-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle und eine Batteriezelle.
-
Die
DE 10 2014 221 870 A1 zeigt zwei Elektrodenbereiche, welche abgewinkelt und unmittelbar miteinander durch Schweißung verbunden sind.
-
Die
DE 10 2011 110 007 A1 zeigt einen elektrochemischen Energiespeicher und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
-
-
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle und eine neue Batteriezelle bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche.
-
Ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, welche als prismatische Batteriezelle mit einem Gehäuse, einer Elektrodenstapelanordnung, einem ersten Verbindungselement, einem ersten Anschlusselement und einem zweiten Anschlusselement ausgebildet ist, welche Elektrodenstapelanordnung erste Elektrodenanordnungen und zweite Elektrodenanordnungen aufweist, welche ersten Elektrodenanordnungen erste Elektroden und erste Streifenelemente aufweisen, welche zweiten Elektrodenanordnungen zweite Elektroden und zweite Streifenelemente aufweisen, welche Elektrodenstapelanordnung eine erste Teil-Elektrodenstapelanordnung mit ersten Elektrodenanordnungen und zweiten Elektrodenanordnungen und eine zweite Teil-Elektrodenstapelanordnung mit ersten Elektrodenanordnungen und zweiten Elektrodenanordnungen aufweist,
welches erste Verbindungselement zumindest abschnittsweise elektrisch leitend ausgebildet ist,
welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- A) Die ersten Streifenelemente der ersten Elektroden der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung werden mit dem ersten Verbindungselement elektrisch verbunden,
- B) Die ersten Streifenelemente der ersten Elektroden der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung werden mit dem ersten Verbindungselement elektrisch verbunden, um eine elektrische Verbindung zwischen den ersten Streifenelementen der ersten Elektroden der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung und den ersten Streifenelemente er ersten Elektroden der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung zu bewirken,
- C) Die erste Teil-Elektrodenstapelanordnung und die zweite Teil-Elektrodenstapelanordnung werden in einer ersten Bewegung relativ zueinander bewegt, wobei sich ein erster Winkel Zwischen der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung und der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung ändert, und wobei die erste Teil-Elektrodenstapelanordnung und die zweite Teil-Elektrodenstapelanordnung am Ende der ersten Bewegung nebeneinander angeordnet sind und die Elektrodenstapelanordnung bilden.
Bei einem vergleichsweise großen ersten Winkel von beispielsweise 180° oder 100° können die ersten Streifenelemente durch die gute Zugänglichkeit gut mit dem ersten Verbindungselement elektrisch verbunden werden, und nach der ersten Bewegung ergibt sich eine kompakte Anordnung.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Elektroden positive Elektroden und die zweiten Elektroden negative Elektroden, oder umgekehrt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich der erste Winkel bei der ersten Bewegung um mindestens 30°, weiter bevorzugt um mindestens 45°, weiter bevorzugt um mindestens 60°, weiter bevorzugt um mindestens 90°, weiter bevorzugt um mindestens 135° und besonders bevorzugt um mindestens 170°. Diese ersten Winkel ermöglichen eine gute Positionierung der ersten Streifenelemente, wobei größere erste Winkel wegen der besseren Zugänglichkeit vorteilhaft sind.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Streifenelemente nach Schritt C) zumindest teilweise zumindest abschnittsweise gebogen oder geknickt. Dies ergibt eine kompakte Ausführungsform.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Verbindungselement nach Schritt C) eine der Elektrodenstapelanordnung zugewandte erste Verbindungselementseite auf, und die ersten Streifenelemente der ersten Elektroden der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung und die ersten Streifenelemente der ersten Elektroden der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung sind auf der ersten Verbindungselementseite mit dem ersten Verbindungselement verbunden. Hierdurch können die ersten Streifenelemente kurz gehalten werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Elektrodenstapelanordnung nach dem Schritt C) in das Gehäuse eingeführt. Die elektrischen Verbindungen können ohne das Gehäuse einfacher erstellt werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren einen ersten Kontaktierungsschritt auf, bei welchem das erste Verbindungselement mit dem ersten Anschlusselement elektrisch kontaktiert wird. Diese Kontaktierung stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschlusselement und den ersten Elektroden her.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Kontaktierungsschritt mindestens einen Kontaktierungsschritt auf aus der Kontaktierungsschrittgruppe bestehend aus:
- - Schweißschritt,
- - Pressschritt, und
- - Klebeschritt.
