DE102017116891A1 - Abschlussstruktur einer elektrischen Batterie - Google Patents

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Abstract

Die Abschlussstruktur (2) einer elektrischen Batterie umfasst eine Deckelplatte (3) und ein diese im Bereich eines Durchbruchs (5) durchdringendes Anschluss-Kontaktelement (4). Dieses ist als Mehrzonenelement ausgeführt mit einem aus einem ersten Metall oder einer vorrangig ein erstes Metall enthaltenden ersten Metalllegierung bestehenden, sich in das Innere (I) der Batterie erstreckenden und dort eine freiliegende erste Kontaktfläche (21) ausbildenden ersten Bereich (18) und einem aus einem zweiten Metall oder einer vorrangig ein zweites Metall enthaltenden zweiten Metalllegierung bestehenden, sich nach Außen (A) erstreckenden und dort eine freiliegende zweite Kontaktfläche (24) ausbildenden zweiten Bereich (19), wobei der erste und der zweite Bereich miteinander im Bereich einer Grenzfläche (20; 41) verbunden sind. Das Anschluss-Kontaktelement (4) ist mittels eines aus isolierendem Material bestehenden, dichtend an das Anschluss-Kontaktelement (4) sowie in der Umgebung des Durchbruchs (5) an die Deckelplatte (3) angespritzten Kontaktträgers (28), der den äußeren Umfang der Grenzfläche (20; 41) vollständig überdeckt, unlösbar mit der Deckelplatte (3) verbunden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Abschlussstruktur einer elektrischen Batterie, insbesondere einer Lithium-Zelle, umfassend eine Deckelplatte und ein diese im Bereich eines Durchbruchs durchdringendes Anschluss-Kontaktelement.
  • Elektrische Batterien umfassen regelmäßig ein Gehäuse, das die Komponenten aufnimmt, an denen sich jene elektrochemischen Prozesse vollziehen, welche für die Bereitstellung der elektrischen Spannung genutzt werden. Was den Anschluss der Batterie an den Verbraucher angeht, so ist einerseits bekannt, einen Teil des Gehäuses selbst als elektrischen Anschluss auszubilden; so sind beispielsweise konventionelle Zink-Kohle-Batterien ausgeführt. Oder aber, das Gehäuse wird - gemäß dem eingangs angesprochenen Konzept - durch eine Deckelplatte abgeschlossen, durch welche ein metallisches Anschluss-Kontaktelement dergestalt hindurchtritt, dass es im Inneren des Gehäuses mit den dort angeordneten Komponenten in Kontakt steht und sich außerhalb des Gehäuses für den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers eignet.
  • Je nach der Anwendungsumgebung kann dabei im Hinblick auf verschiedene elektro-chemische Aspekte sinnvoll sein, dass das die Deckelplatte durchdringende Anschluss-Kontaktelement in dem (aus dem Gehäuse herausragenden) Bereich, der dem Anschluss eines Verbrauchers dient, aus einem anderen Material besteht als dort (im Inneren des Gehäuses), wo ein Kontakt zu den spannungserzeugenden Komponenten besteht. So kann namentlich sinnvoll sein, das Anschluss-Kontaktelement im außenliegenden Anschlussbereich aus Aluminium und im innenliegenden Kontaktbereich aus Kupfer auszuführen. Mit verschiedenen insoweit zu berücksichtigenden Aspekten und Gestaltungsvorschlägen befassen sich beispielsweise die US 2014/0099543 A1 , US 2013/0309919 A1 , US 2014/0178755 A1 , US 2014/0011074 A1 , US 2016/0118641 A1 , US 2016/0308198 A1 und US 2015/0086867 A1 .
