DE102022111706A1 - Method for producing an accumulator and accumulator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators, wobei die Metallfolien (3), welche die Elektroden des Akkumulators kontaktieren, gemeinsam mit den Elektroden des Akkumulators derart zu einem, zumindest im Wesentlichen, kreiszylindrischen Elektrodenwickel (1) aufgewickelt werden, dass an einer der beiden sich gegenüberliegenden Stirnseiten des Elektrodenwickels (1) ein erster Randbereich einer ersten Metallfolie (3) zur Kontaktierung einer ersten Elektrode gegenüber den anderen schichtförmigen Bestandteilen des Elektrodenwickels (1) vorsteht. Der Elektrodenwickel (1) wird in ein becherförmiges Gehäuseteil (21) eingebracht und zur Kontaktierung der ersten Elektrode des Akkumulators wird der erste Randbereich der ersten Metallfolie (3) der ersten Elektrode mit dem Boden (22) des Gehäuseteils (21) in Kontakt gebracht und durch die Beaufschlagung der Außenseite des Bodens (22) des Gehäuseteils (21) mit einem Laserstrahl mit dem Boden verschweißt.The invention relates to a method for producing an accumulator, wherein the metal foils (3), which contact the electrodes of the accumulator, are wound together with the electrodes of the accumulator to form an, at least essentially, circular-cylindrical electrode coil (1) that on one of the A first edge region of a first metal foil (3) protrudes from both opposite end faces of the electrode winding (1) for contacting a first electrode relative to the other layer-shaped components of the electrode winding (1). The electrode coil (1) is inserted into a cup-shaped housing part (21) and in order to contact the first electrode of the accumulator, the first edge region of the first metal foil (3) of the first electrode is brought into contact with the bottom (22) of the housing part (21) and welded to the floor by applying a laser beam to the outside of the bottom (22) of the housing part (21).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenableitung eines Akkumulators, und einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Akkumulator.The invention relates to a method for producing an accumulator, in particular a method for producing an electrode lead of an accumulator, and an accumulator that can be produced using the method according to the invention.
Bei Akkumulatoren der in Rede stehenden Art sind die Metallfolien, welche insbesondere die Anode und/oder die Kathode des Akkumulators kontaktieren, gemeinsam mit anderen flächigen Bestandteilen des Akkumulators, wie insbesondere den Elektroden des Akkumulators, vorzugsweise spiralförmig, zu einem Elektrodenwickel aufgewickelt.In the case of accumulators of the type in question, the metal foils, which in particular contact the anode and/or the cathode of the accumulator, are wound together with other flat components of the accumulator, such as in particular the electrodes of the accumulator, preferably spirally, to form an electrode coil.
Derartige Akkumulatoren können dadurch hergestellt werden, dass die Elektrodenwickel in becherförmige Gehäuseteile eingebracht werden. Der becherförmige kann Gehäuseteil mit einem Deckel verschlossen werden, der gegenüber dem Gehäuseteil elektrisch isoliert sein kann. Durch den Deckel hindurch wird ein Pol geführt, der mit einer der Metallfolien des Elektrodenwickels elektrisch kontaktiert wird. Die andere Metallfolie des Elektrodenwickels wird mit dem Becher elektrisch kontaktiert, der so den zweiten Pol des resultierenden Akkumulators bildet. Hierbei kommen Fähnchen zum Einsatz, mit denen die Metallfolien mit dem becherförmigen Gehäuseteil bzw. dem durch den Deckel hindurchgeführten Pol kontaktiert werden. Die Art der Kontaktierung gestaltet sich zum einen vergleichsweise komplex, zum anderen resultieren daraus regelmäßig vergleichsweise lange Strompfade. Derartige Akkumulatoren eignen sich daher weniger gut für Anwendungen, in denen die Akkumulatoren hohe elektrische Leistungen abgeben sollen.Such accumulators can be manufactured by inserting the electrode coils into cup-shaped housing parts. The cup-shaped housing part can be closed with a lid, which can be electrically insulated from the housing part. A pole is passed through the cover and is electrically contacted with one of the metal foils of the electrode coil. The other metal foil of the electrode wrap is electrically contacted with the cup, which thus forms the second pole of the resulting accumulator. Here, flags are used with which the metal foils are contacted with the cup-shaped housing part or the pole passed through the lid. On the one hand, the type of contacting is comparatively complex, and on the other hand, it regularly results in comparatively long current paths. Such accumulators are therefore less suitable for applications in which the accumulators are intended to deliver high electrical power.
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators und einen Akkumulator zur Verfügung zu stellen, bei denen die vorgenannten Nachteile nicht oder zumindest im geminderten Umfang auftreten.The object of the invention is therefore to provide a method for producing an accumulator and an accumulator in which the aforementioned disadvantages do not occur or at least occur to a reduced extent.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren einen Akkumulator mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.The task is solved by a method using an accumulator with the features of the independent claims. The features of the dependent claims relate to advantageous embodiments.
