DE10341355B4

DE10341355B4 - Als Lamellenverbund ausgebildete elektrische Zelle mit einem Ableiterabschnitt und Verfahren zur Herstellung der Zelle

Info

Publication number: DE10341355B4
Application number: DE10341355A
Authority: DE
Inventors: Holger Brandner; Karsten Rieck
Original assignee: Dilo Trading AG
Current assignee: Dilo Trading AG
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2023-09-09
Also published as: DE10341355A1

Abstract

Elektrische Zelle mit als Lamellenverbund ausgebildeten Elektroden- und Separatorlamellen sowie mit einem Ableiterpol und einem mit diesem verbundenen Ableiterabschnitt, der aus mehreren von den Elektrodenlamellen abstehenden und als Stapel hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze in Richtung des Ableiterpols gestaucht sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine als Lamellenverbund ausgebildete elektrische Zelle mit einem Ableiterabschnitt sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zelle. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische Zelle für gewickelte oder gestapelte Batterien oder Kondensatoren.

Im Stand der Technik sind verschiedene Ableiter- bzw. Kontaktabschnitte und Verfahren zur Herstellung von Ableiterabschnitten für einen Lamellenverbund bekannt. So offenbart die Deutsche Patentanmeldung Nr. 102 37 293.4 einen Elektroden-Ableiter-Abschnitt, bei dem überstehende Elektrodenabschnitte in einer zur Erstreckungsrichtung der Elektroden quer verlaufenden Ebene umgelegt sind, was zu einer teilweisen Überlappung dieser Elektrodenabschnitte führt. Ferner ist über diesen Elektroden eine Kontaktschicht ausgebildet.

In DE 697 01 778 wird ein zylindrischer Generator beschrieben, bei dem Lamellen an den Rändern von Elektroden des Generators angebracht sind. In der 2 von DE 697 01 778 wird dabei die Anordnung der Lamellen in Beziehung zum Zellverbund gezeigt. In der gezeigten Anordnung sind die Lamellen versetzt gegeneinander angeordnet.

Als Schritte bei der Herstellung der vorstehend genannten Ableiterabschnitte für einen Lamellenverbund sind ein Anschweißen der Lamellen mittels Ultraschall, ein Annieten der Lamellen, so genanntes Stiching, sowie ein Ausschneiden der Lamellen vor dem Wickeln des Lamellenverbunds, um eine elektrochemische Zelle herzustellen, bekannt.

JP-A-11-339758 offenbart eine Batterie mit Wickelelektroden, die einen Elektrodenkörper aufweist, der durch Wickeln einer positiven und einer negativen Elektrode mit dazwischen angeordnetem Separator erhalten wird, wobei Lamellenfortsätze von dem Elektrodenkörper abstehen.

Nach dem bisherigen Stand der Technik sind die Verfahren zur Bildung von Kontaktierungen nur schwierig zu automatisieren, und zudem sind diese Kontaktierungen instabil, da sie aufgrund der Schweißnaht mechanisch nicht ausreichend vibrationsfest sind (vgl. DE-A-21 27 823 und DE-A-100 15 711).

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einen verbesserten Ableiterabschnitt für einen Lamellenverbund umfassende verbesserte elektrische Zelle sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer solchen Zelle bereitzustellen.

Die vorstehende Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine elektrische Zelle nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.

Der Ableiterabschnitt in der elektrischen Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Fließen großer Ströme, während gleichzeitig die Widerstände klein sind. Durch die mechanische (z.B. Klemmen) und stoffliche (z.B. Schweißen) Verbindung der abstehenden Lamellenfortsätze 3 wird gewährleistet, dass die Übergangswiderstände gering sind. Ferner wird die Prozeßzeit für die Herstellung von mit einem Ableiterabschnitt (oder mehreren Ableiterabschnitten) versehenen Zellwickeln oder -stapeln, z.B. von gewickelten oder gestapelten Batterien oder Kondensatoren, verringert, da das Wickeln oder Stapeln ohne Unterbrechungszeiten für das Anbringen des Ableiterabschnitts bzw. für die Kontaktierung durchgeführt wird. Dies wird insbesondere dadurch möglich, dass das Anbringen des Ableiterabschnitts bzw. die Kontaktierung nachräglich als gesonderter Arbeitsschritt erfolgt.

