DE102018201281A1

DE102018201281A1 - Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, und Verfahren zum Herstellen einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie

Info

Publication number: DE102018201281A1
Application number: DE102018201281.4A
Authority: DE
Inventors: Anton Ringel; Andreas Ringk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2019-08-01
Also published as: WO2019145186A1

Abstract

Es wird Batterie (10), insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, umfassend zwei Anschlussterminals (30, 35), die einen Pluspol und einen Minuspol der Batterie (10) bilden, vorgeschlagen, wobei die Anschlussterminals (30, 35) elektrisch von einem Batteriegehäusedeckel (16) der Batterie (10) isoliert sind, wobei zwischen einem ersten Anschlussterminal (30, 35) der Anschlussterminals (30, 35) und dem Batteriegehäusedeckel (16) der Batterie (10) ein elektrisch isolierendes Laminatmaterial (60, 65), insbesondere eine elektrisch isolierende Laminatfolie, zum elektrischen Isolieren des ersten Anschlussterminals (30, 35) von dem Batteriegehäusedeckel (16) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, und ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie.
Stand der Technik
Elektrochemische Lagen (z.B. in Form eines Stacks) einer Batterie sind üblicherweise über sogenannte Tabs mit einer Schiene verschweißt. Die Schiene ist über einen Niet mit einem Anschlussterminal (d.h. einem Pol) der Batterie verbunden. Der Niet fixiert eine Dichtung, die den Innenraum der Batterie gegenüber der Umgebung abdichtet, und stellt eine elektrische Verbindung zwischen Schiene und Anschlussterminal her.
Nachteilig hieran sind die vergleichsweise geringere Volumeneffizienz in der Zelle und der in der Regel große elektrische Widerstand zwischen den elektrochemischen Lagen und dem Anschlussterminal.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine Batterie aufzuzeigen bzw. herzustellen, die technisch einfach ist und bei der ein geringer elektrischer Widerstand zwischen den elektrochemischen Lagen und dem Anschlussterminal vorhanden ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, umfassend zwei Anschlussterminals, die einen Pluspol und einen Minuspol der Batterie bilden, vorgeschlagen, wobei die Anschlussterminals elektrisch von einem Batteriegehäusedeckel der Batterie isoliert sind, wobei zwischen einem ersten Anschlussterminal der Anschlussterminals und dem Batteriegehäusedeckel der Batterie ein elektrisch isolierendes Laminatmaterial, insbesondere eine elektrisch isolierende Laminatfolie, zum elektrischen Isolieren des ersten Anschlussterminals von dem Batteriegehäusedeckel angeordnet ist.
Ein Vorteil hiervon ist, dass die Batterie üblicherweise technisch einfach aufgebaut ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Batteriegehäuse bzw. der Batteriegehäusedeckel im Allgemeinen elektrisch neutral ist, so dass eine sogenannte „Neutrale Zelle“ vorliegt. Insbesondere bei einem Nagelpenetrationstest, der für Batterien im Automotive-Bereich erforderlich ist, ist dies in der Regel vorteilhaft. Zudem weist die Batterie üblicherweise einen niedrigen Widerstand zwischen den elektrochemischen Lagen und dem Anschlussterminal auf. Darüber hinaus ist im Allgemeinen durch das Laminatmaterial den Innenraum der Batterie bzw. des Batteriegehäuses (auch Zellgehäuse genannt) der Batterie technisch einfach gegenüber der Umgebung abgedichtet. Hierdurch wird üblicherweise ein Austreten von Elektrolyt verhindert. Zudem kann das Laminatmaterial in der Regel mit dem Batteriegehäusedeckel und dem Anschlussterminal verpresst sein, so dass keine Lufteinschlüsse vorhanden sind, die die Batterie negativ beeinträchtigen könnten. Auch weist die Batterie im Allgemeinen eine hohe Volumeneffizienz, d.h. eine hohe Kapazität bei geringem Volumen, auf. Mittels des Laminatmaterials ist das Anschlussterminal üblicherweise technisch einfach an dem Batteriegehäusedeckel fixiert bzw. befestigt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, vorzugsweise einer Batterie wie vorstehend beschrieben, mit zwei Anschlussterminals, vorgeschlagen, wobei die Anschlussterminals elektrisch von einem Batteriegehäusedeckel der Batterie isoliert sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Anordnen eines Laminatmaterials, insbesondere einer Laminatfolie, auf einem Flügel zumindest eines ersten Anschlussterminals der Anschlussterminals; - Anordnen des Batteriegehäusedeckels auf dem Laminatmaterial des ersten Anschlussterminals derart, dass zwischen dem Batteriegehäusedeckel und dem ersten Anschlussterminal ein vorgegebener Abstand vorhanden ist; - Verpressen des Batteriegehäusedeckels, des ersten Anschlussterminals und des Laminatmaterials; - Auffüllen des Abstands zwischen dem ersten Anschlussterminal und dem Batteriegehäusedeckel mit einem Flüssigkunststoff; und - Gleichzeitiges Aushärten des Laminatmaterials und des Flüssigkunststoffs.