Das Verfahren zur Herstellung des Akkumulators sieht vor, dass die Metallfolien, welche die Elektroden des Akkumulators kontaktieren, gemeinsam mit den Elektroden des Akkumulators derart zu einem, zumindest im Wesentlichen, kreiszylindrischen Elektrodenwickel aufgewickelt werden, dass an einer der beiden sich gegenüberliegenden Stirnseiten des Elektrodenwickels ein erster Randbereich einer ersten Metallfolie zur Kontaktierung einer ersten Elektrode gegenüber den anderen schichtförmigen Bestandteilen des Elektrodenwickels vorsteht. Unter den Stirnseiten sind dabei die Seiten des Elektrodenwickels zu verstehen, die den Grundflächen des die geometrische Form des Elektrodenwickels beschreibenden Kreiszylinders entsprechen.The method for producing the accumulator provides that the metal foils, which contact the electrodes of the accumulator, are wound together with the electrodes of the accumulator to form an, at least essentially, circular cylindrical electrode coil that on one of the two opposite end faces of the electrode coil first edge region of a first metal foil for contacting a first electrode protrudes from the other layer-shaped components of the electrode coil. The end faces are to be understood as meaning the sides of the electrode coil which correspond to the base surfaces of the circular cylinder describing the geometric shape of the electrode coil.
Der Elektrodenwickel wird in ein becherförmiges Gehäuseteil eingebracht und zur Kontaktierung der ersten Elektrode des Akkumulators wird der erster Randbereich der ersten Metallfolie der ersten Elektrode mit dem Boden des Gehäuseteils in Kontakt gebracht und durch die Beaufschlagung der Außenseite des Bodens des Gehäuseteils mit einem Laserstrahl mit dem Boden verschweißt. Dabei wird der Elektrodenwickel mit dem vorstehenden ersten Randbereich der ersten Metallfolie insbesondere an den Boden des Gehäuseteils angedrückt.The electrode coil is introduced into a cup-shaped housing part and in order to contact the first electrode of the accumulator, the first edge region of the first metal foil of the first electrode is brought into contact with the bottom of the housing part and by applying a laser beam to the outside of the bottom of the housing part with the floor welded. In this case, the electrode coil with the protruding first edge region of the first metal foil is pressed, in particular, onto the bottom of the housing part.
Bei der ersten Elektrode kann es sich insbesondere um die Kathode handeln. Die Metallfolie, die zur Kontaktierung der ersten Elektrode genutzt wird, besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Dies lässt sich ein vorteilhafter Weise mit dem Gehäuseteil verschweißen, insbesondere dann, wenn das Gehäuseteil und insbesondere der Boden des Gehäuseteils ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ist. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Boden aus dem gleichen Material besteht wie die Metallfolie.The first electrode can in particular be the cathode. The metal foil that is used to contact the first electrode is preferably made of aluminum or an aluminum alloy. This can be advantageously welded to the housing part, especially if the housing part and in particular the bottom of the housing part is also made of aluminum or an aluminum alloy. It is particularly advantageous if the floor is made of the same material as the metal foil.
Das Gehäuseteil kann insbesondere tiefgezogen sein. Es hat sich gezeigt, dass mittels des Tiefziehens, das vorzugsweise in mehreren Stufen erfolgt, eine hinreichende Maßhaltigkeit des Bodens erzielt werden kann, um die Verschweißung so reproduzierbar durchzuführen.The housing part can in particular be deep-drawn. It has been shown that deep drawing, which is preferably carried out in several stages, ensures sufficient dimensional stability of the floor can be achieved in order to carry out the welding in a reproducible manner.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass auf diese Weise eine zuverlässige Verschweißung zwischen der Metallfolie und dem Boden erzielt werden kann.It has surprisingly been shown that a reliable weld between the metal foil and the floor can be achieved in this way.
Bei dem Akkumulator handelt es sich vorzugsweise um einen Lithium-Ionen-Akkumulator. Lithium-Ionen-Akkumulatoren ermöglichen die Speicherung vergleichsweise große Mengen Energie bei geringem Gewicht und Raumbedarf. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher insbesondere bei der Herstellung dieser Akkumulatoren einen hohen Mehrwert.The accumulator is preferably a lithium-ion battery. Lithium-ion batteries enable the storage of comparatively large amounts of energy with low weight and space requirements. The method according to the invention therefore offers high added value, particularly in the production of these accumulators.
Bevorzugt weist der Akkumulator eine, zumindest im Wesentlichen, zylindrische Geometrie auf. Unter einer zumindest im Wesentlichen zylindrischen Geometrie ist insbesondere eine Geometrie zu verstehen, bei der die Hauptabmessungen des Akkumulators eine zylindrische Geometrie bilden. Einzelne Elemente des Akkumulators, beispielsweise die Pole, können hierbei eine von einer strengen Zylinderform abweichende Gestaltung aufweisen. Akkumulatoren mit zylindrischer Geometrie sind als Bauform bereits standardisiert, weshalb regelmäßig ein einfacher Austausch der Akkumulatoren möglich ist.The accumulator preferably has an, at least essentially, cylindrical geometry. An at least essentially cylindrical geometry is to be understood in particular as a geometry in which the main dimensions of the accumulator form a cylindrical geometry. Individual elements of the accumulator, for example the poles, can have a design that deviates from a strict cylindrical shape. Accumulators with cylindrical geometry are already standardized as a design, which is why the accumulators can be easily replaced on a regular basis.
Der Akkumulator nimmt durch die spiralförmige Aufwicklung eine, zumindest im Wesentlichen, kreiszylindrische Form an. Die Achse der spiralförmigen Wicklung entspricht hierbei bevorzugt der Mittelachse des Zylinders. Unter der Achse ist hierbei insbesondere das linienförmige Zentrum der spiralförmigen Wicklung zu verstehen. Eine physische Achse im Sinne eines entsprechenden Bauteils kann vorhanden sein, ist jedoch nicht zwingend notwendig.Due to the spiral winding, the accumulator takes on an, at least essentially, circular cylindrical shape. The axis of the spiral winding preferably corresponds to the central axis of the cylinder. The axis here is to be understood in particular as the linear center of the spiral winding. A physical axis in the sense of a corresponding component can be present, but is not absolutely necessary.
Das Verfahren kann vorsehen, dass zur Kontaktierung einer zweiten Elektrode des Akkumulators eine zweite Metallfolie zur Kontaktierung der zweiten Elektrode mit einem Kontaktelement verschweißt wird. Hierbei ist das Kontaktelement insbesondere flächig und rechtwinklig zur Achse des Elektrodenwickels orientiert.The method can provide that in order to contact a second electrode of the accumulator, a second metal foil is welded to a contact element for contacting the second electrode. Here, the contact element is oriented in particular flat and at right angles to the axis of the electrode coil.
Es ist vorteilhaft, wenn die Metallfolie, insbesondere der mit dem Boden und/oder dem Kontaktelement zu verbindende Bereich der Metallfolie, gegenüber den anderen flächigen bzw. schichtförmigen Bestandteilen des Akkumulators, wie beispielsweise der Kathode, der Anode oder einer weiteren Metallfolie, in Richtung des Bodens und/oder des Kontaktelements, vorzugsweise in Richtung der Achse des Elektrodenwickels, vorsteht. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Metallfolie gegenüber den anderen schichtförmigen Bestandteilen des Akkumulators wenigstens 1 mm, vorzugsweise wenigstens 2 mm, und/oder höchstens 8 mm, vorzugsweise höchstens 6 mm, vorsteht. Dieser vorstehende Bereich der Metallfolie ermöglicht es, die Metallfolie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kontaktieren, wobei das Risiko, andere schichtförmige Bestandteile des Akkumulators durch die Verschweißung zu beeinträchtigen und/oder zu beschädigen, ausgeschlossen oder zumindest gesenkt wird.It is advantageous if the metal foil, in particular the area of the metal foil to be connected to the base and/or the contact element, is in the direction of the other flat or layered components of the accumulator, such as the cathode, the anode or another metal foil Bottom and / or the contact element, preferably in the direction of the axis of the electrode winding, protrudes. It is advantageous here if the metal foil protrudes by at least 1 mm, preferably at least 2 mm, and/or at most 8 mm, preferably at most 6 mm, relative to the other layered components of the battery. This protruding area of the metal foil makes it possible to contact the metal foil using the method according to the invention, whereby the risk of impairing and/or damaging other layered components of the accumulator as a result of the welding is excluded or at least reduced.
Es ist vorteilhaft, wenn ein Bereich der Metallfolie umgebogen wird. Das Umbiegen des Bereichs der Metallfolie kann zweckmäßigerweise vor und/oder während dem Aufwickeln der Metallfolie erfolgen. Es kann eine Vielzahl von Biegeverfahren zum Einsatz kommen, bevorzugt handelt es sich um ein Bördelverfahren. Das Verschweißen der Metallfolie mit dem Boden und/oder dem Kontaktelement erfolgt dann vorzugsweise im Bereich der erzeugten Biegung. Hierdurch wird die Anlagefläche der Metallfolie am Boden und/oder am Kontaktelement vergrößert, was sich positiv auf die Verschweißung auswirkt. Bei der Biegung kann es sich beispielsweise um eine Umbiegung um 180° handeln. Es sind jedoch auch andere Gestaltungen der Biegung denkbar, insbesondere kann auch ein mehrfaches Umbiegen erfolgen. Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass unter dem Randbereich, der mit dem Kontaktelement verbunden wird, im Zweifel nicht der Randbereich der ursprünglichen Metallfolie vor dem Umbiegen zu verstehen ist, sondern vielmehr der Teil der Metallfolie, der nach dem Umbiegen der Metallfolie den durch das Umbiegen erzeugten neuen Rand der Metallfolie bildet.It is advantageous if an area of the metal foil is bent over. The area of the metal foil can expediently be bent over before and/or during the winding of the metal foil. A variety of bending processes can be used, preferably a flanging process. The welding of the metal foil to the base and/or the contact element then preferably takes place in the area of the bend created. This increases the contact surface of the metal foil on the floor and/or on the contact element, which has a positive effect on the welding. The bend can be, for example, a bend of 180°. However, other configurations of the bend are also conceivable, in particular multiple bending can also take place. In this context, it is understood that the edge area that is connected to the contact element is, in case of doubt, not to be understood as the edge area of the original metal foil before the bending, but rather the part of the metal foil which, after the metal foil has been bent, is through the Bending creates a new edge of the metal foil.
Die Dicke des flächigen Kontaktelements beträgt bevorzugt wenigstens 0,05 mm, besonders bevorzugt wenigstens 0,15 mm, und/oder bevorzugt höchstens 1,5 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,6 mm.The thickness of the flat contact element is preferably at least 0.05 mm, particularly preferably at least 0.15 mm, and/or preferably at most 1.5 mm, particularly preferably at most 0.6 mm.
Es ist vorteilhaft, wenn die erste und/oder zweite Metallfolie an einen vorspringenden Bereich der Innenseite des Bodens und/oder der ersten Fläche des Kontaktelements angeschweißt wird. Ein derartiger vorspringender Bereich an dem Boden und/oder dem Kontaktelement ermöglicht es, einen definierten lokalen Kontakt zwischen der Metallfolie und dem Boden und/oder dem Kontaktelement herzustellen, an dem die Schweißung erfolgt. Dabei weist der Boden und/oder das Kontaktelement bevorzugt an seiner dem vorspringenden Bereich gegenüberliegenden Fläche einen zurückspringenden Bereich auf. Dieser ist bevorzugt hinsichtlich seiner Form komplementär zu dem vorspringenden Bereich gestaltet. Zweckmäßigerweise können der vorspringende Bereich und der zurückspringende Bereich gemeinsam als Sicke in dem Boden und/oder dem Kontaktelement ausgeführt sein. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass sie in einfacher Weise herzustellen ist und dazu führt, dass die Dicke des Bodens und/oder des Kontaktelements im betroffenen Bereich zumindest annähernd konstant bleibt.It is advantageous if the first and/or second metal foil is welded to a projecting region of the inside of the base and/or the first surface of the contact element. Such a projecting area on the base and/or the contact element makes it possible to produce a defined local contact between the metal foil and the base and/or the contact element on which the welding takes place. The base and/or the contact element preferably has a recessed area on its surface opposite the projecting area. This is preferably designed to be complementary to the projecting area in terms of its shape. The projecting area and the recessed area can expediently be designed together as a bead in the base and/or the contact element. This This design has the advantage that it can be manufactured in a simple manner and means that the thickness of the base and/or the contact element in the affected area remains at least approximately constant.
Der vorspringende Bereich an der Innenseite des Bodens wird insbesondere während des Tiefziehens und/oder nach dem Tiefziehen erzeugt. Beispielsweise kann während des Tiefziehens und/oder nach dem Tiefziehen ein entsprechender Bereich in den Boden eingeprägt werden. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass an der Außenseite des Bodens eine Vertiefung eingeformt, insbesondere eingeprägt, wird, die dann einen entsprechenden Vorsprung an der Innenseite des Bodens ausbildet. Mittels der vorspringenden Bereiche können insbesondere Unebenheiten des Bodens, die aus dem Tiefziehprozess resultieren, ausgeglichen und so die Kontaktierung sichergestellt werden.The projecting area on the inside of the base is created in particular during deep drawing and/or after deep drawing. For example, a corresponding area can be impressed into the ground during deep drawing and/or after deep drawing. This can be done in particular by forming, in particular embossing, a depression on the outside of the base, which then forms a corresponding projection on the inside of the base. By means of the projecting areas, unevenness in the floor that results from the deep-drawing process can be compensated for, thereby ensuring contact.
Der vorspringende Bereich springt bevorzugt um wenigstens 0,3 mm, besonders bevorzugt um wenigstens 0,5 mm, und/oder bevorzugt um höchstens 2 mm, besonders bevorzugt um höchstens 1,5 mm, gegenüber der umliegenden Innenseite des Bodens und/oder der ersten Fläche des Kontaktelements vor.The projecting region preferably jumps by at least 0.3 mm, particularly preferably by at least 0.5 mm, and/or preferably by at most 2 mm, particularly preferably by at most 1.5 mm, relative to the surrounding inside of the base and/or the first Surface of the contact element.
Der vorspringende Bereich bzw. die Sicke ist bevorzugt linienförmig gestaltet und weist eine Breite von bevorzugt wenigstens 0,5 mm, besonders bevorzugt von wenigstens 1 mm, und/oder bevorzugt von höchstens 5 mm, besonders bevorzugt von höchstens 3 mm, auf. Dabei kreuzt sich in der Ebene, in der die Metallfolie mit dem vorspringenden Bereich in Kontakt gelangt, der vorspringende Bereich bevorzugt mit der Metallfolie. Bei gefalteter und/oder aufgewickelten Bauweise des Akkumulators ergeben sich so eine Mehrzahl einzelner Berührungspunkte zwischen dem Randbereich der Metallfolie und dem Boden und/oder dem Kontaktelement, was zu einer zuverlässigen Verschweißung an diesen Stellen führt.The projecting area or the bead is preferably designed in a linear manner and has a width of preferably at least 0.5 mm, particularly preferably at least 1 mm, and/or preferably at most 5 mm, particularly preferably at most 3 mm. In this case, in the plane in which the metal foil comes into contact with the projecting area, the projecting area preferably intersects with the metal foil. When the battery is folded and/or wound up, there are a number of individual points of contact between the edge region of the metal foil and the base and/or the contact element, which leads to reliable welding at these points.
Die Metallfolie weist bevorzugt eine Dicke von wenigstens 0,001 mm, besonders bevorzugt von wenigstens 0,005 mm, und/oder bevorzugt von höchstens 0,02 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,012 mm auf.The metal foil preferably has a thickness of at least 0.001 mm, particularly preferably at least 0.005 mm, and/or preferably at most 0.02 mm, particularly preferably at most 0.012 mm.
Es ist vorteilhaft, wenn ein Polelement zur Bildung des Pols des Akkumulators mit dem Kontaktelement verbunden, insbesondere verschweißt, wird. Auf diese Weise kann das Kontaktelement in seiner Geometrie, die bevorzugt flächig bzw. plättchenförmig ist, unabhängig von der Form des Pols gestaltet werden. Dies ist insbesondere deswegen von Vorteil, da die Form des Pols Beschränkungen unterliegt, die regelmäßig von der geplanten Verwendung des hergestellten Akkumulators und/oder technischen Standards abhängen.It is advantageous if a pole element is connected, in particular welded, to the contact element to form the pole of the accumulator. In this way, the geometry of the contact element, which is preferably flat or platelet-shaped, can be designed independently of the shape of the pole. This is particularly advantageous because the shape of the pole is subject to restrictions which regularly depend on the intended use of the battery produced and/or technical standards.
Die Verbindung des Polelements mit dem Kontaktelement kann beispielsweise durch eine Überlappungs-Verschweißung oder eine Kehlnaht-Verschweißung erfolgen.The connection of the pole element to the contact element can be carried out, for example, by an overlap weld or a fillet weld.
