DE102021200586A1

DE102021200586A1 - Zellstapel einer Batterie

Info

Publication number: DE102021200586A1
Application number: DE102021200586.1A
Authority: DE
Inventors: Marco Jordan; Alexander Tornow
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-01-22
Filing date: 2021-01-22
Publication date: 2022-07-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zellstapel (16) einer Batterie (14), mit mehreren in einer Stapelrichtung (20) übereinandergestapelten Lagen (18), wobei die Lagen (18) abwechselnd aus einer Elektrode (22) oder einem Separator (24) gebildet sind. Mehrere der Lagen (18) sind mittels eines Klebers (48) aneinander befestigt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren (34) zur Herstellung einer Batterie (40).

Description

Die Erfindung betrifft einen Zellstapel einer Batterie, mit mehreren in einer Stapelrichtung übereinandergestapelten Lagen. Die Lagen sind abwechselnd aus einer Elektrode oder einem Separator gebildet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie.
In zunehmendem Maße werden Kraftfahrzeuge zumindest teilweise mittels eines Elektromotors angetrieben, sodass diese als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgestaltet sind. Zur Bestromung des Elektromotors wird üblicherweise eine Hochvoltbatterie herangezogen, die mehrere einzelne Batteriemodule umfasst. Die Batteriemodule sind meist zueinander baugleich sowie miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet, sodass die an der Hochvoltbatterie anliegende elektrische Spannung einem Vielfachen der mittels jedes der Batteriemodule bereitgestellten elektrischen Spannung entspricht. Jedes Batteriemodul wiederum umfasst mehrere Batterien, die meist in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, und die miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Jede der Batterien wiederum umfasst üblicherweise mehrere Batteriezellen, die auch als galvanische Element bezeichnet werden. Diese weisen jeweils zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, sowie einen dazwischen angeordneten Separator als auch einen Elektrolyten mit freibeweglichen Ladungsträgern auf. Als ein derartiger Elektrolyt wird beispielsweise eine Flüssigkeit herangezogen. In einer Alternative ist die Batterie als Festkörperbatterie ausgestaltet, und der Elektrolyt liegt als Festkörper vor. Die Anode und die Kathode, die die Elektroden der Batterie bilden, umfassen üblicherweise einen Träger, der als Stromableiter fungiert. An diesem ist üblicherweise ein Aktivmaterial befestigt, das ein Bestandteil einer auf den Träger aufgebrachten Schicht ist. Hierbei ist es möglich, dass in der Schicht bereits der Elektrolyt vorhanden ist, oder dieser wird nachträglich eingebracht. Zumindest jedoch ist das Aktivmaterial zur Aufnahme der Arbeitsionen, z.B. Lithium-Ionen, geeignet. Je nach Verwendung als Anode oder Kathode wird ein anderes Material für den Träger und eine unterschiedliche Art des Materials der Schicht verwendet.
Zum Schutz der Batteriezellen sind diese üblicherweise in einem Gehäuse der Batterie angeordnet. Auch wird mittels des Gehäuses zudem der Elektrolyt vor Umwelteinflüssen geschützt.
Damit mittels der Batterie eine vergleichsweise große Kapazität bereitgestellt ist, sind üblicherweise mehrere derartige Batteriezellen, üblicherweise bis zu 100 Stück, in den gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Um den vorhandenen Platz vergleichsweise effizient auszunutzen und eine Fertigung zu vereinfachen, sind die einzelnen Bestandteile der jeweiligen Batteriezellen flächig ausgestaltet und in einer Stapelrichtung übereinander gestapelt. Die einzelnen Batteriezellen wiederum sind in der Stapelrichtung übereinander gestapelt, sodass ein im Wesentlichen quaderförmiger Zellstapel gebildet ist.
Hierbei ist es jedoch möglich, dass bei der Weiterverarbeitung des Zellstapels, insbesondere bei dem Einführen in das Gehäuse, die einzelnen Batteriezellen oder die einzelnen Bestandteile der Batteriezellen zueinander versetzt werden, sodass eine Beschädigung der einzelnen Batteriezellen auftritt oder zumindest eine Funktionsweise der Batterien nicht mehr gegeben oder die Kapazität verringert ist. Zur Vermeidung hiervon werden üblicherweise die einzelnen Batteriezellen miteinander laminiert, und die auf diese Weise stabilisierten Batteriezellen werden zu dem Zellstapel gefügt. Als Alternative werden die einzelnen Batteriezellen bereits mit einem jeweiligen Zellgehäuse versehen und die Zellgehäuse zu dem Zellstapel gestapelt. Damit die einzelnen, laminierten oder mit dem Zellgehäuse versehenen Batteriezellen zueinander bei dem Einführen in das Gehäuse nicht verrutschen, werden diese meist mittels eines Klebeband oder eines sonstigen Bandes umschlungen und somit zueinander stabilisiert. Infolgedessen sind ein zusätzlicher Arbeitsschritt, zusätzliches Material und zusätzlicher Bauraum erforderlich. Daher ist auch eine Energiedichte der Batterie verringert und ein Gewicht erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Zellstapel einer Batterie und ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Batterie anzugeben, wobei vorteilhafterweise eine Weiterverarbeitung vereinfacht und/oder ein Materialbedarf verringert ist, wobei zweckmäßigerweise eine Energiedichte erhöht ist.
Hinsichtlich des Zellstapels wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der Zellstapel ist im bestimmungsgemäßen Zustand ein Bestandteil einer Batterie. Hierfür ist der Zellstapel geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Vorzugsweise ist die Batterie im bestimmungsgemäßen Zustand ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Hierfür ist die Batterie geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Im bestimmungsgemäßen Zustand ist die Batterie beispielsweise ein Bestandteil eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, der mehrere derartige Batterien aufweist. Vorzugsweise sind hierbei die Batterien auf mehrere Batteriemodule aufgeteilt, die zueinander wiederum baugleich sind. Die Batterien sind insbesondere in einem Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls angeordnet und miteinander elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet. Somit ist die an dem Energiespeicher/Batteriemodul anliegende elektrische Spannung ein Vielfaches der mittels jeder der Batterien bereitgestellten elektrischen Spannung. Zweckmäßigerweise sind sämtliche Batterien dabei zueinander baugleich, was eine Fertigung vereinfacht.
