DE102017216873A1

DE102017216873A1 - Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle und Batteriezelle

Info

Publication number: DE102017216873A1
Application number: DE102017216873.0A
Authority: DE
Inventors: Anton Ringel; Martin Gerlach; Andreas Ringk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (100), das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Schritt des Vergießens ein mit einem ersten Pol (104) eines Stacks (200) der Batteriezelle (100) elektrisch leitend verbundenes Terminal (108) der Batteriezelle (108) unter Verwendung eines elektrisch isolierenden Klebstoffs (400) in einem Durchbruch (112) einer mit einem zweiten Pol (106) des Stacks (200) elektrisch leitend verbundenen Deckelplatte (110) der Batteriezelle (100) vergossen wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle und eine Batteriezelle.
Stand der Technik
Beim Herstellen einer Batteriezelle wird zuerst eine Deckelbaugruppe der Batteriezelle zusammengeklebt, bevor eine elektrisch leitende Verbindung zu einen Stack der Batteriezelle hergestellt wird. Da das Kontaktieren durch Ultraschallschweißen erfolgt, können Klebestellen in der Deckelbaugruppe durch die eingeleiteten Schwingungen in Mitleidenschaft gezogen werden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle und eine Batteriezelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine elektrisch isolierende Klebestelle zwischen zwei Polen einer Batteriezelle vor einer möglichen Vorschädigung durch Vibrationen beim Kontaktieren der Pole zu schützen.
Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle vorgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Schritt des Vergießens ein mit einem ersten Pol eines Stacks der Batteriezelle elektrisch leitend verbundenes Terminal der Batteriezelle unter Verwendung eines elektrisch isolierenden Klebstoffs in einem Durchbruch einer mit einem zweiten Pol des Stacks elektrisch leitend verbundenen Deckelplatte der Batteriezelle vergossen wird.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Die Pole der Batteriezelle werden durch Ultraschallschweißen kontaktiert. Dabei ist es unvermeidlich, dass Schwingungen in Kontaktierungspartner eingeleitet werden. Der im ausgehärteten Zustand schwingungsempfindliche Klebstoff wird bei dem hier vorgestellten Ansatz vor den Schwingungen geschützt, indem erst geklebt und ausgehärtet wird, nachdem geschweißt worden ist. Dabei wird der Klebstoff flüssig oder pastös zwischen die bereits kontaktierten Fügepartner Terminal und Deckelplatte eingebracht und dort ausgehärtet.
Ein in einem Überlappungsbereich zwischen dem Terminal und der Deckelplatte bestehendes Volumen zwischen dem Terminal und der Deckelplatte kann durch zumindest ein in dem Überlappungsbereich angeordnetes Durchgangsloch durch die Deckelplatte mit dem Klebstoff vergossen werden. Durch ein Loch in der Deckelplatte kann der Klebstoff besonders einfach dosiert werden.
Ferner wird eine Batteriezelle vorgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in einer Deckelplatte der Batteriezelle in einem Überlappungsbereich mit einem Terminal der Batteriezelle zumindest ein Durchgangsloch durch die Deckelplatte angeordnet ist, wobei das Durchgangsloch eine Verbindung zu einem mit elektrisch isolierendem Klebstoff vergossenen Volumen zwischen der Deckelplatte und dem Terminal ausbildet.
Der Klebstoff kann durch das Durchgangsloch dosiert werden, bis der Klebstoff einen im Durchbruch ringförmig um das Terminal umlaufenden Spalt zwischen dem Terminal und der Deckelplatte ausfüllt. Wenn der Klebstoff zwischen dem Terminal und einer Seitenfläche des Durchbruchs aufsteigt, ist mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit das Volumen vollständig mit Klebstoff gefüllt.
Das Verfahren kann einen dem Schritt des Vergießens vorausgehenden Schritt des Verbindens aufweisen. In einem ersten Teilschritt kann der erste Pol mit dem Terminal verbunden werden. In einem zweiten Teilschritt kann der zweite Pol mit der Deckelplatte verbunden werden. In einem zwischen dem ersten Teilschritt und dem zweiten Teilschritt ausgeführten Schritt des Positionierens kann die Deckelplatte relativ zu dem Terminal positioniert werden. Die Deckelplatte kann durch einen Luftspalt beabstandet zu dem Terminal positioniert werden.