In vorteilhafter Weise kann die Verbindung des Polelements mit dem Kontaktelement mit demselben Laser erfolgen wie die Verschweißung der Metallfolie mit dem Kontaktelement. Dies ermöglicht es beispielsweise, die Verschweißung der Metallfolie mit dem Kontaktelement und die Verschweißung des Polelements mit dem Kontaktelement in der gleichen Vorrichtung vorzunehmen, was die Herstellung des Akkumulators vereinfacht.Advantageously, the connection of the pole element to the contact element can be carried out using the same laser as the welding of the metal foil to the contact element. This makes it possible, for example, to carry out the welding of the metal foil to the contact element and the welding of the pole element to the contact element in the same device, which simplifies the production of the accumulator.
Das Polelement kann beispielsweise ein Gewinde zur Bildung des Pols des Akkumulators aufweisen. Mit einem derartigen Gewinde kann der Akkumulator zuverlässig elektrisch mit der von dem Akkumulator versorgten Einrichtung verbunden werden.The pole element can, for example, have a thread to form the pole of the accumulator. With such a thread, the accumulator can be reliably electrically connected to the device supplied by the accumulator.
Es ist vorteilhaft, wenn das Polelement eine Dichtfläche aufweist. Die Dichtfläche dient insbesondere der Verbindung des Polelements mit dem Gehäuse des Akkumulators. Auf diese Weise kann ein dichter und vorzugsweise elektrisch isolierter Akkumulator geschaffen werden, wobei das Polelement zum Zwecke der elektrischen Kontaktierung des Akkumulators zugänglich bleibt. Die elektrische Isolierung des Akkumulators kann zwischen dem Gehäuseteil und einem Deckel des Gehäuses und/oder dem Polelement und einem Deckel des Gehäuses angeordnet sein.It is advantageous if the pole element has a sealing surface. The sealing surface serves in particular to connect the pole element to the housing of the battery. In this way, a sealed and preferably electrically insulated accumulator can be created, with the pole element remaining accessible for the purpose of electrically contacting the accumulator. The electrical insulation of the accumulator can be arranged between the housing part and a cover of the housing and/or the pole element and a cover of the housing.
Bevorzugt überdeckt das Polelement - zumindest teilweise - Schweißnähte zum Verbinden der Metallfolie mit dem Kontaktelement. Eine solche Bauweise des Akkumulators lässt sich insbesondere erzeugen, indem zunächst die Metallfolie mit dem Kontaktelement, und danach das Kontaktelement mit dem Polelement verschweißt wird. Auf diese Weise kann das Polelement und insbesondere die Dichtfläche des Polelements in einem Bereich auf der zweiten Fläche des Kontaktelements angeordnet werden, der ebenfalls zum Verschweißen des Kontaktelements mit der Metallfolie genutzt wird.The pole element preferably covers - at least partially - weld seams for connecting the metal foil to the contact element. Such a design of the accumulator can be produced in particular by first welding the metal foil to the contact element and then welding the contact element to the pole element. In this way, the pole element and in particular the sealing surface of the pole element can be arranged in an area on the second surface of the contact element, which is also used for welding the contact element to the metal foil.
Es ist vorteilhaft, wenn das Polelement beim Verschweißen mit dem Kontaktelement an das Kontaktelement angepresst wird. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise die Bildung von Spalten, zu denen es zwischen dem Polelement und dem Kontaktelement kommen kann, wirksam verhindert werden kann.It is advantageous if the pole element is pressed against the contact element when welding to the contact element. It has been shown that in this way the formation of gaps that can occur between the pole element and the contact element can be effectively prevented.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Laser um einen Faserlaser. Faserlaser, die auch als Faser bezeichnet werden, nutzen den dotierten Kern einer Glasfaser als aktives Medium. Der Vorteil der Faserlaser ist, dass durch die mögliche große Länge der laseraktiven Faser eine hohe Verstärkung möglich ist.The laser is preferably a fiber laser. Fiber lasers, also known as fibers, use the doped core of an optical fiber as the active medium. The advantage of fiber lasers is that high amplification is possible due to the large length of the laser-active fiber.
Der Laser wird hierbei vorzugsweise kontinuierlich, also als Dauerstrich-Laser, betrieben. Bei diesem Betrieb wird der Laserstrahl insbesondere nicht gepulst. Es hat sich gezeigt, dass sich mit dem kontinuierlichen Betrieb des Lasers besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Verschweißung erzielen lassen.The laser is preferably operated continuously, i.e. as a continuous wave laser. In particular, the laser beam is not pulsed during this operation. It has been shown that particularly good welding results can be achieved with continuous operation of the laser.
Bevorzugt beträgt die mittlere Leistung, insbesondere die konstante Leistung des Lasers im kontinuierlichen Betrieb des Lasers beim Verschweißen der Metallfolie mit dem Boden und/oder dem Kontaktelement wenigstens 100 W, besonders bevorzugt wenigstens 200 W und/oder höchstens 700 W, besonders bevorzugt höchstens 500 W. Bei diesen Leistungen konnten besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Verschweißung erzielt werden.Preferably, the average power, in particular the constant power, of the laser in continuous operation of the laser when welding the metal foil to the base and/or the contact element is at least 100 W, particularly preferably at least 200 W and/or at most 700 W, particularly preferably at most 500 W With these services, particularly good results were achieved in terms of welding.
