DE102014214619A1 - Verfahren zur Herstellung einer prismatischen Batteriezelle - Google Patents

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Seyed Abbassi
Cihan Kaplan
Anselm Berg
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer prismatischen Batteriezelle (10), wobei die prismatische Batteriezelle (10) eine Kathodenlage, eine Anodenlage und zumindest zwei Separatorlagen aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass ein oder zwei Wickelschwerter, die Kathodenlage, die Anodenlage und die zumindest zwei Separatorlagen parallel zueinander und bezüglich einer Wickelachse parallel zur Herstellung einer Startanordnung räumlich angeordnet werden, die Startordnung um die Wickelachse zur Herstellung eines Batteriewickels (12) gewickelt wird, der Batteriewickel (12) in ein Zellgehäuse eingesetzt wird, die Kathodenlage und die Anodenlage mit Stromabnehmern (42, 44) kontaktiert werden, das Zellgehäuse mit einem flüssigen Elektrolyt befüllt wird und das Zellgehäuse verschlossen wird.
Die Erfindung betrifft außerdem eine prismatische Batteriezelle (10) und ein Fahrzeug mit einer Batterie, welche zumindest eine derart prismatische Batteriezelle (10) aufweist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer prismatischen Batteriezelle, wobei die Batteriezelle eine Kathodenlage, eine Anodenlage und zumindest zwei Separatorlagen aufweist.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine prismatische Batteriezelle, welche nach dem Verfahren hergestellt ist, sowie ein Fahrzeug, in dem eine derartige prismatische Batteriezelle verbaut ist.
  • Lithium-Ionen-Akkus, die im Automobilbereich Verwendung finden, haben aus Gründen des Volumennutzwertes oftmals eine prismatische Form. Im Inneren eines Zellgehäuses befinden sich beispielsweise flach gepresste Batteriewickel (jelly rolls), die aus einer Anode, einer Kathode und aus Separatorschichten gerollt werden. Das Zellgehäuse wird nach Einsetzen der Batteriewickel und vor dem druckdichten Verschließen mit einem flüssigen Elektrolyt befüllt. US 8,641,015 B2 stellt beispielsweise eine derartige prismatische Batteriezelle mit vier darin angeordneten Batteriewickeln bereit.
  • Die elektrische Kontaktierung der Elektroden, womit im Rahmen der vorliegenden Offenbarung die Kathode und die Anode bezeichnet werden, erfolgt beispielsweise folgendermaßen: Die beiden Elektroden werden nicht passgenau übereinandergelegt, sondern in Richtung der Wickelachse leicht versetzt. Dieses Verfahren wird beispielsweise in der DE 10 2012 213 420 A1 beschrieben. So lässt sich an einer offenen Schmalseite des Batteriewickels die negative und an der anderen, gegenüberliegenden, offenen Schmalseite die positive Spannung der jeweiligen Elektrode abgreifen. Die Kontaktierung der überstehenden Folienstreifen erfolgt mit angeschweißten, streifenförmigen Blechteilen aus Kupfer oder Aluminium, den so genannten Stromkollektoren. Die Kontaktierung der Stromkollektoren im Inneren des Zellgehäuses und die Durchführung der Strompfade durch das Zellgehäuse nach draußen gestaltet sich sehr anspruchsvoll. Nach dem Einsetzen der Batteriewickel in das Zellgehäuse und nach dem Verschließen des Zellgehäuses wird dieses durch eine kleine Öffnung im Deckel des Zellgehäuses mit Elektrolyt befüllt. Als einer der letzten Prozesse bei der Herstellung der Batteriezelle wird diese Öffnung mit einem Verschlusselement verschlossen.
  • Weitere Beispiele von Jelly Rolls sind aus US 5,552,239 und JP 2009-266737 bekannt.
