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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einem Zellgehäuse zur Aufnahme einer Elektrodenanordnung.
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Eine Batteriezelle umfasst typischerweise ein Zellengehäuse, in welchem eine Elektrodenanordnung aufgenommen ist. Für ein Recycling der Batteriezelle wird diese zunächst aus einer Batterie ausgebaut und anschließend vollständig in eine Schreddereinrichtung, also in eine Zerkleinerungsanlage, gegeben, so dass das Zellgehäuse und die Elektroden der Elektrodenanordnung gemeinsam zerkleinert werden. Nachteilig wird hierbei entsprechend ein Gemisch aus verschiedenen zurückgewinnbaren Rohstoffen gewonnen, die für eine Wiederaufbereitung vergleichsweise aufwändig voneinander getrennt werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batteriezelle anzugeben, bei deren Recycling ein Trennen unterschiedlicher Rohstoffe erleichtert ist. Weiterhin soll ein Verfahren zum Recyceln einer solchen Batteriezelle angegeben werden.
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Aus der
DE 10 2017 216 422 B3 ist ein Fügeglas bekannt, das eine Öffnung eines Gehäuseteils, durch welche ein Leiter geführt ist, hermetisch dicht abschließt.
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Bezüglich der Batteriezelle wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Batteriezelle sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
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Die insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildete Batteriezelle umfasst ein Zellgehäuse (Zellengehäuse), das der Aufnahme einer Elektrodenanordnung mit mindestens einer Anode und mit mindestens einer Kathode, und/oder der Aufnahme eines Elektrolyt dient. Beispielsweise ist die Batteriezelle eine sogenannte Festkörperzelle. Sofern ein flüssiger Elektrolyt verwendet wird, ist dieser zweckmäßiger Weise als ein nicht wässriger Elektrolyt ausgebildet, der beispielsweise eine Karbonatmischung mit einem darin gelösten Leitsatz umfasst. Zweckmäßiger Weise ist zwischen jeder Anode und jeder Kathode jeweils ein Separator angeordnet. Beispielsweise ist jede der Anoden oder jede der Kathoden, vorzugsweise beidseitig, mit einem solchen Separator laminiert. Insbesondere ist anhand des Separators zudem eine Isolation zwischen dem Zellgehäuse und den Elektroden gebildet.
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Zusammenfassend bildet das Zellgehäuse bildet also einen Aufnahmeraum für die Elektrodenanordnung, und für den Elektrolyt.
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Die Batteriezelle ist insbesondere für eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen und eingerichtet.
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Das Zellgehäuse umfasst einen Zellbecher (Zellenbecher) sowie einen zu diesem separat ausgebildeten, und zweckmäßigerweise ebenen und/oder plattenförmigen, Deckel. Die Batteriezelle ist zweckmäßigerweise eine sogenannte prismatische Batteriezelle. Der Zellbecher umfasst hierzu einen (Becher-)Boden mit zweckmäßigerweise rechteckförmiger Grundfläche, wobei umfangseitig, also randseitig, die Seitenwände des Zellgehäuses unter Bildung einer Wannenform oder Becherform senkrecht zum Boden empor stehen. Der Zellbecher und der Deckel bilden zusammen also ein gerades Prisma, wobei die Seitenwände den (Becher-)Mantel bilden.
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Zweckmäßigerweise umfasst der Deckel mindestens ein Terminal zum elektrischen kontaktieren von Zellaußen, wobei die mindestens eine Anode oder die mindestens eine Kathode der Elektrodenanordnung zellinnenseitig mit dem Terminal elektrisch kontaktiert ist.
