DE102018208139A1 - Lid assembly for a housing of a battery cell - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Deckelbaugruppe (12) für ein Gehäuse einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, beschrieben mit:einem Deckel (12), umfassend eine erste Deckelöffnung (120) und eine zweite Deckelöffnung (122);einem ersten Terminal (14) und einem zweiten Terminal (16);dadurch gekennzeichnet, dass das erste Terminal (14) in die erste Deckelöffnung (120) und das zweite Terminal (16) in die zweite Deckelöffnung (122) flächenbündig und formschlüssig eingebettet ist.A cover assembly (12) for a housing of a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, is described, comprising: a cover (12) comprising a first cover opening (120) and a second cover opening (122); a first terminal (14 ) and a second terminal (16), characterized in that the first terminal (14) in the first lid opening (120) and the second terminal (16) in the second lid opening (122) is flush-mounted and positively embedded.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Deckelbaugruppe, ein Verfahren zum Herstellen einer Deckelbaugruppe und eine Verwendung derselben gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to a lid assembly, a method of manufacturing a lid assembly, and a use thereof according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Batteriezellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen, weisen ein Gehäuse auf, in dem eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, ein erstes Terminal und ein zweites Terminal aufgenommen sind. Die erste Elektrode ist elektrisch mit dem ersten Terminal verbunden, welches einen Pluspol der Batteriezelle bildet, wohingegen die zweite Elektrode elektrisch mit dem zweiten Terminal elektrisch verbunden ist, welches einen Minuspol der Batteriezelle bildet. Weiterhin ist ein Deckel für das Gehäuse vorgesehen, welcher das Gehäuse von oben abschließt. Diesbezüglich ist aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Deckelbaugruppe für ein Gehäuse für eine Batteriezelle bereitgestellt, die das Gehäuse von oben abschließt und elektrisch isoliert. Die erfindungsgemäße Deckelbaugruppe umfasst einen Deckel, welcher mit einer ersten und einer zweiten Deckelöffnung ausgebildet ist, und ein erstes und ein zweites Terminal.According to the invention, a cover assembly for a housing for a battery cell is provided, which closes the housing from above and electrically insulated. The lid assembly according to the invention comprises a lid, which is formed with a first and a second lid opening, and a first and a second terminal.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste Terminal in die erste Deckelöffnung und das zweite Terminal in die zweite Deckelöffnung flächenbündig und formschlüssig eingebettet ist.According to the invention, it is provided that the first terminal is embedded in the first lid opening and the second terminal in the second lid opening flush with the surface and in a form-fitting manner.
Der besondere Vorteil bei dieser erfindungsgemäßen Deckelbaugruppe besteht darin, dass ein Bauraum der Batteriezelle durch die flächenbündig und formschlüssig eingebetteten Terminals minimiert werden kann. Auf diese Weise kann eine Energiedichte der Batteriezelle durch einen Einsatz der erfindungsgemäßen Deckelbaugruppe vergrößert werden. Darüber hinaus können beispielsweise Herstellungskosten und -zeiten dieser erfindungsgemäßen Deckelbaugruppe verringert werden, da weder ein Klebstoff noch ein Dichtungselement bei einem Zusammenbau der Batteriezelle benötigt werden.The particular advantage of this cover assembly according to the invention is that a space of the battery cell can be minimized by the flush-mounted and form-fitting embedded terminals. In this way, an energy density of the battery cell can be increased by using the lid assembly according to the invention. In addition, for example, manufacturing costs and times of this cover assembly according to the invention can be reduced, since neither an adhesive nor a sealing element in an assembly of the battery cell are needed.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Weist der Deckel einen Kunststoff, beispielsweise Polyethylen (PE) auf, ist eine gute elektrische Isolation im Deckel vorgesehen.If the lid has a plastic, for example polyethylene (PE), good electrical insulation is provided in the lid.