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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle für einen Akkumulator.
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Elektrochemische Zellen der in Rede stehenden Art dient zur Speicherung elektrischer Energie. Dabei handelt es sich bei den Zellen der in Rede stehenden Art insbesondere um Lithiumlonen-Zellen.
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Elektrochemische Zellen der in Rede stehenden Art können in einer Vielzahl technischer Anwendungsgebiete eingesetzt werden.
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Ein Anwendungsgebiet, das hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Sicherheit derartiger elektrochemischer Zellen stellt, ist die Verwendung der elektrochemischen Zelle in einem Akkumulator zur Versorgung eines elektrischen Fahrantriebs eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Landfahrzeug, wie beispielsweise einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen handeln.
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Insbesondere bei derartigen Anwendungen, die sowohl hohe Leistungen, als auch hohe Kapazitäten des Akkumulators erfordern, weisen Akkumulatoren regelmäßig eine Mehrzahl Zellen auf, die in einem gemeinsamen Akkumulatorgehäuse angeordnet sind.
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Hierbei weisen die einzelnen Zellen jeweils ein Zellgehäuse und eine in dem Zellgehäuse aufgenommene Elektrodenanordnung auf. Die Elektrodenanordnung weist wenigstens eine Anode, eine Elektrode und einen Separator auf. Die Elektrodenanordnung kann insbesondere die Gestalt eines Elektrodenstapels und/oder Elektrodenwickels aufweisen. Die Elektrodenanordnung wird hierbei aus flächigen Elektroden erzeugt. Die Elektrodenanordnung kann insbesondere neben den Elektroden der Akkumulatoren Metallfolien zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden und/oder Separatoren zur Ausbildung ionenleitender Trennschichten zwischen den Elektroden der Zelle aufweisen. Die Elektrodenanordnung kann Isolationselemente aufweisen, die dazu dienen, bestimmte Bestandteile der Elektrodenanordnung voneinander zu isolieren, beispielsweise um zu verhindern, dass es zu einem elektrischen Kurzschluss kommt.
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Nach dem Stand der Technik werden die Zellgehäuse oder Teile der Zellgehäuse vorgefertigt. In diese vorgefertigten Zellgehäuse und/oder diese vorgefertigten Teile der Zellgehäuse werden dann die Elektrodenanordnungen und gegebenenfalls weitere Bestandteile der Zelle eingebracht. Dabei können die Zellgehäuse unterschiedliche Gestalt annehmen. So kann es sich beispielsweise um Zellen in starren Zellgehäusen mit prismatischer Gestalt handeln. Derartige Zellgehäuse können beispielsweise mit Spritzgussverfahren erzeugt werden. Ebenfalls bekannt sind sogenannte Pouch-Zellen. Bei diesen werden die Zellgehäuse aus Kunststoff-Aluminium-Laminatfolien erzeugt, die stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Die Kunststoff-Aluminium-Laminatfolien können beispielsweise miteinander verschweißt werden, um die Gehäuse der Pouch-Zellen zu bilden. Pouch-Zellen zeichnen sich durch ihre Flexibilität aus, starre Gehäuse hingegen sind robust und lassen sich aufgrund ihrer gut definierten Form gut in Akkumulatorgehäusen anordnen und dort fixieren.
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Nachteilig wirken sich beispielsweise bei den Pouch-Zellen Aluminiumschichten aus, die verhindern sollen, dass flüssiger Elektrolyt durch Diffusion entweichen kann. Durch derartige Folien werden die realisierbaren Dicken der Zellstapel begrenzt, da das Risiko des Reißens dieser Aluminiumschicht besteht. Zudem führt das Verschweißen der Folien zu einem Pouch-Zellgehäuse mit zunehmender Dicke zu einer immer stärkeren Kompression der Elektrodenanordnung im Bereich der Ränder, die durch das Schweißverfahren zum Verschließen der Pouch-Zelle bedingt ist.
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Die starren prismatischen Gehäuse weisen jedoch häufig den Nachteil auf, dass zusätzliche Isolationsschichten benötigt werden, um Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Zellen eines Akkumulators zu vermeiden. Zudem führt die Verwendung der vergleichsweise starren Zellgehäuse zwangsweise zu Totvolumina innerhalb der einzelnen Zellgehäuse. Diese Totvolumina addieren sich in einem Akkumulator, der eine Mehrzahl derartiger Zellen enthält, entsprechend auf und führen zu einem vergleichsweise großen ungenutzten Volumen.
