DE202024103308U1

DE202024103308U1 - Nahtschweissstruktur einer Batteriedose, Stromabnehmerplatte und Kappe und Batteriezelle unter Verwendung Derselben

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Publication number: DE202024103308U1
Application number: DE202024103308.6U
Authority: DE
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2023-06-07
Filing date: 2024-05-31
Publication date: 2024-07-30
Anticipated expiration: 2034-06-01

Abstract

Batteriezelle (72) aufweisend:
ein Gehäuse (10) aufweisend ein Seitenwandelement (11), das sich in einer axialen Richtung erstreckt, und ein offenes Ende, das an einem ersten axialen Ende des Seitenwandelements (11) gebildet ist, wobei das erste axiale Ende des Seitenwandelements (11) einen ersten verjüngten Abschnitt (113) aufweist, der radial geneigt ist;
eine Kappe (16), die das offene Ende bedeckt;
eine Elektrodenanordnung (20), die in dem Gehäuse (10) angeordnet ist; und
eine Stromabnehmerplatte (32), die die Elektrodenanordnung (20) und das Gehäuse (10) elektrisch verbindet;
wobei ein radial äußerer Abschnitt der Stromabnehmerplatte (32) aufweist:
eine erste Oberfläche (325), die eine äußere Kontaktfläche bildet, die durch einen äußeren Umfang des radial äußeren Abschnitts definiert ist, wobei die erste Oberfläche (325) einer inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) zugewandt ist; und
eine zweite Oberfläche (326), die durch ein axial nach außen weisendes Ende des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte (32) definiert ist, wobei die zweite Oberfläche (326) einer axial nach innen weisenden Oberfläche der Kappe (16) zugewandt ist und diese berührt, und
wobei die Kappe (16) aufweist:
eine erste Kappenoberfläche (171), die der inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) zugewandt ist; und
eine zweite Kappenoberfläche (173), wobei die zweite Kappenoberfläche (173) axial nach innen weist und die zweite Oberfläche (326) des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte (32) berührt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung 10-2023-0073032 vom 7. Juni 2023, der koreanischen Patentanmeldung 10-2023-0135318 vom 11. Oktober 2023 und der koreanischen Patentanmeldung 10-2024-0069605 vom 28. Mai 2024, wobei der gesamte in diesen Patentanmeldungen offenbarte Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Batterien und insbesondere auf eine Schweissstruktur einer Batteriedose, einer Stromabnehmerplatte und einer Kappe sowie einer Batteriezelle, auf welche die Vorgenannten angewandt werden.
Der Prozess zum Herstellen einer zylindrischen Zellbatterie kann umfassen: Tiefziehen eines Metallblechs, um eine Dose mit einem kreisförmigen Boden und einem kreisförmigen rohrförmigen Seitenwandelement, das mit dem kreisförmigen Boden verbunden ist, zu bilden, gefolgt von Aufnehmen einer Elektrodenanordnung in der Dose und dann Bedecken des offenen Endes des Seitenwandelements mit einer Kappe. Zudem wird eine Stromabnehmerplatte, die mit mindestens einer Elektrodenlasche der Elektrodenanordnung in Kontakt steht und elektrisch mit dieser verbunden ist, an einem von zwei axialen Enden der Elektrodenanordnung bereitgestellt, nämlich demjenigen, das dem offenen Ende zugewandt ist. Die Stromabnehmerplatte steht mit der Kappe oder dem Seitenwandelement durch ein Verfahren in Kontakt und wird elektrisch mit dieser verbunden, wobei die Stromabnehmerplatte mit der Kappe oder dem Seitenwandelement verschweißt wird.
Die Prozesse zum Verbinden (z.B. durch Verschweißen) der Stromabnehmerplatte mit der Kappe oder dem Seitenwandelement sowie zum Verbinden der Kappe mit dem Seitenwandelement werden für jede Zelle einzeln durchgeführt. Der arbeitsintensive und zeitaufwändige Prozess zum Verbinden dieser Komponenten verringert einzeln die Produktionseffizienz und erhöht die Produktionskosten zum Herstellen zylindrischer Batteriezellen.
Um solche einzelnen Schweißprozesse zu vermeiden, kann das Verschweißen des Seitenwandelements, der Kappe und der Stromabnehmerplatte auf einmal in Betracht gezogen werden, was durch einen Laser durchgeführt werden kann. Während der Massenproduktion ist es jedoch schwierig, die drei Komponenten (z.B. das Seitenwandelement, die Kappe und die Stromabnehmerplatte) schnell zusammenzubauen und sie fest genug zusammenzuhalten, um eine starke Schweißnaht zu ermöglichen.
