DE102018204522A1

DE102018204522A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels

Info

Publication number: DE102018204522A1
Application number: DE102018204522.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Roscher; Thomas Echelmeyer; Lars Ebert; Marcel Kramer; Philipp Just
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Current assignee: Liovolt De GmbH
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-09-26

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels mit einer wiederkehrenden Abfolge von plattenförmigen Elementen, nämlich Bipolar-Kollektoren, einem ersten Aktivmaterial, Separatoren und einem zweiten Aktivmaterial.
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. Dies betrifft sowohl die unmittelbare Abdichtung der benachbarten bipolar-Elektrodeneinheiten, als auch den Bereich der Abdichtung, in dem während des Aufstapeln in die Bipolar-Elektrodeneinheit sogenannte Befüllstutzen eingelegt wurden, um über diese Befüllstutzen den Raum zwischen den Bipolar-Elektrodeneinheiten zu evakuieren und eine Elektrolytfüllung einzufüllen. Im Anschluss an die Befüllung mit Elektrolyt werden die Befüllstutzen in der Regel bündig mit der Abdichtung abgeschnitten und der innere Kanal des Befüllstutzens entweder verklebt oder durch Hitzeeinwirkung verschmolzen bzw. verödet. Als nachteilig ist hierbei anzusehen, dass der wie auch immer verschlossene Rest des Befüllstutzens in der Abdichtung verbleibt und in dieser grundsätzlich eine Schwachstelle darstellt. Einen Bipolarbatteriezellen-Stapel mit derartigen Befüllstutzen zeigt beispielsweise die US 6174337 B1 .
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem trotz Elektrolytbefüllung über Befüllstutzen eine durchgängige Abdichtung zwischen den Bipolar-Elektrodeneinheiten erfolgen kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels mit einer wiederkehrenden Abfolge von

- Bipolar-Kollektoren,
- ein erstes Aktivmaterial,
- Separatoren und
- ein zweites Aktivmaterial.

Hierdurch wird ein in einer Stapelrichtung R_S wachsender Bipolarbatteriezellen-Stapel gebildet, bis eine definierte Stapelhöhe erreicht ist.
Benachbartes erstes Aktivmaterial und zweites Aktivmaterial bildet mit dem jeweiligen dazwischen angeordneten Bipolar-Kollektor eine Bipolar-Elektrodeneinheiten und zwischen benachbarten Bipolar-Elektrodeneinheiten wird eine sich zwischen den jeweiligen Bipolar-Kollektoren in Stapelrichtung R_S erstreckende und in der Ausdehnungsebene liegende Siegelrandanordnung zur Abdichtung aufgetragen.
Entweder vor jedem Aufstapeln einer Bipolar-Elektrodeneinheit oder nach dem Aufstapeln aller Bipolar-Elektrodeneinheit, das heißt nach Erreichen der definierten Stapelhöhe, wird