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Insbesondere ist der Zellbecher und/oder der Deckel aus einem Blech, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumverbindung. hergestellt. Hierbei können der Zellbecher und der Deckel aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
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Zum fluiddichten Verschließen des Zellengehäuses ist eine Dichtung vorgesehen, die zwischen dem Deckel und dem Zellbecher angeordnet ist. Insbesondere ist die Dichtung zwischen der Freiendseite, also der dem Deckel zugewandten Endseite, des Zellbechers und dem Deckel angeordnet. Erfindungsgemäß ist dabei die Dichtung aus einem Glas oder aus einer Glaskeramik gebildet. Mit anderen Worten wird als die das Zellgehäuse fluiddicht verschließende Dichtung ein Glas oder eine Glaskeramik verwendet. Also ist ein unerwünschtes Austreten des Elektrolyt und/oder ein Eindringen von Luft oder Schmutzpartikeln in die Batteriezelle anhand der Dichtung vermieden.
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Die Dichtung ist insbesondere ein Glaslot bzw. ein Glaskeramiklot.
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Beispielsweise wird ein Glas oder eine Glaskeramik verwendet, wie in der
DE 10 2017 216 422 B3 offenbart ist.
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Im Unterschied zu einem Glas umfasst eine Glaskeramik eine polykristalline und einer glasige Phase.
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Für die Herstellung der Batteriezelle wird das Glaslot bzw. das Glaskeramiklot zwischen den Deckel und den Zellbecher eingebracht. Dabei ist das Glaslot bzw. das Glaskeramiklot ein vorgefertigtes Teil. Beispielsweise wurde das Glaslot bzw. das Glaskeramiklot mit einem Binder zusammen in die entsprechende Form vorgepresst. Alternativ hierzu wird das Glaslot bzw. das Glaskeramiklot auf den Deckel bzw. auf den Zellbecher aufgedruckt. Das Lot wird anschließend anhand eines Lasers oder anhand von Induktion zumindest teilweise aufgeschmolzen, so dass der Deckel und der Zellbecher anhand der Dichtung miteinander gefügt werden.
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Eine solche Dichtung ist vergleichsweise spröde. Anhand einer mechanischen Krafteinwirkung auf die Dichtung, insbesondere lediglich auf die Dichtung, kann die Dichtung zerstört und damit einhergehend der Deckel vom Zellbecher gelöst werden. Alternativ hierzu kann der Deckel vom Zellbecher anhand einer Wärmeeinwirkung, insbesondere lediglich, auf die Dichtung erfolgen. Hierbei erweicht oder schmilzt die Dichtung, so dass der Deckel vom Zellbecher entfernt werden kann.
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Somit ist ein für den Zellbecher und/oder für den Deckel zerstörungsfreies Lösen, also entfernen, ermöglicht. Der Zellbecher kann vorteilhaft wiederverwendet werden. Alternativ hierzu können aufgrund deren zueinander separaten Ausgestaltung der Zellbecher und des Deckels auch bei beschädigtem Zellbecher oder Deckel - voneinander getrennt recycelt werden. Also ist, sofern der Deckel und der Zellbecher aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, ein voneinander getrenntes Recycling, mit anderen Worten ein sortenreines Recycling, ermöglicht. Zusammenfassend ist eine vergleichsweise aufwandsarme Wiederaufbereitung und/oder eine Wiederverwendung des Zellbechers ermöglicht.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Dichtung beständig gegen einen Elektrolyt, insbesondere gegen einen nicht wässrigen Elektrolyt.
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Beispielsweise wird hierzu als Basis ein Alumo-phosphat-Glas verwendet, das zur Stabilisierung einen Anteil an Alkali-Oxid, insbesondere Lithium-Oxid, Natrium-Oxid, Kalium-Oxid und/oder Cäsium-Oxid aufweist. Dabei ist bevorzugt der Anteil an Lithium-Oxid kleiner als der Anteil an Natrium-Oxid und/oder der Anteil an Natrium-Oxid kleiner als der Anteil an Kalium-Oxid und/oder der Anteil an Kalium-Oxid kleiner als der Anteil an Cäsium-Oxid. Vorzugsweise beträgt der Anteil aller Alkalioxide zusammen weniger als 50 Gew.-%, insbesondere weniger als 40 Gew.- %.
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Zusätzlich oder alternativ zum Alkali-Oxid ist hierzu weist das Alumo-phosphat-Glas ein Oxid eines Elements der dritten und/oder der vierten Nebengruppe, insbesondere Tantal-Oxid, Niob-Oxid, Wolfram-Oxid und/oder Molybdän-Oxid auf. Der Anteil des jeweiligen Oxids des Elements der dritten oder vierten Nebengruppe beträgt vorzugsweise weniger als 12 Gew.-%.