  • Die bisher bekannten Abschlussstrukturen der eingangs angegebenen Art erfüllen allerdings die in der Praxis gestellten Anforderungen in der Summe nur unzureichend. Vor diesem Hintergrund ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, eine besonders praxistaugliche Abschlussstruktur der eingangs angegebenen Art bereitzustellen. Namentlich soll dabei die Abschlussstruktur kostengünstig herstellbar und insbesondere im Falle ihrer Verwendung an einer Lithium-Zelle besonders langlebig und dauerhaft zuverlässig sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorstehende Aufgabenstellung, wie im Anspruch 1 angegeben, durch die folgende Kombination von synergetisch zusammenwirkenden Merkmalen gelöst: Das Anschluss-Kontaktelement ist als Zweistoffelement ausgeführt mit einem aus einem ersten Metall oder einer ersten Metalllegierung bestehenden, sich in das Innere der Batterie erstreckenden und dort eine freiliegende erste Kontaktfläche ausbildenden ersten Bereich und einem aus einem zweiten Metall oder einer zweiten Metalllegierung bestehenden, sich nach Außen erstreckenden und dort eine freiliegende zweite Kontaktfläche ausbildenden zweiten Bereich, wobei der erste und der zweite Bereich im Bereich einer Grenzfläche (insbesondere unlösbar) miteinander verbunden sind. Das Anschluss-Kontaktelement ist dabei mittels eines aus isolierendem Material bestehenden, dichtend an das Anschluss-Kontaktelement sowie in der Umgebung des Durchbruchs an die Deckelplatte angespritzten Kontaktträgers, der den äußeren Umfang der Grenzfläche zwischen erstem und zweitem Bereich vollständig überdeckt, unlösbar mit der Deckelplatte verbunden. Einer der für die bisher nicht erreichte Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen Abschlussstruktur besonders wichtigen Aspekte besteht demgemäß darin, dass einem - nach dem lagerichtigen Platzieren des Zweistoff-Anschlusskontaktelements in dem zugehörigen Durchbruch der Deckelplatte - an die Deckelplatte sowie das Zweistoff-Anschlusskontaktelement angespritzten Kontaktträger eine Mehrfachfunktion dergestalt zukommt, dass er insbesondere das Anschluss-Kontaktelement dauerhaft fest mechanisch an der Deckelplatte fixiert, für eine Abdichtung des Inneren des (durch die Deckelplatte abgeschlossenen) Gehäuses gegenüber der Umgebung sorgt und die zwischen dem ersten Material (erstes Metall bzw. erste Metalllegierung) und dem hiervon unterschiedlichen zweiten Material (zweites Metall bzw. zweite Metalllegierung) des Zweistoff-Anschlusskontaktelements bestehende Grenzfläche an deren Rand zuverlässig abschirmt. So lässt sich eine dauerhaft zuverlässige Funktion der mit der Abschlussstruktur ausgestatten Batterie erreichen, obwohl die Abschlussstruktur selbst aus nur wenigen Bauteilen und vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist. Dies gilt im Übrigen unabhängig davon, ob bei der Herstellung der Abschlussstruktur das Zweistoff-Anschlusskontaktelement als vorgefertigte Einheit in den Durchbruch der Abschlussplatte eingesetzt oder aber erst in-situ aus zwei oder mehr Einzelteilen zusammengefügt wird, wie weiter unten weitergehend erläutert wird.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Kontaktträger mittels eines gegenüber der Außenseite der Deckelplatte bestehenden Formschlusses lagegesichert. Der betreffende Formschluss kann dabei insbesondere eine besonders zuverlässige Verdreh- und/oder eine Verschiebesicherung bewirken.
  • Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Bereich des Anschluss-Kontaktelements eine Kontaktplatte umfasst oder in Form einer solchen ausgeführt ist. Die Kontaktplatte kann sich dabei insbesondere parallel zur Deckelplatte erstrecken, und zwar besonders bevorzugt mit Abstand zu deren Innenseite. Der betreffende, sich durch den besagten Abstand ergebende Spalt ist dabei vorteilhafterweise zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig durch den gespritzten Kontaktträger ausgefüllt, wodurch sich ein entsprechend großflächiger Kontakt des Kontaktträgers sowohl mit der Innenseite der Deckelplatte als auch mit der dieser zugewandten Fläche der Kontaktplatte ergibt. Bevorzugt fasst der Kontaktträger die Kontaktplatte zumindest teilweise seitlich ein, wobei eine vollständige seitliche Einfassung der Kontaktplatte durch den gespritzten Kontaktträger besonders bevorzugt ist. Dies begünstigt sowohl die dauerhaft sichere, feste mechanische Fixierung des Anschluss-Kontaktelements an der Deckelplatte als auch die Dichtheit. Erst recht gilt dies, wenn, gemäß einer abermals bevorzugten Weiterbildung, der Kontaktträger die Kontaktplatte zumindest teilweise umgreift und stirnseitig randnah einfasst, wobei der Kontaktträger idealerweise die Kontaktplatte randseitig vollständig um die erste Kontaktfläche herum umlaufend stirnseitig einfasst.
  • Der Festigkeit der mechanischen Verbindung, ganz besonders aber der Dichtheit des Anschlusses des Kontaktträgers an dem Anschluss-Kontaktelement kommt entgegen, wenn, gemäß einer abermals anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, an der mit dem Kontaktträger in Berührung stehenden Fläche des ersten Bereichs des Anschluss-Kontaktelements eine ringförmig geschlossene Zone mit physikalisch und/oder chemisch strukturierter Oberfläche ausgeführt ist. Besonders günstig ist insoweit eine erosionsbasierte Laserstrahl-Oberflächenstrukturierung. Entsprechendes gilt im Hinblick auf eine möglichst dichte Anbindung des Kontaktträgers an das Anschluss-Kontaktelement in dessen zweiten Bereich bzw. an die Deckelplatte. Insoweit zeichnen sich weitere bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung dadurch aus, dass an der mit dem Kontaktträger in Berührung stehenden Fläche des zweiten Bereichs des Anschluss-Kontaktelements und/oder an der mit dem Kontaktträger in Berührung stehenden Fläche der Deckelplatte eine ringförmig geschlossene Zone mit physikalisch und/oder chemisch strukturierter Oberfläche ausgeführt ist.
  • Gemäß einer abermals anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung fasst der Kontaktträger das Anschluss-Kontaktelement in dessen zweitem Bereich zumindest teilweise seitlich ein. Besonders günstig ist es, wenn der Kontaktträger das Anschluss-Kontaktelement in dessen zweitem Bereich über zumindest den überwiegenden Teil von dessen Höhe vollständig umlaufend seitlich einfasst. Für die sich bei dieser Ausgestaltung ergebenden besonderen Vorteile hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Dichtheit der Anbindung gilt das oben Gesagte in entsprechender Weise.
  • Eine wiederum andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass - zwischen dem ersten Bereich des Anschluss-Kontaktelements und dessen zweitem Bereich - eine nicht-ebene Grenzfläche vorgesehen ist. Namentlich gilt dies, wenn in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Verbindung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich des Anschluss-Kontaktelements aus einem gleichzeitigen Verformen zweier Rohlinge mittels eines örtlichen Eindrückens des ersten Rohlings in den zweiten Rohling hinein hervorgegangen ist, und zwar unter plastischer Verformung beider Rohlinge und dabei der Ausbildung der besagten nicht-ebenen Grenzfläche. So kann insbesondere eine - den ersten Rohling bildende - Kupferplatine örtlich unter Ausbildung einer entsprechenden Eindrückung in einen - den zweiten Rohling bildenden - Aluminiumblock hinein verformt werden. Die gemeinsame Verformung der Kupferplatine und des Aluminiumblocks unter hohen örtlichen Pressungen lässt dabei an der sich ergebenden nicht-ebenen Grenzfläche eine stoffschlüssige feste Verbindung entstehen, deren mechanische Festigkeit sogar noch zusätzlich durch die (einen makroskopischen Formschluss bewirkende) Geometrie der Grenzfläche unterstützt wird.