Wenn mit dem Laser ebenfalls das Polelement mit dem Kontaktelement verschweißt wird, so ist es sinnvoll, die Laserleistung zu diesem Zweck zu erhöhen. Beim Verschweißen des Polelements mit dem Kontaktelement beträgt die mittlere Leistung, insbesondere die konstante Leistung des Lasers im kontinuierlichen Betrieb bevorzugt wenigstens 500 W, besonders bevorzugt wenigstens 700 W, und/oder bevorzugt höchstens 1500 W, besonders bevorzugt höchstens 1000 W.If the pole element is also welded to the contact element with the laser, it makes sense to increase the laser power for this purpose. When welding the pole element to the contact element, the average power, in particular the constant power of the laser in continuous operation, is preferably at least 500 W, particularly preferably at least 700 W, and/or preferably at most 1500 W, particularly preferably at most 1000 W.
Die Wellenlänge des Lasers beträgt vorzugsweise 1070 nm. Mit einem Laser dieser Wellenlänge können gute Ergebnisse erzielt werden, zudem sind Laser dieser Wellenlänge kommerziell verfügbar.The wavelength of the laser is preferably 1070 nm. Good results can be achieved with a laser of this wavelength, and lasers of this wavelength are also commercially available.
Bevorzugt wird ein Singlemode-Laser verwendet. Bei diesen Lasern werden lediglich Wellen einer einzigen gewünschten Mode verstärkt, während andere Moden unterdrückt werden. Derartige Laser weisen im Idealfall lediglich eine einzige, schmale Spektrallinie auf. Hierdurch erreicht der Laserstrahl eine hohe optische Qualität, was sich insbesondere auf dessen gute Fokussierbarkeit auswirkt.A single-mode laser is preferably used. With these lasers, only waves of a single desired mode are amplified, while other modes are suppressed. Ideally, such lasers only have a single, narrow spectral line. As a result, the laser beam achieves a high optical quality, which has a particular impact on its good focusability.
Bevorzugt wird der Laser mit einer Fokussieroptik fokussiert. Eine solche Fokussieroptik ermöglicht die Bündelung des Laserstrahls. Es hat sich gezeigt, dass für das erfindungsgemäße Verfahren Fokussieroptiken mit einer Brennweite von wenigstens 10 mm, vorzugsweise wenigstens 100 mm und/oder höchstens 5000 mm, vorzugsweise höchstens 500 mm, zu besonders guten Ergebnissen führen. Dies gilt sowohl für die Verschweißung der Metallfolie mit dem Boden und/oder dem Kontaktelement, als auch für die Verschweißung des Kontaktelements mit dem Polelement.The laser is preferably focused using focusing optics. Such focusing optics enable the laser beam to be focused. It has been shown that for the method according to the invention, focusing optics with a focal length of at least 10 mm, preferably at least 100 mm and/or at most 5000 mm, preferably at most 500 mm, lead to particularly good results. This applies both to the welding of the metal foil to the base and/or the contact element, as well as to the welding of the contact element to the pole element.
Bevorzugt weist der verwendete Laserstrahl einen Fokusdurchmesser von wenigstens 1 µm, vorzugsweise wenigstens 10 µm und/oder höchstens 500 µm, vorzugsweise höchstens 50 µm auf. Es hat sich gezeigt, dass sich mit diesen Fokusdurchmessern eine besonders gute Verschweißung der Metallfolie mit dem Kontaktelement erzielen lässt. Dies gilt sowohl für die Verschweißung der Metallfolie mit dem Boden und/oder dem Kontaktelement, als auch für die Verschweißung des Kontaktelements mit dem Polelement.The laser beam used preferably has a focus diameter of at least 1 µm, preferably at least 10 µm and/or at most 500 µm, preferably at most 50 µm. It has been shown that particularly good welding of the metal foil to the contact element can be achieved with these focus diameters. This applies both to the welding of the metal foil to the base and/or the contact element, as well as to the welding of the contact element to the pole element.
Bevorzugt wird der Auftreffpunkt des Lasers auf dem Boden und/oder dem Kontaktelement, bei dem es sich vorzugsweise um den Fokus des Laserstrahls handelt, entlang einer Bewegungsbahn bewegt, die sich aus der Überlagerung einer Vorschubbewegung und einer oszillierenden Bewegung ergibt. Beim Verschweißen des Kontaktelements mit dem Polelement gilt dies gegebenenfalls für den Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem Polelement.Preferably, the point of impact of the laser on the ground and/or the contact element, which is preferably the focus of the laser beam, is moved along a movement path which results from the superimposition of a feed movement and an oscillating movement. When welding the contact element to the pole element, this may apply to the point of impact of the laser beam on the pole element.
Bei der Vorschubbewegung handelt es sich um die Bewegung, mit der der Auftreffpunkt des Lasers dem Verlauf der herzustellenden Schweißnaht folgt. Die Geschwindigkeit, mit der der Auftreffpunkt sich auf der Oberfläche des Bodens und/oder des Kontaktelements bzw. gegebenenfalls des Polelements entlang der Schweißnaht bewegt, wird in diesem Zusammenhang als Vorschubgeschwindigkeit bezeichnet. Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise wenigstens 10 mm/s, vorzugsweise wenigstens 70 mm/s, und/oder höchstens 200 mm/s, vorzugsweise höchstens 150 mm/s. Es hat sich gezeigt, dass sich mit diesen Vorschubgeschwindigkeiten eine vergleichsweise schnelle Herstellung der Schweißnähte mit gleichzeitig hoher Qualität erzielen lässt. Es versteht sich, dass - im Fall der Überlagerung der Vorschubbewegung mit einer oszillierenden Bewegung - nicht die absolute Geschwindigkeit der resultierenden Bewegung in Vorschubrichtung, sondern eine mittlere Bewegungsgeschwindigkeit in Vorschubrichtung als Vorschubgeschwindigkeit anzusehen ist.The feed movement is the movement with which the point of impact of the laser follows the course of the weld seam to be produced. The speed at which the point of impact moves along the weld seam on the surface of the ground and/or the contact element or possibly the pole element is referred to in this context as the feed speed. The feed speed is preferably at least 10 mm/s, preferably at least 70 mm/s, and/or at most 200 mm/s, preferably at most 150 mm/s. It has been shown that these feed speeds enable the weld seams to be produced comparatively quickly and at the same time to be of high quality. It is understood that - in the case of superimposition of the feed movement with an oscillating movement - not the absolute speed of the resulting movement in the feed direction, but rather an average movement speed in the feed direction is to be viewed as the feed speed.
