DE102018208141A1

DE102018208141A1 - Deckelbaugruppe für ein Gehäuse einer Batteriezelle

Info

Publication number: DE102018208141A1
Application number: DE102018208141.7A
Authority: DE
Inventors: Anton Ringel; Andreas Ringk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-28
Also published as: WO2019224023A1

Abstract

Es wird eine Deckelbaugruppe (1) für ein Gehäuse einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, beschrieben mit einem Deckel (3) und einem Terminal (7), wobei das Terminal (7) ein Durchführungselement (72) und eine Terminalplatte (74) mit einem oberen (76) und einem unteren Teil (78) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführungselement (72) und/oder zumindest eines der Teile einen Verbundwerkstoff aufweist, umfassend mindestens zwei miteinander verbundene Materialien, wobei zumindest eines der Materialien ein Kunststoff ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Deckelbaugruppe und eine Verwendung derselben gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
DE 10 2015 200 923 A1 zeigt eine Deckelbaugruppe für ein Batteriezellengehäuse einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batteriezelle umfassend einen Hauptkörper, wobei eine Außenfolie auf einer Außenseite des Hauptkörpers vorgesehen ist, umfassend vorzugsweise eine mehrschichtige Außenfolie, insbesondere eine mehrschichtige Außenfolie mit zumindest einer Aluminium-Schicht und einer Thermoplast-Schicht.
Es ist bekannt, dass der Hauptkörper bzw. das Terminal der Deckelbaugruppe die mehrschichtige Außenfolie aufweist. Eine Kostenkalkulation zur Herstellung der Deckelbaugruppe ergibt, dass die gesamten Kosten von den Terminalkosten dominiert sind. Um die Herstellungskosten und die Anzahl der Komponenten der Deckelgruppe zu reduzieren, können Polymerwerkstoffe für die Herstellung des Terminals eingesetzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Deckelbaugruppe für ein Gehäuse einer Batteriezelle bereitgestellt, die das Gehäuse von oben abschließt. Die erfindungsgemäße Deckelbaugruppe umfasst einen Deckel und ein Terminal. Die Batteriezelle kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder eine Festkörperbatterie sein. Die Batteriezelle ist von einem Gehäuse umschlossen, welches als Hartschale als oder Folie ausgebildet sein kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Terminal ein Durchführungselement und eine Terminalplatte mit einem oberen und einem unteren Teil aufweist, wobei das Durchführungselement einen Verbundwerkstoff aufweist, umfassend mindestens zwei miteinander verbundene Materialien, wobei zumindest eines der Materialien einen Kunststoff aufweist. Darüber hinaus kann auch eines der Teile der Terminalplatte einen derartigen Verbundwerkstoff mit mindestens zwei miteinander verbundenen Materialien aufweisen.
Der besondere Vorteil bei dieser erfindungsgemäßen Deckelbaugruppe besteht darin, dass die Herstellungskosten der Deckelbaugruppe durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Terminals deutlich reduziert werden können. Weiterhin kann die Anzahl der Komponenten für den Zusammenbau der Deckelbaugruppe verringert werden. Durch das erfindungsgemäße Terminal wird die Herstellung der Deckelbaugruppe in Leichtbauweise ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Kunststoff weist beispielsweise eine Mischung von Polymeren auf, vorzugsweise eine Mischung von 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.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der Kunststoff ein Additiv, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Additiv aufweist. Das Additiv kann beispielsweise einem Metall entsprechen, beispielsweise Silber, Kupfer, Eisen, Stahl, Zink oder Aluminium. Alternativ 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 im Spritzgießprozess durch eine niedrige Viskosität gewährleistet wird.
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 mittels eines Schweißprozesses an einer Kunststoffschicht oder einer Kunststofffolie befestigt, ohne die Strukturen des Kunststoffes ändern zu müssen.
Eine derartige Mischung (englisch: compound) aus einem Kunststoff und einem Metall oder Metallfasern wird auch als Kunststoff-Metall-Hybrid bezeichnet, wobei die Teile aus dem Kunststoff beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden. Der besondere Vorteil besteht darin, dass ein geringes Gewicht und eine Reduktion der Herstellungskosten durch den Einsatz von Kunststoff-Metall-Hybriden erzielt werden können.
Es ist gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass das Durchführungselement 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 für Batteriezellen mit einer Spannung zwischen 2,5 und 4,2 V geeignet sind. Des Weiteren kann zumindest eines der Teile der Terminalplatte einen derartigen Kunststoff aufweisen.