Beim Bestahlen des Seitenwandelements mit Laser, können außerdem die Kappe und die Stromabnehmerplatte ungefähr zusammengebaut sein, und Lücken können vorhanden sein aufgrund der Toleranzen jedes Teils des Seitenwandelements, der Kappe und der Stromabnehmerplatte, und aufgrund von Montagefehlern hiervon. Wenn ein Laser zur Montage bestrahlt wird, während solche Lücken vorhanden sind, kann der Laser direkt in die Dose eindringen, wodurch eine Beschädigung der Elektrodenanordnung verursacht wird, die in der Dose untergebracht ist. Verbesserungen an der Montage der zylindrischen Batteriezelle sind daher wünschenswert.
KURZBESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Schweissstruktur einer Batteriedose, einer Stromabnehmerplatte und einer Kappe sowie einer Batteriezelle bereit, auf welche die Vorgenannten angewandt werden, wobei der Prozess des Schweissens der Stromabnehmerplatte an die Dose und der Prozess des Schweissens der Kappe an das Seitenwandelement in einen einzigen Schweissprozess integriert sind, wodurch die Produktionseffizienz der zylindrischen Batteriezelle erhöht wird und die Produktionskosten verringert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Struktur verhindern, dass der Laser während des Laserschweissprozesses direkt in die Dose eindringt, selbst wenn Toleranz der Teile und Montagefehler des Seitenwandelements, der Kappe und der Stromabnehmerplatte auftreten.
Zusätzlich oder alternativ kann die Montage der Dose, der Stromabnehmerplatte und der Kappe erleichtert werden. In-situ-Ausrichtung und dichter Kontakt können durch eine gegenseitige Kontaktstruktur im Montageprozess erreicht werden, wodurch dreifaches Schweissen erleichtert wird. Die Formen und/oder Eingriffsbeziehungen zwischen der Dose, der Stromabnehmerplatte und der Kappe der vorliegenden Offenbarung können auch die Effektivität und/oder Haltbarkeit der Schweissverbindungen vorteilhaft erhöhen und/oder können die Prozessstabilität erhöhen.
Die durch die vorliegende Offenbarung gelösten technischen Probleme sind jedoch nicht auf die oben beschriebenen Objekte beschränkt, sondern andere Objekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung, die nicht beschrieben sind, können durch die folgende Beschreibung und Beispiele verstanden werden. Obwohl hier kreisförmige zylindrische Zellbatterien beschrieben sind, können Aspekte dieser Offenbarung auf andere ähnliche Batterieformen, die nicht kreisförmig zylindrisch sind, wie etwa einen schrägen oder elliptischen Zylinder, sowie andere Batterieformfaktoren, wie etwa Pouch-Zellen-Batterien oder prismatische Zellen-Batterien, anwendbar sein.
[TECHNISCHE LÖSUNG]
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, kann die vorliegende Offenbarung auf eine Batteriezelle angewandt werden, die eine Elektrodenanordnung, eine Stromabnehmerplatte, die elektrisch mit der Elektrodenanordnung verbunden ist, und eine Dose, welche die Elektrodenanordnung und die Stromabnehmerplatte darin aufnimmt oder unterbringt, umfasst.
Die Dose weist ein Seitenwandelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt, und ein offenes Ende auf, das an einem (z. B. einem ersten) axialen Ende des Seitenwandelements gebildet ist.
Die Batteriezelle weist eine Kappe auf, die das offene Ende bedeckt.
Ein Bodenelement ist mit dem anderen axialen Ende (z. B. einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende) des Seitenwandelements verbunden, und somit kann das andere axiale Ende des Seitenwandelements ein geschlossenes Ende bilden.
Die Elektrodenanordnung kann in Form einer Jellyroll vorliegen, die um eine vorbestimmte Achse gewickelt ist.
Eine Elektrodenlasche kann an einem Ende, das dem offenen Ende der Dose entspricht, zwischen zwei Enden der Elektrodenanordnung in der axialen Richtung bereitgestellt sein, und die Stromabnehmerplatte kann elektrisch mit der Elektrodenlasche verbunden sein.
Die Stromabnehmerplatte kann ein Elektrodenlaschenverbindungsteil aufweisen, das mit der Elektrodenlasche in Kontakt steht und elektrisch mit dieser verbunden ist.
Das Elektrodenlaschenverbindungsteil kann mit der Elektrodenlasche verbunden sein. Das Verbinden kann durch Schweißen, Hartlöten oder Löten durchgeführt werden.
Die Stromabnehmerplatte kann ein Dosenverbindungsteil aufweisen, das mit der Dose in Kontakt steht und elektrisch mit dieser verbunden ist.
Das Dosenverbindungsteil und das Elektrodenlaschenverbindungsteil können elektrisch verbunden sein.
Das Dosenverbindungsteil kann an einer radial äußeren Seite als das Elektrodenlaschenverbindungsteil angeordnet sein.
