DE102016213138A1 - Batteriezelle mit durch dreilagigen Klebeverbund miteinander dicht verklebten Gehäusekomponenten sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Fertigung - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Batteriezelle (1) beschrieben, welche Elektroden (9), einen Elektrolyten (7) und ein Gehäuse (3), welches die Elektroden (9) und den Elektrolyten (7) umgibt, aufweist. Das Gehäuse (3) ist dabei aus mehreren Gehäusekomponenten (11) zusammengesetzt. Die Batteriezelle zeichnet sich dadurch aus, dass die Gehäusekomponenten (11) entlang einander gegenüberliegender Stoßflächen (21) durch einen Klebeverbund (13) dicht miteinander verklebt sind. Der Klebeverbund (13) weist hierzu folgendes auf: eine erste Klebeverbundkomponente (15), beispielsweise in Form eines PTFE-Bandes (16), welche zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen (21) der beiden Gehäusekomponenten (11) zwischengelagert ist und welche resistent und undurchlässig gegenüber dem Elektrolyten (9) ist; eine zweite Klebeverbundkomponente (17), welche von außen über die erste Klebeverbundkomponente (15) und über an die erste Klebeverbundkomponente (15) angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11) aufgebracht ist und welche aus einem flüssig verarbeitbaren, ausgehärteten Material, wie z.B. Epoxidharz, besteht; und eine dritte Klebeverbundkomponente (19), beispielsweise in Form eines Klebebandes (29), welche von außen über die zweite Klebeverbundkomponente (17) und über an die zweite Klebeverbundkomponente (17) angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11) aufgebracht ist und welche wasserundurchlässig und/oder sauerstoffundurchlässig ist. Es wird ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung (51) zum Fertigen solcher Batteriezellen (1) beschrieben.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu deren Fertigung.
  • Stand der Technik
  • Batterien, manchmal auch als Akkumulatoren bezeichnet, dienen zur elektrochemischen Speicherung von Energie. Die gespeicherte Energie kann für unterschiedliche Zwecke in Form von elektrischer Leistung wieder abgegeben werden, beispielsweise in Elektro- oder Hybridfahrzeugen oder für verschiedene mobile Anwendungen.
  • In einer Batteriezelle sind dabei im Allgemeinen zumindest zwei Elektroden sowie ein Elektrolyt aufgenommen. Je nach Art und Material der Elektroden und des Elektrolyten werden verschiedene Typen von Batterien unterschieden, z.B. Lithium-Ionen-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien, etc. Generell wird ferner zwischen Batteriezellen, die ein festes Gehäuse aufweisen und oft als prismatische Batteriezellen bezeichnet werden, und solchen ohne festes Gehäuse, bei denen die Elektroden beispielsweise in einem aus einer Folie gebildeten Beutel aufgenommen sind und welche oft als Pouch-Bag-Batteriezellen bezeichnet werden, unterschieden.
  • Das Gehäuse prismatischer Batteriezellen wird herkömmlich meist aus mehreren Gehäusekomponenten wie beispielsweise einer topfartigen unteren Komponente und einer deckelartigen oberen Komponente oder, alternativ, aus zwei Gehäusehälften zusammengesetzt. Die Gehäusekomponenten werden dabei bei herkömmlichen Fertigungsverfahren meist miteinander verlötet oder verschweißt, um sie einerseits formstabil und andererseits dicht und somit gegen ein Auslaufen des oft flüssigen Elektrolyten geschützt miteinander zu verbinden.