  • Gemäß einer zu der vorstehend erläuterten Weiterbildung alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Anschluss-Kontaktelement einen die Grenzfläche aufweisenden Zweistoffkern und mindestens einen mit diesem unlösbar zusammengefügten Kontaktkörper auf. Bei dieser Weiterbildung ist, mit anderen Worten, das Anschluss-Kontaktelement aus mehreren Bauteilen mit einer Fügenaht in mindestens einem der beiden Bereiche ausgeführt, wobei die Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich in einem zuvor, d. h. vor jenem Fügeschritt vorgefertigten Zweistoffkern verläuft, welcher eines der zu dem Anschluss-Kontaktelement zusammenzufügenden Bauteile bildet. Ein nennenswerter Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, dass die Herstellung der bei bestimmten Materialpaarungen durchaus anspruchsvollen Verbindung an der Grenzfläche in einer hierfür optimal ausgestatteten Umgebung erfolgen kann, was der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Abschlussstruktur entgegenkommen kann. Im vorstehenden Sinne können dabei insbesondere in dem Zweistoffkern das erste Metall bzw. die erste Metalllegierung und das zweite Metall bzw. die zweite Metalllegierung mittels cladding miteinander unlösbar verbunden sein, wobei vorzugsweise der Zweistoffkern aus einer - durch cladding hergestellten - Zweistoffplatte ausgestanzt ist. Gemäß einer hinsichtlich der Herstellungskosten substantiell attraktiveren Alternative können die Zweistoffkerne - idealerweise ohne dass Verschnitt entsteht - von einem vorgefertigten streifenförmigen Zweistoffprofil abgeschnitten werden, welches in Anlehnung an das der DE 102013005627 A1 entnehmbare Verfahren hergestellt ist. Eine in diesem Falle rechteckige Kontur des Zweistoffkerns kann, soweit erforderlich, durch entsprechende Gestaltung des mindestens einen weiteren, mit dem Zweistoffkern zu dem Anschluss-Kontaktelement zu verbindenden Bauteils (d. h. des Kontaktkörpers) berücksichtigt werden.
  • Für die Verbindung des Zweistoffkerns mit dem Kontaktkörper im ersten und/oder zweiten Bereich des Anschluss-Kontaktelements bestehen je nach der sonstigen konstruktiven Ausgestaltung der Abschlussstruktur verschiedene Möglichkeiten. Günstig ist insoweit, wenn der Zweistoffkern in einen - hinsichtlich der Kontur an den Zweistoffkern angepassten - Durchbruch des mindestens eines Kontaktkörpers hineinragt oder wenn der Zweistoffkern mit dem mindestens einem Kontaktkörper stumpf verbunden ist. Kombinationen innerhalb eines zwei Kontaktkörper aufweisenden Anschluss-Kontaktelements dergestalt, dass der Zweistoffkern bei einem der Kontaktkörper in einen Durchbruch hineinragt, mit dem anderen Kontaktkörper indessen stumpf verbunden ist, können im Einzelfall von Vorteil sein. Für die feste Verbindung des jeweiligen Kontaktkörpers mit dem Zweistoffkern kann auf etablierte Verfahren wie beispielsweise das Laserschweißen oder das Reibschweißen zurückgegriffen werden, wobei Laserschweißen insbesondere dann zum Einsatz kommen kann, wenn der Zweistoffkern in einen Durchbruch des mindestens eines Kontaktkörpers hineinragt (s. o.).
  • Das vorstehend erläuterte Zusammenfügen des Anschluss-Kontaktelements aus einem Zweistoffkern und mindestens einem Kontaktkörper kann, je nach dem gewählten Fügeverfahren, in situ erfolgen, d. h. unter direkt in den Durchbruch der Deckelplatte eingesetzter Herstellung des fertigen Anschluss-Kontaktelements. Ein sich in diesem Falle ergebender Vorteil besteht darin, dass die lichte Weite des Durchbruchs der Deckelplatte geringer sein kann als die radial größte Erstreckung des Anschluss-Kontaktelements sowohl in seinem ersten als auch in seinem zweiten Bereich. Sowohl der erste als auch der zweite Bereich des Anschluss-Kontaktelements überlappen dabei randseitig die Deckelplatte bzw. letztere liegt, mit anderen Worten, in der Umgebung des Durchbruchs zwischen einem Teil des ersten und einem Teil des zweiten Bereichs des fertigen Anschluss-Kontaktelements. Hierdurch lässt sich ein besonders hohes Maß an Festigkeit der Verbindung des Anschluss-Kontaktelements mit der Deckelplatte über den an beide Teile angespritzten Kontaktträger sicherstellen.
