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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, bei der eine Elektrodenanordnung in eine Hülle eingebracht wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine derart hergestellte Lithium-Ionen-Batteriezelle sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie, welche zumindest eine solche Lithium-Ionen-Batteriezelle aufweist.
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Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine Traktionsbatterie (Hochvolt, HV-Batterie) auf, welche einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Traktionsbatterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle), ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) und/oder ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, fuel cell electric vehicle) zu verstehen, welches die mittels einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der Traktionsbatterie zwischenspeichert.
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Eine solche Traktionsbatterie weist eine Anzahl an miteinander verschalteten Batteriemodulen auf, welche wiederum eine Anzahl an Lithium-Ionen-Batteriezellen (Li-Ionen-Batteriezellen) aufweisen. Diese werden im Folgen kurz auch als Batteriezellen bezeichnet. Dabei sind mehrere Varianten der Batteriezellen, nämlich zylindrische Zellen (Rundzellen), Pouchzellen und prismatische Zellen, bekannt, welche sich in der Anordnung deren Elektroden unterscheiden.
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So sind bei der Pouchzelle deren Elektroden, also die Anoden und die Kathoden, der Elektrodenanordnung alternierend übereinander gestapelt, wobei zwischen den Elektroden jeweils ein Separator angeordnet ist. Diese Anordnung ist ebenso in einem prismatischen Gehäuse möglich, sodass diese Zelle im Folgenden prismatisch gestapelte Zelle genannt wird. Bei der zylindrischen Zelle sowie bei einem anderen Typ der prismatischen Zelle sind die Elektroden der Elektrodenanordnung unter Bildung eines sogenannten Wickels aufgewickelt (aufgerollt), wobei zwischen den Elektroden jeweils ein Separator eingewickelt ist. Dieser letztere Typ der prismatischen Zelle wird auch als prismatisch gewickelte Zelle bezeichnet.
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Typischerweise wird im Zuge der Herstellung der Batteriezelle ein Band zum Fixieren der Elektrodenanordnung verwendet: So wird anhand des Bandes eine unerwünschte relative Verschiebung oder Verstellung der Elektroden des Elektrodenstapels bzw. ein unerwünschtes Abwickeln (Abrollen) des Wickels vermieden.
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Im Betrieb der Batteriezelle und/oder aufgrund von Alterungsprozessen der Batteriezelle wird eine Schichtdicke der Elektroden größer. Also dehnt sich die Elektrodenanordnung aus („Swelling“). Allerdings ist eine solche Ausdehnung im Montagezustand der Batteriezelle im Bereich des Bandes verhindert oder reduziert. Dies resultiert in einer inhomogenen Ausdehnung des Elektrodenstapels und damit einhergehend zu einem vergleichsweise großen Druck auf die Elektrodenanordnung im Bereich des Bandes.
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In diesem Bereich ist das elektrochemische Verhalten verändert, insbesondere resultiert der erhöhte Druck zu einer vermehrten Abscheidung metallischen Lithiums (Lithium-Plating), aufgrund dessen die Lithium-Ionen-Batteriezelle nachteilig vergleichsweise schnell an Kapazität verliert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Herstellungsverfahren für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle sowie eine solche Lithium-Ionen-Batteriezelle anzugeben. Insbesondere soll ein ungleichmäßiger Druck auf die Elektrodenanordnung vermieden sein. Des Weiteren soll ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug angegeben werden, welches eine Traktionsbatterie mit einer solchen Lithium-Ionen-Batteriezellen aufweist.
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Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Lithium-Ionen-Batteriezelle wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und bezüglich des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für die Lithium-Ionen-Batteriezelle sowie für das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Das Verfahren ist zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, welche im Folgen kurz als Batteriezelle bezeichnet wird, vorgesehen und eingerichtet.
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Verfahrensgemäß wird zunächst eine Elektrodenanordnung mit Elektroden, also mit mindestens einer Anode und mit mindestens einer Kathode bereitgestellt. Dabei sind die Elektroden zweckmäßigerweise blatt- oder bandförmig ausgebildet. Sie weisen also eine vergleichsweise geringe Dicke auf. Zweckmäßig ist zudem zwischen den einzelnen Elektroden ein Separator angeordnet. Wie eingangs erwähnt ist geeigneter Weise bei einer Pouchzelle sowie bei einer prismatisch gestapelten Batteriezelle die Elektrodenanordnung als ein Elektrodenstapel und bei einer prismatisch gewickelten oder bei einer zylindrischen Zelle als (Elektroden-)Wickel ausgebildet.