  • Allerdings erfordert ein derartiges Verlöten oder Verschweißen einen erheblichen Arbeits-, Energie- und/oder Kostenaufwand. Außerdem wird bei den genannten stoffschlüssigen Verbindungsverfahren erheblich Wärme in die Batteriezelle eingebracht, was bei nicht geeignet ausgelegter Verfahrensführung zu lokalen Überhitzungen innerhalb der Batteriezelle und eventuell zu einer Schädigung von deren Komponenten, insbesondere des Elektrolyts, führen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise eine Batteriezelle, insbesondere eine prismatische Lithium-Ionen-Batteriezelle, ermöglichen, bei der ein Gehäuse ausreichend mechanisch stabil und dicht ist und das Gehäuse einfach, kostengünstig und/oder erhebliches Risiko einer Schädigung aufgrund übermäßigen Wärmeeintrags gefertigt werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Batteriezelle vorgeschlagen, welche Elektroden, einen Elektrolyten, und ein Gehäuse, welches die Elektroden und den Elektrolyten umgibt, aufweist. Das Gehäuse ist aus wenigstens zwei Gehäusekomponenten zusammengesetzt. Die Batteriezelle zeichnet sich dadurch aus, dass die Gehäusekomponenten entlang einander gegenüberliegender Stoßflächen durch einen vorzugsweise wenigstens dreilagigen Klebeverbund dicht miteinander verklebt sind. Der Klebeverbund weist dabei eine erste, eine zweite und eine dritte Klebeverbundkomponente auf. Die erste Klebeverbundkomponente ist zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen der beiden Gehäusekomponenten zwischengelagert und ist resistent und undurchlässig gegenüber dem Elektrolyten. Die zweite Klebeverbundkomponente ist von außen über die erste Klebeverbundkomponente und über an die erste Klebeverbundkomponente angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten aufgebracht und besteht aus einem flüssig verarbeitbaren, ausgehärteten Material. Die dritte Klebeverbundkomponente ist von außen über die zweite Klebeverbundkomponente und über an die zweite Klebeverbundkomponente angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten aufgebracht und ist wasserundurchlässig und/oder sauerstoffundurchlässig.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen eines Gehäuses für eine Batteriezelle vorgeschlagen. Das Verfahren weist folgende Schritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge, auf: Bereitstellen mehrerer Gehäusekomponenten, welche zusammengesetzt das Gehäuse bilden; Anordnen zweier Gehäusekomponenten derart, dass sie sich entlang von Stoßflächen gegenüberliegen; Verkleben der Gehäusekomponenten mittels eines Klebevorgangs miteinander entlang der einander gegenüberliegenden Stoßflächen durch einen Klebeverbund. Dabei weist der Klebevorgang folgende Schritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge auf: Zwischenlagern einer ersten Klebeverbundkomponente zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen der beiden Gehäusekomponenten, wobei die erste Klebeverbundkomponente resistent gegenüber einem in dem Gehäuse aufzunehmenden Elektrolyten der Batteriezelle ist; Aufbringen einer zweiten Klebeverbundkomponente von außen über die erste Klebeverbundkomponente und über an diese erste Klebeverbundkomponente angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten, wobei die zweite Klebeverbundkomponente aus einem flüssig verarbeitbaren, aushärtbaren Material besteht, welches flüssig aufgebracht wird und dann ausgehärtet wird; und Aufbringen einer dritten Klebeverbundkomponente von außen über die zweite Klebeverbundkomponente und über an die zweite Klebeverbundkomponente angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten, wobei die dritte Klebeverbundkomponente wasserundurchlässig und/oder sauerstoffundurchlässig ist.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Fertigen eines Gehäuses für eine Batteriezelle vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist eine Halteeinrichtung zum Halten zweier Gehäusekomponenten derart, dass sie sich entlang von Stoßflächen gegenüberliegen, und eine Klebeeinrichtung zum Verkleben der Gehäusekomponenten miteinander entlang der einander gegenüberliegenden Stoßflächen durch einen Klebeverbund auf. Dabei weist die Klebeeinrichtung eine erste Zuführeinheit, eine zweite Zuführeinheit und eine dritte Zuführeinheit auf. Die erste Zuführeinheit ist zum Zuführen und Zwischenlagern einer ersten Klebeverbundkomponente zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen der beiden Gehäusekomponenten ausgelegt, wobei die erste Klebeverbundkomponente resistent gegenüber in dem Gehäuse aufzunehmendem Elektrolyten der Batteriezelle ist. Die zweite Zuführeinheit ist zum Zuführen und Aufbringen einer zweiten Klebeverbundkomponente von außen über die erste Klebeverbundkomponente und über an diese erste Klebeverbundkomponente angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten ausgelegt, wobei die zweite Klebeverbundkomponente aus einem flüssigen, aushärtbaren Material besteht. Die dritte Zuführeinheit ist zum Zuführen und Aufbringen einer dritten Klebeverbundkomponente von außen über die zweite Klebeverbundkomponente und über an die zweite Klebeverbundkomponente angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten ausgelegt, wobei die dritte Klebeverbundkomponente wasserundurchlässig und/oder sauerstoffundurchlässig ist.
  • Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
  • Um beim Verbinden von Gehäusekomponenten zum Fertigen eines Gehäuses einer Batteriezelle arbeits- und kostenaufwendige Verarbeitungsschritte sowie einen übermäßigen Wärmeeintrag in die Batteriezelle zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Gehäusekomponenten nicht zu verschweißen oder zu verlöten, sondern durch einen geeignet ausgelegten Klebevorgang miteinander zu verbinden. Dabei soll eine im Rahmen des Klebevorgangs bewirkte Verklebung sowohl ein formstabiles Verbinden zweier benachbarter Gehäusekomponenten bewirken als auch sicherstellen, dass die Gehäusekomponenten dauerhaft dicht miteinander verbunden sind, sodass weder Elektrolyt aus dem von den Gehäuse umgebenen Innern der Batteriezelle austreten noch z.B. Kontaminationen wie z.B. Wasser oder Sauerstoff von außen in das Innere der Batteriezelle eindringen können.
  • Es wurde dabei festgestellt, dass diese verschiedenen Anforderungen unterschiedliche und sich teilweise sogar widersprechende Eigenschaften von der Verklebung fordern. Daher wird es als schwierig erachtet, die Verklebung mittels lediglich einer einzigen Klebekomponente, d.h. lediglich z.B. eines Klebstoffs, zu bewirken. Stattdessen wird es als vorteilhaft erachtet, die Verklebung als Klebeverbund auszubilden, der aus wenigstens drei verschiedenen Klebeverbundkomponenten zusammengesetzt ist. Jede der Klebeverbundkomponenten kann dann auf bestimmte Anforderungen optimiert ausgelegt werden.
  • Beispielsweise kann die erste Klebeverbundkomponente dazu optimiert ausgelegt werden, eine innerste und somit gegebenenfalls direkt mit dem Elektrolyten in Kontakt kommende Lage des Klebeverbundes bilden zu können. Hierzu sollte die erste Klebeverbundkomponente resistent gegenüber dem Elektrolyten sein. In Batteriezellen verwendete Elektrolyten können dabei regelmäßig aggressive Substanzen wie beispielsweise Fluorwasserstoff (HF) enthalten.
  • Resistent kann in diesem Zusammenhang bedeuten, dass die erste Klebeverbundkomponente bei Kontakt mit dem Elektrolyten nicht wesentlich geschädigt wird, insbesondere dass das Material der ersten Klebeverbundkomponente nicht mit dem Elektrolyten chemisch reagiert, nicht von diesem angegriffen wird und/oder bei Kontakt mit diesem nicht wesentlich (d.h. beispielsweise um mehr als 5 vol-% oder mehr als 10 vol-%) aufquillt.
  • Ferner sollte die erste Klebeverbundkomponente möglichst undurchlässig bezüglich des Elektrolyten sein. Mit anderen Worten sollte der Elektrolyt bzw. aus diesem freigesetzte Substanzen nicht in wesentlichen Mengen, insbesondere nicht in schädigenden Mengen, durch die erste Klebeverbundkomponente hindurch gelangen können und beispielsweise darüber liegende Klebeverbundkomponenten erreichen können oder sogar in eine Umgebung entweichen können.
  • Ferner sollte die erste Klebeverbundkomponente dazu optimiert ausgelegt sein, eine mechanisch formstabile Verbindung zwischen den Gehäusekomponenten zu bewirken oder diese zumindest maßgeblich zu unterstützen.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Klebeverbundkomponente einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt auf. Die erste Klebeverbundkomponente kann beispielsweise in Form eines länglichen, im Querschnitt im Wesentlichen T-förmigen Bandes bereitgestellt und geeignet zwischen die beiden Gehäusekomponenten zwischengelagert werden.
