DE102018201693A1 - Bipolarbatteriezellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Bipolarbatteriezellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102018201693A1
DE102018201693A1 DE102018201693.3A DE102018201693A DE102018201693A1 DE 102018201693 A1 DE102018201693 A1 DE 102018201693A1 DE 102018201693 A DE102018201693 A DE 102018201693A DE 102018201693 A1 DE102018201693 A1 DE 102018201693A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bipolar
sealing
battery cell
cell stack
sealing edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018201693.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Roscher
Thomas Echelmeyer
Lars Ebert
Philipp Just
Marcel Kramer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LIOVOLT GMBH, DE
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp System Engineering GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Priority to DE102018201693.3A priority Critical patent/DE102018201693A1/de
Publication of DE102018201693A1 publication Critical patent/DE102018201693A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H01M10/0418—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes with bipolar electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0486—Frames for plates or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bipolarbatteriezellen-Stapel mit einer wiederkehrenden Abfolge von plattenförmigen Elementen, nämlich Bipolar-Kollektoren, einem ersten Aktivmaterial, Separatoren und einem zweiten Aktivmaterial. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bipolarbatteriezellen-Stapel mit einer wiederkehrenden Abfolge von plattenförmigen Elementen, nämlich Bipolar-Kollektoren, einem ersten Aktivmaterial, Separatoren und einem zweiten Aktivmaterial. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels.
  • Bipolarbatteriezellen-Stapel, welche auch als Bipolarbatterien bezeichnet werden können, sind nach einem Bipolar-Prinzip aufgebaut, welches aus dem Bereich der Brennstoffzelle bekannt ist. Bei dem Bipolar-Kollektor handelt es sich um eine metallische Folie, die mit Aktivmaterial beidseitig beschichtet ist. Dem Aktivmaterial wird einerseits des Bipolar-Kollektors die Eigenschaft einer negativen Elektrode und andererseits des Bipolar-Kollektors die Eigenschaft einer positiven Elektrode durch entsprechende Materialauswahl aufgeprägt. Die Einheit, bestehend aus einem Bipolar-Kollektor und beidseitig angeordnetem bzw. aufgebrachtem Aktivmaterial kann als Bipolar-Elektrodeneinheit bezeichnet werden.
  • Eine Bipolarbatteriezelle entsteht dadurch, dass zwei Bipolar-Elektrodeneinheiten bezüglich der Aktivmaterialien gegengleich zueinander angeordnet werden, d.h. dass die negative Elektrode der einen Bipolar-Elektrodeneinheit zu der positiven Elektrode der anderen Bipolar-Elektrodeneinheit flächig angeordnet wird und zwar mit einem Separator als Zwischenlage. Zwischen benachbarten Bipolar-Elektrodeneinheiten ist eine Abdichtung erforderlich, damit die Batteriezelle, die durch zwei jeweilige Hälften der Bipolar-Elektrodeneinheiten gebildet wird, mit einer Elektrolytfüllung versehen und diese Elektrolytfüllung innerhalb jeder Batteriezelle gehalten werden kann. Dieses flächige gegeneinander Anordnen von Bipolar-Elektrodeneinheiten, welches auch als Aufstapeln bezeichnet werden kann, wird solange fortgesetzt, bis eine definierte Stapelhöhe erreicht ist.
  • Die Bipolarbatteriezellen sind großflächig bzw. plattenförmigen übereinandergestapelt, wobei zweckmäßigerweise von einem vertikalen Übereinanderstapeln ausgegangen wird, was aber keine zwingende Stapelrichtung darstellt. Sofern kein umgebendes Gehäuse zum Einsatz kommt, sinkt hierfür der Platzbedarf deutlich. Weiterhin fließt durch die unmittelbare Verbindung der einzelnen Batteriezellen miteinander der Strom über die gesamte Fläche jeder Batteriezelle, was den elektrischen Widerstand erheblich senkt und den Wirkungsgrad steigert. Die Batteriezellen können die in ihr gespeicherte Energie schnell abgeben und in einem Ladezyklus auch wieder schnell aufnehmen.