- Dichtungsmaterial der Siegelrandanordnung auf den jeweiligen Bipolar-Kollektor aufgetragen,
- in das Dichtungsmaterial zumindest ein Befüllstutzen und der jeweilige Separator eingelegt,
- über die Befüllstutzen in den jeweiligen durch die Siegelrandanordnung umschlossenen Raum eine Elektrolytfüllung eingefüllt und
- die Befüllstutzen werden aus den jeweiligen Siegelrandanordnungen entfernt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Befüllstutzen wiederverwendet werden und verbleiben somit nicht als Fremdkörper in der Abdichtung der Bipolar-Elektrodeneinheiten. Es kommt also nicht zu den im Stand der Technik auftretenden Nachteilen einer geringeren mechanischen Stabilität und einer beeinträchtigten Dichtheit in dem Bereich, in dem die Befüllstutzen einsitzen. Dies wiederum eröffnet auch die Möglichkeit für jede Bipolar-Elektrodeneinheit mehrere Befüllstutzen einzusetzen und über diese mehrere Befüllstutzen die Bipolar-Elektrodeneinheit zu evakuieren und mit Elektrolyt zu befüllen. Hierdurch lässt sich insbesondere für die Verfahrensschritte evakuieren und Befüllen eine reduzierte Taktzeit realisieren. Auch ist durch das Befüllen mit Elektrolyt über mehrere Befüllstutzen eine von vornherein gleichmäßigere Verteilung des Elektrolyt in der bipolar-Elektrodeneinheit gewährleistet, sodass auf eine anschließende aktive Verteilung des Elektrolyt in der Bipolar-Elektrodeneinheit, beispielsweise durch Schütteln, Walken oder entsprechende Lagerung, verzichtet werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Dichtungsmaterial unter Aussparung des den Befüllstutzen umgebenden Bereichs des Dichtungsmaterials über einen Aktivierungszeitraum tA1 gehärtet, um durch das gehärtete Dichtungsmaterial der Siegelrandanordnungen die Abdichtungen zwischen den jeweiligen Bipolar-Kollektoren benachbarter Bipolar-Elektrodeneinheiten zu erzeugen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass es sich bei dem Dichtungsmaterial um eine nicht aushärtenden Kleber, beispielsweise Butylkautschuk, handelt, so dass der Befüllstutzen aus dem Dichtungsmaterial herausgezogen wird und anschließend der Bipolarbatteriezellen-Stapel in Stapelrichtung zusammengedrückt wird, um das verbleibende Loch nach dem Herausziehen des Befüllstutzens zu verschließen.
Für die beiden Verfahrensschritte Befüllen mit Elektrolytfüllung und Entfernen der Befüllstutzen aus der Siegelrandanordnung kann entweder vorgesehen sein, dass diese entweder sukzessive während des Stapelprozesses oder alternativ nach Erreichen der definierten Stapelhöhe erfolgen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die umgebenden Bereiche der zuvor entfernten Befüllstutzen des Dichtungsmaterials über einen Aktivierungszeitraum t_A2 gehärtet werden. Bevorzugt wird das Dichtungsmaterial durch eine UV-Bestrahlung gehärtet. 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. Auch das Härten kann sukzessive während des Stapelprozesses oder nach Erreichen der definierten Stapelhöhe erfolgen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die umgebenden Bereiche der zuvor entfernten Befüllstutzen aus einer im Wesentlichen quer zu der Stapelrichtung R_S verlaufenden Einwirkrichtung gehärtet werden. Hierdurch wird ermöglicht, dass die bipolar-Elektrodeneinheit in bis zu ihrer definierten Stapelhöhe aufgestapelt werden können und das endgültige Härten der Bereiche, in denen die Befüllstutzen einsaßen, erst am Ende des Verfahrens aus einer seitlichen Richtung erfolgen kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der jeweilige durch die Siegelrandanordnung umschlossene Raum vor dem Einfüllen der Elektrolytfüllung über die Befüllstutzen evakuiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass als Befüllstutzen Edelstahl-Kanülen eingesetzt werden. Edelstahlkanülen sind aufgrund ihrer Eigenschaften besonders gut für eine wiederholte Verwendung geeignet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kanülen einen Durchmesser von 0,3mm bis 0,4mm haben.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Befüllstutzen in ihrer Axialrichtung aus den jeweiligen Siegelrandanordnungen herausgezogen werden. Hierdurch wird der Bereich der Siegelrandanordnung, aus der der jeweilige Befüllstutzen herausgezogen wird, möglichst wenig belastet, sodass ein unnötiges Aufweiten des Durchtrittlochs des Befüllstutzens während des Herausziehen nicht zu befürchten ist.
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 eines Bipolarbatteriezellen-Stapels und die
2a) bis 5b) Verfahrensschritte zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels.