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Die Elektroden der Elektrodenanordnung sind dabei anhand eines Bandes (Fixierband, Fixiertape), insbesondere anhand eines Klebebandes, relativ zueinander fixiert, so dass eine unerwünschte Relativbewegung der Elektroden zueinander vermieden ist. Bei der Ausgestaltung der Elektrodenanordnung als Elektrodenstapel ist das Band geeigneter Weise an einer Stapeloberseite sowie an einer Stapelunterseite, also an jeweils einer äußeren Elektrode oder an einem äußeren Separator des Stapels, angeklebt, wobei das Band einen Umfangsbereich des Stapels umgreift. Bei der Ausgestaltung der Elektrodenanordnung als Elektrodenwickel (Rundwickel oder Flachwickel) ist zweckmäßigerweise das Freiende der aufgewickelten Elektroden anhand des (Klebe-)Bandes am Wickel fixiert. Das Fixierband ist dabei beispielsweise aus solchen Materialien gebildet, die bei (Fixier-)Bändern benutzt werden, welche aus dem Stand der Technik zur Fixierung der Elektroden der Elektrodenanordnung bereits bekannt sind.
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Allenfalls weist das Band eine Lasche auf. Also umfasst das Band einen zweiten Abschnitt, der sich von dem an der Elektrodenanordnung angeordneten, insbesondere an dieser haftenden, ersten Abschnitt des Bandes ausgehend erstreckt. Vorzugsweise ist lediglich der erste Abschnitt mit einem Klebemittel versehen.
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Die Elektrodenanordnung mit dem Band wird verfahrensgemäß - je nach Ausgestaltung der Batteriezelle - in eine Hülle oder zwischen zwei Hüllenelemente eingebracht. Dabei wird das Freiende der Lasche aus der Hülle, insbesondere durch eine Öffnung der Hülle, oder aus dem Bereich zwischen den Hüllenelementen geführt.
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Sofern anhand des Verfahrens eine Pouchzelle als Batteriezelle hergestellt wird, sind die Hüllenelenelemente eine aus einer, zweckmäßigerweise tiefgezogenen, ersten Pouchfolie als Unterschale und einer, zweckmäßigerweise tiefgezogenen, Pouchfolie als Deckels. Alternativ hierzu wird lediglich eine einzige Pouchfolie verwendet, die nach der sogenannten Bookfolding-Methode gefaltet wird, wobei die beiden Hüllenelemente dann der Abschnitt der Pouchfolie, der die Unterschale, und der Abschnitt, der den Deckel bildet, sind. Mit anderen Worten sind der Deckel und die Unterschale aus einer einzigen Pouchfolie, insbesondere einer mit Kunststoff beschichteten Folie auf Aluminiumbasis, gebildet und werden entlang einer Kante zwischen dem Unterschalenabschnitt und dem Deckelabschnitt umgeklappt.
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Sofern die Batteriezelle als prismatische oder als zylindrische Zelle ausgebildet ist, ist die Hülle mittels einer, insbesondere taschenförmigen, Schutz - oder Isolatorfolie gebildet, in welche die Elektrodenanordnung eingebracht wird. Sofern keine solche Schutz - oder Isolatorfolie für die Batteriezelle vorgesehen ist, ist unter der Hülle das biegefeste (Außen-)Gehäuse, beispielsweise aus Metall, zu verstehen.
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Verfahrensgemäß wird an dem aus der Hülle bzw. aus dem Bereich zwischen den Hüllenelementen geführten Freiende der Lasche gezogen, so dass die Fixierung der Elektroden aufgrund des Bandes gelöst wird. Hierbei wird das Band zumindest teilweise von der Elektrodenanordnung, und vorzugsweise auch aus der Hülle bzw. aus dem Bereich zwischen den Hüllenelementen, entfernt. Insbesondere wird das Band durch das Ziehen am Band von der Elektrodenanordnung abgezogen, also abgelöst. Zweckmäßigerweise erfolgt das Abziehen für die Elektroden, insbesondere für eine Beschichtung der Elektroden, zerstörungsfrei. Alternativ hierzu wird das Band durch das Ziehen am Freiende der Lasche derart zerrissen, also durchtrennt, dass die Fixierung der Elektroden aufgelöst wird. Beispielsweise ist hierzu eine Soll-Reiß-Stelle in demjenigen Abschnitt des Bandes vorgesehen, welcher an der Elektrodenanordnung angeordnet, insbesondere angeklebt ist. Beispielsweise ist die Soll-Riss-Stelle im Bereich des Umfangs, Vorzugsweise am Umfang, des Elektrodenstapels oder am Freiende des Elektrodenwickels angeordnet.
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Aufgrund der Auflösung der Fixierung der Elektroden anhand des Bandes, insbesondere aufgrund des zumindest teilweise Entfernens des Bandes aus der Batteriezelle, ist eine Ausdehnung der Elektroden im Betrieb der Batteriezelle und/oder aufgrund von Alterungsprozessen ermöglicht. Dies resultiert in einer vergleichsweise homogenen Druckverteilung auf die Elektroden der Elektrodenanordnung. Damit einhergehend ist die Abscheidung von metallischem Lithium und der entsprechende Kapazitätsverlust vorteilhaft vermieden oder zumindest reduziert.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Hülle und die Elektrodenanordnung oder werden die Hüllenteile und die Elektrodenanordnung vor dem Entfernen des Bandes gegeneinander verspannt. Insbesondere werden diese gegeneinander gepresst. Weiterhin wird diese Verspannung aufrechterhalten zumindest bis das Lösen der Fixierung durch das Ziehen am Freiende der Lasche beendet ist.
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Auf diese Weise ist vorteilhaft ein Verrutschen der Elektroden gegeneinander und/oder relativ zur Hülle bzw. zu den Hüllenelementen vermieden.
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Sofern das Verfahren zur Herstellung einer Pouchzelle vorgesehen ist, werden in zweckmäßiger Ausgestaltung alternativ hierzu oder vorzugsweise zusätzlich hierzu zeitlich vor dem Lösen der Fixierung, insbesondere zeitlich vor dem Entfernen des Bandes oder vor dem Zerreißen des Bandes, die beiden Hüllelemente in demjenigen Bereich, der als Gastasche vorgesehen ist, vorgesiegelt. Mit anderen Worten werden die Hüllenelemente in diesen Fall zeitlich vor dem Lösen der Fixierung im für die Gastasche vorgesehenen Bereich abschnittsweise miteinander durch einen Siegelprozess miteinander gefügt.
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Auf diese Weise sind die beiden Hüllenelemente aneinander fixiert, so dass die Gefahr eines Verrutschens der beiden Hüllenteile gegeneinander weiter reduziert ist.
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Gemäß einer ersten Variante des Verfahrens wird zeitlich nach dem Lösen der Fixierung der Elektroden anhand des Bandes, also nach der Entfernung des Bandes oder nach dem Zerrei-ßen des Bandes, die Hülle oder die Hüllenteile zumindest abschnittsweise versiegelt. Vorzugsweise wird diese bzw. werden diese mit Ausnahme einer Öffnung zum Einbringen des Elektrolyt, und -sofern die Batteriezelle eine Pouchzelle ist - vorzugsweise mit Ausnahme im Bereich der Gastasche vollständig versiegelt, also verschlossen. Anschließend wird der gebildete Zellinnenraum mit Elektrolyt befüllt. Zusammenfassend wird die Fixierung zeitlich vor dem Befüllen der Batteriezelle mit Elektrolyt gelöst.
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Diese Variante des Verfahrens hat den Vorteil, dass das Band nicht elektrolytbeständig sein muss. Es können also vergleichsweise günstige Bänder zum Fixieren der Elektroden verwendet werde. Beispielsweise wird als Träger Polyethylenterephthalat (PET) oder Polypropylen (PP) und ein Klebemittel mit oder aus Acrylat verwendet.
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Gemäß einer zweiten Variante des Verfahrens wird zeitlich vor dem Lösen der Fixierung der Elektroden anhand des Bandes, also nach der Entfernung des Bandes oder nach dem Zerrei-ßen des Bandes, die Hülle oder die Hüllenteile abschnittsweise versiegelt. Vorzugsweise wird diese bzw. werden diese mit Ausnahme einer Öffnung zum Einbringen des Elektrolyt und/oder zum Herausführen des Freiendes der Lasche, und/oder -sofern die Batteriezelle eine Pouchzelle ist - vorzugsweise mit Ausnahme im Bereich der Gastasche vollständig versiegelt, also verschlossen. Daran anschließen wird Zellinnenraum mit Elektrolyt befüllt. Darauf folgend wird die Fixierung der Elektroden durch Ziehen am Freiende der Lasche gelöst. Zusammenfassend wird die Fixierung zeitlich nach dem Befüllen der Batteriezelle mit Elektrolyt gelöst. Das Band ist dabei zweckmäßiger elektrolytbeständig, insbesondere ist eine Haftkraft des Bandes am Elektrodenstapel aufgrund des Elektrolyt nicht reduziert und/oder dieses reagiert nicht chemisch mit dem Elektrolyt, insbesondere mit einem Additiv dessen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird als Band ein Klebestreifen verwendet, der eine zugrichtungsabhängige Haftfestigkeit aufweist. Insbesondere ist das Band derart ausgebildet, dass die Haftfestigkeit durch Ziehen an dem Klebestreifen in einer zur Verklebungsebene parallelen Richtung abnimmt. Solche Klebestreifen sind aus dem Stand der Technik bekannt Beispielsweise offenbart die
DE 44 28 587 C2 einen Klebfolienstreifen für wiederlösbare Verklebungen, wobei das Lösen der Verklebung durch Ziehen an dem Streifen in Richtung der Verklebungsebene erfolgt. Vorteilhaft ist ein solches Band vergleichsweise aufwandsarm von der Elektrodenanordnung entfernbar.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung die Elektrodenanordnung zur Fixierung deren Elektroden umschlungen. Mit anderen Worten wird die Elektrodenanordnung vom Band umfasst. Insbesondere wird das Band in einer Querschnittsebene der Elektrodenanordnung entlang des vollständigen Umfangs der Elektrodenanordnung herumgeführt und aufgeklebt. Durch das Umschlingen ist dabei eine besonders sichere Fixierung der Elektroden der Elektrodenanordnung realisiert.
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Die beiden Freienden des Bandes bilden dabei jeweils eine Lasche. Zum Lösen der Fixierung wird an einem der beiden Freienden gezogen. Insbesondere sofern als Band ein Klebestreifen mit zugrichtungsabhängiger Haftfestigkeit verwendet wird, wird durch das Ziehen an einer der beiden Laschen das Bandes von der Elektrodenanordnung gelöst. Dabei wird das jeweils andere Ende um die Elektrodenanordnung bewegt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine (Lithium-Ionen-)Batteriezelle, welche gemäß dem Verfahren in einer der oben dargestellten Varianten hergestellt ist. Diese weist also die Elektrodenanordnung mit Elektroden auf, wobei die Elektroden nicht anhand eines Bandes fixiert sind. Also ist innerhalb der Hülle der Batteriezelle kein Band (Klebeband, Tape) vorhanden oder dieses ist, insbesondere am Umfang der als Elektrodenstapel ausgebildeten Elektrodenanordnung, zerrissen. Allenfalls ist eine Fixierung der Elektroden der Elektrodenanordnung durch das Band (auf-)gelöst. Die Elektrodenanordnung ist dabei wie oben dargestellt als Elektrodenstapel im Falle einer Pouchzelle oder einer prismatisch gestapelten Batteriezelle und als Wickel im Falle einer zylindrischen oder prismatisch gewickelten Zelle ausgebildet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, dessen Traktionsbatterie zumindest eine solche Lithium-Ionen-Batteriezelle umfasst. Zweckmäßiger Weise umfasst die Traktionsbatterie mehrere solcher Lithium-Ionen-Batteriezellen, wobei diese in Serie und/oder parallel zueinander verschaltet sind.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1a ein Flussdiagramm, das den Verfahrensablauf einer ersten Variante eines Verfahrens zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle darstellt,
- 1 b ein Flussdiagramm, das den Verfahrensablauf einer zweiten Variante eines Verfahrens zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle darstellt,
- 2 schematisch in einer perspektivischen Ansicht zwei als Pouchfolien ausgebildete Hüllenelemente zwischen welchen eine als Elektrodenstapel ausgebildete Elektrodenanordnung eingebracht ist, wobei die Elektroden der Elektrodenanordnung mittels Bändern fixiert sind, und wobei die Bänder eine Lasche aufweisen,
- 3 schematisch eine als Elektrodenwickel ausgebildete Elektrodenanordnung, dessen Freiende anhand eines Bandes am Wickel fixiert ist, wobei der Elektrodenwickel in eine als taschenförmige Schutzhülle eingebracht ist,
- 4a schematisch in einer Seitenansicht den Elektrodenstapel, an welchem ein erster Abschnitt des Bandes angeordnet ist, und wobei sich die Lasche als zweiter Abschnitt des Bandes von einem Bereich des ersten Abschnitt ausgehend erstreckt, welcher am Umfang des Elektrodenstapels angeordnet ist,
- 4b schematisch in einer Seitenansicht den Elektrodenstapel der 3a, wobei der erste Abschnitt des Bandes Soll-Reiß-Stellen aufweist,
- 4c schematisch in einer Seitenansicht den Elektrodenstapel der 3a, wobei die Lasche als zweiter Abschnitt des Bandes an einem Freiende des ersten Abschnitts angeordnet ist, und
- 4d schematisch in perspektivischer Ansicht den Elektrodenstapel, welcher zum Fixieren dessen Elektroden von zwei Bändern umschlungen ist, und
- 4e schematisch in einer Schnittansicht den Elektrodenstapel gemäß der 4d, wobei dieser in einen mittels der Hüllenelemente gebildeten Innenraum aufgenommenen ist, und wobei die Schnittebene senkrecht zu den Elektroden des Elektrodenstapels orientiert ist und durch eines der Bänder verläuft.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1a ist eine erste Variante eines Herstellungsverfahrens einer kurz auch als Batteriezelle bezeichneten Lithium-Ionen-Batteriezelle 2 anhand eines Flussdiagramms repräsentiert. Dabei wird in einem ersten Schritt I.a eine Elektrodenanordnung 4 mit Elektroden 6 bereitgestellt, wobei die Elektroden 6 anhand eines Bandes 8 fixiert sind. Die Elektrodenanordnung 4 ist dabei beispielsweise als Elektrodenstapel (vgl. auch 2) oder als Elektrodenwickel (vgl. auch 3) ausgebildet.
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Das Band 8 weist dabei einen ersten Abschnitt 8a auf, der an der Elektrodenanordnung 4 angeordnet, insbesondere dort angeklebt ist. Wie in der 2 und in den 4a bis 4c erkennbar ist, ist bei der Ausgestaltung der Elektrodenanordnung 4 als Elektrodenstapel das Band an einer Stapeloberseite 10 sowie an einer Stapelunterseite 12, also an jeweils einer äu-ßeren Elektrode 6 angeklebt, wobei das Band 8 einen Umfangsbereich 14 des Stapels umgreift (vgl. auch 4a bis 4c). Bei der Ausgestaltung der Elektrodenanordnung 4 als Elektrodenwickel (Rundwickel oder Flachwickel) ist das Freiende 16 der aufgewickelten Elektroden anhand des Bandes 8 am Wickel fixiert.
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Des Weiteren umfasst das Band 8 eine Lasche 8b als zweiten Abschnitt der sich vom ersten Abschnitt ausgehend erstreckt. Die Lasche 8b ist dabei vorzugsweise klebstofffrei, so dass ein Kleben der Lasche 8b an der Elektrodenanordnung 4 vermieden ist. Die Lasche ist dabei flexibei und von dem ersten Abschnitt 8a des Bandes 8 wegführbar.
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In einem zweiten Schritt II.a des Verfahrens wird die Elektrodenanordnung 4 mit dem daran angeordneten Band 8 zwischen zwei als tiefgezogene Pouchfolien ausgebildete Hüllenelemente 18a eingebracht (2), wobei die Elektrodenanordnung 4 in einer durch das Tiefziehen gebildete Aufnahme 20 aufgenommen wird. Alternativ hierzu wird die Elektrodenanordnung 4 in eine mittels einer Isolator- oder Schutzfolie ausgebildete Tasche für eine prismatische Batteriezelle eingebracht, wobei diese Tasche eine Hülle 18b für die Elektrodenanordnung 4 bildet.
