DE102021115798A1 - Batteriezelle und Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle aufweisend: (i) Ein zylindrisches Zellgehäuse mit einem Hohlzylinder; (ii) eine den Hohlzylinder auf einer seiner Stirnseiten abschließende elektrisch leitende Abschlussplatte mit einer ersten Öffnung; (iii) zumindest eine Elektrode einer ersten elektrischen Polung und zumindest eine Elektrode einer zweiten, zur ersten Polung entgegengesetzten elektrischen Polung, wobei die Elektroden verschiedener Polung voneinander durch zumindest einen Separator voneinander separiert sind; (iv) einen elektrisch leitenden Stab, der sich entlang einer Längsachse des Hohlzylinders zwischen den Stirnseiten des Hohlzylinders und bis zur ersten Öffnung erstreckt, so dass der Stab von außerhalb des Zellgehäuses an einem ersten Ende des Stabs durch die erste Öffnung elektrisch kontaktierbar ist. Dabei ist die zumindest eine Elektrode der ersten Polung mit der Abschlussplatte elektrisch verbunden. Die zumindest eine Elektrode der zweiten Polung ist mit dem elektrisch leitenden Stab an einem zweiten, vom ersten Ende verschiedenen Ende des Stabs elektrisch verbunden, wobei der elektrisch leitende Stab zur elektrisch leitenden Abschlussplatte elektrisch isoliert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle und ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle.
  • Auf dem Gebiet der Batteriezellen, insbesondere von Lithium-lonen-Batteriezellen, sind vor allem zylindrische, prismatische und pouch-förmige Batteriezellen bekannt.
  • Bei zylindrischen Batteriezellen können in einem zylindrischen Gehäuse insbesondere gewickelte Elektroden verbaut sein. Dabei können die Elektroden-Enden mit elektrisch leitenden, oft als „Stromableiter“ bezeichneten, Laschen verbunden sein, mit welchen eine elektrische Verbindung zum Zelläußeren hergestellt werden kann, so dass die elektrische Spannung der Batteriezelle von außen abgegriffen werden kann. Dabei stellt die jeweilige Lasche eine elektrische Verbindung von gleichpoligen Elektroden her, so dass die jeweilige Polung von außerhalb der Batteriezelle an der Lasche abgegriffen werden kann. Dabei ist es insbesondere bekannt, dass ein Stromableiter, der mit den Elektroden einer ersten Polung elektrisch verbunden ist, mit dem Gehäusedeckel elektrisch verbunden sein kann. Ein anderer Stromableiter, der mit den Elektroden einer zweiten, der ersten Polung entgegengesetzten Polung verbunden ist, kann mit dem Gehäuse elektrisch verbunden sein, wobei der Gehäusedeckel und das Gehäuse zueinander elektrisch isoliert sind. Dies hat zur Folge, dass ein Strompfad über das Gehäuse, beispielsweise über seine zylindrische Gehäusewandung, verläuft.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zylindrische Batteriezelle bereitzustellen, bei welcher eine Stromführung über das Gehäuse vermieden wird.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezelle aufweisend: (i) Ein zylindrisches Zellgehäuse mit einem Hohlzylinder; (ii) eine den Hohlzylinder auf einer seiner Stirnseiten abschließende elektrisch leitende Abschlussplatte mit einer ersten Öffnung; (iii) zumindest eine Elektrode einer ersten elektrischen Polung und zumindest eine Elektrode einer zweiten, zur ersten Polung entgegengesetzten elektrischen Polung, wobei die Elektroden verschiedener Polung voneinander durch zumindest einen Separator voneinander separiert sind; (iv) einen elektrisch leitenden Stab, der sich entlang einer Längsachse des Hohlzylinders zwischen den Stirnseiten des Hohlzylinders und bis zur ersten Öffnung erstreckt, so dass der Stab von außerhalb des Zellgehäuses an einem ersten Ende des Stabs durch die erste Öffnung elektrisch kontaktierbar ist. Dabei ist die zumindest eine Elektrode der ersten Polung mit der Abschlussplatte elektrisch verbunden. Die zumindest eine Elektrode der zweiten Polung ist mit dem elektrisch leitenden Stab an einem zweiten, vom ersten Ende verschiedenen Ende des Stabs elektrisch verbunden, wobei der elektrisch leitende Stab zur elektrisch leitenden Abschlussplatte elektrisch isoliert ist.
  • Durch diese Anordnung wird ermöglicht, dass die Strompfade zwischen den Elektroden der ersten Polung bzw. der zweiten Polung und den beiden extern abgreifbaren Batteriezellenpolen jeweils innerhalb des Zellgehäuses verlaufen können, ohne über das Zellgehäuse selbst zu verlaufen, wodurch das Risiko verringert werden kann, dass der Strompfad des Zellgehäuses mit einem anderen elektrisch gepolten Bauteil, das in Kontakt mit dem Zellgehäuse kommt, eine elektrische Spannung aufbaut. Weiterhin ist es nicht erforderlich bei der Gestaltung des Zellgehäuses zu berücksichtigen, dass das Zellgehäuse als Strompfad wirken kann. Beispielsweise kann ein Material für das Zellgehäuse gewählt werden, unabhängig von einer vorgegebenen elektrischen Leitfähigkeit.
  • Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.
  • Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
  • Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.
  • Unter „elektrischer Leitfähigkeit“ bzw. „elektrisch leitend“ (und Abwandlungen davon) ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine physikalische Größe zu verstehen, die angibt, wie stark die Fähigkeit eines Stoffes ist, den elektrischen Strom zu leiten. Unter „elektrisch leitfähig“ im Sinne der Erfindung ist demnach insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit zu verstehen, die (bei 25 °C) mindestens 106 S/m beträgt, also zumindest der Leitfähigkeit von Metallen entspricht.
