens zwei Energiespeichereinrichtungen miteinander elektrisch verschaltet sind, besonders bevorzugt in Reihenschaltung. Vorzugsweise ist diese Batterie zur Versorgung eines elektrischen Antriebs ausgestaltet, besonders bevorzugt zur Versorgung eines Kraftfahrzeugantriebs oder eines stationären Antriebs.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder gemäß einer der bevorzugten Weiterbildungen, die folgenden Schritte auf:
S1 Bereitstellen eines rahmenförmigen Einlegeteils aus elektrolytbeständigen und elektrisch nicht-leitenden Material, wobei das Einlegeteil ein Rahmeninneres zur Aufnahme von Stapellagen eines Elektrodenstapels der Energiespeichereinrichtung aufweist und wenigstens eine Rahmeninnenseite, welche dem Rahmeninneren zugewandt ist,
S2 Einlegen mehrerer Stapellagen in das Rahmeninnere, sodass die Stapellagen jeweils unmittelbar und zumindest bereichsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite anliegen, und so mittels des Einlegeteils relativ zueinander ausgerechnet sind.
Vorzugsweise wird das Einlegeteil während Schritt S1 von einem mechanischen Stützelement abgestützt.
Vorzugsweise wird Schritt S2 mehrfach durchgeführt, besonders bevorzugt entsprechend der Anzahl der Stapellagen des Elektrodenstapels, besonders bevorzugt jeweils mit unterschiedlichen Stapellagen. Besonders bevorzugt werden die mit mehreren Schritten S2 aufeinander abzulegenden Stapellagen mittels des Einlegeteils relativ zueinander ausgerechnet.
Vorzugsweise erfolgt Schritt S2 mit einer automatisierten Fertigungseinrichtung, insbesondere mit einem Greifer, wobei besonders bevorzugt die Fertigungseinrichtung das Stützelement aufweist.
Indem die einzelnen Stapellagen in das Rahmeninnere des Einlegeteils eingelegt sind und dabei unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite anliegen,

• sind die aufeinander liegenden Stapellagen mittels des Einlegeteils relativ zueinander ausgerichtet, ohne dass zusätzliche Hilfsmittel oder Handgriffe erforderlich sind, und/oder
• sind die aufeinander liegenden Stapellagen mittels des Einlegeteils relativ zueinander ausgerichtet, sodass auf eine Widerstandsmessung, mit welcher eine unerwünschte relative Verlagerung einer der Stapellagen gegenüber den übrigen Stapellagen desselben Elektrodenstapels (Fehlerzustand) festgestellt werden kann, verzichtet werden kann, und/oder
• kann auf eine über das Einlegeteil hinausgehende Fixierung der Stapellagen relativ zueinander, insbesondere mit einem Klebeband, verzichtet werden.

Damit kann der für die Energiespeichereinrichtung erforderliche Fertigungsaufwand verringert sein.
Indem die einzelnen Stapellagen in das Rahmeninnere des Einlegeteils eingelegt sind und dabei unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite anliegen, sind vorzugsweise die aufeinander liegenden Stapellagen mittels des Einlegeteils derart gehalten, dass vorzugsweise einer unerwünschten Relativbewegung einer der Stapellagen gegenüber den übrigen Stapellagen begegnet ist. Vorzugsweise kann einem parasitären elektrischen Strom zwischen einer Kante einer anodischen Elektroden und einer Kante einer der kathodischen Elektroden vorteilhaft begegnet werden. Damit kann insbesondere der Vorteil verbesserter Sicherheit oder größerer bereitstellbarer elektrischer Energie einhergehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Herstellverfahrens (gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung) wird im Anschluss an den Schritt S2 dem Rahmeninneren bzw. dem Elektrodenstapel ein Elektrolyt zugeführt (Schritt S11). Vorzugsweise wird im Anschluss an den Schritt S2 das Einlegeteil gemeinsam mit dem Elektrodenstapel in das Zellgehäuse überführt (Schritt S12), besonders bevorzugt nach dem Zuführen des Elektrolyts. Besonders bevorzugt, und wenn das Zellgehäuse wenigstens zweiteilig mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil ausgebildet ist, werden die wenigstens zwei Gehäuseteile miteinander zum Zellgehäuse verbunden (Schritt S13), nachdem das Einlegeteil gemeinsam mit dem Elektrodenstapel in eines der Gehäuseteile überführt wird (Schritt S12').