-
Dies sind gut geeignete Schritte zur Erstellung einer Verbindung.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Verbindungselement nach Schritt C) eine von der Elektrodenstapelanordnung abgewandte zweite Verbindungselementseite auf, und das erste Verbindungselement wird über die zweite Verbindungselementseite mit dem ersten Anschlusselement elektrisch kontaktiert. Durch diesen Schritt kann eine direkte Verbindung zum ersten Anschlusselement erreicht werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird nach Schritt A) das erste Verbindungselement relativ zu den ersten Elektroden der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung gekippt, wodurch die ersten Streifenelemente der ersten Elektroden der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung zumindest teilweise zumindest abschnittsweise gekrümmt, oder geknickt, oder gekrümmt und geknickt sind.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird nach Schritt B) das erste Verbindungselement relativ zu den ersten Elektroden der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung gekippt, wodurch die ersten Streifenelemente der ersten Elektroden der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung zumindest teilweise zumindest abschnittsweise gekrümmt, oder geknickt, oder geknickt und gekrümmt sind.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden vor Schritt A) die ersten Streifenelemente der ersten Elektroden der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung zumindest teilweise elektrisch miteinander kontaktiert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden vor Schritt B) die ersten Streifenelemente der ersten Elektroden der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung zumindest teilweise elektrisch miteinander kontaktiert.
-
Durch die Vorab-Kontaktierung der ersten Streifenelemente kann die elektrische Kontaktierung mit dem ersten Verbindungselement einfacher erfolgen, oder es können unterschiedliche Kontaktierungsverfahren genutzt werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Streifenelemente nach Schritt C) zumindest teilweise im Verlauf zwischen den ersten Elektroden und dem ersten Verbindungselement eine Winkeländerung von mindestens 40°, bevorzugt von mindestens 60° und besonders bevorzugt von mindestens 80° auf. Durch die Winkeländerung kann das erste Verbindungselement kompakt an der Elektrodenstapelanordnung positioniert werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die ersten Streifenelemente zwischen einer ersten Stelle an der ersten Elektrode und einer zweiten Stelle am ersten Verbindungselement, und die ersten Streifenelemente weisen an der ersten Stelle eine erste Erstreckungsrichtung auf und an der zweiten Stelle eine zweite Erstreckungsrichtung auf, wobei ein zweiter Winkel zwischen der ersten Erstreckungsrichtung und der zweiten Erstreckungsrichtung bei mindestens einem Teil der ersten Streifenelemente mindestens 40° beträgt, bevorzugt mindestens 60° und besonders bevorzugt mindestens 80°. Hierdurch kann das erste Verbindungselement kompakt an den Elektroden positioniert werden.
-
Eine Batteriezelle ist als prismatische Batteriezelle mit einem Gehäuse, einer Elektrodenstapelanordnung, einem ersten Anschlusselement und einem zweiten Anschlusselement ausgebildet, welche Elektrodenstapelanordnung im Gehäuse angeordnet ist und erste Elektrodenanordnungen und zweite Elektrodenanordnungen aufweist, welche ersten Elektrodenanordnungen erste Elektroden und erste Streifenelemente aufweisen, welche zweiten Elektrodenanordnungen zweite Elektroden und zweite Streifenelemente aufweisen, welche Batteriezelle hergestellt ist nach einem solchen Verfahren.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse eine quaderförmige Grundform mit einer ersten Gehäuseseite und einer zweiten Gehäuseseite auf, welche erste Gehäuseseite eine erste Gehäusewand und welche zweite Gehäuseseite eine zweite Gehäusewand aufweist, welche erste Gehäuseseite zur zweiten Gehäuseseite entgegengesetzt vorgesehen ist, welches erste Anschlusselement an der ersten Gehäuseseite vorgesehen ist und auf der ersten Gehäuseseite von außen kontaktierbar ist, welches zweite Anschlusselement an der zweiten Gehäuseseite vorgesehen ist und auf der zweiten Gehäuseseite von außen kontaktierbar ist, welche ersten Elektroden und zweiten Elektroden sich in einer ersten Längsrichtung zwischen der ersten Gehäuseseite und der zweiten Gehäuseseite erstrecken, welches erste Anschlusselement über die ersten Streifenelemente mit den ersten Elektroden elektrisch verbunden ist, und welches zweite Anschlusselement über die zweiten Streifenelemente mit den zweiten Elektroden elektrisch verbunden ist. Diese Ausbildung ermöglicht einen kurzen Kontaktierungsweg zwischen den Anschlusselementen und den zugeordneten Elektroden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Elektroden quer zur ersten Längsrichtung zwischen der ersten Gehäuseseite und der zweiten Gehäuseseite eine maximale erste Elektrodenbreite auf, und die ersten Streifenelemente weisen zwischen der zugeordneten ersten Elektrode und dem ersten Verbindungselement eine minimale Streifenelementbreite auf, welche mindestens 40 % der maximalen ersten Elektrodenbreite der zugeordneten ersten Elektrode beträgt, bevorzugt mindestens 50 %, weiter bevorzugt mindestens 60 %, weiter bevorzugt mindestens 70 %, weiter bevorzugt mindestens 80 %, weiter bevorzugt mindestens 90 % und weiter bevorzugt mindestens 100 %. Die ersten Streifenelemente ermöglichen damit eine vergleichsweise große Verbindung. Dies verringert zum einen den elektrischen Widerstand, und zum anderen ist über die Streifenelemente eine gute Wärmeabfuhr möglich.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Elektroden quer zur ersten Längsrichtung zwischen der ersten Gehäuseseite und der zweiten Gehäuseseite eine maximale erste Elektrodenbreite auf, und das erste Verbindungselement weist eine maximale Verbindungselementbreite auf, welche maximale Verbindungselementbreite mindestens 40 % der maximalen ersten Elektrodenbreite beträgt, bevorzugt mindestens 50 %, weiter bevorzugt mindestens 60 %, weiter bevorzugt mindestens 70 %, weiter bevorzugt mindestens 80 %, weiter bevorzugt mindestens 90 % und weiter bevorzugt mindestens 100 %. Die große Verbindungselementbreite ermöglicht einen vergleichsweise breiten Anschluss der Elektrodenanordnungen an das Verbindungselement.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Fahrzeug eine solche Batteriezelle auf. Durch die kompakte Ausbildung benötigt die Batteriezelle wenig Raum.