Das Volumen zwischen der Deckelplatte und dem Terminal kann eingestellt werden, indem die Deckelplatte gegen eine um den Überlappungsbereich ringförmig umlaufende Dichtungsmanschette gepresst wird. Die Dichtungsmanschette begrenzt das Volumen seitlich. Die Dichtungsmanschette kann verschoben werden, um einen Abstand zwischen der Deckelplatte und dem Terminal einzustellen.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen als Verfahren zum Herstellen und als Batteriezelle beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Figurenliste
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 zeigt eine Schnittdarstellung einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
die 2 bis 4 zeigen einen Teil eines Herstellungsablaufs zum Herstellen einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Batteriezelle 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Von einem Gehäuse der Batteriezelle 100 ist hier lediglich ein Deckel 102 dargestellt. Der Deckel 102 ist mit beiden Polen 104, 106 der Batteriezelle 100 elektrisch leitend verbunden. Der erste Pol 104 ist mit einem Terminal 108 des Deckels 102 verbunden. Der zweite Pol 106 ist mit einer Deckelplatte 110 des Deckels 102 verbunden. Das Terminal 108 ist von der Deckelplatte 110 elektrisch isoliert. Das Terminal 108 ist in einem Durchbruch 112 der Deckelplatte 110 angeordnet und steht über die Deckelplatte 110 über. Das Terminal 108 ist im Wesentlichen T-förmig. Zwischen der Deckelplatte 110 und dem Terminal 108 ist ein Isolator 114 angeordnet. Der Isolator 114 ist als flüssiges oder pastöses Kunststoffmaterial durch ein Durchgangsloch 116 durch die Deckelplatte 110 dosiert worden, nachdem die Pole 104, 106 durch ein Reibschweißverfahren oder ein anderes Verfahren, wie beispielsweise ein Laserschweißverfahren angeschlossen worden sind. Das Kunststoffmaterial ist nach dem Dosieren in einem Volumen 118 zwischen dem Terminal 108 und der Deckelplatte 110 erstarrt. Das Volumen 118 ist entstanden, als die Deckelplatte 110 relativ zu dem Terminal 108 ausgerichtet worden ist. Dabei ist ein Terminalbereich 120 des Terminals 108 so in dem Durchbruch 112 angeordnet worden, dass er die Deckelplatte 110 durchdringt und auf einer Außenseite der Batteriezelle 100 übersteht. Auf einer Innenseite der Batteriezelle 100 weist das Terminal 108 eine Terminalplatte 122 auf, an die der erste Pol 104 angeschweißt ist. Die Terminalplatte 122 ist größer als der Durchbruch 112. Die Terminalplatte 122 und die Deckelplatte 110 überlappen sich in einem Überlappungsbereich 124. Das Volumen 118 ist zwischen der Terminalplatte 122 und der Deckelplatte 110 ausgebildet und durch eine Dichtungsmanschette 126 seitlich begrenzt. Die Dichtungsmanschette ist aus einem elektrisch isolierenden Material. Die Dichtungsmanschette 126 ist ringförmig umlaufend um die Terminalplatte 122 angeordnet und überbrückt einen Spalt zwischen der Terminalplatte 122 und der Deckelplatte 110. Die Dichtungsmanschette 126 liegt an einer Seitenfläche der Terminalplatte 122 an und kann zum Einstellen eines Abstands zwischen der Terminalplatte 122 und der Deckelplatte 110 senkrecht zu der Terminalplatte 122 verschoben werden. Der Abstand gibt eine Dicke des Isolators 114 vor.
Mit anderen Worten zeigt 1 eine geklebte Deckelbaugruppe einer Lithium-Ionen-Zelle. Die Anbindung der Tabs an das Terminal 108 und den Deckel ist per Ultraschallschweißen erfolgt. Das Ultraschallschweißen bindet die Tabs mittels hochfrequenter Relativbewegungen zwischen dem Terminal/Deckel und den Tabs an. Da das Schweißen aufgrund einer Designanpassung und geänderten Prozessführung vor dem Kleben erfolgt, kann die Klebung nicht durch Delaminationen von den Oberflächen oder Risse im Klebstoff beschädigt werden. Die Designanpassung sieht vor, eine oder mehrere zusätzliche Bohrungen im Deckel 102 einzubringen. Dies ermöglicht den Klebstoff durch den Deckel 102 in das darunter befindliche Volumen 118 zu dosieren.
die 2 bis 4 zeigen einen Teil eines Herstellungsablaufs zum Herstellen einer Batteriezelle 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Batteriezelle 100 entspricht dabei im Wesentlichen der Darstellung in 1.
In 2 ist dargestellt, wie der erste Pol 104 mit dem Terminal 108 verschweißt wird. Dabei ist ein Stack 200 der Batteriezelle 100 auf einer Schweißvorrichtung 202 angeordnet. Die Schweißvorrichtung 202 teilt den Stack in zwei Teile, die rechts und links auf zwei Ablageflächen angeordnet sind. Die Ablageflächen spreizen die zwei Teile auf, sodass zwischen den Teilen ein Arbeitsraum für ein Schweißwerkzeug 204 entsteht. Das Schweißwerkzeug 204 presst Kontaktfahnen 206 des ersten Pols 104 zusammen gegen eine Unterseite des Terminals 108. Das Terminal 108 wird von einem ersten Gegenhalter 208 des Schweißwerkzeugs 204 gehalten. Durch Ultraschallschwingungen werden die Kontaktfahnen 206 erhitzt und an das Terminal 108 geschweißt.