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Werden eine Mehrzahl derartiger Zellen in einem Akkumulatorgehäuse aufgenommen, so ist regelmäßig eine Fixierung der Zellen in dem Akkumulatorgehäuse notwendig. Hierbei müssen eine Vielzahl Randbedingungen beachtet werden. Zu diesen gehören eine hinreichende Wärmeableitung aus den elektrochemischen Zellen sowie eine Möglichkeit, Volumenschwankungen der elektrochemischen Zellen beim Laden und/oder Entladen auf geeignete Weise zu kompensieren. In diesem Zusammenhang sind aus der
DE 10 2020 113 951 B3 oder der
US 2018/0301771 A1 Verfahren zur Herstellung von Akkumulatoren mit einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen bekannt, bei denen die chemischen Zellen mitsamt ihrer jeweiligen Zellgehäuse in den Akkumulatorgehäusen vergossen werden. Hierbei werden die Vergussverfahren insbesondere genutzt, um Hohlräume zwischen den einzelnen Zellgehäusen und/oder anderen Bestandteilen des Akkumulator aufzufüllen. Die jeweiligen spezifischen Nachteile der unterschiedlichen Typen von Zellgehäusen bleiben hierbei jedoch erhalten.
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Aus
DE 10 2010 038 308 A1 sind eine Batterie und Verfahren für dessen Herstellung bekannt. Die Batterie west eine mit Elektrolyt gefüllte Elektroden-Separator-Anordnung auf, die zumindest teilweise mit Vergussmasse umhüllt ist.
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CH 337 245 A offenbart einen Akkumulator, bei dem ein dichtschichtiges Elektrodenpaket bzw. ein dichtschichtiger Elektrodenwickel in das verschlossene Akkumulatorengehäuse eingesetzt und mit einem Kunststoffmaterial überzogen ist.
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Aufgabe der vorherigen Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle für einen Akkumulator aufzuzeigen, das eine gegenüber den nach dem Stand der Technik bekannten Zellgehäusen vorteilhafte Gestaltung des Zellgehäuses ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
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Das Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle für einen Akkumulator sieht vor, dass die nach dem Verfahren hergestellte Zelle eine in einem Zellegehäuse aufgenommene Elektrodenanordnung aufweist. Die Elektrodenanordnung hat insbesondere die Gestalt eines Elektrodenstapels und/oder Elektrodenwickels.
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Die Elektrodenanordnung wird insbesondere aus flächigen Elektroden erzeugt. Diese können hierbei zu einem Elektrodenwickel ineinander gewickelt werden und/oder zu einem Elektrodenstapel gestapelt werden. Die Elektrodenanordnung kann ergänzend zu den Elektroden Metallfolien, die zum elektrischen Kontaktieren der Elektroden dienen, Separatoren, die die Elektroden voneinander trennen und eine lonenleitung zwischen den Elektroden ermöglichen, und/oder Isolationselemente, mit denen einzelne Bestandteile der Elektrodenanordnung voneinander elektrisch isoliert werden, aufweisen.
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Die Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, dass das Zellegehäuse dadurch erzeugt wird, dass die Elektrodenanordnung mit einem flüssigen Werkstoff umhüllt wird. Nach dem Umhüllen der Elektrodenanordnung verfestigt der Werkstoff und bildet so das Zellgehäuse.
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Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass es möglich ist, eine Elektronenanordnung der in Rede stehenden Art mit einem flüssigen Werkstoff zu umhüllen, der nach dem Umhüllungen der Elektrodenanordnung verfestigt und so das Zellgehäuse bildet. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass sich durch eine derartige Herstellung zum einen Totvolumina vermeiden lassen, zum anderen herstellungsbedingte Verformungen der Elektrodenanordnungen, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Pouch-Zellen auftreten können, vermieden werden können. Zudem ist das Verfahren vergleichsweise einfach durchführbar und lässt sich darüber hinaus in hohem Maße automatisieren und dadurch effizient gestalten.
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Bei der Zelle kann es sich insbesondere um eine Zelle mit einem Festkörperelektrolyt handeln. Bei derartigen Zellen ist der Separator aus einem Festkörperelektrolyten ausgebildet. Der Vorteil der Verwendung eines derartigen Festkörperelektrolyten ist es, dass ein Befüllen der Zelle mit einem flüssigen Elektrolyten entfallen kann. Dies ist im Zusammenhang mit dem beschrieben Verfahren von Vorteil, da eine Öffnung des Zellgehäuses nach dem verfestigen des flüssigen Werkstoffs zum Einbringen eines Elektrolyten vermieden werden kann.