Das Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls ist bevorzugt aus einem Metall gefertigt, beispielsweise einem Stahl, wie einem Edelstahl, oder einer AluminiumLegierung. Zur Herstellung wird zum Beispiel ein Druckgussverfahren verwendet. Insbesondere ist das Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls verschlossen ausgestaltet. Zweckmäßigerweise ist in das Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls eine Schnittstelle eingebracht, die einen Anschluss des Energiespeichers/Batteriemoduls bildet. Die Schnittstelle ist dabei elektrisch mit den Batterien kontaktiert, sodass ein Einspeisen von elektrischer Energie und/oder eine Entnahme von elektrischer Energie aus den Batterien von außerhalb des Energiespeichers möglich ist, sofern an den Anschluss ein entsprechender Stecker gesteckt ist.
Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt landgebunden und weist vorzugsweise eine Anzahl an Rädern auf, von denen zumindest eines, vorzugsweise mehrere oder alle, mittels eines Antriebs angetrieben sind. Geeigneterweise ist eines, vorzugsweise mehrere, der Räder steuerbar ausgestaltet. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeug unabhängig von einer bestimmten Fahrbahn, beispielsweise Schienen oder dergleichen, zu bewegen. Dabei ist es zweckmäßigerweise möglich, das Kraftfahrzeug im Wesentlichen beliebig auf einer Fahrbahn zu positionieren, die insbesondere aus einem Asphalt, einem Teer oder Beton gefertigt ist. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus. Besonders bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw).
Mittels des Antriebs erfolgt zweckmäßigerweise eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. Zum Beispiel ist der Antrieb, insbesondere der Hauptantrieb, zumindest teilweise elektrisch ausgestaltet, und das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug. Der Elektromotor wird zum Beispiel mittels des Energiespeichers betrieben, der geeigneterweise als eine Hochvoltbatterie ausgestaltet ist. Mittels der Hochvoltbatterie wird zweckmäßigerweise eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt, wobei die elektrische Spannung zum Beispiel zwischen 200 V und 800 V und beispielsweise im Wesentlichen 400 V beträgt. Vorzugsweise ist zwischen dem Energiespeicher und dem Elektromotor ein elektrischer Umrichter angeordnet, mittels dessen die Bestromung des Elektromotors eingestellt wird. In einer Alternative weist der Antrieb zusätzlich einen Verbrennungsmotor auf, sodass das Kraftfahrzeug als Hybrid-Kraftfahrzeug ausgestaltet ist. In einer Alternative wird mittels des Energiespeichers ein Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs gespeist, und mittels des Energiespeichers wird insbesondere eine elektrische Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V bereitgestellt.
In einer weiteren Alternative ist die Batterie ein Bestandteil eines Flurförderfahrzeug, einer Industrieanlage, eines handgeführten Geräts, wie beispielsweise eines Werkzeugs, insbesondere eines Akkuschraubers. In einer weiteren Alternative ist die Batterie ein Bestandteil einer Energieversorgung und wird dort beispielsweise als sogenannte Pufferbatterie verwendet. In einer weiteren Alternative ist die Batterie ein Bestandteil eines tragbaren Geräts, beispielsweise eines tragbaren Mobiltelefons, oder eines sonstigen Wearables. Auch ist es möglich, eine derartige Batterie im Campingbereich, Modellbaubereich oder für sonstige Outdoor-Aktivitäten zu verwenden.
Der Zellstapel weist mehrere Lagen auf, die in einer Stapelrichtung übereinander gestapelt sind. Die Lagen sind zweckmäßigerweise flächig, insbesondere eben, ausgestaltet und zweckmäßigerweise senkrecht zu der Stapelrichtung angeordnet. Die Lagen sind hierbei zweckmäßigerweise rechteckförmig, sodass der Zellstapel im Wesentlichen quaderförmig ist. Auf diese Weise ist ein Einbringen in ein quaderförmiges Gehäuse ohne einen übermäßiger Platzbedarf ermöglicht, und es ist somit eine quaderförmige Batterie bereitstellbar. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise effizientes Anordnen mit weiteren Batterien zu einem etwaigen Batteriemodul möglich.
Die Lagen sind aus Elektroden und Separatoren gebildet. Mit anderen Worten ist jede der Lagen entweder eine Elektrode oder ein Separator, sodass der Zellstapel mehrere Elektroden und mehrere Separatoren aufweist. Die Elektroden sind dabei jeweils entweder eine Anode oder eine Kathode ausgestaltet. Die Elektroden und Separatoren sind in Stapelrichtung abwechselnd angeordnet, sodass zunächst einer der Separatoren, eine der Elektroden, wiederum einer der Separatoren und wiederum eine der Elektroden in Stapelrichtung angeordnet sind. Hierbei unterscheiden sich die beiden Elektroden, sodass zwischen jeweils zwei Anode in Stapelrichtung eine der Kathoden angeordnet ist.
Die Elektroden umfassen vorzugsweise einen Ableiter, der auch als Träger bezeichnet ist. Dieser ist aus einem Metall gefertigt und mit einem Aktivmaterial versehen, wobei das Aktivmaterial sich zweckmäßigerweise beidseitig des Ableiters in Stapelrichtung befindet. Das Aktivmaterial dient zur Aufnahme von Arbeitsionen, wie Lithium-Ionen, und ist hierfür geeignet sowie vorgesehen und eingerichtet. Als Aktivmaterial wird beispielsweise ein Lithium-Metall-Oxid, wie Lithium-Cobalt(III)-Oxid (LiCoO2), NMC, NCA, LFP, GIC, LTO verwendet. Alternativ wird als Aktivmaterial NMC622 oder NMC811 herangezogen. Beispielsweise unterschieden sich die Aktivmaterialien der Anode und der Kathode, wobei geeigneterweise für jede der Anoden und jede der Kathoden das gleiche Aktivmaterial oder jeweils ein unterschiedliches Aktivmaterialien verwendet wird. Als Metall des Ableiters der Kathode wird beispielsweise Aluminium und als Metall des Ableiter der Anode Kupfer verwendet. Insbesondere sind die Ableiter folienförmig ausgestaltet und weisen zweckmäßigerweise eine Dicke unter 0,1 mm auf.
Die Separatoren sind beispielsweise in Stapelrichtung gleich, also insbesondere aus dem gleichen Material gefertigt. Alternativ hierzu unterscheiden sich die einzelnen Separatoren, und es sind beispielsweise zwei unterschiedliche Arten von Separatoren vorhanden, die sich in Stapelrichtung ebenfalls abwechselnd. Vorzugsweise umfasst der Zellstapel ferner einen Elektrolyten, der beispielsweise fest oder flüssig ist.