-
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es zeigt:
- 1 in schematischer Darstellung von oben eine Batteriezelle,
- 2 in schematischer Darstellung von vorne die Batteriezelle von 1,
- 3 in schematischer Darstellung von links die Batteriezelle von 1,
- 4 in einer Seitenansicht eine Elektrodenanordnung,
- 5 in einer Draufsicht die Elektrodenanordnung von 4,
- 6 in einer in Längsrichtung geschnittenen Darstellung die Batteriezelle von 1,
- 7 in einer Seitenansicht eine Elektrodenstapelanordnung mit Elektrodenanordnungen von 4,
- 8 in einer Draufsicht die Endbereiche der Elektrodenstapelanordnung von 7,
- 9 in einer schematischen Darstellung zwei Teil-Elektrodenstapelanordnungen mit Verbindungselementen,
- 10 einen Herstellungsschritt mit Kontaktierung der Teil-Elektrodenstapelanordnungen von 9 mit den Verbindungselementen,
- 11 einen Herstellungsschritt mit Zusammenklappen der Teil-Elektrodenstapelanordnungen von 10,
- 12 die Teil-Elektrodenstapelanordnungen von 11 nach dem Zusammenklappen,
- 13 in einer schematischen Draufsicht die Batterieanordnung mit den Teil-Elektrodenstapelanordnungen von 12,
- 14 in einer Seitenansicht eine weitere Ausführungsform der Elektrodenanordnung von 4 mit dem Verbindungselement, und
- 15 in einer Draufsicht die Verbindung zwischen der Elektrodenanordnung und dem Verbindungselement.
-
Im Folgenden sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden. Begriffe wie links, rechts, oben und unten sind - sofern nicht anders angegeben - keine absoluten Begriffe und können beispielsweise in Abhängigkeit von der Einbaulage oder der jeweiligen Darstellung variieren. Es handelt sich aber um eine bevorzugte Ausrichtung.
-
1 zeigt eine Batteriezelle 20 von oben. Die Batteriezelle 20 ist als prismatische Zelle ausgebildet, und sie hat ein Gehäuse 30, ein Anschlusselement 38 und ein Anschlusselement 39.
-
Das Gehäuse 30 hat eine quaderförmige Grundform mit einer Gehäuseseite 31 (oben), einer Gehäuseseite 33 (links), einer Gehäuseseite 34 (rechts), einer Gehäuseseite 35 (vorne) und einer Gehäuseseite 36 (hinten). Die Gehäuseseite 33 ist zur Gehäuseseite 34 entgegengesetzt vorgesehen, sie liegen also auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuses 30. Das Anschlusselement 38 ist an der Gehäuseseite 33 vorgesehen und auf der Gehäuseseite 33 von außen kontaktierbar. Das Anschlusselement 39 ist an der Gehäuseseite 34 vorgesehen und auf der Gehäuseseite 34 von außen kontaktierbar. Die Batteriezelle 20 kann über die Anschlusselemente 38, 39 elektrische Energie bereitstellen, und die Anschlusselemente 38, 39 können auch als Pole bezeichnet werden.
-
2 zeigt die Batteriezelle 20 von 1 in einer Darstellung von der Gehäuseseite 35 (vorne).
-
Der Gehäuseseite 31 (oben) entgegengesetzt ist die Gehäuseseite 32 (unten) vorgesehen.
-
3 zeigt die Batteriezelle 20 von 1 in einer Darstellung von der Gehäuseseite 33 (links). Auf der Gehäuseseite 33 sind eine Gehäusewand 42 und das Anschlusselement 38 vorgesehen. Zwischen dem Anschlusselement 38 und der Gehäusewand 42 ist ein Isolationselement 43 schematisch dargestellt, und das Isolationselement 43 ermöglicht eine elektrische Isolation zwischen dem Anschlusselement 38 und der Gehäusewand 42. Dies ermöglicht eine Ausbildung der Gehäusewand 42 aus einem leitenden Material, bspw. aus einem Metall. Eine Ausbildung der Gehäusewand 42 aus einem thermisch gut leitenden Material wie Metall ermöglicht eine gute Wärmeabfuhr der in der Batteriezelle 36 im Betrieb entstehenden Wärme.