Vorteilhaft hieran ist, dass das Verfahren in der Regel technisch einfach durchführbar ist. Da nur ein Aushärtungsschritt, während dem sowohl das Laminatmaterial als auch der Flüssigkunststoff ausgehärtet wird, vorhanden ist, kann das Verfahren üblicherweise in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden. Dies senkt die in der Regel Herstellungskosten. Ein weiterer Vorteil ist, dass im Allgemeinen eine Batterie mit einem elektrisch neutralen Batteriegehäuse/Zellgehäuse bzw. Batteriegehäusedeckel herstellbar ist, so dass eine sogenannte „Neutrale Zelle“ vorliegt. Insbesondere bei einem Nagelpenetrationstest, der für Batterien im Automotive-Bereich erforderlich ist, ist dies üblicherweise vorteilhaft. Mittels des Laminatmaterials kann das Anschlussterminal im Allgemeinen technisch einfach an dem Batteriegehäusedeckel fixiert bzw. befestigt werden. Zudem sind durch das Verpressen des Laminatmaterials, des Batteriegehäusedeckels und des Anschlussterminals Lufteinschlüsse, die die Batterie negativ beeinträchtigen könnten, zwischen diesen Elementen üblicherweise im Wesentlichen ausgeschlossen.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Batterie eine Dichtung zum Abdichten eines Bereichs zwischen dem Batteriegehäusedeckel und einem Flügel des Anschlussterminals auf. Vorteilhaft hieran ist üblicherweise, dass der Innenraum des Batteriegehäuses bzw. des Batteriegehäusedeckels noch sicherer gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Ein Austreten und/oder Verdunsten von Elektrolyt wird auf diese Weise in der Regel besonders sicher verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Batteriegehäusedeckel eine Aussparung zum Aufnehmen zumindest eines Teils des Laminatmaterials auf. Hierdurch kann die Volumeneffizienz der Batterie im Allgemeinen noch weiter erhöht werden. Dies ist insbesondere dadurch gegeben, dass das Laminatmaterial ein nichtenergiespeicherndes Medium der Batterie ist und das Laminatmaterial hierdurch weniger Raum bzw. Platz innerhalb des Batteriegehäuses beansprucht. Dies bedeutet, dass im Allgemeinen bei gleichen Außenmaßen des Batteriegehäuses mehr Raum bzw. Volumen innerhalb des Batteriegehäuses für Elemente vorhanden ist, die die Kapazität der Batterie erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem ersten Anschlussterminal und dem Batteriegehäusedeckel ein vorgegebener Abstand derart vorhanden, dass eine erste Oberfläche des Laminatmaterials von dem Batteriegehäusedeckel nur teilweise bedeckt ist. Hierdurch wird üblicherweise sichergestellt, dass kein elektrischer Kontakt zwischen dem jeweiligen Anschlussterminal und dem Batteriegehäuse bzw. dem Batteriegehäusedeckel vorhanden ist. Hierdurch wird in der Regel eine elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Anschlussterminal und dem Batteriegehäuse bzw. dem Batteriegehäusedeckel verhindert, so dass sichergestellt ist, dass das Batteriegehäuse elektrisch neutral bleibt.
Gemäß einer Ausführungsform ist auf einem Bereich der ersten Oberfläche des Laminatmaterials, der von dem Batteriegehäusedeckel nicht bedeckt ist, eine hydrophobe Schicht, insbesondere eine hydrophobe Monoschicht, angeordnet. Durch den freiliegenden Bereich der ersten Oberfläche des Laminatmaterials kann unter ungünstigen Umständen Feuchtigkeit in die Batterie bzw. das Batteriegehäuse diffundieren. Ein größerer Bereich der ersten Oberfläche, der von dem Batteriegehäuse nicht bedeckt wird, erhöht üblicherweise die Zuverlässigkeit der elektrischen Isolierung zwischen Anschlussterminal und Batteriegehäusedeckel und erlaubt größere Fügetoleranzen beim Zusammensetzen des Laminatmaterials, des Anschlussterminals und des Batteriegehäusedeckels. Die Fügetoleranzen können z.B. durch Geometrie-, Material- und/oder Laminierprozessschwankungen verursacht werden. Ein größerer Bereich der ersten Oberfläche, der von dem Batteriegehäuse nicht bedeckt wird, erhöht jedoch unter ungünstigen Umständen die Feuchtediffusion aus der Umgebung in die Batterie bzw. in das Batteriegehäuse. Durch die hydrophobe Schicht auf dem von dem Batteriegehäusedeckel unbedeckten Bereich der ersten Oberfläche des Laminatmaterials, wird üblicherweise die Diffusion von Feuchtigkeit in die Batterie bzw. in das Batteriegehäuse stark vermindert. Dies verlängert in der Regel die Lebensdauer der Batterie.