Somit ist aus zumindest drei der Lagen, vorzugsweise vier der Lagen, die in Stapelrichtung übereinander gestapelt sind, jeweils eine Batteriezelle gebildet, wobei jede der Batteriezellen zwei der Elektroden sowie einen oder zwei der Separatoren aufweist. Die beiden Elektroden jeder Batteriezelle unterscheiden sich hierbei, sodass jede Batteriezelle eine Anode und eine Kathode aufweist, zwischen denen der jeweilige Separator angeordnet ist. Somit sind die einzelnen Batteriezellen in Stapelrichtung zur Ausbildung des Zellstapels übereinander gestapelt, wobei zwischen den einzelnen Batteriezellen, sofern diese jeweils lediglich drei Lagen umfassen, jeweils noch eine zusätzliche der Lagen, nämlich der jeweilige Separator, angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst der Zellstapel zwischen 10 Lagen und 1000 Lagen, zwischen 20 Lagen und 50 Lagen, zwischen 50 Lagen und 100 Lagen, zwischen 100 Lagen und 500 Lagen oder zwischen 120 Lagen und 200 Lagen. Somit umfasst der Zellstapel insbesondere bis zu 50 Batteriezellen.
Mehrere der Lagen sind mittels eines Klebers aneinander befestigt. Der Kleber wird hierbei vorzugsweise bereits bei dem Übereinanderstapeln der Lage eingebracht. Somit werden die Lagen mittels des Klebers zueinander stabilisiert und somit zumindest teilweise der Zellstapel. Der Kleber befindet sich vorzugsweise zwischen den Lagen und steht somit geeigneterweise über den Zellstapel nicht oder zumindest nicht vollständig über. Mit anderen Worten ist der Kleber in Stapelrichtung jeweils beidseitig zumindest teilweise mittels einer der Lagen abgedeckt. Somit ist eine Stabilität erhöht. Auch ist auf diese Weise eine seitliche Ausdehnung des Zellstapels verringert und ein unbeabsichtigtes Ablösen des Klebers vermieden. Vorzugsweise wird vor dem Weiterverarbeiten des Zellstapels der Kleber ausgehärtet, sodass der Zellstapel vergleichsweise stabil ist.
Aufgrund des Klebers werden somit die Lagen zumindest teilweise zueinander stabilisiert, sodass bei einer Weiterverarbeitung des Zellstapels, insbesondere bei einer elektrischen Kontaktierung und/oder dem Einbetten in ein Gehäuse, die einzelnen Lagen nicht zueinander verrutschen oder verschoben werden, was zu einer Beschädigung des Zellstapels oder zumindest einer Minderung der Kapazität der Batterie führen würde. Somit ist eine Weiterverarbeitung vereinfacht. Da ferner mittels des Klebers lediglich ein vergleichsweise geringes Volumen beansprucht wird, ist eine Energiedichte erhöht, insbesondere im Vergleich zu einer vollflächigen Lamination/Verklebung der einzelnen Lagen. Vorzugsweise weisen die einzelnen Batteriezellen oder eines sonstigen Verbunds eines Teils der Lagen kein separates Gehäuse auf und sind vorzugsweise auch nicht miteinander laminiert. Mit anderen Worten ist der Zellstapel an sich gehäuselos und auch frei von Laminierungen. Somit ist ein Materialbedarf verringert. Somit ist auch keine Einbringen der einzelnen Batteriezellen in ein jeweiliges Gehäuse oder ein Laminieren der einzelnen Batteriezellen erforderlich, weswegen eine Anzahl an Arbeitsschritten zur Herstellung des Zellstapels reduziert ist. Aufgrund der Verwendung des Klebers sind dabei keine weiteren Bauelemente erforderlich, sodass das Gewicht und Herstellungskosten reduziert sind.
Beispielsweise liegen die einzelnen Lagen randseitig jeweils bündig aneinander an, sodass die Seiten des Zellstapels vergleichsweise stabil ausgestaltet sind. Alternativ hierzu stehen zumindest einige der Lagen randseitig über die verbleibenden über. Geeigneterweise stehen zumindest die Elektroden jeweils randseitig an einer der Seiten über die weiteren Bestandteile über, sodass eine elektrische Kontaktierung der Elektroden vereinfacht ist. Dabei sind den Anoden und den Kathoden vorzugsweise unterschiedliche Seiten zugeordnet, insbesondere gegenüberliegende Seiten. Beispielsweise sind die Elektroden und/oder Separatoren, mit Ausnahme der jeweiligen Materialwahl, zueinander baugleich oder zumindest spiegelverkehrt. Auf diese Weise ist ein Herstellen der einzelnen Lagen mittels der gleichen Werkzeuge möglich, was eine Herstellung vereinfacht und Kosten reduziert.
Beispielsweise sind jeweils benachbarten Lagen aneinander befestigt. Mit anderen Worten ist jede der Lagen mit der in Stapelrichtung jeweils direkt benachbarten Lagen mittels des Klebers befestigt. Sofern sich hierbei die Lage in der Mitte des Zellstapels befindet und nicht einen der beiden Abschlüsse des Zellstapels in Stapelrichtung bildet, sind die Lagen an beiden Seiten in Stapelrichtung an der jeweils benachbarten Lage befestigt, also an jeweils zweien der Lagen.
In einer Alternative hierzu stehen die mittels der Separatoren gebildeten Lagen über die mittels der Elektroden gebildeten Lagen randseitig über, beispielsweise auf einer Seite, auf mehreren Seiten oder besonders bevorzugt auf sämtlichen Seiten. Mit anderen Worten weisen die Separatoren eine größere Fläche als die Elektroden auf. Aufgrund des Überstand ist ein Materialübergang zwischen benachbarten Elektroden und ein elektrischer Kurzschluss zwischen diesen vermieden.
Geeigneterweise sind hierbei lediglich die mittels jeweils eines der Separatoren gebildeten benachbarten Lagen aneinander befestigt. Mit anderen Worten sind die mittels der Separatoren gebildeten benachbarten Lagen aneinander befestigt. Dabei erfolgt keine Befestigung der Elektroden aneinander oder an den Separatoren. Insbesondere ist der Bereich zwischen den Elektroden und den Separatoren frei von dem Kleber. Gleicherweise erfolgt das Verkleben der Separatoren im Randbereich, also insbesondere an dem Überstand gegenüber den Elektroden. Aufgrund des Verklebens der Separatoren miteinander sind die Elektroden frei von dem Kleber, sodass dieser keinen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Zellstapels ausübt. Auch ist auf diese Weise eine Ausdehnung des Zellstapels in Stapelrichtung vergleichsweise gering, da mittels des Klebers im Wesentlichen die Position der Elektroden zwischen den Separatoren in Stapelrichtung ausgefüllt wird.