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann zumindest eines der Terminals einen Verbundwerkstoff aufweisen, welcher zumindest zwei mit einander verbundene Materialien umfasst. Dabei ist zumindest eines der Materialien ein Kunststoff. Der Kunststoff kann beispielsweise eine Mischung von Polymeren aufweisen, vorzugsweise eine Mischung aus Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS), weiter vorzugsweise eine Mischung aus einem Polyamid (PA), Polycarbonat (PC) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), insbesondere eine Mischung aus Polyphenylensulfid (PPS) und Poly (oxy-1,4-phenylsulfonyl-1,4-phenyl). Alternativ können als Polymere auch Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenglycol (PEG) oder eine Mischung daraus verwendet werden.According to another aspect of the invention, at least one of the terminals may comprise a composite material comprising at least two interconnected materials. At least one of the materials is a plastic. The plastic may, for example, comprise a mixture of polymers, preferably a mixture of polypropylene (PP) and polystyrene (PS), more preferably a mixture of a polyamide (PA), polycarbonate (PC) and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), in particular a mixture of polyphenylene sulfide (PPS) and poly (oxy-1,4-phenylsulfonyl-1,4-phenyl). Alternatively, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene glycol (PEG) or a mixture thereof can also be used as polymers.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der Kunststoff zumindest ein Additiv, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Additiv aufweist. Das Additiv kann beispielsweise einem Metall entsprechen, beispielsweise Silber, Kupfer, Eisen, Stahl, Zink oder Aluminium. Alternativ oder ergänzend ist auch eine Metalllegierung als ein elektrisch leitfähiges Additiv möglich, vorzugsweise eine Metalllegierung aus Zink und Zinn, welche eine Schmelztemperatur von 200 °C aufweist. Der besondere Vorteil besteht darin, dass eine gute Materialfließfähigkeit in einem Spritzgießprozess durch eine niedrige Viskosität gewährleistet wird.Moreover, it is advantageous if the plastic has at least one additive, in particular an electrically conductive additive. The additive may, for example, correspond to a metal, for example silver, copper, iron, steel, zinc or aluminum. Alternatively or additionally, a metal alloy as an electrically conductive additive is possible, preferably a metal alloy of zinc and tin, which has a melting temperature of 200 ° C. The particular advantage is that a good material flowability in an injection molding process is ensured by a low viscosity.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn das elektrisch leitfähige Additiv Metallfasern mit einer Länge von 8 bis 12 mm und einer Breite von 8 bis 12 µm beinhaltet. Die Metallfasern werden dem Kunststoff zugemischt und für die Terminals eingesetzt. Der besondere Vorteil dabei ist, dass sich ein niedriger Widerstand durch einen Einsatz der Metallfasern in den Terminals ergibt. Dadurch entsteht eine hohe elektrische Leitfähigkeit der Terminals.It is particularly advantageous if the electrically conductive additive includes metal fibers with a length of 8 to 12 mm and a width of 8 to 12 μm. The metal fibers are added to the plastic and used for the terminals. The particular advantage here is that there is a low resistance through the use of metal fibers in the terminals. This creates a high electrical conductivity of the terminals.
Eine derartige Mischung (englisch: compound) aus einem Kunststoff und einem Metall oder Metallfasern wird auch als Kunststoff-Metall-Hybrid bezeichnet, wobei Bauteile aus dem Kunststoff beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden. Der besondere Vorteil besteht darin, dass ein geringes Gewicht und eine Reduktion der Herstellungskosten durch eine Verwendung von Kunststoff-Metall-Hybriden erzielt werden können.Such a mixture (English: compound) of a plastic and a metal or metal fibers is also referred to as plastic-metal hybrid, wherein components made of the plastic, for example by an injection molding process. The particular advantage is that a low weight and a reduction in manufacturing costs can be achieved by using plastic-metal hybrids.
Es wird gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass eines der Terminals einen Kunststoff in Form eines elektrisch selbstleitenden Polymers (englisch: Intrinsically/Inherently Conductive Polymers ICP) aufweist, wobei die ICPs beispielsweise durch konjugierte Mehrfachbindungen ihre Leitfähigkeit erreichen können. Der Vorteil besteht darin, dass ICPs besonders für eine Deckelbaugruppe der Batteriezellen mit einer Spannung zwischen 2,5 und 4,2 V geeignet sind. Die derartigen Batteriezellen lassen sich vorteilhaft für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder für ein Plug-In-Hybridfahrzeug einsetzen.
