DE10237293A1 - Elektroden-Ableiter-Abschnitt und Verfahren zur Kontaktierung von mehreren Elektroden - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektroden-Ableiter-Abschnitt mit mehreren Elektroden 5, 6 gleicher Polung und einem Ableiter 3, 7, auf eine wenigstens einen erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitt umfassende Batterie, sowie auf ein Verfahren zur Kontaktierung von mehreren Elektroden 5, 6 miteinander. Der erfindungsgemäße Elektroden-Ableiter-Abschnitt ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektrodenenden 1 gleicher Polung in einer zur Erstreckungsrichtung der Elektroden 5, 6 quer verlaufenden Ebene umgelegt und/oder gestaucht sowie anschließend durch Lichtbogenspritzen behandelt sind, um dadurch eine im Wesentlichen durchgehende Kontaktschicht 2 in dieser Ebene zu bilden, an der ein Ableiter 3, 7 anliegt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektroden-Ableiter-Abschnitt mit mehreren Elektroden und einem Ableiter, auf eine wenigstens einen erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitt umfassende Batterie, sowie auf ein Verfahren zur Kontaktierung von mehreren Elektroden miteinander.
  • Ein wesentliches Kriterium für das einwandfreie Arbeiten von Batterien und ähnlichen Bauelementen ist das Kontaktieren von Elektrodenenden, zum Beispiel von Anodenelektroden bzw. Kathodenelektroden einer Batterie, und von damit verbundenen Ableitern beziehungsweise Stromkollektoren. Dadurch wird die jeweilige Polung zu dem Plus- bzw. Minuspol einer Batterie gewährleistet. Bei dieser Kontaktierung ist dafür Sorge zu tragen, dass kein Verlust der elektrischen Leitfähigkeit von den Elektroden zum Ableiter und vom Ableiter zum jeweiligen Batterie-Pol erfolgt. Außerdem sollte die Kontaktierung der Elektroden untereinander und der Elektroden mit dem Ableiter korrosionsfrei ausgebildet sein.
  • Die bislang geübte Praxis der Kontaktierung besteht vorzugsweise im Weich- oder Hartlöten und/oder mechanischem Anpressen oder Anklemmen. Nachteilig sind die bisherigen Methoden vor allem durch Ausbildung von Lokalelementen, die zu einer Korrosion bzw. mangelhaften Leitfähigkeit, d.h. zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstandes (Ω), in den Löt- bzw. Schweißstellen und zu undefinierten Kontaktflächen führen.
  • Bei einer anderen Kontaktierungsart, dem Kleben mittels eines leitfähigen Klebers erfolgt neben einem Anstieg des elektrischen Widerstandes auch ein Verspröden der Kontaktierung während des Batteriebetriebes.
  • Beim Ultraschallschweißen erfolgt zum Teil ein Verspröden und in Folge dessen ein Abbrechen der verschweißten (kontaktierten) Ableiter, die häufig als Ableiterfolien ausgebildet sind. Genauer gesagt weisen die Verbindungen der Ableiter mit den Elektroden eine mangelnde mechanische Stabilität auf.
    •
  • Aus diesen Gründen ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Elektroden-Ableiter-Abschnitt und insbesondere einen in Batterien einsetzbaren Elektroden-Ableiter-Abschnitt mit einer verbesserten Verbindung und Kontaktierung, sowie ein neues Verfahren zur Kontaktierung von mehreren Elektroden miteinander zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe kann durch einen Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß Patentanspruch 1, eine Batterie gemäß Patentanspruch 16 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 20 gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen der vorliegenden Erfindung mit ihren Vorteilen und Effekten ergeben sich aus den nachfolgend dargelegten Ausführungsformen des Elektroden-Ableiter-Abschnitts, der Batterie und des Verfahrens zur Kontaktierung von Elektroden 5, 6.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die 1a zeigt einen erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitt mit einer aufgelegten Ableiterscheibe 3 im Bereich einer Anode einer Wickelzelle.
  • Die 1b zeigt einen erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitt mit einem bolzenförmigen, in der Mitte einer Wickelzelle angeordneten Ableiter 3 im Anodenbereich.