  • Im Stand der Technik wird die Abdichtung zwischen benachbarten Bipolar-Elektrodeneinheiten der in der Batteriezelle befindlichen Elektrolytfüllung als Problem beschrieben. So hat sich das Auftragen dieser Abdichtung während der Erstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels dann einerseits als Problem herausgestellt, wenn ein fehlerhafter Auftrag des Dichtungsmaterials dazu führt, dass sich die Bipolar-Kollektoren, zwischen denen das Dichtungsmaterial einsitzt, kontaktieren, so das eine Bipolarbatteriezelle kurzgeschlossen ist. Andererseits kann es während des Betriebs der Bipolarbatterie dann zu einem Problem kommen, wenn die zwischen den Bipolar-Kollektoren einsetzende Abdichtung nach innen, d.h. in die Batteriezelle hinein, wegläuft, so dass die Anhaftung an den jeweils oberen Bipolar-Kollektor nicht mehr gegeben ist. Ein solches Problem wird in der Schrift US 2016/0104915 A1 beschrieben. Weiterhin ist in dem Zusammenhang mit Bipolarbatterien die Schrift DE 10 2014 210 803 A1 zu nennen.
  • Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Bipolarbatteriezellen-Stapel bereitzustellen, dessen Abdichtung der jeweiligen Batteriezellen langzeitstabil und hermetisch gegenüber einer Umgebung abdichtet. Ferner besteht die Aufgabe, darin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Batteriezellen-Stapels anzugeben.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Bipolarbatteriezellen-Stapel mit
    einer wiederkehrenden Abfolge von
    • - Bipolar-Kollektoren,
    • - einem ersten Aktivmaterial,
    • - Separatoren und
    • - einem zweiten Aktivmaterial.
  • Benachbartes erstes Aktivmaterial und zweites Aktivmaterial mit dem jeweiligen dazwischen angeordneten Bipolar-Kollektor bildet eine Bipolar-Elektrodeneinheiten und der Bipolarbatteriezellen-Stapel erstreckt sich in einer Stapelrichtung in einer senkrecht zu der Stapelrichtung stehenden Ausdehnungsebene plattenförmig.
  • Zwischen benachbarten Bipolar-Elektrodeneinheiten ist eine sich zwischen den jeweiligen Bipolar-Kollektoren in Stapelrichtung erstreckende und in der Ausdehnungsebene liegende Abdichtung angeordnet und innerhalb der jeweiligen Bipolar-Kollektoren und der Abdichtung ist eine Elektrolytfüllung gehalten.
  • Die Abdichtung wird erfindungsgemäß durch eine erste Siegelrandanordnung und eine auf der ersten Siegelrandanordnung in Stapelrichtung aufbauenden zweiten Siegelrandanordnung gebildet ist.
  • Das Vorsehen von zwei Siegelrandanordnungen, die in Stapelrichtung aufeinander aufbauen, bietet den Vorteil, dass das Auftragen des Dichtungsmaterials jeder einzelnen Siegelrandanordnung während des Herstellungsprozesses feiner dosiert werden kann. Es ist sogar denkbar, dass Abweichungen im Materialauftrag bei der ersten Siegelrandanordnung durch entsprechende Maßnahmen beim Materialauftrag der zweiten Siegelrandanordnung ausgeglichen werden können. Dies kann insbesondere die Gesamthöhe der beiden Siegelrandanordnung betreffen. Auch ergeben sich für den Herstellungsprozess der zwei Siegelrandanordnungen dahingehend Vorteile, dass die erste Siegelrandanordnung nach ihrem Auftrag zumindest bereits teilweise gehärtet werden kann, sodass hierdurch eine ausreichende Grundstabilität erzeugt wird, um hiernach die zweite Siegelrandanordnung bis zur endgültigen Höhe der Abdichtung aufzutragen. Dies vermeidet ein Weglaufen bzw. Verlaufen des weichen Dichtungsmaterials, was der Fall sein kann, wenn dieses unmittelbar in einem Arbeitsgang bis zur erforderlichen Gesamthöhe der Abdichtung aufgetragen wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der jeweilige Separator in der jeweils ersten Siegelrandanordnung eingelassen ist. Hierdurch ergibt sich durch den Verbund aus Separator und erster Siegelrandanordnung bereits eine stabilisierende Wirkung in dem ungehärteten Zustand des Dichtungsmaterials der ersten Siegelrandanordnung.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Siegelrandanordnung in Stapelrichtung höher aufträgt, als die zweite Siegelrandanordnung. Somit ergibt sich ausreichend Platz über die Höhe der ersten Siegelrandanordnung einen Befüllstutzen für die Elektrolytfüllung vorzusehen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine äußere Umhausung des Bipolarbatteriezellen-Stapel im Wesentlichen durch die beiden Siegelrandanordnungen und jeweils stirnseitig angeordnete, sich in der Ausdehnungsebene erstreckende Ableiter gebildet wird. Hierdurch sinkt der Platzbedarf für einen Batteriezellenstapel, da kein separates Gehäuse vorgesehen werden muss.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in Stapelrichtung eine Höhe der ersten Siegelrandanordnung eine Höhe des von der ersten Siegelrandanordnung umgebenen Aktivmaterials übersteigt. Hierdurch wird es möglich den Separator ausreichend tief in die erste Siegelrandanordnung einzulegen, da der Separator auf dem Aktivmaterial aufliegt.
  • Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bipolarbatteriezellen-Stapels, mit den Verfahrensschritten, dass
    • - Bipolar-Kollektoren,
    • - ein erstes Aktivmaterial,
    • - Separatoren und
    • - ein zweites Aktivmaterial,
    abwechselnd aufgestapelt werden, so dass ein in der Stapelrichtung RS wachsender Bipolarbatteriezellen-Stapel gebildet wird, bis eine definierte Stapelhöhe erreicht ist.
  • Vor jedem Aufstapeln einer Bipolar-Elektrodeneinheit wird
    • - Dichtungsmaterial der ersten Siegelrandanordnung auf den jeweiligen Bipolar-Kollektor aufgetragen,
    • - in das Dichtungsmaterial der jeweilige Separator eingelegt,
    • - das Dichtungsmaterial über einen Aktivierungszeitraum tA1 gehärtet und anschließend
    • - Dichtungsmaterial der zweiten Siegelrandanordnung auf die erste Siegelrandanordnung aufgetragen und
    • - das Dichtungsmaterial der zweiten Siegelrandanordnung über einen gegenüber dem Aktivierungszeitraum tA1 kürzeren Aktivierungszeitraum tA2 gehärtet.
  • Durch das gehärtete Dichtungsmaterial werden die beiden Siegelrandanordnungen zur Abdichtungen zwischen den jeweiligen Bipolar-Kollektoren benachbarter Bipolar-Elektrodeneinheiten erzeugt.
  • Hierbei ist ein Aktivierungszeitraum definiert als ein Zeitraum, innerhalb dem durch ein geeignetes Härteverfahren auf das Dichtungsmaterial eingewirkt wird. Zu unterscheiden ist der Aktivierungszeitraum von einem Zeitraum, über den hinweg eine Vernetzung des Dichtungsmaterials, ausgelöst durch eine vorherige Aktivierung, abläuft und eine vollständige Aushärtung des Dichtungsmaterials erfolgt. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn ein Aktivierungszeitraum maximal so lang wie ein Zeitraum der Aushärtung gewählt wird. In Abhängigkeit von dem gewählten Dichtungsmaterial kann ein Aktivierungszeitraum allerdings auch deutlich kürzer als der Zeitraum der Aushärtung gewählt werden, da nicht in jedem Fall eine schnelle bzw. beschleunigte Aushärtung erforderlich und/oder gewünscht ist.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Dichtungsmaterial durch eine UV-Bestrahlung gehärtet wird. Ein Härteverfahren mittels UV-Bestrahlung ist insofern vorteilhaft, als dass hierdurch kein Wärmeeintrag in die angrenzenden Materialien erfolgt. Alternativ ist allerdings auch denkbar, dass ein gezieltes und örtlich gerichtetes thermisches Härteverfahren zum Einsatz kommt.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass nach dem Auftragen des Dichtungsmaterials der ersten Siegelrandanordnung ein Befüllstützen zum späteren Evakuieren und Befüllen mit einer Elektrolytfüllung in das Dichtungsmaterial eingelegt wird.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der erste aufzustapelnde Bipolar-Kollektoren und das erste aufzustapelnde Aktivmaterial über eine vorkonfektionierte Einheit im Verbindung mit einer Ableiter-Grundplatte bereitgestellt wird.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass mit Erreichen der definierten Stapelhöhe eine Ableiter-Deckplatte aufgestapelt wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
    • 1 einen Basisaufbau Bipolarbatteriezellen-Stapel;
    • 2a) bis 5b) Verfahrensschritte zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels.
  • Die 1 zeigt einen Basisaufbau eines Bipolarbatteriezellen-Stapels 1, welcher im Folgenden auch als Bipolarbatterie bezeichnet wird. Die Bipolarbatterie 1 erstreckt sich in einer Stapelrichtung RS und umfasst eine wiederkehrende Abfolge annähernd rechteckiger, plattenförmiger Elemente. Jedes der plattenförmigen Elemente erstreckt sich in einer Ausdehnungsebene, die senkrecht auf der Stapelrichtung RS steht. Die wiederkehrende Abfolge der Elemente wird gebildet durch Bipolar-Kollektoren 101 , 102 , ..., einem ersten Aktivmaterial 121 , 122 , ..., Separatoren 141 , 142 , ... und einem zweiten Aktivmaterial 161 , 162 , ... Von diesen Elementen sind vorliegend jeweils rein exemplarisch vier Stück dargestellt, wobei ein 5. Bipolar-Kollektor 105 vorgesehen ist. Eine Ableiter-Grundplatte 26 befindet sich unterhalb des Bipolarbatteriezellen-Stapels 1 und eine Ableiter-Deckplatte 28 befindet sich oberhalb des Bipolarbatteriezellen-Stapels 1. Die Ableiter-Grundplatte 26 und die Ableiter-Deckplatte 28 sind bevorzugt elektrisch leitend ausgeführt, beispielsweise also als Metallplatten ausgeführt.