-
4 zeigt in einer Seitenansicht eine Elektrodenanordnung 51 bzw. 52, welche eine Elektrode 61 bzw. 62 und ein Streifenelement 55 bzw. 56 aufweist. Derartige Streifenelemente 55, 56 werden im Englischen als „tab“ bezeichnet und dienen zur Kontaktierung der Elektrode 61 bzw. 62.
-
Die Elektrode 61 bzw. 62 hat eine Längsrichtung 91 und eine Querrichtung 92 quer zur Längsrichtung.
-
5 zeigt in einer schematischen Draufsicht die Elektrodenanordnung 51, 52 von 4.
-
Die Elektrodenanordnung 51 bzw. 52 weist eine Folie 53 auf, die auch als Ableiterfolie bezeichnet wird und als elektrischer Leiter einen Stromfluss ermöglicht. Im Bereich der Elektrode 61, 62 ist auf einer Seite der Folie 53 bzw. auf beiden Seiten eine Aktivmaterialschicht 54 vorgesehen. Die Dicke 93 der Elektrode 61, 62 liegt bevorzugt im Bereich 15 µm bis 2 mm.
-
Das Streifenelement 55 bzw. 56 ist bevorzugt zumindest bereichsweise oder vollständig frei von der Aktivmaterialschicht 54, da dieser Bereich zum einen nicht wirksam für die galvanische Zelle ist und zum anderen auch üblicherweise schlechter elektrisch leitend ist als die Folie 53. Zudem hat das Streifenelement 55 bzw. 56 ohne die Aktivmaterialschicht 54 eine geringere Dicke 94 als im Bereich der Elektrode 61 bzw. 62, und dies ermöglicht ein besseres Biegen des Streifenelements 55 bzw. 56 und einen kompakteren Aufbau im Kontaktierungsbereich mit dem zugeordneten Anschlusselement 38 bzw. 39.
-
Die Dicke 94 liegt bevorzugt im Bereich 4 µm bis 50 µm.
-
Bevorzugt ist die Batteriezelle als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet.
-
Hierbei weist die positive Elektrodenanordnung 51 bevorzugt eine Folie 53 aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung auf, und die Aktivmaterialschicht 54 weist bevorzugt ein Aktivmaterial auf wie
- - Lithium-Cobalt(III)-Oxid,
- - Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid,
- - Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid, oder
- - Lithiumeiesenphosphat.
-
Die negative Elektrodenanordnung 52 weist bevorzugt eine Folie 53 aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung auf, und die Aktivmaterialschicht 54 weist bevorzugt ein Aktivmaterial auf wie
- - Graphit,
- - nanokristallines, amorphes Silicium,
- - Lithiumtitanat, oder
- - Zinndioxid.
-
Die Aktivmaterialschichten 54 können jeweils zusätzlich Additive aufweisen.
-
Die Batteriezelle 20 kann auch als ein anderer Zelltyp aufgebaut werden, beispielsweise als
- - Natrium-Schwefel-Batteriezelle,
- - Nickel-Eisen-Batteriezelle, oder
- - Nickel-Zink-Batteriezelle.
-
Bevorzugt ist die Batteriezelle 20 wiederaufladbar, und eine solche Batteriezelle 20 wird auch als Sekundärzelle oder Sekundärelement bezeichnet.
-
Die Elektrodenanordnung 51 kann auch negativ und die Elektrodenanordnung 52 positiv ausgebildet werden, so dass das Anschlusselement 38 negativ und das Anschlusselement 39 positiv ist.
-
6 zeigt die Batteriezelle 20 von oben in einem Längsschnitt.
-
Im Gehäuse 30 ist eine Elektrodenstapelanordnung 50 vorgesehen, und die Elektrodenstapelanordnung 50 weist die Elektrodenanordnungen 51 und die Elektrodenanordnungen 52 auf. Zwischen den Elektroden 61 der Elektrodenanordnungen 51 und den Elektroden 62 der Elektrodenanordnungen 52 sind Separatoren 63 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel sind immer abwechselnd Elektroden 61 und Elektroden 62 vorgesehen. Es ist auch möglich, zumindest teilweise - bspw. in der Mitte - zwei gleiche Elektroden 61 oder zwei gleiche Elektroden 62 benachbart zueinander vorzusehen.
-
Im Gehäuse 30 ist zudem ein Elektrolyt 64 vorgesehen, um einen lonenfluss zu ermöglichen.
-
Die Elektroden 61 und 62 erstrecken sich in ihrer Längsrichtung 91 zwischen der Gehäuseseite 33 und der Gehäuseseite 34. Die Längsrichtung 91 kann also relativ zu den Gehäuseseiten 33, 34 definiert werden. Alternativ kann die Längsrichtung 91 relativ zu den Anschlusselementen 38, 39 definiert werden, da diese an den Gehäuseseiten 33, 34 vorgesehen sind. Bevorzugt erstrecken sich alle Elektroden 61, 62 in dieselbe Längsrichtung 91. Die Längsrichtung 91 kann aber auch zumindest teilweise unterschiedlich sein. Die Streifenelemente 55 der Elektrodenanordnungen 51 sind auf der der Gehäuseseite 33 zugeordneten Seite positioniert, und die Streifenelemente 56 sind auf der der Gehäuseseite 34 zugeordneten Seite positioniert. Das Anschlusselement 38 ist über das erste Verbindungselement 71 und die Streifenelemente 55 mit den Elektroden 61 elektrisch verbunden, und das Anschlusselement 39 ist über die Verbindungselemente 72, 73 und die Streifenelemente 56 mit den Elektroden 62 elektrisch verbunden.