Das Dosenverbindungsteil kann sich in der axialen Richtung erstrecken.
Das Dosenverbindungsteil kann mit dem Elektrodenlaschenverbindungsteil durch das gebogene Teil verbunden sein.
Das gebogene Teil kann dort sein, wo die Stromabnehmerplatte, die sich in der radialen Richtung nach außen erstreckt, in der axialen Richtung nach außen gebogen ist.
Das Dosenverbindungsteil kann sich von dem gebogenen Teil hin zu einer axial äußeren Seite erstrecken.
Das Dosenverbindungsteil weist eine äußere Umfangskontaktfläche auf, die durch den äußeren Umfang des Dosenverbindungsteils definiert ist.
Die äußere Umfangskontaktfläche ist der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements in einer radialen Richtung zugewandt.
Mindestens ein Abschnitt in der axialen Richtung der äußeren Umfangskontaktfläche definiert einen ersten Abschnitt, wo die äußere Umfangskontaktfläche mit der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements in der radialen Richtung in Kontakt ist.
Das Dosenverbindungsteil ist mit einer Kappenkontaktfläche versehen, die durch eine axial äußere Endfläche definiert ist.
Die Kappenkontaktfläche ist der inneren Oberfläche der Kappe in der axialen Richtung zugewandt und steht mit dieser in Kontakt.
Die Kappe weist eine äußere Umfangsverbindungsfläche auf, die der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements in der radialen Richtung zugewandt und mit dieser in Kontakt ist.
Die äußere Umfangsverbindungsfläche kann mit der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements in der radialen Richtung in Kontakt sein.
Die Kappe weist eine Stromabnehmerplattenkontaktfläche auf, die durch eine axial innere Oberfläche definiert ist.
Die Stromabnehmerplattenkontaktfläche ist der Kappenkontaktfläche des Dosenverbindungsteils der Stromabnehmerplatte in der axialen Richtung zugewandt und steht mit dieser in Kontakt.
Die äußere Umfangsverbindungsfläche der Kappe kann relativ zu der Stromabnehmerplattenkontaktfläche axial nach außen angeordnet sein.
Die äußere Umfangsverbindungsfläche der Kappe kann relativ zu der Stromabnehmerplattenkontaktfläche radial nach außen angeordnet sein.
Mindestens ein Abschnitt der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements und mindestens ein Abschnitt der äußeren Umfangskontaktfläche der Stromabnehmerplatte können miteinander verbunden sein.
Mindestens ein Abschnitt der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements und mindestens ein Abschnitt der äußeren Umfangsverbindungsfläche der Kappe können miteinander verbunden sein.
Mindestens ein Abschnitt der Kappenkontaktfläche der Stromabnehmerplatte und mindestens ein Abschnitt der Stromabnehmerplattenkontaktfläche der Kappe können miteinander verbunden sein.
Das Verbinden kann durch Schweißen durchgeführt werden.
Das Seitenwandelement, die Kappe und die Stromabnehmerplatte können dreifach miteinander verschweißt werden.
Das Schweißen kann durch einen Laser durchgeführt werden, der auf den Kontaktbereich der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements und der äußeren Umfangsverbindungsfläche der Kappe in der axialen Richtung bestrahlt wird.
Mindestens ein Abschnitt der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements, mindestens ein Abschnitt der äußeren Umfangsverbindungsfläche der Kappe und mindestens ein Abschnitt des Dosenverbindungsteils der Stromabnehmerplatte können zum Verbinden miteinander verschweißt werden.
Der Außendurchmesser mindestens eines Abschnitts in der axialen Richtung der äußeren Umfangskontaktfläche kann größer sein als der Innendurchmesser der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements, die dem Abschnitt in der radialen Richtung zugewandt ist.
Der Außendurchmesser des ersten Abschnitts der äußeren Umfangskontaktfläche kann größer sein als der Innendurchmesser der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements, die demselben in der radialen Richtung zugewandt ist. Dementsprechend kann, wenn die Stromabnehmerplatte in die Dose eingesetzt wird, der erste Abschnitt der äußeren Umfangskontaktfläche der Stromabnehmerplatte einer Zwangspresspassung in das Seitenwandelement unterzogen werden.
Die Batteriezelle kann einen Schweißabschnitt aufweisen, in dem die innere Umfangsoberfläche des Seitenwandelements, die äußere Umfangsverbindungsfläche der Kappe und das Dosenverbindungsteil der Stromabnehmerplatte miteinander verschweißt sind.
Jede der äußeren Umfangsverbindungsfläche der Kappe und der äußeren Umfangskontaktfläche des Dosenverbindungsteils kann der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements in der radialen Richtung zugewandt sein.
