DE102017216881A1 - Lid for a battery cell and method for sealing an insulator of a lid of a battery cell - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezelle (102) mit einem Isolator (106), der ein Terminal (104) der Batteriezelle (102) von einer Deckelplatte (108) der Batteriezelle (102) elektrisch isoliert, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein zumindest den Isolator (106) umfassender Bereich (112) einer Oberfläche der Batteriezelle (102) mit einer Glasbarriere (114) versiegelt ist. The present invention relates to a battery cell (102) having an insulator (106) which electrically isolates a terminal (104) of the battery cell (102) from a cover plate (108) of the battery cell (102), characterized in that at least the region (112) of a surface of the battery cell (102) comprising the insulator (106) is sealed with a glass barrier (114).
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen Deckel für eine Batteriezelle und ein Verfahren zum Versiegeln eines Isolators eines Deckels einer Batteriezelle.The invention relates to a lid for a battery cell and a method for sealing an insulator of a lid of a battery cell.
Stand der TechnikState of the art
Bei einer Batteriezelle sind Pole der Batteriezelle elektrisch voneinander isoliert, um einen Kurzschluss zwischen den Polen zu vermeiden. Dazu ist zwischen elektrisch leitenden Bestandteilen der Batteriezelle, die mit unterschiedlichen Polen elektrisch leitend verbunden sind, ein Isolator angeordnet. Der Isolator dient jedoch ferner der Abdichtung der Batteriezelle gegen ein Eindringen von Flüssigkeiten und Gasen in die Batteriezelle und gegen ein Austreten von Flüssigkeiten und Gasen aus der Batteriezelle. Diese Eigenschaften sind nur durch Verwendung spezieller Materialien erreichbar.In a battery cell, poles of the battery cell are electrically isolated from each other to avoid a short between the poles. For this purpose, an insulator is arranged between electrically conductive components of the battery cell, which are electrically conductively connected to different poles. However, the insulator also serves to seal the battery cell against ingress of liquids and gases into the battery cell and against leakage of liquids and gases from the battery cell. These properties can only be achieved by using special materials.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Deckel für eine Batteriezelle und ein Verfahren zum Versiegeln eines Isolators eines Deckels einer 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.Against this background, a lid for a battery cell and a method for sealing an insulator of a lid of a battery cell according to the independent claims are presented with the approach presented here. Advantageous developments and improvements of the approach presented here emerge from the description and are described in the dependent claims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, als Isolator in einer Batteriezelle ein vorwiegend elektrisch isolierendes Material zu verwenden, bei dem andere Eigenschaften, wie eine Dichtheit weniger relevant sind. Eine Dichtungsfunktion ist dazu auf ein dezidiertes Dichtungsmaterial verlagert, das den Isolator an offenen Stellen abdeckt.Embodiments of the present invention may advantageously allow to use as a insulator in a battery cell a predominantly electrically insulating material in which other properties, such as tightness, are less relevant. A sealing function is shifted to a dedicated sealing material, which covers the insulator in open places.
Es wird ein Deckel für eine Batteriezelle mit einem Isolator vorgestellt, der ein Terminal des Deckels von einer Deckelplatte des Deckels elektrisch isoliert, der dadurch gekennzeichnet ist, dass ein zumindest den Isolator umfassender Bereich einer Oberfläche des Deckels mit einer Glasbarriere versiegelt ist.There is provided a lid for a battery cell having an insulator electrically insulating a terminal of the lid from a lid plate of the lid, characterized in that a portion of a surface of the lid surrounding at least the insulator is sealed with a glass barrier.
Ferner wird ein Verfahren zum Versiegeln eines Isolators eines Deckels einer Batteriezelle vorgestellt, wobei der Isolator ein Terminal des Deckels von einer Deckelplatte des Deckels elektrisch isoliert, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Schritt des Maskierens ein zumindest den Isolator umfassender Bereich einer Oberfläche des Deckels maskiert wird, und in einem Schritt des Beschichtens der Bereich mit einer Glasbarriere versiegelt wird.Furthermore, a method for sealing an insulator of a cover of a battery cell is presented, wherein the insulator electrically isolates a terminal of the cover from a cover plate of the cover, characterized in that in a step of masking an area of a surface of the cover comprising at least the insulator is masked, and in a step of coating the area is sealed with a glass barrier.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below.