-
Die Streifenelemente 55 erstrecken sich in einem ersten Bereich 57 zwischen den Elektroden 51 und dem Verbindungselement 71, und die Streifenelemente 56 erstrecken sich in einem zweiten Bereich 58 zwischen den Elektroden 52 und dem Verbindungselement 72 bzw. 73.
-
Die Batterie 20 weist ein erstes Verbindungselement 71, ein zweites Verbindungselement 72 und ein drittes Verbindungselement 73 auf. Die Elektrodenstapelanordnung 50 weist erste Elektrodenanordnungen 51 und zweite Elektrodenanordnungen 52 auf.
-
Die Elektrodenstapelanordnung 50 weist eine erste Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A mit ersten Elektrodenanordnungen 51 und zweiten Elektrodenanordnungen 52 und eine zweite Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B mit ersten Elektrodenanordnungen 51 und zweiten Elektrodenanordnungen 52 auf.
-
Das erste Verbindungselement 71, das zweite Verbindungselement 72 und das dritte Verbindungselement 73 sind bevorzugt zumindest abschnittsweise elektrisch leitend ausgebildet, um einen Stromfluss zu ermöglichen.
-
Das erste Verbindungselement 71 ist mit den ersten Streifenelementen 55 der ersten Elektroden 61 der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A elektrisch verbunden, und es ist mit den ersten Streifenelementen 55 der ersten Elektroden 61 der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B elektrisch verbunden. Hierdurch besteht bereits eine elektrische Verbindung zwischen den ersten Elektroden der Elektrodenstapelanordnung 50.
-
Das zweite Verbindungselement 72 ist mit den Streifenelementen 56 der Elektroden 62 der Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A elektrisch leitend verbunden.
-
Das dritte Verbindungselement 73 ist mit den Streifenelementen 56 der Elektroden 62 der Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B elektrisch leitend verbunden.
-
Das erste Verbindungselement 71 ist mit dem Anschlusselement 38 elektrisch leitend verbunden. Das zweite Verbindungselement 72 und das dritte Verbindungselement 73 sind mit dem zweiten Anschlusselement 39 verbunden.
-
Das Gehäuse 30 weist auf der Gehäuseseite 33 eine Gehäusewand 41 auf und auf der Gehäuseseite 34 eine Gehäusewand 42.
-
Das Gehäuse 30 weist das Isolationselement 43 und ein Isolationselement 44 auf. Das Anschlusselement 38 ist gegenüber der Gehäusewand 41 durch das Isolationselement 43 elektrisch isoliert, und das Anschlusselement 39 ist gegenüber der Gehäusewand 42 durch das Isolationselement 44 elektrisch isoliert. Diese bevorzugt vorgesehene elektrische Isolierung durch die Isolationselemente 43, 44 ermöglicht eine vergleichsweise freie Materialwahl für die Gehäusewände des Gehäuses 30. Insbesondere wird ein Kurzschluss der beiden Anschlusselemente 33, 34 über eine ggf. elektrisch leitfähige Gehäusewand verhindert. Metalle sind aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit gut geeignet als Gehäusewand für das Gehäuse 30, beispielsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder Titan. Die Isolierung des Gehäuses 30 gegenüber den Anschlusselementen 38, 39 ist insbesondere bei einer Reihenschaltung von Batteriezellen vorteilhaft, da bei einer solchen Reihenschaltung die einzelnen Anschlusselemente 38, 39 auf einer vergleichsweise hohen Spannung gegenüber dem Bezugspunkt am Chassis eines Fahrzeugs sein können.
-
Bevorzugt sind die Isolationselemente 43, 44 gleichzeitig als Abdichtelemente 45, 46 ausgebildet, und sie verhindern einen Austritt des Elektrolyts 64 zwischen dem jeweiligen Anschlusselement 38, 39 und der zugeordneten Gehäusewand 41, 42. Die Abdichtfunktion kann auch durch - nicht dargestellte - zusätzliche Abdichtelemente 45, 46 unabhängig von den Isolationselementen verwirklicht werden.
-
7 zeigt in einer Seitenansicht die Elektrodenstapelanordnung 50 bzw. eine Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A oder 50B. Die oberste Lage weist eine erste Elektrodenanordnung 51 mit einer ersten Elektrode 61 und einem ersten Streifenelement 55 auf, welches Streifenelement 55 auf der rechten Seite der ersten Elektrode 61 vorgesehen ist. Links von der ersten Elektrode 61 ist ein unterhalb angeordneter Separator 63 sichtbar, und hinter dem Separator 63 ist ein zweites Streifenelement 56 der unterhalb angeordneten zweiten Elektrodenanordnung sichtbar.
