DE102019001277A1

DE102019001277A1 - Device for processing electrode stacks of battery cells consisting of stacked electrode layers

Info

Publication number: DE102019001277A1
Application number: DE102019001277.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Paul
Original assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-08-27

Abstract

Es wird eine Vorrichtung 15 und ein Verfahren zum Zusammenpressen und im Wesentlichen gleichzeitigen Zugentlasten von Ableiterfahnen 2 von Elektrodenstapeln 1 von aus gestapelten Elektrodenschichten bestehenden Batteriezellen beschrieben. Diese Vorrichtung 15 und das Verfahren sollen Ableiterfahnen 2 ohne Deformation bzw. Bruch in ein vordefiniertes Maß (Form) zusammenpressen, damit diese anschließend beschnitten und verschweißt werden können, ohne die Klemmung zwischen den beiden Bearbeitungsschritten aufzuheben. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung 15 mit einem ersten Klemmelement 11, das beim Zusammenpressen und Zugentlasten an einer ersten Seite der Ableiterfahnen 2 angreift, sowie einem zweiten Klemmelement 13, das beim Zusammenpressen und Zugentlasten an einer zweiten, der ersten Seite gegenüber liegenden Seite der Ableiterfahnen 2 angreift, vorgeschlagen, wobei das erste und das zweite Klemmelement 11, 13 derart in der Vorrichtung 15 beweglich gelagert sind, dass sich beim Zusammenpressen der Ableiterfahnen 2 durch vorzugsweise linienförmiges Kontaktieren der ersten Seite der Ableiterfahnen 2 durch das erste Klemmelement 11 und der zweiten Seite der Ableiterfahnen 2 durch das zweite Klemmelement 13 die Kontaktpunkte bzw. die Kontaktlinien zwischen den Klemmelementen 11, 13 und den jeweiligen Seiten der Ableiterfahnen 2 in Richtung des Elektrodenstapels 1 bewegen, um eine Zugentlastung der Ableiterfahnen 2 zu bewirken. Daneben war wird ein entsprechendes Verfahren vorgeschlagen.A device 15 and a method for pressing together and essentially simultaneously relieving strain on conductor tabs 2 of electrode stacks 1 of battery cells consisting of stacked electrode layers are described. This device 15 and the method are intended to compress conductor tabs 2 into a predefined dimension (shape) without deformation or breakage, so that they can then be trimmed and welded without removing the clamping between the two processing steps. To solve this problem, a device 15 is provided with a first clamping element 11, which engages on a first side of the conductor tabs 2 when being pressed together and relieved of strain, and a second clamping element 13, which, when pressed together and relieved of tension, engages on a second side opposite the first side Arresting tabs 2, proposed, the first and second clamping elements 11, 13 being movably mounted in the device 15 such that when the tabs 2 are pressed together, preferably linear contacting of the first side of the tabs 2 by the first clamping element 11 and the second On the side of the conductor tabs 2, move the contact points or the contact lines between the clamping elements 11, 13 and the respective sides of the conductor tabs 2 in the direction of the electrode stack 1 through the second clamping element 13 in order to relieve the tension on the conductor tabs 2. A corresponding procedure was also proposed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Zusammenpressen und im Wesentlichen gleichzeitigen Zugentlasten von Ableiterfahnen von Elektrodenstapeln von aus gestapelten Elektrodenschichten bestehenden Batteriezellen.The invention relates to a device and a method for compressing and essentially simultaneously relieving strain on conductor tabs of electrode stacks of battery cells consisting of stacked electrode layers.

Der Produktionsprozess einer Lithium-Ionen-Batteriezelle umfasst die drei Hauptprozessschritte Elektrodenfertigung, Zellassemblierung sowie Formation und Aging. Unabhängig von den verschiedenen Zellformen wie zylindrische Zellen, Hard-Case-Zellen oder Pouch-Zellen besteht die kleinste Einheit jeder Lithium-Ionen- Zelle aus zwei Elektroden: Anode (z. B. Kupfer graphitbeschichtet) und Kathode (z. B. Aluminium NMC-111 beschichtet), sowie einem Separator, der die Elektroden voneinander trennt. Zur Fertigung einer Zelle wird ein Stapelvorgang durchgeführt, bei dem die einzelnen Elektroden inklusive Separator in mehreren Schichten übereinander gestapelt werden, bis eine gewünschte Zellkapazität erreicht ist. Bei diesem Prozessschritt wird eine exakte Positionierung der Elektroden gefordert, um eine hohe elektrische Leitfähigkeit gewährleisten zu können. Die Elektroden setzen sich jeweils aus einer Ableiterfahne und Aktivmaterialien zusammen. Die Ableiterfahnen der Lagen der Anoden dienen zum Kontaktieren der Anoden miteinander sowie mit dem negativen Terminal der Batteriezelle. Die Kontaktfahnen der Kathode dienen zum Kontaktieren der Kathoden miteinander sowie mit dem positiven Terminal der Batteriezelle. Wenn die beschichteten Anode, Kathode und Separator sich in einem gestapelten Zustand befinden, stehen die Anlageflächen der Ableiterfahnen in der Luft (s. 1 oben) und müssen zusammengepresst, auf ein vorgegebenes Maß beschnitten und danach verschweißt werden (s. 1 unten). Somit entsteht eine definierte Kontaktfläche, an der die komplette Energieleistung der Lagen an die Zelle übertragen werden kann.The production process of a lithium-ion battery cell comprises the three main process steps of electrode production, cell assembly, and formation and aging. Regardless of the different cell shapes such as cylindrical cells, hard-case cells or pouch cells, the smallest unit of every lithium-ion cell consists of two electrodes: anode (e.g. graphite-coated copper) and cathode (e.g. aluminum NMC -111 coated), as well as a separator that separates the electrodes from each other. To manufacture a cell, a stacking process is carried out in which the individual electrodes, including the separator, are stacked in several layers on top of one another until the desired cell capacity is achieved. In this process step, the electrodes must be precisely positioned in order to be able to guarantee high electrical conductivity. The electrodes each consist of an arrester lug and active materials. The conductor tabs of the layers of the anodes are used to contact the anodes with one another and with the negative terminal of the battery cell. The contact lugs of the cathode are used to contact the cathodes with one another and with the positive terminal of the battery cell. When the coated anode, cathode and separator are stacked, the contact surfaces of the arrester lugs are in the air (see Fig. 1 above) and must be pressed together, cut to a specified size and then welded (see 1 below). This creates a defined contact area where the entire energy output of the layers can be transferred to the cell.