Die erfindungsgemäße Deckelbaugruppe lässt sich vorteilhaft für ein Gehäuse einer Batteriezelle beispielsweise für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder für ein Plug-In-Hybridfahrzeug einsetzen.
Figurenliste
In der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Deckelbaugruppe gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Deckelbaugruppe 1, welche eine Öffnung eines Gehäuses für eine Batteriezelle oben abschließt, schematisch dargestellt.
Die Deckelbaugruppe 1 umfasst beispielsweise einen Deckel 3 mit einer linksseitigen Deckelöffnung 31, einen Klebstoff 5 mit einer linksseitigen Klebstofföffnung 51, ein Terminal 7 und ein Dichtungselement 9, wobei das Terminal 7 ein linksseitiges Durchführungselement 72 und eine Terminalplatte 74 aufweist. Dabei ist das linksseitige Durchführungselement 72 beispielhaft mit einer länglichen Form vorgesehen, wobei die Form der Deckelöffnung 31 und der Klebstofföffnung 51 von der Form des Durchführungselements 72 abhängig ist. Die Deckelöffnung 31, die Klebstofföffnung 51 und das Durchführungselement 72 können auch mittig oder rechtsseitig positioniert werden. Die Höhe des Durchführungselement in einer senkrechten Richtung zur Terminalplatte 74 kann beispielsweise 6,5 mm betragen.
Das Dichtungselement 9 aus Kunststoff bzw. Gummi schließt die Terminalplatte 74 am Rand um. Dabei dient das Dichtungselement 9 dazu, die Terminalplatte 74 und die Deckelbaugruppe 1 vor zutretender Feuchtigkeit zu schützen. Der Klebstoff 5 wird durch die Klebstofföffnung 51 und das Durchführungselement 72 auf die Terminalplatte 74 verpresst. Ferner wird der Deckel 3 durch die Deckelöffnung 31 auf den Klebstoff 5 aufgesetzt. Zwischen dem Deckel 3 und dem Klebstoff 5 kann ein nicht dargestelltes Isolationselement in Form einer Schicht oder eines Ringes positioniert werden.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, die Deckelbaugruppe 1 ohne den Klebstoff 5 und das Dichtungselement 9 auszugestalten. Vorteilhaft dabei sind eine reduzierte Komponentenanzahl und ein einfacherer Zusammenbau der Deckelbaugruppe 1.
Weiter ferner weist die Terminalplatte 74 einen oberen Teil 76 und einen unteren Teil 78 auf, wobei die Teile 76, 78, genauer gesagt die Oberflächen der Teile in Form einer homogenen Schicht oder einer Verbundschicht ausgeführt werden. Dabei umfasst die Verbundschicht zumindest zwei aufeinander gelagerte Schichten, welche unterschiedliche Dicken aufweisen können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die homogene Schicht oder die Verbundschicht zumindest einen Verbundwerkstoff, welcher zumindest zwei miteinander gemischte Materialien aufweist. Dabei umfasst der Verbundwerkstoff zumindest einen Kunststoff. Der Kunststoff kann als Mischung von verschiedenen Polymeren vorliegen, welche nicht elektrisch leitend sind. Um eine elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffs zu gewährleisten, wird der Kunststoff mit einem elektrisch leitfähigen Additiv vermischt. Es ist vorteilhaft dabei, wenn dieses elektrisch leitfähige Additiv ein Metall aufweist. Der Gewichtsanteil des Metalls kann dabei beispielsweise 40 Gew.-% betragen. Dabei kann die Verbindung zwischen dem Kunststoff und dem Metall während eines Spritzgießprozesses ausgeführt werden. Weiter kann die Verbindung auch durch ein Zusammenfügen der Kunststoff- und Metallstruktur umgesetzt werden. Weiter ist von Vorteil, wenn eine Metalllegierung eine Mischung aus Zink und Zinn aufweist, welche eine Schmelztemperatur von bis zu 200 °C vorweist. Es ist besonders vorteilhaft bei dieser Metalllegierung, dass eine gute Materialfließfähigkeit im Spritzgießprozess gewährleistet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff Metallfasern zugegeben. Die Zugabe kann durch einen Spritzgussprozess oder einen Schweißprozess realisiert werden. Vorzugsweise werden die Metallfasern mittels eines Walzprozesses hergestellt. Weiter vorzugsweise umfassen 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 vom Verbundwerkstoff durch eine Zugabe von Metallfasern erzielt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die homogene Schicht oder die Verbundschicht zumindest ein selbstleitendes Polymer. Die elektrische Leitfähigkeit des Polymers beruht auf ungesättigten konjugierten Bindungen. Vorteilhaft dabei ist, dass keine zusätzlichen Additiven zugegeben werden müssen. Dadurch wird der Herstellungsprozess einer derartigen Deckelbaugruppe einfacher und zeitgünstiger.
Die beschriebene Deckelbaugruppe eignet sich zur Verwendung in einem Gehäuse einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, welche in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug angewendet wird.
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