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Herstellverfahrens gemäß dem dritten Aspekt, weist zusätzlich den folgenden Schritt auf:
S3 lösbares Verbinden eines Führungselements mit einem Verbindungselement des Einlegeteils, wobei das Führungselement als Anschlag für das Zuführen einer der Stapellagen in das Rahmeninnere ausgestaltet ist, wobei das Verbindungselement und das Führungselement jeweils als ein Teil einer lösbaren Klemmverbindung oder Steckverbinder zwischen ihnen ausgestaltet sind, insbesondere vor Schritt S2.
Vorzugsweise wird Schritt S3 mehrfach durchgeführt, worauf mehrere der Führungselemente mit dem Einlegeteil lösbar verbunden sind, insbesondere vor Schritt S2.
Vorzugsweise weist das Führungselement eine Führungsfläche auf, wobei die Führungsfläche gegenüber einer der Rahmeninnenseiten geneigt ist, wenn das Führungselement mit dem Verbindungselement lösbar verbunden ist. Die Führungsfläche ist ausgestaltet, einer unerwünschten Relativbewegung einer der Stapellagen beim Einlegen in das Rahmeninnere entgegen zu wirken, vorzugsweise durch Begrenzen bzw. Vorgeben einer Bewegung einer der Längskanten der Stapellage senkrecht zu der Rahmeninnenseite. Die Führungsfläche ist derart ausgestaltet, dass eine Längskante einer der Stapellagen beim Einlegen in das Rahmeninnere entlang der Führungsfläche in Richtung des Rahmeninneren rutschen bzw. gleiten kann.
Vorzugsweise wird das Führungselement nach Einlegen einer oder mehrerer, vorzugsweise sämtlicher, der Stapellagen des Elektrodenstapels vom Verbindungselement gelöst (Schritt S15).
Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Automatisierung der Fertigung vereinfacht ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Herstellverfahrens insbesondere gemäß dem dritten Aspekt, weist zusätzlich die folgenden Schritte auf:
S4 Anordnen eines Stromableiters der Energiespeichereinrichtung in einer Ableiteröffnung des Einlegeteils, wobei die Ableiteröffnung durch eine der Rahmeninnenseiten zugängig ist, insbesondere vor Schritt S2,
S5 stoffschlüssiges Verbinden wenigstens einer der Elektroden mit dem Stromableiter, insbesondere nach Schritt S2, insbesondere nach Schritt S4.
Vorzugsweise erstreckt sich der Stromableiter im Anschluss an den Schritt S4 wenigstens abschnittsweise in das Rahmeninnere, besonders bevorzugt wenigstens abschnittsweise aus dem Einlegeteil in Richtung der Umgebung des Einlegeteils. Vorzugsweise ist der Stromableiter mit einem Metallblech ausgebildet. Vorzugsweise wird Schritt S4 zweimal ausgeführt zur Anordnung zweier Stromableiter unterschiedlicher Polarität. Vorzugsweise folgt auf den Schritt S4 ein stoffschlüssiges Verbinden des Stromableiters mit dem Einlegeteil, besonders bevorzugt mittels Kleben oder Schweißen.
Vorzugsweise erfolgt Schritt S5 mittels Löten oder Schweißen, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen.
Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die mechanische Fixierung des Stromableiters verbessert, und/oder die elektrische Kontaktierung des Elektrodenstapels vereinfacht ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung des vorgenannten Herstellverfahrens, insbesondere gemäß dem zweiten Aspekt, weist den Schritt auf:
S6 stoffschlüssiges Verbinden einer Abschlussfolie mit dem Einlegeteil, wobei die Abschlussfolie ausgestaltet ist, das Rahmeninnere oder den Elektrodenstapel gegenüber der Umgebung abzugrenzen, insbesondere vor Schritt S2.
Vorzugsweise erfolgt das stoffschlüssige Verbinden während Schritt S6 mittels Kleben oder Schweißen, besonders bevorzugt mittels Ultraschallschweißen.
Vorzugsweise wird während Schritt S6 die Abschlussfolie mit einer der Mantelflächen des Einlegeteils stoffschlüssig verbunden.
Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Herstellung des Elektrodenstapels, insbesondere die Anordnung von Stapellagen im Rahmeninneren, vereinfacht ist. Die bevorzugte Weiterbildung kann insbesondere den Vorteil bieten, dass der Umgang mit der unfertigen Energiespeichereinrichtung, insbesondere wenn der Elektrodenstapel bereits in das Rahmeninnere eingelegt und das Zellgehäuse noch nicht geschlossen ist, vereinfacht ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
1 schematisch einen Schnitt durch eine Energiespeichereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung,
2 perspektivisch und teilweise schematisch eine bevorzugte Ausführung des Einlegeteils,
3 perspektivisch und teilweise schematisch eine weitere Ansicht des Einlegeteils gemäß 2,
4 perspektivisch und teilweise schematisch eine Einzelheit des Einlegeteils gemäß 2, 3,
5 perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil gemäß 2, 3 mit eingelegtem Elektrodenstapel und zwei Stromableitern,
6 perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil gemäß 2 sowie zwei der Stromableiter vor Schritt S4,
7 perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil gemäß 3 nach Schritt S4 und vor Schritt S3,
8 perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil gemäß 3 nach Schritt S3 mit mehreren der Führungselemente,
9 perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil gemäß 3 während Schritt S2,
10 perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil gemäß 3 nach Schritt S2,
11 perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil gemäß 3 nach Schritt S6,
12 perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil gemäß 11 beim Überführen in das Zellgehäuse,
13 perspektivisch und teilweise schematisch eine bevorzugte Ausführung der Energiespeichereinrichtung,
14 Flussdiagramme zu einem Herstellverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie bevorzugte Weiterbildungen.
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Energiespeichereinrichtung 1 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die Energiespeichereinrichtung 1 weist auf: einen elektrochemischen Elektrodenstapel 2 mit wenigstens einer kathodischen Elektrode 3a, wenigstens einer anodischen Elektrode 3b und wenigstens einem Separator 3c als Stapellagen 3 und ein rahmenförmiges Einlegeteil 4 aus elektrolytbeständigem und elektrisch nicht-leitenden Material. Die einzelnen Stapellagen 3 sind in das Rahmeninnere 5 des Einlegeteil 4 eingelegt und liegen dabei unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite 6 an, so dass die aufeinander liegenden Stapellagen 3 mittels des Einlegeteils 4 relativ zueinander ausgerichtet sind. Das Einlegeteil 4 einschließlich der eingelegten Stapellagen 3 ist von einem Zellgehäuse 7 im Wesentlichen vollständig umschlossen.
2 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch eine bevorzugte Ausführung des Einlegeteils 4. Das Einlegeteil 4, insbesondere dessen Rahmenelemente, weist mehrere der ersten Führungsabschnitte 8, 8a, 8b, 8c auf. Die ersten Führungsabschnitte 8, 8a sind durch mehrere der Rahmeninnenseiten 6, 6a zugängig. Das Einlegeteils vier weist auch mehrere Verbindungselemente 10 auf, welche durch eine der Mantelflächen des Einlegeteils 4 zugängig sind.
3 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch eine weitere Ansicht des Einlegeteils 4 gemäß 2. Eine der Abschlussfolien 14 ist mit einer der Mantelflächen des Einlegeteils 4 stoffschlüssig verbunden. Dadurch ist der Umgang während der Herstellung der Energiespeichereinrichtung vereinfacht.
4 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch eine Einzelheit des Einlegeteils 4 gemäß den 2 und 3. Einer der ersten Führungsabschnitte 8 ist durch die Rahmeninnenseite 6 zugängig und erstreckt sich in das Material des Einlegeteils 4. Benachbart zu dem ersten Führungsabschnitt 8 sind zwei der Verbindungselemente 10, 10a angeordnet.
5 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil 4 gemäß der 2 und 3 mit eingelegtem Elektrodenstapel 2 und zwei der Stromableiter 12, 12a. Die Stromableiter 12, 12a erstrecken sich durch jeweils eine der Ableiteröffnungen des Einlegeteils 4 und sind stoffschlüssig mit dem Einlegeteil 4 verbunden. Der Stromableiter 12 ist elektrisch mit einer der kathodischen Elektroden verbunden. Der Stromableiter 12a ist elektrisch mit einer der anodischen Elektroden verbunden. Die kathodische Elektrode weist zwei der zweiten Führungsabschnitte 9a, 9b auf, welche in die ersten Führungsabschnitte 8a, 8c ragen bzw. eingreifen. Die anodische Elektrode weist zwei der zweiten Führungsabschnitte auf, welche in die ersten Führungsabschnitte 8, 8b ragen bzw. eingreifen. Mit der räumlichen Trennung der zweiten Führungsabschnitte der kathodischen Elektrode von denen der anodischen Elektrode ist einem Kurzschluss begegnet. Die Stapellagen liegen unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an einer der Rahmeninnenseiten an.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1–3.