  • Innerhalb des Bipolarbatteriezellen-Stapels 1 bilden in Stapelrichtung RS betrachtet jeweils ein zweites Aktivmaterial 161 , 162 , ..., ein Bipolar-Kollektor 101 , 102 , ... und ein erstes Aktivmaterial 121 , 122 , ... eine sogenannte Bipolar-Elektrodeneinheit 181 , 182 , ... Hierbei besteht der Bipolar-Kollektor 101 , 102 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, bevorzugt aus Aluminium. Der Bipolarbatteriezellen-Stapel 1 weist ferner jeweilige zwischen benachbarten Bipolar-Elektrodeneinheiten 181 , 182 , ... sich in Stapelrichtung RS erstreckende und in der Ausdehnungsebene liegende Abdichtungen 201 , 202 , ... auf. Jede Abdichtung 201 ,202, ... liegt zwischen den Bipolar-Kollektoren 101 , 102 , ... der benachbarten Bipolar-Elektrodeneinheiten 181 , 182 , ... Zwischen den Bipolar-Kollektoren 101 , 102 , ... und den Abdichtungen 201 , 202 , ... ist in eine nicht näher dargestellte Elektrolytfüllung gehalten. Somit wird zwischen den jeweiligen Bipolar-Kollektoren 101 , 102 , ... über die beiden Aktivmaterialien 121 , 122 , ..., 161 , 162 , ... und die Elektrolytfüllung eine elektrochemische Zelle gebildet. Über die jeweilige Abdichtung 201 , 202 , ... ist die elektrochemische Zelle gegenüber einer Umgebung hermetisch abgeschlossen.
  • Jede Abdichtung 201 , 202 ,... wird durch eine erste Siegelrandanordnung 221 , 222 , ... und eine auf der ersten Siegelrandanordnung 221 , 222 , ... in Stapelrichtung RS aufbauende zweite Siegelrandanordnung 241 , 242 , ... gebildet. Hierbei sind die beiden Siegelrandanordnungen 221 , 222 , ..., 241 , 242 , ... bevorzugt adhäsiv miteinander verbunden, was in der 1 durch die nebeneinander angeordneten Kreuze symbolisiert ist. Für die beiden Siegelrandanordnungen 221 , 222 , ..., 241 , 242 , ... der Abdichtungen 201 , 202 ,... kann als Dichtungsmaterial ein durch UV-Bestrahlung vernetzbares Dicht-/Klebemittel zur Anwendung kommen. Bevorzugt steht der jeweilige Separator 141 , 142 , ... in der Ausdehnungsebene über das erste Aktivmaterial 121 , 122 , ... und das zweite Aktivmaterial 161 , 162 , ... über und ist mit diesem Überstand zumindest teilweise in der Abdichtung 201 , 202 ,... aufgenommen.
  • Die jeweilige Höhe der ersten Siegelrandanordnung 221 , 222 , ... und zweiten Siegelrandanordnung 241 , 242 , ... in Stapelrichtung RS unterscheiden sich bevorzugt dahingehend, dass die Höhe der ersten Siegelrandanordnung 221 , 222 , ... größer ist, als die Höhe der zweiten Siegelrandanordnung 241 , 242 , .... Bei im Übrigen gleicher Höhe in Stapelrichtung RS des ersten Aktivmaterials 121 , 122 , ... und des zweiten Aktivmaterials 161 , 162 , ... bedeutet dies, dass die erste Siegelrandanordnung 221 , 222 , ... das erste Aktivmaterial 121 , 122 , ... bezüglich der Höhe überragt. Dies wiederum führt dazu, dass der jeweilige Separator 141 , 142 , ... mit dem Überstand in der Ausdehnungsebene über das erste Aktivmaterial 121 , 122 , ... und das zweite Aktivmaterial 161 , 162 , ... zumindest teilweise in der ersten Siegelrandanordnung 221 , 222 , ... aufgenommen ist. Für die beiden Siegelrandanordnungen 221 , 222 , ..., 241 , 242 , ... ist auch denkbar, dass diese in Stapelrichtung gleiche Höhe aufweisen. Bei weiterhin gleicher Höhe in Stapelrichtung der beiden Aktivmaterialien 121 , 122 , ..., 161 , 162 , ... würde dies bedeuten, dass der jeweilige Separator 141 , 142 , ... in dem Übergangsbereich zwischen den beiden Siegelrandanordnungen 221 , 222 , ..., 241 , 242 , .... aufgenommen ist.