-
8 zeigt in schematischer Darstellung in einer Draufsicht die erste Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A, wobei nur die Randabschnitte dargestellt sind.
-
In der Darstellung sind von oben nach unten eine erste Elektrodenanordnung 51, ein Separator 63, eine zweite Elektrodenanordnung 52, ein Separator 63, eine erste Elektrodenanordnung 51, ein Separator 63, eine zweite Elektrodenanordnung 52 und ein Separator 63 vorgesehen. Bei den ersten Elektrodenanordnungen 51 ragen die ersten Streifenelemente 56 nach rechts heraus, und bei den zweiten Elektrodenanordnungen 52 ragen die Streifenelemente 56 nach links heraus.
-
9 zeigt das erste Verbindungselement 71, das zweite Verbindungselement 72 und das dritte Verbindungselement 73 zusammen mit der Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A und der Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B bei einem Montageschritt eines Herstellungsverfahrens. Das erste Verbindungselement 71, das zweite Verbindungselement 72 und das dritte Verbindungselement 73 können bspw. abgelegt bzw. gehalten werden, und die Teil-Elektrodenstapelanordnungen 50A, 50B können auf den Verbindungselementen 71, 72, 73 platziert werden.
-
10 zeigt die Anordnung von 9 von der Seite.
-
Die Streifenelemente 55 der Teil-Elektrodenstapelanordnungen 50A, 50B sind auf dem ersten Verbindungselement 71 platziert. Die Streifenelemente 56 der Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A sind auf dem Verbindungselement 72 platziert, und die Streifenelemente 56 der Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B sind auf dem dritten Verbindungselement 73 platziert.
-
Eine Kontaktierungsanordnung 101 ist vorgesehen, um die Streifenelemente 55, 56 mit dem zugeordneten Verbindungselement 71, 72 bzw. 73 zu verbinden. Die Verbindungsvorrichtung 101 ist bspw. eine Schweißvorrichtung, eine Pressvorrichtung oder eine Klebevorrichtung.
-
Bevorzugt werden bei der elektrischen Kontaktierung die Streifenelemente 55 der Elektroden 61 der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A zumindest teilweise elektrisch miteinander kontaktiert, bevor sie mit dem ersten Verbindungselement 71 verbunden werden.
-
Bevorzugt werden bei der elektrischen Kontaktierung die Streifenelemente der ersten Elektroden der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B zumindest teilweise elektrisch miteinander kontaktiert, bevor sie mit dem ersten Verbindungselement 71 verbunden werden.
-
11 zeigt einen weiteren Herstellungsschritt, bei welchem die Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A relativ zur Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B gekippt wird. Anders ausgedrückt werden die Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A und die Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B zusammengeklappt.
-
Die erste Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A und die zweite Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B werden in einer ersten Bewegung 60 relativ zueinander bewegt, wobei sich ein erster Winkel 59 zwischen der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A und der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B ändert. Die erste Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A und die zweite Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B liegen am Ende der ersten Bewegung 60 nebeneinander bzw. sind nebeneinander angeordnet, und sie bilden gemeinsam die Elektrodenstapelanordnung 50.
-
Der erste Winkel 59 ändert sich bei der ersten Bewegung 60 bevorzugt um mindestens 30°, weiter bevorzugt um mindestens 45°, weiter bevorzugt um mindestens 60°, weiter bevorzugt um mindestens 90°, weiter bevorzugt um mindestens 135° und besonders bevorzugt um mindestens 170°. Der erste Winkel 59 kann auch 360° oder etwas über 360° betragen.
-
Im Ausführungsbeispiel haben die beiden Teil-Elektrodenstapelanordnungen 50A, 50B im Ausgangszustand einen ersten Winkel 59 von 180°, und nach dem Zusammenklappen (12) beträgt der erste Winkel 59 beispielsweise 0°, 1 ° oder 2°.
-
Zusätzlich werden bevorzugt das zweite Verbindungselement 72 und das dritte Verbindungselement 73 relativ zu den zugeordneten Teil-Elektrodenstapelanordnungen 50A bzw. 50B gekippt.
-
Bevorzugt weisen die ersten Streifenelemente 55 nach dem Kippen zumindest teilweise im Verlauf zwischen den ersten Elektroden 61 und dem ersten Verbindungselement 71 eine Winkeländerung von mindestens 40°, bevorzugt von mindestens 60° und besonders bevorzugt von mindestens 80° auf. Dies ermöglicht eine kompakte Anordnung des ersten Verbindungselements in der Nähe der Elektroden 61, 62.
-
Durch das Kippen des ersten Verbindungselements 71 relativ zu den ersten Elektroden 61 der Teil-Elektrodenstapelanordnungen 50A, 50B werden die Streifenelemente 55 der Elektroden 61 der Elektrodenstapelanordnung 50 zumindest teilweise zumindest abschnittsweise gekrümmt.