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Weiter zusätzlich oder alternativ umfasst das Alumo-phosphat-Glas einen Anteil an Bor oder an Boroxid, insbesondere Bortrioxid. Dabei beträgt der Anteil an Bor bzw. an Boroxid vorzugsweise weniger als 10 Gew.-%.
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Vorzugsweise beträgt ein Anteil an SiO2 weniger als 12 Gew.-% , vorzugsweise ist kein SiO2 im Glas oder in der Glaskeramik enthalten.
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Durch die Wahl der Anteile der Alkalioxide, der Oxide der dritten und/oder der vierten Nebengruppe und/oder des Bor bzw. des Boroxids kann die Glasübergangstemperatur eingestellt werden.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung weist die Dichtung, also das Glas oder die Glaskeramik, insbesondere dessen glasige Anteile, eine Glasübergangstemperatur von 350 bis 450°C auf. Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich hierzu ist eine Lottemperatur (Verschmelztemperatur) der Dichtung kleiner als 600°C.
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Aufgrund dessen ist ein Schmelzen des, insbesondere aus Aluminium oder aus einer Aluminiumverbindung hergestellten, Zellbechers oder Deckels beim Schmelzen des Glaslotes oder des Glaskeramiklotes im Zuge des Fügevorgangs vermieden. Zusätzlich ist auf diese Weise eine ausreichende Temperaturfestigkeit der Dichtung für den Betrieb der Batteriezelle realisiert.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Boden des Zellbechers und der Bechermantel des Zellbechers separat zueinander ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Zellbecher aus dem Boden und dem Bechermantel als zum Boden separatem Gehäusebauteil gebildet.
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Dabei ist zwischen dem Boden und dem Bechermantel, insbesondere zwischen dem Boden und der diesem zugewandten Freiendseite des Bechermantels Mantels, eine weitere Dichtung aus Glas oder aus Glaskeramik angeordnet ist. Diese weitere Dichtung ist vorzugsweise ebenfalls beständig gegen einen Elektrolyt und/oder weist eine Glasübergangstemperatur von 350 bis 450°C auf.
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Bei dieser Ausgestaltung des Zellgehäuses, also bei zum Bechermantel separatem Deckel sowie zum Bechermantel separatem Boden weist der Boden und der Deckel zweckmäßigerweise jeweils ein Terminal zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle auf. Die Terminals können also auf gegenüberliegenden Gehäuseseiten angeordnet sein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recyceln, insbesondere Wiederaufbereiten, einer Batteriezelle nach einer der oben dargestellten Varianten.
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Falls die Batteriezelle in einer Batterie, beispielsweise in einem Batteriemodul oder in einem sogenannten Zellpack, verbaut ist, wird diese zweckmäßiger Weise aus der Batterie entfernt. Hierzu wird gegebenenfalls eine Verklebung der Batteriezelle, insbesondere anhand eines sogenannten Debonders, gelöst.
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Verfahrensgemäß wird zunächst der Deckel vom Zellbecher und/oder der Boden vom Bechermantel des Zellbechers gelöst. Besonders bevorzugt erfolgt dabei das Lösen zerstörungsfrei für den Zellbecher, für den Deckel und/oder für den Boden. Hierzu wird auf die Batteriezelle derart mechanisch eingewirkt, dass die (vergleichsweise spröde) Fügung des Deckels und/oder des Bodens am Bechermantel gelöst wird, wobei die Dichtung insbesondere zerstört wird, beispielsweise bricht oder springt. Geeigneter Weise wird hierbei auf die Dichtung und/oder auf die weitere Dichtung mechanisch eingewirkt. Bevorzugt wird lediglich auf die die Dichtung mechanisch eingewirkt, so dass eine Beschädigung des Bechermantels vermieden oder eine Gefahr dessen zumindest reduziert ist.
