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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Speicherelements sowie ein Speicherelement.
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In Batteriezellen zur Speicherung elektrischer Energie werden in die entsprechenden Batteriegehäuse Stapel oder Wickel der elektrochemisch aktiven Komponenten verbaut. Derartige Stapel oder Wickel müssen in irgendeiner Art und Weise fixiert werden, da ein Verrutschen die mechanischen Kontaktierungen schädigen oder zum Kurzschluss an der Gehäusewand führen würde. Entsprechend sind daran funktionale und sicherheitstechnische Risiken gekoppelt. Aus der
DE 10 2010 050 040 A1 ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung eines Elektrodenstapels bekannt, wobei mindestens eine Fixiereinrichtung vorgesehen ist, welche mindestens zwei Schichten des Elektrodenstapels relativ zueinander fixiert, wobei diese mindestens eine Fixiereinrichtung zumindest teilweise aus Polypropylen besteht. Der Elektrodenstapel kann hierbei eine Umhüllung aufweisen, welche stoffschlüssig mit der Fixiereinrichtung verbunden ist. Hierbei stellt sich insbesondere die Herausforderung, ein derartiges Verfahren großserientauglich zu machen, da prozesssicher gewährleistet sein muss, dass der Stapel bzw. Wickel zuverlässig fixiert ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Speicherelements sowie ein Speicherelement anzugeben, welche die bekannten Verfahren bzw. Speicherelemente weiterentwickeln und insbesondere eine schnelle und robuste Fertigung bzw. Montage ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Speicherelement gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Speicherelements die Schritte:
- - Bereitstellen eines Zellstapels;
- - Einbringen des Zellstapels in ein Gehäuse;
- - Zumindest bereichsweise stoffschlüssiges Verbinden des Zellstapels mit dem Gehäuse mittels einer Klebeverbindung;
- - Thermisches und/oder mechanisches Einwirken auf die Klebeverbindung mittels oder über das Gehäuse.
Mit Vorteil wird also das Gehäuse bzw. eine Wand oder Wandung des Gehäuses des Speicherelements dazu genutzt, auf die Klebeverbindung mechanisch und/oder thermisch einzuwirken. In der Folge kann damit einfach sichergestellt werden, dass die Klebeverbindung zuverlässig einen Stoffschluss zwischen dem Zellstapel bzw. dem Zellwickel und dem Gehäuse bzw. der Wandung des Gehäuses bereitstellt. Der Zellstapel bzw. Zellwickel umfasst gemäß einer Ausführungsform mehrere Elemente, beispielsweise plattenförmige Elemente, insbesondere wenigstens zwei Elektroden, eine Anode und eine Kathode, sowie einen Separator. Der Grundaufbau eines derartigen Zellstapels oder Zellwickels ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt. Entscheidend ist, dass der Zellstapel bzw. Zellwickel, bevorzugt bereits vormontiert bzw. insbesondere in geeigneter Weise zu einem festen Paket laminiert, als Ganzes in das Gehäuse eingeführt wird, wobei in einem nachfolgenden Schritt das Gehäuse beispielsweise erwärmt wird oder mittels des Gehäuses ein mechanisches Einwirken auf die Klebeverbindung erfolgt, wodurch sichergestellt werden kann, dass eine sichere Fixierung des Zellstapels im Gehäuse gegeben ist. Mit Vorteil erfolgt eine Kontaktierung des Zellstapels mit dem Gehäuse über die Klebeverbindung. Zweckmäßigerweise weist die Klebeverbindung ein oder mehrere Klebestellen bzw. eine Klebeschicht auf, welche auf dem Zellstapel ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Verwenden einer thermisch aktivierbaren Klebeverbindung;
- - Einbringen von Wärme über das Gehäuse zum Aktivieren der Klebeverbindung.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine thermisch aktivierbare Klebeschicht verwendet, welche bevorzugt bereits auf dem Zellstapel vorhanden ist bzw. zunächst dort angeordnet wird. Der derart vorpräparierte Zellstapel wird in das Gehäuse eingeführt und ist mit Vorteil über die Klebeverbindung vorpositioniert. Der eigentliche Stoffschluss wird dann durch das Einbringen von Wärme über das Gehäuse realisiert. Mit anderen Worten wird die Klebeverbindung durch den Wärmeeintrag erst aktiviert. Die Klebeverbindung „klebt“ sozusagen zunächst nicht, wodurch das Handling eines derart präparierten Stacks, Zellstapels oder Wickels deutlich vereinfacht wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Zumindest bereichsweise Auftragen oder Aufbringen von Klebestellen auf den Zellstapel und/oder das Gehäuse vor dem Einbringen des Zellstapels in das Gehäuse.