  • Der Begriff „T-förmig“ soll hierbei breit ausgelegt werden und allgemein Geometrien abdecken, die einen ersten Schenkel (nachfolgend als Vertikalschenkel bezeichnet) und zwei an gegenüberliegenden Seiten dieses ersten Schenkels von dem ersten Schenkel quer abragende zweite Schenkel (nachfolgend als Querschenkel bezeichnet) aufweisen. Dieser Definition folgend kann beispielsweise auch ein „Y“ hierin als im Wesentlichen T-förmig verstanden werden.
  • Der Vertikalschenkel kann dabei zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen der beiden Gehäusekomponenten zwischengelagert werden, so dass diese Gehäusekomponenten voneinander beabstandet gehalten werden. Die Stoßflächen können dabei jeweils direkt an eine Oberfläche des Vertikalschenkels angrenzen. Die Querschenkel können dazu dienen, die beiden Gehäusekomponenten relativ zu der ersten Klebeverbundkomponente und damit auch relativ zueinander in gewünschter Weise zu positionieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform bestehen die Gehäusekomponenten aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus Metall. Die Gehäusekomponenten können dabei für eine ausreichend mechanische Festigkeit des Gehäuses sorgen, können zusätzlich aber auch als von außen her kontaktierbare Elektroden für die Batteriezelle dienen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Klebeverbundkomponente mit einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Die erste Klebeverbundkomponente kann somit dazu dienen, an sie angrenzende Gehäusekomponenten elektrisch voneinander zu isolieren. Benachbarte Gehäusekomponenten, welche durch eine zwischengelagerte erste Klebeverbundkomponente voneinander elektrisch isoliert gehalten werden, können somit als verschiedene Elektroden der Batteriezelle wirken.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Klebeverbundkomponente mit Polytetrafluorethylen ausgebildet. Polytetrafluorethylen (PTFE – manchmal auch als Teflon® bezeichnet) ist chemisch hoch widerstandsfähig und beispielsweise resistent und dicht gegenüber Fluorwasserstoff.
  • Alternativ können auch andere chemisch widerstandsfähige und/oder elektrisch isolierende Materialien zur Bildung der ersten Klebeverbundkomponente eingesetzt werden, beispielsweise Kunststoffe, insbesondere Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE). Es können auch stark vernetzte Kunststoffe wie z.B. Epoxide eingesetzt werden.
  • Die zweite Klebeverbundkomponente soll aus einem flüssig verarbeitbaren und aushärtbaren Material bestehen, so dass sie in flüssigem Zustand von außen her über die zuvor eingebrachte erste Klebeverbundkomponente sowie an diese angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten aufgebracht, d.h. beispielsweise aufgegossen, aufgespritzt, aufgetropft oder in anderer Weise dispensiert, werden kann und anschließend ausgehärtet werden kann. Im flüssigen Zustand kann die zweite Klebekomponente somit gut in etwaige Hohlräume fließen und diese nach dem Aushärten dicht verschließen. Die zweite Klebekomponente sollte dabei vorzugsweise klebend an der ersten Klebekomponente und/oder an den Gehäusekomponenten anhaften können. Nach dem Aushärten kann die zweite Klebekomponente somit die erste Klebekomponente und die beiden Gehäusekomponenten aneinander fixieren und eine relative Positionierung zwischen diesen unterstützen. Ferner sollte die zweite Klebekomponente vorzugsweise ausreichend resistent gegenüber einem Angriff durch Elektrolyt sein, insbesondere sofern die erste Klebekomponente nicht absolut sicherstellen kann, dass Elektrolyt bis hin zur zweiten Klebekomponente gelangt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Klebeverbundkomponente mit Epoxidharz ausgebildet. Epoxidharz wird als hervorragend dazu geeignet angesehen, die zuvor genannten Anforderungen an die zweite Klebeverbundkomponente zu erfüllen. Ferner ist Epoxidharz einfach, risikoarm und/oder im industriellen Maßstab verarbeitbar. Alternativ können jedoch auch andere flüssig verarbeitbare und aushärtbare Materialien, insbesondere stark vernetzende Polymere, als zweite Klebeverbundkomponente eingesetzt werden. Insbesondere können z.B. Acrylate eingesetzt werden.