  • Unter „elektrischer Isolation“, „elektrisch isoliert“ (und Abwandlungen davon) ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine physikalische Größe zu verstehen, die angibt, wie dass ein bestimmter als Isolator dienender Körper beim Anlegen einer elektrischen Spannung einen Stromfluss zumindest weitgehend verhindert. Insbesondere werden Stoffe bzw. Körper, deren elektrische Leitfähigkeit geringer ist als 10-8 S/cm bzw. die einen spezifischen Widerstand von über 108 Ω cm aufweisen, als (elektrische) Isolatoren bzw. (elektrisch) isolierend bezeichnet.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Batteriezelle beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Batteriezelle ein elektrisch leitendes Anschlusselement auf, welches in der ersten Öffnung angeordnet ist und elektrisch mit dem ersten Ende des Stabs verbunden ist, wobei das elektrisch leitende Anschlusselement zur Abschlussplatte elektrisch isoliert ist. Dadurch kann während der Herstellung der Batteriezelle zunächst das Anschlusselement an der Abschlussplatte montiert werden, und die elektrische Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Stab kann im Anschluss an die Montage der Abschlussplatte an das Zellgehäuse erfolgen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Batteriezelle eine erste elektrisch leitende Zwischenplatte mit einer zweiten Öffnung auf, durch welche sich der Stab hindurch erstreckt, wobei die erste Zwischenplatte zwischen den Elektroden und der Abschlussplatte angeordnet ist, und wobei die erste Zwischenplatte mit der zumindest einen Elektrode der ersten Polung und der Abschlussplatte elektrisch verbunden ist. Dadurch kann die elektrische Kontaktierung der Elektrode der ersten Polung über die erste Zwischenplatte erfolgen, und es ist nicht erforderlich, die Elektrode direkt mit der Abschlussplatte zu verbinden. Dadurch kann während der Herstellung der Batteriezelle die Elektrode der ersten Polung mit der ersten Zwischenplatte außerhalb des Zellgehäuses elektrisch verbunden werden, und die Elektrode mit der verbundenen ersten Zwischenplatte kann im Anschluss daran im Zellgehäuse angeordnet werden. Die elektrische Verbindung zwischen der ersten Zwischenplatte und der Abschlussplatte kann nach der Montage der Abschlussplatte erfolgen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Batteriezelle eine zweite elektrisch leitende Zwischenplatte, welche mit dem zweiten Ende des Stabs und der zumindest einen Elektrode der zweiten Polung elektrisch verbunden ist, wobei die Elektroden zwischen der ersten und der zweiten Zwischenplatte angeordnet sind. Dadurch kann die elektrische Kontaktierung der Elektroden der zweiten Polung durch den Stab über die zweite Zwischenplatte erfolgen, und es ist nicht erforderlich, die Elektrode direkt mit dem Stab zu verbinden. Weiterhin kann während der Herstellung der Batteriezelle die Elektrode der zweiten Polung mit der zweiten Zwischenplatte außerhalb des Zellgehäuses elektrisch verbunden werden, und die Elektrode mit der verbundenen zweiten Zwischenplatte und dem damit verbundenen Stab kann im Anschluss daran im Zellgehäuse angeordnet werden. Die elektrische Verbindung zwischen dem Stab und dem Anschlusselement kann nach der Montage der Abschlussplatte erfolgen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Batteriezelle ein elektrisch leitendes Verbindungselement auf, das mit der ersten Zwischenplatte und mit der Abschlussplatte jeweils elektrisch und mechanisch verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass der Abstand der ersten Zwischenplatte zur Abschlussplatte variabel sein kann, da dieser Abstand durch das elektrisch leitende Verbindungselement überbrückt werden kann.
  • Bevorzugt kann das elektrisch leitende Verbindungselement mit der ersten Zwischenplatte als mechanische Einheit einteilig ausgebildet sein. Eine einteilige Ausführung kann eine bessere Stabilität aufweisen und für die Fertigung können weniger Fertigungsschritte erforderlich sein. Es ist auch denkbar, dass das elektrisch leitende Verbindungselement und die erste Zwischenplatte getrennt hergestellt werden, und zu einem späteren Zeitpunkt mechanisch verbunden werden. Dies kann mehr Flexibilität bei der Gestaltung der Einzelteile ermöglichen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Batteriezelle ein Befestigungselement auf, das an der einen Stirnseite des Hohlzylinders angeordnet ist, wobei das elektrisch leitende Verbindungselement und die Abschlussplatte an dem Befestigungselement befestigt sind, und zu dem Befestigungselement elektrisch isoliert sind. Dadurch ermöglicht das Befestigungselement sowohl die Befestigung der Abschlussplatte als auch des elektrisch leitenden Verbindungselements an dem Befestigungselement. Zugleich sind das elektrisch leitende Verbindungselement und die Abschlussplatte zu dem Befestigungselement elektrisch isoliert. Dadurch kann vermieden werden, dass das Zellgehäuse als Strompfad ausgebildet wird. Das Befestigungselement kann insbesondere integral mit dem Gehäuse der Batteriezelle, insbesondere mit dem Hohlzylinder ausgebildet sein.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Befestigungselement einen Ring mit einer Nut auf, und das elektrisch leitende Verbindungselement und die Abschlussplatte reichen jeweils wenigstens teilweise in die Nut hinein, und bilden mit der Nut und der elektrischen Isolierung eine formschlüssige Verbindung aus. Dadurch kann der vollständige Umfang der Abschlussplatte befestigt werden, wodurch eine hohe Stabilität erreicht wird.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen bilden der Stab und die zweite Zwischenplatte eine mechanische Einheit aus, welche einteilig ausgebildet ist. Eine einteilige Ausführung kann eine bessere Stabilität aufweisen und für die Fertigung können weniger Fertigungsschritte erforderlich sein. Es ist auch denkbar, dass der Stab und die zweite Zwischenplatte getrennt hergestellt werden, und zu einem späteren Zeitpunkt mechanisch verbunden werden. Dies kann mehr Flexibilität bei der Gestaltung der Einzelteile ermöglichen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Batteriezelle eine den Hohlzylinder auf seiner anderen Stirnseite abschließende Bodenplatte mit einer Nut auf, insbesondere eine kreisbogenförmige Nut, die einen Oberflächenbereich der Bodenplatte definiert, so dass unter einer Krafteinwirkung der definierte Bereich aus der Bodenplatte herausgebrochen werden kann. Dadurch kann erreicht werden, dass durch einen im Zellgehäuse entstandenen Gas-Überdruck der definierte Bereich durch den Gasdruck aus der Bodenplatte herausgebrochen wird, und das Gas aus dem Zellgehäuse entweichen kann.