Der laminierte Elektrodenstapel stellt das Eingangsmaterial für den nachfolgenden Arbeitsschritt dar. Die Ableiterfahnen werden durch gleichzeitiges Drücken von oben und unten zunächst eingeklemmt und damit vorgeformt/komprimiert, um elektrisch leitend und flächig verbunden werden zu können. Danach werden die Ableiterfahnen bei einem nächsten Fertigungsschritt nach innen gebogen, d.h. in Richtung des Elektrodenstapels bewegt, um eine Zugentlastung (Reduzierung der dynamischen Dauerbelastungen der Ableiterfahnen) zu erzielen. Anschließend werden die Ableiterfahnen auf ein definiertes Maß getrimmt (beschnitten) und die Klemmung aufgehoben. Die Zugentlastung wird primär für das Ultraschallschweißen, das in einer anderen Bearbeitungsstation stattfindet, benötigt, damit keine Lagen durch die Vibration einreißen bzw. brechen. In gleicher Weise wird eine Zugentlastung für das positionsgenaue Beschneiden der Ableiterfahnen benötigt.The laminated electrode stack represents the input material for the following work step. The conductor tabs are initially clamped in by simultaneously pressing from above and below and thus preformed / compressed in order to be able to be electrically connected and flat. After that, the arrester lugs are bent inwards in the next production step, i.e. moved in the direction of the electrode stack in order to achieve strain relief (reduction of the dynamic permanent loads on the arrester lugs). Then the arrester lugs are trimmed (cut) to a defined dimension and the clamping is released. The strain relief is primarily required for ultrasonic welding, which takes place in another processing station, so that no layers tear or break due to the vibration. In the same way, a strain relief is required for the precisely positioned trimming of the arrester lugs.

Der Schritt der Zugentlastung der Ableiterfahnen wird in Vorrichtungen gemäß Stand der Technik z. B. mittels einer Dreh-Klemm-Bewegung eines Hebels, der von oben und unten die Ableiterfahnen nach hinten, d.h. in Richtung des Elektrodenstapels zieht, umgesetzt. Durch diese Vorgehensweise werden die Ableiterfahnen jedoch sehr oft beschädigt. Um diese Beschädigung zu vermeiden, müssen die genauen Parameter der Klemmeinheit durch Nachjustieren bestimmt werden.The step of strain relief of the conductor tabs is used in devices according to the prior art, for. B. by means of a rotary clamping movement of a lever, which from above and below the conductor lugs to the rear, i. pulls in the direction of the electrode stack, implemented. However, this procedure very often damages the arrester lugs. To avoid this damage, the exact parameters of the clamping unit must be determined by readjusting.

Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, Ableiterfahnen ohne Deformation bzw. Bruch in ein vordefiniertes Maß (Form) zusammenpressen zu können, damit diese anschließend beschnitten und verschweißt werden können, ohne die Klemmung zwischen den beiden Bearbeitungsschritten aufzuheben.The invention has therefore set itself the task of being able to compress conductor tabs into a predefined dimension (shape) without deformation or breakage, so that they can then be trimmed and welded without removing the clamping between the two processing steps.

Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Zusammenpressen und im Wesentlichen gleichzeitigen Zugentlasten von Ableiterfahnen von Elektrodenstapeln von aus gestapelten Elektrodenschichten bestehenden Batteriezellen.In order to achieve this object, the invention creates a device and a method for compressing and essentially simultaneously relieving strain on conductor lugs of electrode stacks of battery cells consisting of stacked electrode layers.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zusammenpressen und im Wesentlichen gleichzeitigen Zugentlasten von Ableiterfahnen von Elektrodenstapeln von aus gestapelten Elektrodenschichten bestehenden Batteriezellen weist ein erstes Klemmelement, das beim Zusammenpressen und Zugentlasten an einer ersten Seite der Ableiterfahnen angreift, sowie ein zweites Klemmelement, das beim Zusammenpressen und Zugentlasten an einer zweiten, der ersten Seite gegenüber liegenden Seite der Ableiterfahnen angreift, auf. Das erste und das zweite Klemmelement sind hierbei derart in der Vorrichtung beweglich gelagert, dass sich beim Zusammenpressen der Ableiterfahnen durch vorzugsweise linienförmiges Kontaktieren der ersten Seite der Ableiterfahnen durch das erste Klemmelement und der zweiten Seite der Ableiterfahnen durch das zweite Klemmelement die Kontaktpunkte bzw. die Kontaktlinien zwischen den Klemmelementen und den jeweiligen Seiten der Ableiterfahnen in Richtung des Elektrodenstapels bewegen, um eine Zugentlastung der Ableiterfahnen zu bewirken.The device according to the invention for compressing and essentially simultaneous strain relief of conductor lugs of electrode stacks of battery cells consisting of stacked electrode layers has a first clamping element that engages on a first side of the conductor lugs when pressed together and strain relief, as well as a second clamping element that engages on one during compression and strain relief second, the first side opposite side of the arrester tab attacks on. The first and the second clamping element are movably mounted in the device in such a way that when the conductor tabs are pressed together, the contact points or the contact lines are moved by the first clamping element and the second side of the conductor tabs by the second clamping element, preferably by linear contacting of the first side of the conductor tabs Move between the clamping elements and the respective sides of the conductor lugs in the direction of the electrode stack in order to relieve the strain on the conductor lugs.