Die 1 zeigt einen Basisaufbau eines Bipolarbatteriezellen-Stapels 1. Die Bipolarbatterie 1 erstreckt sich in einer Stapelrichtung R_S und umfasst eine wiederkehrende Abfolge annähernd rechteckiger, plattenförmiger Elemente. Jedes der plattenförmigen Elemente erstreckt sich in einer Ausdehnungsebene, die senkrecht auf der Stapelrichtung R_S 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 fünfter 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 R_S 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, Nickel, Edelstahl, einer korrosionsstabilen Kupferlegierung oder korrosionsstabilen Nickellegierung oder einem Bimetall aus zwei der oben genannten Werkstoffen oder einem der oben genannten und Kupfer bestehen. Der Bipolarbatteriezellen-Stapel 1 weist ferner jeweilige zwischen benachbarten Bipolar-Elektrodeneinheiten 18₁ , 18₂ , ... sich in Stapelrichtung R_S 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 einem Elektrolytraum 24₁ , 24₂ , ... 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 in Stapelrichtung R_S aufbauende Siegelrandanordnung 22₁ , 22₂ , ... gebildet. Für die Siegelrandanordnung 22₁ , 22₂ , ... 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 jeweiligen Abdichtung 20₁ , 20₂ ,... aufgenommen.
Die 2a) bis 5b) zeigen die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels 1. Das Verfahren wird 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 R_S 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 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 Auftragevorgang als einzelne Materialraupe aufgetragen wird oder alternativ ein mehrfacher Auftragevorgang 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 Siegelrandanordnung 22₁ ein röhrchenförmiger bzw. kanülenartiger Befüllstutzen 30₁ eingelegt wird, um über diesen in einem späteren Verfahrensschritt die elektrochemische Zelle zu evakuieren und anschließend mit einer Elektrolytfüllung zu versehen. Hierbei kann der Befüllstutzen 30₁ auf verschiedene Art und Weisen in das Dichtungsmaterial eingebracht werden, was durch den horizontal nach innen gerichteten Pfeil symbolisiert ist. Beispielsweise ist denkbar, dass der Befüllstutzen 30₁ in seiner axialen Richtung von der Seite durch das Dichtungsmaterial hindurch gestochen wird. Alternativ ist auch denkbar, dass das Dichtungsmaterial, wie bereits beschrieben, in einem mehrfachen Auftragevorgang über mehrere Materialraupen aufgetragen wird und der Befüllstutzen 30₁ zwischen dem Auftrag zweier Materialraupen auf das bereits aufgetragen Dichtungsmaterial aufgelegt wird und mit der anschließend aufgetragenen Materialraupen umschlossen wird. Entscheidend ist für den Befüllstutzen 30₁ , dass dieser derart weit in das Innere der Bipolar-Elektrodeneinheit 18 hinein geführt ist, dass er das Dichtungsmaterial durchsticht und in dem Elektrolytraum 24₁ endet.
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 Siegelrandanordnung 22₁ eingelegt wird. Die 3b) 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 aufgetragene Dichtungsmaterial der Siegelrandanordnung 22₁ gesetzt wird, was bevorzugt von vertikal oben erfolgt und durch die beiden nach vertikal unten zeigenden Pfeile symbolisiert ist. Durch das Aufsetzen einer Bipolar-Elektrode 18 entsteht ein Elektrolytraum 24₁ , Die 3c) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem das Dichtungsmaterial der Siegelrandanordnung 22₁ 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 t_A1 bezeichnet werden. Das Entscheidende hierbei ist, dass zu der UV-Strahlenquelle 32 eine Abschattungsvorrichtung 34 vorgesehen ist, so dass über die Abschattungsvorrichtung 34 eine gezielte Aussparung der UV-Bestrahlung auf die Siegelrandanordnung 22 vorgenommen werden kann. Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Bereich der Siegelrandanordnung 22 von einer UV-Bestrahlung ausgespart wird, in den der Befüllstutzen 30₁ , 30₂ , ... zuvor eingebracht wurde. Das Ziel ist es, über die Abschattungsvorrichtung 34 sicherzustellen, den Bereich der Siegelrandanordnung 22, durch den der Befüllstutzen 30₁ , 30₂ , ... hindurchtritt, noch nicht zu Härten bzw. noch flexibel zu halten, sodass in einem späteren Verfahrensschritt die Befüllstutzen 30₁ , 30₂ , ... ohne die Siegelrandanordnung 22₁ , 22₂ , ... zu beschädigen bzw. zu beeinträchtigen aus dieser entfernt werden können, wie dies später noch beschrieben wird. Für die Abschattungsvorrichtung 34 kann insbesondere vorgesehen sein, dass diese bezüglich der UV-Strahlenquelle 32 weitestgehend frei beweglich ist. So kann die Abschattungsvorrichtung 34 auch vollständig aus dem Strahlengang der UV-Bestrahlung entfernt werden.
Zum Zwecke der vereinfachten Darstellung zeigt die 4a), nachdem die definierte Stapelhöhe erreicht ist, das Aufsetzen einer ebenfalls vorkonfigurierten Einheit, bestehend aus einem zweiten Aktivmaterial 16_n, einem Bipolarkollektor 10_n und einer Ableiter-Deckplatte 28. Die 4b) zeigt schließlich einen Verfahrensschritt, in dem die elektrochemischen Zellen des Bipolarbatteriezellen-Stapels 1 über die Befüllstutzen 30₁ , 30₂ , ... zunächst evakuiert werden und anschließend der jeweilige Elektrolytraum 24₁ , 24₂ mit einer Elektrolytfüllung versehen wird.