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Gemäß nicht weiter dargestellten Varianten kann auch ein Elektrodenstapel in eine solche als Tasche ausgebildeten Hülle 18b eingebracht oder eine, insbesondere als Flachwickel ausgebildeter Elektrodenwickel zwischen die zwei Pouchfolien eingebracht werden. Die folgenden Ausführungen gelten hierfür in analoger Weise.
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Allenfalls werden die Laschen 8b, insbesondere deren Freiende 22 aus der Hülle bzw. aus dem Bereich zwischen den beiden Hüllenelementen 18a herausgeführt.
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In einem dritten Schritt III.a des Verfahrens werden die beiden Hüllenelemente 18a und die Elektrodenanordnung 4 bzw. die Hülle 18b und die Elektrodenanordnung durch gegeneinander Verpressen gegeneinander verspannt. Dies ist in den 2 und 3 durch Pfeile repräsentiert, die mit dem Bezugszeichen F versehen sind.
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Sofern die Batteriezelle eine Pouchzelle ist (2) werden die beiden Hüllenelemente 18a in einem Bereich 24 abschnittsweise vorgesiegelt, welcher für die Bildung einer Gastasche vorgesehen und eingerichtet ist. Derjenige Bereich der hierbei vorgesiegelt wird, ist in der 2 auf der oberen Pouchfolie als mit dem Bezugszeichen 26 versehenen Bereich dargestellt.
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Zusammenfassend ist ein Verrutschen der Elektroden gegeneinander und gegen der Hülle 18b bzw. gegen die Hüllenelemente18a durch das Verspannen und/oder durch das Vorsiegeln vermieden.
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Gemäß der ersten Variante des Verfahrens wird in einem anschließenden vierten Schritt IV.a die Fixierung der Elektroden 6 durch Ziehen am Freiende 22 der Lasche 8b gelöst.
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Hierbei wird das Band 8 entweder von der Elektrodenanordnung 4 abgezogen (vgl. auch Ausführungen zu den 4a und 4c weiter unten). Alternativ hierzu reißt das Band 8 hierbei. Mit anderen Worten wird das Band 8 durchtrennt. Dabei reißt das Band 8 im an der Elektrodenanordnung 4 angeordneten ersten Abschnitt 8a (vgl. hierzu auch Ausführungen zu der 4b).
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In einem zeitlich darauf folgenden fünften Schritt V.a, also nach dem Lösen der Fixierung, wird die Hülle 18b oder die Hüllenelemente 18a zumindest abschnittsweise versiegelt, und der Zellinnenraum mit Elektrolyt befüllt. Bei der Ausführung als Pouchzelle gem. der 2 werden dabei beispielsweise die Bereiche 28 an denjenigen Seiten, an denen beiden kurzen Enden des Elektrodenstapels angeordnet sind, also diejenigen Seiten, an denen die beiden Zellableiter 30 aus dem Aufnahme 20 herausgeführt sind sowie derjenige Bereich 32 versiegelt, welcher auf der dem Bereich 24 der Gastasche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
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In der 1 b ist eine zweite Variante eines Herstellungsverfahrens der Lithium-Ionen-Batteriezelle 2 anhand eines Flussdiagramms repräsentiert. Hierbei erfolgen der erste Schritt I.b und der zweite Schritt II.b in analoger Weise zum ersten Schritt I.a und zum zweiten Schritt II.a des Verfahrens gemäß der 1a.
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Sofern die Batteriezelle eine Pouchzelle ist (2), werden dann die beiden Hüllenelemente 18a in einem Bereich 24 für die Bildung einer Gastasche vorgesiegelt, vgl. Siegelbereich 26.
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Gemäß der zweiten Variante erfolgt in einem dritten Schritt III.b die abschnittsweise Versiegelung der Hülle 18b bzw. der Hüllenelemente 18a. Dabei werden die Laschen 8b aus einer verbleibenden Öffnung aus der Hülle 18b bzw. aus dem Bereich zwischen den Hüllenelementen 18a herausgeführt. Bei der Ausführung der Batteriezelle 2 gemäß der 2 werden hierbei die Bereiche 28 und 32 versiegelt und die Laschen 8b durch den Bereich 24 für die Gastasche nach Zellaußen geführt. Anschließend wird der derart gebildete Zellinnenraum mit Elektrolyt befüllt.
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In einem vierten Schritt IV.b werden die Elektrodenanordnung 4 und die Hülle 18b bzw. die Hüllenelemente 18a gegeneinander verspannt. In nicht weiter dargestellter Weise kann dieser Schritt auch vor dem dritten Schritt erfolgen.
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In einem fünften Schritt V.b wird die Fixierung der Elektroden 6 der mit der Hülle 18b bzw. mit den Hüllenelementen 18a verspannten Elektrodenanordnung 4 durch Ziehen am Freiende 22 der Lasche 8b gelöst.
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Hierbei wird das Band 8 entweder von der Elektrodenanordnung 4 abgezogen (vgl. auch Ausführungen zu den 4a und 4c weiter unten). Alternativ hierzu reißt das Band 8 hierbei. Mit anderen Worten wird das Band durchtrennt. Dabei reißt das Band 8 im an der Elektrodenanordnung 4 angeordneten ersten Abschnitt 8a (vgl. hierzu auch Ausführungen zu der 4b). In analoger Weise zum vierten Schritt IV.a der ersten Variante des Verfahrens wird das Band 8 entweder von der Elektrodenanordnung 4 abgezogen (vgl. auch Ausführungen zu den 4a und 4c weiter unten). Alternativ hierzu reißt das Band 8.
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In der 2 sind die Elektroden 6 des Elektrodenstapel anhand mehrerer Bänder 8 fixiert. Die oben dargestellten Ausführungen zum Verfahren gemäß der 1a oder der 1b gelten bevorzugt in analoger Weise für jedes der Bänder 8.
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In den 4a bis 4c ist schematisch eine als Elektrodenstapel ausgebildete Elektrodenanordnung 4 gezeigt. Dabei sind beispielhaft lediglich 2 Anoden 6a und zwei Kathoden 6b dargestellt, die alternierend übereinander gestapelt sind, wobei zwischen jedem Anoden-Kathoden-Paar jeweils ein Separator 34 angeordnet ist.
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Zusammenfassend ist ein erster Abschnitt 8a des Bandes U-Förmig ausgestaltet, wobei die beiden parallelen U-Schenkel 36 an der Stapeloberseite 10 bzw. an der Stapelunterseite 36 angeklebt sind. Der U-Verbindungsschenkel 38 ist in einem Umfangsbereich 14 des Elektrodenstapels angeordnet.
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Gemäß der Ausgestaltung der 4a erstreckt sich die Lasche 8b als zweiter Abschnitt des Bandes 8 vom U-Verbindungsschenkel 38 des ersten Abschnitts 8a, welcher am Umfang (am Umfangsbereich 14) des Elektrodenstapels angeordnet ist. Vorzugsweise wird zum Lösen der Fixierung die Lasche in eine Richtung senkrecht zur Zeichenebene, also entlang des Umfangsbereichs des Elektrodenstapels, gezogen.
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Alternativ hierzu kann, wie in der 4b erkennbar, die Lasche 8b über den Elektrodenstapel geführt werden. An der Lasche 8b wird dann in einer Richtung gezogen, in welcher sich auch die U-Schenkel 36 vom U-Verbindungsschenkel 38 erstrecken. Beim Ziehen am Freiende 22 der Lasche 8b reißt das Band im ersten Abschnitt 8a, insbesondere im Umfangsbereich 14, also im U-Verbindungsschenkel 38. Hierbei können beispielsweise Soll-Riss-Stellen 40 in den ersten Abschnitt 8a eingebracht werden, um dieses Reißen zu erleichtern. Beispielswiese wird das Band 8 hierzu perforiert.
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In der 4c ist eine weitere alternative des Bandes dargestellt, wobei sich die Lasche 8b ausgehend von einem Freiende eines der U-Schenkel 36 erstreckt. Geeigneter Weise erfolgt das Ziehen am Freiende 22 der Lasche zum Lösen der Fixierung in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene.