  • In besonders bevorzugter Umsetzung der vorliegenden Erfindung an einer Lithiumzelle ist das erste Metall Kupfer und das zweite Metall Aluminium.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
    • 1 in Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel und
    • 2 in Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Gemäß 1, die ausschnittsweise eine nach der vorliegenden Erfindung ausgeführte Lithiumzelle zeigt, weist deren Gehäuse 1 eine Abschlussstruktur 2 auf, welche ihrerseits eine Deckelplatte 3 und ein Anschluss-Kontaktelement 4 umfasst. Das Anschluss-Kontaktelement 4 durchdringt dabei die Deckelplatte 3 im Bereich eines Durchbruchs 5 dergestalt, dass sich das Anschluss-Kontaktelement 4 teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Gehäuses 1 befindet. Das Anschluss-Kontaktelement 4 ist dabei als Zweistoffelement ausgeführt; es besteht, wie im Folgenden eingehend erläutert, teilweise aus Kupfer, teilweise aus Aluminium.
  • Das Anschluss-Kontaktelement 4 ist aus drei Teilen zusammengefügt, nämlich einem ersten Kontaktkörper 6 in Form einer als gelochte Kupferplatine 7 ausgeführten Kontaktplatte 8, einem zweiten Kontaktkörper 9 in Form eines Aluminium-Ringkörpers 10 sowie einem zylindrischen Zweistoffkern 11. Dieser besteht aus einer Kupferschicht 12 und einer Aluminiumschicht 13, indem er aus einer durch cladding hergestellten Kupfer-Aluminium-Zweistoffplatine ausgestanzt ist. Der Zweistoffkern 11 erstreckt sich mit seiner Kupferschicht 12 in die Durchbrechung 14 der gelochten Kupferplatine 7 und mit seiner Aluminiumschicht 13 in den Durchbruch 15 des Aluminium-Ringkörpers 10 hinein. Mittels jeweils einer als Laserschweißung ausgeführten Ringschweißung 16, 17 ist der Zweistoffkern 11 sowohl mit der Kupferplatine 7 als auch mit dem Aluminium-Ringkörper 10 fest und dauerhaft unlösbar verbunden. So weist das Anschluss-Kontaktelement 4 einen aus Kupfer bestehenden ersten Bereich 18, welcher die Kupferplatine 7 und die Kupferschicht 12 des Zweistoffkerns 11 umfasst, und einen aus Aluminium bestehenden zweiten Bereich 19, welcher den Aluminium-Ringkörper 10 und die Aluminiumschicht 13 des Zweistoffkerns 11 umfasst, auf. Zwischen dem ersten Bereich 18 und dem zweiten Bereich 19 des Anschluss-Kontaktelements 4 befindet sich eine Grenzfläche 20.
  • An dem ersten Bereich 18 des Anschluss-Kontaktelements 4 ist eine erste freiliegende Kontaktfläche 21 ausgeführt, welche die Stirnfläche 22 der Kupferschicht 12 des Zweistoffkerns 11 und die zum Inneren I der Lithiumzelle weisende freiliegende Fläche 23 der Kupferplatine 7 umfasst. Und an dem zweiten Bereich 19 des Anschluss-Kontaktelements 4 ist eine zweite freiliegende Kontaktfläche 24 ausgeführt, welche die Stirnfläche 25 der Aluminiumschicht 13 des Zweistoffkerns 11 und die nach außen A weisende Stirnfläche 26 des Aluminium-Ringkörpers 10 sowie den benachbarten, freiliegenden Teil von dessen Mantelfläche 27 umfasst.