Zum Trennen, Beabstanden und Isolieren zweier Pole einer Batteriezelle kann ein Polymermaterial verwendet werden. Das Polymermaterial ist jedoch auf Dauer nicht vollständig undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten. Dadurch kann es zu einem Eintritt von Wasser und/oder Sauerstoff in einen Innenraum der Batteriezelle und/oder einem Austritt von Elektrolyt aus der Zelle kommen. Materialien, die gegenüber dem Polymermaterial bessere elektrische Eigenschaften aufweisen, können als Dichtungsmaterial ungeeignet sein.For separating, spacing and isolating two poles of a battery cell, a polymer material can be used. However, the polymeric material is not completely impermeable to gases and liquids in the long run. This can lead to an entry of water and / or oxygen into an interior of the battery cell and / or an exit of electrolyte from the cell. Materials which have better electrical properties than the polymer material may be unsuitable as a sealing material.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird zum räumlichen und elektrischen Trennen der beiden Pole ein Isolator aus Isolatormaterial verwendet. Zum Abdichten bzw. Versiegeln des Isolatormaterials wird ein Glasmaterial verwendet, das als Glasbarriere eine Oberfläche des Isolators bedeckt und versiegelt. Die Glasbarriere kann eine Schicht, beispielsweise mit einer Dicke von zwischen 0,01µm und 300µm oder bevorzugt zwischen 0,1µm und 50µm, aus einem ein Glas bildenden Material, d.h. mit einer amorphen Struktur, sein. Verschiedene glasbildende Materialien können zum Einsatz kommen. Beispielsweise können Silikatgläser, d.h. glasartig erstarrtes reines Siliziumdioxid (SiO2), als Glasbarriere eingesetzt werden. Auch metallische Gläser, z.B. auf Basis von Titandioxid (TiO2) können eingesetzt werden. Die Glasbarriere kann somit als Diffusionsbarrierenschicht wirken, durch welche beispielsweise Wasser und/oder Sauerstoff nicht in signifikanten Mengen hindurchdiffundieren kann. Deckelplatte und Terminal sind unterschiedlichen Polen der Batteriezelle zugeordnet. Die Glasbarriere wird vorzugsweise nur dort abgeschieden, wo sie erforderlich ist und eine elektrische Funktion der Batteriezelle nicht einschränkt.In the approach presented here, an insulator made of insulating material is used for the spatial and electrical separation of the two poles. To seal the insulator material, use is made of a glass material which, as a glass barrier, covers and seals a surface of the insulator. The glass barrier may comprise a layer, for example having a thickness of between 0.01 μm and 300 μm or preferably between 0.1 μm and 50 μm, of a material forming a glass, i. with an amorphous structure. Various glass-forming materials can be used. For example, silicate glasses, i. glassy solidified pure silica (SiO2), used as a glass barrier. Also metallic glasses, e.g. based on titanium dioxide (TiO2) can be used. The glass barrier can thus act as a diffusion barrier layer through which, for example, water and / or oxygen can not diffuse through in significant quantities. Cover plate and terminal are assigned to different poles of the battery cell. The glass barrier is preferably deposited only where it is required and does not restrict an electrical function of the battery cell.
Der maskierte Bereich kann einen Teilbereich der Deckelplatte und/oder des Terminals umfassen. In dem maskierten Bereich wird die Glasbarriere abgeschieden. Damit kann der versiegelte Bereich als Glassiegel den Teilbereich der Deckelplatte und/oder des Terminals umfassen. Das Glassiegel kann eine größere Fläche, als den Isolator bedecken. Beispielsweise kann ein Streifen der Oberfläche der Deckelplatte rund um den Isolator bedeckt sein. Ebenso kann eine über eine Ebene der Deckelplatte überstehende Seitenfläche des Terminals bedeckt sein.The masked area may include a portion of the top panel and / or the terminal. In the masked area, the glass barrier is deposited. In this way, the sealed area can comprise the partial area of the cover plate and / or of the terminal as a glass seal. The glass seal may cover a larger area than the insulator. For example, a strip of the surface of the cover plate may be covered around the insulator. Likewise, a over a plane of the cover plate protruding side surface of the terminal may be covered.