  • US 2012/0189888 ist eine Lithium-Ionen-Batteriezelle bekannt, bei welcher eine Kathodenlage und eine Anodenlage mit einem zwischendrin positionierten Separator spiralförmig aufgewickelt sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer prismatischen Batteriezelle, wobei die prismatische Batteriezelle eine Kathodenlage, eine Anodenlage und zumindest zwei Separatorlagen aufweist, ist vorgesehen, dass ein oder zwei Wickelschwerter, die Kathodenlage, die Anodenlage und die zumindest zwei Separatorlagen parallel zueinander und bezüglich einer Wickelachse parallel zur Herstellung einer Startanordnung räumlich angeordnet werden, die Startordnung um die Wickelachse zur Herstellung eines Batteriewickels gewickelt wird, der Batteriewickel in ein Zellgehäuse eingesetzt wird, die Kathodenlage und die Anodenlage mit Stromabnehmern kontaktiert werden, das Zellgehäuse mit einem flüssigen Elektrolyt befüllt wird und das Zellgehäuse verschlossen wird.
  • Die zeitliche Abfolge der Schritte, bei welchen der Batteriewickel in ein Zellgehäuse eingesetzt wird, die Kathodenlage und die Anodenlage mit Stromabnehmern kontaktiert werden und das Zellgehäuse mit einem flüssigen Elektrolyt befüllt wird, ist dabei beliebig.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird in das Zellgehäuse genau ein Batteriewickel eingesetzt, wobei der Batteriewickel genau eine Kathodenlage und genau eine Anodenlage aufweist. Dies führt zu geringeren Kosten beim Verschweißen, da nur noch ein einziger Batteriewickel an einen Stromableiter angeschweißt werden muss. Insbesondere führt dies zu einer Materialeinsparung bei den Stromabnehmern, da diese nicht mehr mittels Verzweigungen an mehrere Batteriewickel geführt werden müssen. Auch im Fertigungsprozess sind Vorteile zu sehen, da weitere Arbeitsschritte wegfallen, wenn weniger Einzelteile vorliegen. Es kann ein einziger, unverzweigter Stromabnehmer pro Elektrode verwendet werden. Die Kontur der Stromabnehmer kann verändert werden, womit diese ebenfalls einfacher herzustellen sind. Die Kathodenlage und die Anodenlage können im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Kathode, bzw. Anode oder gemeinsam auch als Elektroden bezeichnet sein.
  • Nach einer Ausführungsform werden zwei Wickelschwerter und drei Separatorlagen verwendet. Hierbei werden im Schritt a) die Kathodenlage, die Anodenlage und die drei Separatorlagen senkrecht zu der Wickelachse zu einem Lagenstapel übereinander angeordnet und oberhalb und unterhalb des Lagenstapels jeweils ein Wickelschwert parallel zu der Wickelachse angeordnet, wobei der Lagenstapel die Lagen in der Reihenfolge Separatorlage, Anodenlage, Separatorlage, Kathodenlage, Separatorlage aufweist. Im Schritt b) wird um die zwei Wickelschwerter gewickelt.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform werden ein Wickelschwert und zwei Separatorlagen verwendet, wobei im Schritt a) zunächst die Kathodenlage und die Anodenlage und die zwei Separatorlagen an dem Wickelschwert befestigt werden und im Schritt b) um das Wickelschwert gewickelt wird. Zum Anfang des Wickelvorgangs werden die Anode und die Kathode an Schweißflächen mit dem Wickelschwert verschweißt. Die Separatoren werden ebenfalls an dem Wickelschwert fixiert, beispielsweise verklebt, verkrimpt, eingeklemmt oder verschweißt, insbesondere durch Ultraschall- oder Laserschweißen.
  • Ein Vorteil dieser alternativen Ausführungsform ist, dass kein langer unbeschichteter Elektrodenrand mehr benötigt wird. Lediglich die Kontaktflächen, an denen das Wickelschwert mit den Elektroden verschweißt wird, sind vom Beschichtungsmaterial frei. Dies führt zu mehr Kapazität, einer höheren Energiedichte und zur Einsparung von Materialkosten.
  • Das Wickelschwert ist bevorzugt als eine flache Platte ausgebildet, beispielsweise mit einem rechteckförmigen Querschnitt mit einer ersten längeren Seite und einer zweiten kürzeren Seite. Das Wickelschwert ist beispielsweise aus Kunststoff gefertigt, insbesondere aus PBT, PP, PE, PET oder PEAK.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Kontaktierung der Kathodenlage und/oder der Anodenlage mit den Stromabnehmern im Schritt d) über das Wickelschwert. Hierzu weist das Wickelschwert auf seiner Vorder- und seiner Rückseite Schweißstellen zur Kontaktierung der Elektroden und Anschlussflächen zur Kontaktierung der Stromabnehmer auf. Im Falle der Kathode ist die Schweißfläche beispielsweise ein Aluminiumstreifen und im Falle der Anode ein Kupferstreifen.