In 3 ist dargestellt, wie der zweite Pol 106 mit der Deckelplatte 110 verschweißt wird. Der Stack 200 ist dabei weiterhin auf der Schweißvorrichtung 202 angeordnet. Das Schweißwerkzeug 204 presst Kontaktfahnen 206 des zweiten Pols 106 gegen einen zweiten Gegenhalter 300 und verschweißt die Kontaktfahnen 206 mittels Ultraschall mit der Deckelplatte 110. Die Deckelplatte 110 ist vor dem Verschweißen zu dem Terminal 108 ausgerichtet beziehungsweise positioniert worden. Dabei ist der Terminalbereich 120 durch den Durchbruch 112 geführt worden. Zwischen der Deckelplatte 110 und dem Terminal 108 ist so das Volumen für den Isolator ausgebildet worden. Mit anderen Worten ist das Terminal 108 durch einen Luftspalt von der Deckelplatte 110 beabstandet und elektrisch isoliert.
In 4 ist dargestellt, wie das kontaktierte Terminal 108 mit der kontaktierten Deckelplatte 110 vergossen wird. Dabei ist das Terminal 108 mit dem ersten Pol 104 verbunden, während die Deckelplatte 110 mit dem zweiten Pol 106 verbunden ist. Durch zumindest ein Durchgangsloch 116 wird ein Klebstoff 400 beziehungsweise Kunststoffmaterial in das Volumen zwischen der Deckelplatte 110 und dem Terminal 108 dosiert. Der Klebstoff 400 wird mit einer Dosiereinrichtung durch das Durchgangsloch 116 gepresst, bis der Klebstoff 400 das Volumen vollständig auffüllt. Wenn das Volumen gefüllt ist, steigt der Klebstoff 400 in einem rund um den Terminalbereich 120 des Terminals 108 umlaufenden Spalt 402 bis an eine Oberfläche der Deckelplatte 110 an. Wenn das Volumen gefüllt ist, wird das Dosieren beendet und der Klebstoff 400 wird ausgehärtet, um den Isolator zu bilden und das Terminal 108 mit der Deckelplatte 110 zu verkleben. Der Isolator dichtet den Spalt 402 zwischen dem Terminal 108 und der Deckelplatte 110 ab.
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

Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (100), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt des Vergießens ein mit einem ersten Pol (104) eines Stacks (200) der Batteriezelle (100) elektrisch leitend verbundenes Terminal (108) der Batteriezelle (108) unter Verwendung eines elektrisch isolierenden Klebstoffs (400) in einem Durchbruch (112) einer mit einem zweiten Pol (106) des Stacks (200) elektrisch leitend verbundenen Deckelplatte (110) der Batteriezelle (100) vergossen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt des Vergießens ein in einem Überlappungsbereich (124) zwischen dem Terminal (108) und der Deckelplatte (110) bestehendes Volumen (118) zwischen dem Terminal (108) und der Deckelplatte (110) durch zumindest ein in dem Überlappungsbereich (124) angeordnetes Durchgangsloch (116) durch die Deckelplatte (110) mit dem Klebstoff (400) vergossen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem im Schritt des Vergießens der Klebstoff (400) durch das Durchgangsloch (116) dosiert wird, bis der Klebstoff (400) einen im Durchbruch ringförmig um das Terminal (108) umlaufenden Spalt (402) zwischen dem Terminal (108) und der Deckelplatte (110) ausfüllt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem dem Schritt des Vergießens vorausgehenden Schritt des Verbindens, in dem in einem ersten Teilschritt der erste Pol (104) mit dem Terminal (108) verbunden wird, und in einem zweiten Teilschritt der zweite Pol (106) mit der Deckelplatte (110) verbunden wird, wobei in einem zwischen dem ersten Teilschritt und dem zweiten Teilschritt ausgeführten Schritt des Positionierens die Deckelplatte (110) relativ zu dem Terminal (108) positioniert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2 und 4, bei dem im Schritt des Positionierens das Volumen (118) eingestellt wird, indem die Deckelplatte (110) gegen eine um dem Überlappungsbereich (124) ringförmig umlaufende Dichtungsmanschette (126) gepresst wird.
Batteriezelle (100), dadurch gekennzeichnet, dass in einer Deckelplatte (110) der Batteriezelle (100) in einem Überlappungsbereich (124) mit einem Terminal (108) der Batteriezelle (100) zumindest ein Durchgangsloch (116) durch die Deckelplatte (110) angeordnet ist, wobei das Durchgangsloch (110) eine Verbindung zu einem mit elektrisch isolierendem Klebstoff (400) vergossenen Volumen (118) zwischen der Deckelplatte (110) und dem Terminal (108) ausbildet.