  • Die 2 zeigt einen Schnitt eines Laminatausschnitts durch eine Wickelzelle vor der Kontaktierung mit vorstehenden Elektrodenenden 1.
  • Die 3a und 3b zeigen einen Kupferableiter 3 auf der Anodenseite beziehungsweise einen Aluminiumableiter 7 auf der Kathodenseite für den Einsatz in erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitten.
  • Die 4a zeigt einen Schnitt durch einen Laminatausschnitt einer Batteriezelle, bestehend aus Kathode 6 mit vorstehenden Elektrodenenden 1, Elektrolyt 4 und Anode 5 mit vorstehenden Elektrodenenden 1, in dem die Elektrodenenden 1 auf der Anodenseite der Batteriezelle umgelegt sind.
  • Die 4b zeigt einen Schnitt durch einen Laminatausschnitt einer Batterie mit einem erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitt.
  • Die 5a und 5b zeigen Draufsichten auf erfindungsgemäße Elektroden-Ableiter-Abschnitte einer Wickelzelle. In 5a ist die eine Hälfte der Wickelzellenoberfläche metallgespritzt und in 5b ist die gesamte Wickelzellenoberfläche metallgespritzt.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitts, der erfindungsgemäßen Batterie und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kontaktierung von Elektroden 5, 6 detaillierter beschrieben.
  • Der erfindungsgemäße Elektroden-Ableiter-Abschnitt umfasst mehrere Elektroden 5 oder 6 gleicher Polung und einen Ableiter 3 oder 7, wobei mehrere Elektrodenenden 1 gleicher Polung in einer zur Erstreckungsrichtung der Elektroden 5, 6 quer verlaufenden Ebene umgelegt und/oder gestaucht sowie anschließend durch Lichtbogenspritzen behandelt sind, um dadurch eine im Wesentlichen durchgehende Kontaktschicht 2 in dieser Ebene auszubilden, an der ein Ableiter 3, 7 anliegt. Die Kontaktierung der Elektroden 5, 6 miteinander erfolgt somit durch die Ausbildung einer geeigneten Kontaktschicht 2 auf den umgelegten und gestauchten Elektrodenenden 1.
  • Die in dem erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitt umfassten Elektroden 5, 6 gleicher Polung sind bevorzugt in Form von Lamellen ausgebildet. Hierbei kann es sich um eine zylindrische Wickelung, wie in den 1a, b gezeigt ist, eine konzentrische Elektrodenanordnung oder um eine durch Stapelung oder Faltung erzielte Elektrodenanordnung handeln. Insbesondere geeignete und insbesondere bei einer Wickelung bevorzugt eingesetzte Elektrodenabschnitte mit vorstehenden Elektrodenenden 1 sind in Form von leitfähigen Folien ausgebildet.
  • Bei einer solchen gewickelten, gestapelten oder gefalteten Anordnung von mehreren Elektroden 5, 6 gleicher Polung stehen an einem Ende der Elektrodenanordnung die Enden 1 der Elektrodenlamellen eines Pols vor. Bei Einsatz einer solchen Elektrodenanordnung, zum Beispiel in einer Batterie, ist es bevorzugt den dazugehörigen Satz zweiter Elektroden mit umgekehrter Polung auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenanordnung und gegebenenfalls erfindungsgemäß auch mit vorstehenden Enden 1 der Elektrodenlamellen mit gleicher Polung vorzusehen.
  • Ist der erfindungsgemäße Elektroden-Ableiter-Abschnitt in einer zylindrischen Wickelung bereitgestellt, bei der die Elektrodenenden 1 in einer im Wesentlichen kreisförmigen Ebene vorstehen, ist es vorteilhaft nur in einem Sektor dieser Ebene die Elektrodenenden 1 umzulegen und zu stauchen, wie in den 1a, b im Bereich der Anode gezeigt ist. Hierbei werden die Elektrodenenden 1 bevorzugt in einer Richtung und insbesondere zur Mitte einer zylindrischen Wickelung hin umgelegt. Diese bevorzugte Umlegetechnik ist in 4a gezeigt.
  • Dies ermöglicht und vereinfacht die Ausbildung einer ebenen Fläche, die zur Ausbildung einer Kontaktschicht 2 mittels Lichtbogenspritzens behandelt ist, wobei an der Kontaktschicht 2 ein Ableiter 3, 7 anliegt. Dieser ist bevorzugt im Kern oder der Mitte einer zylindrischen Wickelung oder einer konzentrischen Elektrodenanordnung in einer zu den Elektroden 5, 6 parallel ausgerichteten Ebene angeordnet.
  • Die Form der Ableiter 3, 7 ist frei wählbar. Jedoch sind die Ableiter 3, 7 in Wickelzellen häufig in Bolzenform ausgebildet, die gegebenenfalls noch mit einem Innen- oder Außengewinde ausgestaltet sein können oder einen Quetschanschluß für Stromkabel oder ähnliches umfassen.
  • Falls der Ableiter 3, 7 nicht in der Mitte der Wickelung einer zylindrischen Elektrodenanordnung angeordnet ist oder falls die Kontaktierung der einzelnen Elektroden oder Elektrodenlamellen noch verbessert werden soll, kann ein Ableiter 3, 7 in Form einer Ableiterscheibe ausgebildet sein, wie in den 3a, b exemplarisch gezeigt ist.
  • Diese Ableiterscheibe ist bevorzugt direkt auf den umgelegten und/oder gestauchten Elektrodenenden 1 oder auf der ausgebildeten Kontaktschicht 2 angebracht. Die Verbindung und Kontaktierung der Ableiterscheibe kann durch Lichtbogenspritzen, Anlöten oder dergleichen erfolgen. Bevorzugt ist eine Kontaktierung über Lichtbogenspritzen.
  • Wahlweise kann der Ableiter 3, 7 auch als eine flexible Litze oder Ableiterfolie ausgebildet sein, um dadurch einen flexiblen Kontakt beispielsweise eines Elektroden-Ableiter-Abschnitts mit einem mit dem Gehäuse einer Batterie feste verbundenen Pol gewährleisten zu können.
  • Die Materialien der Elektroden 5, 6 inklusive der Elektrodenenden 1 und der Ableiter 3, 7 sind nicht eingeschränkt und sind von der Art und Weise der Verwendung abhängig.
  • So sind bevorzugte Materialien für die Elektroden 5, 6 und Elektrodenenden 1 Metalle wie Aluminium, Kupfer und dergleichen, Metallfolien oder mit Metallen beschichtete leitfähige Folien, zum Beispiel aus Polymermaterialien oder dergleichen. In Batterien und insbesondere Lithiumionen-Batterien bilden Elektroden aus Aluminium häufig die mit der Kathode verbundenen Elektroden 6 und die aus Kupfer häufig die mit der Anode verbundenen Elektroden 5.
  • Die Dicke der für die Lamellen 1 verwendeten Metallfolien oder der mit Metallen beschichteten Folien liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 100 μm, weiter bevorzugt von 5 bis 70 μm und noch weiter bevorzugt von 10 bis 40 μm.
  • Diese sind in einer wie in der 2 gezeigten Laminatanordnung beispielsweise in einem Abstand D1 beziehungsweise D2 von etwa 20 bis 1000 μm, bevorzugt von 30 bis 700 μm und weiter bevorzugt von 50 bis 500 μm angeordnet.
  • Hierbei beträgt die Länge der gewickelten Elektrodenlamellen, d.h. die Gesamtdistanz des in einer Wicklung gewickelten Verbundsystems, in einer solchen Wickelzellenanordnung bevorzugt etwa 20 bis 5000 cm, weiter bevorzugt etwa 30 bis 4000 cm und noch weiter bevorzugt 50 bis 3000 cm.
  • Um eine weitere Elektrochemie innerhalb des Elektroden-Ableiter-Abschnitts zu verhindern sind Vorteilhafterweise die Ableiter 3, 7 aus dem gleichen Material wie die damit verbundenen und kontaktierten Elektroden 5, 6 bzw. Elektrodenenden 1 ausgewählt.