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist das zylindrische Zellgehäuse ein elektrisch leitendes Material auf. Dies kann von Vorteil sein, um festzulegen bzw. messen zu können, welche Spannung an dem Zellgehäuse anliegt. Es sind auch Konstruktionen einer Batteriezelle unter Verwendung der vorliegenden Erfindung denkbar, die technisch einfacher umzusetzen sind, wenn das Zellgehäuse elektrisch leitend ist. Es ist denkbar, von einer elektrischen Isolierung zwischen dem Zellgehäuse und einer negativen Elektrode abzusehen. Insbesondere bei einem Zellgehäuse aus Stahl, insbesondere Nickel, mit Nickel beschichteter Stahl oder Edelstahl, könnte von einer elektrischen Isolierung zwischen einer negativen Elektrode, die Kupfer aufweisen kann, bzw. einer mit dieser Elektrode elektrisch verbundenen Zwischenplatte, und dem Zellgehäuse aus Stahl abgesehen werden. Es ist ferner denkbar von einer elektrischen Isolierung zwischen der zweiten Zwischenplatte und dem Zellgehäuse abzusehen. Insbesondere wenn der Stab Kupfer aufweist, könnte auf eine elektrische Isolierung zwischen der zweiten Zwischenplatte und der Bodenplatte verzichtet werden. Wenn das Zellgehäuse Stahl aufweist und der Stab Aluminium aufweist, könnte auf eine elektrische Isolierung zwischen der ersten Zwischenplatte, die Kupfer aufweisen kann, und der Abschlussplatte verzichtet werden. Dies liegt an der elektrochemischen Stabilität von Metallen. Insbesondere Kupfer, nickelbeschichteter Stahl bzw. Nickel oder Edelstahl können bei einem anliegenden negativen Potential eine im Betrieb ausreichende elektrochemische Stabilität aufweisen. Bei einem positiv anliegenden Potential an einer Elektrode, die Aluminium aufweist, kann eine passivierende Schicht in Kombination mit Salzen eines Elektrolyten entstehen. Es ist auch denkbar, von einer elektrischen Isolierung zwischen der Bodenplatte und der zweiten Zwischenplatte, die eine positive Elektrode aufweisen kann, abzusehen, insbesondere wenn die Bodenplatte und die zweite Zwischenplatte Aluminium aufweist.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle mit den Schritten: (i) Anordnen von zumindest einer Elektrode einer ersten elektrischen Polung und zumindest eine Elektrode einer zweiten, zur ersten Polung entgegengesetzten elektrischen Polung, in einem zylindrischen Zellgehäuse mit einem Hohlzylinder, wobei der Hohlzylinder auf einer seiner Stirnseiten eine abschließende elektrisch leitende Abschlussplatte mit einer ersten Öffnung aufweist, wobei die Elektroden verschiedener Polung durch zumindest einen Separator voneinander separiert sind; und wobei die Elektroden und der Separator um einen elektrisch leitenden Stab herumgewickelt wurden, wobei sich der Stab entlang einer Längsachse des Hohlzylinders zwischen den Stirnseiten des Hohlzylinders und bis zur ersten Öffnung erstreckt, so dass der Stab von außerhalb des Zellgehäuses über ein erstes Ende des Stabs durch die erste Öffnung elektrisch kontaktierbar ist; (ii) Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der zumindest einen Elektrode der ersten elektrischen Polung und der Abschlussplatte; (iii) Herstellen einer elektrischen Verbindung der zumindest einen Elektrode der zweiten elektrischen Polung mit dem elektrisch leitenden Stab an einem zweiten Ende des Stabs, wobei der elektrisch leitende Stab zur elektrisch leitenden Abschlussplatte elektrisch isoliert ist.
  • Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
  • Dabei zeigt:
    • 1 schematisch eine Batteriezelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 2 schematisch eine Batteriezelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 3A schematisch ein zweite Zwischenplatte mit einem Dorn in einer Seitenansicht.
    • 3B schematisch die zweite Zwischenplatte mit dem Dorn in einer Draufsicht.
    • 4 schematisch eine Bodenplatte mit einer Nut in einer Draufsicht.
    • 5A-F zeigen schematisch einige Herstellungsschritte zur Herstellung der Batteriezelle.
    • 6 schematisch ein illustriertes Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
  • 1 zeigt schematisch eine Batteriezelle 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batteriezelle 100 weist ein Zellgehäuse 110 mit einem Hohlzylinder 120 und einer elektrisch leitenden Abschlussplatte 130 mit einer ersten Öffnung 300 auf.
  • Innerhalb des Hohlzylinders 120 ist ein Elektroden-Wickel 200 angeordnet. Der Elektroden-Wickel 200 weist erste Elektroden 210 mit einer ersten Polung, und zweite Elektroden 220 mit einer zweiten Polung, welche der ersten Polung entgegengesetzt ist, auf. Der Elektroden-Wickel 200 ist im Zellgehäuse 110 so angeordnet, dass in radialer Richtung abwechselnd Elektroden der ersten Polung 210 und Elektroden der zweiten Polung 220 angeordnet sind. Zwischen den Elektroden erster Polung 210 und den Elektroden zweiter Polung 220 ist jeweils ein Separator 230 angeordnet, so dass die unterschiedlich gepolten Elektroden zueinander elektrisch isoliert sind, wobei der Separator 230 ein elektrisch isolierendes Material aufweist. Die Elektroden erster Polung 210 sind mit einem ersten aktiven Material umgeben, und die Elektroden zweiter Polung 220 sind mit einem zweiten aktiven Material umgeben. Bei Lithium-lonen-Batteriezellen kann die Anode Graphit aufweisen und negativ gepolt sein. Die Kathode, die positiv gepolt ist, kann Metallmischoxide mit Lithium aufweisen. Im Betrieb der Batteriezelle können sich die Lithium-Ionen von der negativen Anode zur positiven Kathode durch den Separator, welcher ein Polymer aufweisen kann, bewegen.