Mit Vorteil gibt es also die Möglichkeit, ein oder mehrere Klebestellen beispielsweise auf den Zellstapel und/oder auf das Gehäuse, insbesondere auf eine Innenwand des Gehäuses aufzubringen. Hierbei kann es sich um einen thermisch aktivierbaren Kleber handeln, welcher über einen entsprechenden Wärmetrag aktiviert werden muss. Alternativ kann auch mit einem konventionellen Klebstoff gearbeitet werden, welcher beispielsweise mehr oder weniger flüssig aufgetragen wird, beispielsweise in Form von Klebepunkten, Raupen oder dergleichen. Weiter alternativ können auch Klebestreifen etc. eingesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Einbringen von Wärme über das Gehäuse zum Härten oder Aushärten der Klebeverbindung.
Zweckmäßigerweise kann das thermische Einwirken über das Gehäuse auch dazu genutzt werden, das Aushärten der Klebeverbindung zu bewirken oder zu beschleunigen. Das thermische Einwirken kann auch dahingehend gestaltet sein, dass die Klebeverbindung soweit in einen flüssigen Zustand überführt wird, dass etwaige Zwischenräume zwischen dem Zellstapel und dem Gehäuse geschlossen werden, wodurch ggf. eine noch sicherere Fixierung erreicht werden kann. Wie bereits angedeutet, kann, insbesondere bei der Verwendung eines thermisch aktivierbaren Klebers, dieser zunächst als Positioniermittel verwendet werden. Alternativ können auch gesonderte Positioniermittel, beispielsweise in Form von geeigneten Abstandshaltern, zwischen dem Gehäuse und dem Zellstapel vorgesehen sein.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Aufbringen eines Anpressdrucks über das Gehäuse auf den Zellstapel.
Hierdurch kann ein besonders guter Kontakt zwischen dem Gehäuse und dem Zellstapel, insbesondere während der Verklebung, gewährleistet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Erzeugen eines Unterdrucks im Gehäuse zum Erzeugen eines bzw. des Anpressdrucks, welcher von dem Gehäuse in Richtung des Zellstapels wirkt.
Mit Vorteil ist das Gehäuse hierzu entsprechend geschlossen ausgebildet. An dieser Stelle sei erwähnt, dass es sich bei dem Gehäuse sowohl um ein festes Gehäuse als auch um eine mehr oder weniger lose Umhüllung handeln kann, beispielsweise eine folienartige Umhüllung. Das Verwenden des Unterdrucks zum Aufbau des Anpressdrucks ermöglicht mit Vorteil auch eine etwaige Leckageerkennung.
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Alternativ kann der Anpressdruck aber auch durch Aufbringen einer Kraft von außen auf das Gehäuse aufgebracht werden, wobei die Kraft zweckmäßigerweise im Bereich der Klebestellen wirkt bzw. an deren Lage/Position angepasst ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Thermisches Einwirken während des Erzeugens des Anpressdrucks.
Mit Vorteil erfolgen also das thermische und das mechanische Einwirken gleichzeitig, wodurch eine besonders zuverlässige Fixierung gewährleistet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Formen des Zellstapels oder Zellwickels aus einem losen Lagenverbund.
