DE102014223138A1 - Verbinden zweier Bauteile mittels Kaltverformung - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung (7) zum Verbinden zweier Bauteile (1, 3) von Batterien, insbesondere Lithiumionen-Batterien, mittels Kaltverformung beschrieben, wobei jedes Bauteil (1, 3) einen Kontaktbereich (4a, 4b) aufweist mit mindestens zwei, in einer Verbindungsrichtung (11) nacheinander angeordneten Flächenabschnitten (14a–e, 15a–e) und wobei die Kontaktbereiche (4a, 4b) der Bauteile (1, 3) miteinander verbunden werden indem die Flächenabschnitte (14a–e, 15a–e) der Kontaktbereiche (4a, 4b) nacheinander in der Verbindungsrichtung (11) miteinander in physischen Kontakt kommen und eine stoffschlüssige Verbindung eingehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile von Batterien sowie auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer Batteriezelle mittels des Verfahrens nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
  • Stand der Technik
  • Eine Batteriezelle ist ein elektrochemischer Energiespeicher, der bei seiner Entladung die gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in elektrische Energie umwandelt. Es zeichnet sich ab, dass in der Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, beispielsweise in Windkraftanlagen, als auch in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrofahrzeuge ausgelegt sind, sowie bei Elektrogeräten neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohen Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Aufgrund ihrer großen Energiedichte werden insbesondere Lithiumionen-Batterien als Energiespeicher für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge verwendet.
  • In der US 020140065478 A1 ist eine Methode zur Beschichtung einer Elektrodenkollektorfolie einer Batteriezelle mit einer graphithaltigen Aktivmaterialmischung beschrieben. Die Aktivmaterialmischung wird in einem magnetischen Feld parallel zu der Elektrodenkollektorfolie auf diese beschleunigt.
  • In der US 020030172509 A1 ist eine Methode zur Herstellung eines Superkondensators offenbart. Hierbei wird die Anbindung der Elektroden an Stromableiter aus Metall mittels eines kalten Fügeprozesses, beispielsweise einer elektromagnetischen Pulsformtechnologie, beschrieben.
  • Eine Batteriezelle umfasst beispielsweise ein Gehäuse, in welchem eine Kathode, eine Anode und ein diese räumlich voneinander trennender Separator lokalisiert sind. Die Anode umfasst beispielsweise eine Kupferfolie, welche mit einem ersten Aktivmaterial beschichtet ist und die Kathode umfasst beispielsweise eine Aluminiumfolie, welche mit einem zweiten Aktivmaterial beschichtet ist. Die Elektroden können unter Zwischenschaltung des Separators beispielsweise aufeinander gestapelt vorliegen oder ineinander aufgewickelt sein. Alternativ kann der Separator beispielsweise eine Z-förmige Faltung aufweisen, wobei die beschichteten positiven und negativen Elektrodenfolien abwechselnd in die Zwischenräume des gefalteten Separators eingelegt werden. Die Aluminium- bzw. Kupferfolie der Kathode bzw. Anode wird bei der Herstellung der Batteriezelle beispielsweise zurechtgeschnitten, wobei bei dem Beschnitt zum Beispiel Kupfer und Aluminiumfahnen, welche die Kontaktfahnen bilden, stehen gelassen werden. Diese werden zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle benötigt. Hierzu werden die Kontaktfahnen beispielsweise an Stromableiter der Batteriezelle angebunden, beispielsweise mittels eines Ultraschallschweißverfahrens. Die Stromableiter bilden den weiteren Strompfad durch das Gehäuse der Batteriezelle zu beispielsweise an einer Außenseite des Gehäuses liegenden Batteriezellpolen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile von Batterien sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Batteriezelle nach dem Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche bereitgestellt. Dies beruht insbesondere darauf, dass die Kontaktbereiche der zu verbindenden Bauteile mittels Kaltverformung nacheinander in einer Verbindungsrichtung miteinander in physischen Kontakt kommen und eine stoffschlüssige Verbindung eingehen.