Die oszillierende Bewegung, die vorzugsweise von der Vorschubbewegung überlagert wird, weist vorzugsweise eine Frequenz von wenigstens 100 Hz, vorzugsweise wenigstens 500Hz und/oder höchstens 5000 Hz, vorzugsweise höchstens 1500 Hz auf. Die Amplitude der oszillierenden Bewegung beträgt vorzugsweise wenigstens 0,02 mm, vorzugsweise wenigstens 0,1 mm, und/oder höchstens 0,5 mm, vorzugsweise höchstens 1 mm. Es hat sich gezeigt, dass eine örtliche Leistungsmodulation realisiert werden kann, die eine besonders gute Schmelzbadkontrolle ermöglicht.The oscillating movement, which is preferably superimposed by the feed movement, preferably has a frequency of at least 100 Hz, preferably at least 500 Hz and/or at most 5000 Hz, preferably at most 1500 Hz. The amplitude of the oscillating movement is preferably at least 0.02 mm, preferably at least 0.1 mm, and/or at most 0.5 mm, preferably at most 1 mm. It has been shown that local power modulation rea can be lized, which enables particularly good melt pool control.
Es kann sich bevorzugt um eine kreisförmige oszillierende Bewegung handeln. In diesem Fall entspricht der Radius des durch die oszillierende Bewegung beschriebenen Kreises der Amplitude im Hinblick auf die vorstehend angegebenen Werte. Im Fall komplexer oszillierender Bewegungen, wie beispielsweise einer elliptischen oszillierenden Bewegung, ist entsprechend eine mittlere Amplitude als Amplitude anzusehen.It can preferably be a circular oscillating movement. In this case, the radius of the circle described by the oscillating movement corresponds to the amplitude with respect to the values given above. In the case of complex oscillating movements, such as an elliptical oscillating movement, an average amplitude is to be regarded as the amplitude.
Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass die Leistung des Laserstrahls während des Verschweißens der Metallfolie mit dem Boden und/oder dem Kontaktelement variiert wird. Insbesondere kann die Leistung des Laserstrahls bei zu Beginn der Herstellung einer Schweißnaht gesteigert und/oder zum Ende der Herstellung einer Schweißnaht abgesenkt wird. Das Steigern und/oder Absenken der Leistung kann kontinuierlich, beispielsweise in Gestalt einer Rampe, erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass dadurch insbesondere eine Bildung von Löchern im Boden und/oder im Kontaktelement während des Schweißens vermieden werden kann.The method can in particular provide that the power of the laser beam is varied during the welding of the metal foil to the ground and/or the contact element. In particular, the power of the laser beam can be increased at the beginning of the production of a weld seam and/or reduced at the end of the production of a weld seam. The power can be increased and/or decreased continuously, for example in the form of a ramp. It has been shown that in particular the formation of holes in the base and/or in the contact element during welding can be avoided.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der
-
1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Elektrodenwickels eines beispielhaften, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Akkumulators. -
2 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kontaktelements in einer Draufsicht. -
3 zeigt eine Detaildarstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Verschweißung der Metallfolie mit dem Kontaktelement. -
4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Bewegungsbahn des Lasers beim Verschweißen. -
5 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Polelements. -
6 zeigt das Polelement in eine Schnittdarstellung. -
7 zeigt das Polelement in einer Draufsicht. -
8 zeigt das Polelement in einer perspektivischen Darstellung, -
9 zeigt eine Schnittdarstellung eines Beispielhaften Akkumulators, -
10 eine Draufsicht auf den Boden desAkkumulators aus 9 .
-
1 shows a schematic perspective view of an electrode coil of an exemplary battery produced using the method according to the invention. -
2 shows a schematic representation of an exemplary contact element in a top view. -
3 shows a detailed representation of an exemplary welding according to the invention of the metal foil with the contact element. -
4 shows a schematic representation of an exemplary trajectory of the laser during welding. -
5 shows a side view of an exemplary pole element. -
6 shows the pole element in a sectional view. -
7 shows the pole element in a top view. -
8th shows the pole element in a perspective view, -
9 shows a sectional view of an exemplary accumulator, -
10 a top view of the bottom of theaccumulator 9 .