Beispielsweise kann das Laminatmaterial Hydroxygruppen und/oder Amingruppen auf dem nicht von dem Batteriegehäusedeckel bedeckten Bereich der ersten Oberfläche des Laminatmaterials aufweisen. Die hydrophobe Schicht kann einen Stoff mit einer reaktiven Gruppe bzw. Gruppen, die mit den Hydroxygruppen und/oder Amingruppen reagieren, und einem hydrophoben oder superhydrophoben Rest (z.B. Alkylgruppen, perfluorierte Gruppen), der eine Verbindung mit der ersten Oberfläche herstellt, umfassen. Der Stoff kann z.B. einen Stoff mit der CAS (Chemical Abstracts Service) Registry Number 999-97-3, 18162-84-0, 93804-29-6 und/oder 102488-49-3 umfassen.
Bei dem Laminatmaterial kann durch Beflammen und/oder Erzeugen eines Plasmas reaktive Gruppen auf dem von dem Batteriegehäusedeckel nicht bedeckten Bereich der ersten Oberfläche erzeugt werden (insbesondere sofern keine oder nur wenige Hydroxygruppen und/oder Amingruppen in dem nicht von dem Batteriegehäusedeckel bedeckten Bereich der ersten Oberfläche des Laminatmaterials vorhanden sind), um ein Verbinden des Laminatmaterials mit der hydrophoben Schicht zu ermöglichen bzw. zu verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem ersten Anschlussterminal und dem Batteriegehäusedeckel ein gehärteter Flüssigkunststoff angeordnet. Vorteilhaft hieran ist üblicherweise, dass technisch einfach die Position des Anschlussterminals und somit auch der Abstand des Anschlussterminals von dem Batteriegehäuse bzw. Batteriegehäusedeckel fixiert ist. Zudem wird im Allgemeinen eine elektrische Verbindung zwischen Anschlussterminal und Batteriegehäuse noch sicherer verhindert. Auch ist der Innenraum der Batterie in der Regel besonders sicher gegenüber der Umgebung abgedichtet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Batteriegehäusedeckel auf zumindest einer dem ersten Anschlussterminal zugewandten Seite angefast. Hierdurch kann ein Flüssigkunststoff, der vor einem Härten flüssig und nach dem Härten fest ist, üblicherweise technisch besonders einfach in den Bereich bzw. Abstand zwischen Batteriegehäusedeckel und Anschlussterminal, in dem das Laminatmaterial nicht von dem Batteriegehäusedeckel bedeckt wird, eingebracht werden. Zudem steigt in der Regel hierdurch die Isolationsstrecke zwischen Batteriegehäusedeckel und Anschlussterminal.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Batteriegehäusedeckel in zumindest einem dem ersten Anschlussterminal zugewandten Bereich eine Aussparung auf einer Außenseite zum Aufnehmen eines Flüssigkunststoffs zum Vergrößern einer Kriechstrecke zwischen dem Anschlussterminal und dem Batteriegehäusedeckel auf der Außenseite des Batteriegehäusedeckels auf. Vorteilhaft hieran ist, dass der vor dem Härten flüssige Flüssigkunststoff üblicherweise technisch noch einfacher in den Bereich bzw. Abstand zwischen Batteriegehäusedeckel und Anschlussterminal, in dem das Laminatmaterial nicht von dem Batteriegehäusedeckel bedeckt wird, eingebracht werden kann. Zudem wird im Allgemeinen eine Kriechstrecke auf der Außenseite des Batteriegehäuses bzw. Batteriegehäusedeckels vergrößert, die ein Strom von dem Anschlussterminal zu dem Batteriegehäuse zurücklegen muss, da ein Teil der Außenoberfläche des Batteriegehäuses, nämlich die Aussparung, mit dem vor dem Härten flüssigen Flüssigkunststoff gefüllt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem Laminatmaterial, insbesondere der Laminatfolie, und dem ersten Anschlussterminal ein vorgegebener Abstand vorhanden, der mit einem gehärteten Flüssigkunststoff gefüllt ist. Ein Vorteil hiervon ist üblicherweise, dass große Fügetoleranzen beim Laminieren des Laminatmaterials bzw. der Laminatfolie und beim Zusammensetzen des Laminatmaterials, des Batteriegehäusedeckels und des Anschlussterminals tolerierbar sind bzw. bestehen können. Die Fügetoleranzen können z.B. durch Geometrie-, Material- und/oder Laminierprozessschwankungen verursacht werden. Nach dem Fügen bzw. Zusammenfügen kann der vor dem Härten flüssige Flüssigkunststoff in den ersten Bereich zwischen Laminatmaterial und Anschlussterminal und in den zweiten Bereich zwischen Batteriegehäusedeckel und Anschlussterminal eingebracht (und anschließend gehärtet) werden, wobei der zweite Bereich sich von dem Innern bzw. Innenraum des Batteriegehäuses aus gesehen weiter außen befindet.