Beispielsweise sind die Separatoren jeweils zueinander separat und insbesondere jeweils mittels eines rechteckförmigen Blatts gebildet. Besonders bevorzugt jedoch sind die mittels des Separatoren gebildeten Lagen mittels eines kontinuierlichen Bandes erstellt. Mit anderen Worten hängen sämtliche Separatoren zusammen, und der Zellstapel wird erstellt, indem das Band zur Ausbildung des jeweiligen Separators auf die jeweils darauf angeordnete Elektrode umgeschlagen wird, sodass insbesondere ein Zickzackmuster mit dem Band gebildet ist. Geeigneterweise wird zur Herstellung das kontinuierliche Band bei dem Übereinanderstapeln abgerollt, was eine Herstellung weiter vereinfacht. Auf diese Weise ist eine Positionierung der Separatoren vereinfacht und ein Herantransportieren oder eine Lagerhaltung der einzelnen Separatoren zur Herstellung des Zellstapels nicht erforderlich, weswegen eine Herstellung vereinfacht ist. Zudem ist auf diese Weise jede der Elektroden an zumindest einem der Ränder mittels des Bandes randseitig umgeben, sodass auf diese Weise eine weitere Stabilisierung erfolgt. Somit ist auf dieser Seite zumindest kein Kleber erforderlich und vorzugweise auch nicht vorhanden, weswegen ein Materialbedarf weiter verringert ist.
Beispielsweise ist der Kleber zumindest teilweise flächig aufgebracht. Besonders bevorzugt jedoch ist der Kleber lediglich punktuell aufgebracht, sodass einzelne Klebepunkte gebildet sind. Insbesondere sind die jeweils aneinander mittels des Klebers befestigten Lagen mittels eines einzigen Klebepunkte oder bevorzugt mittels zweier Klebepunkte, dreier Klebepunkte oder vierer Klebepunkte aneinander befestigt. Geeigneterweise ist die Anzahl der Klebepunkte zur Befestigung zweier der Lagen aneinander jedoch geringer als zehn Klebepunkte. Somit ist lediglich eine vergleichsweise geringe Menge an Kleber erforderlich, weswegen ein Materialbedarf und ein Gewicht nicht übermäßig erhöht sind. Zudem ist der mittels des Klebers hervorgerufene Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Zellstapels weiter reduziert.
Beispielsweise ist der oder die Klebepunkte mittig bezüglich der jeweiligen Lage angeordnet. Bevorzugt jedoch befinden sich die Klebepunkte in einem Randbereich, was eine Stabilität erhöht. Vorzugsweise sind hierbei die beiden Klebepunkte unterschiedlichen Randbereichen zugeordnet, sodass eine Stabilität des Zellstapels weiter erhöht ist.
Das punktuelle Aufbringen des Klebers ist hierbei für die Stabilisierung des Zellstapels während der Herstellung der Batterie ausreichend, und nachdem dieser beispielsweise in dem Gehäuse angeordnet ist, erfolgt eine Stabilisierung der einzelnen Lagen mittels des Gehäuses der Batterie. Mit anderen Worten erfolgt eine Beanspruchung der Klebepunkte lediglich während der Herstellung der Batterie, und mittels dieser wird das Verrutschen der einzelnen Lagen verhindert.
Beispielsweise sind die benachbarte Klebepunkte in Stapelrichtung zueinander fluchtend angeordnet, also in Stapelrichtung direkt übereinander. Somit ist eine Herstellung des Zellstapels vereinfacht. Besonders bevorzugt jedoch sind in der Stapelrichtung benachbarte Klebepunkte zueinander senkrecht zur Stapelrichtung versetzt. Beispielsweise ist hierbei das Versetzen der Klebepunkte willkürlich, sodass kein Muster oder dergleichen gebildet ist. Besonders bevorzugt jedoch sind die Klebepunkte entlang einer schräg zur Stapelrichtung verlaufenden Geraden angeordnet. Sofern die jeweiligen mittels des Klebers aneinander befestigten Lagen mittels zweier Klebepunkte aneinander befestigt sind, sind die Klebepunkte vorzugsweise insgesamt auf zwei Untergruppen aufgeteilt, wobei die Klebepunkte jeder der Untergruppen geeigneterweise entlang einer schräg zur Stapelrichtung verlaufenden Geraden angeordnet sind, und wobei die beiden Geraden beispielsweise zueinander parallel oder bevorzugt zueinander verkippt sind. Somit ist eine Stabilität des Zellstapels weiter erhöht. Alternativ hierzu sind die Klebepunkte entlang einer Zickzack- oder V-Form angeordnet, was ebenfalls eine Stabilität erhöht.
Beispielsweise wird als Kleber ein Aceton oder PVDF (Polyvinylidenfluorid) verwendet, oder ein sonstiger Kleber oder Kunststoff auf Fluorbasis. Somit ist eine elektrische Wechselwirkung einerseits vergleichsweise gering. Andererseits ist eine Stabilität auf diese Weise erhöht. Zudem ist eine Verarbeitung vereinfacht. In einer weiteren Alternative als Kleber HFP verwendet. In einer weiteren Alternative wird als Kleber ein Material mit zwei oder mehr Komponenten verwendet. Die erste Komponente ist dabei in der zweiten Komponente bevorzugt nicht lösbar. Als erste Komponente wird beispielsweise ein Thermoplast verwendet, z.B. PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), PA (Polyamid), PEG (Polyethylenglycol), PVdF (Polyvinylidenfluorid), PMMA (Polymethylmethacrylat ) oder PEMA . Als zweiten Komponente wird insbesondere ein Porenbildner verwendet, zum Beispiel yBL, DEC, DMC, EC oder PC. Die zweite Komponente ist geeigneterweise in einem Lösungsmittel lösbar, das zum Beispiel ein Bestandteil des Material ist, und das zum Aushärten des Klebers vorzugsweise entfernt, wie verdampft, wird. Als Lösungsmittel wird beispielsweise Aceton oder THF herangezogen.