DE 102015200923 A1 [0002]

Claims

Deckelbaugruppe für ein Gehäuse einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, umfassend einen Deckel (3) und ein Terminal (7), wobei das Terminal (7) ein Durchführungselement (72) und eine Terminalplatte (74) mit einem oberen (76) und einem unteren Teil (78) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführungselement (72) und/oder zumindest eines der Teile einen Verbundwerkstoff aufweist, umfassend mindestens zwei miteinander verbundene Materialien, wobei zumindest eines der Materialien ein Kunststoff ist.
Deckelbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei der Kunststoff eine Mischung von Polymeren aufweist, 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).
Deckelbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Kunststoff zumindest ein Additiv aufweist, vorzugsweise ein Metall, insbesondere Aluminium.
Deckelbaugruppe gemäß Anspruch 3, wobei das Additiv ein Metall mit einer Schmelztemperatur niedriger oder gleich 200 °C ist.
Deckelbaugruppe gemäß Anspruch 3, wobei das Additiv Metallfasern aufweist, vorzugsweise Metallfasern mit einer Länge von 8 bis 12 mm und einer Breite von 8 bis 12 µm.
Deckelbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Additiv eine Mischung von leitfähigen Additiven aufweist, insbesondere eine Mischung aus einem Metall und Metallfasern.
Deckelbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei das Durchführungselement (72) und/oder zumindest eines der Teile zumindest einen elektrisch leitfähigen Kunststoff aufweist, vorzugsweise Polypyrrol und Polythiophen, weiter vorzugsweise Polyethylendioxythiophen und Polystyrolsulfonsäure, insbesondere Polyanilin und Polyacetylen.
Deckelbaugruppe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Terminal (7) ein Spritzgussbauteil ist.
Deckelbaugruppe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Dichtungselement (9) am Randbereich des Terminals (7) befestigt ist.
Deckelbaugruppe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Klebstoff (5) zwischen dem Deckel (3) und dem Terminal (7) vorgesehen ist.
Deckelbaugruppe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Isolationsschicht zwischen dem Deckel (3) und dem Terminal (7) und/oder zwischen dem Terminal (7) und dem Dichtungselement (9) vorgesehen ist.
Verwendung einer Deckelbaugruppe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, in einem Elektrofahrzeug, in einem Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug.