DE102021207011A1 - Elektrochemische Zelle, elektrochemisches System und Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle - Google Patents

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Christian Beck
Elisabeth Reitz
Marcel Kurz
Philipp Rominger
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Abstract

Um eine elektrochemische Zelle (100) bereitzustellen, welche möglichst einfach herstellbar ist und eine möglichst lange Lebensdauer aufweist, wird eine elektrochemische Zelle (100), insbesondere eine Rundzelle, vorgeschlagen, welche ein elektrochemisches Element (104), ein Gehäuse (106), einen ersten Zellpol (118) und einen zweiten Zellpol (120) umfasst, wobei die elektrochemische Zelle (100) ferner ein Vergusselement, insbesondere ein erstes Vergusselement (128), zur Verbindung des Gehäuses (106) und des ersten Zellpols (118) und/oder ein Vergusselement, insbesondere ein zweites Vergusselement (154), zur Verbindung des Gehäuses (106) und des zweiten Zellpols (120) umfasst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle für ein elektrochemisches System.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrochemisches System, umfassend eine oder mehrere elektrochemische Zellen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle.
  • Elektrochemische Zellen sind aus der DE 10 2018 209 270 A1 , der DE 10 2017 200 390 A1 , der EP 2 541 650 A1 , der US 2015/0214516 A1 , der DE 10 2012 213 871 A1 , der EP 1 459 882 A1 , der US 2018/0097208 A1 und der WO 2017/159760 A1 bekannt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Zelle bereitzustellen, welche möglichst einfach herstellbar ist und eine möglichst lange Lebensdauer aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die elektrochemische Zelle ist vorzugsweise eine Rundzelle.
  • Beispielsweise wird die elektrochemische Zelle in Fahrzeugen verwendet.
  • Die elektrochemische Zelle umfasst vorzugsweise ein elektrochemisches Element zur Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein Gehäuse umfasst, welches ein Becherelement zur Aufnahme des elektrochemischen Elements und ein Deckelelement zum Abdecken und/oder Verschließen des Becherelements umfasst.
  • Die elektrochemische Zelle umfasst insbesondere einen ersten Zellpol und einen zweiten Zellpol zum Verbinden der elektrochemischen Zelle mit einem Zellkontaktierungssystem.
  • Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein Vergusselement, insbesondere ein erstes Vergusselement, umfasst, beispielsweise zur Verbindung des Gehäuses und des ersten Zellpols.
  • Ergänzend oder alternativ umfasst die elektrochemische Zelle ein Vergusselement, insbesondere ein zweites Vergusselement, beispielsweise zur Verbindung des Gehäuses und des zweiten Zellpols.
  • Ein „Vergusselement“ ist vorzugsweise ein Element, welches in einem Gießverfahren und/oder einem Gussverfahren hergestellt ist. In einem Gießverfahren und/oder einem Vergussverfahren wird vorzugsweise ein Vergussmaterial, beispielsweise ein Harzmaterial, in einem fließfähigen Zustand in einen auszufüllenden Bereich eingefüllt.
  • Beispielsweise ist der erste Zellpol als Kathode ausgebildet.
  • Der zweite Zellpol ist beispielsweise als Anode ausgebildet.
  • Das erste Vergusselement bildet vorzugsweise ein erstes Verbindungselement. Ergänzend oder alternativ bildet das erste Vergusselement vorzugsweise ein erstes Dichtelement zur Abdichtung eines zwischen dem Becherelement und dem ersten Zellpol gebildeten Bereichs.
  • Günstig kann es sein, wenn das zweite Vergusselement ein zweites Verbindungselement bildet. Ergänzend oder alternativ bildet das zweite Vergusselement vorzugsweise ein zweites Dichtelement zur Abdichtung eines zwischen dem Deckelelement und dem zweiten Zellpol gebildeten Bereichs.
  • Das erste Vergusselement und/oder das zweite Vergusselement dienen vorzugsweise einer Abdichtung eines vom Gehäuse umgebenen Innenraum der elektrochemischen Zelle.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das Becherelement ein metallisches Material umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise umfasst das Becherelement Stahl oder ist daraus gebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Becherelement aus Nickel-plattiertem Stahl gebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Becherelement Aluminium oder ist daraus gebildet.
  • Günstig kann es sein, wenn das Becherelement auf dem Potential des zweiten Zellpols liegt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt das Becherelement auf dem Potential des ersten Zellpols.
  • Vorzugsweise ist das Becherelement zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ausgebildet. Insbesondere ist ein Ende des Hohlzylinders von einem Grundabschnitt und/oder Bodenabschnitt des Becherelements verschlossen.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das Becherelement einen Mantelabschnitt aufweist, welcher vorzugsweise zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig, beispielsweise zumindest näherungsweise kreishohlzylinderförmig, ausgebildet ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Becherelement einen Grundabschnitt aufweist, welcher beispielsweise zumindest näherungsweise kreisförmig ist. Beispielsweise verschließt der Grundabschnitt das Becherelement in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle an einer dem zweiten Zellpol abgewandten Seite des Becherelements. Der Grundabschnitt ist beispielsweise ein Bodenabschnitt.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein erstes Stromsammlerelement umfasst, welches mindestens ein erstes Anbindungselement zur Anbindung des ersten Stromsammlerelements an den ersten Zellpol und/oder zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements und des ersten Zellpols umfasst, wobei das mindestes eine erste Anbindungselement in Form einer in Richtung des ersten Zellpols weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des ersten Zellpols weisenden Vorsprungs ausgebildet ist.
  • Das mindestens eine erste Anbindungselement ist vorzugsweise stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem ersten Zellpol verbunden.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass das mindestens eine erste Anbindungselement des ersten Stromsammlerelements ein napfförmiger und/oder becherförmiger Bereich des Stromsammlerelements ist. Vorzugsweise ist das erste Stromsammlerelement größtenteils, beispielsweise über ungefähr 90 % der Fläche oder mehr, plattenförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das erste Stromsammlerelement eine Stromsammlerplatte.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn eine, vorzugsweise fluiddichte, Schweißverbindung von einer dem ersten Stromsammlerelement abgewandten Seite des ersten Zellpols aus ausgebildet ist. Beispielsweise ist das erste Anbindungselement durch Durchschweißen von einer dem ersten Zellpol abgewandten Seite aus an dem ersten Zellpol festgelegt.
  • Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein zweites Stromsammlerelement umfasst, welches mindestens ein zweites Anbindungselement zur Anbindung des zweiten Stromsammlerelements an den zweiten Zellpol und/oder zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements und des zweiten Zellpols umfasst. Das mindestens eine zweite Anbindungselement ist vorzugsweise in Form einer in Richtung des zweiten Zellpols weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des zweiten Zellpols weisenden Vorsprungs ausgebildet.
  • Beispielsweise ist das mindestens eine zweite Anbindungselement stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem zweiten Zellpol verbunden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Stromsammlerelement in einem parallel zur Mittelachse der elektrochemischen Zelle genommenen Querschnitt eine erste Biegung, beispielsweise eine Biegung um ungefähr 180°, aufweist.
  • Vorzugsweise weist das zweite Stromsammlerelement eine zweite Biegung, beispielsweise um ungefähr 90°, auf.
  • In Ausführungsformen, welche ein zweites Stromsammlerelement eine erste und/oder eine zweite Biegung aufweisen, kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Zellpol exzentrisch angeordnet ist.
  • Beispielsweise ist ein Ende des zweiten Stromsammlerelements durch eine dafür vorgesehene Öffnung im zweiten Zellpol hindurchgeführt und innerhalb der Öffnung stoffschlüssig mit dem zweiten Zellpol verbunden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Zellpol und das mindestens eine zweite Anbindungselement zumindest teilweise aus voneinander verschiedenen metallischen Materialien gebildet sind.
  • Beispielsweise ist der zweite Zellpol mehrteilig und umfasst einen ersten Teil, welcher Kupfer umfasst oder daraus gebildet ist.
  • Insbesondere umfasst der zweite Zellpol einen zweiten Teil, welcher beispielsweise Aluminium umfasst oder daraus gebildet ist.
  • Das mindestens eine zweite Anbindungselement umfasst vorzugsweise Kupfer oder ist daraus gebildet.
  • Beispielsweise ist ein Materialübergang innerhalb des zweiten Zellpols oder zwischen dem mindestens einen zweiten Anbindungselement und dem zweiten Zellpol ausgebildet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass im zweiten Zellpol voneinander verschiedene Bereiche ausgebildet sind, welche vom zweiten Vergusselement umgeben und/oder voneinander getrennt sind.
  • Beispielsweise ist ein Verbindungsbereich ausgebildet, in welchem der zweite Zellpol mit dem mindestens einen zweiten Anbindungselement verbunden ist.
  • Der Verbindungsbereich des zweiten Zellpols ist beispielsweise aus demselben Material gebildet wie das mindestens eine zweite Anbindungselement des zweiten Stromsammlerelements.
  • Alternativ dazu, dass ein Materialübergang zwischen dem zweiten Zellpol und dem mindestens einen zweiten Anbindungselement ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass der zweite Zellpol und das mindestens eine zweite Anbindungselement aus demselben metallischen Material gebildet sind.
  • Beispielsweise umfassen der zweite Zellpol und das mindestens eine zweite Anbindungselement Kupfer oder sind daraus gebildet.
  • Alternativ dazu, dass das zweite Stromsammlerelement mindestens ein zweites als Wölbung und/oder Vorsprung ausgebildetes zweites Anbindungselement aufweist, kann vorgesehen sein, dass die elektrochemische Zelle ein zweites Stromsammlerelement aufweist, dessen plattenförmiger Grundkörper und/oder dessen Randbereich unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei vorzugsweise das zweite Stromsammlerelement mit dem Deckelelement und dem Becherelement verbunden ist, beispielsweise durch eine Fügeverbindung.
  • Vorzugsweise ist und/oder wird das zweite Stromsammlerelement durch Crimpen mit dem Deckelelement und/oder dem Becherelement verbunden.
  • Insbesondere zur Ausbildung einer optimierten Fügeverbindung zwischen dem Becherelement und dem Deckelelement kann es vorteilhaft sein, wenn das Becherelement an einem dem Bodenabschnitt abgewandten Ende mindestens eine Vertiefung, beispielsweise eine in Umfangsrichtung des Becherelements umlaufende Sicke, aufweist.
  • Alternativ zu einer Verbindung des zweiten Stromsammlerelements und des Gehäuses durch eine Fügeverbindung kann vorgesehen sein, dass das zweite Stromsammlerelement durch Schweißen, beispielsweise durch Durchschweißen, mit dem zweiten Zellpol verbunden ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist das zweite Stromsammlerelement vorzugsweise vom Deckelelement beabstandet angeordnet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Stromsammlerelement durch ein zweites Anbindungselement des zweiten Stromsammlerelements mit dem zweiten Zellpol verbunden ist. Beispielsweise ist denkbar, dass das zweite Anbindungselement des zweiten Stromsammlerelements ein napfförmiger und/oder becherförmiger Bereich des zweiten Stromsammlerelements ist. Vorzugsweise ist das zweite Stromsammlerelement größtenteils, beispielsweise über ungefähr 90 % der Fläche oder mehr, plattenförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Stromsammlerelement eine Stromsammlerplatte.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn eine, vorzugsweise fluiddichte, Schweißverbindung von einer dem ersten Stromsammlerelement abgewandten Seite des ersten Zellpols ausgebildet ist. Beispielsweise ist das erste Anbindungselement durch Durchschweißen von einer dem ersten Zellpol abgewandten Seite an dem ersten Zellpol festgelegt.
  • Beispielsweise ist an einer dem Innenraum zugewandten Innenseite des Deckelelements ein Isolierelement, beispielsweise ein zweites Isolierelement, angeordnet, welches einer elektrischen Isolierung des Deckelelements dient.
  • Günstig kann es sein, wenn das Deckelelement und das Becherelement stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind das Deckelelement und das Becherelement miteinander verschweißt, beispielsweise durch Durchschweißen miteinander verbunden.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass das erste Stromsammlerelement mittels einer, insbesondere fluiddichten, Schweißnaht mit dem Becherelement verbunden ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Becherelement insbesondere auf dem Potential des ersten Zellpols und/oder bildet einen Teil des ersten Zellpols. Ein erstes Isolierelement ist vorzugsweise entbehrlich.
  • Ergänzend oder alternativ ist denkbar, dass das zweite Stromsammlerelement mittels einer, insbesondere fluiddichten, Schweißnaht mit dem Deckelelement verbunden ist.
  • Vorzugsweise bilden das mindestens eine erste Anbindungselement und/oder das mindestens eine zweite Anbindungselement einen Toleranzausgleich.
  • In montiertem Zustand der elektrochemischen Zelle ist das mindestens eine erste Anbindungselement vorzugsweise in unmittelbarem stofflichem Kontakt mit dem ersten Zellpol. Beispielsweise ist das mindestens eine erste Anbindungselement stoffschlüssig mit dem ersten Zellpol verbunden.
  • Insbesondere ist das mindestens eine zweite Anbindungselement in montiertem Zustand der elektrochemischen Zelle in unmittelbarem stofflichem Kontakt mit dem zweiten Zellpol. Beispielsweise ist das mindestens eine zweite Anbindungselement stoffschlüssig mit dem zweiten Zellpol verbunden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine erste Anbindungselement durch Biegen und/oder Ausschneiden, beispielsweise Ausstanzen, gebildet ist.
  • Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine zweite Anbindungselement durch Biegen und/oder Ausschneiden, beispielsweise Ausstanzen, gebildet ist.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein erstes Isolierelement aufweist, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement bildet.
  • Ergänzend oder alternativ kann es günstig sein, wenn die elektrochemische Zelle ein zweites Isolierelement aufweist, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem zweiten Zellpol und dem Deckelelement bildet.
  • Vorzugsweise dient das erste Isolierelement einer elektrischen Isolierung des ersten Zellpols. Insbesondere ist das erste Isolierelement an einer Innenseite des Grundabschnitts und/oder Bodenabschnitts des Becherelements angeordnet.
  • Günstig kann es sein, wenn das erste Isolierelement mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, ausgebildet ist. Beispielsweise weist das Isolierelement einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist vorzugsweise zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Mittelachse der elektrochemischen Zelle genommen.
  • Die Mittelachse der elektrochemischen Zelle ist vorzugsweise parallel zu einer Symmetrieachse der elektrochemischen Zelle und/oder zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Deckelelements und/oder des Grundabschnitts des Becherelements.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement, beispielsweise mittig, eine Ausnehmung aufweist, in welcher in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle der erste Zellpol aufgenommen und/oder angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die Ausnehmung des ersten Isolierelements in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des ersten Isolierelements genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig ausgebildet.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass der erste Zellpol in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des ersten Zellpols genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise komplementär zur Ausnehmung des ersten Isolierelements ausgebildet ist.
  • Beispielsweise sind der erste Zellpol und die Ausnehmung des ersten Isolierelements in einem senkrecht zur Mittelachse des elektrochemischen Elements genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig oder zumindest näherungsweise oval und/oder rund.
  • Vorzugsweise sind der erste Zellpol und/oder die Ausnehmung des ersten Isolierelements in einem Querschnitt rechteckförmig mit abgerundeten Ecken.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement eine oder mehrere Vertiefungen aufweist, welche umlaufend um die Ausnehmung ausgebildet sind. Die eine oder die mehreren Vertiefungen sind vorzugsweise rinnenförmige Vertiefungen und/oder Sicken.
  • Beispielsweise weist das erste Isolierelement eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung auf, welche in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des ersten Isolierelements genommenen Querschnitt konzentrisch angeordnet sind.
  • Die erste Vertiefung dient insbesondere einer Positionierung des ersten Zellpols in der Ausnehmung des ersten Isolierelements während der Herstellung der elektrochemischen Zelle.
  • Die zweite Vertiefung dient vorzugsweise einer Positionierung des ersten Isolierelements relativ zum Deckelelement während der Herstellung der elektrochemischen Zelle.
  • Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein zweites Isolierelement aufweist.
  • Vorzugsweise dient das zweite Isolierelement einer elektrischen Isolierung des zweiten Zellpols oder einer elektrischen Isolierung des ersten Zellpols und des zweiten Zellpols. Insbesondere ist das zweite Isolierelement an einer dem Innenraum der elektrochemischen Zelle zugewandten Innenseite des Deckelelements angeordnet.
  • Günstig kann es sein, wenn das zweite Isolierelement mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, ausgebildet ist. Beispielsweise weist das zweite Isolierelement einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist vorzugsweise zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Mittelachse der elektrochemischen Zelle genommen.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Isolierelement, beispielsweise mittig, eine Ausnehmung aufweist, in welcher in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle der zweite Zellpol oder der erste Zellpol und der zweite Zellpol aufgenommen und/oder angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die Ausnehmung des zweiten Isolierelements in einer parallel zur Haupterstreckungsebene des zweiten Isolierelements genommenen Ebene zumindest näherungsweise rechteckförmig ausgebildet.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass der zweite Zellpol in einem parallel zur Haupterstreckungsebene genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise komplementär zur Ausnehmung des zweiten Isolierelements ausgebildet ist.
  • Beispielsweise sind der zweite Zellpol und die Ausnehmung des zweiten Isolierelements in einem senkrecht zur Mittelachse der elektrochemischen Zelle genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig oder zumindest näherungsweise oval und/oder rund.
  • Vorzugsweise ist der zweite Zellpol und/oder die Ausnehmung des zweiten Isolierelements in einem Querschnitt rechteckförmig mit abgerundeten Ecken.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Isolierelement eine oder mehrere Vertiefungen aufweist, welche umlaufend um die Ausnehmung ausgebildet sind. Die eine oder die mehreren Vertiefungen sind vorzugsweise rinnenförmige Vertiefungen und/oder Sicken.
  • Beispielsweise weist das zweite Isolierelement eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung auf, welche in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des zweiten Isolierelements genommenen Querschnitt konzentrisch angeordnet sind.
  • Die erste Vertiefung dient insbesondere einer Positionierung des zweiten Zellpols oder des ersten Zellpols und des zweiten Zellpols in der Ausnehmung des zweiten Isolierelements während der Herstellung der elektrochemischen Zelle.
  • Die zweite Vertiefung dient vorzugsweise einer Positionierung des zweiten Isolierelements relativ zum Deckelelement während der Herstellung der elektrochemischen Zelle.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Vergusselement ein erstes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist und/oder dass das zweite Vergusselement ein zweites Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist.
  • Das erste Isolierelement umfasst vorzugsweise ein drittes Polymermaterial oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst das zweite Isolierelement ein viertes Polymermaterial oder ist daraus gebildet.
  • Das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Polymermaterial sind vorzugsweise thermoplastisches Polymermaterialien, insbesondere elektrolytbeständige thermoplastische Polymermaterialien.
  • Ergänzend oder alternativ sind das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Polymermaterial beispielsweise ein in einem Spritzgussverfahren verarbeitbare Polymermaterialien.
  • Beispielsweise umfassen das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Polymermaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien oder sind daraus gebildet: Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylenterephthalat.
  • Das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Polymermaterial sind vorzugsweise elektrisch isolierend.
  • Unter „elektrisch leitfähig“ ist insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C von 10-1 S/m oder mehr, insbesondere 106 S/m oder mehr, zu verstehen.
  • Unter „elektrisch isolierend“ ist insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C von weniger als 10-1 S/m, insbesondere von weniger als 106 S/m, zu verstehen.
  • Wie bereits erwähnt, umfasst das erste Vergusselement vorzugsweise ein erstes Polymermaterial oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst das erste Polymermaterial ein erstes Harzmaterial oder ist daraus gebildet.
  • Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder daraus gebildet ist: Epoxidharzmaterial, Phenolharzmaterial, Aminoplastmaterial, Polyurethanmaterial, Silikonmaterial, Polyesterharzmaterial, ABS-Harzmaterial.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Harzmaterial in einem ausgehärteten Zustand zu dem ersten Polymermaterial eine Härte von ca. 40 Shore D oder mehr, insbesondere von ca. 50 Shore D, beispielsweise von ca. 60 Shore D oder mehr, aufweist.
  • Die Härte des ersten Harzmaterials in einem ausgehärteten Zustand zu dem ersten Polymermaterial beträgt ca. 100 Shore D oder weniger, insbesondere ca. 97 Shore D oder weniger, beispielsweise ca. 95 Shore D oder weniger.
  • Die Härte ist insbesondere nach DIN EN ISO 868 bestimmt.
  • Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial eine Glasübergangstemperatur von ca. 90 °C oder mehr, insbesondere von ca. 95 °C oder mehr, beispielsweise von ca. 100 °C oder mehr, aufweist. Die Glasübergangstemperatur ist vorzugsweise auf einen gehärteten Zustand des ersten Harzmaterials zu dem ersten Polymermaterial bezogen.
  • Vorzugsweise ist das erste Harzmaterial ein ein-komponentiges Harzmaterial, beispielsweise ein ein-komponentiges Epoxidharzmaterial.
  • Ein-komponentige Epoxidharzmaterialien weisen vorzugsweise eine erhöhte Stabilität gegenüber einem Elektrolyten, welcher im Innenraum aufgenommen ist, auf.
  • Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial ein oder mehrere Füllstoffe umfasst. Der eine oder die mehreren Füllstoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus: anorganischen Füllstoffen, insbesondere Siliziumoxid, Carbonat, Carbid, insbesondere Siliziumcarbid, Nitrid, insbesondere Metallnitrid, Metalloxid.
  • Bevorzugte Siliziumoxide sind Silikate.
  • Durch die Verwendung von Füllstoffen kann eine Sauerstoffdiffusion und/oder Wasserdiffusion von einer Umgebung der elektrochemischen Zelle in den Innenraum über das erste Vergusselement vermieden oder reduziert werden.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Vergusselement ein zweites Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise umfasst das zweite Polymermaterial ein zweites Harzmaterial oder ist daraus gebildet.
  • Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder daraus gebildet ist: Epoxidharzmaterial, Phenolharzmaterial, Aminoplastmaterial, Polyurethanmaterial, Silikonmaterial, Polyesterharzmaterial, ABS-Harzmaterial.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial in einem ausgehärteten Zustand zu dem zweiten Polymermaterial eine Härte von ca. 40 Shore D oder mehr, insbesondere von ca. 50 Shore D, beispielsweise von ca. 60 Shore D oder mehr, aufweist.
  • Die Härte des zweiten Harzmaterials in einem ausgehärteten Zustand zu dem zweiten Polymermaterial beträgt ca. 100 Shore D oder weniger, insbesondere ca. 97 Shore D oder weniger, beispielsweise ca. 95 Shore D oder weniger.
  • Die Härte ist insbesondere nach DIN EN ISO 868 bestimmt.
  • Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial eine Glasübergangstemperatur von ca. 90 °C oder mehr, insbesondere von ca. 95 °C oder mehr, beispielsweise von ca. 100 °C oder mehr, aufweist. Die Glasübergangstemperatur ist vorzugsweise auf einen gehärteten Zustand des zweiten Harzmaterials zu dem zweiten Polymermaterial bezogen.
  • Vorzugsweise ist das zweite Harzmaterial ein ein-komponentiges Harzmaterial, beispielsweise ein ein-komponentiges Epoxidharzmaterial.
  • Ein-komponentige Epoxidharzmaterialien weisen vorzugsweise eine erhöhte Stabilität gegenüber einem Elektrolyten, welcher im Innenraum aufgenommen ist, auf.
  • Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial einen oder mehrere Füllstoffe umfasst. Der eine oder die mehreren Füllstoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus: anorganischen Füllstoffen, insbesondere Siliziumoxid, Carbonat, Carbid, insbesondere Siliziumcarbid, Nitrid, insbesondere Metallnitrid, Metalloxid.
  • Bevorzugte Siliziumoxide sind Silikate.
  • Durch die Verwendung von Füllstoffen kann eine Sauerstoffdiffusion und/oder Wasserdiffusion von einer Umgebung der elektrochemischen Zelle in den Innenraum über das zweite Vergusselement vermieden oder reduziert werden.
  • Vorzugsweise sind das erste Polymermaterial und das zweite Polymermaterial chemisch und/oder physikalisch voneinander verschiedene Materialien.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Polymermaterial und das zweite Polymermaterial chemisch und/oder physikalisch identische Materialien sind.
  • Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass sich das dritte Polymermaterial vom ersten Polymermaterial und/oder vom zweiten Polymermaterial chemisch und/oder physikalisch unterscheidet. Alternativ kann das dritte Polymermaterial chemisch und/oder physikalisch dem ersten Polymermaterial und/oder dem zweiten Polymermaterial entsprechen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das erste Vergusselement in radialen Richtungen bezüglich einer Mittelachse der elektrochemischen Zelle zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement angeordnet ist und/oder dass das zweite Vergusselement in radialen Richtungen bezüglich der Mittelachse der elektrochemischen Zelle zwischen dem zweiten Zellpol und dem Deckelelement angeordnet ist.
  • Beispielsweise bildet das erste Vergusselement von einer dem Deckelelement angewandten Seite des Becherelements aus gesehen einen ringförmigen Abschnitt zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement.
  • Ergänzend oder alternativ ist denkbar, dass das zweite Vergusselement an einer dem Innenraum angewandten Außenseite des Deckelelements einen ringförmigen Abschnitt zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement bildet.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das Deckelelement und/oder das Becherelement eine Berstvorrichtung umfasst, die einen Berststeg aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks im Innenraum der elektrochemischen Zelle bricht und/oder reißt. Beispielsweise kann eine Berstvorrichtung in einem Bodenbereich des Becherelements angeordnet und/oder ausgebildet sein.
  • Vorzugsweise ist der Berststeg durch einen linienförmigen Bereich verringerter Materialstärke und/oder durch zwei beidseitig des Deckelelements und/oder des Becherelements in das Deckelelement beziehungsweise in das Becherelement eingebrachte Vertiefungen, beispielsweise Prägungen, gebildet.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Berstvorrichtung einen flächigen Bereich verringerter Materialstärke im Vergleich zur durchschnittlichen Materialstärke des Deckelelements und/oder des Becherelements aufweist.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das Deckelelement und/oder das Becherelement eine Elektrolyteinfüllöffnung zur Einfüllung von Elektrolyten in den Innenraum der elektrochemischen Zelle und/oder zur Entnahme von Elektrolyten aus dem Innenraum der elektrochemischen Zelle aufweist. Beispielsweise kann eine Elektrolyteinfüllöffnung in einem Bodenbereich des Becherelements angeordnet und/oder ausgebildet sein.
  • Die Elektrolyteinfüllöffnung wird vorzugsweise nach einer Befüllung des Innenraums der elektrochemischen Zelle verschlossen, beispielsweise verschweißt.
  • Insbesondere weist das zweite Isolierelement eine Elektrolyteinfüllöffnung auf.
  • Günstig kann es sein, wenn das Deckelelement eine oder mehrere Erhebungen aufweist, welche in einer vom Innenraum weg weisenden Richtung von einem Grundkörper des Deckelelements weg ragen, wobei die eine oder die mehreren Erhebungen vorzugsweise eine Öffnung zur Aufnahme des zweiten Vergusselements begrenzen.
  • Die eine oder die mehreren Erhebungen dienen insbesondere einer Füllstandserhöhung bei einer Einfüllung des zweiten Vergussmaterials. Beispielsweise sind die eine oder die mehreren Erhebungen durch Sicken gebildet.
  • Günstig kann es sein, wenn der zweite Zellpol einen oder mehrere radiale Vorsprünge aufweist, welche sich längs radialer Richtungen bezüglich der Mittelachse der elektrochemischen Zelle erstrecken. Beispielsweise weist der zweite Zellpol einen einzigen Vorsprung auf, welcher um einen Grundkörper des zweiten Zellpols umlaufend ausgebildet ist. So kann sich das zweite Vergusselement mechanisch mit dem zweiten Zellpol verkrallen.
  • Beispielsweise ist der zweite Zellpol geprägt und/oder weist einen oder mehrere in radialer Richtung verlaufende radiale Vorsprünge auf. Der eine oder die mehreren radialen Vorsprünge dienen insbesondere einer Füllstandserhöhung eines zweiten Harzmaterials.
  • Bezüglich der Ausbildung des Deckelelements kann es vorteilhaft sein, wenn das Deckelelement einen oder mehrere Rücksprünge aufweist, in welchen das zweite Vergusselement das Deckelelement in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle längs einer parallel zur Mittelachse verlaufenden Richtung hintergreift.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die elektrochemische Zelle, beispielsweise der zweite Zellpol, mindestens ein Umschnappelement umfasst, welches bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks und/oder einer kritischen Temperatur im Innenraum der elektrochemischen Zelle von einem Ruhezustand in einen ausgelösten Zustand nach außen umlenkbar ist und/oder umgelenkt wird. So wird beispielsweise ein elektrischer Kontakt zwischen dem zweiten Zellpol und einem zweiten Stromsammlerelement unterbrochen und/oder getrennt.
  • Durch das Umlenken des mindestens einen Umschnappelements vom Ruhezustand in den ausgelösten Zustand ist insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Zellpol und dem zweiten Stromsammlerelement, welches mit dem elektrochemischen Element verbunden ist, getrennt.
  • Vorzugsweise ist das mindestens eine Umschnappelement durch den zweiten Zellpol als Ganzes gebildet.
  • Alternativ kann das mindestens eine Umschnappelement beispielsweise in den zweiten Zellpol der elektrochemischen Zelle eingeschweißt werden.
  • Das mindestens eine Umschnappelement wird bei einem vorgegebenen Zellinnendruck nach außen ausgelenkt und unterbricht dadurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Zellpol und dem zweiten Stromsammlerelement.
  • Der erhöhte Zellinnendruck entsteht insbesondere durch elektrochemische Prozesse und durch die Wärmeentwicklung beim Überladen der elektrochemischen Zelle.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn der erste Zellpol und/oder der zweite Zellpol einen Bereich verringerter Materialstärke aufweisen, welche insbesondere einer Erleichterung einer Verbindbarkeit des jeweiligen Zellpols mit dem jeweiligen Stromsammlerelement dienen. Der oder die Bereiche verringerter Materialstärke sind vorzugsweise niedergeprägte Bereiche. Im Bereich verringerter Materialstärke weist der jeweilige Zellpol vorzugsweise eine verringerte Durchschweißtiefe auf.
  • Vorzugsweise weist der zweite Zellpol mehrere Funktionsbereiche auf, welche durch das zweite Vergusselement voneinander getrennt sind, wobei vorzugsweise die mehreren Funktionsbereiche durch eine oder mehrere, insbesondere umlaufende, Erhebungen, beispielsweise Sicken, voneinander getrennt sind oder wobei die mehreren Funktionsbereiche selbst relativ zu einem Grundkörper als Erhebungen und/oder Plateaus ausgebildet sind.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die elektrochemische Zelle ein einziges Vergusselement umfasst, von welchem der zweite Zellpol oder der erste Zellpol und der zweite Zellpol aufgenommen und/oder umgeben sind.
  • Das elektrochemische Element ist gemäß dieser Ausführungsform an einer dem Bodenabschnitt des Becherelements zugewandten Seite, insbesondere ausschließlich, durch ein erstes Isolierelement mit dem Becherelement verbunden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Becherelement als Ganzes auf dem Potential des ersten Zellpols liegt. Gemäß dieser Ausführungsform ist vorzugsweise das erste Stromsammlerelement in das Becherelement eingepresst und/oder damit verpresst.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das elektrochemische Element durch ein erstes Isolierelement gegenüber dem Becherelement elektrisch isoliert ist.
  • Der erste Zellpol und der zweite Zellpol sind gemäß dieser Ausführungsform beispielsweise an derselben Seite der elektrochemischen Zelle angeordnet und/oder im selben Vergusselement verankert. Vorzugsweise sind das erste Stromsammlerelement und das zweite Stromsammlerelement an derselben Seite der elektrochemischen Zelle und/oder an derselben Seite wie die Zellpole angeordnet.
  • Gemäß dieser Ausführungsform sind vorzugsweise sowohl der erste Zellpol als auch der zweite Zellpol in derselben Öffnung des Deckelelements angeordnet.
  • Beispielsweise sind der erste Zellpol und der zweite Zellpol durch das Vergusselement voneinander getrennt und/oder vom Deckelelement beabstandet gehalten.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein zweites Isolierelement umfasst, welches eine erste Ausnehmung für den ersten Zellpol und eine erste Ausnehmung für den zweiten Zellpol umfasst.
  • Insbesondere sind die erste Ausnehmung und/oder die zweite Ausnehmung von einer oder mehreren Vertiefungen, beispielsweise einer oder mehreren Sicken, umgeben. Die Vertiefungen dienen einer Positionierung im Deckelelement.
  • Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein oder mehrere Abstandshalterelemente aufweist. Das eine oder eines oder mehrere der Abstandshalterelemente ist beispielsweise zwischen dem Deckelelement und dem ersten Zellpol angeordnet ist. Ergänzend oder alternativ ist beispielsweise das eine oder eines oder mehrere der Abstandshalterelemente zwischen dem Deckelelement und dem zweiten Zellpol angeordnet.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass das erste Stromsammlerelement der elektrochemischen Zelle durch ein erstes Federelement, beispielsweise durch eine Federscheibe, an dem Becherelement angebunden ist.
  • Beispielsweise ist das erste Anbindungselement durch das erste Federelement gebildet. Vorzugsweise umfasst das erste Federelement Aluminium oder ist daraus gebildet.
  • Ergänzend oder alternativ ist denkbar, dass das zweite Stromsammlerelement durch ein zweites Federelement, beispielsweise eine Federscheibe, an dem Deckelelement und/oder dem zweiten Zellpol angebunden ist.
  • Beispielsweise ist das zweite Anbindungselement durch das zweite Federelement gebildet. Das zweite Federelement umfasst beispielsweise Kupfer oder ist daraus gebildet.
  • Durch das erste Federelement und/oder durch das zweite Federelement ist beispielsweise eine kraftschlüssige Verbindung des jeweiligen Stromsammlerelements mit dem entsprechenden Zellpol ausgebildet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das erste Stromsammlerelement eine elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung aufweist.
  • Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das zweite Stromsammlerelement eine elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung aufweist.
  • In Ausführungsformen, in welchen das erste Stromsammlerelement eine elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung aufweist, und/oder, in welchen das erste Stromsammlerelement eine elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung aufweist, ist vorzugsweise ein Kraftschluss durch Einpressen des ersten Stromsammlerelements in das Becherelement ausgebildet.
  • Vorzugsweise umfasst die elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung ein elektrisch leitfähiges Fluorpolymermaterial oder ein Synthesekautschukmaterial oder ist daraus gebildet.
  • Beispielsweise eignen sich folgende Zusammensetzungen als Material für die elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung:
    • a1) ein Harzmaterial und ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive, beispielsweise ein Epoxidharzmaterial und ein oder mehrere Leitruße;
    • a2) ein Elastomermaterial und ein Übergangsmetallcarbid, sowie optional ein oder mehrere elektrisch leitfähigen Additive, beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk und Titancarbid;
    • a3) ein elektrisch leitfähiges Klebematerial, vorzugsweise ein Elastomermaterial, ein Harzmaterial, ein oder mehrere elektrisch leitfähigen Additive und optional ein Übergangsmetalloxid, beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Epoxidharzmaterial, Leitruß und optional Titancarbid;
    • a4) ein elektrisch leitfähiges Thermoplastmaterial, insbesondere ein Thermoplastmaterial, ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive und ein Übergangsmetalloxid, beispielsweise Polyvinylidenfluorid oder Polytetrafluorethylen und Leitruß und Titancarbid;
    • a5) eine elektrisch leitfähige Paste, beispielsweise umfassend Styrol-Butadien-Kautschuk, Carboxymethylcellulose, Titancarbid, wobei optional eine Fluorpolymersuspension verwendet werden kann.
  • Günstig kann es sein, wenn das elektrochemische Element zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ist und/oder parallel zur Mittelachse der elektrochemischen Zelle einen Hohlraum aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektrochemisches System, welches eine oder mehrere erfindungsgemäße elektrochemische Zellen aufweist.
  • Ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle gelten vorzugsweise für das erfindungsgemäße elektrochemische System gleichermaßen.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle.
  • Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem sich möglichst einfach eine elektrochemische Zelle herstellen lässt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrochemische Zelle gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle.
  • Es wird vorzugsweise ein elektrochemisches Element zur Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie bereitgestellt oder hergestellt.
  • Das elektrochemische Element wird insbesondere in einem Gehäuse positioniert, welches ein Becherelement zur Aufnahme des elektrochemischen Elements und ein Deckelelement zum Abdecken und/oder Verschließen des Becherelements umfasst.
  • Vorzugsweise wird ein Vergusselements, insbesondere ein erstes Vergusselement, hergestellt, beispielsweise zur Verbindung des Becherelements mit einem ersten Zellpol.
  • Ergänzend oder alternativ wird ein Vergusselement, insbesondere ein zweites Vergusselement, hergestellt, beispielsweise zur Verbindung des Deckelelements mit einem zweiten Zellpol.
  • Ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle gelten vorzugsweise für das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass ein erstes Isolierelement an einem, beispielsweise stabförmigen, Werkzeugträger positioniert wird. Anschließend wird beispielsweise der erste Zellpol in einer dafür vorgesehenen Ausnehmung im Isolierelement positioniert.
  • Günstig kann es sein, wenn anschließend das Becherelement derart positioniert wird, dass das erste Isolierelement an einer einem Innenraum zugewandten Innenseite des Becherelements positioniert ist und/oder anliegt.
  • Vorzugsweise wird nach einer Positionierung des ersten Isolierelements relativ zu dem Becherelement ein erstes Polymermaterial in einem fließfähigen Zustand in einen Bereich zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement eingefüllt. Anschließend wird vorzugsweise das erste Polymermaterial ausgehärtet und/oder getrocknet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass ein elektrochemisches Element derart hergestellt, beispielsweise gewickelt, wird, dass ein oder mehrere erste Kontaktiervorsprünge und/oder ein oder mehrere zweite Kontaktiervorsprünge gebildet werden, welche sich von einem Grundkörper des elektrochemischen Elements weg erstrecken. Der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge und/oder zweiten Kontaktiervorsprünge stehen beispielsweise über den Grundkörper des elektrochemischen Elements hinaus und/oder ragen vom Grundkörper weg.
  • Beispielsweise umfasst das elektrochemische Element einen oder mehrere erste Kontaktiervorsprünge zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements mit dem ersten Zellpol. Beispielsweise ragen der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge an einer dem ersten Zellpol in einem montierten Zustand zugewandten Seite des elektrochemischen Elements vom Grundkörper des elektrochemischen Elements weg. Der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge sind beispielsweise lamellenförmig und/oder laschenförmig ausgebildet.
  • Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das elektrochemische Element einen oder mehrere zweite Kontaktiervorsprünge zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements mit dem zweiten Zellpol umfasst. Beispielsweise ragen der eine oder die mehreren zweiten Kontaktiervorsprünge an einer dem ersten Zellpol in einem montierten Zustand abgewandten Seite des elektrochemischen Elements vom Grundkörper des elektrochemischen Elements weg. Der eine oder die mehreren zweiten Kontaktiervorsprünge sind beispielsweise lamellenförmig und/oder laschenförmig ausgebildet.
  • Der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge und/oder der eine oder die mehreren zweiten Kontaktiervorsprünge sind beispielsweise unbeschichtet.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge mit einem ersten Stromsammlerelement verbunden, beispielsweise verschweißt, werden.
  • Vorzugsweise werden der eine oder die mehreren zweiten Kontaktiervorsprünge mit dem zweiten Stromsammlerelement verbunden, beispielsweise verschweißt.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge aus einem unbeschichteten Kathodensubstrat, beispielsweise Aluminium, gebildet sind und/oder werden.
  • Ergänzend oder alternativ ist denkbar, dass der eine oder die mehreren zweiten Kontaktiervorsprünge von unbeschichtetem Anodensubstrat, beispielsweise Kupfer, gebildet sind und/oder werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das elektrochemische Element in das Becherelement eingeführt wird und dass anschließend ein erstes Stromsammlerelement der elektrochemischen Zelle mit dem ersten Zellpol verbunden, beispielsweise verschweißt, wird.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn nach einem Positionieren des elektrochemischen Elements im Becherelement das Deckelelement an einem zweiten Stromsammlerelement angeordnet wird und das Becherelement durch Fügen, beispielsweise durch Crimpen, mit dem Deckelelement und dem zweiten Stromsammlerelement verbunden wird.
  • Günstig kann es sein, wenn ein zweites Isolierelement, das Deckelelement und der zweite Zellpol gestapelt werden, bevor sie mit einem ersten Harzmaterial und/oder einem zweiten Harzmaterial in einem fließfähigen Zustand miteinander vergossen werden.
  • Beispielsweise wird das erste Polymermaterial und/oder das zweite Polymermaterial anschließend getrocknet und/oder aushärten gelassen, wobei das Vergusselement gebildet wird.
  • Beispielsweise ist es denkbar, dass das elektrochemische Element durch Aufwickeln auf und/oder um eine Wickelvorrichtung, beispielsweise einen Wickeldorn, hergestellt wird, wodurch insbesondere ein Hohlraum parallel zur Mittelachse der elektrochemischen Zelle gebildet wird.
  • Die Wickelvorrichtung wird vorzugsweise nach der Aufwicklung und/oder vor der weiteren Montage aus dem elektrochemischen Element, insbesondere dem Zellwickel, entfernt.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Deckelelementbaugruppe gebildet wird, welche insbesondere folgende Elemente umfasst oder daraus gebildet ist:
    • - das Deckelelement;
    • - den zweiten Zellpol;
    • - das zweite Vergusselement; und
    • - das zweite Isolierelement.
  • Beispielsweise wird die Deckelelementbaugruppe mit dem elektrochemischen Element, welches mit dem ersten Stromsammlerelement und/oder dem zweiten Stromsammlerelement verbunden ist, verbunden.
  • Vorzugsweise wird die Deckelelementbaugruppe mit dem zweiten Stromsammlerelement verschweißt, beispielsweise durch Laserschweißen und/oder Widerstandsschweißen. In Ausführungsformen, in welchen die Deckelelementbaugruppe und das zweite Stromsammlerelement durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden werden, wird vorzugsweise eine lange stabförmige Elektrode verwendet.
  • Insbesondere wird durch den durch das Aufwickeln des elektrochemischen Elements gebildeten Hohlraum hindurchgeschweißt. Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn das erste Stromsammlerelement eine Öffnung aufweist, durch welche ein Laserstrahl hindurchgeführt werden kann.
  • Beispielsweise weist das Becherelement an dessen Bodenabschnitt eine Durchtrittsöffnung auf, durch welche hindurchgeschweißt wird. Die Durchtrittsöffnung wird anschließend insbesondere verschlossen, beispielsweise verschweißt.
  • Nach einem Verschweißen der Deckelelementbaugruppe und des zweiten Stromsammlerelements wird vorzugsweise eine daraus resultierende Zellwickel-Deckelelementbaugruppe in das Becherelement eingeführt und deren Position justiert. Anschließend wird vorzugsweise Elektrolyt durch die Elektrolyteinfüllöffnung in den Innenraum der resultierenden elektrochemischen Zelle eingefüllt und die Elektrolyteinfüllöffnung danach fluiddicht verschlossen, beispielsweise durch Schweißen.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass das Becherelement an einem dem Deckelelement abgewandten Bodenabschnitt eine Elektrolyteinfüllöffnung aufweist. Beispielsweise wird der Elektrolyt durch die Öffnung im ersten Stromsammlerelement hindurch eingefüllt.
  • Alternativ ist die Elektrolyteinfüllöffnung vorzugsweise im Deckelelement angeordnet und eine Befüllung des Innenraums mit Elektrolyt erfolgt von dort aus.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zweite Zellpol im Wesentlichen radial mittig angeordnet ist und dass eine (erste) Biegung des zweiten Stromsammlerelements schlaufenartig und/oder abgerundet und/oder stetig gekrümmt ausgebildet ist.
  • Ein zweites Isolierelement nimmt vorzugsweise das gesamte zweite Stromsammlerelement auf. Das zweite Isolierelement ist hierzu beispielsweise zumindest näherungsweise topfförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet.
  • Die Deckelelementbaugruppe ist vorzugsweise einfach auf ein Becherelement aufsetzbar oder aufsteckbar, wobei vorzugsweise das zweite Isolierelement zusammen mit dem zweiten Stromsammlerelement in ein offenes Ende des Becherelements eingeschoben wird, insbesondere bis das offene Ende des Becherelements an einem Deckelelement der Deckelelementbaugruppe, insbesondere an einem Deckelblech, zur Anlage kommt und hiermit verbunden, beispielsweise verklemmt, verschweißt, etc., werden kann.
  • Eine dem elektrochemischen Element zugewandte Seite des zweiten Stromsammlerelements umfasst vorzugsweise mehrere, beispielsweise fünf, Erhöhungen, welche in Richtung des elektrochemischen Elements erhöht sind. Die Erhöhungen sind insbesondere Sicken. Die Erhöhungen erstrecken sich insbesondere sternförmig in radialer Richtung nach außen. Vorzugsweise bilden die Erhöhungen Schweißbereiche zum Festschweißen an dem elektrochemischen Element.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass eine dem elektrochemischen Element zugewandte Seite des ersten Stromsammlerelements vorzugsweise mehrere, beispielsweise drei, Erhöhungen umfasst, welche in Richtung des elektrochemischen Elements erhöht sind. Die Erhöhungen sind insbesondere Sicken. Die Erhöhungen erstrecken sich insbesondere sternförmig in radialer Richtung nach außen. Vorzugsweise bilden die Erhöhungen Schweißbereiche zum Festschweißen an dem elektrochemischen Element.
  • Ferner umfasst das erste Stromsammlerelement vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen, beispielsweise Schlitze oder Langlöcher. Die eine oder die mehreren Öffnungen erstrecken sich insbesondere in radialer Richtung und/oder sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet und/oder ausgebildet. Insbesondere sind Erhöhungen und Öffnungen alternierend angeordnet und/oder ausgebildet.
  • Durch die Öffnungen kann insbesondere ein optimiertes Verhalten der elektrochemischen Zelle zur Entgasung und/oder bei einem thermischen Ereignis erzielt werden. Insbesondere kann durch die Öffnungen ein sich zwischen den Lagen des elektrochemischen Elements bildendes Gas einfach abgeführt werden.
  • Bei optionalen Varianten von Bodenabschnitten des Becherelements ist beispielsweise mittig eine Einfüllöffnung vorgesehen, welche beispielsweise von einer umlaufenden Prägung umgeben ist, um beispielsweise mittels einer Metallplatte einfach dichtgeschweißt werden zu können.
  • Ferner sind in den Bodenabschnitten optional jeweils eine oder mehrere Berstvorrichtungen, insbesondere Berststege, vorgesehen und/oder ausgebildet.
  • Schließlich sind vorzugsweise Befestigungsbereiche zum Befestigen eines (ersten) Stromsammlerelements vorgesehen.
  • Hierbei kann vorgesehen sein, dass das (erste) Stromsammlerelement am Bodenabschnitt festgeklemmt oder umlaufend in einem Randbereich verschweißt wird oder ist. Der Berststeg ist beispielswese kreisringförmig umlaufend ausgebildet.
  • Alternativ hierzu kann eine nach innen ragende Erhöhung vorgesehen sein, welche insbesondere kreisrund ausgebildet ist und dem Verschweißen mit dem (ersten) Stromsammlerelement dient. In radialer Richtung innerhalb der Erhöhung ist im Bodenabschnitt vorzugsweise ein kreisringförmiger Berststeg angeordnet und/oder ausgebildet.
  • Ferner kann alternativ hierzu vorgesehen sein, dass zwei Berstvorrichtungen vorgesehen sind, welche jeweils beispielsweise im Wesentlichen halbkreisförmig um die Einfüllöffnung angeordnet und/oder ausgebildet sind. Zwischen den beiden Berstvorrichtungen sind beispielsweise im Wesentlichen radial nach außen ausgerichtete, stegartige Erhöhungen angeordnet und/oder ausgebildet, welche in den Innenraum ragen und/oder dem Verschweißen mit dem (ersten) Stromsammlerelement dienen. Die Erhöhungen sind vorzugsweise so positioniert, dass die Verschweißung die Funktion der Berstvorrichtungen nicht beeinträchtigt.
  • Die beschriebenen Varianten von Bodenabschnitten oder auch nur einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen können optional bei einzelnen, mehreren oder allen Ausführungsformen der elektrochemischen Zelle vorgesehen sein.
  • Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, in welcher ein erster Zellpol mittels eines ersten Vergusselements an einem Gehäuse festgelegt ist, wobei ein zweiter Zellpol durch das Gehäuse gebildet ist;
    • 2 eine schematische Schnittdarstellung des Becherelements, eines ersten Isolierelements, des ersten Zellpols und des ersten Vergusselements aus 1, wobei das Becherelement in einem Bereich, welcher benachbart zu einem Rand des Becherelements ist, eine umlaufende Sicke aufweist;
    • 3 eine schematische Draufsicht auf die Elemente aus 2 längs einer in 2 mit III bezeichneten Richtung (von oben gesehen);
    • 4 eine schematische Draufsicht auf die Elemente aus 2 längs einer in 2 mit IV bezeichneten Richtung (von unten gesehen);
    • 5 eine schematische Draufsicht auf ein Deckelelement des Gehäuses längs einer in 1 mit V bezeichneten Richtung, wobei ein durch doppelseitige Prägung gebildeter Berststeg zu sehen ist;
    • 6 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Stromsammlerelement aus 1, welches ein napfförmiges erstes Anbindungselement zur Anbindung an den ersten Zellpol aufweist (von oben gesehen);
    • 7 eine schematische Draufsicht auf das erste Isolierelement der ersten Ausführungsform längs einer in 2 mit IV bezeichneten Richtung, wobei das erste Isolierelement zwei umlaufende Sicken aufweist;
    • 8 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Becherelementbaugruppe, umfassend das Becherelement, das erste Isolierelement, das erste Vergusselement und den ersten Zellpol gemäß der ersten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle;
    • 9 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der elektrochemischen Zelle gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 10 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol in Form eines zweiten Zellterminals ausgebildet ist und welche ein zweites Vergusselement umfasst, mittels welchem der zweite Zellpol an einem zweiten Isolierelement und/oder an dem Deckelelement festgelegt ist;
    • 11 eine vergrößerte Darstellung des in 10 mit XI bezeichneten Bereichs;
    • 12 eine vergrößerte Darstellung des in 10 mit XII bezeichneten Bereichs;
    • 13 eine schematische Schnittdarstellung der elektrochemischen Zelle aus den 10 bis 12;
    • 14 eine schematische Draufsicht auf das Deckelelement, das zweite Vergusselement und den zweiten Zellpol aus 13 längs einer in 10 und 13 mit XIV bezeichneten Richtung (von oben gesehen);
    • 15 eine schematische Schnittdarstellung des in 13 mit XV bezeichneten Bereichs längs einer in 14 mit XV bezeichneten Ebene;
    • 16 eine schematische Draufsicht auf eine Deckelelementbaugruppe einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher das Deckelelement eine um eine Öffnung umlaufende Sicke aufweist, wobei die Sicke einer Optimierung einer mechanischen Stabilität der Deckelelementbaugruppe dient, wobei die Deckelelementbaugruppe ein Deckelelement, ein zweites Vergusselement und einen zweiten Zellpol umfasst;
    • 17 eine schematische Schnittdarstellung längs einer in 16 mit XVII bezeichneten Ebene;
    • 18 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol als Umschnappelement ausgebildet ist, welches bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks und/oder einer kritischen Temperatur im Innenraum der elektrochemischen Zelle von einem Ruhezustand in einen ausgelösten Zustand nach außen umlenkbar ist und/oder umgelenkt wird, und so einen elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten Zellpol und dem zweiten Stromsammlerelement unterbricht und/oder trennt, wobei in 18 der Ruhezustand dargestellt ist;
    • 19 eine schematische Schnittdarstellung der in 18 dargestellten Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle in einem ausgelösten Zustand des Umschnappelements, in welchem der zweite Zellpol und das elektrochemische Element elektrisch voneinander getrennt sind;
    • 20 eine schematische Draufsicht auf den zweiten Zellpol aus den 18 und 19;
    • 21 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol einen Bereich verringerter Materialstärke aufweist;
    • 22 eine schematische Draufsicht auf eine Variante eines Stromsammlerelements, welches ein Anbindungselement aufweist, das durch eine ausgeschnittene Kontur gebildet ist;
    • 23 eine schematische Schnittdarstellung des Stromsammlerelements aus 22;
    • 24 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Variante eines Stromsammlerelements, bei welcher das Anbindungselement über einen U-förmig gewölbten Abschnitt mit einem Grundkörper des Stromsammlerelements verbunden ist;
    • 25 eine schematische Schnittdarstellung des Stromsammlerelements aus 24;
    • 26 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Variante eines Stromsammlerelements, bei welcher das Anbindungselement napfförmig und/oder becherförmig ausgebildet ist, wobei das Stromsammlerelement insbesondere frei von Öffnungen ist und/oder eine geschlossene Oberfläche bildet;
    • 27 eine schematische Schnittdarstellung des Stromsammlerelements aus 26;
    • 28 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol zumindest zweiteilig ausgebildet ist, wobei zumindest zwei Teile des zweiten Zellpols aus voneinander verschiedenen metallischen Materialien gebildet sind;
    • 29 eine vergrößerte Darstellung des in 28 mit XXIX bezeichneten Bereichs;
    • 30 eine vergrößerte Darstellung des in 28 mit XXX bezeichneten Bereichs;
    • 31 eine schematische Draufsicht auf das Deckelelement aus 28 längs einer in 28 mit XXXI bezeichneten Richtung (von oben gesehen);
    • 32 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol mehrere als Plateaus ausgebildete Erhebungen aufweist;
    • 33 eine schematische Schnittdarstellung durch eine in 32 mit XXXIII bezeichnete Ebene;
    • 34 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher das erste Stromsammlerelement in das Becherelement eingepresst ist;
    • 35 eine vergrößerte Darstellung des in 34 mit XXXV bezeichneten Bereichs;
    • 36 eine vergrößerte Darstellung des in 34 mit XXXVI bezeichneten Bereichs;
    • 37 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der erste Zellpol und der zweite Zellpol in einem gemeinsamen Vergusselement aufgenommen sind;
    • 38 eine vergrößerte Darstellung des in 37 mit XXXVIII bezeichneten Bereichs;
    • 39 eine schematische Draufsicht auf die elektrochemische Zelle aus den 37 und 38 längs einer in 37 mit XXXIX bezeichneten Richtung;
    • 40 eine schematische Draufsicht auf das zweite Isolierelement der Ausführungsform aus den 37 bis 39;
    • 41 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Deckelelementbaugruppe der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle;
    • 42 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle;
    • 43 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher das zweite Stromsammlerelement eine Biegung um ungefähr 180° und eine weitere Biegung um ungefähr 90° aufweist;
    • 44 eine vergrößerte Darstellung des in 43 mit XLIV bezeichneten Bereichs;
    • 45 eine schematische Draufsicht auf das zweite Stromsammlerelement aus den 43 und 44 in einem Zustand vor dem Biegen;
    • 46 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der elektrochemischen Zelle gemäß den 43 bis 45;
    • 47 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher das erste Anbindungselement und/oder das zweite Anbindungselement Federscheiben sind, wodurch insbesondere jeweils eine kraftschlüssige Anbindung ausgebildet ist;
    • 48 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher eine Kontaktierung mittels einer elektrisch leitfähigen und/oder elektrolytbeständigen Beschichtung an dem ersten Stromsammlerelement und/oder an dem zweiten Stromsammlerelement ausgebildet ist;
    • 49 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher eine Schweißung einer Zellinnenseite über einen durch eine Wickelvorrichtung gebildeten Hohlraum erfolgt;
    • 50 eine vergrößerte Darstellung des in 49 mit L bezeichneten Bereichs;
    • 51 eine vergrößerte Darstellung des in 49 mit LI bezeichneten Bereichs;
    • 52 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle gemäß den 49 bis 51;
    • 53 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher eine Schweißung einer Zellinnenseite über einen durch eine Wickelvorrichtung gebildeten Hohlraum und eine Durchtrittsöffnung im Becherelement erfolgt;
    • 54 eine vergrößerte Darstellung des in 53 mit LIV bezeichneten Bereichs;
    • 55 eine vergrößerte Darstellung des in 53 mit LV bezeichneten Bereichs;
    • 56 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle gemäß den 53 bis 55;
    • 57 einen schematischen Schnitt durch eine weitere alternative Ausführungsform einer Deckelelementbaugruppe;
    • 58 eine schematische Seitenansicht der Deckelelementbaugruppe aus 57;
    • 59 eine schematische perspektivische Darstellung der Deckelelementbaugruppe aus 57, mit Blick auf deren Unterseite;
    • 60 eine schematische Draufsicht auf ein Stromsammlerelement;
    • 61 bis 63 schematische Draufsichten auf verschiedene Ausführungsformen von Bodenabschnitten von Becherelementen.
  • Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In den 1 bis 9 ist eine erste Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten elektrochemischen Zelle, deren Herstellung und einzelne Bestandteile der elektrochemischen Zelle 100 gezeigt.
  • Die elektrochemische Zelle 100 ist beispielsweise eine Batteriezelle und/oder eine Akkumulatorzelle. Die elektrochemische Zelle 100 ist vorliegend eine Rundzelle.
  • Vorzugsweise ist die elektrochemische Zelle 100 eine Lithiumionenzelle.
  • Die elektrochemische Zelle 100 bildet vorzugsweise einen Bestandteil eines elektrochemischen Systems 102, welches insbesondere mehrere elektrochemische Zellen 100 umfasst.
  • Das elektrochemische System 102 ist beispielsweise ein Akkumulatormodul und/oder ein Batteriemodul.
  • Beispielsweise wird die elektrochemische Zelle 100 in einem Fahrzeug verwendet.
  • Die elektrochemische Zelle 100 umfasst ein elektrochemisches Element 104, welches einer Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie dient. Das elektrochemische Element 104 ist beispielsweise ein sogenannter „Zellwickel“.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das elektrochemische Element 104 durch Aufwickeln um eine Wickelvorrichtung, beispielsweise einen Wickeldorn, gebildet ist und/oder wird.
  • Vorzugsweise ist das elektrochemische Element 104, insbesondere aufgrund der Aufwicklung, zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ausgebildet. Beispielsweise weist das elektrochemische Element 104 parallel zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 einen (zeichnerisch nicht dargestellten) Hohlraum auf.
  • Ferner umfasst die elektrochemische Zelle 100 ein Gehäuse 106, welches ein Becherelement 108 zur Aufnahme des elektrochemischen Elements 104 und ein Deckelelement 110 zum Abdecken und/oder Verschließen des Becherelements 108 umfasst.
  • Vorzugsweise ist das Becherelement 108 zumindest näherungsweise zylinderförmig ausgebildet, wobei es insbesondere einen zumindest näherungsweise hohlzylinderförmigen Mantelabschnitt 112 und einen den Mantelabschnitt 112 an einer Seite verschließenden Bodenabschnitt 114 und/oder Grundabschnitt aufweist.
  • An einer dem Bodenabschnitt 114 abgewandten Seite des Becherelements 108 ist das Becherelement 108 vorzugsweise durch das Deckelelement 110 verschlossen.
  • Vorliegend sind das Becherelement 108 und das Deckelelement 110 durch ein Fügeverfahren, beispielsweise Crimpen, fluiddicht miteinander verbunden. Insbesondere ist ein Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100 fluiddicht vom Gehäuse 106 umgeben.
  • Die elektrochemische Zelle 100 umfasst ferner einen ersten Zellpol 118, beispielsweise ein erstes Zellterminal, und einen zweiten Zellpol 120 zum Verbinden der elektrochemischen Zelle 100 mit einem (zeichnerisch nicht dargestellten) Zellkontaktierungssystem.
  • Beispielsweise ist der erste Zellpol 118 als Kathode ausgebildet.
  • Der zweite Zellpol 120 ist beispielsweise als Anode ausgebildet. Vorliegend liegt das Becherelement 108 auf Anodenpotential.
  • Günstig kann es sein, wenn das Becherelement 108 und/oder das Deckelelement 110 ein metallisches Material umfassen oder daraus gebildet sind. Vorzugsweise umfasst das Becherelement 108 ein Stahlmaterial oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst das Becherelement 108 Nickel-plattierten Stahl oder ist daraus gebildet.
  • Vorzugsweise umfasst die elektrochemische Zelle 100 ein erstes Stromsammlerelement 122, welches insbesondere einer elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements 104 und des ersten Zellpols 118 dient. Günstig kann es sein, wenn das erste Stromsammlerelement 122 ein metallisches Material umfasst oder daraus gebildet ist. Als metallisches Material für das erste Stromsammlerelement 122 hat sich Aluminium als besonders geeignet erwiesen.
  • Beispielsweise ist und/oder wird das erste Stromsammlerelement 122 aus unbeschichtetem Aluminium hergestellt.
  • Günstig kann es sein, wenn das erste Stromsammlerelement 122 mindestens ein, vorliegend exakt ein, erstes Anbindungselement 123 aufweist. Das erste Anbindungselement 123 dient insbesondere einer Anbindung des ersten Stromsammlerelements 122 an den ersten Zellpol 118 und/oder der elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements 104 und des ersten Zellpols 118.
  • Vorliegend ist das erste Anbindungselement 123 in Form einer in Richtung des ersten Zellpols 118 weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des ersten Zellpols 118 weisenden Vorsprungs ausgebildet. Beispielsweise ist und/oder wird das erste Anbindungselement 123 in das erste Stromsammlerelement 122 eingeprägt. In einem parallel zu einer Haupterstreckungsebene des ersten Stromsammlerelements 122 genommenen Querschnitt ist das erste Anbindungselement 123 vorzugsweise zumindest näherungsweise rund (vgl. 6).
  • Beispielsweise ist denkbar, dass das erste Anbindungselement 123 des ersten Stromsammlerelements 122 ein napfförmiger und/oder becherförmiger Bereich des ersten Stromsammlerelements 122 ist. Vorzugsweise ist das erste Stromsammlerelement 122 größtenteils, beispielsweise über ungefähr 90 % seiner Fläche oder mehr, plattenförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das erste Stromsammlerelement 122 eine Stromsammlerplatte.
  • Günstig kann es sein, wenn das erste Anbindungselement 123 stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem ersten Zellpol 118 verbunden ist.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform ist das erste Anbindungselement 123 durch Schweißen mit dem ersten Zellpol 118 verbunden.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn eine, vorzugsweise fluiddichte, Schweißverbindung von einer dem ersten Stromsammlerelement 122 abgewandten Seite des ersten Zellpols 118 aus ausgebildet ist.
  • Beispielsweise ist das erste Anbindungselement 123 durch Durchschweißen an dem ersten Zellpol 118 festgelegt.
  • Insbesondere umfasst die elektrochemische Zelle 100 ein zweites Stromsammlerelement 124, welches beispielsweise einer elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements 104 und des zweiten Zellpols 120 dient.
  • Das zweite Stromsammlerelement 124 ist vorliegend im Wesentlichen vollständig eben und/oder plattenförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 eine Stromsammlerplatte. Insbesondere weist das zweite Stromsammlerelement 124 kein durch eine zentrale Wölbung gebildetes zweites Anbindungselement auf.
  • Vorliegend ist das zweite Stromsammlerelement 124 zwischen dem Becherelement 108 und dem Deckelelement 110 eingeklemmt und/oder mit diesen durch Fügen verbunden. Beispielsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 durch Cap-Can-Crimping zwischen Rändern des Becherelements 108 und des Deckelelements 110 festgelegt.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn zur Herstellung der Fügeverbindung zwischen dem Becherelement 108 und dem Deckelelement 110 eine rinnenförmige Vertiefung 126, beispielsweise eine umlaufende Sicke, in das Becherelement 108 eingebracht ist und/oder wird, welche direkt an das Deckelelement 110 angrenzt und/oder benachbart dazu angeordnet ist.
  • Die elektrochemische Zelle 100 umfasst ferner ein Vergusselement, beispielsweise ein erstes Vergusselement 128, zur Verbindung des Becherelements 108 und des ersten Zellpols 118.
  • Das erste Vergusselement 128 umfasst vorzugsweise ein erstes Polymermaterial oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst das erste Polymermaterial ein erstes Harzmaterial oder ist daraus gebildet.
  • Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder daraus gebildet ist: Epoxidharzmaterial, Phenolharzmaterial, Aminoplastmaterial, Polyurethanmaterial, Silikonmaterial, Polyesterharzmaterial, ABS-Harzmaterial.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Harzmaterial in einem ausgehärteten Zustand zu dem ersten Polymermaterial eine Härte von ca. 40 Shore D oder mehr, insbesondere von ca. 50 Shore D, beispielsweise von ca. 60 Shore D oder mehr, aufweist.
  • Die Härte des ersten Harzmaterials in einem ausgehärteten Zustand zu dem ersten Polymermaterial beträgt ca. 100 Shore D oder weniger, insbesondere ca. 97 Shore D oder weniger, beispielsweise ca. 95 Shore D oder weniger.
  • Die Härte ist insbesondere nach DIN EN ISO 868 bestimmt.
  • Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial eine Glasübergangstemperatur von ca. 90 °C oder mehr, insbesondere von ca. 95 °C oder mehr, beispielsweise von ca. 100 °C oder mehr, aufweist. Die Glasübergangstemperatur ist vorzugsweise auf einen gehärteten Zustand des ersten Harzmaterials zu dem ersten Polymermaterial bezogen.
  • Vorzugsweise ist das erste Harzmaterial ein ein-komponentiges Harzmaterial, beispielsweise ein ein-komponentiges Epoxidharzmaterial.
  • Ein-komponentige Epoxidharzmaterialien weisen vorzugsweise eine erhöhte Stabilität gegenüber einem Elektrolyten, welcher im Innenraum 116 aufgenommen ist, auf.
  • Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial ein oder mehrere Füllstoffe umfasst. Der eine oder die mehreren Füllstoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus: anorganischen Füllstoffen, insbesondere Siliziumoxid, Carbonat, Carbid, insbesondere Siliziumcarbid, Nitrid, insbesondere Metallnitrid, Metalloxid.
  • Bevorzugte Siliziumoxide sind Silikate.
  • Durch die Verwendung von Füllstoffen kann eine Sauerstoffdiffusion und/oder Wasserdiffusion von einer Umgebung der elektrochemischen Zelle 100 in den Innenraum 116 über das erste Vergusselement 128 vermieden oder reduziert werden.
  • Vorliegend umfasst die elektrochemische Zelle 100 ein erstes Isolierelement 130, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem ersten Zellpol 118 und dem Becherelement 108 bildet. Das erste Isolierelement 130 ist vorzugsweise zumindest näherungsweise plattenförmig ausgebildet.
  • Vorzugsweise dient das erste Isolierelement 130 einer elektrischen Isolierung des ersten Zellpols 118. Beispielsweise ist das erste Isolierelement 130 an einer dem Innenraum 116 zugewandten Innenseite des Grundabschnitts und/oder Bodenabschnitts 114 des Becherelements 108 angeordnet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das erste Isolierelement 130 mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, ausgebildet ist (nicht gezeigt).
  • Wie insbesondere in 3 zu sehen ist, weist das erste Isolierelement 130 als Ganzes vorzugsweise einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist insbesondere senkrecht zu einer Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommen.
  • Die Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 ist vorzugsweise parallel zu einer Symmetrieachse der elektrochemischen Zelle 100 und/oder zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Deckelelements 110 und/oder des Bodenabschnitts 114 des Becherelements 108.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Isolierelement 130 ein drittes Polymermaterial oder ist daraus gebildet.
  • Das dritte Polymermaterial ist vorzugsweise ein thermoplastisches Polymermaterial, insbesondere ein elektrolytbeständiges thermoplastisches Polymermaterial.
  • Ergänzend oder alternativ ist das dritte Polymermaterial beispielsweise ein in einem Spritzgussverfahren verarbeitbares Polymermaterial.
  • Beispielsweise umfasst das dritte Polymermaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien oder ist daraus gebildet: Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylenterephthalat.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement 130, beispielsweise mittig, eine Ausnehmung 134 aufweist, in welcher in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 der erste Zellpol 118 aufgenommen und/oder angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des ersten Isolierelements 130 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig ausgebildet.
  • Beispielsweise ist es denkbar, dass der erste Zellpol 118 in einem parallel zu dessen Haupterstreckungsebene genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise komplementär zur Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 ausgebildet ist.
  • Beispielsweise weisen der erste Zellpol 118 und die Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise jeweils eine Rechteckform oder zumindest näherungsweise eine Kreisform, beispielsweise rund und/oder oval, auf.
  • Wie insbesondere in 3 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der erste Zellpol 118 und/oder die Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig mit abgerundeten Ecken ausgebildet sind.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement 130 eine oder mehrere Vertiefungen 136 aufweist, welche umlaufend um die Ausnehmung 134 angeordnet sind. Die eine oder die mehreren Vertiefungen 136 sind vorzugsweise rinnenförmige Vertiefungen und/oder Sicken.
  • Beispielsweise weist das erste Isolierelement 130 eine erste Vertiefung 136a und eine zweite Vertiefung 136b auf, welche ineinander angeordnet sind (vgl. 7).
  • Die innenliegende erste Vertiefung 136a dient insbesondere einer Positionierung des ersten Zellpols 118 in der Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 während der Herstellung der elektrochemischen Zelle 100.
  • Die außenliegende zweite Vertiefung 136b dient vorzugsweise einer Positionierung einer das erste Isolierelement 130 umfassenden Baugruppe relativ zum Deckelelement 110 während der Herstellung der elektrochemischen Zelle 100.
  • Wie insbesondere in 4 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn das erste Vergusselement 128 in radialen Richtungen bezüglich der Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 zwischen dem ersten Zellpol 118 und dem Becherelement 108 angeordnet ist. Beispielsweise füllt das Vergusselement einen Hohlraum zwischen dem ersten Isolierelement 130, dem Becherelement 108 und dem ersten Zellpol 118 im Wesentlichen vollständig aus.
  • Beispielsweise bildet das erste Vergusselement 128 von einer dem Deckelelement 110 abgewandten Seite des Becherelements 108 aus gesehen einen ringförmigen Abschnitt 138 zwischen dem ersten Zellpol 118 und dem Becherelement 108.
  • Beispielsweise ist das erste Vergusselement 128 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig, beispielsweise mit abgerundeten Ecken.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Vergusselement 128 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise kreisförmig ausgebildet ist. Eine kreisförmige Ausbildung des ersten Vergusselements ist in Ausführungsformen bevorzugt, in welchen der erste Zellpol 118 und/oder die Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 zumindest näherungsweise kreisförmig ausgebildet sind.
  • Wie beispielsweise in 5 zu sehen ist, umfasst das Deckelelement 108 vorzugsweise eine Berstvorrichtung 140. Die Berstvorrichtung dient vorzugsweise einer Regulierung des Drucks im Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100.
  • Beispielsweise ist es denkbar, dass die Berstvorrichtung 140 einen Berststeg 142 aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks im Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100 bricht und/oder reißt. Durch das Brechen und/oder Reißen des Berststegs 142 kann Fluid aus dem Innenraum 116 in die Umgebung der elektrochemischen Zelle 100 ausströmen.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn der Berststeg 142 durch einen linienförmigen Bereich verringerter Materialstärke und/oder durch zwei beidseitig des Deckelelements 110 in das Deckelelement 110 eingebrachte Vertiefungen, beispielsweise Prägungen, gebildet ist.
  • Vorzugsweise ist eine durchschnittliche Materialstärke des Berststegs 142 ungefähr 20 % oder mehr, insbesondere ungefähr 30 % oder mehr, beispielsweise ungefähr 40 % oder mehr, geringer als eine durchschnittliche Materialstärke des Deckelelements 110 in den verbleibenden Bereichen.
  • Vorzugsweise ist die durchschnittliche Materialstärke des Berststegs 142 ungefähr 90 % oder weniger, insbesondere ungefähr 80 % oder weniger, beispielsweise ungefähr 70 % oder weniger, geringer als die durchschnittliche Materialstärke des Deckelelements 110 in den verbleibenden Bereichen.
  • Die Materialstärke ist vorzugsweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Deckelelements 110 definiert.
  • Alternativ zu linienförmigen Bereichen geringerer Materialstärke kann vorgesehen sein, dass die Berstvorrichtung 140 einen flächigen Bereich verringerter Materialstärke im Vergleich zu einer durchschnittlichen Materialstärke des Deckelelements 110 in daran angrenzenden Bereichen umfasst oder daraus gebildet ist (nicht zeichnerisch dargestellt).
  • Eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der elektrochemischen Zelle 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist schematisch in den 8 und 9 gezeigt. Durch die Pfeile sind insbesondere die Verfahrenssschritte schematisch angedeutet.
  • Vorzugsweise wird zuerst eine Becherelementbaugruppe 144 hergestellt. Die Becherelementbaugruppe 144 umfasst das Becherelement 108, das erste Isolierelement 130, das erste Vergusselement 128 und den ersten Zellpol 118.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement 130 bereitgestellt wird und an einem, beispielsweise stabförmigen, Werkzeugträger 146 positioniert wird.
  • Anschließend wird beispielsweise der erste Zellpol 118 in einer dafür vorgesehenen Ausnehmung 134 im ersten Isolierelement 130 positioniert.
  • Günstig kann es sein, wenn anschließend das Becherelement 108 derart positioniert wird, dass das erste Isolierelement 130 an einer dem Innenraum 116 zugewandten Innenseite des Becherelements 108 positioniert ist und/oder daran anliegt.
  • Beispielsweise werden das Becherelement 108, das erste Isolierelement 130 und der erste Zellpol 118 auf dem Werkzeugträger 146 gestapelt.
  • Vorzugsweise wird anschließend das erste Harzmaterial in einem fließfähigen Zustand in einen Bereich zwischen dem ersten Zellpol 118 und dem Becherelement 108 eingefüllt, beispielsweise eingegossen. Anschließend wird das erste Harzmaterial vorzugsweise ausgehärtet und/oder getrocknet. Während der Härtung und/oder Trocknung des ersten Harzmaterials wird das erste Vergusselement 128 gebildet.
  • Hinsichtlich der Zusammensetzung des ersten Harzmaterials wird auf die Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten Vergusselement 128 Bezug genommen.
  • Nach der Aushärtung und/oder Trocknung des ersten Harzmaterials wird der Werkzeugträger 146 entfernt. Die Becherelementbaugruppe 144 ist entstanden.
  • Zur finalen Assemblierung und/oder Montage der elektrochemischen Zelle 100 wird vorzugsweise ein elektrochemisches Element 104 bereitgestellt und/oder hergestellt.
  • Beispielsweise umfasst das elektrochemische Element 104 einen oder mehrere erste Kontaktiervorsprünge 148 zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements 104 mit dem ersten Stromsammlerelement 122. Vorliegend umfasst das elektrochemische Element 104 eine Vielzahl von ersten Kontaktiervorsprüngen 148.
  • Beispielsweise ragen die ersten Kontaktiervorsprünge 148 an einer im montierten Zustand dem ersten Zellpol 118 zugewandten Seite des elektrochemischen Elements 104 von einem Grundkörper 150 des elektrochemischen Elements 104 weg. Die ersten Kontaktiervorsprünge 148 sind beispielsweise lamellenförmig und/oder laschenförmig ausgebildet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die ersten Kontaktiervorsprünge 148 derart angeordnet sind, dass sich im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 im ersten Anbindungselement 125 des ersten Stromsammlerelements 122 keine ersten Kontaktiervorsprünge 148 befinden. Beispielsweise sind in einem um die Mittelachse 132 des elektrochemischen Elements 104 angeordnete erste Kontaktiervorsprünge radial nach außen weisend ausgebildet. Die Mittelachse des elektrochemischen Elements 104 entspricht vorzugsweise der Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 im montierten Zustand.
  • Günstig kann es sein, wenn das elektrochemische Element 104 einen oder mehrere zweite Kontaktiervorsprünge 152 zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements 104 mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 umfasst. Vorliegend umfasst das elektrochemische Element 104 eine Vielzahl von zweiten Kontaktiervorsprüngen 152.
  • Beispielsweise ragen die zweiten Kontaktiervorsprünge 152 an einer im montierten Zustand dem ersten Zellpol 118 abgewandten Seite des elektrochemischen Elements 104 vom Grundkörper 150 des elektrochemischen Elements 104 weg. Die zweiten Kontaktiervorsprünge 152 sind beispielsweise lamellenförmig und/oder laschenförmig ausgebildet.
  • Der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge 148 und/oder der eine oder die mehreren zweiten Kontaktiervorsprünge 152 sind beispielsweise unbeschichtet.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die ersten Kontaktiervorsprünge 148 mit dem ersten Stromsammlerelement 122 verbunden, beispielsweise verschweißt, werden.
  • Vorzugsweise sind die zweiten Kontaktiervorsprünge 152 mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 verbunden, beispielsweise verschweißt.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass Randbereiche des zweiten Stromsammlerelements 124 in eine vom elektrochemischen Element 104 weg weisende Richtung gewölbt sind.
  • Günstig kann es sein, wenn nach der Bereitstellung und/oder Herstellung des elektrochemischen Elements 104 das elektrochemische Element 104 in das Becherelement 108 eingeführt wird. Beispielsweise wird das elektrochemische Element 104 in das Becherelement 108 einer wie zuvor beschrieben hergestellten Becherelementbaugruppe 144 eingeführt.
  • Anschließend wird vorzugsweise das erste Stromsammlerelement 122 der elektrochemischen Zelle 100 mit dem ersten Zellpol 118 verbunden, beispielsweise verschweißt. Beispielsweise werden der erste Zellpol 118 und das erste Stromsammlerelement 122 im ersten Anbindungselement 125 des ersten Stromsammlerelements 122 durch Durchschweißen miteinander verbunden. Das Durchschweißen ist durch ein Dreieck in den Figuren schematisch angedeutet.
  • Im Allgemeinen sind stoffschlüssige Verbindungen, beispielsweise Schweißverbindungen, in sämtlichen Figuren jeweils durch ein Dreieck dargestellt.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn nach einem Positionieren des elektrochemischen Elements 104 im Becherelement 108 das Deckelelement 110 an dem zweiten Stromsammlerelement 124 angeordnet wird und das Becherelement 108 durch Fügen, beispielsweise durch Crimpen, mit dem Deckelelement 110 und dem zweiten Stromsammlerelement 124 verbunden wird.
  • Eine in den 10 bis 15 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 1 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsform, dass die elektrochemische Zelle 100 anstelle eines ersten Vergusselements 128 ein zweites Vergusselement 154 umfasst. Das zweite Vergusselement dient vorzugsweise einer Verbindung eines als zweites Zellterminal ausgebildeten zweiten Zellpols 120 mit dem Deckelelement 110.
  • Das zweite Stromsammlerelement 124 weist vorliegend ein zweites Anbindungselement 125 auf. Vorliegend ist das zweite Anbindungselement 125 in Form einer in Richtung des zweiten Zellpols 120 weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des zweiten Zellpols 120 weisenden Vorsprungs ausgebildet. Beispielsweise ist und/oder wird das zweite Anbindungselement 125 in das zweite Stromsammlerelement 124 eingeprägt. In einem parallel zu einer Haupterstreckungsebene des zweiten Stromsammlerelements 124 genommenen Querschnitt ist das zweite Anbindungselement 125 vorzugsweise zumindest näherungsweise rund.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass das zweite Anbindungselement 125 des zweiten Stromsammlerelements 124 ein napfförmiger und/oder becherförmiger Bereich des zweiten Stromsammlerelements 124 ist. Vorzugsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 größtenteils, beispielsweise über ungefähr 90 % seiner Fläche oder mehr, plattenförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 eine Stromsammlerplatte.
  • Das zweite Stromsammlerelement 124 der in den 10 bis 15 dargestellten weiteren Ausführungsform weist vorzugsweise die Merkmale und/oder Vorteile des ersten Stromsammlerelements 122 der in den 1 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 auf.
  • Vorzugsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, beispielsweise Durchschweißen, mit dem zweiten Zellpol 120 verbunden.
  • Vorzugsweise ist das erste Stromsammlerelement 122 stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, beispielsweise durch Durchschweißen, mit dem Becherelement 108 verbunden.
  • Beispielsweise ist das erste Anbindungselement 123 des ersten Stromsammlerelements 122 in einer Vertiefung des Becherelements 108 festgelegt.
  • Vorzugsweise umfasst das Becherelement 108 Aluminium oder ist daraus gebildet. Insbesondere ist das Becherelement 108 auf Kathodenpotential.
  • Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Becherelement 108 den ersten Zellpol 118 bildet. Ein separater erster Zellpol 118 und/oder ein erstes Vergusselement 128 sind vorzugsweise entbehrlich. Insbesondere ist ein erstes Isolierelement 130 entbehrlich.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Vergusselement 154 ein zweites Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise umfasst das zweite Polymermaterial ein zweites Harzmaterial oder ist daraus gebildet.
  • Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder daraus gebildet ist: Epoxidharzmaterial, Phenolharzmaterial, Aminoplastmaterial, Polyurethanmaterial, Silikonmaterial, Polyesterharzmaterial, ABS-Harzmaterial.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial in einem ausgehärteten Zustand zu dem zweiten Polymermaterial eine Härte von ca. 40 Shore D oder mehr, insbesondere von ca. 50 Shore D, beispielsweise von ca. 60 Shore D oder mehr, aufweist.
  • Die Härte des zweiten Harzmaterials in einem ausgehärteten Zustand zu dem zweiten Polymermaterial beträgt ca. 100 Shore D oder weniger, insbesondere ca. 97 Shore D oder weniger, beispielsweise ca. 95 Shore D oder weniger.
  • Die Härte ist insbesondere nach DIN EN ISO 868 bestimmt.
  • Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial eine Glasübergangstemperatur von ca. 90 °C oder mehr, insbesondere von ca. 95 °C oder mehr, beispielsweise von ca. 100 °C oder mehr, aufweist. Die Glasübergangstemperatur ist vorzugsweise auf einen gehärteten Zustand des zweiten Harzmaterials zu dem zweiten Polymermaterial bezogen.
  • Vorzugsweise ist das zweite Harzmaterial ein ein-komponentiges Harzmaterial, beispielsweise ein ein-komponentiges Epoxidharzmaterial.
  • Ein-komponentige Epoxidharzmaterialien weisen vorzugsweise eine erhöhte Stabilität gegenüber einem Elektrolyten, welcher im Innenraum 116 aufgenommen ist, auf.
  • Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial einen oder mehrere Füllstoffe umfasst. Der eine oder die mehreren Füllstoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus: anorganischen Füllstoffen, insbesondere Siliziumoxid, Carbonat, Carbid, insbesondere Siliziumcarbid, Nitrid, insbesondere Metallnitrid, Metalloxid.
  • Bevorzugte Siliziumoxide sind Silikate.
  • Durch die Verwendung von Füllstoffen kann eine Sauerstoffdiffusion und/oder Wasserdiffusion von einer Umgebung der elektrochemischen Zelle 100 in den Innenraum 116 über das zweite Vergusselement 154 vermieden oder reduziert werden.
  • Das zweite Vergusselement 154 weist vorzugsweise ein oder mehrere der im Zusammenhang mit dem ersten Vergusselement 128 beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
  • Vorliegend weist die elektrochemische Zelle 100 ein zweites Isolierelement 156 auf. Das zweite Isolierelement 156 dient vorzugsweise einer elektrischen Isolierung des zweiten Zellpols 120 gegenüber dem Deckelelement 110.
  • Vorliegend bildet das zweite Isolierelement 156 eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem zweiten Zellpol 120 und dem Deckelelement 110. Das zweite Isolierelement 156 ist vorzugsweise zumindest näherungsweise plattenförmig ausgebildet.
  • Vorzugsweise dient das zweite Isolierelement 156 einer elektrischen Isolierung des zweiten Zellpols 120. Beispielsweise ist das zweite Isolierelement 154 an einer dem Innenraum 116 zugewandten Innenseite des Deckelelements 110 angeordnet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Isolierelement 156 mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, ausgebildet ist (nicht gezeigt).
  • Wie insbesondere in 14 zu sehen ist, weist das zweite Isolierelement 156 als Ganzes vorzugsweise einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist insbesondere senkrecht zu einer Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das zweite Isolierelement 156 ein viertes Polymermaterial oder ist daraus gebildet.
  • Das vierte Polymermaterial ist vorzugsweise ein thermoplastisches Polymermaterial, insbesondere ein elektrolytbeständiges thermoplastisches Polymermaterial.
  • Ergänzend oder alternativ ist das vierte Polymermaterial beispielsweise ein in einem Spritzgussverfahren verarbeitbares Polymermaterial.
  • Beispielsweise umfasst das vierte Polymermaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien oder ist daraus gebildet: Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylenterephthalat.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Isolierelement 156, beispielsweise mittig, eine Ausnehmung aufweist, in welcher in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 der zweite Zellpol 120 aufgenommen und/oder angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die Ausnehmung des zweiten Isolierelements 156 in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des zweiten Isolierelements 156 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig ausgebildet.
  • Beispielsweise weisen der zweite Zellpol 120 und die Ausnehmung des zweiten Isolierelements 130 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise jeweils eine Rechteckform oder eine Kreisform, beispielsweise rund und/oder oval, auf.
  • Günstig kann es sein, wenn der zweite Zellpol 120 ein metallisches Material, beispielsweise Kupfer, umfasst oder daraus gebildet ist.
  • Wie insbesondere in 14 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Zellpol 120 und/oder die Ausnehmung des zweiten Isolierelements 156 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig mit abgerundeten Ecken ausgebildet sind.
  • Beispielsweise bildet das zweite Vergusselement 154 einen ringförmigen Abschnitt 158 zwischen dem zweiten Zellpol 120 und dem Deckelelement 110.
  • Wie insbesondere in 14 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Zellpol 120 mittig im Deckelelement 110 angeordnet ist und/oder die Berstvorrichtung 140 zu einem Randbereich des Deckelelements 110 hin angeordnet ist.
  • Insbesondere weist die elektrochemische Zelle 100 eine Elektrolyteinfüllöffnung 160 auf. Die Elektrolyteinfüllöffnung 160 dient vorzugsweise einer Befüllung mit Elektrolyt und/oder Nachfüllung mit Elektrolyt und/oder Entnahme von Elektrolyt.
  • Die Elektrolyteinfüllöffnung 160 ist vorzugsweise als Durchtrittsöffnung im Deckelelement 110 ausgebildet, wobei vorgesehen sein kann, dass die Elektrolyteinfüllöffnung 160 nach einer Befüllung des Innenraums 116 fluiddicht verschlossen ist und/oder wird. Beispielsweise wird die Elektrolyteinfüllöffnung 160 nach der Befüllung der elektrochemischen Zelle 100 verschweißt.
  • Das Deckelelement 110 und das Becherelement 108 sind vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, miteinander verbunden.
  • Vorzugsweise weist die in den 10 bis 15 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle keinen unmittelbaren Materialübergang von Kupfer auf Aluminium oder von Aluminium auf Kupfer auf.
  • Im Übrigen stimmt die in den 10 bis 15 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 1 bis 9 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Die in den 10 bis 15 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 kann beispielsweise gemäß der in den 41 und 42 dargestellten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle 100 hergestellt werden.
  • Eine in den 16 und 17 nicht im Ganzen zeichnerisch dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform, dass das Deckelelement 110 eine Erhebung 162 aufweist, welche beispielsweise umlaufend um eine Öffnung angeordnet ist, in welcher der zweite Zellpol 120 angeordnet ist.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Erhebung 162 in einer vom Innenraum der elektrochemischen Zelle 100 weg weisenden Richtung von einem Grundkörper des Deckelelements 110 weg ragt. Beispielsweise begrenzt die Erhebung 162 die Öffnung zur Aufnahme des zweiten Vergusselements 154.
  • Die Erhebung 162 dient insbesondere einer Füllstandserhöhung bei einer Einfüllung des zweiten Harzmaterials. Beispielsweise ist die Erhebung 162 eine Sicke.
  • Wie insbesondere in 17 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Zellpol 120 einen oder mehrere radiale Vorsprünge 164 aufweist, welche sich längs radialer Richtungen bezüglich der Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 erstrecken. Vorliegend weist der zweite Zellpol 120 einen einzigen radialen Vorsprung 164 auf, welcher um den zweiten Zellpol 120 umlaufend ausgebildet ist. So kann sich das zweite Vergusselement 154 mechanisch mit dem zweiten Zellpol 120 verkrallen.
  • Hinsichtlich des Deckelelements 110 kann es vorteilhaft sein, wenn das Deckelelement 110 einen oder mehrere Rücksprünge 166 aufweist, in welchen das zweite Vergusselement das Deckelelement in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 längs einer parallel zur Mittelachse 132 verlaufenden Richtung hintergreift. Vorliegend ist ein umlaufend ausgebildeter Rücksprung 166 vorgesehen, durch welchen insbesondere ein Hinterschnitt ausgebildet ist.
  • Im Übrigen stimmt die in den 16 und 17 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 18 bis 20 nicht im Ganzen zeichnerisch dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform, dass der zweite Zellpol 120 ein Umschnappelement 168 umfasst oder als Ganzes als Umschnappelement 168 ausgebildet ist.
  • Beispielsweise bildet der zweite Zellpol ein sogenanntes „Current Interruption Device“ (CID). In 18 ist ein Ruhezustand des Umschnappelements 168 gezeigt. In 19 ist ein ausgelöster Zustand des Umschnappelements 168 gezeigt. Im Ruhezustand des Umschnappelements 168 sind der zweite Zellpol 120 und das zweite Stromsammlerelement 124 elektrisch leitend miteinander verbunden.
  • Vorzugsweise wird das Umschnappelement 168 bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks und/oder einer kritischen Temperatur im Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100 vom Ruhezustand in den ausgelösten Zustand nach außen umgelenkt. Durch die Umlenkung des Umschnappelements 168 nach außen vom Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100 weg wird vorzugsweise ein elektrischer Kontakt zwischen dem zweiten Zellpol 120 und einem zweiten Stromsammlerelement 124 unterbrochen und/oder getrennt.
  • Durch das Umlenken des mindestens einen Umschnappelements 168 vom Ruhezustand in den ausgelösten Zustand ist insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Zellpol 120 und dem zweiten Stromsammlerelement 124, welches mit dem elektrochemischen Element 104 verbunden ist, getrennt.
  • Vorzugsweise ist das Umschnappelement 168 durch den zweiten Zellpol als Ganzes gebildet. Beispielsweise ist der zweite Zellpol 120 gewölbt ausgebildet.
  • Alternativ kann das mindestens eine Umschnappelement 168 beispielsweise in einen Grundkörper des zweiten Zellpols 120 der elektrochemischen Zelle eingeschweißt werden.
  • Wie insbesondere in 20 zu sehen ist, weist das Umschnappelement 168 vorzugsweise einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist vorzugsweise senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommen.
  • Im Übrigen stimmt die in den 18 bis 20 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in 21 nicht im Ganzen zeichnerisch dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform, dass der zweite Zellpol 120 einen Bereich verringerter Materialstärke 170 aufweist.
  • Der Bereich verringerter Materialstärke 170 dient insbesondere einer Erleichterung einer Verbindbarkeit des zweiten Zellpols 120 mit dem zweiten Stromsammlerelement 124. Der Bereich verringerter Materialstärke 170 ist beispielsweise ein niedergeprägter Bereich. Im Bereich verringerter Materialstärke 170 weist der zweite Zellpol 120 vorzugsweise eine verringerte Durchschweißtiefe auf.
  • Beispielsweise ist die Materialstärke im Bereich verringerter Materialstärke 170 ungefähr 20 % oder mehr, beispielsweise ungefähr 30 % oder mehr, geringer als eine durchschnittliche Materialstärke in den übrigen Bereichen des zweiten Zellpols 120.
  • Im Übrigen stimmt die in 21 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • In den 22 und 23 ist eine Variante eines Stromsammlerelements gezeigt. Das Stromsammlerelement kann ein erstes Stromsammlerelement 122 und/oder ein zweites Stromsammlerelement 124 bilden.
  • Das erste Anbindungselement 123 bzw. das zweite Anbindungselement 125 ist vorliegend durch eine ausgeschnittene Kontur gebildet. Beispielsweise ist ein das erste Anbindungselement 123 bzw. das zweite Anbindungselement 125 bildender Bereich von einem Grundkörper des Stromsammlerelements 122/124 weggebogen. Beispielsweise ist das jeweilige Anbindungselement 123/125 in einem senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Grundkörpers des jeweiligen Stromsammlerelements 122/124 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise L-förmig ausgebildet.
  • Beispielsweise ist das erste Anbindungselement 123 bzw. das zweite Anbindungselement 125 durch Stanzen gebildet.
  • Durch den ausgeschnittenen Bereich, beispielsweise den ausgestanzten Bereich, ist vorzugsweise ein Toleranzausgleichselement gebildet.
  • Eine in den 24 und 25 dargestellte weitere Variante eines ersten Stromsammlerelements 122 bzw. eines zweiten Stromsammlerelements 124 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 22 und 23 dargestellten Variante, dass das erste Anbindungselement 123 bzw. das zweite Anbindungselement 125 durch einen in einem Querschnitt zumindest näherungsweise U-förmigen Übergang mit dem Grundkörper des jeweiligen Stromsammlerelements 122/124 verbunden ist.
  • Im Übrigen stimmt die in den 24 und 25 dargestellte Variante eines Stromsammlerelements 122/124 mit der in den 22 und 23 dargestellten Variante überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 26 und 27 dargestellte weitere Variante eines ersten Stromsammlerelements 122 bzw. eines zweiten Stromsammlerelements 124 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 22 und 23 dargestellten Variante, dass das erste Anbindungselement 123 bzw. das zweite Anbindungselement 125 zumindest näherungsweise napfförmig und/oder becherförmig sind. Das erste Stromsammlerelement 122 bzw. das zweite Stromsammlerelement 124 ist vorzugsweise frei von Öffnungen ausgebildet.
  • Im Übrigen stimmt die in den 26 und 27 dargestellte Variante eines Stromsammlerelements 122/124 mit der in den 22 und 23 dargestellten Variante überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Die in den 22 bis 27 dargestellten Varianten der Stromsammlerelemente 122/124 können in sämtlichen zuvor und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen einer elektrochemischen Zelle 100 verwendet werden. Es können auch voneinander verschiedene Varianten in einer Ausführungsform miteinander kombiniert werden.
  • Eine in den 28 bis 31 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in 21 dargestellten Ausführungsform, dass der zweite Zellpol 120 mehrteilig, vorliegend zweiteilig, ausgebildet ist. Vorliegend bildet ein erster Teil 120a ein Trägerteil, in welchem ein zweiter Teil 120b des zweiten Zellpols 120 aufgenommen ist.
  • Der erste Teil 120a und der zweite Teil 120b des zweiten Zellpols 120 sind vorliegend aus voneinander verschiedenen metallischen Materialien gebildet. Hierdurch ist ein Materialübergang innerhalb des zweiten Zellpols 120 gebildet.
  • Der erste Teil 120a des zweiten Zellpols 120 umfasst vorliegend Kupfer oder ist daraus gebildet.
  • Vorzugsweise umfasst der zweite Zellpol 120 zwei Funktionsbereiche 172, welche vom ersten Teil 120a und dem zweiten Teil 120b gebildet sind.
  • Der erste Teil 120a bildet vorzugsweise einen Verbindungs- und/oder Schweißbereich, in welchem der zweite Zellpol 120 mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 verbunden ist.
  • Der zweite Teil 120b umfasst vorliegend Aluminium oder ist daraus gebildet.
  • Der zweite Teil 120b ist vorliegend an einer dem Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100 abgewandten Seite des zweiten Zellpols 120 angeordnet.
  • Vorzugsweise sind die beiden Funktionsbereiche 172 von Erhebungen 162 des Deckelelements 110 umgeben und/oder vom zweiten Vergusselement 154 umgeben.
  • Im Übrigen stimmt die in den 28 bis 31 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in 21 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 32 und 33 nicht als Ganzes zeichnerisch dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 28 bis 31 dargestellten Ausführungsform, dass der erste Teil 120a und der zweite Teil 120b zumindest teilweise durch Erhebungen 174 gebildet sind.
  • Erhebungen 162 des Deckelelements 110 sind insbesondere entbehrlich.
  • Im Übrigen stimmt die in den 32 und 33 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 28 bis 31 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 34 bis 36 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform, dass das erste Stromsammlerelement 122 in das Becherelement 110 eingepresst ist.
  • Ein direkter Materialübergang von Aluminium auf Kupfer oder umgekehrt ist insbesondere nicht vorgesehen.
  • Beispielsweise ist das erste Stromsammlerelement 122 zum Rand hin gewölbt ausgebildet, wobei der Rand des ersten Stromsammlerelements 122 vorzugsweise vom Bodenabschnitt 114 weg gewölbt ist.
  • Im Übrigen stimmt die in den 34 und 36 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 37 bis 40 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 1 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsform, dass sowohl der erste Zellpol 118 als auch der zweite Zellpol 120 als vom Gehäuse 106 getrennte Zellterminals ausgebildet sind und dass der erste Zellpol 118 und der zweite Zellpol 120 in ein gemeinsames Vergusselement 154 eingebettet sind.
  • Das Becherelement 108 und das Deckelelement 110 sind und/oder werden vorliegend durch Schweißen miteinander verbunden. Hierzu wird auf die diesbezüglichen Ausführungen der in den 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform Bezug genommen.
  • Beide Zellpole, der erste Zellpol 118 und der zweite Zellpol 120, sind in einer im Deckelelement 110 eingebrachten Öffnung des Deckelelements 110 aufgenommen.
  • Vorliegend sind das erste Stromsammlerelement 122 und das zweite Stromsammlerelement 124 an einer dem Deckelelement 110 zugewandten Seite des elektrochemischen Elements 104 angeordnet. Beispielsweise sind das erste Stromsammlerelement 122 und das zweite Stromsammlerelement 124 nebeneinander und in gleichem Abstand zum Deckelelement 110 angeordnet.
  • Das erste Stromsammlerelement 122 weist vorliegend ein zumindest näherungsweise napfförmiges und/oder becherförmiges erstes Anbindungselement 123 auf, welches stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem ersten Zellpol 118 verbunden ist.
  • Das zweite Stromsammlerelement 124 weist vorliegend ein zumindest näherungsweise napfförmiges und/oder becherförmiges zweites Anbindungselement 125 auf, welches stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem zweiten Zellpol 120 verbunden ist.
  • Eine Schweißnaht zwischen dem jeweiligen Anbindungselement 123, 125 und dem Zellpol 118, 120 ist vorzugsweise fluiddicht.
  • Die Elektrolyteinfüllöffnung 160 ist vorzugsweise nach einer Befüllung des Gehäuses 106 mit Elektrolyt durch Schweißen verschlossen.
  • Der erste Zellpol 118 und der zweite Zellpol 120 sind vorzugsweise durch das Vergusselement 154 elektrisch voneinander getrennt und in das Polymermaterial des Vergusselements 154 eingebettet.
  • Günstig kann es sein, wenn benachbart zum Deckelelement 110 ein zweites Isolierelement 156 der elektrochemischen Zelle 100 angeordnet ist, welches einer elektrischen Isolierung der Zellpole 118, 120 und/oder des Innenraums 116 der elektrochemischen Zelle 100 dient.
  • Das zweite Isolierelement 156 weist vorzugsweise eine Ausnehmung und mehrere Vertiefungen in Form von Sicken auf. Diese entsprechen hinsichtlich Aufbau und Funktion der Ausnehmung 134 und den Vertiefungen 136a und 136b, welche im Zusammenhang mit dem ersten Isolierelement 130 der ersten Ausführungsform (vgl. 7) beschrieben wurde, sodass auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird. Es ist vorliegend für jeden Zellpol 118, 120 eine Ausnehmung und entsprechende Vertiefungen in Form von Sicken vorhanden.
  • Günstig kann es sein, wenn ein erstes Isolierelement 130 unmittelbar benachbart zum Bodenabschnitt 114 des Becherelements 108 angeordnet ist.
  • Im Übrigen stimmt die in den 37 bis 40 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 1 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • In den 41 und 42 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle, beispielsweise einer elektrochemischen Zelle 100 gemäß den 10 bis 15, gezeigt.
  • Vorzugsweise wird zunächst eine Deckelelementbaugruppe 176 hergestellt (vgl. 41). Hierzu werden beispielsweise das zweite Isolierelement 156, das Deckelelement 110 und der zweite Zellpol 120 gestapelt.
  • Anschließend wird beispielsweise das zweite Harzmaterial in einem fließfähigen Zustand in einen Bereich zwischen dem zweiten Zellpol 120, dem Deckelelement 110 und/oder dem zweiten Isolierelement 156 eingegossen und/oder eingefüllt.
  • Während und/oder nach einer Befüllung wird das zweite Harzmaterial gehärtet und/oder getrocknet, wodurch insbesondere das zweite Vergusselement 154 gebildet wird.
  • Wie insbesondere in 42 dargestellt ist, wird vorzugsweise ein elektrochemisches Element 104 bereitgestellt oder hergestellt, welches erste Kontaktiervorsprünge 148 und zweite Kontaktiervorsprünge 152 aufweist, die an einander gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 150 des elektrochemischen Elements 104 von demselben weg ragen.
  • Die ersten Kontaktiervorsprünge 148 werden vorzugsweise mit dem ersten Stromsammlerelement 122 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt.
  • Insbesondere werden die zweiten Kontaktiervorsprünge 152 mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt.
  • Anschließend wird ein aus den zuvor beschriebenen Schritten entstandenes Bauteil in das Becherelement 108 eingeführt und die Deckelelementbaugruppe 176 wird aufgesetzt und/oder relativ zu dem Becherelement 108 positioniert.
  • Vorzugsweise wird das erste Stromsammlerelement 122 an dessen erstem Anbindungselement 123 mit dem Becherelement 108 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise mit diesem verschweißt.
  • Insbesondere werden das Deckelelement 110 und das Becherelement 108 zuvor, währenddessen oder anschließend stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt.
  • Günstig kann es sein, wenn das zweite Stromsammlerelement 124 an dessen zweitem Anbindungselement 125 mit dem zweiten Zellpol 120 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise mit diesem verschweißt, wird.
  • In den 43 bis 46 ist eine weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 und eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung derselben gezeigt.
  • Die in den 43 bis 46 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 34 bis 36 dargestellten Ausführungsform, dass das zweite Stromsammlerelement 124 eine erste Biegung 178 um ungefähr 180° und eine zweite Biegung 180 um ungefähr 90° aufweist.
  • Das zweite Stromsammlerelement 124 bildet beispielsweise eine Stromfahne.
  • Der zweite Zellpol 120 ist vorzugsweise exzentrisch angeordnet.
  • Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle 100 ein Abstandshalterelement 182 aufweist, welches zwischen dem zweiten Zellpol 120 und dem Deckelelement 110 angeordnet ist. Insbesondere begrenzt das Abstandshalterelement 182 das zweite Vergusselement 154 radial.
  • Vorzugsweise weist das zweite Isolierelement 156 eine Öffnung auf, welche eine Harzmaterialeinfüllöffnung 184 zur Einfüllung des Harzmaterials bildet.
  • Vorzugsweise liegt eine Stromsammlerelement-Becherelement-Verpressung hinsichtlich des ersten Stromsammlerelements 122 vor. Diese wurde im Zusammenhang mit der in den 34 bis 36 dargestellten Ausführungsform beschrieben.
  • Wie insbesondere in 45 zu sehen ist, weist das zweite Stromsammlerelement 124 vorzugsweise einen Verbindungsbereich 186 auf, welcher insbesondere einer Verbindung mit den zweiten Kontaktiervorsprüngen 152, beispielsweise durch Schweißen, dient.
  • Biegelinien, an welchen die erste Biegung 178 und die zweite Biegung 180 erzeugt werden, sind in 45 durch gestrichelte Linien angedeutet.
  • Insbesondere umfasst das zweite Stromsammlerelement 124 zwei Stromsammlerelementteile 124a, 124b, welche aus voneinander verschiedenen metallischen Materialien gebildet sind.
  • Beispielsweise umfasst ein erstes Stromsammlerelementteil 124a, welches mit den zweiten Kontaktiervorsprüngen 152 verbunden ist und/oder wird, Kupfer oder ist daraus gebildet.
  • Vorzugsweise umfasst ein zweites Stromsammlerelementteil 124b, welches mit dem zweiten Zellpol 120 verbunden ist und/oder wird, Aluminium oder ist daraus gebildet.
  • Das zweite Stromsammlerelementteil 124b wird vorzugsweise mit dem zweiten Zellpol 120 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt.
  • Zur Herstellung der elektrochemischen Zelle 100 gemäß den 43 bis 45 wird vorzugsweise ein elektrochemisches Element 104, wie im Zusammenhang mit den übrigen Verfahren beschrieben, bereitgestellt oder hergestellt.
  • Anschließend werden das erste Stromsammlerelement 122 und das zweite Stromsammlerelement 124 samt einer Deckelelementbaugruppe 176 mit dem elektrochemischen Element 104 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt.
  • Zur Herstellung der Deckelelementbaugruppe 176 werden vorzugsweise das zweite Isolierelement 156, der zweite Zellpol 120 und das zweite Stromsammlerelement 124 gestapelt und das zweite Harzmaterial durch die Harzmaterialeinfüllöffnung 184 eingefüllt. Anschließend wird vorzugsweise das zweite Harzmaterial ausgehärtet und/oder getrocknet, wodurch insbesondere das zweite Vergusselement 154 gebildet wird.
  • Anschließend wird vorzugsweise das zweite Stromsammlerelement 124 zweimal gebogen, wodurch beispielsweise die erste Biegung 178 und die zweite Biegung 180 gebildet werden.
  • Ein resultierendes Bauteil wird in das Becherelement 108 eingeführt und das Becherelement 108 und das Deckelelement 110 werden vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt.
  • Nach einer Einfüllung des Elektrolyten wird die Elektrolyteinfüllöffnung 160 vorzugsweise fluiddicht verschlossen, beispielsweise verschweißt.
  • Im Übrigen stimmt die in den 43 bis 46 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 34 bis 36 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in 47 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 34 bis 36 dargestellten Ausführungsform, dass das erste Anbindungselement 123 ein erstes Federelement 188 ist und/oder dass das zweite Anbindungselement 125 ein zweites Federelement 190 ist.
  • Durch das erste Federelement 188 und/oder das zweite Federelement 190 ist vorzugsweise eine Federung in einer parallel zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 verlaufenden Richtung möglich.
  • Vorzugsweise ist das elektrochemische Element 104 über das erste Federelement 188 kraftschlüssig an den Bodenabschnitt 114 des Becherelements 108 angebunden. Das erste Federelement 188 ist insbesondere eine Federscheibe. Beispielsweise umfasst das erste Federelement 188 Aluminium oder ist daraus gebildet.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das elektrochemische Element 104 über das zweite Federelement 190 kraftschlüssig an den zweiten Zellpol 120 angebunden ist. Insbesondere ist das zweite Federelement 190 eine Federscheibe. Beispielsweise umfasst das zweite Federelement 190 Kupfer oder ist daraus gebildet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Federelement 190 stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem zweiten Zellpol 120 verbunden ist.
  • Beispielsweise ist das zweite Federelement 190 an dessen freien Enden mit dem zweiten Zellpol 120 verschweißt.
  • Zur Festlegung kann es günstig sein, wenn der zweite Zellpol 120 ein Aluminium-Kupfer-Pin umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise ist eine kraftschlüssige Tab-Anbindung ausgebildet.
  • Im Übrigen stimmt die in 47 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 34 bis 36 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Die in 48 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 34 bis 36 dargestellten Ausführungsform, dass das erste Stromsammlerelement 122 und/oder das zweite Stromsammlerelement 124 eine elektrisch leitfähige Beschichtung 192 aufweisen.
  • Vorzugsweise ist die Beschichtung 192 elektrolytbeständig.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn zwischen dem ersten Stromsammlerelement 122 und dem Becherelement 108 ein Kraftschluss durch Einpressen des ersten Stromsammlerelements 122 erzeugt ist und/oder wird.
  • Vorzugsweise umfasst die elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung 192 ein elektrisch leitfähiges Fluorpolymermaterial oder ein Synthesekautschukmaterial oder ist daraus gebildet.
  • Vorzugsweise sind ein erstes Beschichtungsmaterial der Beschichtung 192 des ersten Stromsammlerelements 122 und ein zweites Beschichtungsmaterial der Beschichtung 192 des zweiten Stromsammlerelements 124 identisch.
  • Alternativ können voneinander verschiedene Beschichtungsmaterialien verwendet werden.
  • Als erstes Beschichtungsmaterial und/oder als zweites Beschichtungsmaterial werden bevorzugt elektrisch leitfähige Fluorpolymermaterialien und/oder Synthesekautschukmaterialien verwendet.
  • Beispielsweise eignen sich folgende Zusammensetzungen als erstes Beschichtungsmaterial oder als zweites Beschichtungsmaterial für die elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung 192:
    • a1) ein Harzmaterial und ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive, beispielsweise ein Epoxidharzmaterial und ein oder mehrere Leitruße;
    • a2) ein Elastomermaterial und ein Übergangsmetallcarbid, sowie optional ein oder mehrere elektrisch leitfähigen Additive, beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk und Titancarbid;
    • a3) ein elektrisch leitfähiges Klebematerial, vorzugsweise ein Elastomermaterial, ein Harzmaterial, ein oder mehrere elektrisch leitfähigen Additive und optional ein Übergangsmetalloxid, beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Epoxidharzmaterial, Leitruß und optional Titancarbid;
    • a4) ein elektrisch leitfähiges Thermoplastmaterial, insbesondere ein Thermoplastmaterial, ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive und ein Übergangsmetalloxid, beispielsweise Polyvinylidenfluorid oder Polytetrafluorethylen und Leitruß und Titancarbid;
    • a5) eine elektrisch leitfähige Paste, beispielsweise umfassend Styrol-Butadien-Kautschuk, Carboxymethylcellulose, Titancarbid, wobei optional eine Fluorpolymersuspension verwendet werden kann.
  • Die zuvor genannten Materialien können insbesondere wie folgt bezeichnet werden:
    • a1) elektrisch leitfähige Gießharze;
    • a2) elektrisch leitfähige Elastomere;
    • a3) ein elektrisch leitfähiger Kleber;
    • a4) ein elektrisch leitfähiges Thermoplastmaterial;
    • a5) eine elektrisch leitfähige Paste.
  • Bei der Herstellung der elektrochemischen Zelle 100 kann vorgesehen sein, dass das zweite Harzmaterial des zweiten Vergusselements 154 und ein Beschichtungsmaterial der Beschichtung 192 gleichzeitig gehärtet und/oder getrocknet werden.
  • Vorzugsweise weist die elektrochemische Zelle 100 ein Abstandshalterelement 182 wie im Zusammenhang mit den 43 bis 46 beschrieben auf.
  • Im Übrigen stimmt die in 48 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 34 bis 36 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • In den 49 bis 52 ist eine weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 und eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung derselben gezeigt.
  • Die in den 49 bis 52 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 28 bis 31 dargestellten Ausführungsform, dass eine Verbindung des zweiten Stromsammlerelements 124 und des zweiten Zellpols 120 über eine Schweißung durch einen zumindest näherungsweise zylinderförmigen Hohlraum 194 im elektrochemischen Element 104 gebildet ist.
  • Das elektrochemische Element 104 als Ganzes ist vorzugsweise zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ausgebildet. Der Hohlraum 194 entsteht vorzugsweise durch eine Wickelvorrichtung, bzw. sobald diese entfernt wird. Die Wickelvorrichtung ist vorzugsweise ein Wickeldorn, um welchen ein Substrat, welches das elektrochemische Element 104 bildet, herumgewickelt wird (vgl. Verfahren gemäß 52, wobei die Wicklung selbst nicht zeichnerisch dargestellt ist).
  • Der erste Teil 120a und der zweite Teil 120b des zweiten Zellpols 120 sind vorzugsweise längs einer parallel zur Mittelchachse 132 verlaufenden Richtung hintereinander angeordnet und weisen insbesondere zumindest näherungsweise dieselben Abmessungen auf.
  • Günstig kann es sein, wenn ein Materialübergang innerhalb des zweiten Zellpols 120 vom zweiten Vergusselement 156 bedeckt ist und/oder in das zweite Vergusselement eingebettet ist.
  • Das erste Anbindungselement 123 des ersten Stromsammlerelements 122 weist vorzugsweise eine Öffnung an einem dem Bodenabschnitt 114 zugewandten Ende auf.