Das Verfahren zur Herstellung einer Batterie, die mehrere in einer Stapelrichtung übereinandergestapelten Lagen aufweist, wobei die Lagen abwechselnd aus einer Elektrode oder einem Separator gebildet sind, und wobei mehrere der Lagen mittels eines Klebers aneinander befestigt sind, sieht vor, dass abwechselnd mehrere Elektroden und Separatoren übereinander gestapelt werden. Mit anderen Worten wechseln sich Elektroden und Separatoren in Stapelrichtung ab. Als Elektroden werden hierbei Anoden und Kathoden verwendet, wobei sich die Anoden und Kathoden in Stapelrichtung ebenfalls abwechseln. Mittels jeder der Elektroden und jedes des Separatoren ist insbesondere jeweils eine der Lagen gebildet.
Während des Stapelvorgangs werden mehrere der Lagen, also ein Teil oder alle der Elektroden und/oder Separatoren, mittels eines Klebers aneinander befestigt. Somit wird bereits während des Herstellens eines Zellstapels der Batterie, der die übereinandergestapelten Elektroden und Separatoren aufweist, diese zueinander stabilisiert, sodass eine Weiterverarbeitung vereinfacht ist. Insbesondere erfolgt nach Beenden des Übereinanderstapelns ein Anordnen des auf diese Weise erstellten Zellstapels in einem gemeinsamen Gehäuse, wobei aufgrund der Befestigung der einzelnen Elektroden und/oder Separatoren aneinander mittels des Klebers das Einführen, also das Positionieren, innerhalb des Gehäuses, vereinfacht ist. Besonders bevorzugt erfolgt eine elektrische Kontaktierung zumindest einer der Elektroden mit einem elektrischen Anschluss der Batterie. Vorzugsweise wird vor der Weiterverarbeitung des Zellstapels der Kleber ausgehärtet, sofern dies nach Abschluss des Übereinanderstapeln noch nicht erfolgt ist.
Geeigneterweise wird für das Übereinanderstapeln ein Greifer verwendet, mittels dessen die Elektroden aufgenommen und entsprechend auf dem jeweils zugeordneten Separator positioniert werden. Der Greifer ist beispielsweise ein Vakuumgreifer, ein Bernoulligreifer, ein Flächensauggreifer oder ein Schwebegreifer. Ferner umfasst der Greifer eine Applizierungsdüse für den Kleber. Bei dem Verfahren wird somit mittels des Greifers jede der Elektroden aufgenommen und diese mit dem Kleber versehen. Bei dem Aufnehmen der jeweiligen Elektrode überdeckt diese vorzugsweise die Applizierungsdüse, sodass bei Abgabe des Klebers aus der Applizierungsdüse die Elektroden mit dem Kleber versehen wird. Im Anschluss hieran wird die jeweilige Elektrode auf dem zugeordneten Separator abgelegt. Somit erfolgt das Anbringen des Klebers und das Ablegen der Elektroden in einem Arbeitsschritt, sodass ein Zeitbedarf zur Herstellung der Batterie nicht erhöht ist. Alternativ erfolgt das Versehen dieser Elektrode oder dieses Separators, nach dem die Elektrode bereits abgelegt wurde.
Insbesondere erfolgt mittels der Applizierungsdüse das Auftragens des Klebers auf die Elektrode, falls die Elektrode mit jeweils einer der Separatoren verklebt wird. Falls beispielsweise lediglich die Separatoren miteinander verklebt werden, erfolgt insbesondere nach der Ablage der Elektroden ein Versehen des Separators, auf dem die Elektrode abgelegt wurden, mit dem Kleber, insbesondere in einem Bereich eines Überstands über die jeweilige Elektrode. Hierfür wird beispielsweise der Greifen neu positioniert, oder die Applizierungsdüse befindet sich in einem Bereich, der bei der Aufnahme der Elektrode frei von der Elektrode ist. Folglich ist es möglich, den Kleber bei Ablage der Elektrode oder danach mittels der Applizierungsdüse auf den Separator aufzutragen ohne den Greifer neu zu positionieren. Zusammenfassend werden mittels des Greifers mehrere Arbeitsschritt durchgeführt, weswegen eine Herstellungszeit nicht erhöht ist.
Beispielsweise weist der Greifer mehrere zueinander beabstandete Applizierungsdüsen auf, die abwechselnd bei aufeinanderfolgenden Elektroden und/oder Separatoren zur Abgabe des Klebers angesteuert werden. Somit ist jeder der Elektroden/Separatoren unterschiedliche Applizierungsdüsen zugeordnet, oder zumisst eine der Applizierungsdüsen unterscheidet sich zu der Applizierungsdüse, die bei der direkt vorhergehenden Elektrode verwendet wurde. Infolgedessen sind die in Stapelrichtung zueinander benachbarten Klebepunkte senkrecht zur Stapelrichtung zueinander versetzt, sodass eine Stabilität erhöht ist. Zusammenfassend werden nicht stets sämtliche Applizierungsdüsen zur Abgabe des Klebers angesteuert, sondern diese unterscheiden sich bei benachbarten Elektroden. Insbesondere werden hierbei die Applizierungsdüsen permutierend angesteuert, was eine Herstellung vereinfacht.
In einer Alternative hierzu weist der Greifer lediglich eine einzige Applizierungsdüse oder mehrere Applizierungsdüsen auf, die jedoch stets bei jeder der Elektroden zur Abgabe des Klebers angesteuert werden, sodass diese den Kleber abgeben. Damit dennoch die in Stapelrichtung benachbarte Klebepunkte zueinander senkrecht zur Stapelrichtung versetzt sind, werden hierbei die Elektroden vorzugsweise nacheinander versetzt mittels des Greifers aufgenommen, sodass jeweils ein abwechselnder Bereich der Elektroden von der Applizierungsdüse überdeckt und somit mit dem Kleber versehen wird.
In einer Alternative werden stets sämtliche Applizierungsdüsen zur Abgabe des Klebers angesteuert, weswegen eine Robustheit erhöht ist. Geeigneterweise erfolgt dies jedoch lediglich, wenn lediglich die Separatoren aneinander befestigt werden, insbesondere in einem Randbereich, der über die jeweiligen Elektroden übersteht. Insbesondere werden hierbei die Elektroden randseitig vollständig mittels der Klebepunkte umgeben, sodass diese sicher zwischen zwei Lagen angeordnet sind, die jeweils mittels eines der Separatoren gebildet sind. Somit ist eine Stabilität erhöht, wobei dennoch der Kleber keinen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Batterie aufweist.