  • Zum Anfang des Wickelvorgangs werden die Kathode und die Anode an den Schweißflächen mit dem Wickelschwert verschweißt. Die Schweißflächen liegen dabei beispielsweise senkrecht oder parallel zur Wickelachse oder im Wesentlichen senkrecht oder im Wesentlichen parallel zur Wickelachse, so dass eine ausreichende Kontaktierung hergestellt wird und dass außerdem eine ausreichende Festigkeit der Verbindung beim Wickelprozess vorliegt. Bei den Elektroden sind bevorzugt nur die Kontaktflächen, die verschweißt werden, frei von Beschichtungsmaterial. Dies führt zu mehr Kapazität, größerer Energiedichte und einer Materialkostenersparnis.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt die Wickelachse parallel zu einer längeren Seite des Wickelschwertes, so dass die Startanordnung um die längere Seite des Wickelschwertes gewickelt wird. Die Kathodenlage und die Anodenlage werden in dieser Ausführungsform über Schweißflächen an dem Wickelschwert befestigt, welche sich über die längere Seite des Wickelschwerts erstrecken. Die Kontaktbereiche, über welche die Stromabnehmer kontaktiert werden, erstrecken sich dabei über die kürzere Seite des Wickelschwerts.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform liegt die Wickelachse parallel zu der kürzeren Seite des Wickelschwerts, so dass die Starteranordnung um die kürzere Seite des Wickelschwerts gewickelt wird. Hierbei erstrecken sich die Schweißflächen, über welche die Kathodenlage und die Anodenlage am Wickelschwert fixiert werden, über die kürzere Seite des Wickelschwerts.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wickelschwert Anschlussflächen auf, welche Terminalen der Batteriezelle gegenüberliegen. Vorteilhaft können hierdurch stark verkürzte Stromabnehmer eingesetzt werden, um den Weg von den Terminalen zu den Kontaktbereichen elektrisch zu überbrücken. Die Anschlussflächen des Wickelschwerts sind elektrisch mit den Schweißflächen verbunden, an welchen die Elektroden fixiert sind.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird im Schritt c) der Batteriewickel derart in das Zellgehäuse eingesetzt, dass eine Befüllöffnung und/oder eine Berstmembran in der Flucht der Wickelachse liegt. Wenn die Befüllöffnung in der Flucht der Wickelachse liegt, brauchen die Batteriewickel bei Befüllung mit dem flüssigen Elektrolyt weniger Zeit, um sich vollzusaugen. Die Durchflussrichtung der Flüssigkeit bei Befüllung durch die Befüllöffnung liegt dabei idealerweise parallel zur Wickelachse. Auch bei einer Havarie der Batteriezelle liegt eine Hauptrichtung der dadurch entstehenden Dynamik parallel zur Wickelachse. Somit wird erleichtert, dass bei einem Überdruck die Flüssigkeit oder Gase an der Berstöffnung austreten. Mit „in der Flucht der Wickelachse“ wird bezeichnet, dass die Befüllöffnung entweder auf der Wickelachse oder in geringem Abstand zu dieser liegt.
  • Bei der Ausführungsform mit zwei Wickelschwertern und drei Separatorlagen sind die Schweißflächen der Elektroden mit den Stromabnehmern bevorzugt parallel zur Wickelachse angeordnet, so dass sich beim Einsetzen des Batteriewickels in das Zellgehäuse, wenn die Befüllöffnung und/oder die Berstmembran in der Flucht der Wickelachse liegt, die beschriebenen Vorteile ebenfalls ergeben.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine prismatische Batteriezelle bereitgestellt, welche nach einem der beschriebenen Verfahren hergestellt wurde wobei das Wickelschwert im Zellgehäuse, insbesondere im Batteriewickel verbleibt. Die im Rahmen der Verfahren beschriebenen Merkmale gelten entsprechend ebenso für die prismatische Batteriezelle, welche nach diesen Verfahren hergestellt wurde.
  • Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie zumindest eine derartige Batteriezelle aufweist. Die Batterie ist dabei bevorzugt mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Kraftfahrzeug kann als reines Elektrofahrzeug ausgestaltet sein und ein ausschließlich elektrisches Antriebssystem umfassen. Alternativ kann das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgestattet sein, das ein elektrisches Antriebssystem und einen Verbrennungsmotor umfasst. In einigen Varianten kann vorgesehen sein, dass die Batterie des Hybridfahrzeugs intern über einen Generator mit überschüssiger Energie des Verbrennungsmotors geladen werden kann. Extern aufladbare Hybridfahrzeuge (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) sehen zusätzlich die Möglichkeit vor, die Batterie über das externe Stromnetz aufzuladen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine prismatische Batteriezelle gemäß dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht,
  • 2A, 2B, 2C Startanordnungen und Batteriewickel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 einen Batteriewickel in perspektivischer Ansicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 4 eine Deckelgruppe in perspektivischer Ansicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 5 einen Batteriewickel, der mit einer Deckelgruppe verschweißt ist, in perspektivischer Ansicht,
  • 6A, 6B ein Wickelschwert in perspektivischer Ansicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 7 eine Startanordnung in Schnittansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 8A, 8B ein Batteriewickel in Schnittansicht und Draufsicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 9A, 9B herkömmliche und erfindungsgemäße Elektrodenlagen in Draufsicht im Vergleich,
  • 10A, 10B Vorder- und Rückseite eines Wickelschwerts gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 11A, 11B ein Batteriewickel in Schnittansicht und seitlicher Draufsicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 12A, 12B herkömmliche und erfindungsgemäße Deckelgruppen und Batteriewickel in seitlicher Draufsicht im Vergleich.
  • In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten und Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten oder Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine prismatische Batteriezelle 10‘ in perspektivischer Ansicht gemäß dem Stand der Technik.
  • Die prismatische Batteriezelle 10‘ ist der Übersicht halber ohne ein Zellgehäuse dargestellt und umfasst vier dicht nebeneinander angeordnete Batteriewickel 12‘ und eine Deckelgruppe 46‘, wobei die Deckelgruppe 46‘ zwei Terminale 14‘ umfasst, wodurch die prismatische Batteriezelle 10‘ von außen elektrisch kontaktiert wird.
  • Der Deckelgruppe 46 ist außerdem eine Befüllöffnung 16‘ und eine Berstmembran 18‘ zugeordnet. Die Befüllöffnung 16‘ und die Berstmembran 18‘ liegen im Wesentlichen im Zentrum einer Abschlussplatte 47‘, wohingegen die Terminale 14‘ auf der Abschlussplatte 47‘ peripher gelegen sind. Die Batteriewickel 12‘ werden in ein Zellgehäuse eingesetzt und mit dem flüssigen Elektrolyten befüllt. Durch Pfeile ist eine Einfließrichtung 20‘ eines flüssigen Elektrolyts angedeutet. Der flüssige Elektrolyt wird in 1 dabei über die Befüllöffnung 16‘ vertikal eingefüllt und gelangt dann horizontal in die Batteriewickel 12‘, welche sich mit dem flüssigen Elektrolyt vollsaugen. Hiernach erfolgt der Verschluss des Zellgehäuses mit der Deckelgruppe 46.
  • 2A zeigt eine Startanordnung 22 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Startanordnung 22 einen Lagenstapel 24 umfasst und oberhalb und unterhalb des Lagenstapels 24 zwei einander gegenüber angeordnete Wickelschwerter 26. Die Wickelschwerter 26 sind parallel zu einer Wickelachse 40 angeordnet, welche sich hier beispielhaft in der Mitte zwischen den Wickelschwertern 26 befindet.
  • Der Lagenstapel 24 umfasst drei Separatorlagen 28, eine Kathodenlage 30 und eine Anodenlage 32, wobei in der dargestellten Ausführungsform die Reihenfolge der Lagen festgelegt ist als Separatorlage 28, Anodenlage 32, Separatorlage 28, Kathodenlage 30, Separatorlage 28.
  • 2B zeigt eine alternative Ausführungsform der Startanordnung 22, wobei die Wickelschwerter 26 zueinander versetzt oberhalb und unterhalb des Lagenstapels 24 angeordnet sind. Die Wickelachse 40 befindet sich hier wiederum beispielhaft in der Mitte zwischen den Wickelschwertern 26.