  • Zur Herstellung der elektrochemischen Zelle wird vorzugsweise das elektrochemische Element 104 erzeugt oder bereitgestellt und das erste Stromsammlerelement 122 und das zweite Stromsammlerelement 124 werden angeschweißt.
  • Anschließend wird vorzugsweise die Deckelelementbaugruppe aufgesetzt und durch den Hohlraum 194 im elektrochemischen Element 104 hindurch werden das zweite Stromsammlerelement 124 und der zweite Zellpol 120 beispielsweise miteinander verschweißt.
  • Das Verschweißen erfolgt vorzugsweise durch Laserschweißen oder Widerstandsschweißen mit einer langen stabförmigen Elektrode.
  • Eine daraus resultierende Baugruppe wird anschließend vorzugsweise in das Becherelement 108 eingesetzt und das Deckelelement 110 und das Becherelement 108 werden miteinander stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt.
  • Anschließend wird beispielsweise Elektrolyt eingefüllt und anschließend die Elektrolyteinfüllöffnung 160 verschweißt.
  • Im Übrigen stimmt die in den 49 bis 52 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 28 bis 31 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • In den 53 bis 56 ist eine weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 und eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung derselben gezeigt.
  • Die in den 53 bis 56 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den 49 bis 52 dargestellten Ausführungsform, dass das Becherelement 108 an dessen Bodenabschnitt 114 eine Durchtrittsöffnung 196 aufweist, welche am Ende einer Montage der elektrochemischen Zelle 100 verschweißt ist und/oder wird.
  • Durch die Durchtrittsöffnung 196 werden insbesondere das zweite Anbindungselement 125 und der zweite Zellpol 120 miteinander verschweißt.
  • Günstig kann es sein, wenn freie Enden des ersten Anbindungselements 123 vom elektrochemischen Element 104 weggebogen sind.
  • Im Übrigen stimmt die in den 53 bis 56 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 49 bis 52 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • Eine in den 57 bis 59 dargestellte alternative Ausführungsform einer Deckelelementbaugruppe 176 unterscheidet sich von der in den 43 bis 46 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der zweite Zellpol 120 im Wesentlichen radial mittig angeordnet ist und dass die erste Biegung 178 schlaufenartig und/oder abgerundet und/oder stetig gekrümmt ausgebildet ist.
  • Das zweite Isolierelement 156 nimmt dabei vorzugsweise das gesamte zweite Stromsammlerelement 124 auf. Das zweite Isolierelement 156 ist hierzu beispielsweise zumindest näherungsweise topfförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet.
  • Die Deckelelementbaugruppe 176 kann einfach auf ein Becherelement 108 aufgesetzt oder aufgesteckt werden, wobei vorzugsweise das zweite Isolierelement 156 zusammen mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 in das offene Ende des Becherelements 108 eingeschoben wird, insbesondere bis das offene Ende des Becherelements 108 an dem Deckelelement 110 der Deckelelementbaugruppe 176, insbesondere an einem Deckelblech 111, zur Anlage kommt und hiermit verbunden, beispielsweise verklemmt, verschweißt, etc., wird.
  • Eine dem elektrochemischen Element 104 zugewandte Seite des zweiten Stromsammlerelements 124 umfasst vorzugsweise mehrere, beispielsweise fünf, Erhöhungen 198, welche in Richtung des elektrochemischen Elements 104 erhöht sind. Die Erhöhungen 198 sind insbesondere Sicken 200.
  • Die Erhöhungen 198 erstrecken sich insbesondere sternförmig in radialer Richtung nach außen.
  • Vorzugsweise bilden die Erhöhungen 198 Schweißbereiche zum Festschweißen an dem elektrochemischen Element 104.
  • 60 zeigt ein optimiertes erstes Stromsammlerelement 122, welches bei dieser und anderen Ausführungsformen Verwendung finden kann.
  • Eine dem elektrochemischen Element 104 zugewandte Seite des ersten Stromsammlerelements 122 umfasst vorzugsweise mehrere, beispielsweise drei, Erhöhungen 198, welche in Richtung des elektrochemischen Elements 104 erhöht sind. Die Erhöhungen 198 sind insbesondere Sicken 200.
  • Die Erhöhungen 198 erstrecken sich insbesondere sternförmig in radialer Richtung nach außen und/oder sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet und/oder ausgebildet.
  • Vorzugsweise bilden die Erhöhungen 198 Schweißbereiche zum Festschweißen an dem elektrochemischen Element 104.
  • Ferner umfasst das erste Stromsammlerelement 122 vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen 202, beispielsweise Schlitze 204 oder Langlöcher 206. Die eine oder die mehreren Öffnungen 202 erstrecken sich insbesondere in radialer Richtung und/oder sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet und/oder ausgebildet. Insbesondere sind Erhöhungen 198 und Öffnungen 202 alternierend angeordnet und/oder ausgebildet.
  • Durch die Öffnungen 202 kann insbesondere ein optimiertes Verhalten der elektrochemischen Zelle 100 zur Entgasung und/oder bei einem thermischen Ereignis erzielt werden. Insbesondere kann durch die Öffnungen 202 ein sich zwischen den Lagen des elektrochemischen Elements 104 bildendes Gas einfach abgeführt werden.
  • Im Übrigen stimmt die in den 57 bis 60 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den 43 bis 46 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
  • In den 61 bis 63 sind verschiedene Varianten eines Bodenabschnitts 114 des Becherelements 108 dargestellt. Hierbei ist stets mittig eine Einfüllöffnung, insbesondere ein Elektrolyteinfüllöffnung 160, vorgesehen, welche beispielsweise von einer umlaufenden Prägung umgeben ist und einfach mittels einer Metallplatte dichtgeschweißt werden kann.
  • Ferner sind in den Bodenabschnitten 114 Berstvorrichtungen 140, insbesondere Berststege 142, vorgesehen und/oder ausgebildet.
  • Schließlich sind vorzugsweise Befestigungsbereiche zum Befestigen eines ersten Stromsammlerelements 122 vorgesehen.
  • Gemäß 61 ist dabei vorgesehen, dass das erste Stromsammlerelement 122 am Bodenabschnitt 114 festgeklemmt oder umlaufend in einem Randbereich verschweißt wird. Der Berststeg 142 ist kreisringförmig umlaufend ausgebildet.
  • Gemäß 62 ist eine nach innen ragende Erhöhung 198 vorgesehen, welche insbesondere kreisrund ausgebildet ist und dem Verschweißen mit dem ersten Stromsammlerelement 122 dient. In radialer Richtung innerhalb der Erhöhung 198 ist im Bodenabschnitt 114 ein kreisringförmiger Berststeg 142 angeordnet und/oder ausgebildet.
  • Gemäß 63 sind zwei Berstvorrichtungen 140 vorgesehen, welche jeweils im Wesentlichen halbkreisförmig um die Einfüllöffnung angeordnet und/oder ausgebildet sind. Zwischen den beiden Berstvorrichtungen 140 sind im Wesentlichen radial nach außen ausgerichtete, stegartige Erhöhungen 198 angeordnet und/oder ausgebildet, welche in den Innenraum 116 ragen und dem Verschweißen mit dem ersten Stromsammlerelement 122 dienen. Die Erhöhungen 198 sind dabei so positioniert, dass die Verschweißung die Funktion der Berstvorrichtungen 140 nicht beeinträchtigt.
  • Die beschriebenen Varianten von Bodenabschnitten 114 oder auch nur einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen können optional bei einzelnen, mehreren oder allen Ausführungsformen der elektrochemischen Zelle 100 vorgesehen sein.
  • Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen von elektrochemischen Zellen 100 weisen vorzugsweise optimierte Dichtigkeitseigenschaften auf und/oder lassen sich leicht herstellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018209270 A1 [0004]
    • DE 102017200390 A1 [0004]
    • EP 2541650 A1 [0004]
    • US 20150214516 A1 [0004]
    • DE 102012213871 A1 [0004]
    • EP 1459882 A1 [0004]
    • US 20180097208 A1 [0004]
    • WO 2017159760 A1 [0004]

Claims (22)

  1. Elektrochemische Zelle (100), vorzugsweise eine Rundzelle, wobei die elektrochemische Zelle (100) Folgendes umfasst: - ein elektrochemisches Element (104) zur Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie; - ein Gehäuse (106), welches ein Becherelement (108) zur Aufnahme des elektrochemischen Elements (104) und ein Deckelelement (110) zum Abdecken und/oder Verschließen des Becherelements (108) umfasst; - einen ersten Zellpol (118) und einen zweiten Zellpol (120) zum Verbinden der elektrochemischen Zelle (100) mit einem Zellkontaktierungssystem; und - ein Vergusselement, insbesondere ein erstes Vergusselement (128), zur Verbindung des Gehäuses (106) und des ersten Zellpols (118) und/oder - ein Vergusselement, insbesondere ein zweites Vergusselement (154), zur Verbindung des Gehäuses (106) und des zweiten Zellpols (120).
  2. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein erstes Stromsammlerelement (122) umfasst, welches mindestens ein erstes Anbindungselement (123) zur Anbindung des ersten Stromsammlerelements (122) an den ersten Zellpol (118) und/oder zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements (104) und des ersten Zellpols (118) umfasst, wobei das mindestens eine erste Anbindungselement (123) in Form einer in Richtung des ersten Zellpols (118) weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des ersten Zellpols (118) weisenden Vorsprungs ausgebildet ist und/oder wobei das mindestens eine erste Anbindungselement (123) stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem ersten Zellpol (118) verbunden ist.
  3. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein zweites Stromsammlerelement (124) umfasst, welches mindestens ein zweites Anbindungselement (125) zur Anbindung des zweiten Stromsammlerelements (124) an den zweiten Zellpol (120) und/oder zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements (104) und des zweiten Zellpols (120) umfasst, wobei das mindestens eine zweite Anbindungselement (125) in Form einer in Richtung des zweiten Zellpols (120) weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des zweiten Zellpols (120) weisenden Vorsprungs ausgebildet ist und/oder wobei das mindestens eine zweite Anbindungselement (125) stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem zweiten Zellpol (120) verbunden ist.
  4. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Anbindungselement (123) durch Biegen und/oder Ausschneiden, beispielsweise Ausstanzen, gebildet ist und/oder dass das mindestens eine zweite Anbindungselement (125) durch Biegen und/oder Ausschneiden, beispielsweise Ausstanzen, gebildet ist.
  5. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein erstes Isolierelement (130) aufweist, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem ersten Zellpol (118) und dem Becherelement (108) bildet und/oder dass die elektrochemische Zelle (100) ein zweites Isolierelement (156) aufweist, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem zweiten Zellpol (120) und dem Deckelelement (110) bildet.
  6. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vergusselement (128) ein erstes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist und/oder dass das zweite Vergusselement (154) ein zweites Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist.
  7. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein erstes Isolierelement (130) umfasst, welches ein drittes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist, und/oder dass die elektrochemische Zelle (100) ein zweites Isolierelement (156) umfasst, welches ein viertes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist, wobei vorzugsweise das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Polymermaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen oder daraus gebildet sind: Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylenterephthalat.
  8. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vergusselement (128) in radialen Richtungen bezüglich einer Mittelachse (132) der elektrochemischen Zelle (100) zwischen dem ersten Zellpol (118) und dem Becherelement (108) angeordnet ist und/oder dass das zweite Vergusselement (154) in radialen Richtungen bezüglich der Mittelachse (132) der elektrochemischen Zelle (100) zwischen dem zweiten Zellpol (120) und dem Deckelelement (110) angeordnet ist.
  9. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (110) und/oder das Becherelement (108) eine Berstvorrichtung (140) umfasst, welche einen Berststeg (142) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks in einem Innenraum (116) der elektrochemischen Zelle (100) bricht und/oder reißt.
  10. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Berststeg (142) durch einen linienförmigen Bereich verringerter Materialstärke und/oder durch zwei beidseitig des Deckelelements (110) und/oder des Becherelements (108) in das Deckelement (110) beziehungsweise in das Becherelement (108) eingebrachte Vertiefungen, beispielsweise Prägungen, gebildet ist.
  11. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (110) und/oder das Becherelement (108) eine oder mehrere Erhebungen (162) aufweist, welche in einer vom Innenraum (116) weg weisenden Richtung von einem Grundkörper des Deckelelements (110) beziehungsweise des Becherelements (108) weg ragen, wobei die eine oder die mehreren Erhebungen (162) vorzugsweise eine Öffnung zur Aufnahme des zweiten Vergusselements (154) begrenzen.
  12. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100), beispielsweise der zweite Zellpol (120), mindestens ein Umschnappelement (168) umfasst, welches bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks und/oder einer kritischen Temperatur im Innenraum (116) der elektrochemischen Zelle (100) von einem Ruhezustand in einen ausgelösten Zustand nach außen umlenkbar ist und/oder umgelenkt wird und so beispielsweise einen elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten Zellpol (120) und einem zweiten Stromsammlerelement (124) unterbricht und/oder trennt.
  13. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zellpol (120) mehrere Funktionsbereiche (172) aufweist, welche durch das zweite Vergusselement (154) voneinander getrennt sind, wobei vorzugsweise die mehreren Funktionsbereiche (172) durch eine oder mehrere, insbesondere umlaufende, Erhebungen (174), beispielsweise Sicken, voneinander getrennt sind, oder wobei die mehreren Funktionsbereiche (172) selbst relativ zu einem Grundkörper als Erhebungen (174) und/oder Plateaus ausgebildet sind.
  14. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein einziges Vergusselement (154) umfasst, von welchem der zweite Zellpol (120) oder der erste Zellpol (118) und der zweite Zellpol (120) aufgenommen und/oder umgeben sind.
  15. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein oder mehrere Abstandshalterelemente (182) aufweist, wobei das eine oder eines oder mehrere der Abstandshalterelemente (182) zwischen dem Deckelelement (110) und dem ersten Zellpol (118) angeordnet ist und/oder wobei das eine oder eines oder mehrere der Abstandshalterelemente (182) zwischen dem Deckelelement (110) und dem zweiten Zellpol (120) angeordnet ist.
  16. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Stromsammlerelement (122) der elektrochemischen Zelle (100) durch ein erstes Federelement (188), beispielsweise einer Federscheibe, an dem Becherelement (108) angebunden ist und/oder dass ein zweites Stromsammlerelement (124) der elektrochemischen Zelle (100) durch ein zweites Federelement (190), beispielsweise eine Federscheibe, an dem Deckelelement (110) und/oder dem zweiten Zellpol (120) angebunden ist.
  17. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische Element (104) zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ist und/oder parallel zur Mittelachse (132) der elektrochemischen Zelle (100) einen Hohlraum (194) aufweist.
  18. Elektrochemisches System (102), umfassend eine oder mehrere elektrochemische Zellen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
  19. Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle (100), vorzugsweise zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Bereitstellen eines elektrochemischen Elements (104) zur Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie; - Positionieren des elektrochemischen Elements (104) in einem Gehäuse (106), welches ein Becherelement (108) zur Aufnahme des elektrochemischen Elements (104) und ein Deckelelement (110) zum Abdecken und/oder Verschließen des Becherelements (108) umfasst; - Herstellen eines Vergusselements, insbesondere eines ersten Vergusselements (128), zur Verbindung des Becherelements (108) mit einem ersten Zellpol (118) und/oder - Herstellen eines Vergusselements, insbesondere eines zweiten Vergusselements (154), zur Verbindung des Deckelelements (100) mit einem zweiten Zellpol (120).
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische Element (104) in das Becherelement (108) eingeführt wird und dass anschließend ein erstes Stromsammlerelement (122) der elektrochemischen Zelle (100) mit dem ersten Zellpol (118) verbunden, beispielsweise verschweißt, wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Isolierelement (156), das Deckelelement (110) und der zweite Zellpol (120) gestapelt werden, bevor sie mit einem ersten Harzmaterial und/oder einem zweiten Harzmaterial in einem fließfähigen Zustand miteinander vergossen werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische Element (104) durch Aufwickeln auf und/oder um eine Wickelvorrichtung, beispielsweise einen Wickeldorn, hergestellt wird, wodurch insbesondere ein Hohlraum (194) parallel zur Mittelachse (132) der elektrochemischen Zelle (100) gebildet wird.
DE102021207011.6A 2021-07-05 2021-07-05 Elektrochemische Zelle, elektrochemisches System und Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle Pending DE102021207011A1 (de)

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