  • Die Elektroden 210, 220 mit den umgebenden aktiven Materialien und der Separator 130 sind um einen elektrisch leitenden Dorn 240 herum aufgewickelt. Der Dorn 240 erstreckt entlang der Längsachse des Hohlzylinders 240. Zwischen dem Dorn 240 und dem Elektroden-Wickel 200 ist ein drittes elektrisch isolierendes Element 250 angeordnet, wodurch der Elektroden-Wickel 200 zum Dorn 240 elektrisch isoliert ist. Zwischen den Seitenwänden des Hohlzylinders 120 und dem Elektroden-Wickel 200, sowie einer Bodenplatte 270 des Zellgehäuses 110 und dem Elektroden-Wickel 200 ist jeweils ein viertes elektrisch isolierendes Element angeordnet, wodurch der Elektroden-Wickel 200 zu den Seitenwänden des Hohlzylinders 120 und zur Bodenplatte 270 jeweils elektrisch isoliert ist.
  • Zwischen der Abschlussplatte 130 und dem Elektroden-Wickel 200 ist eine erste elektrisch leitende Zwischenplatte 280 angeordnet. Die einen Elektroden der ersten oder zweiten Polung 210, 220 sind elektrisch mit der ersten Zwischenplatte 280 verbunden. Die erste Zwischenplatte 280 ist über ein elektrisch leitendes Verbindungselement 190 elektrisch mit der Abschlussplatte 130 verbunden, welches radialsymmetrisch zur Längsachse des Hohlzylinders ausgebildet ist. Die erste elektrisch leitende Zwischenplatte 280 weist eine Kreisfläche und eine zweite Öffnung 310 im mittigen Bereich seiner Kreisfläche auf, durch welche sich der Dorn 240 erstreckt.
  • An einer der Stirnseiten des Hohlzylinders 120 ist ein Befestigungsring mit einer Nut 140 angeordnet. Die Nut des Befestigungsrings 140 verläuft auf der Innenseite des Rings. Der Befestigungsring mit der Nut 140 ist durch eine sich in axialer Richtung anschließende kreisförmige Nut 185 zum Hohlzylinder 120 beabstandet. Die kreisförmige Nut 185 ist radialsymmetrisch zur Längsachse des Hohlzylinders 120 ausgebildet, wobei eine Öffnung der kreisförmigen Nut 185 von dem Hohlzylinder 120 in radialer Richtung weg zeigt. Der Hohlzylinder 120, die kreisförmige Nut 185 und der Befestigungsring mit Nut 140 können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sind. Innerhalb der Nut des Befestigungsrings 140 ist ein Randbereich der Abschlussplatte 130 und ein Randbereich des Verbindungselements befestigt. In der Nut ist ein erstes elektrisch isolierendes Element 150 angeordnet, so dass die Abschlussplatte 130 und das Verbindungselement 190 zum Befestigungsring mit der Nut 140 elektrisch isoliert sind. Die Abschlussplatte 130 weist eine kreisförmige Fläche, wobei flächenmittig die erste Öffnung 300 angeordnet ist, , auf. In der ersten Öffnung 300 ist ein Niet 160, insbesondere ein Vollniet angeordnet. Zwischen dem Niet 160 und der Abschlussplatte 130 ist ein zweites elektrisch isolierendes Element 170, beispielsweise eine elektrisch isolierende Schicht aus Kunststoff, angeordnet.
  • Zwischen der Bodenplatte 270 und dem Elektroden-Wickel 200 ist eine zweite elektrisch leitende Zwischenplatte 290 angeordnet, wobei zwischen der zweiten elektrisch leitenden Zwischenplatte 290 und der Bodenplatte 270 das vierte elektrisch isolierende Element 260 angeordnet ist, so dass die zweite elektrisch leitende Zwischenplatte 290 zur Bodenplatte 270 elektrisch isoliert angeordnet ist. Die anderen Elektroden der ersten oder zweiten Polung 210, 220 sind elektrisch mit der zweiten Zwischenplatte 290 verbunden. Die zweite Zwischenplatte 290 weist eine kreisförmige Fläche auf. Flächenmittig ist die zweite Zwischenplatte 290 mit dem Dorn 240 elektrisch und mechanisch verbunden. Der Dorn 240 und die zweite Zwischenplatte 290 können einteilig oder zweiteilig ausgeführt sein. Anstatt eines Dorns kann auch eine Hülse bzw. ein Hohlzylinder verwendet werden. Der Dorn 240 erstreckt sich von der zweiten Zwischenplatte 290, durch die zweiten Öffnung 310 der ersten Zwischenplatte 280 bis zum Niet 160, mit welchem der Dorn 240 elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  • In der Bodenplatte 270 ist ferner eine kreisbogenförmige Nut 340 vorgesehen, welche einen Bereich der Bodenplatte 270 einfasst. Wenn innerhalb der Batteriezelle 100 aufgrund einer Fehlfunktion der Gasdruck steigt, bricht ab einem bestimmten Gasdruck das durch die Nut eingefasste Stück aus der Bodenplatte 270 heraus, so dass das Gas aus der Batteriezelle entweichen kann. Dadurch, dass die Nut keinen vollständigen Kreis beschreibt, bleibt das herausgebrochene Stück mit der Bodenplatte 270 verbunden und fällt nicht in das Zellgehäuse 110.