Die 5a) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem die Befüllstutzen 30₁ , 30₂ , ... aus der Siegelrandanordnung 32 wieder entfernt werden, was durch den horizontal nach außen gerichteten Pfeil symbolisiert ist. Hierbei ist bevorzugt, dass die Befüllstutzen 30₁ , 30₂ , ... in ihrer Axialrichtung durch eine geeignete Greifvorrichtung aus der Siegelrandanordnung 32 herausgezogen werden. Dadurch, dass der Bereich der Siegelrandanordnung 22, aus dem der jeweilige Befüllstutzen 30₁ , 30₂ , ...entfernt wurde, zuvor nicht gehärtet wurde, ist das Dichtungsmaterial noch hinreichend flexibel, sodass sich die durch das Entfernen des Befüllstutzens 30₁ , 30₂ , ...verbliebene Öffnung schließen kann. Die 5b) zeigt den nächsten oder einen der nächsten Verfahrensschritte, in dem die noch nicht gehärteten Bereiche der Siegelrandanordnung 22, aus denen jeweilige Befüllstutzen 30₁ , 30₂ , ... entfernt wurden, über eine UV-Bestrahlung durch die UV-Strahlenquelle 32 gehärtet werden. Jeder dieser Bereiche kann über eine Aktivierungszeitraum t_A2 gehärtet werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die UV-Strahlenquelle 32 so gedreht wird, dass ihr Strahlengang im Wesentlichen horizontal gerichtet ist und die UV-Bestrahlung weitgehend von der Seite in horizontaler Richtung auf die Siegelrandanordnung 22 erfolgt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die UV-Strahlenquelle 32 in vertikaler Richtung verfahren werden kann, so dass fortlaufend die noch zu härtenden Bereiche der Siegelrandanordnung 32 erreicht werden können. Die vertikale Verfahrbarkeit ist durch den vertikalen Doppelpfeil symbolisiert.
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, ...: Elektrolytraum
26: Ableiter
28: Ableiter
30₁, 30₂, ...: Befüllstutzen
32: UV-Strahlenquelle
34: Abschattungsvorrichtung
R_S: Stapelrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6174337 B1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bipolarbatteriezellen-Stapels (1), 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 einer Stapelrichtung R_S wachsender Bipolarbatteriezellen-Stapel (1) gebildet wird, bis eine definierte Stapelhöhe erreicht ist, 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 zwischen benachbarten Bipolar-Elektrodeneinheiten (18₁, 18₂, ...) eine sich zwischen den jeweiligen Bipolar-Kollektoren (10₁, 10₂, ...) in Stapelrichtung R_S erstreckende und in der Ausdehnungsebene liegende Siegelrandanordnung (22₁, 22₂, ...) zur Abdichtung aufgetragen wird, wobei - Dichtungsmaterial der Siegelrandanordnung (22₁, 22₂, ...) auf den jeweiligen Bipolar-Kollektor (10₁, 10₂, ...) aufgetragen wird, - in das Dichtungsmaterial zumindest ein Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) und der jeweilige Separator (14₁, 14₂, ...) eingelegt wird, - über die Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) in den jeweiligen durch die Siegelrandanordnung (22₁, 22₂, ...) umschlossenen Raum eine Elektrolytfüllung eingefüllt wird und - die Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) aus den jeweiligen Siegelrandanordnungen (22₁, 22₂, ...) entfernt werden.
Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial unter Aussparung des den Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) umgebenden Bereichs des Dichtungsmaterials über einen Aktivierungszeitraum t_A1 gehärtet wird, um durch das gehärtete Dichtungsmaterial der Siegelrandanordnungen (22₁, 22₂) eine Abdichtungen (22₁, 22₂, ...) zwischen den jeweiligen Bipolar-Kollektoren (10₁, 10₂, ...) benachbarter Bipolar-Elektrodeneinheiten (18₁, 18₂, ...) zu erzeugen
Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umgebenden Bereiche der zuvor entfernten Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) des Dichtungsmaterials jeweils über einen Aktivierungszeitraum t_A2 gehärtet werden.
Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über die Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) nach Erreichen der definierten Stapelhöhe die Elektrolytfüllung eingefüllt wird und die Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) anschließend aus den jeweiligen Siegelrandanordnungen (22₁, 22₂,...) entfernt werden.
Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial durch eine UV-Bestrahlung gehärtet wird.
Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die umgebenden Bereiche der zuvor entfernten Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) aus einer im Wesentlichen quer zu der Stapelrichtung R_S verlaufenden Einwirkrichtung gehärtet werden.
Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige durch die Siegelrandanordnung (22₁, 22₂, ...) umschlossene Raum vor dem Einfüllen der Elektrolytfüllung über die Befüllstutzen evakuiert wird.
Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) EdelstahlKanülen eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung des Bipolarbatteriezellen-Stapels (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllstutzen (30₁, 30₂, ...) in ihrer Axialrichtung aus den jeweiligen Siegelrandanordnungen (22₁, 22₂) herausgezogen werden.