Zudem betrifft die Erfindung eine Batterie, die einen Zellstapel mit mehreren in einer Stapelrichtung übereinandergestapelten Lagen aufweist, wobei die Lagen abwechselnd aus einer Elektrode, nämlich entweder einer Anode oder einer Kathode, oder einem Separator gebildet sind, und wobei mehrere der Lagen mittels eines Klebers aneinander befestigt sind. Vorzugsweise ist der Zellstapel in einem Gehäuse angeordnet, das beispielsweise aus einem Metall erstellt ist. Vorzugsweise umfasst die Batterie zwei oder mehrere elektrische Anschlüsse, wobei zumindest zwei der Anschlüsse elektrisch mit dem Zellstapel verbunden sind. Hierbei ist beispielsweise einer der elektrischen Anschlüsse mit sämtlichen Anode und der andere elektrische Anschluss mit sämtlichen Kathode des Zellstapels elektrisch kontaktiert. Alternativ hierzu sind die beiden elektrischen Anschlüsse mit jeweils den Elektroden des Zellstapels elektrisch kontaktiert, die in Zellstapel in Stapelrichtung begrenzen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms, auch als Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm bezeichnet, durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren zur Herstellung eine Batterie durchzuführen. Auch betrifft die Erfindung einen Greifer, der zur Durchführung des Verfahrens geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Verwendung eines entsprechenden Greifers zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
Die im Zusammenhang mit dem Zellstapel beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf die Batterie/das Verfahren/das Computerprogrammprodukt/den Greifer/ die Verwendung und untereinander zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug, das eine Hochvoltbatterie mit mehreren baugleichen Batterien aufweist,
2 in einer Schnittdarstellung schematisch eine der einen Zellstapel aufweisenden Batterien,
3 ein Verfahren zur Herstellung der Batterie,
4 einen Greifer, der zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird, in einer Seitenansicht,
5 den Zellstapel in einer Draufsicht,
6 - 9 unterschiedliche Ausführungen des Zellstapels in einer Seitenansicht,
10 eine Ausführung des Zellstapels in einer Draufsicht,
11 eine weitere Variante des Zellstapels in einer Draufsicht, und
12 den Zellstapel gemäß 11 in einer Seitenansicht.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 in Form eines Personenkraftwagens (Pkw) dargestellt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Anzahl an Rädern 4 auf, von denen zumindest einige mittels eines Antriebs 6 angetrieben sind, der einen Elektromotor umfasst. Somit ist das Kraftfahrzeug 2 ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Fahrzeug. Der Antrieb 6 weist einen Umrichter auf, mittels dessen der Elektromotor gespeist ist. Der Umrichter des Antriebs 6 wiederum ist mittels eines Energiespeichers 8 in Form einer Hochvoltbatterie bestromt. Hierfür ist der Antrieb 6 mit einer Schnittstelle 10 des Energiespeichers 8 verbunden, die in ein Gehäuse 12 des Energiespeichers 8 eingebracht ist, das aus einem Edelstahl erstellt ist. Innerhalb des Gehäuses 12 des Energiespeichers 8 sind mehrere Batteriemodule angeordnet, von denen ein Teil zueinander elektrisch in Reihe und diese wiederum elektrisch zueinander parallel geschaltet sind. Der elektrische Verband der Batteriemodule ist mit der Schnittstelle 10 elektrisch kontaktiert, sodass bei Betrieb des Antriebs 6 ein Entladen oder Laden (Rekuperation) der Batteriemodule erfolgt. Aufgrund der elektrischen Verschaltung ist dabei die an der Schnittstelle 10 bereitgestellte elektrische Spannung, die 400 V beträgt, ein Vielfaches der mit den zueinander baugleichen Batteriemodule jeweils bereitgestellten elektrischen Spannung.
Jedes der Batteriemodule wiederum umfasst mehrere Batterien 14, von denen hier zwei dargestellt sind. Die Batterien 14 jedes Batteriemoduls sind elektrisch miteinander zum Teil parallel und anderenfalls elektrisch in Reihe geschaltet, sodass die mittels jedes Batteriemoduls bereitgestellte elektrische Spannung einem Vielfachen der mittels einer der Batterien 14 bereitgestellten elektrischen Spannung beträgt.
Die Batterie weist einen Zellstapel 16 auf, der mehrere Lagen 18 umfasst, die in einer Stapelrichtung 20 übereinander gestapelt sind. Die Lagen 18 sind flächig und eben ausgestaltet sowie senkrecht zur Stapelrichtung 20 angeordnet. Jede der Lagen 18 ist hierbei im Wesentlichen rechteckförmig. Der Zellstapel 16 weist zwischen 140 und 200 derartige Lagen 18, von denen hier lediglich ein Teil gezeigt ist.
Jede der Lagen 18 ist entweder aus einer Elektrode 22 oder einem Separator 24 gebildet, und die Separatoren 24 und die Elektroden 22 sind abwechselnd in Stapelrichtung 20 angeordnet. Der Zellstapel 16 ist an den jeweiligen Enden in Stapelrichtung 20 jeweils mittels einer der Elektroden 22 begrenzt. Die Separatoren 24 sind mittels eines kontinuierlichen Bandes 26 erstellt, das Z- oder zickzackförmig entlang der Stapelrichtung 20 verlegt ist und mittels dessen die jeweiligen Elektroden 22 aufgenommen sind. Hierbei ist jeweils einer der Ränder jeder der Elektroden 22 - mit Ausnahme der den Zellstapel 16 begrenzenden - an einer der Ränder von dem kontinuierlichen Bandes 26 umschlungen.
Die Elektroden 22 sind auf Anoden und Kathoden aufgeteilt, die ebenfalls abwechselnd in Stapelrichtung 20 angeordnet sind, sodass auf eine der Anoden in Stapelrichtung 20 eine der Kathoden als jeweilige Elektrode 22 und umgekehrt folgt. Die Elektroden 22 weisen jeweils einen Ableiter auf, der aus einer Metallfolie erstellt ist. Im Fall der Anode handelt es sich hierbei um eine Kupferfolie und im Fall der Kathode um eine Aluminiumfolie. Die Ableiter(folien) sind mit einem Aktivmaterial versehen, wie NMC.
Der auf diese Weise gebildete Zellstapel 16 weist somit mehrere Batteriezellen 28 auf, von denen hier lediglich vier gezeigt sind. Jeder Batteriezelle 28 ist dabei eine der Anoden und eine der Kathoden, die zueinander in Stapelrichtung 20 benachbart sind, zugeordnet. Ferner ist jeder Batteriezelle 28 einer oder zwei der Separatoren 24 zugeordnet. Die den Zellstapel 16 in Stapelrichtung 20 begrenzenden Elektroden 22 sind jeweils mit einem zugeordneten elektrischen Anschluss 30 elektrisch kontaktiert, der aus einem Gehäuse 32 herausgeführt sind, innerhalb dessen der Zellstapel 16 angeordnet ist.