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Die Viskosität und/oder die Oberflächenspannung des flüssigen Werkstoffs ist hierbei insbesondere derart eingestellt, dass das der flüssige Werkstoff nicht in die Elektrodenanordnung eindringen kann. Insbesondere bedeutet dies, dass die Viskosität und/oder die Oberflächenspannung des flüssigen Werkstoffs derart eingestellt ist, dass der flüssige Werkstoff nicht zwischen Elektroden und/oder Separatoren der Elektrodenanordnung gelangen kann. Dies hätte unter Umständen eine Unterbrechung des Stromflusses zwischen den Elektroden und damit eine Beeinträchtigung der Funktion des Akkumulators zur Folge. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat sich jedoch gezeigt, dass sich, insbesondere bei geeigneter Einstellung der Viskosität und/oder der Oberflächenspannung des flüssigen Werkstoffs, ein Eindringen des flüssigen Werkstoffs in die Elektrodenanordnung verhindern lässt.
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Die Wandstärke des so gebildeten Zellgehäuses kann wenigstens 50 µm, insbesondere wenigstens 100 µm und/oder höchstens 2 mm, insbesondere höchstens 1 mm, betragen.
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Das Verfahren kann insbesondere vorgesehen, dass die Elektrodenanordnung während des Umhüllens durch ein Fixierelement zum Zusammenhalten der Elektrodenanordnung zusammengehalten wird. Durch ein derartiges Fixierelement wird die Elektrodenanordnung zusammengehalten und wird dadurch während der folgenden Verfahrensschritte, insbesondere während des Umhüllens der Elektrodenanordnung mit dem flüssigen Werkstoff, leichter handhabbar. Darüber hinaus trägt das Zusammenhalten der Elektrodenanordnung mit dem Fixierelement dazu bei, dass ein Eindringen des flüssigen Werkstoffs in die Elektrodenanordnung, insbesondere zwischen die einzelnen Schichten der Elektrodenanordnung, verhindert wird.
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Bei dem Fixierelement zum Zusammenhalten der Elektrodenanordnung kann es sich um eine Kunststofffolie handeln. Bei der Kunststofffolie kann es sich insbesondere um den Separator der Elektrodenanordnung handeln. Zum Fixieren der Elektrodenanordnung kann die Kunststofffolie insbesondere um diese herum gewickelt sein. Alternativ und/oder ergänzend kann es sich bei dem Fixierelement um eine Klammer handeln, die die Elektrodenanordnung zusammenhält. Bei der Klammer kann es sich beispielsweise um eine Klammer aus einem metallischen Werkstoff handeln. Derartige Fixierelemente haben den Vorteil, dass sie kostengünstig sind und in einfacher Weise an der Elektrodenanordnung angebracht bzw. um diese herumgewickelt werden können. Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass das Fixierelement in dem erzeugten Zellgehäuse verbleibt. Daher sind kostengünstige Fixierelemente wie die beispielhaft vorstehend Genannten besonders vorteilhaft.
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Das Umhüllen der Elektrodenanordnung kann insbesondere durch ein Umgießen der Elektrodenanordnung mit dem flüssigen Werkstoff erfolgen. Hierbei kann das Verfahren vorsehen, dass die Elektrodenanordnung in eine Form eingelegt wird. Die Form mit der darin aufgenommenen Elektrodenanordnung wird mit dem flüssigen Werkstoff ausgegossen. Das Verfahren kann alternativ und/oder ergänzend vorsehen, dass der flüssige Werkstoff bereits in die Form eingefüllt wird, bevor die Elektrodenanordnung in die Form eingebracht wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Umhüllen der Elektrodenanordnung durch ein Tauchen der Elektrodenanordnung in den flüssigen Werkstoff erfolgt. Bei einem derartigen Verfahren wird die Elektrodenanordnung in ein Bad aus dem flüssigen Werkstoff eingebracht und anschließend aus diesem wieder entfernt. Dabei haftet ein Teil des flüssigen Werkstoffs an der Elektrodenanordnung an, wenn diese aus dem Bad entfernt wird. Dieser anhaftende Teil des flüssigen Werkstoffs verfestigt sich und bildet so das Zellgehäuse. Die Verfestigung des flüssigen Werkstoffs kann alternativ und/oder ergänzend bereits erfolgen, wenn die Elektrodenanordnung in das Bad eingetaucht wird und so mit dem flüssigen Werkstoff in Kontakt gelangt.
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Das Verfahren kann vorsehen, dass während der Erzeugung des Zellgehäuses ein funktionales Verschlusselement in das Zellgehäuse eingebracht wird. Unter einem funktionalen Verschlusselement ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Verschlusselement zu verstehen, dass neben dem bloßen Verschließen des Zellgehäuses zur Erfüllung einer bestimmten Funktion ausgebildet ist. So kann es sich bei dem funktionalen Verschlusselement beispielsweise um ein Septum handeln, das dazu ausgebildet ist, durchgestochen zu werden, beispielsweise um einen Elektrolyten in die Zelle einzufüllen und/oder die Zelle zu evakuieren. Alternativ und/oder ergänzend kann es sich bei dem funktionalen Verschlusselement auch um eine Notentgasungseinrichtung handeln. Eine derartige Notentgasungseinrichtung dient dazu, das Entweichen von Gas zu ermöglichen. Im Rahmen der Durchführung des Verfahrens kann das Verschlusselement an der Elektrodenanordnung fixiert werden, bevor dieses mit dem flüssigen Werkstoff umhüllt wird. Das Verfahren kann in diesem Zusammenhang insbesondere vorsehen, dass das Verschlusselement mit einem Schutzelement versehen wird. Das Schutzelement verhindert die Benetzung des Verschlusselements mit dem flüssigen Werkstoff, während die Elektrodenanordnung mit dem flüssigen Werkstoff umhüllt wird. Das Verfahren kann insbesondere eine thermische Aktivierung des Verfestigens des flüssigen Werkstoffs vorsehen.
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Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass das Innere des Zellgehäuses, insbesondere nach dem Verfestigen des Werkstoffs, evakuiert und/oder mit einem Elektrolyten befüllt wird. Bei dem Elektrolyten kann es sich insbesondere um einen flüssige Elektrolyten handeln. Das Evakuieren und/oder Befüllen des Zellgehäuses kann insbesondere mittels einer funktionalen Verschlusseinrichtung des Zellgehäuses, beispielsweise einem Septum, erfolgen. Das Verfahren kann in diesem Zusammenhang vorsehen, dass das Septum durchgestochen wird und so die Evakuierung des Inneren des Zellgehäuses und/oder das Befüllen des Inneren des Zellgehäuses mit einem, vorzugsweise flüssigen, Elektrolyten ermöglicht wird. Das Verfahren kann vorsehen, dass das Septum und/oder eine andere, zum Zwecke des Evakuierens und/oder Befüllens geschaffene und/oder genutzte Öffnung des Zellgehäuses mit dem flüssigen Werkstoff verschlossen wird. Alternativ und/oder ergänzend ist das Verschließen mit einem anderen aushärtbaren flüssigen Werkstoff ebenfalls möglich.
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Das Verfahren kann ein Formieren der Zelle, insbesondere in Gestalt eines langsamen Ladens und Entladens der Zelle, vorsehen. An das Formieren kann sich ein weiteres Evakuieren der Zelle anschließen, insbesondere um beim Formieren gebildetes Gas aus der Zelle zu entfernen. Dass Verfahren kann nach dem Evakuieren dass Verschließen einer im Zusammenhang mit dem Evakuieren entstandenen Öffnung im Zellgehäuse vorsehen.
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Das Verfahren kann vorsehen, dass es sich bei dem flüssigen Werkstoff um einen Polymerwerkstoff handelt, der nach seiner Verfestigung elastische Eigenschaften aufweist. Unter elastischen Eigenschaften sind in diesem Zusammenhang insbesondere die als Gummielastizität und/oder Entropieelastizität bezeichneten elastischen Eigenschaften zu verstehen, die auf der Streckung von Makromolekülen und/oder Molekülsegmenten beruhen.
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Die elastischen Eigenschaften haben den Vorteil, dass Volumenänderungen der Elektroden, die sich beim Laden und/oder Entladen der jeweiligen Zelle ergeben, durch eine entsprechende elastische Verformung der Gehäuse ausgeglichen werden können.
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Bei dem Polymerwerkstoff kann es sich in diesem Zusammenhang insbesondere um ein Thermoplast, Duroplast, ein Elastomer und/oder thermoplastisches Elastomer handeln. Beispielsweise kann es sich um Polyethylen, Polyamid, Polyurethan, Polyester, Butylkautschuk und/oder Polyamidimid, bevorzugt jedoch um ein Epoxidharz, handeln.
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Der Polymerwerkstoff kann ein Flammschutzmittel als Bestandteil aufweisen. Das Flammschutzmittel kann insbesondere in eine Matrix aus einem Polymerwerkstoff, insbesondere einen der vorstehend genannten Polymerwerkstoffe, eingebettet sein. Bei dem Flammschutzmittel kann es sich um Aluminiumhydroxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, eine Organophosphorverbindung, Triphenylphosphat, Phospinat, Ammoniumpolyphospat, Trialkylphosphat Antimontrioxid, Melamin, Harnstoff, Tetrabrombisphenol A, Decabromdiphenylether, bromiertes Polystyrol, Octabromdiphenylether und/oder ein Derivat der vorstehenden Verbindungen handeln. Das Flammschutzmittel kann die Zelle im Falle eines Brandes, insbesondere vom im inneren eines Akkumulators freigesetzten Gasen, schützen.
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Das Verfahren kann vorsehen, dass beim Umhüllen der Elektrodenanordnung eine ungleichmäßige Verteilung des Flammschutzmittels herbeigeführt wird, sodass wenigstens ein Bereich des erzeugten Zellegehäuses einen besseren Flammschutz aufweist als ein anderer Bereich des erzeugten Zellegehäuses. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass die Zusammensetzung des flüssigen Werkstoffs, mit dem die Elektrodenanordnung umhüllt wird, zwischen den Bereichen variiert wird. So können beispielsweise flüssige Werkstoffe unterschiedlicher Zusammensetzung in unterschiedlichen Bereiche einer Gussform eingegossen werden und/oder es können unterschiedliche Bereiche der Elektrodenanordnung in Bäder mit flüssigen Werkstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung eingetaucht werden. Auf diese Weise lässt sich der Flammschutz des Zellgehäuses gezielt steuern bzw. es lässt sich ein Zellgehäuse schaffen, das in bestimmten Zonen einen erhöhten Flammschutz aufweist, beispielsweise um Teile des Zellgehäuses, die mit erhöhter Wahrscheinlichkeit Flammen ausgesetzt sind, besonders zu schützen.
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Das Verfahren kann vorsehen, dass der Polymerwerkstoff einen Zusatz zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bei dem Zusatz kann es sich insbesondere um ein Metall, Graphit, eine Keramik, eine Glaskeramiken, ein Glas, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Magnesiumoxid, und/oder ein Alumosilikat, handeln. Hierbei weisen die keramischen, glaskeramischen und glasigen Zusätze den weiteren Vorteil auf, elektrisch nicht leitfähig zu sein. Der Vorteil eines derartigen Zusatzes ist es, dass damit die Wärmeleitfähigkeit des Polymerwerkstoffs erhöht und so die Wärmeabfuhr aus einer der elektrochemischen Zellen verbessert werden kann. Der Zusatz zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit kann ebenfalls in eine Matrix, insbesondere eine Matrix aus einem Polymerwerkstoff, eingebettet sein. Er kann insbesondere in Form von Partikeln und/oder Fasern vorliegen.
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Das Verfahren kann vorsehen, dass beim Umhüllen der Elektrodenanordnung eine ungleichmäßige Verteilung des Zusatzes zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit herbeigeführt wird, sodass wenigstens ein Bereich des erzeugten Zellegehäuses eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als ein anderer Bereich des erzeugten Zellegehäuses. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass die Zusammensetzung des flüssigen Werkstoffs, mit dem die Elektrodenanordnung umhüllt wird, zwischen den Bereichen variiert wird. So können beispielsweise flüssige Werkstoffe unterschiedlicher Zusammensetzung in unterschiedlichen Bereiche einer Gussform eingegossen werden und/oder es können unterschiedliche Bereiche der Elektrodenanordnung in Bäder mit flüssigen Werkstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung eingetaucht werden. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeabfuhr aus dem Zellgehäuse gezielt steuern bzw. es lässt sich ein Zellgehäuse schaffen, das in bestimmten Zonen eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, um beispielsweise eine bessere Wärmeabfuhr zu ermöglichen, und in anderen Bereichen eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist, beispielsweise um das Innere des Zellegehäuses vor Hitzeeinwirkungen zu schützen.
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Bevorzugt werden eine Mehrzahl nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte elektrochemische Zellen in einem gemeinsamen Akkumulatorgehäuse angeordnet. Der so gebildete Akkumulator, der eine Mehrzahl elektrochemischer Zellen aufweist, kann insbesondere dazu genutzt werden, einen elektrischen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens und/oder Lastkraftwagens, mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 - 3 schematische Darstellungen beispielhafter Elektrodenanordnungen,
- 4 - 5 schematische Schnittdarstellungen beispielhafter Elektrodenanordnungen,
- 6 - 8 schematische Darstellungen beispielhafter Verfahren mit einem Tauchen der Elektrodenanordnung,
- 9 - 12 Schritte eines beispielhaften Verfahrens mit einem Umgießen der Elektrodenanordnung.
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Das Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle geht von einer Elektrodenanordnung 10 aus, die zunächst aus flächigen Elektroden 12 erzeugt wird. Beispielhafte Elektrodenanordnungen 10 der in Rede stehenden Art sind in den 1 - 3 dargestellt. Hierbei sind die in 1 und 2 dargestellten Elektrodenanordnungen 10 in Gestalt eines Elektrodenwickels ausgeführt, die in 3 dargestellte Elektrodenanordnung 10 in Gestalt eines Elektrodenstapels. die Elektrodenanordnungen 10 weisen jeweils schichtförmige Bestandteile auf. Zu diesen gehören insbesondere flächige Elektroden 12. Die flächigen Elektroden 12 können wie in den 1 und 2 dargestellt zu einem Elektrodenwickel aufgewickelt werden. Alternativ und/oder ergänzend können die flächigen Elektroden 12 zu einem Elektrodenstapel übereinandergeschichtet werden, wie dies beispielhaft in 3 dargestellt ist.
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Die Elektrodenanordnungen 10 können Kontaktelemente 14 zum elektrischen Kontaktieren der Elektroden 12 aufweisen. Diese können wie im gezeigten Beispiel in den 1 - 3 beispielhaft als Metallfolien ausgeführt sein. Die so gebildeten „Kontaktfähnchen“ können einzeln kontaktiert und/oder zusammengefasst und gemeinsam kontaktiert werden. Auch können elektrische Verbindungselemente wie beispielsweise Stromschienen für die Kontaktierung der einzelnen Kontaktelemente bereits mit diesen verbunden werden, bevor die Elektrodenanordnung 10 mit dem flüssigen Werkstoff umhüllt wird.
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Die Elektrodenanordnungen 10 können zur Durchführung des Verfahrens mittels Fixierelementen 16 zusammengehalten werden. Beispielhaft ist dies in den 4 und 5 dargestellt. Die Elektrodenanordnung 10 kann beispielsweise wie im in 4 dargestellten Fall mit einem Fixierelement 16 in Gestalt einer Kunststofffolie umwickelt werden. Alternativ und/oder ergänzend kann die Elektrodenanordnung 10 durch ein Fixierelement 16 in Gestalt einer Klammer, beispielsweise aus Metall, zusammengehalten werden. Dies ist beispielhaft schematisch in 5 dargestellt.
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In den 6 - 8 ist schematisch das Umhüllen der Elektrodenanordnungen 10 mittels eines flüssigen Werkstoffs 18 durch das Tauchen der Elektrodenanordnung 10 in den flüssigen Werkstoff 18 dargestellt. Wir beispielhaft in den 6 - 8 dargestellt, wird der flüssige Werkstoff 18 vorzugsweise in einem Bad 20 vorgehalten. Die Elektrodenanordnung 10 wird bis zum Erreichen einer Eintauchtiefe 22 in den flüssigen Werkstoff 18 eingetaucht. Die Eintauchtiefe 22 ist insbesondere derart gewählt, dass die Elektrodenanordnung 10 vollständig in den flüssigen Werkstoff 18 eingetaucht wird. Unter dem vollständigen Eintauchen der Elektrodenanordnung 10 ist insbesondere auch ein Eintauchen der Elektrodenanordnung 10 zu verstehen, bei dem die Kontaktelemente 14 nicht vollständig von dem flüssigen Werkstoff 18 bedeckt sind. Wie beispielsweise in 8 dargestellt, können die Kontaktelemente 14 hierfür derart geformt sein, dass sie beim Erreichen der maximalen Eintauchtiefe 22 noch aus dem flüssigen Werkstoff 18 herausragen. In vorteilhafter Weise können Manipulatoren 24 an Kontaktelementen 14 angreifen, um die Elektrodenanordnung 10 zu bewegen.