Zweckmäßigerweise wird also der zunächst lose Lagenverbund in einem vorangehenden Schritt zu einem festen Paket laminiert, was die nachfolgende Handhabung deutlich vereinfacht.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Speicherelement, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, wobei die Klebeverbindung derart ausgelegt ist, dass über die Klebeverbindung eine Vorpositionierung im Gehäuse gegeben ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Klebeverbindung um eine thermisch aktivierbare Klebeverbindung. Mit Vorteil ermöglicht eine derartige Klebeverbindung eine Vorpositionierung des Zellstapels im Gehäuse. Der eigentliche Stoffschluss wird dann erst bei der nachfolgenden Aktivierung initiiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Werkstoff der Klebeverbindung eine Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von etwa 0,5 bis 5 W/(mK) auf, besonders bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,7 bis 2 W(mK), insbesondere bevorzugt von 1 W/(mK) oder etwa 1 W/(mK). Damit kann eine optimale Kühlung der Zelle erreicht werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Speicherelements bzw. eines Speicherelements mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine Ausführungsform eines Zellstapels vor dessen Anordnung in einem Gehäuse;
- 2: den aus der 1 bekannten Zellstapel, angeordnet in dem Gehäuse;
- 3: die aus den 1 und 2 bekannte Anordnung zum Verdeutlichen des thermischen und/oder mechanischen Einwirkens über das Gehäuse.
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1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Gehäuse 20, insbesondere einen Gehäusegrundkörper 22. Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Zellstapel 10 bezeichnet, welcher mehrere Einzelelemente umfasst und in einem vorangegangenen Schritt bevorzugterweise zu einem festen Paket verbunden, beispielsweise laminiert, wurde. Bezugszeichen 30 bezeichnet eine Klebeverbindung, welche in der hier schematisch dargestellten Ausführungsform mehrere Klebestellen 32 aufweist. Der Zellstapel 10, umfassend die bereits an diesem angeordneten Klebestellen 32, wird nun in einem nachfolgenden Schritt in den Gehäusegrundkörper 22 eingeführt bzw. angeordnet, vgl. diesbezüglich insbesondere die 2.
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2 zeigt die im Wesentlichen aus der 1 bekannte Anordnung, wobei der Zellstapel 10 nun in dem Gehäusegrundkörper 22 angeordnet ist. Ein Kontakt zwischen dem Gehäusegrundkörper 22 und dem Zellstapel 10 wird über die Klebestellen 32 hergestellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform basiert die Klebeverbindung 30 auf einem thermisch aktivierbaren Kleber. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Klebestellen 32 erst durch eine thermische Aktivierung in einen klebenden Zustand überführt werden, wobei die thermische Aktivierung mit Vorteil über das Gehäuse 20 erfolgt. Mit anderen Worten kleben die Klebestellen 32, wie in der 1 dargestellt, zunächst nicht. Ein Stoffschluss zwischen dem Gehäuse 20 bzw. dem Gehäusegrundkörper 22 und dem Zellstapel 10 wird erst durch das thermische Einwirken, bevorzugt über die Gehäusewand, erreicht.
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3 zeigt nun die aus den 1 und 2 bekannte Anordnung, wobei das Gehäuse 20 in der hier skizzierten Ausführungsform (auch) einen Gehäusedeckel 24 umfasst. Die Pfeile mit dem Bezugszeichen W bezeichnen Wirkrichtungen des thermischen und/oder mechanischen Einwirkens. Entlang der Pfeilrichtungen kann beispielsweise ein Wärmeeintrag erfolgen und/oder ein Anpressdruck erzeugt werden. Der Anpressdruck kann durch ein mechanisches Einwirken von außen auf das Gehäuse 20 erfolgen oder auch durch Aufbringen eines Innendrucks im Inneren des Gehäuses 20 bzw. einer Kombination daraus.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zellstapel
- 20
- (Speicher-) Gehäuse
- 22
- Gehäusegrundkörper
- 24
- Gehäusedeckel
- 30
- Klebeverbindung
- 32
- Klebestelle
- W
- Wirkrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010050040 A1 [0002]