Jede der äußeren Umfangsverbindungsfläche der Kappe und der äußeren Umfangskontaktfläche des Dosenverbindungsteils kann mit der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements in der radialen Richtung in Kontakt sein.
Die axialen Enden der äußeren Umfangsverbindungsfläche der Kappe und der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements, die einander in der radialen Richtung zugewandt oder mit diesen in Kontakt sind, können an einer axial äußeren Seite der Dose freiliegen.
Der Schweißabschnitt kann durch einen Laser gebildet werden, der in der axialen Richtung von der axial äußeren Seite der Batteriezelle in Richtung der axialen Enden der äußeren Umfangsverbindungsfläche der Kappe und der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements bestrahlt wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der erste Abschnitt der äußeren Umfangskontaktfläche der Stromabnehmerplatte, der axial einwärts der Kappe angeordnet ist, der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements zugewandt und steht mit dieser in Kontakt, wodurch verhindert wird, dass der Laser direkt in den Innenraum der Dose bestrahlt wird.
Die Stromabnehmerplatte kann eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Seitenwandelement. Somit wird die Schweisswärme durch die Stromabnehmerplatte auf die Elektrodenanordnung verteilt, wodurch die Beschädigung des Separators verhindert wird, der auf der äußeren Umfangsoberfläche der Elektrodenanordnung vorgesehen ist, die durch die Schweisswärme verursacht wird, die durch das Seitenwandelement auf die äußere Umfangsoberfläche der Elektrodenanordnung übertragen wird.
Ein Innendurchmessererweiterungsteil kann an einem axialen Ende des Seitenwandelements vorgesehen sein.
Die erste innere Umfangsoberfläche des Seitenwandelements, die axial einwärts des Innendurchmessererweiterungsteils vorgesehen ist, kann einen kleineren Innendurchmesser aufweisen als die zweite innere Umfangsoberfläche des Seitenwandelements, die axial auswärts des Innendurchmessererweiterungsteils vorgesehen ist.
Das Innendurchmessererweiterungsteil kann eine Form aufweisen, bei der sich der Innendurchmesser des Seitenwandelements erweitert, wenn sich das Innendurchmessererweiterungsteil in Richtung der axialen Außenseite erstreckt.
Das Innendurchmessererweiterungsteil ist auf der inneren Oberfläche des Seitenwandelements vorgesehen und kann eine geneigte Oberfläche aufweisen, die sich in der radialen Richtung weiter auswärts erstreckt, wenn sich das Innendurchmessererweiterungsteil in Richtung der axialen Außenseite erstreckt.
Das Innendurchmessererweiterungsteil kann ein inneres Eindringen des Lasers verhindern, der durch die Lücke zwischen dem Seitenwandelement und der Kappe oder der Stromabnehmerplatte eintreten kann.
Mindestens ein Abschnitt des ersten Abschnitts der äußeren Umfangskontaktfläche in der axialen Richtung kann mit der ersten inneren Umfangsoberfläche in Kontakt sein.
Mindestens ein Abschnitt des ersten Abschnitts der äußeren Umfangskontaktfläche in der axialen Richtung kann auch mit dem Innendurchmessererweiterungsteil in Kontakt sein.
Mindestens ein Abschnitt des ersten Abschnitts der äußeren Umfangskontaktfläche in der axialen Richtung kann auch mit der zweiten äußeren Umfangsoberfläche in Kontakt sein.
Der Außendurchmesser des ersten Abschnitts der äußeren Umfangskontaktfläche kann größer sein als der Innendurchmesser der ersten inneren Umfangsoberfläche.
Der Außendurchmesser der äußeren Umfangskontaktfläche des Dosenverbindungsteils der Stromabnehmerplatte kann größer sein als der Innendurchmesser der ersten inneren Umfangsoberfläche.
Das Material der Stromabnehmerplatte kann weicher sein als das des Seitenwandelements.
Wenn der Außendurchmesser der äußeren Umfangskontaktfläche so gewählt ist, dass er etwas größer ist als der Innendurchmesser der ersten inneren Umfangsoberfläche, kann die äußere Umfangskontaktfläche während des Einsetzprozesses der Stromabnehmerplatte auf die erste innere Umfangsoberfläche gedrückt werden, wodurch die äußere Umfangskontaktfläche und die erste innere Umfangsoberfläche in dichten Kontakt in der radialen Richtung gebracht werden.
Infolgedessen kann, wenn die Stromabnehmerplatte eingesetzt wird, der Außendurchmesser des ersten Abschnitts der äußeren Umfangskontaktfläche, der mit der ersten inneren Umfangsoberfläche in Kontakt steht, dem Innendurchmesser der ersten inneren Umfangsoberfläche entsprechen.
Eine gekrümmte Oberfläche, bei der der Außendurchmesser davon graduell abnimmt, während sich die gekrümmte Oberfläche hin zu der axial inneren Seite erstreckt, kann durch den gebogenen Teil an der inneren Seite des Kappenverbindungsteils in der axialen Richtung gebildet werden.
Der minimale Außendurchmesser der gekrümmten Oberfläche kann kleiner sein als der Innendurchmesser der ersten inneren Umfangsoberfläche.
Dementsprechend kann eine Zwangspresspassung des Kappenverbindungsteils auf die erste innere Umfangsoberfläche in dem Prozess des Einsetzens der Stromabnehmerplatte angewandt werden.
Die erste innere Umfangsoberfläche des Seitenwandelements, in die der erste Abschnitt der äußeren Umfangskontaktfläche einer Zwangspresspassung unterzogen wird, kann näher an dem gebogenen Teil in der axialen Richtung angeordnet sein als die zweite innere Umfangsoberfläche des Seitenwandelements.
Die äußere Umfangsverbindungsfläche der Kappe kann der zweiten inneren Umfangsoberfläche in der radialen Richtung zugewandt sein.
Die äußere Umfangskontaktfläche des Dosenverbindungsteils kann der zweiten inneren Umfangsoberfläche in der radialen Richtung an einer axial nach innen gewandten Seite der äußeren Umfangsverbindungsfläche zugewandt sein.
Sowohl die äußere Umfangsverbindungsfläche der Kappe als auch die äußere Umfangskontaktfläche des Dosenverbindungsteils der Stromabnehmerplatte können mit der zweiten inneren Umfangsoberfläche in Kontakt stehen.
Der Außendurchmesser der äußeren Umfangskontaktfläche kann dem Innendurchmesser der zweiten inneren Umfangsoberfläche entsprechen oder kleiner als dieser sein.
Die Kappe kann einen Kappenkörper, einen Dickenreduzierungsteil und einen Verbindungsabschnitt der Reihe nach sequentiell von der Mitte zu einer radial äußeren Seite der Kappe aufweisen.
Mit anderen Worten kann der Dickenreduzierungsteil an einer radial äußeren Seite des Kappenkörpers 160 vorgesehen sein, und der Verbindungsabschnitt kann an einer radial äußeren Seite des Dickenreduzierungsteils vorgesehen sein.
Die äußere Umfangsverbindungsfläche der Kappe kann in dem Verbindungsabschnitt vorgesehen sein.
Die erste Dicke kann die Dicke des Verbindungsabschnitts, gemessen in der axialen Richtung, sein.
Die erste Dicke kann kleiner als die zweite Dicke des Kappenkörpers, gemessen in der axialen Richtung, sein.
Als ein Ergebnis wird die axiale Abmessung des Schweißbereichs für das Seitenwandelement, d. h. die axiale Abmessung der äußeren Umfangsverbindungsfläche, derart unterdrückt, dass der Schweißabschnitt auf der Gesamtheit der äußeren Umfangsverbindungsfläche entlang der gesamten axialen Richtung gebildet wird, während die Kappe davon abgehalten wird, durch den Innendruck des Gehäuses verformt zu werden, indem die zweite Dicke des Kappenkörpers, der die Gesamtform der Kappe bildet, erhöht wird, wodurch sowohl die Festigkeit der Kappe selbst als auch die Verbindungsfestigkeit der Kappe mit dem Seitenwandelement erhöht wird.
Der Dickenreduzierungsteil kann auf der axial inneren Oberfläche der Kappe vorgesehen sein.
Wenn die Stelle, wo der Dickenreduzierungsteil vorgesehen ist, geeigneterweise so gewählt ist, dass zumindest ein Abschnitt des Dickenreduzierungsteils in Kontakt mit der Stromabnehmerplatte ist, wird der Effekt der Ausrichtung der Mitte der Kappe erreicht, wenn der Dickenreduzierungsteil der Kappe in Kontakt mit der Stromabnehmerplatte im Prozess des Einsetzens der Kappe kommt. Das heißt, die Kappe wird während des Einsetzens der Kappe in die Dose aufgrund des Vorhandenseins des Dickenreduzierungsteils der Kappe wirksam ausgerichtet und zentriert.
Um einen solchen Ausrichtungseffekt zu erhöhen, kann der Dickenreduzierungsteil eine geneigte Oberfläche aufweisen, die sich in der axialen Richtung weiter auswärts erstreckt, wenn sich der Dickenreduzierungsteil in Richtung der radial äußeren Seite der Kappe erstreckt.
Der Dickenreduzierungsteil und der Verbindungsabschnitt können durch Schmieden gebildet werden.
Wenn die Kappe eingesetzt wird, kann die innere Kante in der radialen Richtung des axial äußeren Endes des Kappenverbindungsteils der Stromabnehmerplatte in Kontakt mit der geneigten Oberfläche des Dickenreduzierungsteils kommen.