Ein Terminal, welches einen Kunststoff aufweist, wird als ein Spritzgussteil vorgefertigt. It is proposed according to a further aspect of the present invention that one of the terminals has a plastic in the form of an electrically self-conducting polymer (English: Intrinsically / Inherently Conductive Polymers ICP), wherein the ICPs can reach their conductivity, for example by conjugated multiple bonds. The advantage is that ICPs are particularly suitable for a cover assembly of battery cells with a voltage between 2.5 and 4.2V. Such battery cells can be used advantageously for an electric vehicle, a hybrid vehicle or for a plug-in hybrid vehicle.
A terminal having a plastic is prefabricated as an injection molded part.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann zumindest eines der Terminals ein Metall aufweisen, vorzugsweise Kupfer, weiter vorzugsweise Aluminium, insbesondere Nickel. Das Metall verfügt vorzugsweise über vergleichbare elektrisch leitende Eigenschaften wie das Kunststoff-Metall-Hybrid und das elektrisch selbstleitende Polymer.According to another embodiment, at least one of the terminals may comprise a metal, preferably copper, more preferably aluminum, in particular nickel. The metal preferably has comparable electrically conductive properties as the plastic-metal hybrid and the electrically self-conducting polymer.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle vorgeschlagen. Während des Verfahrens werden ein erstes Terminal und ein zweites Terminal bereitgestellt. Die Terminals werden zunächst erwärmt, vorzugsweise an deren Randbereiche. Eine erste Deckelöffnung und eine zweite Deckelöffnung werden vorzugsweise zugleich erwärmt. Anschließend wird das erste Terminal in die erste Deckelöffnung und das zweite Terminal in die zweite Deckelöffnung flächenbündig und formschlüssig eingebettet. Darauf folgend werden die Terminals mitsamt den Deckelöffnungen abgekühlt, vorzugsweise mittels eine Luftkühlung. Der besondere Vorteil dabei ist, dass die Terminals und die Deckelöffnungen miteinander stoffschlüssig befestigt werden können.According to another aspect of the present invention, a method for manufacturing a battery cell is proposed. During the procedure, a first terminal and a second terminal are provided. The terminals are first heated, preferably at their edges. A first lid opening and a second lid opening are preferably heated at the same time. Subsequently, the first terminal in the first lid opening and the second terminal in the second lid opening is flush-mounted and positively embedded. Subsequently, the terminals are cooled together with the lid openings, preferably by means of air cooling. The particular advantage of this is that the terminals and the lid openings can be fastened together cohesively.
Figurenlistelist of figures
In der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Deckelbaugruppe gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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1 shows a schematic representation of a cover assembly according to an embodiment of the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Die Deckelbaugruppe
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest eines der Terminals
Alternativ oder ergänzend können dem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff Metallfasern zugemischt werden. Die Zumischung kann beispielsweise durch einen Spritzgussprozess oder einen Schweißprozess realisiert werden. Vorzugsweise werden die Metallfasern mittels eines Walzprozesses hergestellt. Weiter vorzugsweise umfassen die Metallfasern eine Mischung von Metallen, beispielsweise eine Mischung aus Eisen, Aluminium, Kupfer, Blei oder deren Legierungen. Vorteilhaft dabei ist, dass eine bessere Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffs durch eine Zugabe von Metallfasern erzielt wird.Alternatively or additionally, metal fibers can be admixed with the electrically nonconductive plastic. The admixture can be realized for example by an injection molding process or a welding process. Preferably, the metal fibers are produced by means of a rolling process. More preferably, the metal fibers comprise a mixture of metals, for example a mixture of iron, aluminum, copper, lead or their alloys. The advantage here is that a better strength and electrical conductivity of the composite is achieved by the addition of metal fibers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eines der Terminals
Die Terminals
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist eines der Terminals
Liegt ein Kunststoff bei den Terminals
Die beschriebene Deckelbaugruppe eignet sich zur Verwendung in einem Gehäuse einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, welche in einem Elektrofahrzeug, in einem Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug angewendet wird.The described cover assembly is suitable for use in a housing of a battery cell, in particular a lithium-ion battery, which is used in an electric vehicle, in a hybrid vehicle or in a plug-in hybrid vehicle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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