  • Das Anschluss-Kontaktelement 4 ist mittels eines aus isolierendem Material bestehenden Kontaktträgers 28, der - im Spritzgießverfahren - an das Anschluss-Kontaktelement 4 sowie an die Deckelplatte 3 angespritzt ist, unlösbar mit der Deckelplatte 3 verbunden. Mit dem Anschluss-Kontaktelement 4 hat der Kontaktträger 28 dabei Kontakt an einem Teil der Mantelfläche 27 des Aluminium-Ringkörpers 10, an dessen unterer Stirnfläche 29, an dem aus dem Aluminium-Ringkörper 10 herausragenden Teil der Mantelfläche 30 der Aluminiumschicht 13 des Zweistoffkerns 11, an der der Deckelplatte 3 zugewandten Fläche 31 der Kupferplatine 7 und, nachdem der Kontaktträger 28 die Kupferplatine 7 seitlich einfasst und sie geringfügig umgreift, an dem Rand 32 der Kupferplatine 7 sowie stirnseitig randnah um die erste freiliegende Kontaktfläche 21 herum. Auf diese Weise überdeckt der Kontaktträger 28 insbesondere den äußeren Umfang der Grenzfläche 20 vollständig; der zweite Bereich 19 des Anschluss-Kontaktelements 4 ragt aber, wie erkennbar, ein Stück weit aus dem Kontaktträger 28 heraus. Und mit der Deckelplatte 3 hat der Kontaktträger 28 auf beiden Seiten jeweils um den Durchbruch 5 herum Kontakt. Der zwischen der Kupferplatine 7 und - auf deren Innenseite - der Deckelplatte 3 bestehende Spalt 33 ist vollständig durch den Kontaktträger 28 ausgefüllt. Auf der Außenseite weist die Deckelplatte 3 eine sich um den Durchbruch 5 herum erstreckende Aussparung 34 auf, in welche der Kontaktträger 28 formschlüssig eingreift. Um auch als Verdrehsicherung für das Anschluss-Kontaktelement 4 zu wirken, ist die Aussparung 34 dabei unrund und zu der Achse des Zweistoffkerns 11 versetzt.
  • Erkennbar ist die lichte Weite des Durchbruchs 5 der Deckelplatte 3 geringer ist als die größte radiale Erstreckung des Anschluss-Kontaktelements 4 sowohl in seinem ersten Bereich 18 als auch in seinem zweiten Bereich 19. Dies lässt sich dadurch realisieren, dass der Aluminium-Ringkörper 10 erst dann auf den Zweistoffkern 11 aufgesteckt und mit diesem verschweißt wird, nachdem die zuvor vorgefertigte Einheit aus Zweistoffkern 11 und daran angeschweißter Kupferplatine 7 mit dem Zweistoffkern 11 in den Durchbruch 5 der Deckelplatte 3 eingesetzt wurde.
  • An dem Anschluss-Kontaktelement 4 sind in dessen mit dem Kontaktträger 28 in Berührung stehender Fläche zwei jeweils eine physikalisch, nämlich durch Laserstrahl-Erosion strukturierte Oberfläche aufweisende ringförmige Dichtzonen 35, 36 ausgeführt. Diese beiden Dichtzonen 35, 36 sind zu beiden Seiten des Ausritts der Grenzfläche 20 an die Oberfläche des Anschluss-Kontaktelements 4 angeordnet. Zum einen erstreckt sich eine - im ersten Bereich 18 des Anschluss-Kontaktelements 4 ausgeführte - erste derartige ringförmige Dichtzone 35 mit etwas Abstand zu diesem um den Zweistoffkern 11 herum auf der der Deckelplatte 3 zugewandten Fläche der Kupferplatine 7. Zum anderen erstreckt sich eine - im zweiten Bereich 19 des Anschluss-Kontaktelements 4 ausgeführte - zweite derartige ringförmige Dichtzone 36 auf der Mantelfläche 27 des Aluminium-Ringkörpers 10. Eine dritte, ebenfalls eine durch Laserstrahl-Erosion hergestellte strukturierte Oberfläche aufweisende ringförmige Dichtzone 37 befindet sich an der Deckelplatte 3 an deren Innenseite um den Durchbruch 5 herum.