6 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil 4 gemäß 2 sowie zwei der Stromableiter 12, 12a unmittelbar vor Schritt S4. Das Einlegeteil 4 weist eine erste der Ableiteröffnungen 11 sowie eine zweite der Ableiteröffnungen 11a auf. Die Ableiteröffnungen 11, 11a sind durch einen Rahmeninnenseiten 6 zugängig. Während Schritt S4 werden die Stromableiter 12, 12a in jeweils einer der Ableiteröffnungen 11, 11a angeordnet.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1–4.
7 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil 4 gemäß 3 nach Schritt S4 und vor Schritt S3. Die Stromableiter 12, 12a sind mit dem Einlegeteil 4 stoffschlüssig verbunden. Eine der Abschlussfolien 14 ist mit dem Einlegeteil 4 stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise mit einer der Mantelflächen des Einlegeteils 4, gemäß Schritt S6. Mehrere der Verbindungselemente 10, 10a sind als Öffnungen ausgebildet, wobei die Öffnungen durch die gegenüberliegende Mantelfläche zugängig sind.
Mehrere der Führungselemente 20, 20a, 20b sind vorbereitet, mit dem Einlegeteil 4, insbesondere mit dessen Verbindungselementen 10, 10a, lösbar verbunden zu werden. Mehrere der Führungselemente 20, 20a, 20b weisen jeweils eine Nut auf, wobei die Nut vorgesehen ist, sich an jeweils einen der ersten Führungsabschnitte anzuschließen.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1–6.
8 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil 4 gemäß den 3 und 7 nach Schritt S3 mit mehreren der Führungselemente 20. Gegenüber 7 sind die Führungselemente 20 nun mit dem Einlegeteil 4 lösbar verbunden. Mehrere der Führungselemente 20, 20a, 20b weisen jeweils eine Nut auf, wobei die Nuten sich an jeweils einen der ersten Führungsabschnitte anschließen. Mit dieser Vorbereitung ist das Einlegen von Stapellagen vereinfacht.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1–7.
9 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil 4 gemäß 3 und 8 im Anschluss an Schritt S3 und während Schritt S2. Dargestellt sind mehrere der Stapellagen 3a, 3b, 3c des Elektrodenstapels 2, welche gemäß Schritt S2 in das Rahmeninnere eingelegt werden sollen. Die anodische Elektrode 3b weist einen der zweiten Führungsabschnitte 9 auf. Dieser zweite Führungsabschnitt 9 soll entlang der Nut des Führungselements 20 in einen der ersten Führungsabschnitte überführt werden. Die kathodische Elektrode 3a weist einen der zweiten Führungsabschnitte 9a auf. Dieser zweite Führungsabschnitt 9a soll entlang der Nut des Führungselements 20a in einen anderen der ersten Führungsabschnitte überführt werden.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1–8.
10 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil 4 gemäß 3 sowie 9 nach Schritt S2. Die Stapellagen sind in das Rahmeninnere eingelegt. Die Stapellagen liegen unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an einer der Rahmeninnenseiten an. Der Elektrodenstapel 2 ist gebildet. Die zweiten Führungsabschnitte von kathodischen Elektroden sind von anderen der ersten Führungsabschnitte aufgenommen, als die zweiten Führungsabschnitte der anodischen Elektroden. Dadurch kann einem Kurzschluss innerhalb des Elektrodenstapels begegnet werden. Derart eingelegt sind die Elektroden für Schritt S5 vorbereitet.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1–9.
11 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil 4 gemäß den 3 und 10 im Anschluss an die Schritte S5 und S6. Die Elektroden des Elektrodenstapels sind mit den Stromableitern 12, 12a entsprechend Ihrer Polarität elektrisch verbunden. Eine der Abschlussfolien 14 ist mit dem Einlegeteil 14, insbesondere mit einer der Mantelflächen des Einlegeteils 4, stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise wird dem Elektrodenstapel in diesem Zustand der Elektrolyt zugeführt.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1–10.
12 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch das Einlegeteil 4 gemäß den 3 und 11 beim Überführen in das Zellgehäuse 7. Das Zellgehäuse 7 ist zweiteilig ausgebildet und weist ein erstes Gehäuseteil 7a und ein zweites Gehäuseteil 7b auf. Vorliegend sind die Gehäuseteile 7a, 7b jeweils mit einer Verbundfolie ausgebildet. Alternativ können die Gehäuseteile 7a, 7b jeweils mit wenigstens einem im Wesentlichen biegesteifen Gehäuseformteil ausgebildet sein. Die Gehäuseteile 7a, 7b sind ausgestaltet, miteinander stoffschlüssig verbunden zu werden zur Ausbildung des Zellgehäuses 7.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1–11.