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Die beim mechanischen Einwirken aufgebrachte Kraft ist dabei insbesondere von der Geometrie der Batteriezelle und der Dicke der Dichtung abhängig. Vorzugsweise ist diese derart eingestellt, dass lediglich die Fügung des Deckels und/oder des Bodens am Bechermantel gelöst wird, wobei zumindest der Zellbecher bzw. der Bechermantel unbeschädigt bleibt.
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Geeigneter Weise erfolgt das mechanische Einwirken auf die Dichtung punktuell. Mit anderen Worten wird der Impuls auf einen möglichst kleinen, also punktartigen oder punktförmigen, Dichtungsabschnitt eingeleitet. Gegebenenfalls wird dies an einer anderen Stelle der Dichtung wiederholt, bis der Deckel und/oder der Boden vollständig vom Bechermantel gelöst ist. Auf diese Weise ist eine Impulseinleitung auf einen definierten Bereich ermöglicht. Dabei kann die aufgebrachte Kraft vergleichsweise klein gewählt werden, so dass eine Beschädigung des Bechermantels vermieden ist.
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Alternativ hierzu wird auf die Dichtung und/oder auf die weitere Dichtung jeweils entlang einer sich parallel zu einer Außenkante der Freiendseite des Zellbechers erstreckenden Linie oder Fläche eingewirkt. Somit erfolgt eine gleichmäßige Krafteinwirkung über einen vergleichsweise großen Bereich der Dichtung bzw. der weiteren Dichtung. Der Boden und/oder der Deckel kann dabei, insbesondere für den Bechermantel zerstörungsfrei - mit vergleichsweise wenigen Einwirkungen, insbesondere bereits mit einer einzigen Einwirkung, erfolgen.
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Zusammenfassend wird im Zuge des mechanischen Einwirkens ein (Kraft-)Impuls in die Dichtung bzw. in die weitere Dichtung eingeleitet. Beispielsweise wird hierzu auf die Dichtung oder auf die weitere Dichtung, insbesondere mit einem spitzen oder länglichen Werkzeug, geschlagen.
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Ist der Zellbecher einteilig ausgebildet, also sind Boden und Bechermantel zusammenhängend, und/oder sind die beiden Terminals am Deckel angeordnet, so wird der Deckel nach dem Lösen vom Zellbecher von diesem entfernt. Folglich kann die am Deckel, insbesondere an dessen Terminals, befestigte Elektrodenanordnung aus dem Zellbecher entnommen werden. Anschließend wird die Elektrodenanordnung vom Deckel getrennt, beispielsweise abgerissen.
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Ist der Boden separat zum Zellbecher ausgebildet, und weist der Boden und der Deckel jeweils ein Terminal auf, so sind zweckmäßig die Anoden am Deckel, insbesondere an dessen Terminal, und die Kathoden am Boden, insbesondere an dessen Terminal, befestigt, oder umgekehrt. Nach dem Lösen des Deckels und des Bodens vom Bechermantel werden der Deckel und der Boden vom Zellmantel entfernt, insbesondere durch Auseinanderziehen des Deckels und des Bodens. Insbesondere sofern die Elektrodenanordnung als Elektrodenwickel ausgebildet ist, reist dabei die Elektrodenanordnung vom Deckel oder Boden ab. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung jedoch wird, insbesondere bei einer Ausgestaltung der Elektrodenanordnung als Elektrodenstapel, der Deckel und der Boden derart auseinandergezogen, dass die am Deckel befestigten Anoden und die am Boden befestigten Kathoden der Elektrodenanordnung am Deckel bzw. am Boden befestigt bleiben, und dass die Anoden und die Kathoden voneinander getrennt, insbesondere auseinandergezogen, werden. Anschließend werden die Anoden vom Deckel und die Kathoden vom Boden getrennt, insbesondere abgerissen. Auf diese Weise ist ein Separieren der Anoden und der Kathoden für das Recycling vergleichsweise einfach ermöglicht.