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Wie in den 6 und 7 dargestellt, können Elemente der Elektrodenanordnung 10, wie beispielsweise Kontaktelemente 14, aber auch beispielsweise funktionale Verschlusselemente, mit Schutzelementen 26 vor dem flüssigen Werkstoff 18 geschützt sein. Dies ist beispielhaft in den 6 und 7 dargestellt. Manipulatoren 24 zum Bewegen der Elektrodenanordnung 10 können in diesem Zusammenhang insbesondere an derartigen Schutzelementen 26 angreifen. Hierbei kann das Verfahren beispielsweise so durchgeführt werden, dass die Manipulatoren 24 in den flüssigen Werkstoff 18 eintauchen. Alternativ und/oder ergänzend kann das Verfahren so geführt sein, dass die Manipulatoren 24 nicht in den flüssigen Werkstoff 18 eintauchen. Dies kann wie im in 7 gezeigten Beispiel dadurch ermöglicht werden, dass die Manipulatoren 24 an Schutzelementen 26 angreifen. Die Schutzelemente 26 müssen nicht zwingend vollständig in den flüssigen Werkstoff 18 eintauchen, da sie ohnehin dazu dienen, andere Elemente der Elektrodenanordnung 10 vor dem flüssigen Werkstoff 18 zu schützen. Nach Durchführung des Tauchverfahrens, insbesondere nach dem Verfestigen des flüssigen Werkstoffs 18, der bei dem Entfernen der Elektrodenanordnung 10 aus dem Bad 20 mit dem flüssigen Werkstoff 18 noch an der Elektrodenanordnung 10 anhaftet und so das Gehäuse bildet, können die Schutzelemente 26 von der Elektrodenanordnung 10 entfernt werden. Hierdurch können beispielsweise Kontaktelemente 14, aber auch andere funktionale Elemente der Elektrodenanordnung 10, wie beispielsweise funktionale Verschlusselemente, zugänglich gemacht werden.
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In den 9 - 10 ist ein beispielhaftes Verfahren gezeigt, bei dem das Umhüllen der Elektrodenanordnung 10 durch ein Umgießen der Elektrodenanordnung 10 mit dem flüssigen Werkstoff 18 erfolgt. Das Verfahren kann beispielhaft wie folgt durchgeführt werden: Zunächst wird, wie in 9 dargestellt, eine Gussform 28 bereitgestellt. Die Gussform kann mit dem flüssigen Werkstoff 18 vorbefüllt werden. Dies ist in der 10 schematisch dargestellt. In die Gussform kann im beispielhaften Verfahren in einem nächsten Verfahrensschritt eine Elektrodenanordnung 10 eingelegt werden. Dies kann wie im gezeigten Beispiel derart erfolgen, dass die Kontaktelemente 14 der Elektrodenanordnung 10 aus der Gussform 28 herausgeführt sind. In einem weiteren in 12 dargestellten Verfahrensschritt wird die Gussform 28 mit weiterem flüssigen Werkstoff 18 befüllt. Dies erfolgt insbesondere wie im gezeigten Beispiel derart, dass die Elektrodenanordnung 10 vollständig mit dem flüssigen Werkstoff 18 umschlossen ist. Unter einer vollständig mit dem flüssigen Werkstoff 18 umschlossenen Elektrodenanordnung 10 ist in diesem Zusammenhang auch wie im gezeigten Beispiel eine Elektrodenanordnung 10 zu verstehen, deren Kontaktelemente 14 aus dem flüssigen Werkstoff 18 hervortreten.
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Nach dem Verfestigen bildet der flüssige Werkstoff 18 so das Gehäuse der elektrochemischen Zelle, die insbesondere nach dem Verfestigen des flüssigen Werkstoffs 18 aus der Gussform 28 entfernt werden kann.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrodenanordnung
- 12
- flächige Elektroden
- 14
- Kontaktelemente
- 16
- Fixierelement
- 18
- flüssiger Werkstoffs
- 20
- Bad
- 22
- Eintauchtiefe
- 24
- Manipulatoren
- 26
- Schutzelemente
- 28
- Gussform