Die 1 ist eine schematische Ansicht, die einen vorbereiteten Lamellenverbund in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei 1 einen Lamellenverbund, 2 eine Stirnfläche des Lamellenverbunds, 3 abstehende Lamellenfortsätze und 4 einen nach einem Heraustrennen verbleibenden Stapel, der aus hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen 3 gebildet ist, bezeichnet.
Die 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Lamellenverbunds in einer elektrischen Zelle 6 mit einem Ableiterpol 5 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wobei der Stapel 4 zusammengefasst und mit dem Ableiterpol verbunden gezeigt ist.
Die 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer elektrischen Zelle mit dem Lamellenverbund und einem Ableiterpol 105, wobei die verbleibenden Stapel 104 zusammengefasst und mit dem Ableiterpol 105 verbunden gezeigt sind.
Die 4 ist eine schematische Ansicht, die einen Lamellenverbund 201 mit einer Stirnfläche 202 vor dem Schritt der Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche des Lamellenverbunds in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt.
Die 5 ist eine schematische Ansicht, die den Schritt der Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt. In der Figur sind dabei zwei diametral angeordnete verbleibende Stapel 204 sowie Trenn- bzw. Ausklingvorrichtungen 205 gezeigt.
Die 6 ist eine schematische Ansicht, die den zur Kontaktierung vorbereiteten Zellwickel 201 mit einer Stirnfläche 202 und den zwei diametral angeordneten verbleibenden Stapeln 204 nach dem Schritt der Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben.
Der Ableiterabschnitt in der bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Abschnitt, der aus mehreren von den Elektrodenlamellen abstehenden und als Stapel hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen besteht.
Aus Gründen einer einfacheren Kontaktierung ist dabei die Stapeldicke der Lamellenfortsätze bevorzugt kleiner als die Stapeldicke des Lamellenverbundes.
Aus dem gleichen Grund sind die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze gestaucht.
In der vorliegenden Erfindung umfasst der Lamellenverbund als Lamellenverbund ausgebildete Elektroden- und Separatorlamellen, die zusammen mit einem Ableiterpol und einem mit diesem verbundenen, vorstehend beschriebenen Ableiterabschnitt eine elektrische Zelle bilden.
Um das Fließen großer Ströme bei kleinen Widerständen zu ermöglichen, sind in der elektrischen Zelle die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze bevorzugt in Richtung des Ableiterpols gestaucht.
Zudem ist es aus den vorstehend genannten Gründen vorteilhaft, dass der Ableiterpol der elektrischen Zelle bevorzugt ein axial angeordneter Ableiterpol ist.
Bevorzugt ist bei der elektrischen Zelle der Lamellenverbund ein aus Elektroden- und Separatorlamellen bestehender Wickel, bei dem die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze an wenigstens einer Stirnseite ausgebildet sind, was die Herstellung der Zelle vereinfacht.
Um die Widerstände klein zu halten, während gleichzeitig große Ströme fließen können, haben die Elektrodenlamellen der elektrischen Zelle bevorzugt keine Beschichtung.
In der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Zelle die Schritte des Bereitstellens eines Lamellenverbunds mit einem Ableiterpol, einer Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche des Lamellenverbunds, so dass mindestens ein Stapel aus hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen gebildet wird, sowie das Verbinden des Stapels mit dem Ableiterpol.
Dabei umfasst das Verfahren des Weiteren einen Schritt des Stauchens des Stapels der hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze gegen einen axial angeordneten Ableiterpol, was eine einfachere Herstellung und bessere Kontaktierung der Lamellen ermöglicht.
Weiter ist es aus Gründen einer einfachen und schnellen Herstellung der Zelle bevorzugt, dass der Schritt der Materialabtragung durch Ausklingen von einem oder mehreren Teilabschnitten aus einem abstehenden Abschnitt des Lamellenverbund erfolgt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann der Schritt der Materialabtragung durch jedes geeignete Schneid- oder Trennverfahren durchgeführt werden, zum Beispiel durch Ausklingen, Laserschneiden, Highspeedcutting, beispielsweise mit rotierendem Schneidwerkzeug, Stanzen, o.ä.
Dabei ist es bevorzugt, dass der Schritt des Heraustrennens nachträglich, d.h. im Anschluß an die Herstellung der als Lamellenverbund ausgebildeten Zelle, als gesonderter Arbeitsschritt erfolgt. Dieser gesonderte Arbeitsschritt ermöglicht eine Verkürzung der Prozeßzeit.
Der bzw. die nach der Materialabtragung verbleibende(n) Stapel 4, die aus mehreren Lamellenfortsätzen 3 gebildet sind, sind in ihrer Form und Anzahl nicht beschränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verbleibt nach dem Heraustrennen ein Stapel 4 (siehe 2), in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verbleiben zwei Stapel 104 (siehe 3). Die Ausbildung nur eines Stapels führt zu einer vorteilhaften Gewichtseinsparung des schließlich erhaltenen Stapels und somit auch zu einer Gewichtseinsparung bei der elektrochemischen Zelle. Um darüber hinaus auch sehr große Ströme zu ermöglichen, ist es günstig, zwei Stapel auszubilden.
Der bzw. die nach dem Heraustrennen verbleibenden Teile 4 (104, 204), die aus den Lamellenfortsätzen gebildet sind, werden zusammengefasst und mit einem Ableiterpol verbunden, d.h. kontaktiert. Das Zusammenfassen und Verbinden mit dem Ableiterpol kann durch jedes geeignete Verfahren durchgeführt werden, zum Beispiel durch Klemmen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Nieten, Schrauben, Kleben, Metallspritzen, Schweißen, usw. Durch das Zusammenfassen entsteht ein Multikontakt, wobei der Multikontakt mehrere abstehende Lamellenfortsätze 3 umfasst und das Fließen großer Ströme ermöglicht.
Bevorzugt wird in dem Verfahren der Stapel der hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze gestaucht, wobei es mehr bevorzugt ist, dass der Stapel der hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze in Richtung des Ableiterpols gestaucht wird.
Das vorstehende erfindungsgemäße Verfahren ist ohne großen technischen Aufwand automatisierbar. Zudem wird nach diesem Verfahren eine sichere sowie mechanisch, elektrisch und elektrochemisch stabile Kontaktierung erhalten. Darüber hinaus bleibt die gebildete elektrische Verbindung selbst bei hoher termischer und mechanischer Belastung, wie zum Beispiel bei starker Vibration, voll funktionsfähig.