  • Die Separatorlagen 28, Kathodenlage 30 und Anodenlage 32 können beispielsweise von Endlosbändern oder Rollen einer die Wickelschwerter 26 aufweisenden Wickeleinrichtung zugeführt werden.
  • 2C zeigt einen erfindungsgemäßen Batteriewickel 12, welcher nach einer 450°-Drehung bei Wicklung um die Wickelachse 40 aus der in 2A dargestellten Startanordnung 22 entstanden ist.
  • Die Anodenlage 32 und die Kathodenlage 30 sind zueinander longitudinal um einen Versatz 34 versetzt angeordnet, beispielsweise durch Zuschnitt auf dem Endlosband, so dass sich am Ende des Batteriewickels 12, in 2C an der oberen und an der unteren Seite, jeweils eine erste Anschlussfläche 36 für die Kathode und eine zweite Anschlussfläche 38 für die Anode herausbildet.
  • Die zwei Wickelschwerter 26 können hiernach entfernt werden oder können im Batteriewickel 12 verbleiben. Bevorzugt werden sie in dieser Ausführungsform entfernt, um das Volumengewicht der prismatischen Batteriezelle 10 zu verringern.
  • 3 zeigt den Batteriewickel 12, welcher aus der in 2C dargestellten Anordnung nach einem Schritt des Verpressens entsteht. Der Batteriewickel 12 umfasst gewickelte Lagen 62, wobei an der Außenseite typischerweise eine der Separatorlagen 28 angeordnet sein wird. Der Batteriewickel 12 umfasst nach dem Verpressen außenseitig außerdem die erste Anschlussfläche 36 der Kathode und die zweite Anschlussfläche 38 der Anode zur Kontaktierung mit Stromabnehmern 42, 44.
  • 4 zeig eine erfindungsgemäße Deckelgruppe 46, welche eine Abschlussplatte 47 mit einer darauf angeordneten Befüllöffnung 16 und einer Berstmembran 18 und Terminalen 14, wie aus dem Stand der Technik bekannt, umfasst, sowie einen ersten Stromabnehmer 42 der Kathode und einen zweiten Stromabnehmer 44 der Anode.
  • Der Batteriewickel 12 kann derart in das Zellgehäuse eingesetzt werden, dass eine Einfließrichtung 20 (dargestellt in 3) des flüssigen Elektrolyts parallel zu der Befüllöffnung 16 und/oder zu der Berstmembran 18 liegt.
  • In 5 ist die Zusammensetzung der Deckelgruppe 46 und des Batteriewickels 12 dargestellt, wobei die Anschlussflächen 36, 38 mit den entsprechenden Stromabnehmern 42, 44 verschweißt sind. In dem Gehäuse der prismatischen Batteriezelle 10 wird vorteilhaft lediglich ein einziger Batteriewickel 12 angeordnet, was eine Erhöhung in der Energiedichte bedeutet.
  • 6A und 6B zeigen ein Wickelschwert 26 von der Vorderseite (6A) und von der Rückseite (6B).
  • Das Wickelschwert 26 ist beispielsweise aus einer Kunststoffplatte 48 gebildet. Die Kunststoffplatte 48 hat eine rechteckige Grundfläche mit einer längeren Seite 50 und einer kürzeren Seite 52.
  • Die Wickelachse 40 ist in diesem Ausführungsbeispiel parallel zur längeren Seite 50 angeordnet. An der längeren Seite 50 befindet sich eine erste Schweißfläche 54 der Kathodenlage 30 und auf der Rückseite des Wickelschwerts 26 befindet sich eine entsprechende zweite Schweißfläche 56 der Anodenlage 32. Die Schweißflächen 54, 56 sind elektrisch mit den Anschlussflächen 36, 38 verbunden, welche sich an den kürzeren Seiten 52 des Wickelschwerts 26 befinden. Die Schweißflächen 54, 56 sind durch Isolationsabschnitte 58 von den gegenpoligen Anschlussflächen 36, 38 beabstandet.