Eine im Sinne der Erfindung ausgebildete Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zum Zusammenpressen und im Wesentlichen gleichzeitigen Zugentlasten von Ableiterfahnen von Elektrodenstapeln von aus gestapelten Elektrodenschichten bestehenden Batteriezellen zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die Ableiterfahnen unter Ausübung geringstmöglicher Kräfte und dadurch geringstmöglicher Zugspannungen beim Zusammenpressen der Ableiterfahnen in Richtung des Elektrodenstapels bewegt werden, um beim Zusammenpressen eine Zugentlastung, und damit eine Beschädigung der Ableiterfahnen zu vermeiden. Je weiter außen die Ableiterfahnen im Elektrodenstapel angeordnet sind, d. h. in 1 unten und oben, desto stärker werden die Ableiterfahnen beim Zusammenpressen mit Zugspannungen belastet. Indem die Ableiterfahnen mittels der Klemmelemente beim Zusammenpressen in Richtung des Elektrodenstapels, d. h. in 1 nach links bewegt werden, werden die Ableiterfahnen von den beim Zusammenpressen auftretenden Zugspannungen entlastet, da durch das Bewegen der Ableiterfahnen in Richtung des Elektrodenstapels den beim Zusammenpressen auftretenden Zugspannungen entgegengewirkt wird.A device designed in accordance with the invention and a corresponding method for pressing together and essentially simultaneously relieving the strain on conductor tabs of electrode stacks of battery cells consisting of stacked electrode layers is characterized above all by the fact that the conductor tabs exert the least possible forces and thereby The lowest possible tensile stresses are moved in the direction of the electrode stack when the conductor tabs are pressed together, in order to avoid strain relief and thus damage to the conductor tabs when they are pressed together. The further out the conductor lugs are arranged in the electrode stack, ie in 1 below and above, the greater the load on the arrester tabs when they are pressed together with tensile stresses. By the conductor tabs by means of the clamping elements when pressed together in the direction of the electrode stack, ie in 1 are moved to the left, the conductor tabs are relieved of the tensile stresses that occur during compression, since moving the conductor tabs in the direction of the electrode stack counteracts the tensile stresses that occur during compression.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations are the subject of the subclaims.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme aufweist, wobei der Elektrodenstapel beim Zusammenpressen in einem zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme befindlichen Hohlraum angeordnet ist, und wobei ein Abstand zwischen der ersten Aufnahme und der zweiten Aufnahme beim Zusammenpressen verringert wird, um dadurch ein Zusammenpressen des Elektrodenstapels zu bewirken. In dieser vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das erste Klemmelement in der ersten Aufnahme und das zweite Klemmelement in der zweiten Aufnahme beweglich gelagert.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the device has a first receptacle and a second receptacle, the electrode stack being arranged in a cavity located between the first and second receptacles when pressed together, and a distance between the first receptacle and the Second recording is reduced when being pressed together, thereby causing the electrode stack to be pressed together. In this advantageous development of the invention, the first clamping element is movably mounted in the first receptacle and the second clamping element in the second receptacle.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Klemmelement und das zweite Klemmelement in jeweils einer Schrägführung in der Vorrichtung bzw. das erste Klemmelement in einer Schrägführung in der ersten Aufnahme und das zweite Klemmelement in einer Schrägführung in der zweiten Aufnahme beweglich gelagert sind.According to a further advantageous development of the invention it is provided that the first clamping element and the second clamping element are movably supported in an inclined guide in the device and the first clamping element in an inclined guide in the first receptacle and the second clamping element in an inclined guide in the second receptacle are.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmelemente aus den Schrägführungen an einem den Ableiterfahnen zugewandten Ende der Schrägführungen austreten und die den Ableiterfahnen zugewandten Enden der Schrägführungen in einer Ebene des Elektrodenstapels betrachtet vom Elektrodenstapel einen größeren Abstand haben als an einem den Ableiterfahnen abgewandten Ende. Dadurch wird bewirkt, dass der Berührpunkt der Klemmelemente mit den Ableiterfahnen dann, wenn die beiden Aufnahmen sich während des Vorgangs des Zusammenpressen aufeinander zu bewegen, sich aufgrund der schrägen Führung der Klemmelemente in den Aufnahmen in Richtung des Elektrodenstapels bewegt und dadurch auch die Ableiterfahnen mittels der Klemmelemente an den Berührpunkten in Richtung des Elektrodenstapels verschoben werden, um dadurch eine Zugentlastung der Ableiterfahnen beim Zusammenpressen zu bewirken.In a further advantageous development of the invention it is provided that the clamping elements emerge from the inclined guides at an end of the inclined guides facing the conductor lugs and that the ends of the inclined guides facing the conductor lugs have a greater distance from the electrode stack than on one of the conductor lugs, viewed in a plane of the electrode stack remote end. This has the effect that the point of contact of the clamping elements with the conductor lugs, when the two receptacles move towards each other during the process of pressing together, moves in the direction of the electrode stack due to the inclined guidance of the clamping elements in the receptacles, and thus also the conductor lugs by means of the Clamping elements are shifted at the contact points in the direction of the electrode stack in order to thereby effect a strain relief of the conductor tabs when pressed together.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Führungseinheit aufweist, um die Aufnahmen beim Verändern ihres Abstands relativ zueinander zu führen und ihre Ausrichtung zueinander in der Ebene des Elektrodenstapels zu fixieren.In a further advantageous development of the invention it is provided that the device has a guide unit in order to guide the receptacles relative to one another when their distance is changed and to fix their alignment to one another in the plane of the electrode stack.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Verriegelungseinheit aufweist, um die Aufnahmen nach dem Zusammenpressen relativ zueinander zu fixieren.In a further advantageous development of the invention it is provided that the device has a locking unit in order to fix the receptacles relative to one another after they have been pressed together.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinheit so gestaltet ist, dass sie durch Zusammenwirken mit dem Führungssystem eine Klemmung im Führungssystem bewirkt.In a further advantageous development of the invention it is provided that the locking unit is designed in such a way that it effects a clamping in the guide system by interacting with the guide system.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinheit einen drehbaren Hebel aufweist, dessen Ende bzw. Enden im geklemmten und fixierten Zustand mit Ausnehmungen von Führungselementen der Führungseinheit im Eingriff sind.In a further advantageous development of the invention it is provided that the locking unit has a rotatable lever, the end or ends of which, in the clamped and fixed state, are in engagement with recesses in guide elements of the guide unit.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmeinheiten in Richtung der Ableiterfahnen vorgespannt sind.In a further advantageous development of the invention it is provided that the clamping units are pretensioned in the direction of the conductor tabs.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorspannung durch Federelemente, Blasebalg, Druckstücke, pneumatische, hydraulische oder elektrische Elemente bewirkt wird.In a further advantageous development of the invention it is provided that the preload is brought about by spring elements, bellows, pressure pieces, pneumatic, hydraulic or electrical elements.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Klemmelemente an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Aufnahmen angeordnet sind.In a further advantageous development of the invention it is provided that clamping elements are arranged on two opposite sides of the receptacles.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Klemmelement beweglich gelagert sind.In a further advantageous development of the invention it is provided that the first and the second clamping element are movably mounted.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zusammenpressen und im Wesentlichen gleichzeitigen Zugentlasten von Ableiterfahnen von Elektrodenstapeln von aus gestapelten Elektrodenschichten bestehenden Batteriezellen wird zunächst ein Elektrodenstapel zwischen eine erste und eine zweite Aufnahme eingelegt. Anschließend wird der Abstand zwischen den beiden Aufnahmen verringert. Beim Verringern des Abstands in den Aufnahmen kommen schräg geführte Klemmelemente mit Oberflächen der Ableiterfahnen zum Eingriff. Sie pressen die Ableiterfahnen zusammen, und durch eine durch die Schrägstellung der Klemmelemente beim Zusammenbringen der beiden Aufnahmen bewirkte gleichzeitige Bewegung der Kontaktpunkte bzw. Kontaktlinien zwischen den Klemmelementen und den Oberflächen der Ableiterfahnen in Richtung des Elektrodenstapels erfolgt eine Zugentlastung der Ableiterfahnen.In a method according to the invention for pressing together and essentially simultaneously relieving strain on conductor tabs of electrode stacks of battery cells consisting of stacked electrode layers, an electrode stack is first inserted between a first and a second receptacle. The distance between the two recordings is then reduced. When you decrease the distance in the shots come obliquely guided clamping elements with surfaces of the arrester lugs for engagement. They press the conductor tabs together, and the simultaneous movement of the contact points or contact lines between the clamping elements and the surfaces of the conductor tabs in the direction of the electrode stack, caused by the inclination of the clamping elements when the two receptacles are brought together, strain relief of the conductor tabs takes place.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt beim Verringern des Abstands zwischen den beiden Aufnahmen eine Führung der beiden Aufnahmen relativ zueinander in der Ebene des Elektrodenstapels.In an advantageous development of the method according to the invention, when the distance between the two receptacles is reduced, the two receptacles are guided relative to one another in the plane of the electrode stack.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Aufnahmen nach Beendigung der Abstandsverringerung in Bewegungsrichtung miteinander fixiert.In a further advantageous development of the method according to the invention, the receptacles are fixed to one another in the direction of movement after the distance reduction has ended.

Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

1: eine prinzipielle Darstellung gestapelter Elektroden und Separatoren einer Batteriezelle mit den Ableiterfahnen der Elektroden,
2: ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ausführung als Handvorrichtung während des Einlegen eines Elektrodenstapels,
3: die Vorrichtung aus 2 im Längsschnitt während des Einlegen eines Elektrodenstapels,
4: die Vorrichtung aus 2 nach dem Einlegen des Elektrodenstapels,
5: die Vorrichtung aus 2 nach dem Zusammenbringen der beiden Spannkassetten,
6: die Vorrichtung aus 2 nach dem Zusammenbringen der beiden Spannkassetten im Längsschnitt.

An exemplary embodiment is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show in it:

1 : a basic illustration of stacked electrodes and separators of a battery cell with the electrode tabs,
2 : an example of a device according to the invention in an embodiment as a hand device during the insertion of an electrode stack,
3 : the device off 2 in longitudinal section while inserting an electrode stack,
4th : the device off 2 after inserting the electrode stack,
5 : the device off 2 after bringing the two clamping cassettes together,
6th : the device off 2 after the two clamping cartridges have been brought together in longitudinal section.

1 zeigt im oberen Teil der Abbildung eine prinzipielle Darstellung eines Elektrodenstapels 1 aus gestapelten Elektroden und Separatoren für eine Batteriezelle mit den Ableiterfahnen 2 der Elektroden vor dem Zusammenpressen des Elektrodenstapels 1, und somit auch vor dem Zusammenpressen der Ableiterfahnen 2. Im unteren Teil von 1 ist der Elektrodenstapel 1 nach dem Zusammenpressen der Ableiterfahnen 2 gezeigt. Es wird deutlich, dass beim Zusammenpressen der Ableiterfahnen 2 in dem zum Elektrodenstapel 1 benachbarten Bereich dadurch, dass die Ableiterfahnen 2 eine umso stärkere Biegung erfahren, je weiter sie in Richtung der Ober- bzw. der Unterseite des Elektrodenstapels 1 angeordnet sind, diese Ableiterfahnen 2 auch einer höheren Zugspannung unterliegen als in der Mitte des Elektrodenstapels 1 angeordnete Ableiterfahnen 2, und damit anfälliger für Beschädigungen, beispielsweise durch Einreißen sind. Indem beim Zusammenpressen der Ableiterfahnen 2 diese, und hierbei insbesondere die außen liegenden Ableiterfahnen 2, in Richtung des Elektrodenstapels 1, d. h. in 1 nach links bewegt werden, kann eine Zugentlastung der Ableiterfahnen 2 beim Zusammenpressen erzielt werden, um somit Beschädigungen der Ableiterfahnen 2 beim Zusammenpressen zu vermeiden. 1 In the upper part of the figure shows a basic representation of an electrode stack 1 made of stacked electrodes and separators for a battery cell with the conductor tabs 2 of the electrodes before the electrode stack is compressed 1 , and therefore also before the conductor tabs are pressed together 2 . In the lower part of 1 is the electrode stack 1 after pressing the arrester tabs together 2 shown. It becomes clear that when the conductor tabs are pressed together 2 in that to the electrode stack 1 adjacent area by having the arrester lugs 2 the more they bend towards the top or bottom of the electrode stack 1 are arranged, these arrester lugs 2 are also subject to a higher tensile stress than in the middle of the electrode stack 1 arranged arrester lugs 2 , and are therefore more prone to damage, for example by tearing. By pressing the conductor tabs together 2 these, and in particular the external arrester tabs 2 , in the direction of the electrode stack 1 , ie in 1 are moved to the left, a strain relief of the arrester lugs 2 when pressed together, thus avoiding damage to the conductor tabs 2 to avoid when squeezing.

2 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zusammenpressen und im Wesentlichen gleichzeitigen Zugentlasten von Ableiterfahnen 2 von Elektrodenstapeln 1 von aus gestapelten Elektrodenschichten bestehenden Batteriezellen in einer Ausführung als Handvorrichtung während des Einlegen eines Elektrodenstapels 1. Die Vorrichtung umfasst eine als erste Spannkassette 3 ausgebildete erste Aufnahme, die hier eine obere Spannkassette ist, sowie eine als zweite Spannkassette 4 ausgebildete zweite Aufnahme, die in diesem Ausführungsbeispiel eine untere Spannkassette ist. Diese bilden einen Hohlraum aus, in den der Elektrodenstapel eingelegt wird, siehe hierzu auch 4, in der der Elektrodenstapel 1 bereits in einen durch die zweite, untere Spannkassette gebildeten Hohlraum eingelegt ist. 2 shows an example of a device according to the invention for pressing together and essentially simultaneous strain relief of conductor tabs 2 of electrode stacks 1 of battery cells consisting of stacked electrode layers in a version as a handheld device while an electrode stack is being inserted 1 . The device comprises a first clamping cassette 3 trained first receptacle, which is an upper clamping cassette here, as well as a second clamping cassette 4th formed second receptacle, which is a lower clamping cassette in this embodiment. These form a cavity into which the electrode stack is inserted, see also 4th in which the electrode stack 1 is already inserted into a cavity formed by the second, lower clamping cassette.