  • In einer ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels sind die Polungen der Elektroden 210, 220 so angeordnet, dass an der Abschlussplatte 130 ein elektrischer Minuspol anliegt, und dies zugleich eine Anode ist. Dabei kann die Abschlussplatte einen mit Nickel beschichteten Stahl, Edelstahl oder Kupfer aufweisen. Die mit der Abschlussplatte 130 elektrisch verbundene erste Zwischenplatte weist Kupfer auf. Am Anschlusselement 280 liegt ein elektrischer Pluspol an, und dies ist zugleich eine Kathode. Das Anschlusselement 280 weist Aluminium auf. Der Dorn 240, sowie die zweite Zwischenplatte 290 weisen jeweils Aluminium auf.
  • In einer zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels sind die Polungen der Elektroden 210, 220 so angeordnet, dass an der Abschlussplatte 130 ein elektrischer Pluspol anliegt, und dies zugleich eine Kathode ist. Dabei weist die Abschlussplatte Aluminium auf. Die mit der Abschlussplatte 130 elektrisch verbundene erste Zwischenplatte weist Aluminium auf. Am Anschlusselement 280 liegt ein elektrischer Minuspol an, und dies ist zugleich eine Anode. Das Anschlusselement 280 weist einen mit Nickel beschichteten Stahl oder Kupfer auf. Der Dorn 240, sowie die zweite Zwischenplatte 290 weisen jeweils Kupfer auf. Kupfer kann als Material für den Dorn 240 vorteilhaft sein, da der Dorn 240 dünner bzw. dünnwandiger gefertigt werden kann, und damit kleiner und leichter wird. Zudem weist Kupfer im Vergleich zu Aluminium einen geringeren elektrischen Widerstand auf.
  • Durch diese Anordnung können sowohl der Minuspol als auch der Pluspol an derselben Stirnseite des Hohlzylinders 120 an der Abschlussplatte 130 und dem in der ersten Öffnung 300 der Abschlussplatte 130 elektrisch isoliert zur Abschlussplatte 130 angeordneten Niet 160, abgegriffen werden. Dadurch verlaufen die Strompfade innerhalb des Zellgehäuses 110, aber nicht über das Zellgehäuse 110.
  • Dabei kann die Verwendung des ersten elektrisch isolierenden Elements 150 von Vorteil sein, insbesondere wenn das Zellgehäuse Stahl aufweist, und das Potential des Zellgehäuses 110 neutral sein soll. Weiterhin kann die Verwendung des ersten elektrisch isolierenden Elements 150 von Vorteil sein, wenn die erste Zwischenplatte 280 Aluminium aufweist. Ein mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen dem Zellgehäuse 110 und der ersten Zwischenplatte 280 kann zu einem instabilen Potential führen, wenn das Zellgehäuse 110 Stahl, insbesondere Nickel, mit Nickel beschichteter Stahl oder Edelstahl, aufweist und die erste Abschlussplatte 280 Aluminium aufweist. Die Verwendung des vierten elektrisch isolierenden Elements 260 kann von Vorteil sein, insbesondere wenn das Zellgehäuse 110 Stahl und die zweite Zwischenplatte 290 Kupfer aufweist, aber das Potential des Zellgehäuses 110 neutral sein soll. Weiterhin kann die Verwendung des vierten elektrisch isolierenden Elements 260 von Vorteil sein, wenn die zweite Zwischenplatte 290 Aluminium aufweist, da ein mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen dem Zellgehäuse 110 und der zweiten Zwischenplatte 290 zu einem instabilen Potential führen kann, insbesondere wenn das Zellgehäuse 110 Stahl aufweist und die erste Abschlussplatte 280 Aluminium aufweist.
  • Es ist auch denkbar, von dem ersten elektrisch isolierenden Element 150, abzusehen, insbesondere wenn die erste Elektrode 210 negativ gepolt ist. Insbesondere wenn das Zellgehäuse 110 Stahl, insbesondere Nickel oder mit Nickel beschichteter Stahl, aufweist, könnte von dem ersten elektrisch isolierenden Element 150, das zwischen der ersten Zwischenplatte 280, die mit der negativen ersten Elektrode 210, die Kupfer aufweisen kann, verbunden ist, und dem Zellgehäuse 110 aus Stahl angeordnet ist, abgesehen werden. Es ist ferner denkbar von dem vierten elektrisch isolierenden Element 260, das zwischen der zweiten Zwischenplatte 290 und der Bodenplatte 270 angeordnet ist, abzusehen. Insbesondere wenn der Dorn 240 Kupfer aufweist, könnte auf das vierte elektrisch isolierende Element 260, das zwischen der zweiten Zwischenplatte 290 und der Bodenplatte 270 angeordnet ist, verzichtet werden. Wenn das Zellgehäuse 110 Stahl aufweist und der Dorn 240 Aluminium aufweist, könnte ebenfalls auf das erste elektrisch isolierende Element 150 verzichtet werden. Dies liegt an der elektrochemischen Stabilität von Metallen. Insbesondere Kupfer, nickelbeschichteter Stahl bzw. Nickel oder auch Edelstahl können bei einem anliegenden negativen Potential eine im Betrieb ausreichende elektrochemische Stabilität aufweisen. Bei einem positiv anliegenden Potential an einer Elektrode 210, 220, die Aluminium aufweist, kann eine passivierende Schicht in Kombination mit Salzen eines Elektrolyten ausgebildet werden. Weiterhin wäre denkbar, dass das Zellgehäuse 110 Aluminium aufweist, In diesem Fall könnte das Zellgehäuse 110 mit der zweiten Zwischenplatte 290 elektrisch verbunden werden, wenn die zweite Zwischenplatte 290 ebenfalls Aluminium aufweist.