Das Laminatmaterial, insbesondere die Laminatfolie, kann Material, das auf Epoxid (ohne anorganische Füllstoffe oder mit anorganischen Füllstoffen) basiert, z.B. ein Epoxykunststoff bzw. Epoxidharz, insbesondere ein Epoxykunststoff bzw. Epoxidharz mit SiO₂ oder Al₂O₃, umfassen oder sein. Das Laminatmaterial kann insbesondere ein Feststoff sein. Das Laminatmaterial kann insbesondere erst nach einem Verpressen mit dem Batteriegehäusedeckel und dem Anschlussterminal ausgehärtet werden. Das Laminatmaterial kann den Batteriegehäusedeckel und den Flügel des Anschlussterminals direkt bzw. unmittelbar berühren bzw. kontaktieren.
Der Flüssigkunststoff kann einen vor einem Härten flüssiger Flüssigkunststoff, z.B. ein Flüssigpolymer, insbesondere ein Epoxidharz, umfassen oder ein solches sein. Der Flüssigkunststoff kann z.B. mittels eines Dispensprozesses in den Bereich zwischen Batteriegehäusedeckel und Anschlussterminal eingebracht werden. Der Flüssigkunststoff ist elektrisch nicht-leitend.
Das Laminatmaterial und der Flüssigkunststoff können aus der gleichen Materialklasse sein, wodurch eine robuste Verbindung zwischen den beiden Elementen gebildet wird, da durch den gleichen Vernetzungsmechanismus eine kohäsive Bindung zwischen den beiden Elementen erreicht wird.
Das Härten kann bei Temperaturen von bis zu 180 °C durchgeführt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Batterie 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 Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie;
2 zeigt eine Aufsicht auf die Batterie aus 1;
3 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie;
4 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie;
5 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie;
6 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie; und
7 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie 10. Die Batterie 10 kann z.B. eine Lithium-Ionen-Batterie sein. 1 zeigt den oberen Teil der Batterie 10. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Batterie 10 aus 1.
Die Batterie 10 umfasst ein Batteriegehäuse 15, das auf einer Oberseite des Batteriegehäuses 15, einen Batteriegehäusedeckel 16 aufweist. Das Batteriegehäuse 15 (auch Zellgehäuse) umschließt einen Innenraum 12 der Batterie 10. Die Batterie 10 umfasst zudem einen Stack 40, in dem elektrochemische Lagen angeordnet sind, die die Spannung der Batterie 10 erzeugen. Der Stack 40 ist mit zwei Tabs 50, 55 verbunden. Ein Tab 50, 55 ist mit den negativen Lagen verbunden und der andere Tab 50, 55 ist mit den positiven Lagen der elektrochemischen Lagen verbunden.
Die Batterie 10 weist zwei Anschlussterminals 30, 35 auf, die jeweils mit einem der Tabs 50, 55 elektrisch verbunden sind. Ein Anschlussterminal 30, 35 bildet den Pluspol der Batterie 10 und das andere Anschlussterminal 30, 35 bildet den Minuspol der Batterie 10. Die Anschlussterminals 30, 35 ragen durch eine (üblicherweise rechteckige) Öffnung in dem Batteriegehäusedeckel 16 teilweise aus dem Batteriegehäuse 15 heraus. Die Anschlussterminals 30, 35 sind somit von außen zugänglich. Das Batteriegehäuse 15 ist elektrisch neutral. Dies bedeutet, dass das Batteriegehäuse 15 mit keinem der beiden Anschlussterminals 30, 35 elektrisch verbunden ist. Es liegt somit eine sogenannte „Neutrale Zelle“ vor.