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In der 4d und der 4e ist eine weitere alternative des Bandes dargestellt. Hierbei umschlingt das Band 8 die als Elektrodenstapel Elektrodenanordnung 4 umfangsseitig. Mit anderen Worten umfasst das Band 8 um den Elektrodenstapel. Hierbei bilden die beiden Freienden des Bandes eine jeweilige Lasche 22. Beispielsweise werden die beiden Laschen 22 im Zuge des Fixierens der Elektroden 6a, 6b miteinander verklebt. Nach dem Fixieren werden die Laschen 22 durch eine Öffnung 42 aus einem durch die Hüllenelemente 18a gebildeten Innenraum nach außen geführt, vgl. 4e. Vorzugsweise sind die Hüllenelemente 18a sonst umfangsseitig vollständig miteinander durch einen Siegelprozess gefügt.
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Zum Lösen der Fixierung werden entweder die beiden miteinander verklebten Laschen voneinander getrennt. Alternativ hierzu wird das Band 8 an der Schnittstelle 44 durchtrennt. Anschließend wird an einer der beiden Laschen 22, bzw. an der nicht abgetrennten Lasche 22 gezogen, was in der 4d anhand eines entsprechenden Pfeils dargestellt ist. Die Zugrichtung ist dabei im Wesentlichen parallel zur Stapeloberseite 10 bzw. zur Stapelunterseite 12.
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Das Band 8 löst sich aufgrund des Ziehens an der entsprechenden Lasche 22 von der Elektrodenanordnung. Die andere Lasche 22 bzw. das Ende des Bandes 8 mit der Schnittkante wird dann durch den Innenraum der Batteriezelle 2 und umfangsseitig um die Elektrodenanordnung 4 herumbewegt, bevor das Band 8 anschließend vollständig aus dem Innenraum herausgezogen wird.
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Das Band 8 ist dabei vorzugsweise als ein Klebestreifen ausgebildet, welcher eine zugrichtungsabhängige Haftfestigkeit aufweist. So nimmt eine Haftfestigkeit des Klebestreifens, der im Wesentlichen auf der Stapeloberseite 10 und auf der Stapelunterseite 12 haftet, aufgrund des Ziehens an der Lasche 22 und somit zumindest aufgrund einer Zugkomponente ab, die parallel zur Stapeloberseite 10 bzw. zur Stapelunterseite 12 verläuft.
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Die in den 4a bis 4e gezeigten Varianten des Bandes können in analoger Weise auch für einen Elektrodenwickel verwendet werden. Weiterhin können die in den 4a bis 4c gezeigten Varianten des Bandes ebenfalls eine zugrichtungsabhängige Haftfestigkeit entsprechend der Ausführung der 4d aufweisen.
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In nicht näher dargestellter Weise umfasst eine Batterie zumindest eine Lithium-Ionen-Batteriezelle 2, die gemäß dem Verfahren in einer der oben dargestellten Varianten hergestellt wurde. Die Batterie ist dabei bevorzugt die Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Batteriezelle
- 4
- Elektrodenanordnung
- 6
- Elektroden
- 6a
- Anode
- 6b
- Kathode
- 8
- Band
- 8a
- erster Abschnitt des Bandes
- 8b
- Lasche/ zweiter Abschnitt des Bandes
- 10
- Stapeloberseite
- 12
- Stapelunterseite
- 14
- Umfangsbereich
- 16
- Freiende einer Elektrode
- 18a
- Hüllenelement
- 18b
- Hülle
- 20
- Aufnahme
- 22
- Freiende der Lasche
- 24
- Bereich für eine Gastasche
- 26
- Vorsiegelbereich
- 28
- Siegelbereich
- 30
- Zellableiter
- 32
- Siegelbereich
- 34
- Separator
- 36
- U-Schenkel
- 38
- U-Verbindungsschenkel
- 40
- Soll-Riss-Stelle
- 42
- Öffnung
- 44
- Schnittstelle
- I.a
- Fixierung
- II.a
- Einbringen der Elektrodenanordnung in eine Hülle oder zwischen Hüllenelementen und Herausführen der Lasche
- III.a
- Verspannen
- IV.a
- Ziehen an der Lasche
- V.a
- Versiegelung und Elektrolytbefüllung
- I.b
- Fixierung
- II.b
- Einbringen der Elektrodenanordnung in eine Hülle oder zwischen Hüllenelementen und Herausführen der Lasche
- III.b
- Versiegelung und Elektrolytbefüllung
- IV.b
- Verspannen
- V.b
- Ziehen an der Lasche
- F
- Verspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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