  • Die vorstehenden Ausführungen und Erläuterungen gelten in entsprechender Weise im Falle der Verwendung eines Zweistoffkerns, der auf andere Art als durch Ausstanzen aus einer durch cladding hergestellten Zweistoffplatine vorgefertigt ist, und, insbesondere wenn er von einem streifenförmigen Zweistoffprofil abgeschnitten ist, beispielsweise auch eine unrunde, z.B. rechteckige Kontur aufweisen kann.
  • Im Hinblick auf das zweite, in 2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel gelten, soweit sich nicht aus den nachstehenden Erläuterungen etwas Anderes ergibt oder Abweichungen offensichtlich sind, die vorstehenden Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel nach 1 in entsprechender Weise. Insbesondere sind in 1 und 2 übereinstimmende Teile und Elemente mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 besteht der erste Bereich 18 des Anschluss-Kontaktelements 4 ausschließlich aus einer (ungelochten) Kupferplatine 38. Und der zweite Bereich 19 des Anschluss-Kontaktelements 4 besteht ausschließlich aus einem Aluminiumblock 39. Die in der Zeichnung veranschaulichte Gestalt des Anschluss-Kontaktelements 4 ergibt sich dabei, indem ein zunächst ebener erster Rohling, ein Kupferplatinen-Rohling, welcher auf der Stirnfläche 40 eines zunächst im Wesentlichen zylindrischen zweiten Rohlings, eines Aluminiumblock-Rohlings, aufliegt, mittels eines örtlichen Eindrückens in den zweiten Rohling hinein verformt wird. Hierdurch ergibt sich bei dem fertigen Anschluss-Kontaktelement eine nicht-ebene Grenzfläche 41 zwischen dem ersten Bereich 18 und dem zweiten Bereich 19, wobei sich durch die gemeinsame plastische Verformung der beiden aneinander anliegenden Rohlinge unter hohen Pressungen eine stoff- sowie formschlüssige Verbindung einstellt, bei der miteinander agierende mikro- und makroskopische Oberflächenstrukturen der beiden Bereiche zu einer hohen Haftung an der Grenzfläche 41 beitragen.
  • Im Hinblick auf eine günstige formschlüssige Fixierung des Kontaktträgers 28 an dem Anschluss-Kontaktelement 4 in dessen zweitem Bereich 19 weist der Aluminiumblock 39 auf seiner Mantelfläche 42 eine umlaufende Nut 43 auf. In diese greift ein ringförmiger Steg 44 des angespritzten Kontaktträgers 28 ein. Erkennbar könnten aber mit vergleichbarem Effekt auch andere hinterschnittene Gestaltungen zum Einsatz kommen.
  • 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 2014/0099543 A1 [0003]
    • US 2013/0309919 A1 [0003]
    • US 2014/0178755 A1 [0003]
    • US 2014/0011074 A1 [0003]
    • US 2016/0118641 A1 [0003]
    • US 2016/0308198 A1 [0003]
    • US 2015/0086867 A1 [0003]
    • DE 102013005627 A1 [0011]

Claims (20)

  1. Abschlussstruktur (2) einer elektrischen Batterie, insbesondere einer Lithium-Zelle, umfassend eine Deckelplatte (3) und ein diese im Bereich eines Durchbruchs (5) durchdringendes Anschluss-Kontaktelement (4), mit den folgenden Merkmalen: das Anschluss-Kontaktelement (4) ist als Mehrzonenelement ausgeführt mit einem aus einem ersten Metall oder einer vorrangig ein erstes Metall enthaltenden ersten Metalllegierung bestehenden, sich in das Innere (I) der Batterie erstreckenden und dort eine freiliegende erste Kontaktfläche (21) ausbildenden ersten Bereich (18) und einem aus einem zweiten Metall oder einer vorrangig ein zweites Metall enthaltenden zweiten Metalllegierung bestehenden, sich nach Außen (A) erstreckenden und dort eine freiliegende zweite Kontaktfläche (24) ausbildenden zweiten Bereich (19), wobei der erste und der zweite Bereich miteinander im Bereich einer Grenzfläche (20; 41) verbunden sind; das Anschluss-Kontaktelement (4) ist mittels eines aus isolierendem Material bestehenden, dichtend an das Anschluss-Kontaktelement (4) sowie in der Umgebung des Durchbruchs (5) an die Deckelplatte (3) angespritzten Kontaktträgers (28) unlösbar mit der Deckelplatte (3) verbunden; der Kontaktträger (28) überdeckt vollständig den äußeren Umfang der Grenzfläche (20; 41).