Die beiden Spannkassetten 3, 4 werden in der in 2 dargestellten Ausführung durch eine Führungseinheit, die in dieser Ausführung aus Zapfen 5, die vorliegend an der unteren Spannkassette 4 angeordnet sind, und Bohrungen 6, die vorliegend in der oberen Spannkassette 3 angeordnet sind, gebildet wird, beim Zusammenbringen der unteren Spannkassette 4 mit der oberen Spannkassette 3 in horizontaler Richtung, d. h. in der Ebene des Elektrodenstapels 1 in ihrer Ausrichtung zueinander fixiert.The two tension cassettes 3 , 4th are in the in 2 illustrated embodiment by a guide unit, which in this embodiment consists of pins 5 , the present on the lower clamping cassette 4th are arranged, and holes 6th , which are present in the upper clamping cassette 3 are arranged, is formed when the lower clamping cartridge is brought together 4th with the upper clamping cassette 3 in the horizontal direction, ie in the plane of the electrode stack 1 fixed in their alignment to each other.

Darüber hinaus weist die in 2 dargestellte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung des Weiteren eine Verriegelungseinheit 8 auf, um die Spannkassetten 3, 4 nach dem Zusammenpressen relativ zueinander zu fixieren. Die Verriegelungseinheit 8 weist hierfür einen drehbaren Hebel 7 auf, dessen Enden im geklemmten und fixierten Zustand (siehe 5 und 6) mit Ausnehmungen der Zapfen 5 der Führungseinheit im Eingriff sind, um die beiden Spannkassetten 3, 4 nach dem Zusammenpressen relativ zueinander zu fixieren. Der drehbare Hebel 7 wird in der in 2 dargestellten Handvorrichtung durch einen Handgriff 10, nachdem die beiden Spannkassetten 3, 4 zum Zusammenpressen des Elektrodenstapels 1, und damit der Ableiterfahnen 2 zusammen gebracht wurden, in die Verriegelungsstellung, bzw. nach dem Zusammenpressen, Beschneiden und Verschweißen der Ableiterfahnen 2 aus der Verriegelungsstellung in eine entriegelte Stellung bewegt, um anschließend die beiden Spannkassetten 3, 4 wieder auseinander bewegen zu können, um den Elektrodenstapel 1 zu entnehmen. In einer automatisierten Vorrichtung erfolgt die Verriegelung hingegen nicht manuell durch den Handgriff 10, sondern durch einen automatisierten Mechanismus.In addition, the in 2 The illustrated embodiment of the device according to the invention also has a locking unit 8th on to the tension cartridges 3 , 4th to be fixed relative to each other after pressing together. The locking unit 8th has a rotatable lever for this purpose 7th whose ends are clamped and fixed (see 5 and 6th ) with recesses in the pin 5 the guide unit are engaged to the two clamping cartridges 3 , 4th to be fixed relative to each other after pressing together. The rotating lever 7th is used in the in 2 illustrated hand device by a handle 10 after the two tension cartridges 3 , 4th for compressing the electrode stack 1 , and thus the arrester lugs 2 were brought together, in the locking position, or after pressing, trimming and welding of the conductor tabs 2 from the locked position to an unlocked one Position moved to then the two clamping cartridges 3 , 4th to be able to move apart again to the electrode stack 1 refer to. In an automated device, however, the locking does not take place manually using the handle 10 but through an automated mechanism.

3 zeigt einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zustand gemäß 2. Der Elektrodenstapel 1 wird hier zwischen die obere und die untere Spannkassette 3, 4 eingelegt. In der Schnittdarstellung sind das erste Klemmelement 11, das vorliegend in der oberen Spannkassetten 3 angeordnet ist, sowie das zweite Klemmelement 13, dass vorliegend in der unteren Spannkassette 4 angeordnet ist, zu sehen. Die beiden Klemmelemente 11, 13 sind in den Spannkassetten 3, 4 jeweils in Schrägführungen 12, 14 geführt. Die Schrägführungen 12, 14 sind dabei so in den Spannkassetten 3, 4 ausgerichtet, dass dann, wenn sich die beiden Spannkassetten 3, 4 aufeinander zu bewegen und die Klemmelemente 11, 13 beim Zusammenpressen der Ableiterfahren 2 in Berührung mit den Ableiterfahnen 2 sind, sich die Kontaktpunkte bzw. Kontaktlinien zwischen den Klemmelementen 11, 13 und den Ableiterfahnen 2 in Richtung des Elektrodenstapels 1, d. h. in Richtung zur Mitte der Vorrichtung bewegen, um die Ableiterfahnen 2 in Richtung des Elektrodenstapels 1 zu bewegen und damit eine Zugentlastung beim Zusammenpressen der Ableiterfahnen 2 zu bewirken. Hierzu sind die Schrägführungen 12, 14 so in den Spannkassetten 3, 4 angeordnet, dass die Seiten der Klemmelemente 11, 13, die beim Zusammenpressen der Ableiterfahnen 2 mit diesen in Kontakt sind, in der Ebene der Vorrichtung, und damit in der Ebene des Elektrodenstapels 1 betrachtet, weiter von der Mitte der Vorrichtung entfernt sind, als das entgegengesetzte Ende der Klemmelemente 11, 13. Darüber hinaus ist in 3 zu erkennen, dass in den Schrägführungen 12, 14 Federn angeordnet sind, mit denen die Klemmelemente 11, 13 in Richtung der Ableiterfahnen 2 vorgespannt sind. 3 shows a longitudinal section of the device according to the invention in the state according to FIG 2 . The electrode stack 1 is here between the upper and lower clamping cassette 3 , 4th inserted. The first clamping element is shown in the sectional view 11 , the present in the upper clamping cassette 3 is arranged, as well as the second clamping element 13 that present in the lower clamping cassette 4th is arranged to see. The two clamping elements 11 , 13 are in the clamping cassettes 3 , 4th each in inclined guides 12 , 14th guided. The inclined guides 12 , 14th are in the clamping cassettes 3 , 4th aligned that when the two tension cartridges 3 , 4th move towards each other and the clamping elements 11 , 13 when pressing the arrester travel 2 in contact with the arrester lugs 2 are, the contact points or contact lines between the clamping elements 11 , 13 and the arrester lugs 2 in the direction of the electrode stack 1 , ie move towards the center of the device, around the conductor tabs 2 in the direction of the electrode stack 1 to move and thus a strain relief when pressing the conductor tabs together 2 to effect. The inclined guides are for this purpose 12 , 14th so in the cassette 3 , 4th arranged that the sides of the clamping elements 11 , 13 that when the conductor tabs are pressed together 2 are in contact with them, in the plane of the device, and thus in the plane of the electrode stack 1 are considered further from the center of the device than the opposite end of the clamping elements 11 , 13 . In addition, in 3 to see that in the inclined guides 12 , 14th Springs are arranged with which the clamping elements 11 , 13 in the direction of the arrester lugs 2 are biased.

Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu geeignet, Elektrodenstapel 1 zu bearbeiten, an denen Ableiterfahnen 2 an zwei jeweils gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenstapels 1 angeordnet sind. Dafür weist die Vorrichtung auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten jeweils Klemmelemente 11, 13 auf. Es sind jedoch auch Ausführungen denkbar, mit denen Ableiterfahnen 2, die nur an einer Seite des Elektrodenstapels 1 angeordnet sind, verspannt werden können.The embodiment of the device according to the invention shown in the exemplary embodiment is suitable for electrode stacks 1 to edit where arrester lugs 2 on two opposite sides of the electrode stack 1 are arranged. For this purpose, the device has clamping elements on two opposite sides 11 , 13 on. However, designs are also conceivable with which arrester tabs 2 that are only on one side of the electrode stack 1 are arranged, can be braced.

4 zeigt die Vorrichtung aus 2, bei der jedoch der Elektrodenstapel 1 bereits in einen Hohlraum in der unteren Spannkassette 4 eingelegt ist, so dass im nächsten Schritt die obere Spannkassette 3 und die untere Spannkassette 4 zum Zusammenpressen des Elektrodenstapels 1 und der Ableiterfahnen 2 aufeinander zu bewegt werden können, wie durch die beiden Pfeile in 4 verdeutlicht. 4th shows the device 2 , but with the electrode stack 1 already in a cavity in the lower clamping cartridge 4th is inserted so that in the next step the upper clamping cassette 3 and the lower clamping cartridge 4th for compressing the electrode stack 1 and the arrester lugs 2 can be moved towards each other, as indicated by the two arrows in 4th clarified.

In 5 sind die obere Spannkassette 3 und die untere Spannkassette 4 zusammen gebracht und die Ableiterfahnen 2 werden durch die (hier nicht sichtbaren) Klemmelemente 11, 13 zusammengepresst und zugentlastet. In 5 ist ferner zu erkennen, dass die obere Spannkassette 3 mit der unteren Spannkassette 4 durch die Verriegelungseinheit miteinander verriegelt sind, indem der Handgriff 10 so gedreht wurde, dass der drehbare Hebel 7 in die Ausnehmungen 9 der beiden Zapfen 5 eingreift und die beiden Spannkassetten 3, 4 damit in vertikaler Richtung relativ zueinander fixiert sind.In 5 are the upper clamping cassette 3 and the lower clamping cartridge 4th brought together and the arrester lugs 2 by the clamping elements (not visible here) 11 , 13 pressed together and relieved of strain. In 5 it can also be seen that the upper clamping cassette 3 with the lower clamping cassette 4th are locked together by the locking unit by the handle 10 turned so that the rotating lever 7th into the recesses 9 of the two cones 5 engages and the two clamping cassettes 3 , 4th so that they are fixed relative to one another in the vertical direction.