  • Die dritte Klebeverbundkomponente soll insbesondere als Barriere gegen ein Eindringen von Wasser und/oder Sauerstoff schützen. Insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien muss zuverlässig verhindert werden, dass Fremdstoffe, insbesondere Wasser oder Sauerstoff, ins Innere der Batteriezelle gelangen können, da es ansonsten zu unerwünschten chemischen Reaktionen kommen kann. Die dritte Klebekomponente sollte daher aus einem geeigneten Wasser- und/oder Sauerstoff-undurchlässigen Material bestehen oder zumindest eine durchgängige Schicht aus einem solchen Material aufweisen. Eine solche dritte Klebekomponente kann dann von außen her über die zuvor aufgebrachte zweite, vorzugsweise bereits ausgehärtet Klebekomponente aufgebracht werden und dabei möglichst auch deren Ränder überlappen und somit an angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten anstoßen. Durch einen derart mit der dritten Klebekomponente ausgestatteten Klebeverbund soll im Wesentlichen kein Wasser und/oder kein Sauerstoff, zumindest keine die Batteriezelle potenziell schädigenden oder gefährdenden Mengen an Wasser und/oder Sauerstoff, von außen her kommend den Klebeverbund überwinden und ins Innere der Batteriezelle gelangen können. Vorzugsweise ist die dritte Klebeverbundkomponente undurchlässig sowohl für Wasser als auch für Sauerstoff. Wenn jedoch z.B. eine der anderen Klebeverbundkomponenten undurchlässig für Wasser oder Sauerstoff ist, kann es genügen, dass die dritte Klebeverbundkomponente nur undurchlässig für den jeweils anderen dieser beiden Stoffe ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die dritte Klebeverbundkomponente mit einem selbstklebenden Band, insbesondere einem Gewebeband, ausgebildet. Das selbstklebende Band kann beispielsweise nach dem die zweite Klebeverbundkomponente aufgebracht und ausgehärtet wurde von außen über diese und angrenzende Bereiche der Gehäusekomponente ausgepresst und dadurch an diese angeklebt werden und für die benötigte Wasser- und Sauerstoff-Dichtheit sorgen. Eine als Gewebeband ausgeführte, d.h. mit einem Gewebe verstärkte, dritte Klebeverbundkomponente kann ergänzend eine zusätzliche Stabilität für den gesamten Klebeverbund bewirken. Gegebenenfalls kann das Band als mehrlagiges Band ausgeführt sein.
  • Die dritte Klebeverbundkomponente, insbesondere wenn sie als Band oder Gewebeband ausgeführt ist, kann eine gewisse Elastizität aufweisen, um vorteilhaft beispielsweise von außen her auf die Batteriezelle einwirkende Vibrationen aufnehmen und/oder dämpfen zu können. Dies kann eine Langlebigkeit der Batteriezelle verbessern.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse aus zwei als identische Halbschalen ausgebildeten Gehäusekomponenten zusammengesetzt. Das Gehäuse kann hierbei in einfacher Weise gebildet werden, in dem die beiden Halbschalen über den Klebeverbund miteinander mechanisch stabil wie auch dicht verbunden werden. Da die beiden Halbschalen identisch sind, braucht lediglich eine Art von Gehäusekomponenten gefertigt und bereitgestellt werden, was Fertigungs-, Logistik- und Lagerkosten reduzieren kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung der Batteriezellen werden die drei Klebeverbundkomponenten sequentiell nacheinander ausgebildet. Mit anderen Worten wird der Klebeverbund vorzugsweise nicht als vorgefertigte Einheit bereitgestellt und dann die Gehäusekomponenten damit verklebt, sondern die drei Klebeverbundkomponenten werden während eines Klebevorgangs nacheinander an bzw. über die Gehäusekomponenten aufgebracht und bilden erst dort den fertigen Klebeverbund. Dies kann sowohl eine Fertigung der Batteriezelle vereinfachen als auch ein letztendlich zu bewirkendes Erreichen von Funktionalitäten wie mechanische Stabilisierung und Dichtheit unterstützen.