13 zeigt perspektivisch und teilweise schematisch eine bevorzugte Ausführung der Energiespeichereinrichtung 1 nach dem Verbinden der Gehäuseteile 7a, 7b zum Zellgehäuse 7, siehe 12. Die Stromableiter 12, 12a erstrecken sich wenigstens abschnittsweise in die Umgebung.
14 zeigt Flussdiagramme zu einem Herstellverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie zu bevorzugten Weiterbildungen.
Gemäß 14a weist das Herstellverfahren gemäß dem zweiten Aspekt die Schritte S1 und S2 auf. Vorzugsweise wird dem Rahmeninneren bzw. dem Elektrodenstapel im Anschluss an den Schritt S2 der Elektrolyt zugeführt. Vorzugsweise wird das Einlegeteil gemeinsam mit dem Elektrodenstapel im Anschluss an den Schritt S2 in das Zellgehäuse überführt.
Bei der bevorzugten Weiterbildung des Herstellverfahrens wird Schritt S3 zwischen den Schritten S1 und S2 durchgeführt, siehe 14b. Vorzugsweise wird dem Rahmeninneren bzw. dem Elektrodenstapel im Anschluss an den Schritt S2 der Elektrolyt zugeführt. Vorzugsweise wird das Einlegeteil gemeinsam mit dem Elektrodenstapel im Anschluss an den Schritt S2 in das Zellgehäuse überführt.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Herstellverfahrens weist die Schritte S1, S4, S2 und S5 auf, siehe 14c. Vorzugsweise wird Schritt S3 zwischen den Schritten S1 und S4 ausgeführt. Vorzugsweise wird dem Rahmeninneren bzw. dem Elektrodenstapel im Anschluss an den Schritt S2 der Elektrolyt zugeführt. Vorzugsweise wird das Einlegeteil gemeinsam mit dem Elektrodenstapel im Anschluss an den Schritt S2 in das Zellgehäuse überführt.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Herstellverfahrens weist die Schritte S1, S6 und S2 auf, siehe 14d. Vorzugsweise werden die Schritte S3 und S4 zwischen den Schritten S1 und S6 durchgeführt, wobei die Reihenfolge der Schritte S3 und S4 für den technischen Effekt nicht von Bedeutung ist. Vorzugsweise wird Schritt S5 im Anschluss an den Schritt S2 durchgeführt. Vorzugsweise wird dem Rahmeninneren bzw. dem Elektrodenstapel im Anschluss an den Schritt S2 der Elektrolyt zugeführt. Vorzugsweise wird das Einlegeteil gemeinsam mit dem Elektrodenstapel im Anschluss an den Schritt S2 in das Zellgehäuse überführt.
Bezugszeichenliste

1: Energiespeichereinrichtung
2: Elektrodenstapel
3: Stapellage
3a: kathodische Elektrode
3b: anodische Elektrode
3c: Separator
4: Einlegeteil
5: Rahmeninneres
6: Rahmeninnenseite
7: Zellgehäuse
8: erster Führungsabschnitt des Einlegeteils
9: zweiter Führungsabschnitt einer der Stapellagen
10: Verbindungselement
11: Ableiteröffnung
12: Stromableiter
13: Einfüllöffnung
14: Abschlussfolie
15: Batterie
20: Führungselement

Claims

Energiespeichereinrichtung (1), insbesondere Flachzelle, aufweisend: einen elektrochemischen Elektrodenstapel (2) mit wenigstens drei Stapellagen (3); und ein rahmenförmiges Einlegeteil (4) aus elektrolytbeständigem und elektrisch nicht-leitendem Material, mit einem durch die Rahmenform definierten und zumindest teilweise eingeschlossenen Rahmeninneren (5) und mit einer Rahmeninnenseite (6), welche an das Rahmeninnere (5) grenzt; wobei die Stapellagen (3) in das Rahmeninnere (5) eingelegt sind und dabei unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite (6) anliegen, so dass die aufeinander liegenden Stapellagen (3) mittels des Einlegeteils (4) relativ zueinander ausgerichtet sind; und wobei das Einlegeteil (4) einschließlich der eingelegten Stapellagen (3) von einem Zellgehäuse (7) im Wesentlichen vollständig umschlossen ist.
Energiespeichereinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Einlegeteil (4) wenigstens einen ersten Führungsabschnitt (8) aufweist, welcher ausgestaltet ist, mit einem komplementären zweiten Führungsabschnitt (9) wenigstens einer der Stapellagen (3) ineinander zu greifen, und mit einer Ausnehmung oder mit einem Vorsprung ausgebildet ist, und sich von der Rahmeninnenseite (6) erstreckt.
Energiespeichereinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei wenigstens eine der Stapellagen (3) wenigstens einen der zweiten Führungsabschnitte (9) aufweist, welcher an einer vorbestimmten Position entlang einer ersten Längskante der wenigstens einen Stapellage (3) angeordnet ist und mit einer Ausnehmung oder mit einem Vorsprung ausgebildet ist.
Energiespeichereinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegeteil (4) wenigstens ein Verbindungselement (10) aufweist, und das Verbindungselement (10) als ein Teil einer lösbaren Klemm- oder Steckverbindung zur lösbaren mechanischen Verbindung mit einem unabhängigen Führungselement (20) ausgestaltet ist; und das unabhängige Führungselement (20) als Anschlag für das Zuführen einer der Stapellagen (3) in das Rahmeninnere (5) ausgestaltet ist.
Energiespeichereinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: das Einlegeteil (4) wenigstens eine Ableiteröffnung (11) aufweist, welche durch die Rahmeninnenseite (6) zugängig ist; und die Energiespeichereinrichtung (1) wenigstens einen Stromableiter (12) aufweist, welcher durch die Ableiteröffnung (11) geführt ist und mit wenigstens einer als Elektrode (3a, 3b) ausgebildeten Stapellage (3) elektrisch verbunden ist.
Energiespeichereinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegeteil (4) eine verschließbare Einfüllöffnung (13) zum Zuführen eines Elektrolyts zu dem Elektrodenstapel (2) aufweist.
Energiespeichereinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegeteil (4) im Wesentlichen schalenförmig ausgebildet ist.
Energiespeichereinrichtung (1) gemäß Anspruch 7, wobei das Einlegeteil (4) eine Abschlussfolie (14) aufweist, die das Rahmeninnere (5) gegenüber der Umgebung oder gegenüber dem Zellgehäuse (7) abgrenzt.
Energiespeichereinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zellgehäuse (7) mit einer Verbundfolie oder mit einem Metallteil ausgebildet ist.
Batterie (15) mit wenigstens zwei Energiespeichereinrichtungen (1, 1a) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Energiespeichereinrichtungen (1, 1a) miteinander elektrisch verschaltet sind.
Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichereinrichtung (1), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten S1 Bereitstellen eines rahmenförmigen Einlegeteils (4) aus elektrolytbeständigem und elektrisch nicht-leitenden Material, wobei das Einlegeteil (4) ein Rahmeninneres (5) zur Aufnahme von Stapellagen (3) eines Elektrodenstapels (2) der Energiespeichereinrichtung (1) aufweist und wenigstens eine Rahmeninnenseite (6) aufweist, welche dem Rahmeninneren (5) zugewandt ist, S2 Einlegen mehrerer Stapellagen (3) in das Rahmeninnere (5), so dass die Stapellagen (3) unmittelbar und zumindest abschnittsweise formschlüssig an der Rahmeninnenseite (6) anliegen, und so mittels des Einlegeteils (4) relativ zueinander ausgerichtet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 11, mit dem weiteren Schritt: S3 lösbares Verbinden eines Führungselements (20) mit einem Verbindungselement (10) des Einlegeteils (4), wobei das Führungselement (20) als Anschlag für das Zuführen von Stapellagen (3) in das Rahmeninnere (5) ausgestaltet ist, und das Verbindungselement (10) und das Führungselement (20) jeweils als ein Teil einer lösbaren Klemm- oder Steckverbindung zwischen ihnen ausgestaltet sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, mit den weiteren Schritten: S4 Anordnen eines Stromableiters (12) der Energiespeichereinrichtung (1) in einer Ableiteröffnung (11) des Einlegeteils (4), wobei die Ableiteröffnung (11) durch eine der Rahmeninnenseiten (6) zugängig ist, S5 stoffschlüssiges Verbinden wenigstens einer als anodische oder als kathodische Elektrode (3a, 3b) ausgebildete Stapellage (3) mit dem Stromableiter (12).