  • Die 2a) bis 5b) zeigen die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels 1. Das Verfahren wird zwar nur anhand der wichtigsten Verfahrensschritte beschrieben, allerdings sollen hier auch alle nicht im Einzelnen beschriebenen Zwischenschritte impliziert sein. Weiterhin werden keine Vorrichtungen oder Anlagen beschrieben, über die eine Handhabung der einzelnen Elemente der Bipolarbatterie 1 während des Herstellungsverfahrens erfolgen kann. In der 2a) ist stellvertretend für alle weiteren Darstellungen eine Stapelrichtung RS durch einen Pfeil symbolisiert, welcher vorliegend vertikal nach oben zeigt. Diese Vertikalrichtung ist lediglich der Einfachheit der Darstellung geschuldet und kann auch in eine andere Raumrichtung verlaufen.
  • Die 2a) zeigt zunächst eine vorkonfektionierte Einheit, bestehend aus einer Ableiter-Grundplatte 26, einem Bipolarkollektor 101 und einem ersten Aktivmaterial 121 . Diese vorkonfektionierte Einheit kann beispielsweise in einem oder mehreren vorangehenden Herstellungsschritten gefertigt werden. Die vorkonfektionierte Einheit wird in eine geeignete Aufstapelstation eingelegt und dort für die weiteren Verfahrensschritte bereitgestellt. Die 2b) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem das Dichtungsmaterial der ersten Siegelrandanordnung 221 auf den untersten Bipolar-Kollektor 101 aufgetragen wird. Hierbei wird das Dichtungsmaterial rings um das erste Aktivmaterial 121 aufgetragen, wobei vorgesehen sein kann, dass das Dichtungsmaterial durch einen einmaligen Auftragungsvorgang als einzelne Materialraupe aufgetragen wird oder alternativ ein mehrfacher Auftragungsvorgang stattfindet, wobei durch mehrfaches Auftragen mehrerer Materialraupen die erforderliche Menge an Dichtungsmaterial aufgetragen wird. Die 2c) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem in das Dichtungsmaterial der ersten Siegelrandanordnung 221 ein röhrchenförmiger Befüllstutzen 301 eingelegt wird, um über diesen in einem späteren Verfahrensschritt die elektrochemische Zelle zu evakuieren und anschließend mit einer Elektrolytfüllung zu versehen.
  • Die 3a) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem der Separator 141 im Wesentlichen von vertikal oben auf das erste Aktivmaterial 121 und randseitig in das Dichtungsmaterial der ersten Siegelrandanordnung 22 eingelegt wird. Die 3b) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem das Dichtungsmaterial der ersten Siegelrandanordnung 22 mittels einer UV-Strahlenquelle 32 aktiviert und gehärtet wird. Dieser Vorgang des Härtens mittels der UV-Strahlenquelle 32 kann so lange anhalten, bis das Dichtungsmaterial bearbeitungshart geworden ist. Der Zeitraum dieser Härtung kann als Aktivierungszeitraum tA1 bezeichnet werden. Dies bedeutet, dass die UV-Strahlenquelle 32 so lange in Betrieb bleibt, bis das Dichtungsmaterial eine ausreichende Zähigkeit erreicht hat, so dass ein weiterer Aufbau der Abdichtung 20 erfolgen kann, wie nachfolgend beschrieben. Die 3c) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem das Dichtungsmaterial der zweiten Siegelrandanordnung 241 auf die bereits gehärtete erste Siegelrandanordnung 221 aufgetragen wird. Hierbei wird das Dichtungsmaterial ebenfalls rings um das erst Aktivmaterial 121 aufgetragen, wobei es dieses allerdings überragt. Genauso wie zu der ersten Siegelrandanordnung 241 beschrieben, kann auch das Dichtungsmaterial der zweiten Siegelrandanordnung 241 durch einen einmaligen Auftragungsvorgang einer einzelnen Materialraupe aufgetragen werden oder alternativ ein mehrfacher Auftragungsvorgang über mehrere Materialraupen erfolgen.