  • Insbesondere können die einzelnen Verfahrensschritte zum Ausbilden des Klebeverbundes mittels einer speziell hierfür adaptierten einzigen Fertigungsvorrichtung durchgeführt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung ist die erste Zuführeinheit dabei dazu ausgebildet, die erste Klebeverbundkomponente in Form eines länglichen Bandes sukzessive zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen der Gehäusekomponenten zwischenzulagern. Ferner ist die zweite Zuführeinheit dazu ausgebildet, das die zweite Klebeverbundkomponente bildende flüssige Material über die erste Klebeverbundkomponente und über die an diese erste Klebeverbundkomponente angrenzenden Bereiche der beiden Gehäusekomponenten zu dispensen. Die dritte Zuführeinheit ist dazu ausgebildet, die dritte Klebeverbundkomponente in Form eines länglichen selbstklebenden Bandes sukzessive von außen an die zweite Klebeverbundkomponente und an die an die zweite Klebeverbundkomponente angrenzenden Bereiche der beiden Gehäusekomponenten anzuhaften.
  • Eine solche Fertigungsvorrichtung kann alle zum Verkleben von Gehäusekomponenten zum Bilden einer Batteriezelle notwendigen Verfahrensschritte vorzugsweise in einem einzigen Verfahrensdurchgang erledigen. Sie kann somit für eine schnelle, effiziente und/oder kostengünstige Zellfertigung eingesetzt werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen einer Batteriezelle, eines Verfahrens zum Fertigen eines Gehäuses für eine Batteriezelle sowie einer Vorrichtung zum Fertigen eines Gehäuses für eine Batteriezelle beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise übertragen, kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
  • 1 veranschaulicht in perspektivische Ansicht ein Verfahren zum Fertigen eines Gehäuses für eine Batteriezelle sowie Komponenten einer hierfür eingesetzten Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht durch ein Gehäuse und dessen Klebeverbund einer erfindungsgemäßen Batteriezelle.
  • Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 veranschaulicht eine Fertigung einer Batteriezelle 1 sowie eine hierfür eingesetzte Vorrichtung 51 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 2 veranschaulicht im Querschnitt einen Bereich eines Gehäuses 3 der Batteriezelle 1.
  • Das Gehäuse 3 der Batteriezelle 1 umschließt einen Innenraum 5, in dem Komponenten der Batteriezelle 1 wie insbesondere deren Elektrolyt 7 sowie deren Elektroden 9 (aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich sehr schematisch dargestellt) aufgenommen sind. Das Gehäuse 3 ist dabei aus Gehäusekomponenten 11 zusammengesetzt. Im dargestellten Beispiel setzt sich das Gehäuse 3 aus zwei als identische Halbschalen ausgebildeten Gehäusekomponenten 11 zusammen.
  • Um die Gehäusekomponenten 11 sowohl stabil als auch dicht miteinander zu verbinden, werden diese mithilfe eines Klebeverbunds 13 miteinander verklebt. Der Klebeverbund 13 weist dabei einen dreilagigen Aufbau mit drei Klebeverbundkomponenten 15, 17,19 auf und kann mittels einer Klebeeinrichtung 52 bewirkt werden.
  • Um die Gehäusekomponenten 11 während des Verklebens geeignet anordnen zu können, weist die Fertigungsvorrichtung 51 eine Halteeinrichtung 53 (lediglich sehr schematisch dargestellt) auf, um die Gehäusekomponenten 11 derart zu halten, dass sie sich entlang von Stoßflächen 21 gegenüberliegen.
  • Zum Fertigen des Klebeverbunds 13 wird zunächst die erste Klebeverbundkomponente 15 entlang der einander gegenüberliegenden Stoßflächen 21 beider Gehäusekomponenten 11 zwischengelagert. Im dargestellten Beispiel wird hierzu von einer ersten Zuführeinheit 55 die erste Klebeverbundkomponente 15 in Form eines langen Bandes 16 mit T-förmigem Querschnitt zwischen den beiden Gehäusekomponenten 11 angeordnet.
  • Ein Vertikalschenkel 23 des T-förmigen Profils des Bandes 16 wird dabei zwischen die Stoßflächen 21 der beiden Gehäusekomponenten 11 geschoben. Querschenkel 25 des T-förmigen Profils des Bandes 16 liegen jeweils an einer nach außen gerichteten Oberfläche beider Gehäusekomponenten 11 an. Aufgrund dieser geometrischen Ausgestaltung kann die erste Klebeverbundkomponente 15 einerseits einen sich zwischen den Stoßflächen 21 erstreckenden Spalt füllen und andererseits die beiden Gehäusekomponenten 11 relativ zueinander positionieren, vorzugsweise in geeignetem Abstand relativ zueinander, um einen direkten Kontakt bei der Gehäusekomponenten 11 zu vermeiden.