-
12 zeigt die Elektrodenstapelanordnung 50, die nach der Bewegung der Teil-Elektrodenstapelanordnungen 50A, 50B relativ zueinander entsteht. Die beiden Teil-Elektrodenstapelanordnungen 50A, 50B sind nebeneinander angeordnet und bilden gemeinsam die Elektrodenstapelanordnung 50 aus. Die Verbindungselemente 71, 72, 73 können hierbei vergleichsweise nah an die Elektrodenstapelanordnung 50 heranbewegt werden, und die Herstellung mit dem Zusammenklappen ermöglicht einen kompakten Aufbau der Elektrodenstapelanordnung 50.
-
13 zeigt in schematischer Darstellung die Batteriezelle 20 mit dem Gehäuse 30 und den Anschlusselementen 38, 39. Hierbei kann die Elektrodenstapelanordnung 50 bspw. in das Gehäuse 30 hineingeschoben oder anderweitig eingeführt werden, das Verbindungselement 71 kann mit dem Anschlusselement 38 in einem Kontaktierungsschritt elektrisch kontaktiert werden, und die Verbindungselemente 72, 73 können mit dem Anschlusselement 39 elektrisch verbunden werden. Zusätzlich wird bevorzugt das Gehäuse 30 bzw. zumindest der Bereich zwischen den Elektrodenanordnungen 51, 52 mit den Elektrolyten 64 gefüllt.
-
Dieser Kontaktierungsschritt weist bevorzugt mindestens einen Kontaktierungsschritt auf aus der Kontaktierungsschrittgruppe bestehend aus:
- - Schweißschritt,
- - Pressschritt, und
- - Klebeschritt.
-
Bevorzugt erfolgt die Kontaktierung der Verbindungselemente 72, 73 ebenfalls mit einem dieser Schritte. Der Pressschritt kann beispielsweise in Zusammenhang mit einem Klemmelement oder mit einem einzupressenden Stecker durchgeführt werden. Beim Klebeschritt muss darauf geachtet werden, dass eine elektrische Verbindung entsteht.
-
Das Gehäuse 30 kann im Bereich der Gehäuseseiten 31, 32, 35, 36 beispielsweise durch ein Profil oder durch mehrere miteinander verbundene Gehäusewände ausgebildet werden.
-
Das erste Verbindungselement 71 weist nach dem Zusammenklappen der Teil-Elektrodenstapelanordnungen eine der Elektrodenstapelanordnung 50 zugewandte erste Verbindungselementseite 75 und eine von der Elektrodenstapelanordnung 50 abgewandte zweite Verbindungselementseite 76 auf, vgl. auch 6.
-
Bevorzugt sind die ersten Streifenelemente 55 der ersten Elektroden 61 der ersten Teil-Elektrodenstapelanordnung 50A und die ersten Streifenelemente 56 der ersten Elektroden 61 der zweiten Teil-Elektrodenstapelanordnung 50B auf der ersten Verbindungselementseite 75 mit dem ersten Verbindungselement 71 verbunden. Dies ermöglicht eine direkte Anbindung auf kurzem Weg.
-
Bevorzugt wird das erste Verbindungselement 71 über die zweite Verbindungselementseite 76 mit dem ersten Anschlusselement 38 elektrisch kontaktiert. Der Strom kann hierdurch in direktem Weg fließen, und der Aufbau ist kompakt.
-
14 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform der Elektrodenanordnung 51 und deren Verbindung mit dem ersten Verbindungselement 71.
-
Die Elektrodenanordnung 51 erstreckt sich in der ersten Längsrichtung 91 zwischen der ersten Gehäuseseite 33 und der zweiten Gehäuseseite 34, vgl. 13, bzw. zwischen dem Anschlusselement 38 und dem Anschlusselement 39. Die Elektrodenanordnung 51 hat eine Querrichtung 92 quer zur Längsrichtung.
-
Die Elektrodenbreite 65 der Elektrode 61 ist eingezeichnet, und sie ist die maximale Elektrodenbreite 65, da die Elektrodenbreite 65 im Ausführungsbeispiel über die gesamte Längserstreckung gleich ist.
-
Das Streifenelement 55 wird zum Ende hin etwas schmaler, und dies kann bspw. erforderlich sein, wenn im Gehäuse 30 kein ausreichender Bauraum in diesem Bereich vorhanden ist. Das Streifenelement 55 hat eine minimale Streifenelementbreite 66. Die minimale Streifenelementbreite 66 ist im Ausführungsbeispiel geringer als direkt an der Elektrode 61. Bei der Ermittlung der minimalen Streifenelementbreite 66 kommt es auf den Bereich 95 des Streifenelements 55 zwischen der zugeordneten Elektrode 61 und dem zugeordneten ersten Verbindungselement 71 an. Wenn somit - wie dargestellt - vom Streifenelement 55 der äußere Bereich für eine Kontaktierung mit dem zugeordneten Anschlusselement 38 verwendet wird, wird im Ausführungsbeispiel die minimale Streifenelementbreite 66 damit größer, da der - schematisch gestrichelt dargestellte - äußerste Bereich des Streifenelements 55 mit dem zugeordneten Verbindungselement 71 verbunden ist.