  • Vorteilhaft beim Verbinden zweier Bauteile von Batterien, insbesondere Lithiumionen-Batterien, mittels Kaltverformung ist, dass kaum Wärme in die zu verbindenden Bauteile eingebracht wird, wodurch keine Gefügebeeinflussung und kein Wärmeverzug der Bauteile auftritt. Dadurch wird die Lebensdauer der Bauteile verlängert und die Sicherheit der Batterie verbessert, da das Gefüge der entsprechenden Bauteile keine Schwachstellen aufweist. Zudem wird der Zusammenbau der Batteriekomponenten vereinfacht, da es im Gegensatz zu Verfahren mit Wärmeeintrag, beispielsweise Schweißverfahren, zu keiner Schweißwulst oder anderen Verformungen kommt, welche bei der Platzierung der Bauteile Probleme bereiten können, beispielsweise bei der exakten Positionierung der Bauteile.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Flächenabschnitte der Kontaktbereiche der zu verbindenden Bauteile nacheinander in einer Verbindungsrichtung miteinander in physischen Kontakt kommen, da auf diese Weise Partikel, die beim Verbinden der Bauteile durch Kaltverformung entstehen, beispielsweise wenn sich Oxidschichten auf der Oberfläche der Kontaktbereiche der zu verbindenden Bauteile bei der Verbindung lösen, im gleichen Zuge abgeführt werden können. Hierbei werden die Partikel, wenn die Kontaktbereiche der zu verbindenden Bauteile nach und nach in Verbindungsrichtung miteinander in Kontakt kommen, in Verbindungsrichtung vor den sich verbindenden Flächenabschnitten hergeschoben und schlussendlich aus dem Kontaktbereich ausgetragen und eliminiert. Die zu verbindenden Bauteile werden also anstatt parallel flächig aufeinander aufzutreffen vielmehr aufeinander abgerollt. So können nahezu alle Partikel entfernt werden. Durch die Reduzierung oder gar Vermeidung von in der Batterie verbleibenden Partikeln wird die Sicherheit der Batteriezelle deutlich verbessert, da Partikel, beispielsweise in den Elektrodenbereichen von Batterien, zu Funktionsminderungen und oftmals zu Kurzschlüssen von Batterien führen.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass die Kaltverformung mittels Elektromagnetischer Pulsformtechnologie (EMPT) erfolgt.
  • Mithilfe des EMPT-Verfahrens können metallische Werkstoffe über magnetische Impulse miteinander verbunden werden. Die Fügeteile befinden sich in der Nähe einer Magnetspule, durch die ein hoher Magnetimpuls fließt. Ein Magnetimpuls beschleunigt eines der beiden zu fügenden Bauteile gezielt, beispielsweise mit Geschwindigkeiten von über 200 m/s, auf das andere Bauteil. Beim Aufprall werden im Aufschlagbereich die Oxidschichten auf den Oberflächen beider Werkstoffe gelöst. Die so erzeugten reinen Oberflächen sind dann hochreaktiv und werden mit großem Druck aufeinander gepresst, wodurch eine metallische Bindung durch einen Elektronenaustausch entsteht. Vorteilhaft hierbei ist, dass vergleichsweise wenige Partikel verglichen mit Verfahren mit Wärmeeintrag wie beispielsweise Schweißverfahren entstehen, da keine Berührung mit einem Werkzeug stattfindet. Gerade bei physischem Kontakt zu einem Werkzeug entstehen bei metallischen Werkstoffen oft leitfähige Partikel oder Späne. Durch die Minderung der Bildung von Partikeln werden Funktionsminderungen und Kurzschlüsse der Batterie aufgrund von Partikeln, beispielsweise in den Elektrodenbereichen, vermieden, was einen erheblichen Beitrag zur Sicherheit der Batterie leistet. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass mittels des EMPT-Verfahrens gleichartige Werkstoffe sowie ungleiche Werkstoffe, deren Schmelzpunkte sich unterscheiden, wie beispielsweise Aluminium und Stahl, miteinander stoffschlüssig verbunden werden können. Weiterhin vorteilhaft ist, dass eine sehr feste Bindung zwischen den zu fügenden Bauteilen entsteht. Die Festigkeit entspricht der Festigkeit des weicheren der beiden Bauteile.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich daraus, dass das erste Bauteil der zu verbindenden Bauteile eine Elektrode einer Batteriezelle ist, und dass das zweite Bauteil der zu verbindenden Bauteile ein Stromableiter einer Batteriezelle ist. Gerade bei der Verbindung von Elektroden mit Stromableitern von Batteriezellen ist es besonders wichtig, Partikel in den Elektrodenbereichen zu vermeiden um Kurzschlüssen vorzubeugen. Bei der Verbindung kann beispielsweise die Elektrode auf den Stromableiter aufgerollt werden, indem sich die entsprechenden Kontaktbereiche nach und nach in einer Verbindungsrichtung miteinander verbinden. Die Partikel werde so in Verbindungsrichtung nach vorn geschoben und können schließlich auf der den Elektroden abgewandten Seite ausgestoßen und eliminiert werden. Insbesondere bei der Verbindung von Elektroden mit Stromableitern von Batteriezellen ist es außerdem besonders wichtig, dass beispielsweise die Elektrode nicht verformt oder deren Gefüge verändert wird, beispielswiese durch Wärmeeintrag, da hierdurch sowohl die Lebensdauer, als auch die Sicherheit der Bauteile beeinträchtigt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet sich deshalb bei der Verbindung von Elektroden an Stromableiter an.
  • Desweiteren ist es in einer Ausführungsform vorteilhaft, wenn die Elektrode der Batteriezelle Aluminium und/oder Kupfer umfasst. Kupfer, beispielsweise als Anodenmaterial, bildet bei niedrigen Potentialen keine Legierungen mit Lithium und ist elektrochemisch stabil. Desweiteren ist es bezüglich seiner Korrosionsbeständigkeit vorteilhaft, was untere anderem eine hohe Lebensdauer mit sich bringt. Zudem ist es gut zu verarbeiten und kann auch bei niedrigen Temperaturen optimal verformt werden. Aluminium, beispielsweise als Kathodenmaterial, bietet den Vorteil, dass es ein geringes Gewicht aufweist und zudem kostengünstig und in großen Mengen und hoher Reinheit verfügbar ist. Bei niedrigen Potentialen bildet es vorteilhafterweise eine schützende Aluminiumoxidschicht, die die elektrochemische Stabilität des Aktivmaterials erhöht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Stromableiter der Batteriezelle Aluminium und/oder Kupfer. Die Vorteile dieser Materialien sind bereits im vorhergehenden Abschnitt aufgeführt.
  • Desweiteren ist es in einer Ausführungsform vorteilhaft, wenn zumindest während des schrittweisen Verbindens der Kontaktbereiche der zu verbindenden Bauteile eine Absaugung entstehende Partikel in Verbindungsrichtung der zu verbindenden Bauteile erfolgt. Dies unterstützt das Ausschieben der Partikel durch die nacheinander miteinander in Kontakt kommenden Kontaktbereiche der zu verbindenden Bauteile. Auf diese Weise können die Partikel sicher und nahezu restlos entfernt werden.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Batteriezelle mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei weist die Vorrichtung einen Vorrichtungsabschnitt auf, welcher die Kaltverformung vermittelt, sowie eine Aufnahmevorrichtung für zumindest zwei Bauteile der Batteriezelle. Die zu verbindenden Bauteile sind hierbei so aufgenommen, dass die Flächenabschnitte der Kontaktbereiche aufeinander zu weisen, sich also mit einem gewissen Abstand beispielsweise gegenüberliegen und bei einer Kaltverformung nacheinander in Verbindungsrichtung miteinander in physischen Kontakt kommen. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Herstellung der Vorrichtung einfach ist sowie auch deren Aufbau.
  • In einer Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, wenn der Vorrichtungsabschnitt eine Magnetspule zur Aussendung von Magnetimpulsen aufweist, wobei die Magnetspule zumindest in eine Richtung, insbesondere in Verbindungsrichtung der Bauteile der Batterie bewegbar angebracht ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Magnetspule somit sehr flexibel ist und an unterschiedlichen räumlichen Positionen Magnetimpulse aussenden kann.
  • In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform umfasst der Vorrichtungsabschnitt der Vorrichtung zur Herstellung einer Batteriezelle eine Magnetspule mit einem Gradientenmagneten, wodurch die Stärke der von dieser ausgesendeten Magnetimpulse in einer Richtung, insbesondere in einer Verbindungsrichtung der zu verbindenden Bauteile abnimmt. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Magnetspule sehr effizient Magnetimpulse verschiedener Intensität aussenden kann. Zudem ist der Aufbau einer solchen Vorrichtung sehr einfach.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:
  • 1a: die schematische Darstellung eines Kontaktbereichs eines ersten Bauteils einer Batteriezelle,
  • 1b: die schematische Darstellung eines Kontaktbereichs eines zweiten Bauteils einer Batteriezelle,
  • 2a: die schematische Darstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbindung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils einer Batteriezelle vor dem Vorgang des Verbindens,
  • 2b: die schematische Darstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbindung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils einer Batteriezelle während des Vorgangs des Verbindens,
  • 3a: die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile von Batterien in einem ersten Schritt,
  • 3b: die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile von Batterien in einem zweiten Schritt, und
  • 3c: die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile von Batterien in einem dritten Schritt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1a ist ein Ausschnitt eines ersten Bauteils 1 einer Batteriezelle dargestellt. Das erste Bauteil 1 weist einen ersten Kontaktbereich 4a auf. Der erste Kontaktbereich 4a ist wiederum in beispielsweise fünf verschiedene, räumlich nacheinander liegende erste Flächenabschnitte 14a14e gegliedert. Die Dimensionen der ersten Flächenabschnitte 14a14e sind hier willkürlich gewählt und sind nur zum besseren Verständnis der Erfindung dargestellt. Das erste Bauteil 1 ist beispielsweise eine Elektrode einer Batteriezelle. Das erste Bauteil 1 umfasst beispielsweise Aluminium oder Kupfer.
  • In 1b ist ein Ausschnitt eines zweiten Bauteils 3 einer Batteriezelle dargestellt. Das zweite Bauteil 3 weist einen zweiten Kontaktbereich 4b auf. Der zweite Kontaktbereich 4b ist wiederum in fünf verschiedene, räumlich nacheinander liegende zweite Flächenabschnitte 15a15e gegliedert. Die Dimensionen der zweiten Flächenabschnitte 15a15e sind hier willkürlich gewählt und sind zum besseren Verständnis der Erfindung dargestellt. Das zweite Bauteil 3 ist beispielsweise ein Stromableiter einer Batteriezelle und umfasst beispielsweise Aluminium oder Kupfer.
  • In 2a ist ein Ausschnitt einer Vorrichtung 7 zur Herstellung einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithiumionen-Batteriezelle, dargestellt, durch welche eine Verbindung des in dargestellten ersten Bauteils 1 der Batteriezelle mit dem in dargestellten zweiten Bauteil 3 der Batteriezelle beispielsweise mittels eines EMPT-Verfahrens vermittelt wird. Die Vorrichtung 7 umfasst einen Vorrichtungsabschnitt 8 zur Ausführung einer Kaltverformung, insbesondere eine Magnetspule 5, und eine Aufnahmevorrichtung 9 zur Aufnahme zumindest zweier Bauteile 1, 3 einer Batteriezelle, welche nur teilweise dargestellt ist. In ist das zweite Bauteil 3 vor Beginn des Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile 1, 3 in der Aufnahmevorrichtung 9 platziert. Das erste Bauteil 1 ist in der Nähe der Magnetspule 5 lokalisiert. Die Kontaktbereiche 4a, 4b der zu verbindenden Bauteile 1, 3 sind zunächst beabstandet voneinander lokalisiert und weisen aufeinander zu. Hierbei liegen sich die ersten Flächenabschnitte 14a14e des ersten Bauteils 1 und die zweiten Flächenabschnitte 15a15e des zweiten Bauteils 3 beispielsweise derart gegenüber, dass sich der erste Flächenabschnitt 14a des ersten Bauteils 1 und der zweite Flächenabschnitt 15a des zweiten Bauteils 3 beispielsweise direkt gegenüberliegen und dass sich der erste Flächenabschnitt 14e des ersten Bauteils 1 und zweite Flächenabschnitt 15e des zweiten Bauteils 3 beispielsweise direkt gegenüberliegen.
  • Die Aufnahmevorrichtung 9 ist beispielsweise eine Aufnahmevorrichtung 9 für eine Elektrode und/oder einen Stromableiter und/oder für eine Batteriezelle und/oder eine Batterie.
  • In 2b ist der Ausschnitt der Vorrichtung 7 zur Herstellung einer Batteriezelle gemäß 2a, während des Vorgangs des Verbindens der beiden Bauteile 1, 3, dargestellt. Die Magnetspule 5 sendet Magnetimpulse 6 aus. Die Magnetspule 5 umfasst beispielsweise einen Gradientenmagnet, weshalb die Magnetimpulse 6 in einer Verbindungsrichtung 11 der zu verbindenden Bauteile 1, 3 graduell abnehmen. Die Magnetimpulse 6 treffen auf das erste Bauteil 1 auf und beschleunigen dieses auf das zweite Bauteil 3 zu. Da die Magnetimpulse 6 in Verbindungsrichtung 11 abnehmen wird das erste Bauteil 1 leicht gedreht, sodass der Teil des ersten Bauteils 1, welcher den betragsmäßig größten Magnetimpuls 6 erfährt, am meisten beschleunigt wird und der Teil des ersten Bauteils 1, welcher den betragsmäßig kleinsten Magnetimpuls 6 erfährt am wenigsten beschleunigt wird. Alternativ oder zusätzlich zu dem Gradientenmagneten der Magnetspule 5 kann die Magnetspule 5 zumindest in einer Richtung, insbesondere in Verbindungsrichtung 11, bewegbar angeordnet sein, sodass beispielsweise das erste Bauteil 1 auf Höhe des ersten Flächenabschnitts 14a des ersten Kontaktbereichs 4a zu einem früheren Zeitpunkt einen Magnetimpuls 6 erfährt als das erste Bauteil 1 auf Höhe des ersten Flächenabschnitts 14b des ersten Kontaktbereichs 4a, und dieses wiederum zu einem früheren Zeitpunkt einen Magnetimpuls 6 erfährt, als das erste Bauteil 1 auf Höhe des ersten Flächenabschnitts 14c des ersten Kontaktbereichs 4a.
  • In 3a ist ein erster Schritt des Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile 1, 3 von Batterien dargestellt, wobei die zu verbindenden Bauteile 1, 3 zur Vereinfachung nur im Bereich derer Kontaktbereiche 4a, 4b dargestellt sind. Auf das erste Bauteil 1 treffen in einer Verbindungsrichtung 11 der zu verbindenden Bauteile 1, 3 graduell abnehmende Magnetimpulse 6 auf, welche das erste Bauteil 1 auf das zweite Bauteil 3 zu beschleunigen. Da die Magnetimpulse 6 in Verbindungsrichtung 11 abnehmen wird das erste Bauteil 1 leicht gedreht, sodass der Teil des ersten Bauteils 1, welcher den betragsmäßig größten Magnetimpuls 6 erfährt, am meisten beschleunigt wird und der Teil des ersten Bauteils 1, welcher den betragsmäßig kleinsten Magnetimpuls 6 erfährt am wenigsten beschleunigt wird.