  • Bevorzugt wird das Dichtungsmaterial der zweiten Siegelrandanordnung 241 entlang der gleichen Umfangskontur wie das Dichtungsmaterial der ersten Siegelrandanordnung 221 aufgetragen.
  • Die 4a) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem das Dichtungsmaterial der zweiten Siegelrandanordnung 241 mittels der UV-Strahlenquelle 32 aktiviert wird. Hierbei bedeutet aktivieren, dass durch die Bestrahlung mit der UV-Strahlenquelle 32 eine Vernetzung innerhalb des Dichtungsmaterials soweit gestartet wird, dass eine weitere Vernetzung und eine endgültige Aushärtung des Dichtungsmaterials verlangsamt von allein weiterläuft, so dass das Dichtungsmaterial über einen gewissen Zeitraum noch weich bleibt. Je nach Beschaffenheit des Dichtungsmaterials erfolgt eine endgültige Aushärtung dann nach mehreren Sekunden oder auch erst nach wenigen Minuten. Die 4b) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem eine Bipolar-Elektrode 181 , bestehend aus den beiden Aktivmaterialien 122 , 161 und einem Bipolar-Kollektor 102 , auf den bereits platzierten Separator 141 und das aktivierte Dichtungsmaterial der zweiten Siegelrandanordnung 241 gesetzt werden.
  • Zum Zwecke der vereinfachten Darstellung zeigt die 5a), nachdem die definierte Stapelhöhe erreicht ist, das Aufsetzen einer ebenfalls vorkonfigurierten Einheit, bestehend aus einem zweiten Aktivmaterial 16n , einem Bipolarkollektor 10n und einer Ableiter-Deckplatte 28. Die 5b) zeigt schließlich einen Zustand des Bipolarbatteriezellen-Stapels 1, in dem die elektrochemischen Zellen über die Befüllstutzen 301 , 302 , ... zunächst evakuiert werden und anschließend mit einer Elektrolytfüllung versehen werden kann. Wiederum in einem nächsten oder einem der nächsten Verfahrensschritte wird der nach außen überstehende Teil des Befüllstutzens 301 , 302 , ... in geeigneter Weise abgetrennt und der Rest des Befüllstutzens 301 , 302 , ..., der weiterhin in der Abdichtung 201 , 202 , ... einsitzt und dort verbleiben kann, abgedichtet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Bipolarbatteriezellen-Stapel
    101, 102,
    Bipolar-Kollektor
    121, 122,
    Aktivmaterial
    141, 142,
    Separator
    161, 162,
    Aktivmaterial
    181, 182,
    Bipolar-Elektrodeneinheit
    201, 202,
    Abdichtung
    221, 222,
    Siegelrandanordnung
    241, 242,
    Siegelrandanordnung
    26
    Ableiter
    28
    Ableiter
    301, 302,
    Befüllstutzen
    32
    UV-Strahlenquelle
    RS
    Stapelrichtung
  • 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 2016/0104915 A1 [0005]
    • DE 102014210803 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Bipolarbatteriezellen-Stapel (1) umfassend eine wiederkehrende Abfolge von - Bipolar-Kollektoren (101, 102, ...), - einem ersten Aktivmaterial (121, 122, ...), - Separatoren (141, 142, ...) und - einem zweiten Aktivmaterial (161, 162, ...), wobei benachbartes erstes Aktivmaterial (121, 122, ...) und zweites Aktivmaterial (161, 162, ...) mit dem jeweiligen dazwischen angeordneten Bipolar-Kollektor (101, 102, ...) eine Bipolar-Elektrodeneinheiten (181, 182, ...) bildet und der Bipolarbatteriezellen-Stapel (1) sich in einer Stapelrichtung (RS) in einer senkrecht zu der Stapelrichtung (RS) stehenden Ausdehnungsebene plattenförmig erstreckt, wobei zwischen benachbarten Bipolar-Elektrodeneinheiten (181, 182, ...) eine sich zwischen den jeweiligen Bipolar-Kollektoren (101, 102, ...) in Stapelrichtung erstreckende und in der Ausdehnungsebene liegende Abdichtung (201, 202, ...) angeordnet ist und innerhalb der jeweiligen Bipolar-Kollektoren (101, 102, ...) und der Abdichtung (201, 202, ...) eine Elektrolytfüllung gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (201, 202, ...) durch eine erste Siegelrandanordnung (221, 222, ...) und eine auf der ersten Siegelrandanordnung (221, 222, ...) in Stapelrichtung (RS) aufbauenden zweiten Siegelrandanordnung (241, 242, ...) gebildet ist.