-
Die minimale Streifenelementbreite 66 beträgt bevorzugt mindestens 40 % der maximalen ersten Elektrodenbreite 65, bevorzugt mindestens 50 %, weiter bevorzugt mindestens 60 %, weiter bevorzugt mindestens 70 %, weiter bevorzugt mindestens 80 %, weiter bevorzugt mindestens 90 % und weiter bevorzugt mindestens 100 %.
-
Die maximale Verbindungselementbreite 67 ist bevorzugt möglichst groß, um eine gute Anbindung der Streifenelemente 55 zu ermöglichen. Dies ist sowohl für den Wärmetransport als auch für den elektrischen Widerstand vorteilhaft.
-
Das erste Verbindungselement 71 hat bevorzugt eine maximale Verbindungselementbreite 67, welche maximale Verbindungselementbreite 67 mindestens 40 % der ersten Elektrodenbreite 65 beträgt, bevorzugt mindestens 50 %, weiter bevorzugt mindestens 60 %, weiter bevorzugt mindestens 70 %, weiter bevorzugt mindestens 80 %, weiter bevorzugt mindestens 90 % und weiter bevorzugt mindestens 100 %.
-
15 zeigt in schematischer Darstellung die Elektrodenanordnung 51 mit der Elektrode 61 und dem Streifenelement 55, wobei das Streifenelement 55 mit dem ersten Verbindungsteil 71 verbunden ist.
-
Das Streifenelement 55 erstreckt sich zwischen einer ersten Stelle 551 an der ersten Elektrode 61 und einer zweiten Stelle 552 am ersten Verbindungselement 71, und das Streifenelement 55 weist an der ersten Stelle 551 eine erste Erstreckungsrichtung 555 auf und an der zweiten Stelle 552 eine zweite Erstreckungsrichtung 556 auf, wobei der Winkel 553 zwischen der ersten Erstreckungsrichtung 555 und der zweiten Erstreckungsrichtung 556 bevorzugt mindestens 40° beträgt, bevorzugt mindestens 60° und besonders bevorzugt mindestens 80°. Durch diese Ablenkung kann die Verbindung des Streifenelements 55 im fertigen Zustand nah an der Elektrodenanordnung 51 angeordnet sein.
-
Es ist gut zu sehen, dass die ersten Streifenelemente 55 nach dem Zusammenklappen der Teil-Elektrodenstapelanordnungen 50A, 50B zumindest teilweise zumindest abschnittsweise gebogen sind, sie können aber auch geknickt sein oder bereichsweise gebogen und bereichsweise geknickt sein. Ein Teil der ersten Streifenelemente 55 kann auch gerade verlaufen.
-
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 20
- Batteriezelle
- 30
- Gehäuse
- 31
- Gehäuseseite (oben)
- 32
- Gehäuseseite (unten)
- 33
- Gehäuseseite (links)
- 34
- Gehäuseseite (rechts)
- 35
- Gehäuseseite (vorne)
- 36
- Gehäuseseite (hinten)
- 38
- erstes Anschlusselement
- 39
- zweites Anschlusselement
- 41
- erste Gehäusewand
- 42
- zweite Gehäusewand
- 43
- erstes Isolationselement
- 44
- zweites Isolationselement
- 45
- erstes Abdichtelement
- 46
- zweites Abdichtelement
- 50
- Elektrodenstapelanordnung
- 50A
- Teil-Elektrodenstapelanordnung
- 50B
- Teil-Elektrodenstapelanordnung
- 51
- erste Elektrodenanordnung
- 52
- zweite Elektrodenanordnung
- 53
- erste Folie
- 54
- Aktivmaterialschicht
- 55
- erstes Streifenelement
- 56
- zweites Streifenelement
- 57
- erster Bereich
- 58
- zweiter Bereich
- 59
- erster Winkel
- 60
- erste Bewegung
- 61
- erste Elektrode
- 62
- zweite Elektrode
- 63
- Separator
- 64
- Elektrolyt
- 65
- Elektrodenbreite
- 66
- Streifenelementbreite
- 67
- Breite des ersten Verbindungselements
- 71
- erstes Verbindungselement
- 72
- zweites Verbindungselement
- 73
- drittes Verbindungselement
- 75
- erste Verbindungselementseite
- 76
- zweite Verbindungselementseite
- 91
- Längsrichtung
- 92
- Querrichtung
- 93
- Dicke der Elektrode
- 94
- Dicke des Streifenelements
- 95
- Bereich
- 101
- Kontaktierungsanordnung
- 551
- erste Stelle
- 552
- zweite Stelle
- 553
- Winkel
- 555
- erste Erstreckungsrichtung
- 556
- zweite Erstreckungsrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014221870 A1 [0002, 0005]
- DE 102011110007 A1 [0003]
- DE 102011110695 A1 [0004]