  • Aus gleichem Grunde ist somit auch die Verwendung des identischen Materials für das beim Lichtbogenspritzen eingesetzte Metall bevorzugt. Jedoch ist jedes elektrochemisch gegenüber dem Elektroden- und Ableitermaterial chemisch und elektrochemisch inerte Metall ebenso geeignet.
  • Eine wesentliche Verbesserung der Kontaktierung der einzelnen Elektrodenenden 1 wird nach dem Umlegen oder Stauchen durch das Lichtbogenspritzen der erhaltenen Fläche erreicht. Das Lichtbogenspritzen ist ein thermisches Beschichtungsverfahren mit dem Metalle in flüssiger Form auf die Oberfläche, hier die aus den umgelegten und/oder gestauchten Elektrodenenden 1 gebildete Ebene, unter Erzeugung einer Kontaktschicht 2 aufgebracht werden können. Man unterscheidet mehrere bei der erfindungsgemäßen Kontaktierung angewandte Lichtbogenspritzverfahren. Dies sind unter anderem das Plasmaspritzen, eine rein thermische Beschichtung, das Niederdruckplasmaspritzen, das Flammspritzen, oder die Thermospraymethode (Lit.: Firmenschrift Sulzer Meter DL07A-Ge-7/97).
  • In dem erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitt wird ein Ableiter 3, 7 nach dem Umlegen oder Stauchen der Elektrodenenden 1 auf der dadurch ausgebildeten Ebene angeordnet und durch das Lichtbogenspritzen damit feste verbunden und elektrisch kontaktiert. Durch das Lichtbogenspritzen kann eine feste, mechanisch stabile und insbesondere auch korrosionsfreie Kontaktierung der einzelnen Elektrodenenden 1 und gegebenenfalls auch des Ableiters 3, 7 in Form einer Ableiterscheibe oder Ableiterfolie mit der dadurch ausgebildeten Ebene der umgelegten und gestauchten Enden 1 erzielt werden.
  • Ein weiterer Vorteil einer solchen Kontaktierung gegenüber dem bekannten Stand der Technik ist, dass erfindungsgemäß eine übergangswiderstandsfreie oder mindestens eine übergangswiderstandsarme Kontaktierung erzielt werden kann. Durch die Kontaktierung mittels Lichtbogenspritzens ausgebildete elektrische Kontakte sind reine metallische Verbindungen und Kontaktierungen. Somit weisen sie im Wesentlichen keine zusätzliche Elektrochemie auf und haben dadurch geringe oder keine Verluste der elektrischen Widerstände an der Kontaktierungsstelle. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Material der Elektrodenlamellen als auch das der Ableiter 3, 7 zu dem beim Lichtbogenspritzen eingesetzten Material identisch sind.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitts weist auf den durch Lichtbogenspritzen behandelten Bereichen noch verbleibende Freiflächen in der Kontaktschicht 2 auf. Somit ist das Entweichen von eventuell auftretendem Gas und insbesondere von während des Betriebs eines solchen Elektroden-Ableiter-Abschnitts gebildeten Formiergas möglich. Dies verhindert ein Aufblähen einer Elektrodenanordnung oder eines damit ausgestatteten Bauelements wie etwa einer Batterie.
  • Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Batterie mit einer Anode, einer Kathode und einem Separator, die wenigstens einen erfindungsgemäßen Elektroden-Ableiter-Abschnitt umfasst. Insbesondere geeignet ist der erfindungsgemäße Elektroden-Ableiter-Abschnitt für Lithiumionen-Batterie oder Lithiumionen-Polymer-Batterien. Die Form der erfindungsgemäßen Batterie ist nicht beschränkt, kann aber bevorzugt eine zylindrische Form aufweisen, in der die Elektrodenlamellen als Wickelzelle ausgebildet sind, wie auch in den 1a, b gezeigt ist.
  • Durch Anwendung eines oder mehrerer erfindungsgemäßer Elektroden-Ableiter-Abschnitte kommt es bei den elektrochemischen Be- und Entladungen in Sekundärbatterien zu keinen Versagensmechanismen. Dies führt zu einer verbesserten Be- und Entladecharakteristik, die sich ebenso in einer höheren Lebenserwartung der erfindungsgemäßen Batterie wiederspiegelt.
  • Ein zusätzlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kontaktierung von mehreren Elektroden 5, 6 miteinander. Für die neue erfindungsgemäße Kontaktierung kommt insbesondere das Verfahren des Lichtbogenspritzens (thermische Beschichtung) zur Anwendung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontaktierung von mehreren Elektroden 5, 6, ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:
    Umlegen oder Stauchen von mehreren Elektrodenenden 1 gleicher Polung in eine zur Erstreckungsrichtung der Elektroden 5, 6 quer verlaufenden Ebene, und anschließend
  • Lichtbogenspritzen der umgelegten oder gestauchten Elektrodenenden 1.
  • Gegebenenfalls kann vor dem Lichtbogenspritzen ein Ableiter 3, 7 auf oder an der durch das Umlegen und/oder Stauchen der Elektrodenenden 1 erzeugten Ebene angeordnet und fixiert werden. Dies ermöglicht eine feste Verbindung und Kontaktierung des Ableiters 3, 7 in einem Schritt mit dem Kontaktieren der einzelnen Elektroden 5, 6 miteinander.
  • Jedoch kann der Ableiter 3, 7 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach dem Lichtbogenspritzen der durch Umlegen und Stauchen ausgebildeten Ebene in einem zusätzlichem Schritt mittels Anlöten oder ebenfalls mittels Lichtbogenspritzens an oder auf der Kontaktschicht 2 feste verbunden und kontaktiert werden.
  • Zur weiteren Verbesserung der Kontaktierung kann der Ableiter 3, 7 gegebenenfalls vor dem Anbringen an die Kontaktschicht 2 sandgestrahlt werden, um Verunreinigungen, eine Passivierungsschicht, eine Oxidschicht oder dergleichen zu entfernen, und dann wird erst der Schritt des Lichtbogenspritzens durchgeführt.
  • Das zum Lichtbogenspritzen verwendet Material ist bevorzugt identisch zu dem Material der Elektroden 5, 6, umfassend die Elektrodenenden 1, beziehungsweise ebenso zu dem des Ableiters 3, 7.
  • Der Verfahrensschritt des Umlegens oder Stauchens der Elektrodenenden 1 kann beispielsweise mittels eines Bolzens oder Stempels erfolgen. In einer geeigneten Verfahrensweise kann das Umlegen beziehungsweise Stauchen der Elektrodenenden bzw. -lamellen 1 durch Verpressen von oben erfolgen. Bevorzugt werden die Elektrodenenden oder -lamellen 1 jedoch kontinuierlich zu einer Seite hin und bei einer zylindrischen Wickelung insbesondere zur Mitte hin umgelegt. Diese kontinuierliche Umlegung erfolgt bevorzugt über ein rollendes Werkzeug von Außen nach Innen. Somit entsteht eine Fläche mit definierteren Lamellenlängen im Vergleich zu der Vorgehensweise des Stauchens. Somit kann eine ebenere Fläche für die Ausbildung des Kontakts mittels Lichtbogenspritzens erhalten werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird nur in einem Teil der Elektrodenanordnung jedes der Elektrodenenden 1 mittels eines Bolzens oder Stempels umgelegt und/oder gestaucht. Die Anbringung und Kontaktierung des Ableiters 3, 7 in Form eines mittig an die Kontaktschicht anliegenden Bolzens oder einer an die Kontaktschicht angebrachten Ableiterscheibe erfolgt somit nur in diesem Bereich. Dies vereinfacht und verbilligt die Kontaktierung aller Elektrodenenden 1 miteinander oder des Ableiters 3, 7 beziehungsweise Stromkollektors mit allen Elektroden 5, 6. Auch eine vollautomatische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kontaktierung mehrerer Elektroden 5, 6 miteinander kann dadurch gewährleistet werden.