  2. Bipolarbatteriezellen-Stapel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Separator (141, 142, ...) in der jeweils ersten Siegelrandanordnung (221, 222, ...) eingelassen ist.
  3. Bipolarbatteriezellen-Stapel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Siegelrandanordnung (221, 222, ...) in Stapelrichtung höher aufträgt, als die zweite Siegelrandanordnung (241, 242, ...).
  4. Bipolarbatteriezellen-Stapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch kennzeichnet, dass eine äußere Umhausung des Bipolarbatteriezellen-Stapel im Wesentlichen durch die beiden Siegelrandanordnungen (221, 222, ..., 241, 242, ...) und jeweils stirnseitig angeordnete, sich in der Ausdehnungsebene erstreckende Ableiter (26, 28) gebildet wird.
  5. Bipolarbatteriezellen-Stapel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch kennzeichnet, dass in Stapelrichtung (RS) eine Höhe der ersten Siegelrandanordnung (221, 222, ...) eine Höhe des von der ersten Siegelrandanordnung (221, 222, ...) umgebenen Aktivmaterials (121, 122, ..., 161, 162, ...) übersteigt.
  6. Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit den Verfahrensschritten, dass - Bipolar-Kollektoren (101, 102, ...), - ein erstes Aktivmaterial (121, 122, ...), - Separatoren (141, 142, ...) und - ein zweites Aktivmaterial (161, 162, ...), abwechselnd aufgestapelt werden, so dass ein in der Stapelrichtung RS wachsender Bipolarbatteriezellen-Stapel (1) gebildet wird, bis eine definierte Stapelhöhe erreicht ist, wobei vor jedem Aufstapeln einer Bipolar-Elektrodeneinheit (181, 182, ...) - Dichtungsmaterial der ersten Siegelrandanordnung (221, 222, ...) auf den jeweiligen Bipolar-Kollektor (101, 102, ...) aufgetragen wird, - in das Dichtungsmaterial der jeweilige Separator (141, 142, ...) eingelegt wird, - das Dichtungsmaterial über einen Aktivierungszeitraum tA1 gehärtet wird und anschließend - Dichtungsmaterial der zweiten Siegelrandanordnung (241, 242, ...) auf die erste Siegelrandanordnung (221, 222, ...) aufgetragen wird und - das Dichtungsmaterial der zweiten Siegelrandanordnung (241, 242, ...) über einen gegenüber dem Aktivierungszeitraum tA1 kürzeren Aktivierungszeitraum tA2 gehärtet wird und durch das gehärtete Dichtungsmaterial die beiden Siegelrandanordnungen (221, 222, ..., 241, 242, ...) zur Abdichtungen zwischen den jeweiligen Bipolar-Kollektoren (101, 102, ...) benachbarter Bipolar-Elektrodeneinheiten (181, 182, ...) erzeugt werden.
  7. Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial durch eine UV-Bestrahlung gehärtet wird.
  8. Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftragen des Dichtungsmaterials der ersten Siegelrandanordnung (221, 222, ...) ein Befüllstützen (301, 302, ...) zum späteren Evakuieren und Befüllen mit einer Elektrolytfüllung in das Dichtungsmaterial eingelegt wird.
  9. Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste aufzustapelnde Bipolar-Kollektoren (101, 102, ...) und das erste aufzustapelnde Aktivmaterial (121, 122, ...) über eine vorkonfektionierte Einheit im Verbindung mit einer Ableiter-Grundplatte (26) bereitgestellt wird.
  10. Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen der definierten Stapelhöhe eine Ableiter-Deckplatte (28) aufgestapelt wird.