  • 2 zeigt schematisch eine Batteriezelle 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 weist im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel die Abschlussplatte 130 einen radial nach außen sich erstreckenden und umlaufenden schrägen Randbereich auf. Die erste Zwischenplatte 280 weist ebenso einen zur kreisförmigen Oberfläche sich nach au-ßen erstreckenden schrägen Randbereich 190 auf. Der schräg verlaufende Randbereich 190 der ersten Zwischenplatte 280 ist mit dem schrägen Randbereich der Abschlussplatte 330 elektrisch und mechanisch verbunden. Die schräg verlaufenden Randbereiche 330, 190 zeigen in Bezug auf die Längsachse des Hohlzylinders 120 von dem Hohlzylinder 120 weg. Die Randbereiche 330, 190 der Abschlussplatte 130 und der ersten Zwischenplatte 280 sind in der Nut des Befestigungsrings 140 befestigt. Anstatt der kreisförmigen Nut 185 aus 1, verbindet in diesem Ausführungsbeispiel ein abgeschrägter Überhang 180 den Hohlzylinder 120 mit dem Befestigungsring 140, wobei der abgeschrägte Überhang 180 eine der begrenzenden Seitenwände ausbildet, welche die Nut des Befestigungsrings 140 definieren. Der abgeschrägte Überhang 180 erstreckt sich von einer Außenwand des Hohlzylinders 120 an der Stirnseite der Abschlussplatte 130 radial nach außen. Der Befestigungsring 140 weist wenigstens teilweise einen Durchmesser auf, der größer ist als ein Durchmesser des Hohlzylinders 120 in einem Bereich, innerhalb dessen der Elektroden-Wickel 200 angeordnet ist. Dadurch, dass die Randbereiche 190, 330 der ersten Zwischenplatte 280 und der Abschlussplatte 130 in dem Befestigungsring 140 angeordnet sind, der im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel radial und axial versetzt ist, vergrößert sich insbesondere der Abstand in axialer Richtung zwischen dem Elektroden-Wickel 200 und der Abschlussplatte 130. Dadurch vergrößert sich die Höhe der Batteriezelle 100, so dass ein höherer und damit größerer Elektroden-Wickel 200 mit mehr Kapazität im Zellgehäuse 110 angeordnet werden kann. Darüber hinaus kann durch die radiale Erstreckung des Befestigungsrings 140 nach außen hin ein Abstand zwischen nebeneinander angeordneten Batteriezellen ausgebildet werden. Dieser Abstand kann es ermöglichen, eine seitliche Kühlung zwischen den Batteriezellen anzuordnen.
  • 3A zeigt schematisch ein zweite Zwischenplatte 290 mit einem Dorn 240 in einer Seitenansicht. Die zweite Zwischenplatte 290 weist eine kreisförmige Oberfläche auf. Im mittigen Bereich der Oberfläche ist ein Vorsprung 320 angeordnet. An diesem Vorsprung 320 wird der Dorn 240 mit der zweiten Zwischenplatte 290 elektrisch und mechanisch verbunden, beispielsweise mit einem Schweißverfahren. Anstatt eines Dorns 240 kann auch eine Hülse verwendet werden. Der Dorn 240 und zweite Zwischenplatte 290 können beide aus Aluminium oder beide aus Kupfer sein, abhängig von den in 1 beschriebenen Ausführungsvarianten. Der Dorn 240 und die zweite Zwischenplatte 290 mit dem Vorsprung 320 können als mechanische Einheit auch einteilig ausgebildet sein, beispielsweise mittels eines Tiefziehverfahrens.
  • 3B zeigt schematisch die zweite Zwischenplatte 290 und den Dorn 240 in einer Draufsicht.
  • 4 zeigt schematisch eine Bodenplatte 270 mit einer Nut 340 in einer Draufsicht. Die Nut 340 ist kreisbogenförmig ausgebildet. Wenn innerhalb des Zellgehäuses 110 der Batteriezelle 100 aufgrund einer Fehlfunktion der Gasdruck steigt, bricht ab einem bestimmten Gasdruck das durch den Kreisbogen eingefasste Stück aus der Bodenplatte 270 heraus, so dass das Gas aus der Batteriezelle entweichen kann. Dadurch, dass die Nut einen Kreisbogen und keinen vollständigen Kreis beschreibt, bleibt das herausgebrochene Stück mit der Bodenplatte 270 verbunden und fällt nicht in das Zellgehäuse 110.
  • 5A-F zeigen schematisch einige Herstellungsschritte zur Herstellung der Batteriezelle gemäß 2.
  • 5A zeigt schematisch einen Elektroden-Wickel 200, siehe eingerahmten gestrichelten Bereich. Der Elektroden-Wickel 200 wird durch ein Umwickeln um einen Dorn 240 mit einer ersten Elektrode 210 mit einer ersten Polung, und mit einer zweiten Elektrode 220 mit einer zweiten Polung, welche der ersten Polung entgegengesetzt ist, und durch einen dazwischen angeordneten Separator 230 ausgebildet. Die Elektroden 210, 220 sind jeweils von einem aktiven Material umgeben, wobei eines der Materialien Lithium aufweist, so dass sich beim Auf- oder Entladen der Batteriezelle Lithium-Ionen durch den Separator 230 von der einen Elektrode 210, 220 zu anderen Elektrode 210, 220 bewegen können. Zwischen dem Dorn 240 und dem Elektroden-Wickel 200 ist ein drittes elektrisch isolierendes Element angeordnet, wodurch der Elektroden-Wickel 200 zum Dorn 240 elektrisch isoliert ist.
  • 5B zeigt schematisch die Anbringung der in 1 und 2 beschriebenen zweiten Zwischenplatte 290 an die einen Elektroden 220, sowie an den Dorn 240. Dies kann jeweils mittels eines Schweißvorgangs erfolgen, so dass eine elektrische und stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird. In dieser Ausführungsvariante weist der Dorn 240 und die zweite Zwischenplatte 290 Aluminium auf.
  • 5C zeigt schematisch die Anbringung der in 2 beschriebenen ersten Zwischenplatte 280 an die anderen Elektroden 210. Die Anbringung kann mittels eines Schweißvorgangs erfolgen, so dass eine elektrische und stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird. In dieser Ausführungsvariante weist die erste Zwischenplatte 290 Kupfer auf. Die erste Zwischenplatte 280 weist einen zur Kreisfläche schräg verlaufenden Randbereich 190 auf, der im montierten Zustand von dem Elektroden-Wickel 200 weg zeigt.