  • Die erste Klebeverbundkomponente 15 besteht aus einem Material, welches resistent gegenüber dem Elektrolyten 7 ist, beispielsweise aus PTFE.
  • Anschließend wird die zweite Klebekomponente 17 von außen über die erste Klebekomponente 15 sowie über an diese angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten 11 aufgebracht. Die zweite Klebekomponente 17 wird dabei mittels einer flüssig verarbeitbaren Substanz wie beispielsweise Epoxidharz 27 ausgebildet. Mithilfe einer zweiten Zuführeinheit 57 wird hierfür das Epoxidharz 27 im flüssigen Zustand mittels eines Dispensers 59 geeignet über die zuvor angeordnete erste Klebekomponente 15 aufgebracht und verteilt, sodass sie auch über seitliche Ränder dieser ersten Klebekomponente 15 fließt und dort bereichsweise die nach außen gerichtete Oberfläche der Gehäusekomponenten 11 bedeckt. Das derart aufgebrachte Epoxidharz 27 kann nachfolgend ausgehärtet werden. Beispielsweise kann es hierfür mithilfe einer Lichtquelle 61, insbesondere einer UV-Lichtquelle, beleuchtet werden. Alternativ kann das Epoxidharz 27 aber auch in anderer Weise, d.h. beispielsweise thermisch, durch Zugabe eines Härters, etc. ausgehärtet werden.
  • Abschließend wird mithilfe einer dritten Zuführeinheit 63 die dritte Klebeverbundkomponente 19 über die zuvor aufgebrachte zweite Klebeverbundkomponente 17 und an diese angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten 11 aufgebracht. Die dritte Klebeverbundkomponente 19 kann dabei in Form eines Bandes 29, insbesondere eines Gewebebandes, aufgebracht werden. Material und/oder Geometrie der dritten Klebeverbundkomponente 19 sind dabei derart gewählt, dass diese für eine ausreichende Dichtheit gegenüber Wasser und Sauerstoff sorgen kann.
  • Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims (12)

  1. Batteriezelle (1), aufweisend: Elektroden (9), einen Elektrolyten (7), und ein Gehäuse (3), welches die Elektroden (9) und den Elektrolyten (7) umgibt, wobei das Gehäuse (3) aus mehreren Gehäusekomponenten (11) zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekomponenten (11) entlang einander gegenüberliegender Stoßflächen (21) durch einen Klebeverbund (13) dicht miteinander verklebt sind, wobei der Klebeverbund (13) aufweist: eine erste Klebeverbundkomponente (15), welche zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen (21) der beiden Gehäusekomponenten (11) zwischengelagert ist und welche resistent und undurchlässig gegenüber dem Elektrolyten (7) ist, eine zweite Klebeverbundkomponente (17), welche von außen über die erste Klebeverbundkomponente (15) und über an die erste Klebeverbundkomponente (15) angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11) aufgebracht ist und welche aus einem flüssig verarbeitbaren, ausgehärteten Material besteht, eine dritte Klebeverbundkomponente (19), welche von außen über die zweite Klebeverbundkomponente (17) und über an die zweite Klebeverbundkomponente (17) angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11) aufgebracht ist und welche wasserundurchlässig und/oder sauerstoffundurchlässig ist.
  2. Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei die erste Klebeverbundkomponente (15) einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt aufweist.
  3. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gehäusekomponenten (11) aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus Metall, bestehen.
  4. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Klebeverbundkomponente (15) mit einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist.
  5. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Klebeverbundkomponente (15) mit Polytetrafluorethylen ausgebildet ist.
  6. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zweite Klebeverbundkomponente (17) mit Epoxidharz (27) ausgebildet ist.
  7. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dritte Klebeverbundkomponente (19) mit einem selbstklebenden Band (29), insbesondere einem Gewebeband, ausgebildet ist.
  8. Batteriezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (3) aus zwei als identische Halbschalen ausgebildeten Gehäusekomponenten (11) zusammengesetzt ist.