  2. Abschlussstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (28) mittels eines gegenüber der Außenseite der Deckelplatte (3) bestehenden Formschlusses lagegesichert ist.
  3. Abschlussstruktur nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (19) des Anschluss-Kontaktelements (4) eine Kontaktplatte (8) umfasst oder in Form einer solchen ausgeführt ist.
  4. Abschlussstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kontaktplatte (8) parallel zur Deckelplatte (3) erstreckt.
  5. Abschlussstruktur nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (28) die Kontaktplatte (8) zumindest teilweise seitlich einfasst.
  6. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (28) die Kontaktplatte (8) zumindest teilweise stirnseitig randnah einfasst.
  7. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der mit dem Kontaktträger (28) in Berührung stehenden Fläche des ersten Bereichs (18) des Anschluss-Kontaktelements (4) eine ringförmig geschlossene Zone (35) mit physikalisch und/oder chemisch strukturierter Oberfläche ausgeführt ist.
  8. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der mit dem Kontaktträger (28) in Berührung stehenden Fläche des zweiten Bereichs (19) des Anschluss-Kontaktelements (4) eine ringförmig geschlossene Zone (36) mit physikalisch und/oder chemisch strukturierter Oberfläche ausgeführt ist.
  9. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der mit dem Kontaktträger (28) in Berührung stehenden Fläche der Deckelplatte (3) eine ringförmig geschlossene Zone (37) mit physikalisch und/oder chemisch strukturierter Oberfläche ausgeführt ist.
  10. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (28) das Anschluss-Kontaktelement (4) in dessen zweitem Bereich (19) zumindest teilweise seitlich einfasst.
  11. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht-ebene Grenzfläche (41) vorgesehen ist.
  12. Abschlussstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem ersten Bereich (18) und dem zweiten Bereich (19) des Anschluss-Kontaktelements (4) aus einem gleichzeitigen Verformen zweier Rohlinge mittels eines örtlichen Eindrückens des ersten Rohlings in den zweiten Rohling hinein unter Ausbildung der nicht-ebenen Grenzfläche (41) hervorgegangen ist.
  13. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschluss-Kontaktelement (4) einen die Grenzfläche (20) aufweisenden Zweistoffkern (11) und mindestens einen mit diesem unlösbar zusammengefügten Kontaktkörper (6, 9) aufweist.
  14. Abschlussstruktur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweistoffkern (11) aus einer Zweistoffplatte oder einem Zweistoffprofil ausgestanzt oder von einem Zweistoffprofil abgeschnitten ist.
  15. Abschlussstruktur nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zweistoffkern (11) das erste Metall bzw. die erste Metalllegierung und das zweite Metall bzw. die zweite Metalllegierung mittels cladding miteinander unlösbar verbunden sind.
  16. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweistoffkern (11) in einen Durchbruch (14; 15) mindestens eines Kontaktkörpers (6; 9) hineinragt.
  17. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweistoffkern (11) mit mindestens einem Kontaktkörper (6, 9) stumpf verbunden ist.
  18. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite des Durchbruchs (5) der Deckelplatte (3) geringer ist als die größte Erstreckung des Anschluss-Kontaktelements (4) sowohl in seinem ersten Bereich (18) als auch in seinem zweiten Bereich (19).
  19. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Metall Kupfer ist.
  20. Abschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Metall Aluminium ist.
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