  • Die erste Schweißfläche 54 der Kathodenlage 30 und die erste Anschlussfläche 36 der Kathodenlage 30 bestehen beispielsweise aus Aluminium, während die zweite Schweißfläche 56 der Anodenlage 32 und der zweite Stromabnehmer 44 der Anodenlage 32 aus Kupfer bestehen können.
  • 7 zeigt die Startanordnung 22 mit dem Wickelschwert 26, zwei Separatorlagen 28, einer Kathodenlage 30 und einer Anodenlage 32, wobei das Wickelschwert 26 wie mit Bezug zu 6A und 6B beschrieben ausgestaltet ist. Dargestellt ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 6A. Mit einem Pfeil ist eine Wickelrichtung 60 der Startanordnung 22 dargestellt. Die Kathodenlage 30 ist an der ersten Schweißfläche 54 angeschweißt und die Anodenlage 32 ist an die zweite Schweißfläche 56 angeschweißt. Die zwei Separatorlagen 28 sind hier beispielhaft einander gegenüberliegend angeordnet und isolieren die Kathodenlage 30 von der Anodenlage 32 voneinander.
  • 8A zeigt den Batteriewickel 12, welcher nach Wicklung der in 7 dargestellten Startanordnung 22 entsteht. In der Mitte des Batteriewickels 12 befindet sich das Wickelschwert 26, welches die Kontaktierung der Kathodenlage 30 und der Anodenlage 32 mit den Stromabnehmern 42, 44 bewerkstelligt. Um das Wickelschwert 26 befinden sich die gewickelten Lagen 62.
  • 8B zeigt eine seitliche Draufsicht auf den Batteriewickel 12, welcher nach Wicklung der in 7 dargestellten Startanordnung 22 um die Wickelachse 40 entsteht. Die in 8A dargestellte Anordnung ist dabei um 90° gedreht dargestellt. Die Anschlussflächen 36, 38 stehen seitlich aus den gewickelten Lagen heraus, so dass eine Kontaktierung mit der Deckelgruppe 46 wie in 5 dargestellt erfolgen kann, wobei die Anschlussflächen 36, 38 mit den entsprechenden Stromabnehmern 42, 44 verschweißt werden.
  • 9A zeigt eine herkömmliche Elektrode 30‘, 32‘, welche eine Anschlussfläche 36‘, 38‘ aufweist, die sich vollständig über eine Längsseite 70‘ der Elektrode 30‘, 32‘ erstreckt, wobei die Längsseite 70‘ länger als eine Querseite 72‘ ist.
  • In 9B ist eine erfindungsgemäße Elektrode 30, 32 dargestellt, wobei diese wie beschrieben die Schweißfläche 54, 56 aufweist, welche sich über eine Querseite 72 der Elektrode 30, 32 erstreckt. Im Gegensatz zu einer mit Aktivmaterial beschichtbaren Fläche 64‘ der herkömmlichen Elektrode 30‘, 32‘ ist eine mit Aktivmaterial beschichtbare Fläche 64 der erfindungsgemäßen Elektrode 30, 32 vergrößert.
  • 10A und 10B zeigen eine weitere Ausführungsform eines Wickelschwerts 26 entsprechend wie in 6A und 6B.
  • Während sich in 6A und 6B die Wickelachse 40 parallel zu der längeren Seite 50 des Wickelschwerts 26 erstreckt, wird gemäß dieser Ausführungsform die Wickelachse 40 parallel zur kürzeren Seite 52 des Wickelschwerts 26 angeordnet. Entsprechend erstrecken sich die erste Schweißfläche 54 der Kathodenlage 30 und die zweite Schweißfläche 56 der Anodenlage 32 über die kurze Seite 52 des Wickelschwerts 26. Das Wickelschwert 26 weist an einer ihrer längeren Seiten 50 zwei Überstände 68 auf, welche die Kontaktierung mit den Stromabnehmern 42, 44 ermöglichen. Hierdurch wird der Weg zu den Terminalen 14 verkürzt, wie mit Bezug zu 12 näher erläutert wird. Die Schweißflächen 54, 56 sind elektrisch mit den Anschlussflächen 36, 38 verbunden, welche an den Überständen 68 des Wickelschwerts 26 angeordnet sind.