  9. Verfahren zum Fertigen eines Gehäuses (3) für eine Batteriezelle (1), aufweisend: Bereitstellen mehrerer Gehäusekomponenten (11), welche zusammengesetzt das Gehäuse (3) bilden, Anordnen zweier Gehäusekomponenten (11) derart, dass sie sich entlang von Stoßflächen (21) gegenüberliegen, Verkleben der Gehäusekomponenten (11) miteinander entlang der einander gegenüberliegenden Stoßflächen (21) durch einen Klebeverbund (13), wobei ein Klebevorgang aufweist: Zwischenlagern einer ersten Klebeverbundkomponente (15) zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen (21) der beiden Gehäusekomponenten (11), wobei die erste Klebeverbundkomponente (15) resistent gegenüber einem in dem Gehäuse (3) aufzunehmenden Elektrolyten (7) der Batteriezelle (1) ist, Aufbringen einer zweiten Klebeverbundkomponente (17) von außen über die erste Klebeverbundkomponente (15) und über an diese erste Klebeverbundkomponente (15) angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11), wobei die zweite Klebeverbundkomponente (17) aus einem flüssig verarbeitbaren, aushärtbaren Material besteht, welches flüssig aufgebracht wird und dann ausgehärtet wird, Aufbringen einer dritten Klebeverbundkomponente (19) von außen über die zweite Klebeverbundkomponente (17) und über an die zweite Klebeverbundkomponente (17) angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11), wobei die dritte Klebeverbundkomponente (19) wasserundurchlässig und/oder sauerstoffundurchlässig ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die drei Klebeverbundkomponenten (15, 17, 19) sequentiell nacheinander ausgebildet werden.
  11. Vorrichtung (51) zum Fertigen eines Gehäuses (3) für eine Batteriezelle (1), aufweisend: eine Halteeinrichtung (53) zum Halten zweier Gehäusekomponenten (11) derart, dass sie sich entlang von Stoßflächen (21) gegenüberliegen, eine Klebeeinrichtung (52) zum Verkleben der Gehäusekomponenten (11) miteinander entlang der einander gegenüberliegenden Stoßflächen (11) durch einen Klebeverbund (13), wobei die Klebeeinrichtung (52) aufweist: eine erste Zuführeinheit (55) zum Zuführen und Zwischenlagern einer ersten Klebeverbundkomponente (15) zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen (21) der beiden Gehäusekomponenten (11), wobei die erste Klebeverbundkomponente (15) resistent gegenüber in dem Gehäuse (3) aufzunehmendem Elektrolyten (7) der Batteriezelle (1) ist, eine zweite Zuführeinheit (57) zum Zuführen und Aufbringen einer zweiten Klebeverbundkomponente (17) von außen über die erste Klebeverbundkomponente (15) und über an diese erste Klebeverbundkomponente (15) angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11), wobei die zweite Klebeverbundkomponente (17) aus einem flüssigen, aushärtbaren Material besteht; eine dritte Zuführeinheit (63) zum Zuführen und Aufbringen einer dritten Klebeverbundkomponente (19) von außen über die zweite Klebeverbundkomponente (17) und über an die zweite Klebeverbundkomponente (17) angrenzende Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11), wobei die dritte Klebeverbundkomponente (19) wasserundurchlässig und/oder sauerstoffundurchlässig ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Zuführeinheit (55) dazu ausgebildet ist, die erste Klebeverbundkomponente (15) in Form eines länglichen Bandes (16) sukzessive zwischen die einander gegenüberliegenden Stoßflächen (21) der Gehäusekomponenten (11) zwischenzulagern, wobei die zweite Zuführeinheit (57) dazu ausgebildet ist, das die zweite Klebeverbundkomponente (17) bildende flüssige Material über die erste Klebeverbundkomponente (15) und über die an diese erste Klebeverbundkomponente (15) angrenzenden Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11) zu dispensen, und wobei die dritte Zuführeinheit (63) dazu ausgebildet ist, die dritte Klebeverbundkomponente (19) in Form eines länglichen selbstklebenden Bandes (29) sukzessive von außen an die zweite Klebeverbundkomponente (17) und an die an die zweite Klebeverbundkomponente (17) angrenzenden Bereiche der beiden Gehäusekomponenten (11) anzuhaften.
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