  • Bevorzugt erfolgt das Lichtbogenspritzen im Gasstrom. Dieser kann beispielsweise Luft, CO2 oder andere bevorzugt im Lichtbogenspritzen angewandte Gase umfassen.
  • Jedoch kann das Lichtbogenspritzen vorzugsweise unter einer Schutzgasatmosphäre, die beispielsweise N2 oder ein Edelgas wie Argon umfasst, durchgeführt werden. Hierbei gelingt die Ausbildung von weiter verbesserten elektrischen Kontakten. Diese sind insbesondere mechanisch stabil, korrosionsfrei und übergangswiderstandsarm beziehungsweise -frei.
  • Im Folgenden werden insbesondere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kontaktierung von Elektroden 5, 6 kurz erläutert. Man unterschiedet folgende unterschiedlichen Ausführungsformen:
    • 1. Die überstehenden Elektrodenlamellen 1, z.B. einer Batteriezelle, werden umgelegt und/oder gestaucht. Danach werden Ableiter 3, 7, z.B. eine Aluminium- oder Kupferlitze, auf der aus den umgelegten und/oder gestauchten Lamellen ausgebildeten Ebene fixiert und durch Lichtbogenspritzen befestigt und gleichzeitig kontaktiert. Diese Ausführungsform ist in den 4a, b veranschaulicht.
    • 2. Die überstehenden Elektrodenlamellen 1 einer Wickelzelle, z.B. einer Batteriezelle, werden zur Mitte hin umgelegt und/oder gestaucht und werden anschließend durch Lichtbogenspritzen miteinander verbunden. Danach werden Ableiter, z.B. Kupferbolzen 3 oder Aluminiumbolzen 7, im Kern oder der Zellmitte befestigt oder fixiert. Diese Bolzen werden mittels Lichtbogenspritzens mit den umgelegten oder gestauchten Elektrodenlamellen 1 kontaktiert (1a, b).
    • 3. Die überstehenden Elektrodenlamellen 1, z.B. einer Batteriezelle, werden umgelegt und/oder gestaucht und durch Lichtbogenspritzen miteinander verbunden. Danach werden Ableiter 3, 7 angelötet.
  • Beispiel 1:
  • Eine Wickelzelle mit einem Durchmesser von 75 mm war folgendermaßen aufgebaut:
    • 1.) Anode 5: Elektrodenenden: Cu-Folie (19 μm) Ableiterscheibe 3: Cu 99,8 %ig (1 mm Stärke) Kontaktierungsmaterial: Cu-Draht: (⌀ 2 mm)
    • 2.) Kathode 6: Elektrodenenden: Al-Folie (19 μm) Ableiterscheibe 7: Al 99,0 %ig (1 mm Stärke) Kontaktierungsmaterial: Al-Draht: (⌀ 2 mm)
  • Die unbeschichtete Zone auf den Elektrodenlamellen war wie in den 1a ausgebildet und betrug jeweils 10 mm in der Wickelungsmitte. In dieser unbeschichteten Zone wurden die Elektrodenlamellen (jeweils der Anode als auch der Kathode) gestaucht.
  • Im nächsten Schritt wurde auf der somit ausgebildeten Fläche der gestauchten Elektrodenlamellen 1 der Anodenseite und Kathodenseite jeweils die vorstehend definierte Ableiterscheibe 3, 7 aufgebracht und mittels Lichtbogenspritzens feste kontaktiert. Das Lichtbogenspritzen erfolgte im Falle der Anode 5 mit einem Cu-Draht über etwa 2 bis 6 Sekunden. Im Falle der Kathode 6 wurde das Lichtbogenspritzen mit einem Al-Draht durchgeführt. Die Zeitdauer des Lichtbogenspritzens betrug in diesem Fall ebenso etwa 2 bis 6 Sekunden.
  • Das Lichtbogenspritzen wurde sowohl bei der Kontaktierung des Anodenableiters 3 als auch der Kontaktierung des Kathodenableiters 7 unter Anwendung von Schutzgasen (z.B. N2, Ar) durchgeführt. Weiterhin wurden die verwendeten Ableiter 3, 7 in Form von Ableiterscheiben vor dem Lichtbogenspritzen sandgestrahlt.