Der beispielhafte Akkumulator weist vorteilhafterweise ein Kontaktelement 2 auf, welches mit einer Metallfolie 3 eines Elektrodenwickels 1 verschweißt ist. Zur Herstellung des in
Dabei ist im Darstellungsbeispiel die Metallfolie 3 mit weiteren flächigen Bestandteilen des Akkumulators, insbesondere den Elektroden, zu einer spiralförmigen Wicklung aufgewickelt. Hieraus ergibt sich ein kreiszylindrischer Aufbau des Elektrodenwickels 1. Die Metallfolie 3 ist im gezeigten Beispiel rechtwinklig zur ersten Fläche 4 des Kontaktelements 2 angeordnet.In the example shown, the
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Kontaktelement 2 im dargestellten Beispiel eine Öffnung 7, bevorzugt eine Mehrzahl von Öffnungen 7 auf.According to an advantageous embodiment, the
Wie in
Im gezeigten Beispiel weist das Kontaktelement 2 eine Dicke von 0,3 mm auf. Die vorspringenden Bereiche 8 springen gegenüber der ersten Fläche um 0,4 mm vor.In the example shown, the
Die Metallfolie 3 weist im gezeigten Beispiel einen umgebogenen Bereich 10 auf. Die Metallfolie 2 liegt im Bereich der Biegung 11 an dem vorspringenden Bereich 9 der ersten Fläche 4 des Kontaktelements 2 an. Die Dicke der Metallfolie 3 beträgt bevorzugt 0,01 mm.In the example shown, the
Zur besseren Übersichtlichkeit ist die der
Vorzugsweise werden die Metallfolie 3 und das Kontaktelement 2 jeweils mit einem Singlemode-Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1070 nm verschweißt. Dabei ergibt sich die in
In vorteilhafter Weise kann der Laser im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls dazu verwendet werden, ein Polelement 17 an das Kontaktelement 2 anzuschweißen. Das Polelement 17 weist im gezeigten Beispiel eine Dichtfläche 18 auf. Es dient dazu, einen Pol des Akkumulators 1 zur Verfügung zu stellen, der im gezeigten Beispiel zweckmäßigerweise ein Gewinde 19 aufweist. Wie sich insbesondere aus dem Vergleich der
Das Anschweißen des Polelements 17 kann beispielsweise im Bereich eines Verbindungsbereichs 20 des Polelements erfolgen. Im gezeigten Beispiel umgibt der Verbindungsbereich 20 die Dichtfläche 18.The
Zweckmäßigerweise wird zum Verschweißen des Polelements 17 mit dem Kontaktelement 2 die Laserleistung auf beispielsweise 800 W erhöht. Die Brennweite der verwendeten Fokussieroptik beträgt im Ausführungsbeispiel 330 mm. Die Vorschubbewegung 14 des Laserstrahls wird auch beim beispielhaften Anschweißen des Polelements von einer oszillierenden Bewegung 15 überlagert. Die Frequenz der kreisförmig oszillierenden Bewegung beträgt beispielhaft 800 Hz, die Amplitude 0,2 mm. Die Vorschubgeschwindigkeit kann beispielsweise 100 mm/s betragen. Im gezeigten Beispiel besteht das Polelement 17 in vorteilhafter Weise aus dem gleichen Material wie das Kontaktelement 2, bevorzugt aus Kupfer.To weld the
Die so hergestellte Einheit aus dem Elektrodenwickel 1 und dem Kontaktelement 2 mit dem angeschweißten Polelement 17 kann nun in ein becherförmiges Gehäuseteil 21 eingebracht werden. Dabei wird der erster Randbereich der ersten Metallfolie 3 der ersten Elektrode mit dem Boden 22 des Gehäuseteils 21 in Kontakt gebracht. Durch die Beauftragung der Außenseite des Bodens 22 des Gehäuseteils 21 mit einem Laserstrahl wird der erster Randbereich der ersten Metallfolie 3 mit dem Boden 22 verschweißt.The unit produced in this way consisting of the electrode winding 1 and the
Hierbei kann der Boden 22 wie beispielhaft in den
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- ElektrodenwickelElectrode wrap
- 22
- KontaktelementContact element
- 33
- Metallfoliemetal foil
- 44
- erste Flächefirst surface
- 55
- zweite Flächesecond area
- 66
- Laserstrahllaser beam
- 77
- Öffnungopening
- 88th
- vorspringender Bereichprotruding area
- 99
- SickeBeading
- 1010
- umgebogene Bereichbent area
- 1111
- Bereich der BiegungArea of bend
- 1212
- Schnittliniecutting line
- 1313
- Bewegungsbahntrajectory
- 1414
- Vorschubbewegungfeed movement
- 1515
- oszillierende Bewegungoscillating movement
- 1616
- Amplitudeamplitude
- 1717
- PolelementPole element
- 1818
- Dichtflächesealing surface
- 1919
- Gewindethread
- 2020
- VerbindungsbereichConnection area
- 2121
- Becherförmiges GehäuseteilCup-shaped housing part
- 2222
- BodenFloor
- 2323
- SchweißnahtWeld
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102017006229 A1 [0004]DE 102017006229 A1 [0004]
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---|---|---|---|
DE102022111706.5A DE102022111706A1 (en) | 2022-05-10 | 2022-05-10 | Method for producing an accumulator and accumulator |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|
DE102022111706A1 true DE102022111706A1 (en) | 2023-11-16 |
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ID=88510139
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
DE20204027U1 (en) | 2002-03-13 | 2002-06-06 | Epcos Ag | Cup-shaped housing and capacitor with the housing |
DE102017006229A1 (en) | 2017-07-03 | 2019-01-03 | Monbat New Power GmbH | Method and device for producing a rechargeable battery and accumulator |
EP4053955A1 (en) | 2021-03-03 | 2022-09-07 | VARTA Microbattery GmbH | Method of manufacturing an electrochemical energy storage element |
-
2022
- 2022-05-10 DE DE102022111706.5A patent/DE102022111706A1/en active Pending
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