Zwischen dem Batteriegehäusedeckel 16 und dem Anschlussterminal 30, 35 ist ein vorgegebener Abstand 80, 85 vorhanden (dieser Abstand verläuft in 1 in horizontaler Richtung bzw. parallel zur oberen Oberfläche des Batteriegehäusedeckels 16 bzw. des Anschlussterminals 30, 35). Das Anschlussterminal 30, 35 berührt somit nicht den Batteriegehäusedeckel 16. Das jeweilige Anschlussterminal 30, 35 weist einen unteren Bereich bzw. Abschnitt auf, von dessen Oberfläche bzw. Umfangsfläche ein Flügel 31, 36 kragenartig absteht, wobei der Flügel 31, 36 im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche des Batteriegehäuses 15 verläuft. Durch diesen Flügel 31, 36 des jeweiligen Anschlussterminals 30, 35 wird ein (vollständiges) Herausdrücken des Anschlussterminals 30, 35 aus dem Batteriegehäuse 15 bzw. dem Innenraum 12 des Anschlussterminals 30, 35 verhindert. Auf der Höhe des Flügels 31, 36 weist das jeweilige Anschlussterminal 30, 35 einen wesentlich größeren Durchmesser in horizontaler Richtung (die parallel zu der oberen Oberfläche des Batteriegehäusedeckels 16 bzw. des Anschlussterminals 30, 35 verläuft) auf als im restlichen Bereich des jeweiligen Anschlussterminals 30, 35.
Zwischen dem Flügel 31, 36 des jeweiligen Anschlussterminals 30, 35 und einer Innenseite bzw. dem Innenraum 12 zugewandten Seite des Batteriegehäusedeckels 16 ist ein Laminatmaterial 60, 65, insbesondere eine Laminatfolie, angeordnet. Das Laminatmaterial 60, 65 ist dünn (z.B. ca. 100 µm) ausgebildet. Das Laminatmaterial 60, 65 verläuft im Wesentlichen parallel zu dem jeweiligen Flügel 31, 36 des Anschlussterminals 30, 35 (und somit parallel zu einer äußeren Oberfläche des Batteriegehäusedeckels 16) und verhindert eine elektrische Verbindung zwischen dem Anschlussterminal 30, 35 und dem Batteriegehäuse 15.
Zwischen dem Flügel 31, 36 des Anschlussterminals 30, 35 und dem Batteriegehäuse 15 ist das Laminatmaterial 60, 65 angeordnet. Das Laminatmaterial 60, 65 liegt an dem Anschlussterminal 30, 35 plan an. Das Laminatmaterial 60, 65 steht seitlich etwas über den Flügel 31, 36 des Anschlussterminals 30, 35 hinaus. Dies bedeutet, dass das Laminatmaterial 60, 65 einen größeren Durchmesser in horizontaler Richtung als der Flügel 31, 36 des Anschlussterminals 30, 35 aufweist.
Die beiden Anschlussterminals 30, 35 sowie das jeweilige dazugehörige Laminatmaterial 60, 65 sind im Wesentlichen gleich aufgebaut. Es ist jedoch möglich, dass nur ein Anschlussterminal 30, 35 mit einem entsprechenden Laminatmaterial 60, 65 in Kontakt steht. Die Anschlussterminals 30, 35 können jeweils aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung oder Kupfer bzw. einer Kupferlegierung bestehen.
Das Laminatmaterial 60, 65 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material bzw. mehreren elektrisch isolierenden Materialien. Das Laminatmaterial 60, 65 kann beispielsweise ein Material auf Epoxidbasis, z.B. ein Epoxidharz, umfassen oder aus diesem bestehen. Das Laminatmaterial dient auch zum Abdichten eines Innenraums der Batterie gegenüber der Umgebung
In 1 ist ein Dichtungsring als Dichtung 70, 75 gezeigt, der zwischen dem Flügel 31, 36 des Anschlussterminals 30, 35 und dem Batteriegehäusedeckel 16 angeordnet ist. Der Dichtungsring ist optional. Es ist möglich, dass der Dichtungsring bzw. die Dichtung 70, 75 integral mit dem Laminatmaterial 60, 65 ausgebildet ist.
Der Dichtungsring dichtet den Bereich zwischen dem Laminatmaterial 60, 65 und dem Batteriegehäusedeckel 16 ab, damit keine Flüssigkeit (z.B. ein flüssiger Elektrolyt im Innenraum 12 der Batterie 10 bzw. des Batteriegehäuses 15) aus dem Batteriegehäuse 15 in die Umgebung austritt. Zudem wird ein Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung in das Batteriegehäuse 15 verhindert.
Die Laminatmaterialien 60, 65 weisen in der Draufsicht der 2 jeweils eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken auf (wobei in der Mitte des Laminatmaterials 60, 65 eine Aussparung vorhanden ist). Die Dichtungen 70, 75 bzw. Dichtungsringe weisen in der Draufsicht jeweils eine Form auf, die der Form eines Außenumfangs eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken folgt. Die Anschlussterminals 30, 35 weisen in der Draufsicht der 2 jeweils ebenfalls eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken auf.