  • 5D zeigt schematisch die Anbringung der Abschlussplatte 130. Dabei wird der Randbereich der Abschlussplatte 330, mit dem Randbereich 190 der ersten Zwischenplatte 280 elektrisch und mechanisch verbunden, beispielsweise durch ein Schweißverfahren. In der ersten Öffnung 300 der Abschlussplatte 130 ist ein Niet 160, insbesondere ein Vollniet, aus einem elektrisch leitenden Material angeordnet. Zwischen dem Niet 160 und der Abschlussplatte 130 ist ein erstes elektrisch isolierendes Element 150 angeordnet. Der Niet 160 wird mit dem Dorn 240 elektrisch und mechanisch verbunden, beispielsweise mittels eines Schweißverfahrens, wobei die Schweißvorrichtung außerhalb des Zellgehäuses angeordnet ist.
  • 5E zeigt schematisch das Anordnen des Elektroden-Wickels 200 gemäß 5D im Zellgehäuse 110. Weiterhin Elektrolyten 350 dargestellt, der vor dem Verschlie-ßend des Zellgehäuses 110 in das Zellgehäuse 110 eingefüllt wird. Der Elektroden-Wickel 200 gemäß 5D nach der Befüllung des Elektrolyten 350 in Richtung der Bodenplatte 270 bewegt, entsprechend der dargestellten Richtung des Pfeils.
  • 5F zeigt schematisch die finale Justierung des Elektroden-Wickels 200. Dabei wird eine formschlüssige Verbindung der Abschlussplatte 130 mit der Befestigungsring mit Nut 140 ausgebildet, wobei zwischen der Befestigungsring mit Nut 140 und der Abschlussplatte 130 ein erstes elektrisch isolierendes Element 150 angeordnet ist.
  • 6 zeigt schematisch ein illustriertes Flussdiagramm 400 zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Schritten:
    • Herstellen 410 eines Elektroden-Wickels 200, gemäß 5A, durch ein Umwickeln einer ersten Elektrode 210 mit einer ersten Polung, und einer zweiten Elektrode 220 mit einer zweiten Polung, welche der ersten Polung entgegengesetzt ist, um einen Dorn 240, wobei zwischen den unterschiedlich gepolten Elektroden 210, 220 ein Separator 230 angeordnet ist. Die Elektroden 210, 220 sind jeweils von einem aktiven Material umgeben, wobei eines der Materialien Lithium aufweist, so dass sich beim Auf- oder Entladen der Batteriezelle Lithium-Ionen durch den Separator 230 von der einen Elektrode 210, 220 zu anderen Elektrode 210, 220 bewegen können.
  • Herstellen 420 einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen der in 1 und 2 beschriebenen zweiten elektrisch leitenden Zwischenplatte 290 mit Elektroden der zweiten Polung 220 und dem elektrisch leitenden Dorn 240, gemäß 5B.
  • Herstellen 430 einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen der in 1 beschriebenen ersten elektrisch leitenden Zwischenplatte 280 mit Elektroden der ersten Polung 210, gemäß 5C.
  • Herstellen 440 einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen der in 2 beschriebenen elektrisch leitenden Abschlussplatte 130 mit der ersten elektrisch leitenden Zwischenplatte 280, gemäß 5D.
  • Anordnen 450 des Elektroden-Wickels 200 in einem mit einem Elektrolyten 350 befüllten Zellgehäuse 110 gemäß 5E.
  • Befestigen 460 der Abschlussplatte 130 am Zellgehäuse 110, gemäß 5F.
  • Besonders vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, dass die erforderlichen Schweißverfahren gemäß den Verfahrensschritten 420-440 bzw. 5B-5D, außerhalb des Zellgehäuses erfolgen können. Dadurch kann vermieden werden, dass Partikel, die während des Schweißvorgangs entstehen, in das Zellgehäuse gelangen.
  • Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Batteriezelle
    110
    Zellgehäuse
    120
    Hohlzylinder
    130
    Abschlussplatte
    140
    Befestigungsring mit Nut
    150
    Erstes elektrisch isolierendes Element
    160
    Niet
    170
    Zweites elektrisch isolierendes Element
    180
    Abgeschrägter Überhang
    185
    Kreisförmige Nut
    190
    Verbindungselement
    200
    Elektroden-Wickel
    210
    Elektroden der ersten Polung
    220
    Elektroden der zweiten Polung
    230
    Separator
    240
    Dorn
    250
    Drittes elektrisch isolierendes Element
    260
    Viertes elektrisch isolierendes Element
    270
    Bodenplatte
    280
    Erste Zwischenplatte
    290
    Zweite Zwischenplatte
    300
    Erste Öffnung
    310
    Zweite Öffnung
    320
    Vorsprung
    330
    Randbereich der Abschlussplatte
    340
    Kreisbogenförmige Nut
    350
    Elektrolyt
    400
    Ein illustriertes Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Batteriezelle
    410-460
    Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens

Claims (11)

  1. Batteriezelle (100), aufweisend ein zylindrisches Zellgehäuse (110) mit einem Hohlzylinder (120); eine den Hohlzylinder (120) auf einer seiner Stirnseiten abschließende elektrisch leitende Abschlussplatte (130) mit einer ersten Öffnung (300); zumindest eine Elektrode (210) einer ersten elektrischen Polung und zumindest eine Elektrode (220) einer zweiten, zur ersten Polung entgegengesetzten elektrischen Polung, wobei die Elektroden (210, 220) verschiedener Polung voneinander durch zumindest einen Separator (230) voneinander separiert sind; einen elektrisch leitenden Stab (240), der sich entlang einer Längsachse des Hohlzylinders (120) zwischen den Stirnseiten des Hohlzylinders (120) und bis zur ersten Öffnung (300) erstreckt, so dass der Stab (240) von außerhalb des Zellgehäuses (110) an einem ersten Ende des Stabs (240) durch die erste Öffnung (300) elektrisch kontaktierbar ist; wobei: die zumindest eine Elektrode (210) der ersten Polung mit der Abschlussplatte (130) elektrisch verbunden ist; die zumindest eine Elektrode (220) der zweiten Polung mit dem elektrisch leitenden Stab (240) an einem zweiten, vom ersten Ende verschiedenen Ende des Stabs (240) elektrisch verbunden ist; wobei der elektrisch leitende Stab (240) zur elektrisch leitenden Abschlussplatte (130) elektrisch isoliert ist.