  • In 3b ist ein zweiter Schritt des Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile 1, 3 dargestellt. Die Kontaktbereiche 4a, 4b der zu verbindenden Bauteile 1, 3 treffen aufgrund der graduellen Magnetimpulse 6 versetzt aufeinander auf. Als erstes treffen der erste Flächenabschnitt 14a des ersten Kontaktbereichs 4a des ersten Bauteils 1 und der zweite Flächenabschnitt 15a des zweiten Kontaktbereichs 4b des zweiten Bauteils 3 aufeinander. Als nächstes treffen der erste Flächenabschnitt 14b des ersten Kontaktbereichs 4a des ersten Bauteils 1 und der zweite Flächenabschnitt 15b des zweiten Kontaktbereichs 4b des zweiten Bauteils 3 aufeinander. Zuletzt treffen der erste Flächenabschnitt 14e des ersten Kontaktbereichs 4a des ersten Bauteils 1 und der zweite Flächenabschnitt 15e des zweiten Kontaktbereichs 4b des zweiten Bauteils 3 aufeinander. Die Flächenabschnitte 14a14e und 15a15e der Kontaktbereiche 4a, 4b der zu verbindenden Bauteile 1, 3 treffen also nicht zeitgleich, sondern zeitlich versetzt aufeinander auf. Beim Aufeinanderprallen der Kontaktbereiche 4a, 4b der beiden zu verbindenden Bauteile 1, 3 werden in den Kontaktbereichen 4a, 4b gegebenenfalls die Oxidschichten auf den Oberflächen der beiden zu verbindenden Bauteile 1, 3 gelöst, wodurch Partikel 13 entstehen. Dadurch, dass die Flächenabschnitte 14a14e und 15a15e der zu verbindenden Bauteile 1, 3 in Verbindungsrichtung 11 nacheinander aufeinandertreffen, werden die Partikel 13 vor den sich nach und nach verbindenden Flächenabschnitten 14a14e und 15a15e der zu verbindenden Bauteile 1, 3 hergeschoben.
  • In 3c ist ein dritter Schritt des Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile 1, 3 dargestellt. Die beiden zu verbindenden Bauteile 1, 3 sind eine starke metallische Bindung miteinander eingegangen. Die Partikel 13, welche beispielswiese während des Aufeinandertreffens der beiden Bauteile 1, 3 entstanden sind, sind in Verbindungsrichtung 11 aus den Kontaktbereichen 4a und 4b der zu verbindenden Bauteile 1, 3 herausgeschoben worden und können eliminiert werden.
  • Während der Schritte 1–3 des Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile 1, 3 kann zusätzlich eine Absaugung aktiv sein, die die entstehenden Partikel 13, beispielsweise in Verbindungsrichtung 11 absaugt und den Prozess des Herausschiebens der Partikel 13 durch die sich nach und nach verbindenden Flächenabschnitte 14a14e und 15a15e der zu verbindenden Bauteile 1, 3 unterstützt.
  • Das erste Bauteil 1, beispielsweise eine Elektrode der Batteriezelle und das zweite Bauteil 3, beispielsweise ein Stromableiter der Batteriezelle können die selben oder verschiedene Materialien aufweisen, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Nickel, einen Stahl, beispielsweise einen Edelstahl oder eine Metalllegierung.
  • Auch ist es möglich anstatt das erste Bauteil 1 auf das zweite Bauteil 3 zu beschleunigen das zweite Bauteil 3 auf das erste Bauteil 1 zu beschleunigen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach den 3a3c und der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den 2a und 2b werden insbesondere Elektroden mit Stromableitern von Batterien, insbesondere Lithiumionen-Batterien, verbunden. Desweiteren werden beispielsweise Zellverbinder und/oder elektrische Kontakte beim Modul- und Zellverbau auf diese Weise verbunden, sowie beispielsweise das Batteriezellgehäuse mit dem Batteriezelldeckel und/oder das Batteriegehäuse mit dem Batteriedeckel. Entsprechende Batterien finden beispielsweise in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrofahrzeuge ausgelegt sind Anwendung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 020140065478 A1 [0003]
    • US 020030172509 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (1, 3) von Batterien, insbesondere Lithiumionen-Batterien, mittels Kaltverformung, wobei jedes Bauteil (1, 3) einen Kontaktbereich (4a, 4b) aufweist und die Kontaktbereiche (4a, 4b) der Bauteile (1, 3) miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche (4a, 4b) der zu verbindenden Bauteile (1, 3) jeweils mindestens zwei, in einer Verbindungsrichtung (11) nacheinander angeordnete Flächenabschnitte (14a–e, 15a–e) aufweisen, die nacheinander in der Verbindungsrichtung (11) miteinander in physischen Kontakt kommen und eine stoffschlüssige Verbindung eingehen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltverformung mittels elektromagnetischer Pulsumformtechnologie (EMPT) erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) eine Elektrode der Batteriezelle ist und dass das zweite Bauteil (3) ein Stromableiter der Batteriezelle ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode der Batteriezelle Aluminium oder Kupfer umfasst.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromableiter der Batteriezelle Aluminium oder Kupfer umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitgleich zum Verbinden der Kontaktbereiche (4a, 4b) der zu verbindenden Bauteile (1, 3) eine Absaugung von Partikeln (13) erfolgt, wobei die Absaugung insbesondere in Verbindungsrichtung (11) erfolgt.
  7. Vorrichtung (7) zur Herstellung einer Batteriezelle mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (7) einen Vorrichtungsabschnitt (8), welcher zur Vermittlung einer Kaltverformung ausgebildet ist, und eine Aufnahmevorrichtung (9) für zumindest zwei Bauteile (1, 3) der Batteriezelle umfasst, wobei die Bauteile (1, 3) so aufgenommen sind, dass jeweils mindestens zwei in einer Verbindungsrichtung (11) nacheinander angeordnete Flächenabschnitte (14a–e, 15a–e) von Kontaktbereichen (4a, 4b) der Bauteile (1, 3) aufeinander zu weisen, sodass diese bei einer Kaltverformung nacheinander in einer Verbindungsrichtung (11) miteinander in Kontakt kommen.
  8. Vorrichtung (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtungsabschnitt (8) eine Magnetspule (5) zur Aussendung von Magnetimpulsen (6) ist, wobei die Magnetspule (5) zumindest in eine Richtung, insbesondere in eine Verbindungsrichtung (11) zweier Bauteile (1, 3) einer Batterie, bewegbar angeordnet ist.
  9. Vorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtungsabschnitt (8) eine Magnetspule (5) umfasst, wobei die Magnetspule (5) einen Gradientenmagnet umfasst, wodurch die Stärke ausgesendeter Magnetimpulse (6) in eine Richtung, insbesondere in eine Verbindungsrichtung (11) zweier Bauteile (1, 3) einer Batterie, abnimmt.
  10. Vorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (9) für zumindest zwei Bauteile (1, 3) der Batteriezelle eine Aufnahmevorrichtung (9) für eine Elektrode und einen Stromableiter einer Batteriezelle ist.
  11. Vorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (9) desweiteren ausgebildet ist, eine Batteriezelle und/oder eine Batterie aufzunehmen.
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WO2018087322A1 (fr) * 2016-11-14 2018-05-17 Adm28 S.Àr.L Procédé de soudage par impulsion magnétique d'un empilement de feuillets

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