3 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie 10. 3 zeigt nur einen Teilbereich eines Anschlussterminals 30, 35 der Batterie 10, die zwei Anschlussterminals 30, 35 aufweist. Die in 3 gezeigte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass der Batteriegehäusedeckel 16 eine Vertiefung bzw. Aussparung 20 aufweist, in der ein Teil des Laminatmaterials 60, 65 (und der optionalen Dichtung 70, 75) angeordnet ist. Insbesondere ist die Aussparung 20 derart breit, dass das Laminatmaterial 60, 65 in der Breite im Wesentlichen vollständig in der Aussparung 20 bzw. Vertiefung aufgenommen werden kann. Die Aussparung 20 kann derart tief (wobei die Tiefe von oben nach unten in 3 verläuft) sein, dass die gesamte Höhe des Laminatmaterials 60, 65 in der Aussparung 20 aufgenommen ist.
4 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie 10. 4 zeigt nur einen Teilbereich eines Anschlussterminals 30, 35 der Batterie 10. Die in 4 gezeigte dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass ein Teil des Batteriegehäusedeckels 16, der dem Anschlussterminal 30, 35 zugewandt ist, angefast ist. Dies bedeutet, dass der Batteriegehäusedeckel 16 in diesem Bereich von außen nach innen bzw. von oben nach unten in 4 sich dem Anschlussterminal 30, 35 annähert, d.h. der Abstand 80, 85 zwischen Batteriegehäusedeckel 16 und Anschlussterminal 30, 35 sinkt, wenn man sich in 4 von oben nach unten bewegt und sich somit dem Laminatmaterial 60, 65 nähert. Hierdurch kann der Flüssigkunststoff 90, 95 besonders einfach in den Bereich zwischen Anschlussterminal 30, 35 und Batteriegehäusedeckel 16 eingebracht werden.
5 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie 10. Die in 5 gezeigte vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass der Batteriegehäusedeckel 16 in einem Bereich auf seiner Außenseite, wobei der Bereich dem Anschlussterminal 30, 35 zugewandt ist, eine Vertiefung bzw. Prägung bzw. Aussparung aufweist. Die Vertiefung erstreckt sich bis zu dem Bereich bzw. Abstand, wo der Batteriegehäusedeckel 16 das Laminatmaterial 60, 65 nicht bedeckt. Im Bereich der Vertiefung weist der Batteriegehäusedeckel 16 eine geringere Dicke (die in 5 von oben nach unten verläuft) auf als an den anderen Stellen bzw. Bereichen. Beim Einbringen von Kunststoff 90, 95 in den Bereich zwischen Batteriegehäusedeckel 16 und Anschlussterminal 30, 35 wird auch die Vertiefung bzw. Aussparung mit Kunststoff 90, 95 gefüllt. Somit existiert eine größere Kriechstrecke, die der Strom zwischen Anschlussterminal 30, 35 und Batteriegehäusedeckel 16 überwinden muss, auf der Außenseite des Batteriegehäuses 15 bzw. Batteriegehäusedeckels 16, als wenn keine solche Vertiefung bzw. Aussparung in dem Batteriegehäusedeckel 16 vorhanden wäre. 6 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie 10. Die in 6 gezeigte fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass zwischen dem Laminatmaterial 60, 65 und dem Anschlussterminal 30, 35 in einer Richtung parallel zu einer Außenoberfläche des Batteriegehäusedeckels 16 bzw. des Laminatmaterials 60, 65 eine Lücke bzw. ein Abstand vorhanden ist. Der Abstand zwischen dem Laminatmaterial 60, 65 und dem Anschlussterminal 30, 35 kann (in horizontaler Richtung in 6) geringer als der Abstand des Batteriegehäusedeckels 16 von dem Anschlussterminal 30, 35 sein. Beim Einbringen von Flüssigkunststoff 90, 95 in den Bereich zwischen Anschlussterminal 30, 35 und Batteriegehäusedeckel 16 wird gleichzeitig Flüssigkunststoff 90, 95 in den Bereich zwischen Laminatmaterial 60, 65 und Anschlussterminal 30, 35 eingebracht. Durch den vorgegebenen Abstand zwischen Laminatmaterial 60, 65 und Anschlussterminal 30, 35, der durch Flüssigkunststoff 90, 95 gefüllt wird, wird das Entstehen einer ungeplanten Lücke zwischen Laminatmaterial 60, 65 und Anschlussterminal 30, 35 durch Fertigungstoleranzen verhindert.
7 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie 10. Die in 7 gezeigte sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass auf einem vor dem Einbringen von Kunststoff 90, 95 freiliegenden Bereich des Laminatmaterials 60, 65 eine hydrophobe Schicht 67 angeordnet ist.
Das Laminatmaterial 60, 65 kann zunächst insbesondere Hydroxy- und/oder Amingruppen auf dem nicht bedeckten Bereich aufweisen. Auf diesen nicht bedeckten Bereich wird eine hydrophobe Schicht 67, insbesondere eine Monoschicht bzw. Monolage (auch Monolayerschicht genannt), aufgebracht, die eine reaktive Gruppe (z.B. Chlorsilane, Silazane, Phosphonsäuren, Carboxylate, Methoxysilan), die mit den Hydroxy- und/oder Amingruppen des Laminats eine Verbindung bzw. Bindung eingehen, und einen hydrophoben bzw. superhydrophoben Rest (z.B. Alkylgruppen, perfluorierte Gruppen) aufweisen. Die hydrophobe Schicht 67 kann z.B. Material mit der CAS (Chemical Abstracts Service) Registry Number 999-97-3, 18162-84-0, 93804-29-6 und/oder 102488-49-3 umfassen. Die hydrophobe Schicht 67 kann somit insbesondere CF₃(CF₂)₉CH₂CH₂SiCl₃ (wobei SiCl₃ die reaktive Gruppe darstellt) und/oder CH₃(CH₂)₆CH₂Si(CH₃)₂OCH₃ (wobei Si(CH₃)₂OCH₃ die reaktive Gruppe darstellt), CH₃(CH₂)₆CH₂Si(CH₃)₂Cl (wobei Si(CH₃)₂Cl die reaktive Gruppe darstellt) und/oder (CH₃)₃SiNHSi(CH₃)₃ (wobei SiNHSi die reaktive Gruppe darstellt) umfassen. Die hydrophobe bzw. superhydrophobe Schicht 67 kann vor dem Aushärten des Laminatmaterials 60, 65 (z.B. durch Sprühtechnik oder ähnlichem) auf das Laminatmaterial 60, 65 bzw. den nicht von dem Batteriegehäusedeckel 16 bedeckten Bereich des Laminatmaterials 60, 65 aufgebracht werden.
Sofern das Laminatmaterial 60, 65 zunächst wenige oder keine Hydroxy- und/oder Amingruppen aufweist, können durch Beflammen bzw. Erzeugen eines Plasmas entsprechende reaktive Gruppen auf dem (vor dem Aufbringen des Kunststoffs 90, 95) freiliegenden Bereich des Laminatmaterials 60, 65 erzeugt werden.
Nach dem Aufbringen der hydrophoben oder superhydrophoben Schicht 67 wird der Abstand bzw. freiliegende Bereich des Laminatmaterials 60, 65 mit Flüssigkunststoff 90, 95 gefüllt und der Flüssigkunststoff 90, 95 gehärtet.
Die Flügel 31, 36 des Anschlussterminals 30, 35, das Laminatmaterial 60, 65 und der Batteriegehäusedeckel 16 können verpresst werden.
Das Laminatmaterial 60, 65 kann eine Dicke von ca. 100 µm aufweisen. Das Laminatmaterial 60, 65 kann mit anorganischen Füllstoffen (z.B. SiO₂) hochgefüllt sein, wodurch das Laminatmaterial 60, 65 eine hohe mechanische Belastbarkeit und Medienresistenz aufweist. Zudem kann der thermische Ausdehnungskoeffizient des Laminatmaterials 60, 65 auf den bzw. die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Batteriegehäusedeckels 16 bzw. des Anschlussterminals 30, 35 angepasst sein.
Vorstellbar bei allen Ausführungsformen ist auch, dass der Flügel 31, 36 des jeweiligen Anschlussterminals 30, 35 auf einer Außenoberfläche des Batteriegehäusedeckels 16 angeordnet ist.
Der Flügel 31, 36 des Anschlussterminals 30, 35 kann eine Nut zum Aufnehmen eines Teils der Dichtung 70, 75 und zum Ausrichten der Dichtung 70, 75 aufweisen.
Das Härten kann bei Temperaturen von bis zu 180 °C durchgeführt werden.
Die Batterie 10 kann wie folgt hergestellt werden. Zunächst wird ein Laminatmaterial 60, 65, insbesondere eine Laminatfolie, auf einem Flügel 31, 36 des jeweiligen Anschlussterminals 30, 35 angeordnet. Insbesondere somit auf den Flügeln 31, 36 beider Anschlussterminals. Anschließend wird ein Batteriegehäusedeckel 16 auf dem Laminatmaterial 60, 65 des jeweiligen Anschlusselements derart angeordnet, dass jeweils zwischen dem Batteriegehäusedeckel 16 und dem jeweiligen Anschlussterminal 30, 35 ein vorgegebener Abstand vorhanden ist. Somit bedeckt der Batteriegehäusedeckel 16 das Laminatmaterial 60, 65 bzw. eine Oberseite des Laminatmaterials 60, 65 beider Anschlussterminals nur teilweise. Nachfolgend werden der Batteriegehäusedeckel 16, die Anschlussterminals 30, 35 und das jeweilige Laminatmaterial 60, 65 miteinander verpresst. Nun wird der Abstand zwischen dem jeweiligen Anschlussterminal 30, 35 und dem Batteriegehäusedeckel 16 mit einem Flüssigkunststoff 90, 95 aufgefüllt. Schließlich werden das Laminatmaterial 60, 65 bzw. die Laminatmaterialien 60, 65 beider Anschlussterminals 30, 35 und der Flüssigkunststoff 90, 95 gleichzeitig ausgehärtet. Dies kann z.B. durch Erwärmung in einem Hitzeofen durchgeführt werden.