Somit können die Mitte der Kappe und die Mitte der Stromabnehmerplatte (aufeinander) ausgerichtet sein, und das axial äußere Ende des Kappenverbindungsteils der Stromabnehmerplatte wird in Richtung der radial äußeren Seite gedrückt, um näher an der zweiten inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements zu sein oder mit dieser in Kontakt gebracht zu werden.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Batteriezelle bereit.
Die Batteriezelle umfasst: eine Dose, die ein Bodenelement, ein Seitenwandelement, das mit dem Bodenelement verbunden ist und sich in einer axialen Richtung erstreckt, und ein offenes Ende, das an einem axialen Ende des Seitenwandelements gebildet ist, aufweist; eine Kappe, die das offene Ende bedeckt; und eine Elektrodenanordnung, die in der Dose untergebracht ist.
Das Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle weist einen ersten Schritt des Verbindens einer Stromabnehmerplatte mit einer Elektrodenlasche auf, die an einem Ende, das dem offenen Ende entspricht, zwischen zwei axialen Enden der Elektrodenanordnung gebildet ist.
Das Herstellungsverfahren weist einen zweiten Schritt des Bringens eines ersten Abschnitts, der ein Abschnitt in der axialen Richtung der äußeren Umfangskontaktfläche des Dosenverbindungsteils ist, der an einer radial äußeren Kante der Stromabnehmerplatte gebildet ist, mit der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements auf, wenn die Stromabnehmerplatte in die Dose eingesetzt wird.
Hier wird das Dosenverbindungsteil der Stromabnehmerplatte einer Zwangspresspassung in die erste innere Umfangsoberfläche, die axial einwärts des Innendurchmessererweiterungsteils des Seitenwandelements angeordnet ist, unterzogen, so dass die Haftfestigkeit der ersten inneren Umfangsoberfläche und der äußeren Umfangsverbindungsfläche der Stromabnehmerplatte zunimmt.
Das Herstellungsverfahren weist einen dritten Schritt des Bringens einer äußeren Umfangsverbindungsfläche und einer Stromabnehmerplattenkontaktfläche, die an der Kante der Kappe gebildet sind, in Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements bzw. einer Kappenkontaktfläche der Stromabnehmerplatte auf, während das offene Ende des Seitenwandelements mit der Kappe bedeckt wird.
Hier kann der Dickenreduzierungsteil, der die Form einer geneigten Oberfläche aufweist, die auf der axial inneren Oberfläche der Kappe vorgesehen ist, in Kontakt mit der Stromabnehmerplatte gebracht werden, um die Mitte der Kappe auszurichten, oder das axial äußere Ende der Kappenkontaktfläche der Stromabnehmerplatte kann in Richtung der radial äußeren Seite gedrückt werden, um näher an der zweiten inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements zu sein oder mit dieser in Kontakt gebracht zu werden.
Das Herstellungsverfahren kann einen vierten Schritt des Bestrahlens eines Kontaktbereichs zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements und der äußeren Umfangsverbindungsfläche der Kappe von der axial äußeren Seite entlang einer axialen Richtung mit einem Laser aufweisen, um die innere Umfangsoberfläche des Seitenwandelements, die äußere Umfangsverbindungsfläche der Kappe und das Dosenverbindungsteil des Stromabnehmers miteinander zu verschweißen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Batteriezelle eine Dose, eine Kappe, eine Elektrodenanordnung und eine Stromabnehmerplatte umfassen. Die Dose kann ein Seitenwandelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt, und ein offenes Ende aufweisen, das an einem ersten axialen Ende des Seitenwandelements gebildet ist. Das erste axiale Ende des Seitenwandelements kann einen ersten verjüngten Abschnitt aufweisen, der radial geneigt ist. Die Kappe kann das offene Ende der Dose abdecken. Die Elektrodenanordnung kann in dem Gehäuse angeordnet sein. Die Stromabnehmerplatte kann die Elektrodenanordnung und das Gehäuse elektrisch verbinden. Ein radial äußerer Abschnitt der Stromabnehmerplatte kann eine erste äußere Kontaktfläche aufweisen, die durch einen äußeren Umfang des radial äußeren Abschnitts definiert ist, wobei die äußere Kontaktfläche der inneren Oberfläche des Seitenwandelements zugewandt ist. Der radial äußere Abschnitt kann ferner eine zweite Oberfläche aufweisen, die durch ein axial nach außen weisendes Ende des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte definiert ist, wobei die zweite Oberfläche einer axial nach innen weisenden Oberfläche der Kappe zugewandt ist und diese berührt. Die Kappe kann eine erste äußere Kappenoberfläche aufweisen, die der inneren Oberfläche des Seitenwandelements zugewandt ist. Die Kappe kann ferner eine zweite axial nach innen weisende Kappenoberfläche aufweisen, wobei die zweite Kappenoberfläche der zweiten Oberfläche des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte zugewandt ist und diese berührt.