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Beispielsweise wird der Zellbecher oder der Bechermantel anschließend für eine Wiederverwendung, also für eine erneute Nutzung, gereinigt. Alternativ hierzu wird der Zellbecher oder der Bechermantel recycelt. Insbesondere erfolgt dabei eine sortenreines Recycling. Zweckmäßig wird hierzu der Bechermantel bzw. der Zellbecher einerseits und der Deckel und gegebenenfalls der Boden andererseits getrennt voneinander recycelt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine Batteriezelle, deren Zellgehäuse einen Deckel und einen Zellbecher umfasst, wobei zwischen dem Deckel und dem Zellbecher eine Dichtung aus Glas oder aus Glaskeramik angeordnet ist,
- 2 schematisch in einem Querschnitt die Batteriezelle, wobei die Elektroden einer im Zellgehäuse aufgenommen Elektrodenanordnung mit zwei Terminals des Deckels verbunden sind,
- 3 schematisch in einem Querschnitt die Batteriezelle gemäß einer alternativen Ausführung, wobei der Boden des Zellbechers und der Bechermantel des Zellbechers zueinander separat ausgebildet sind, und wobei der Boden und der Deckel jeweils ein Terminal aufweist,
- 4a ausschnittsweise die Batteriezelle in einer Seitenansicht, wobei zum Lösen des Deckels vom Zellbecher mechanisch entlang der gesamten Breite der Seite des Zellengehäuses auf die Dichtung eingewirkt wird,
- 4b ausschnittsweise die Batteriezelle in einer Seitenansicht, wobei zum Lösen des Deckels vom Zellbecher punktuell mechanisch auf die Dichtung eingewirkt wird,
- 5 anhand eines Flussdiagramms einen Verfahrensablauf für das Recycling der Batteriezelle gemäß einer ersten Variante, und
- 6 anhand eines Flussdiagramms einen Verfahrensablauf für das Recycling der Batteriezelle gemäß einer zweiten Variante.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist eine prismatische, hier als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildete, Batteriezelle 2 dargestellt. Die Batteriezelle 2 umfasst ein Zellgehäuse 4 mit einem Zellbecher 6 und mit einem plattenförmigen Deckel 8 für den Zellbecher 6. Dabei sind der Deckel 8 und der Zellbecher 6 als zueinander separate Gehäuseteile ausgebildet.
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Der Zellbecher 6 weist einen (Becher-)Boden 10 mit rechteckförmiger Grundfläche auf. Seitenwände 12 stehen umfangseitig des Bodens 10 senkrecht zu diesem empor, so dass eine Wannenform oder eine Becherform anhand des Bodens 10 und der Seitenwände 12 gebildet ist. Die Seitenwände 12 bilden den sogenannten (Becher-)Mantel 14. Also weist der Bechermantel 14 zwei zueinander parallel verlaufende Seitenwände 12 und zwei zu diesen quer verlaufende Seitenwände 12 auf.
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Im Montagezustand umschließt der der Deckel 8 und der Zellbecher 6 einen Aufnahmeraum für eine Elektrodenanordnung 16 (vgl. 2 und 3), die eine Anzahl an Anoden 18, also eine einzige Anode 18 oder mehr als eine Anode 18, und eine Anzahl an Kathoden 20, also eine einzige Kathode 20 oder mehr als eine Kathode 20, aufweist. Mit anderen Worten bildet der Zellbecher 6 und der Deckel 8 im Montagezustand den auch als Zellinnenbereich bezeichneten Aufnahmeraum der Batteriezelle 2. Gemäß den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Elektrodenanordnung als Elektrodenstapel mit mehreren Anoden 18 und Kathoden 20 ausgebildet, die alternierend übereinander gestapelt sind. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative ist die Elektrodenanordnung 16 als ein Elektrodenwickel mit einer Anode 18 und einer Kathode 20 ausgebildet. Allenfalls sind die Elektroden 18, 20 jeweils anhand eines folienartigen Substrats gebildet, auf welches eine Beschichtung mit Aktivmaterial aufgebracht ist. Zudem ist allenfalls in nicht näher dargestellter Weise zwischen den Anoden 18 und den Kathoden 20 jeweils ein Separator angeordnet. Beispielsweise ist jede der Anoden 12 oder jede der Kathoden, zweckmäßigerweise beidseitig, mit einem solchen Separator laminiert.
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Der Deckel 8 umfasst ein erstes und ein zweites Terminal 22 und 24 zum elektrischen kontaktieren von Zellaußen, wobei die Anoden 18 mit dem ersten Terminal 22 und die Kathoden 20 mit dem zweiten Terminal 24 zellinnenseitig jeweils anhand deren Ableiterfähnchen 25 elektrisch kontaktiert sind.
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Zwischen der dem Zellbecher 6 und dem Deckel 8 ist eine Dichtung 26 angeordnet. Insbesondere ist die Dichtung 26 zwischen dem Deckel 8 und einer Freiendseite 28 des Bechermantels 14, also derjenigen Seite des deckelseitigen Freiendes des Bechermantels 6, welche parallel zum Boden orientiert ist und dem Deckel 8 zugewandt ist, angeordnet. Dabei ist die Dichtung 26 zweckmäßigerweise vollständig umlaufend ausgebildet, hier also im Wesentlichen Rechteckförmig ausgebildet. Mit anderen Worten erstreckt sich die Dichtung unterbrechungsfrei entlang der Freiendseite 28.
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In der 3 ist ein Querschnitt einer alternativen Ausgestaltung der Batteriezelle 2 dargestellt. Dabei gelten die Ausführungen zu den 1 und 2 mit Ausnahme des im Folgenden Dargestellten in analoger Weise.
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Der Boden 10 des Zellbechers 6 ist separat zum Bechermantel 14 ausgebildet. Dabei ist zwischen der dem Bechermantel 14 und dem Boden 10 ist eine weitere (zweite) Dichtung 30 angeordnet. Insbesondere ist die weitere Dichtung 30 dabei zwischen dem Boden 10 und der bodenseitigen Freiendseite 32 des Bechermantels 14, also derjenigen Seite des bodenseitigen Freiendes des Bechermantels 6, welche parallel zum Boden 10 orientiert ist und dem Boden 10 zugewandt ist, angeordnet. Dabei ist die weitere Dichtung 30 zweckmäßigerweise vollständig umlaufend ausgebildet, hier also im Wesentlichen Rechteckförmig ausgebildet. Mit anderen Worten erstreckt sich die Dichtung unterbrechungsfrei entlang der Freiendseite 32.
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Weiterhin umfasst der Deckel 8 das erste Terminal 22, mit welchem die Anoden 18 verbunden sind, und der Boden 10 das zweite Terminal 24, mit welchem die Kathoden 20 verbunden sind. Die beiden Terminals 22, 24 sind also an einander gegenüberliegenden Seiten an der Batteriezelle 2 angeordnet. In der 3 verläuft dabei die Schnittebene durch die beiden Terminals 22, 24.
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Die Dichtung 26 und - bei der Ausführung der Batteriezelle 2 gemäß der 3 zusätzlich die weitere Dichtung 30 - verschließen das Zellengehäuse 4 fluiddicht. Die Dichtung 26 und die weitere Dichtung 30 sind hierbei aus einem Glas oder aus einer Glaskeramik gebildet.
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Dabei ist die Dichtung 26 und die weitere Dichtung 30 beständig gegen einen, insbesondere nicht wasserhaltigen, Elektrolyt und weist eine Glasübergangstemperatur von 350°C bis 450°C auf.
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Beispielsweise ist die Dichtung mittels eines Alumo-phosphat-Glases gebildet oder umfasst dieses. Das Alumo-phosphat-Glases weist insbesondere einen Anteil eines Alkali-Oxids, einen Anteil eins Oxids eines Elements der dritten oder der vierten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, und/oder einen Anteil an Bor auf.
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In der 5 ist eine erste Variante eines Verfahrens zum Recyceln der Batteriezelle 2 gemäß der 1 und 2 (mit einteiligem Zellbecher) anhand eines Flussdiagramms dargestellt. Dabei wird in einem ersten Schritt la der Deckel 8 vom Zellbecher 6 gelöst, wobei das Lösen vorzugsweise zerstörungsfrei für den Zellbecher 6 und für den Deckel 8 erfolgt. Für das Lösen des Deckels 8 vom Zellbecher 6 wird mechanisch auf die Batteriezelle 2 eingewirkt. Mit anderen Worten wird die Batteriezelle 2 mit einem (Kraft-)Impuls beaufschlagt. Bevorzugt erfolgt das Einwirken lediglich auf die Dichtung 26.
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Wie in der 4a gezeigt, wird beispielsweise entlang einer sich parallel zu einer Außenkante der Freiendseite des Zellbechers erstreckenden Linie auf die Dichtung 26 eingewirkt. Der entsprechende Einwirkbereich 34 ist dabei zum Zweck eines besseren Verständnisses schraffiert dargestellt. Alternativ hierzu erstreckt sich der Einwirkbereich lediglich entlang eines Teils der gesamten Ausdehnung der Außenkante, beispielsweise entlang eines Viertels oder der Hälfte deren Ausdehnung. Somit erfolgt eine gleichmäßige Krafteinwirkung über einen vergleichsweise großen Bereich der Dichtung 26.
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Alternativ hierzu wird, wie in der 4b dargestellt einen vergleichsweise kleinen Einwirkbereich 34 eingewirkt. Dieser ist in der 4b zum Zweck eines besseren Verständnisses vergrößert dargestellt. Insbesondere wird anhand eines spitzen Werkzeugs auf die Dichtung 26 eingewirkt, so dass der Einwirkbereich 34 im Wesentlichen punktartig oder zumindest eine vergleichsweise kleine Ausdehnung aufweist. Zusammenfassend erfolgt die Einwirkung punktuell. Sofern der Deckel 8 nach der Einwirkung nicht oder nicht vollständig vom Zellbecher 6 gelöst ist, wird zweckmäßigerweise an einer anderen Stelle der Dichtung 26 auf diese mechanisch eingewirkt. Beispielhaft ist dies in der 4b anhand strichliniert dargestellter Einwirkbereiche 34 repräsentiert. Diese erneute mechanische Einwirkung auf die Dichtung 26 kann dabei auch an einer anderen Gehäuseseite vorgenommen werden.
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Aufgrund des Einwirkens auf die Dichtung 26 gemäß der 4a oder der 4b bricht oder springt diese, so dass der Deckel 8 vom Zellbecher 6 gelöst ist. Zellbecher 6 und Deckel 8 sind also nicht weiter anhand der Dichtung 26 miteinander gefügt.
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Anschließend wird in einem zweiten Schritt Ila der Deckel 8 mit der daran befestigten Elektrodenanordnung 16 vom Zellbecher 6 entfernt, die Elektrodenanordnung 16 also aus dem Zellbecher 6 entnommen.
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In einem zeitlich darauf folgenden Schritt Illa wird die Elektrodenanordnung 16 vom Deckel 8 getrennt, beispielsweise abgerissen. Insbesondere werden hierbei die Anoden 18 vom ersten Terminal 22 des Deckels 8 und die Kathoden 20 vom zweiten Terminal 24 des Deckels 8 getrennt.
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Der Deckel 8, die Elektrodenanordnung 16 und der Zellbecher 6 sind auf diese Weise voneinander getrennt. Beispielsweise werden diese Komponenten getrennt voneinander wiederaufbereitet. Bevorzugt wird jedoch gemäß Schritt IVa der Zellbecher 6 für eine Wiederverwendung gereinigt und der Deckel 8 und die Elektrodenanordnung 16 separat wiederaufbereitet.