DE102018201693.3A 2018-02-05 2018-02-05 Bipolarbatteriezellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung Pending DE102018201693A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018201693.3A DE102018201693A1 (de) 2018-02-05 2018-02-05 Bipolarbatteriezellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018201693.3A DE102018201693A1 (de) 2018-02-05 2018-02-05 Bipolarbatteriezellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018201693A1 true DE102018201693A1 (de) 2019-08-08

Family

ID=67308726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018201693.3A Pending DE102018201693A1 (de) 2018-02-05 2018-02-05 Bipolarbatteriezellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018201693A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020004787A1 (de) 2020-07-16 2022-01-20 Michael Roscher Bipolarbatterie mit Dichtungssystem
WO2023131411A1 (de) 2022-01-07 2023-07-13 Michael Roscher Bipolarbatteriestapel und verfahren zur herstellung eines solchen
DE102022128949A1 (de) 2022-11-02 2024-05-02 LioVolt GmbH Bipolarbatteriestapel und Verfahren zu dessen Herstellung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120171567A1 (en) * 2010-03-30 2012-07-05 Nissan Motor Co., Ltd. Method of producing sealing structure of bipolar battery, method of manufacturing bipolar battery, sealing structure of bipolar battery, and bipolar battery
DE102014210803A1 (de) 2014-06-05 2015-12-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektroenergiespeicherelement, Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung
US20160104915A1 (en) 2014-10-08 2016-04-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Hybrid ion battery system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120171567A1 (en) * 2010-03-30 2012-07-05 Nissan Motor Co., Ltd. Method of producing sealing structure of bipolar battery, method of manufacturing bipolar battery, sealing structure of bipolar battery, and bipolar battery
DE102014210803A1 (de) 2014-06-05 2015-12-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektroenergiespeicherelement, Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung
US20160104915A1 (en) 2014-10-08 2016-04-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Hybrid ion battery system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020004787A1 (de) 2020-07-16 2022-01-20 Michael Roscher Bipolarbatterie mit Dichtungssystem
WO2023131411A1 (de) 2022-01-07 2023-07-13 Michael Roscher Bipolarbatteriestapel und verfahren zur herstellung eines solchen
DE102022128949A1 (de) 2022-11-02 2024-05-02 LioVolt GmbH Bipolarbatteriestapel und Verfahren zu dessen Herstellung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112010005062T5 (de) Modulare Batterie mit polymerer Kompressionsabdichtung
DE102018201693A1 (de) Bipolarbatteriezellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102012213110B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Folienbatterie, Verfahren zur Vorbereitung eines Folienstapels sowie Lithium-Ionen-Batterieelement
DE102011088739A1 (de) Gehäuse für eine Batteriezelle mit einer Lackbeschichtung zur elektrischen Isolation, Batteriezelle, Batterie sowie Kraftfahrzeug
DE102015202340A1 (de) Zellverbund elektrochemischer Zellen
DE102013016101A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls und Batteriemodul
DE102016004306A1 (de) Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellensystem, Fahrzeug und Verfahren zum Fertigen eines Brennstoffzellenstapels
DE102018204522A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels
DE102013208791B4 (de) Hybridfolie für einen Energietransformer mit Verfahren zur Herstellung
DE3520855C1 (de) Galvanische Zelle mit Presskontaktierung
DE102015200923A1 (de) Deckelbaugruppe für ein Gehäuse einer Batteriezelle für ein Fahrzeug
DE102015102123A1 (de) Bauelement für eine Redox-Flow-Zelle und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements für eine Redox-Flow-Zelle
DE102017208395A1 (de) Verfahren zum Anordnen eines Kontaktelements, Kontaktelement sowie Batteriestapel
DE102014222324B4 (de) Anode mit Durchbrüchen, Kathode mit Durchbrüchen, Eektrodenensemble, Batteriezelle und Verfahren zur Herstellung der Batteriezelle
EP3930037A2 (de) Energiespeicher und verfahren zur herstellung eines energiespeichers
DE102016218961A1 (de) Baukastensystem für eine Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug
DE102016214010A1 (de) Elektrode für sekundäre Energiespeicherzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
WO2021122169A1 (de) Verfahren zum herstellen einer dichtung für eine elektrochemische einheit einer elektrochemischen vorrichtung und baugruppe für eine elektrochemische vorrichtung
DE102016215666A1 (de) Elektrodenanordnung für Lithium-basierte galvanische Zellen und Verfahren zu deren Herstellung
DE202020005749U1 (de) Energiespeicher
DE102009035454A1 (de) Batterieeinzelzelle
DE102018215070A1 (de) Verfahren zur Bildung eines Elektrodenstapels
DE102019121681A1 (de) Gehäuse, Batteriezelle sowie Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses einer Batteriezelle
DE1938044C3 (de) Bauteil für Brennstoffelemente und mittels dieses Bauteils hergestellte
DE102018128931A1 (de) Batteriezelle sowie Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0002080000

Ipc: H01M0050183000

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R006 Appeal filed
R007 Decision rectified on appeal
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: LIOVOLT GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNERS: THYSSENKRUPP AG, 45143 ESSEN, DE; THYSSENKRUPP SYSTEM ENGINEERING GMBH, 74076 HEILBRONN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: FIEDLER, OSTERMANN & SCHNEIDER - PATENTANWAELT, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: FIEDLER, OSTERMANN & SCHNEIDER - PATENTANWAELT, DE

R016 Response to examination communication
R082 Change of representative

Representative=s name: FIEDLER, OSTERMANN & SCHNEIDER - PATENTANWAELT, DE