  • Die erhaltenen Kontakte waren mechanisch stabil, korrosionsfrei und zeigten keine Verluste an elektrischer Leitfähigkeit (durch Übergangswiderstände). Die so kontaktierte Wickelzelle zeigte bei der elektrochemischen Be- und Entladung keine Versagensmechanismen.
  • Beispiel 2:
  • Eine Wickelzelle mit einem Durchmesser von 75 mm war folgendermaßen aufgebaut:
    • 1.) Anode 5: Elektrodenenden: Cu-Folie (19 μm) Ableiter 3: Cu-Bolzen Kontaktierungsmaterial: Cu-Draht: (⌀ 2 mm)
    • 2.) Kathode 6: Elektrodenenden: Al-Folie (19 μm) Ableiter 7: Al-Bolzen Kontaktierungsmaterial: Al-Draht: (⌀ 2 mm)
  • Die unbeschichtete Zone auf den Elektrodenlamellen war wie in den 1b ausgebildet und betrug jeweils 10 mm in der Wickelungsmitte. In dieser unbeschichteten Zone wurden die Elektrodenlamellen (jeweils der Anode als auch der Kathode) zur Mitte hin umgelegt.
  • Im nächsten Schritt wurde in der Zellmitte von der einen Seite der Wickelzelle der Ableiterbolzen 7 der Kathode 6 und von der anderen Seite der Ableiterbolzen 3 der Anode 5 eingeführt und fixiert, wie in 1b gezeigt ist.
  • Danach erfolgte mittels Lichtbogenspritzens ein festes Verbinden und ein elektrisches Kontaktieren der Bolzen mit den jeweiligen umgelegten Elektrodenlamellen der Elektroden gleicher Polung, sowie eine Kontaktierung der umgelegten Lamellenenden miteinander.
  • Im Falle der Anode erfolgte das Lichtbogenspritzen wie in Beispiel 1 mit einem Cu-Draht über etwa 2 bis 6 Sekunden. Im Falle der Kathode wurde das Lichtbogenspritzen mit einem Al-Draht durchgeführt. Die Zeitdauer des Lichtbogenspritzens betrug in diesem Fall ebenso etwa 2 bis 6 Sekunden.
  • Das Lichtbogenspritzen erfolgte sowohl bei der Kontaktierung des Anodenableiters 3 als auch der Kohntaktierung des Kathodenableiters 7 unter Anwendung von Schutzgasen (z.B. N2, Ar). Weiterhin wurden die verwendeten Ableiterbolzen 3, 7 vor dem Lichtbogenspritzen sandgestrahlt.
  • Die erhaltenen Kontakte waren mechanisch stabil, korrosionsfrei und zeigten keine Verluste an elektrischer Leitfähigkeit (durch Übergangswiderstände). Die so kontaktierte Wickelzelle zeigte bei der elektrochemischen Be- und Entladung keine Versagensmechanismen
    •

Claims (34)

  1. Elektroden-Ableiter-Abschnitt mit mehreren Elektroden gleicher Polung und einem Ableiter (3; 7), in dem die Elektrodenenden (1) in einer zur Erstreckungsrichtung der Elektroden (5; 6) quer verlaufenden Ebene umgelegt und/oder gestaucht sowie anschließend durch Lichtbogenspritzen behandelt sind, um dadurch eine im Wesentlichen durchgehende Kontaktschicht (2) in dieser Ebene zu bilden, an der ein Ableiter (3; 7) anliegt.
  2. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableiter (3; 7) in Form einer Ableiterscheibe auf der Kontaktschicht (2) ausgebildet ist.
  3. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableiter (3; 7) direkt auf den umgelegten oder gestauchten Elektrodenenden (1) aufliegt und mit diesen zusammen von der durch Lichtbogenspritzen erzeugten Kontaktschicht (2) bedeckt ist.
  4. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableiter (3; 7) eine flexible Litze oder Ableiterfolie ist.