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In der 6 ist eine zweite Variante eines Verfahrens zum Recyceln der Batteriezelle 2 gemäß der 3 (Zellbecher mit zum Boden separaten Bechermantel) anhand eines Flussdiagramms dargestellt. Dabei wird in einem ersten Schritt Ib der Deckel 6 vom Bechermantel 14 und der Boden 10 vom Bechermantel 14 gelöst. Dabei erfolgt das Lösen zerstörungsfrei für den Zellbecher 6 und für den Deckel 8. Hierzu wird in analoger Weise zum Verfahren gemäß der 5 mechanisch auf die Dichtung 26 und auf die weitere Dichtung 30 eingewirkt, so dass diese springt oder bricht. Die mechanische Einwirkung auf die Dichtung 26 erfolgt dabei - wie im Zusammenhang mit den Ausführungen zur 4a oder der 4b dargestellt - bevorzugt lediglich auf die Dichtung 26, wobei sich der Einwirkbereich 34 parallel zu einer Außenkante der Freiendseite 28 des Zellbechers 6 orientiert ist oder punktuell auf die Dichtung 26 eingewirkt wird. Des Weiteren wird in analoger Weise mechanisch auf die weitere Dichtung 30 eingewirkt, so dass der Boden 10 vom Bechermantel 14 gelöst wird.
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Anschließend wird in einem zweiten Schritt Ilb der Deckel 8 und der Boden 10 auseinandergezogen. Beispielsweise reist dabei die Elektrodenanordnung 16 vom ersten Terminal 22 des Deckels 8 und/oder vom zweiten Terminal 24 des Bodens 10 ab, so dass die Elektrodenanordnung 16 aus dem Zellengehäuse 4 entnommen werden kann. Zweckmäßig jedoch, und insbesondere sofern die Elektrodenanordnung 16 als Elektrodenstapel ausgebildet ist, werden beim auseinanderziehend des Bodens 10 und des Deckels 8 auch die Elektroden 18, 20 auseinandergezogen. Dabei bleiben also die Anoden 18 am Terminal 22 des Deckels 8 und die Kathoden 20 am Terminal 24 des Bodens 10 befestigt. Die Anoden 18 und die Kathoden 20 werden also getrennt voneinander aus dem Zellinneren entnommen. Sofern die Separatoren mit den Anoden 18 bzw. mit den Kathoden 20 laminiert sind, bleiben diese beispielsweise mit der jeweiligen Anode 18 bzw. Kathode 20 gefügt. Andernfalls können die Separatoren ebenfalls zusammen mit den Anoden 18 und den Kathoden 20 aus dem Zellinnenraum entnommen werden.
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Im darauf folgenden Schritt Illb werden die Anoden 18 vom Deckel 8 und die Kathoden 20 vom Boden 10 getrennt, beispielsweis abgerissen. Auf diese Weise sind die Anoden 18, die Kathoden 20, der Boden 10, der Deckel 8 sowie der Bechermantel 14 vereinzelt und liegen separat für das weitere Recycling vor.
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Beispielsweise werden diese Komponenten getrennt voneinander wiederaufbereitet. Bevorzugt wird jedoch gemäß Schritt IVb der Bechermantel 14 für eine Wiederverwendung gereinigt und der Deckel 8, der Boden 10, die Anoden 18 und die Kathoden 20 separat zueinander wiederaufbereitet.
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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
- Zellgehäuse
- 6
- Zellbecher
- 8
- Deckel
- 10
- Boden
- 12
- Seitenwände
- 14
- Bechermantel
- 16
- Elektrodenanordnung
- 18
- Anode
- 20
- Kathode
- 22
- erstes Terminal
- 24
- zweites Terminal
- 25
- Ableiterfähnchen
- 26
- Dichtung
- 28
- deckelseitige Freiendseite
- 30
- weitere Dichtung
- 32
- bodenseitige Freiendseite
- 34
- Einwirkbereich
- Ia
- Lösen des Deckels vom Zellbecher
- IIa
- gemeinsame Entnahme des Deckels und der Elektrodenanordnung
- IIIa
- Trennen der Elektrodenanordnung vom Deckel
- IVa
- Reinigen des Zellbechers
- Ib
- Lösen des Deckels und des Bodens vom Bechermantel des Zellbechers
- IIb
- Auseinanderziehen des Deckels und des Bodens
- IIIb
- Trennen der Anoden vom Deckel und der Kathoden vom Boden
- IVb
- Reinigen des Zellbechers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017216422 B3 [0004, 0014]