In 3 ist ein Verfahren 34 zur Herstellung der Batterie 34 dargestellt. In einem ersten Arbeitsschritt 36 wird mittels eines in 4 in einer seitlichen Schnittdarstellung ausschnittsweise gezeigten Greifers 38 eine der Elektroden 22 gegriffen und über einen in 5 in einer Draufsicht gezeigten Ausrichttisch 40 bewegt, senkrecht zur Stapelrichtung 20 angeordnet ist. Der Greifer 38 ist als Vakuumgreifer ausgestaltet und weist mehrere Vakuumdüsen 42 auf, die an einer Unterseite 44 des Greifers 38 münden. Wenn die Unterseite 44 der Elektrode 22 zum Aufnehmen angenähert wurde, wird in den Vakuumdüsen 42 ein Unterdruck erzeugt, sodass die Elektrode 22 an der Unterseite 44 haftet und mittels des Greifers 38 aufgenommen werden kann.
An der Unterseite 44 des Greifers 38 münden mehrere Applizierungsdüsen 46 für einen Kleber 48, die zueinander beabstandet sind. Als Kleber 48 wird dabei Aceton oder PVDF (Polyvinylidenfluorid) verwendet. In einem zweiten Arbeitsschritt 50 wird mittels jeweils zweien der Applizierungsdüsen 46 auf die mittels des Greifers 38 aufgenommene Elektrode 22 zwei Klebepunkte 52 aufgebracht. Die Klebepunkte 52 befinden sich hierbei im Randbereich der Einzelheiten der rechteckförmigen Elektrode 22. Somit wird der Kleber 48 mittels der Applizierungsdüsen 46 punktuell aufgebracht, und es werden die entsprechenden Applizierungsdüsen 46 zur Abgabe des Klebers 48 an der gewünschten Stelle angesteuert.
In einem sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 54 wird die mittels des Greifers 38 aufgenommene und mit dem Kleber 48 versehene Elektrode 22 auf dem Ausrichttisch 40 abgelegt, und nachfolgend der Unterdruck in den Vakuumdüsen 42 beendet und somit die Elektrode 22 freigegeben, sodass der Greifer 38 von der Elektrode 22 abgehoben werden kann.
In einem sich anschließenden vierten Arbeitsschritt 56 wird auf die Elektrode 22 der Separator 24 von dem kontinuierlichen Band 28 abgewickelt, sodass zwei übereinandergestapelte Lagen 18 erstellt sind. Auf den Separator 24 wird mittels des Greifers 38 oder der Vorrichtung, mittels derer das Abrollen des kontinuierlichen Bands 28 erfolgt, mittels derer also der Separator 24 auf die Elektrode 22 gestapelt wird, ebenfalls der Kleber 48 aufgebracht.
Im Anschluss hieran wird erneut der erste bis vierte Arbeitsschritt 36, 50, 54, 56 ausgeführt. Hierbei wird bei der darauffolgenden Elektrode 22 eine andere der Applizierungsdüsen 46 zur Abgabe des Klebers 48 angesteuert, sodass die in Stapelrichtung benachbarten Klebepunkte 52 zueinander senkrecht zur Stapelrichtung 20 versetzt sind. Dies erfolgt auch bei dem Auftragen des Klebers 48 und den weiteren, darauffolgenden Elektroden 22 und Separatoren 24. Mit anderen Worten werden die Applizierungsdüsen 46 abwechselnd bei aufeinanderfolgenden Elektroden 22 doch bei aufeinanderfolgenden Separatoren 24 zur Abgabe des Klebers 48 angesteuert.
Falls der Greifer 38 lediglich eine oder wenige Applizierungsdüsen 46 aufweist, werden aufeinanderfolgende Elektroden 22 versetzt gegriffen, sodass sich die Applizierungsdüse 46 an der jeweils gewünschten Stelle der Elektrode 22 sich befindet, damit die Klebepunkte 52 von zueinander in Stapelrichtung 20 benachbarten Lagen 18 zueinander versetzt sind.
In 5 ist der Zellstapel 16 in einer Draufsicht gezeigt, wobei die den unterschiedlichen Lagen 18 zugeordneten Klebepunkte 52 beispielhaft mit N, N+1 und N+2 bezeichnet sind. Dabei sind die mit N bezeichneten Klebepunkte 52 einer der Lagen 18, die mit N+1 bezeichneten Klebepunkte 42 der hierzu in Stapelrichtung 20 benachbarten Lage 18 und die mit N+2 bezeichneten Klebepunkte 52 der in der Stapelrichtung 20 darauf gestapelten Lage 18 zugeordnet. Infolgedessen sind sämtliche Klebepunkte 52 entlang zweier Geraden angeordnet, die bezüglich der Stapelrichtung 20 verkippt sind, wie in 6 in einer Seitenansicht dargestellt.
Bei dieser Variante sind auf jede der Lagen 18 zwei der Klebepunkte 52 aufgetragen, wobei sich diese an gegenüberliegenden Schmalseiten der Elektroden22 und Separatoren24 befinden. Die Klebepunkte 52 derart angeordnet, dass diese zwischen der untersten und der obersten Lage 18 in Stapelrichtung 20 jeweils entlang der vollständigen Schmalseite des Zellstapels 16 verlaufen.
Bei der in 7 dargestellten Variante ist der Versatz der Klebepunkte 52 senkrecht zur Stapelrichtung 20 geringer, sodass der Winkel der beiden Geraden bezüglich der Stapelrichtung 20 kleiner ist.
Bei der in 8 dargestellten Variante des Zellstapels 16 sind die Klebepunkte 52 ebenfalls auf zwei Untergruppen aufgeteilt, jedoch entlang der Längsachse 20 zickzackförmig angeordnet.
Die in 9 dargestellte Variante des Zellstapels 16 entspricht im Wesentlichen der in 6 gezeigten Ausführungsform, wobei jedoch die die Mitte des Zellstapels 16 bildende Lage 18 vollständig mit Klebepunkten 52 versehen wird. Somit ist eine Stabilität erhöht.
In bei der in 10 in einer Draufsicht gezeigten Variante ist jede der Lagen 18 mit einer Vielzahl an Klebepunkte 52 versehen, sodass eine Stabilität des Zellstapels 16 weiter erhöht ist.