Claims

Elektrische Zelle mit als Lamellenverbund ausgebildeten Elektroden- und Separatorlamellen sowie mit einem Ableiterpol und einem mit diesem verbundenen Ableiterabschnitt, der aus mehreren von den Elektrodenlamellen abstehenden und als Stapel hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze in Richtung des Ableiterpols gestaucht sind.
Elektrische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapeldicke der Lamellenfortsätze kleiner als die Stapeldicke des Lamellenverbundes ist.
Elektrische Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableiterpol ein axial angeordneter Ableiterpol ist.
Elektrische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenverbund ein aus Elektroden- und Separatorlamellen bestehender Wickel ist, bei dem die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze an wenigstens einer Stirnseite ausgebildet sind.
Elektrische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenlamellen keine Beschichtung haben.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit den Schritten: Bereitstellen eines Lamellenverbunds mit einem Ableiterpol; Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche des Lamellenverbunds, so dass mindestens ein Stapel hintereinander angeordneter Lamellenfortsätze gebildet wird; Stauchen des Stapels der hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze gegen den Ableiterpol; und Verbinden des Stapels mit dem Ableiterpol.
Verfahren Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Materialabtragung durch Ausklingen von einem oder mehreren Teilabschnitten aus einem abstehenden Abschnitt des Lamellenverbund erfolgt.