Der Bereich kann an einer Außenseite der Batteriezelle und/oder einer Innenseite der Batteriezelle maskiert werden. Damit kann der Isolator auf einer Außenseite der Batteriezelle und/oder einer Innenseite der Batteriezelle angeordnet sein. Die Batteriezelle kann ein oder zwei Glassiegel aufweisen. Ein einzelnes Glassiegel kann auf der Außenseite oder Innenseite der Batteriezelle angeordnet sein. So kann für unterschiedliche Anforderungen jeweils die richtige Lösung angewandt werden.The area may be on an outside of the battery cell and / or an inside of the Battery cell to be masked. Thus, the insulator may be disposed on an outer side of the battery cell and / or an inner side of the battery cell. The battery cell may have one or two glass seals. A single glass seal may be disposed on the outside or inside of the battery cell. Thus, the right solution can be used for different requirements.
Der Bereich kann mit einem Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD - Chemical Vapour Deposition oder PVD Physical Vapour Deposition), insbesondere mit einem plasmaimpulsunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren (PICVD), beschichtet werden. Dieses Verfahren ist schnell und kann bei geringem Wärmeeintrag in den Deckel beziehungsweise die Batteriezelle ausgeführt werden.The region may be coated with a chemical vapor deposition (CVD) process, in particular with a plasma pulse enhanced chemical vapor deposition (PICVD) process. This method is fast and can be carried out with low heat input into the lid or the battery cell.
Als Glasbarriere kann SiO2 in dem Bereich abgeschieden werden. SiO2 beziehungsweise Siliziumdioxid ist reines Glas und in großen Mengen günstig verfügbar. Das SiO2 kann prozesssicher abgeschieden werden.SiO2 can be deposited in the region as a glass barrier. SiO2 or silicon dioxide is pure glass and is available cheaply in large quantities. The SiO2 can be deposited reliably.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen als Verfahren 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.It should be noted that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with reference to different embodiments as a method and as a battery cell. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.
Figurenlistelist of figures
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 eines Deckels einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
2 zeigt eine Darstellung eines Beschichtens eines maskierten Bereichs einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 shows a sectional view of a lid of a battery cell according to an embodiment; and -
2 FIG. 10 is an illustration of coating a masked region of a battery cell according to an embodiment. FIG.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das Terminal
Auf der Innenseite des Deckels
Bei dem hier vorgestellten Ansatz ist auf einem das Terminal
Die Glasbarriere
In einem Ausführungsbeispiel ist die Glasbarriere
Durch die Glasbarriere
Mit anderen Worten wird das Abdichten einer Batterie in der Regel mithilfe eines Polymers durchgeführt. Ein kritischer Punkt ist hierbei die Langzeitstabilität hinsichtlich einer Barrierefunktion des Polymers gegenüber Flüssigkeiten, wie beispielsweise Elektrolyt, Wasser oder Sauerstoff. Bei der hier gezeigten Batterie ist die äußere und die innere Dichtung mit SiO2 mit der PICVD-Technologie (Plasma Impulse Chemical Vapour Deposition) beschichtet. SiO2 (Glas) wirkt als Gasbarriere gegenüber Gasen und als Flüssigkeitsbarriere gegenüber Flüssigkeiten. Zusätzlich ist SiO2 elektrisch isolierend. Alternativ können auch weitere Substanzen, wie beispielsweise TiO2 abgeschieden werden.In other words, the sealing of a battery is usually performed by using a polymer. A critical point here is the long-term stability in terms of a barrier function of the polymer to liquids, such as electrolyte, water or oxygen. In the case of the battery shown here, the outer and inner seals are coated with SiO2 using PICVD (Plasma Impulse Chemical Vapor Deposition) technology. SiO2 (glass) acts as a gas barrier to gases and as a liquid barrier to liquids. In addition, SiO2 is electrically insulating. Alternatively, other substances such as TiO2 can be deposited.
Die Maske
Der Deckel
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.Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
Claims (8)
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