Die zweiten bis sechsten Ausführungsform können miteinander kombiniert werden und die entsprechenden Änderungen bzw. Modifikationen können gemeinsam auf die erste Ausführungsform angewandt werden.
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

Batterie (10), insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, umfassend zwei Anschlussterminals (30, 35), die einen Pluspol und einen Minuspol der Batterie (10) bilden, wobei die Anschlussterminals (30, 35) elektrisch von einem Batteriegehäusedeckel (16) der Batterie (10) isoliert sind, wobei zwischen einem ersten Anschlussterminal (30, 35) der Anschlussterminals (30, 35) und dem Batteriegehäusedeckel (16) der Batterie (10) ein elektrisch isolierendes Laminatmaterial (60, 65), insbesondere eine elektrisch isolierende Laminatfolie, zum elektrischen Isolieren des ersten Anschlussterminals (30, 35) von dem Batteriegehäusedeckel (16) angeordnet ist.
Batterie (10) nach Anspruch 1, wobei die Batterie (10) eine Dichtung (70, 75) zum Abdichten eines Bereichs zwischen dem Batteriegehäusedeckel (16) und einem Flügel (31, 36) des Anschlussterminals (30, 35) aufweist.
Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Batteriegehäusedeckel (16) eine Aussparung (20) zum Aufnehmen zumindest eines Teils des Laminatmaterials (60, 65) aufweist.
Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem ersten Anschlussterminal (30, 35) und dem Batteriegehäusedeckel (16) ein vorgegebener Abstand (80, 85) derart vorhanden ist, dass eine erste Oberfläche des Laminatmaterials (60, 65) von dem Batteriegehäusedeckel (16) nur teilweise bedeckt ist.
Batterie (10) nach Anspruch 4, wobei auf einem Bereich der ersten Oberfläche des Laminatmaterials (60, 65), der von dem Batteriegehäusedeckel (16) nicht bedeckt ist, eine hydrophobe Schicht (67), insbesondere eine hydrophobe Monoschicht, angeordnet ist.
Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem ersten Anschlussterminal (30, 35) und dem Batteriegehäusedeckel (16) ein gehärteter Flüssigkunststoff (90, 95) angeordnet ist.
Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Batteriegehäusedeckel (16) auf zumindest einer dem ersten Anschlussterminal (30, 35) zugewandten Seite angefast ist.
Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Batteriegehäusedeckel (16) in zumindest einem dem ersten Anschlussterminal (30, 35) zugewandten Bereich eine Aussparung auf einer Außenseite zum Aufnehmen eines Flüssigkunststoffs (90, 95) zum Vergrößern einer Kriechstrecke zwischen dem Anschlussterminal (30, 35) und dem Batteriegehäusedeckel (16) auf der Außenseite des Batteriegehäusedeckels (16) aufweist.
Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Laminatmaterial (60, 65), insbesondere der Laminatfolie, und dem ersten Anschlussterminal (30, 35) ein vorgegebener Abstand vorhanden ist, der mit einem gehärteten Flüssigkunststoff (90, 95) gefüllt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Batterie (10), insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, vorzugsweise einer Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zwei Anschlussterminals (30, 35), wobei die Anschlussterminals (30, 35) elektrisch von einem Batteriegehäusedeckel (16) der Batterie (10) isoliert sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Anordnen eines Laminatmaterials (60, 65), insbesondere einer Laminatfolie, auf einem Flügel (31, 36) zumindest eines ersten Anschlussterminals (30, 35) der Anschlussterminals (30, 35); - Anordnen des Batteriegehäusedeckels (16) auf dem Laminatmaterial (60, 65) des ersten Anschlussterminals (30, 35) derart, dass zwischen dem Batteriegehäusedeckel (16) und dem ersten Anschlussterminal (30, 35) ein vorgegebener Abstand (80, 85) vorhanden ist; - Verpressen des Batteriegehäusedeckels (16), des ersten Anschlussterminals (30, 35) und des Laminatmaterials (60, 65); - Auffüllen des Abstands (80, 85) zwischen dem ersten Anschlussterminal (30, 35) und dem Batteriegehäusedeckel (16) mit einem Flüssigkunststoff (90, 95); und - Gleichzeitiges Aushärten des Laminatmaterials (60, 65) und des Flüssigkunststoffs (90, 95).