  • Vor dem Wickelvorgang werden die Kathodenlage 30 an die erste Schweißfläche 54 und die Anodenlage 32 an die zweite Schweißfläche 56 geschweißt, und zwei Separatorlagen 28 angeordnet, wobei die mit Bezug zu 7 beschriebene Startanordnung 22 entsteht, wenn entsprechend der in 10A dargestellten Linie B-B geschnitten wird.
  • 11A zeigt den Batteriewickel 12, welcher aus der mit Bezug zu 10 beschriebenen Anordnung entsteht, mit dem Wickelschwert 26 und den gewickelten Lagen 62.
  • 11B zeigt den Batteriewickel 12 in seitlicher Draufsicht. Die Überstände 68 des Wickelschwerts 26 bilden die Anschlussflächen 36, 38 für die Terminale 14.
  • 12A und 12B zeigen die Wegverkürzung der Kontaktierung des Batteriewickels 12 mit den Terminalen 14 der Deckelgruppe 46, welche sich mit der mit Bezug zu 10A, 10B, 11A und 11B beschriebenen Ausführungsform (12A) im Vergleich zu der mit Bezug zu 6A, 6B, 8A und 8B beschriebenen Ausführungsform ergibt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer prismatischen Batteriezelle (10), wobei die prismatische Batteriezelle (10) eine Kathodenlage (30), eine Anodenlage (32) und zumindest zwei Separatorlagen (28) aufweist, mit den Schritten: a) räumliches Anordnen eines oder zweier Wickelschwerter (26), der Kathodenlage (30), der Anodenlage (32) und der zumindest zwei Separatorlagen (28) parallel zueinander und bezüglich einer Wickelachse (40) parallel zur Herstellung einer Startanordnung (22), b) Wickeln der Startanordnung (22) um die Wickelachse (40) zur Herstellung eines Batteriewickels (12), c) Einsetzen des Batteriewickels (12) in ein Zellgehäuse, d) Kontaktieren der Kathodenlage (30) und der Anodenlage (32) mit Stromabnehmern (42, 44), e) Befüllen des Zellgehäuses mit einem flüssigen Elektrolyt und f) Verschließen des Zellgehäuses.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wickelschwerter (26) und drei Separatorlagen (28) verwendet werden, wobei im Schritt a) die Kathodenlage (30), die Anodenlage (32) und die drei Separatorlagen (28) senkrecht zu der Wickelachse (40) zu einem Lagenstapel (24) übereinander angeordnet werden und wobei oberhalb und unterhalb des Lagenstapels (24) je ein Wickelschwert (26) parallel zu der Wickelachse (40) angeordnet wird, wobei der Lagenstapel (24) die Lagen in der Reihenfolge Separatorlage (28), Anodenlage (32), Separatorlage (28), Kathodenlage (30), Separatorlage (28) aufweist und wobei im Schritt b) um die zwei Wickelschwerter (26) gewickelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wickelschwert (26) und zwei Separatorlagen (28) verwendet werden, wobei im Schritt a) zunächst die Kathodenlage (30) und die Anodenlage (32) und die zwei Separatorlagen (28) an dem Wickelschwert (26) befestigt werden und wobei im Schritt b) um das Wickelschwert (26) gewickelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung der Kathodenlage (30) und der Anodenlage (32) mit den Stromabnehmern (42, 44) im Schritt d) über das Wickelschwert (26) erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelachse (40) parallel zu einer längeren Seite (50) des Wickelschwertes (26) liegt, so dass die Startanordnung (22) um die längere Seite (50) des Wickelschwertes (26) gewickelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelachse (40) parallel zu einer kürzeren Seite (52) des Wickelschwertes (26) liegt, so dass die Startanordnung (22) um die kürzere Seite (52) des Wickelschwertes (26) gewickelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelschwert (26) Anschlussflächen (36, 38) aufweist, welche Terminalen (14) der prismatischen Batteriezelle (10) gegenüberliegen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) der Batteriewickel (12) derart in das Zellgehäuse eingesetzt wird, dass eine Befüllöffnung (16) und/oder eine Berstmembran (18) in der Flucht der Wickelachse (40) liegt.
  9. Prismatische Batteriezelle (10), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Wickelschwert (26) im Zellgehäuse verbleibt.
  10. Kraftfahrzeug mit einer Batterie, welche zumindest eine prismatische Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 9 aufweist.
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