  5. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenenden (1) als Lamellen ausgebildet sind.
  6. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenenden (1) in Form von leitfähigen Folien ausgebildet sind.
  7. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenenden (1) in einer zylindrischen Wicklung oder konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  8. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenenden (1) in einer im Wesentlichen kreisförmigen Ebene vorstehen und nur in einem Sektor der Ebene umgelegt und gestaucht sind.
  9. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenenden (1) in einer Richtung und insbesondere zur Mitte der zylindrischen Wickelung oder der konzentrischen Anordnung hin umgelegt sind.
  10. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableiter (3; 7) im Kern der zylindrischen Wickelung oder der konzentrischen Anordnung angeordnet ist und seitlich an der Kontaktschicht (2) anliegt.
  11. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableiter (3; 7) in Bolzenform ausgebildet ist.
  12. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenenden (1), der Ableiter (3; 7) und das 1ichtbogengespritzte Metall aus identischem Material bestehen.
  13. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Lichtbogenspritzen noch Freiflächen in der Kontaktschicht (2) verbleiben.
  14. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6) die Kathode einer Batterie ausbilden und das Elektrodenmaterial Aluminium ist.
  15. Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5) die Anode einer Batterie ausbilden und das Elektrodenmaterial Kupfer ist.
  16. Batterie, umfassend eine Anode, eine Kathode und einen Separator, wobei die Anode und/oder Kathode einen Elektroden-Ableiter-Abschnitt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.
  17. Batterie gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sekundärbatterie ist.
  18. Batterie gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Lithium-Batterie oder eine Lithiumionen-Polymer-Batterie ist.
  19. Batterie gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form einer Wickelzelle ausgebildet ist.
  20. Verfahren zur Kontaktierung von mehreren Elektroden (5; 6), das die folgenden Schritte umfasst: Umlegen oder Stauchen von mehreren Elektrodenenden (1) gleicher Polung in eine zur Erstreckungsrichtung der Elektroden (5; 6) quer verlaufenden Ebene, und anschließend Lichtbogenspritzen der umgelegten oder gestauchten Elektrodenenden (1) unter Erzeugung einer Kontaktschicht (2).
  21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Lichtbogenspritzen ein Ableiter (3; 7) auf oder an der durch das Stauchen und Umlegen der Elektrodenenden (1) gebildeten Ebene angeordnet ist.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ableiter (3; 7) nach dem Lichtbogenspritzen mittels Löten oder Lichtbogenspritzen mit der Kontaktschicht (2) verbunden und kontaktiert wird.
  23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Lichtbogenspritzen verwendete Material identisch zu dem Material der Elektroden (5; 6) und/oder des Ableiters (3; 7) ist.
  24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableiter (3; 7) sandgestrahlt wird, bevor er mit der Kontaktschicht (2) kontaktiert und zusammen mit dieser durch Lichtbogenspritzen behandelt wird.
  25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenenden (1) mittels einer Rolle, eines Bolzens oder eines Stempels zu einer Seite hin umgelegt werden und bei einer zylindrischen Wickelung insbesondere zur Mitte hin umgelegt werden.
  26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenenden (1) mittels eines Bolzens oder Stempels gestaucht werden.
  27. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass nur in einem Teil der Elektrodenanordnung die jeweiligen Elektrodenenden (1) mittels eines Bolzens oder Stempels umgelegt und/oder gestaucht werden.
  28. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogenspritzen im Gasstrom erfolgt.
  29. Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei der Gasstrom Luft und/oder CO2 umfasst.
  30. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogenspritzen unter Schutzgas durchgeführt wird.
  31. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei das Schutzgas aus N2 oder einem Edelgas ausgewählt ist.
  32. Verfahren gemäß Anspruch 29 oder 31, wobei das Schutzgas Ar umfasst.
  33. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass beim Lichtbogenspritzen noch Freiflächen in der Kontaktschicht (2) verbleiben.
  34. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 33 zur Bereitstellung eines Elektroden-Ableiter-Abschnitts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.
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