Zusammenfassend wird die jeweilige Elektrode 22 auf dem jeweils zugeordneten Separator 24, der sich bereits auf dem Ausrichttisch 40 befindet, abgelegt, und die Elektroden 22 und Separatoren 24 werden somit abwechselnd in Stapelrichtung 20 übereinander gestapelt, wobei die Elektroden 22 an den jeweils benachbarten Separatoren 24 mittels des Klebers 48 befestigt werden und umgekehrt. Die Fläche aller Elektroden 22 ist bei allen Varianten gleich, und diese sind deckungsgleich entlang der Stapelrichtung 20 angeordnet. Auch die Fläche aller Separatoren 24 ist bei allen Varianten gleich, und diese sind deckungsgleich entlang der Stapelrichtung 20 zueinander angeordnet. Dabei stehen die Separatoren 24 über die Elektroden 22 randseitig umlaufend über, sodass ein Materialübertritt zwischen benachbarten Elektroden 22 mittels der Separatoren 24 unterbunden ist.
Das Verfahren 34 wird solange wiederholt, bis die letzte Elektrode 22 in Stapelrichtung 20 aufgebracht wurde. Somit sind jeweils benachbarte Lagen 18 aneinander mittels des Klebers 48 befestigt. Im Anschluss hieran ist der Zellstapel 16 erstellt, und dieser wird nachdem der Kleber 48 ausgehärtet ist, in dem Gehäuse 32 positioniert.
In 11 ist in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsform des Zellstapels 16 gezeigt. Die Anordnung der Elektroden sowie der Separatoren 24 ist nicht verändert, auch nicht der Überstand der Separatoren 24 über die Elektroden 22. Die Klebepunkte 52 sind jedoch umlaufend um die Elektroden 22 angeordnet, wobei beispielsweise der Rand jedes der Separatoren 24 vollständig mit einer Vielzahl an Klebepunkte 52 versehen ist.
Die Klebepunkte 52 werden dabei mittels des Greifers 38 aufgebracht, wenn die Elektroden 22 auf dem jeweiligen Separator 24 abgelegt werden. Hierfür befinden sich bei dieser Variante des Greifers 38 die Applizierungsdüsen 46 am Rand der Unterseite 44, und bevor die Vakuumdüsen 42 zur Ablage der Elektroden 22 angesteuert werden, wird mittels der Applizierungsdüsen 46 der Kleber 48 auf den jeweiligen Separator 24 aufgetragen. Somit wird jeden der Elektroden 22 umfangsseitig mittels der Klebepunkte 52 umgeben. Zusammenfassend stehen bei dieser Variante die mittels der Separatoren 24 gebildeten Lagen 18 über die mittels der Elektroden 22 gebildeten Lagen 18 randseitig umlaufen über, und lediglich die benachbarten Lagen 18, die mittels des Separatoren 24 gebildet sind, sind mittels des Klebers 48 aneinander befestigt.
Bei einer weiteren Alternative werden wiederum lediglich jeweils zwei der Applizierungsdüsen 46 angesteuert, sodass eine abwechselnde Ansteuerung der Applizierungsdüsen 46 erfolgt und die Klebepunkte 52 entsprechend der in 12 dargestellten Seitenansicht des Zellstapels 16 positioniert sind. Bei den beiden letzten Variante weisen die Klebepunkte 52 keinen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Zellstapels 16 auf, und die Elektroden 22 werden in den mittels der Separatoren 24 und der Klebepunkte 52 gebildeten Taschen sicher gehalten.
Bei sämtlichen Varianten des Zellstapels 16 sind jeweils mehrere der Lagen 18 mittels des Klebers 48 aneinander befestigt, sodass das Anschließen der elektrischen Anschlüsse 30 sowie die Positionierung in dem Gehäuse 32 vereinfacht sind.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Kraftfahrzeug
4: Rad
6: Antrieb
8: Energiespeicher
10: Schnittstelle
12: Gehäuse des Energiespeichers
14: Batterie
16: Zellstapel
18: Lage
20: Stapelrichtung
22: Elektrode
24: Separator
26: kontinuierliches Band
28: Batteriezelle
30: elektrischer Anschluss
32: Gehäuse
34: Verfahren
36: erster Arbeitsschritt
38: Greifer
40: Ausrichttisch
42: Vakuumdüse
44: Unterseite
46: Applizierungsdüse
48: Kleber
50: zweiter Arbeitsschritt
52: Klebepunkt
54: dritter Arbeitsschritt
56: vierter Arbeitsschritt

Claims

Zellstapel (16) einer Batterie (14), mit mehreren in einer Stapelrichtung (20) übereinandergestapelten Lagen (18), wobei die Lagen (18) abwechselnd aus einer Elektrode (22) oder einem Separator (24) gebildet sind, und wobei mehrere der Lagen (18) mittels eines Klebers (48) aneinander befestigt sind.
Zellstapel (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils benachbarte Lagen (18) aneinander befestigt sind.
Zellstapel (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Separatoren (24) gebildeten Lagen (18) über die mittels der Elektroden (22) gebildeten Lagen (18) randseitig überstehen, und jeweils die mittels der Separatoren (24) gebildeten benachbarten Lagen (18) aneinander befestigt sind.
Zellstapel (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Separatoren (24) gebildeten Lagen (18) mittels eines kontinuierlichen Bandes (26) erstellt sind.
Zellstapel (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber (48) punktuell aufgebracht ist.
Zellstapel (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stapelrichtung (20) benachbarte Klebepunkte (52) zueinander senkrecht zur Stapelrichtung (20) versetzt sind.
Zellstapel (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber (48) PVDF oder Aceton ist.
Verfahren (34) zur Herstellung eine Batterie (14), bei dem mehrere Elektroden (22) und Separatoren (24) abwechseln in einer Stapelrichtung (20) übereinander gestapelt werden, von denen mehrere mittels eines Klebers (48) aneinander befestigt werden.
Verfahren (34) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (22) mittels eines Greifers (38), der eine Applizierungsdüse (46) für den Kleber (48) aufweist, aufgenommen, mit dem Kleber (48) versehen und auf dem jeweils zugeordneten Separator (24) abgelegt werden.
Verfahren (34) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Greifer (38) mit mehreren zueinander beabstandeten Applizierungsdüsen (46) herangezogen wird, die abwechselnd bei aufeinanderfolgenden Elektroden (22) zur Abgabe des Klebers (48) angesteuert werden, oder dass jeweils aufeinanderfolgende Elektroden (22) bezüglich der Applizierungsdüse (46) versetzt aufgenommen werden.