  2. Batteriezelle gemäß Anspruch 1, aufweisend ein elektrisch leitendes Anschlusselement (160), welches in der ersten Öffnung (300) angeordnet ist und mit dem ersten Ende des Stabs (240) elektrisch verbunden ist, wobei das elektrisch leitende Anschlusselement (160) zur Abschlussplatte (130) elektrisch isoliert ist.
  3. Batteriezelle gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend eine erste elektrisch leitende Zwischenplatte (280) mit einer zweiten Öffnung (310), durch welche sich der Stab (240) hindurch erstreckt, wobei die erste Zwischenplatte (280) zwischen den Elektroden (210, 220) und der Abschlussplatte (130) angeordnet ist, und wobei die erste Zwischenplatte (280) mit der zumindest einen Elektrode (210) der ersten Polung und der Abschlussplatte (130) elektrisch verbunden ist.
  4. Batteriezelle gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend eine zweite elektrisch leitende Zwischenplatte (290) welche mit dem zweiten Ende des Stabs (240) und der zumindest einen Elektrode (220) der zweiten Polung elektrisch verbunden ist, wobei die Elektroden (210, 220) zwischen der ersten Zwischenplatte (280) und der zweiten Zwischenplatte (290) angeordnet sind.
  5. Batteriezelle gemäß Anspruch 3 oder 4, aufweisend ein elektrisch leitendes Verbindungselement (190), das mit der ersten Zwischenplatte (280) und mit der Abschlussplatte (130) jeweils elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  6. Batteriezelle gemäß Anspruch 5, aufweisend ein Befestigungselement (140), das an der einen Stirnseite des Hohlzylinders (110) angeordnet ist, wobei das elektrisch leitende Verbindungselement (190) und die Abschlussplatte (130) an dem Befestigungselement (140) befestigt sind, und zu dem Befestigungselement (140) elektrisch isoliert sind.
  7. Batteriezelle gemäß Anspruch 6, wobei das Befestigungselement (140) einen Ring mit einer Nut aufweist und das elektrisch leitende Verbindungselement (190) und die Abschlussplatte (130) jeweils wenigstens teilweise in die Nut hineinreichen und mit der Nut und der elektrischen Isolierung eine formschlüssige Verbindung ausbilden.
  8. Batteriezelle gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stab (240) und die zweite Zwischenplatte (290) eine mechanische Einheit ausbilden, welche einteilig ausgebildet ist.
  9. Batteriezelle gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend eine den Hohlzylinder (120) auf seiner anderen Stirnseite abschließende Bodenplatte (270) mit einer Nut (340), die einen Oberflächenbereich der Bodenplatte (270) definiert, so dass unter einer Krafteinwirkung der definierte Bereich aus der Bodenplatte herausgebrochen werden kann.
  10. Batteriezelle gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zylindrische Zellgehäuse (110) ein elektrisch leitendes Material aufweist.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle mit den Schritten: Anordnen von zumindest einer Elektrode (210) einer ersten elektrischen Polung und zumindest eine Elektrode (220) einer zweiten, zur ersten Polung entgegengesetzten elektrischen Polung, in einem zylindrischen Zellgehäuse (110) mit einem Hohlzylinder (120), wobei der Hohlzylinder auf einer seiner Stirnseiten eine abschließende elektrisch leitende Abschlussplatte (130) mit einer ersten Öffnung (300) aufweist, wobei die Elektroden (210, 220) verschiedener Polung durch zumindest einen Separator (230) voneinander separiert sind; und wobei die Elektroden (210, 220) und der Separator (230) um einen elektrisch leitenden Stab (240) herumgewickelt wurden, wobei sich der Stab (240) entlang einer Längsachse des Hohlzylinders (120) zwischen den Stirnseiten des Hohlzylinders (120) und bis zur ersten Öffnung (300) erstreckt, so dass der Stab (240) von außerhalb des Zellgehäuses (110) über ein erstes Ende des Stabs (240) durch die erste Öffnung (300) elektrisch kontaktierbar ist; Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der zumindest einen Elektrode der ersten elektrischen Polung (210) und der Abschlussplatte (130); Herstellen einer elektrischen Verbindung der zumindest einen Elektrode der zweiten elektrischen Polung (220) mit dem elektrisch leitenden Stab (240) an einem zweiten Ende des Stabs (240), wobei der elektrisch leitende Stab (240) zur elektrisch leitenden Abschlussplatte (130) elektrisch isoliert ist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1915050C (de) 1971-07-29 Western Electric Co Ine , New York, NY (V St A ) Gasdichte galvanische Sekundärzelle
DE102008013188A1 (de) 2008-03-07 2009-09-17 Johnson Controls Hybrid And Recycling Gmbh Elektrochemischer Akkumulator und Fahrzeug mit einem elektrochemischen Akkumulator

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5093439B2 (ja) * 2006-04-04 2012-12-12 ソニー株式会社 二次電池
US7718310B1 (en) * 2006-10-24 2010-05-18 Greatbatch Ltd. Electrochemical cell having a galaxy wind design
DE102008034696A1 (de) * 2008-07-26 2010-01-28 Daimler Ag Batteriezelle mit einem Zellgehäuse und einem Folienwickel
KR102616467B1 (ko) * 2018-09-27 2023-12-21 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1915050C (de) 1971-07-29 Western Electric Co Ine , New York, NY (V St A ) Gasdichte galvanische Sekundärzelle
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