6 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung im Zustand gemäß 5. Hier ist zu sehen, dass das erste Klemmelement 11 und das zweite Klemmelement 13 so weit wie möglich in die Schrägführungen 12, 14 eingefahren sind, sodass sich die Kontaktpunkte zwischen den Ableiterfahnen 2 und den Klemmelementen 11,13 aufgrund der Schrägstellung der Klemmelemente 11, 13 in den in den Spannkassetten 3, 4 ausgebildeten Schrägführungen 12,14 in Richtung des Elektrodenstapels 1, d. h. zum Inneren der Vorrichtung 15 hin bewegt haben, und damit die Ableiterfahnen 2 an den Kontaktpunkten in Richtung des Elektrodenstapels 1 verschoben wurden, um eine Zugentlastung der Ableiterfahnen 2 zu bewirken. 6th shows a longitudinal section through the device in the state according to 5 . Here you can see that the first clamping element 11 and the second clamping element 13 as far as possible into the inclined guides 12 , 14th are retracted so that the contact points between the arrester lugs 2 and the clamping elements 11 , 13 due to the inclination of the clamping elements 11 , 13 in the in the clamping cassettes 3 , 4th trained inclined guides 12 , 14th in the direction of the electrode stack 1 , ie to the interior of the device 15th have moved there, and with them the arrester lugs 2 at the contact points in the direction of the electrode stack 1 were moved to relieve strain on the arrester lugs 2 to effect.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: ElektrodenstapelElectrode stack
22: AbleiterfahneArrester flag
33: erste Aufnahme, erste Spannkassettefirst recording, first clamping cartridge
44th: zweite Aufnahme, zweite Spannkassettesecond recording, second clamping cassette
55: ZapfenCones
66th: Bohrungdrilling
77th: drehbarer Hebelrotatable lever
88th: VerriegelungseinheitLocking unit
99: AusnehmungRecess
1010: HandgriffHandle
1111: erstes Klemmelementfirst clamping element
1212: SchrägführungInclined guide
1313: zweites Klemmelementsecond clamping element
1414th: SchrägführungInclined guide
1515th: Vorrichtungcontraption

Claims

Device (15) for pressing together and essentially simultaneous strain relief of conductor tabs (2) of electrode stacks (1) of battery cells consisting of stacked electrode layers, with a first clamping element (11) which engages on a first side of the conductor tabs (2) when being pressed together and relieved of tension, a second clamping element (13) which, when pressed together and relieved of tension, engages a second side of the conductor tabs (2) opposite the first side, wherein at least one of the clamping elements (11, 13) is movably mounted in the device (15) such that when the conductor tabs (2) are pressed together, the first clamping element (11) and the first clamping element (11) and the second side of the conductor tabs (2) through the second clamping element (13) move the contact points or the contact lines between the clamping elements (11, 13) and the respective sides of the conductor tabs (2) in the direction of the electrode stack (1) to relieve strain effect of the arrester lugs (2).

Device (15) after Claim 1 , characterized in that the device (15) has a first receptacle (3) and a second receptacle (4), the electrode stack (1) being arranged in a cavity between the first and second receptacles (3, 4) when pressed together is, and a distance between the first receptacle (3) and the second receptacle (4) is reduced when being pressed together, thereby causing the electrode stack (1) to be compressed, and the first clamping element (11) in the first receptacle (3) and the second clamping element (13) are movably mounted in the second receptacle (4).

Device (15) according to one of the preceding claims, characterized in that the first clamping element (11) and the second clamping element (13) each in an inclined guide (12, 14) in the device (15) or the first clamping element (11) are movably mounted in an inclined guide (12) in the first receptacle (3) and the second clamping element (13) in an inclined guide (14) in the second receptacle (4).

Device (15) after Claim 3 , characterized in that the clamping elements (11, 13) emerge from the inclined guides (12, 14) at an end of the inclined guides (12, 14) facing the conductor lugs (2) and the ends of the inclined guides (12) facing the conductor lugs (2) , 14) have a greater distance from the electrode stack (1) when viewed in a plane of the electrode stack (1) than at an end facing away from the conductor tabs (2).

Device (15) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (15) has a guide unit in order to guide the receptacles (3, 4) relative to one another when their spacing is changed and their alignment to one another in the plane of the electrode stack (1 ) to fix.

Device (15) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (15) has a locking unit (8) to fix the receptacles (3, 4) relative to one another after they have been pressed together, or that the fixing by means of corresponding devices is a Manufacturing plant takes place.

Device (15) after Claim 6 , characterized in that the locking unit (8) is designed so that it effects a clamping in the guide system by interacting with the guide system.

Device (15) after Claim 7 , characterized in that the locking unit (8) has a rotatable lever (7), the end or ends of which, in the clamped and fixed state, engage with recesses (9) of guide elements (5) of the guide unit.

Device (15) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping elements (11, 13) are pretensioned in the direction of the arrester lugs (2).

Device (15) after Claim 9 , characterized in that the preload is effected by spring elements, bellows, pressure pieces, pneumatic, hydraulic or electrical elements.

Device (15) according to one of the preceding claims, characterized in that clamping elements (11, 13) are arranged on two opposite sides of the receptacles (3, 4).

Device (15) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second clamping element (11, 13) are movably mounted.

Method for compressing and essentially simultaneous strain relief of conductor tabs (2) of electrode stacks (1) of battery cells consisting of stacked electrode layers, with the steps - Insertion of an electrode stack (1) between a first and a second receptacle (3, 4), - reducing the distance between the two receptacles (3, 4), - whereby when reducing the distance in the receptacles (3, 4) obliquely guided clamping elements (11, 13) come into engagement with the surfaces of the conductor tabs (2) and press the conductor tabs (2) together and by a simultaneous movement of the contact points or contact lines between the clamping elements (11, 13) and the surfaces of the conductor tabs (2) in In the direction of the electrode stack (1) there is a strain relief of the arrester lugs (2).

Procedure according to Claim 13 , wherein when the distance between the two receptacles (3, 4) is reduced, the two receptacles (3, 4) are guided relative to one another in the plane of the electrode stack (1).

Procedure according to Claim 13 or 14th , the recordings (3, 4) being fixed to one another in the direction of movement after the reduction in distance has ended.