Ferner kann in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Offenbarung die erste äußere Kappenoberfläche radial und axial nach außen von der zweiten Kappenoberfläche angeordnet sein. Mindestens ein Abschnitt der inneren Oberfläche des Seitenwandelements und mindestens ein Abschnitt der äußeren Kontaktfläche der Stromabnehmerplatte können durch Schweißen miteinander verbunden sein. Mindestens ein Abschnitt der inneren Oberfläche des Seitenwandelements und mindestens ein Abschnitt der ersten Kappenoberfläche können durch Schweißen miteinander verbunden sein. Mindestens ein Abschnitt der zweiten Oberfläche des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte und mindestens ein Abschnitt der zweiten Kappenoberfläche können durch Schweißen miteinander verbunden sein. Mindestens ein Abschnitt der inneren Oberfläche des Seitenwandelements, mindestens ein Abschnitt der ersten Kappenoberfläche und mindestens ein Abschnitt des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte können miteinander verschweißt sein. Ein Außendurchmesser der Stromabnehmerplatte kann vor dem Einsetzen der Stromabnehmerplatte in das Gehäuse größer als ein Innendurchmesser der inneren Oberfläche des Seitenwandelements sein, sodass ein Abschnitt, in dem die innere Oberfläche des Seitenwandelements und die äußere Kontaktfläche des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte in Kontakt sind, einer Presspassung in das Seitenwandelement unterzogen wird.
Ferner kann in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sich der verjüngte Abschnitt der inneren Oberfläche des Seitenwandelements radial nach außen verjüngen, während sich die geneigte Oberfläche axial nach außen erstreckt. Der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte kann einen gebogenen Teil aufweisen, wenn die Stromabnehmerplatte in dem Gehäuse angeordnet ist, und sich der radial äußere Abschnitt von dem gebogenen Teil axial nach außen erstrecken. Der gebogene Teil kann eine gekrümmte Oberfläche definieren, die von einer radialen Richtung hin zu einer axialen Richtung gekrümmt ist, und ein Außendurchmesser der Stromabnehmerplatte kann graduell abnehmen, während sich der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte axial nach innen erstreckt. Ein minimaler Außendurchmesser der gekrümmten Oberfläche kann kleiner sein als ein Innendurchmesser der inneren Oberfläche des Seitenwandelements.
In dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Kappe ferner einen Kappenkörper, eine geneigte Oberfläche an einem radial äußeren Abschnitt des Kappenkörpers und einen Verbindungsabschnitt aufweisen, der an einer radial äußeren Seite des Kappenkörpers vorgesehen ist, welcher die erste Kappenoberfläche und die zweite Kappenoberfläche aufweist. Eine erste Dicke des Verbindungsabschnitts, gemessen in einer axialen Richtung, kann kleiner als eine zweite Dicke des Kappenkörpers, gemessen in der axialen Richtung, sein. Die geneigte Oberfläche des Kappenkörpers kann an einer axial inneren Oberfläche der Kappe vorgesehen sein und sich axial nach außen erstrecken, während sich die geneigte Oberfläche radial nach außen erstreckt. Mindestens ein Abschnitt der geneigten Oberfläche des Kappenkörpers kann in Kontakt mit der Stromabnehmerplatte sein.
In dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das innere Seitenwandelement ferner eine erste innere Umfangsoberfläche, die benachbart zu dem ersten verjüngten Abschnitt angeordnet ist und einen ersten Innendurchmesser des Gehäuses definiert, und eine zweite innere Umfangsoberfläche aufweisen, die benachbart zu dem ersten verjüngten Abschnitt angeordnet ist und einen zweiten Innendurchmesser des Gehäuses definiert, welcher größer als der erste Innendurchmesser ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle aufweisen: Bereitstellen eines Gehäuses aufweisend ein Seitenwandelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt, und ein offenes Ende, das an einem ersten axialen Ende des Seitenwandelements gebildet ist, eine Kappe, die eingerichtet ist, das offene Ende abzudecken, und eine Elektrodenanordnung, die in dem Gehäuse angeordnet ist; Verbinden einer Stromabnehmerplatte mit der Elektrodenanordnung; Einsetzen der Stromabnehmerplatte in das Gehäuse, wobei der Schritt des Einsetzens der Stromabnehmerplatte aufweist: Verformen eines radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte von einer ersten Form zu einer zweiten Form; Kontaktieren einer ersten äußeren Kappenoberfläche und einer zweiten axial nach innen weisenden Kappenoberfläche mit der inneren Oberfläche des Seitenwandelements; Kontaktieren der zweiten Kappenoberfläche mit einer zweiten Oberfläche des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte, während das offene Ende des Seitenwandelements mit der Kappe abgedeckt wird; und Bestrahlen eines Lasers von einer axial äußeren Seite zu einem Kontaktbereich der inneren Oberfläche des Seitenwandelements und der ersten Kappenoberfläche, um die innere Oberfläche des Seitenwandelements, die erste Kappenoberfläche und den radial äußeren Abschnitt der Stromabnehmerplatte miteinander zu verschweißen.
In dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte während des Einsetzschritts eine innere Oberfläche des Seitenwandelements kontaktieren. Eine geneigte Oberfläche an einer axial inneren Oberfläche der Kappe kann die Stromabnehmerplatte während des Schritts des Kontaktierens der ersten und der zweiten Kappenoberfläche mit der inneren Oberfläche des Seitenwandelements kontaktieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Batteriezelle eine Dose, eine Kappe, eine Elektrodenanordnung und eine Stromabnehmerplatte umfassen. Die Dose kann ein Seitenwandelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt, und ein offenes Ende aufweisen, das an einem ersten axialen Ende des Seitenwandelements gebildet ist. Die Kappe kann eingerichtet sein, das offene Ende abzudecken. Die Elektrodenanordnung kann eingerichtet sein, in der Dose aufgenommen zu werden. Die Stromabnehmerplatte kann eingerichtet sein, die Elektrodenanordnung und das Gehäuse elektrisch zu verbinden. Die Stromabnehmerplatte kann eine erste Form definieren, bevor die Stromabnehmerplatte in dem Gehäuse angeordnet ist, und die Stromabnehmerplatte kann eine zweite Form definieren, die von der ersten Form verschieden ist, wenn die Stromabnehmerplatte in dem Gehäuse angeordnet ist. Ein radial äußerer Abschnitt der Stromabnehmerplatte kann eine erste äußere Kontaktfläche aufweisen, die durch einen äußeren Umfang des radial äußeren Abschnitts definiert ist, wenn die Stromabnehmerplatte in der zweiten Form ist. Die erste äußere Kontaktfläche kann einer inneren Oberfläche des Seitenwandelements zugewandt sein. Eine zweite Oberfläche kann durch ein axial nach außen weisendes Ende des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte definiert sein, wenn die Stromabnehmerplatte in der zweiten Form ist. Die zweite Oberfläche kann einer axial nach innen weisenden Oberfläche der Kappe (z. B. einer ersten Kappenoberfläche) zugewandt sein und diese berühren, wenn die Batteriezelle montiert wird. Die Kappe kann eine erste radial äußere Oberfläche (z. B. erste Kappenoberfläche) aufweisen, die der inneren Oberfläche des Seitenwandelements zugewandt ist, wenn die Batteriezelle montiert wird. Die Kappe kann ferner eine zweite axial nach innen weisende Oberfläche (z. B. zweite Kappenoberfläche) aufweisen. Die zweite Kappenoberfläche kann der zweiten Oberfläche des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte zugewandt sein und diese berühren, wenn die Batteriezelle montiert wird.
Ferner in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sich der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte in der ersten Form in der radialen Richtung erstrecken und der radial äußere Abschnitt des Stromabnehmers in der zweiten Form kann sich in der axialen Richtung erstrecken. Die Stromabnehmerplatte kann eingerichtet sein, während des Einsetzens der Stromabnehmerplatte in die Dose elastisch von der ersten Form zu der zweiten Form verformt zu werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht einer zylindrischen Batteriezelle gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Elektrodenanordnung, bevor sie gewickelt und in der Dose von 1 aufgenommen wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Elektrodenanordnung von 2 in einem laminierten Zustand vor dem Wickeln.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer zylindrischen Jellyroll-förmigen Elektrodenanordnung, die durch Wickeln des Laminats von 3 montiert wird.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine erste Stromabnehmerplatte veranschaulicht, die mit den Elektrodenlaschen einer ersten Elektrode der Elektrodenanordnung von 4 verbunden ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine zweite Stromabnehmerplatte veranschaulicht, die mit den Elektrodenlaschen einer zweiten Elektrode der Elektrodenanordnung von 4 verbunden ist.
7 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die einen Prozess des Anordnens der Elektrodenanordnung, mit der die erste Stromabnehmerplatte und die zweite Stromabnehmerplatte verbunden sind, in der Dose veranschaulicht.
8 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die einen Prozess des Verbindens der ersten Stromabnehmerplatte und eines ersten Elektrodenanschlusses der Elektrodenanordnung, die in der Dose aufgenommen ist, veranschaulicht.
9 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die einen Prozess des Anordnens einer Kappe veranschaulicht, um das offene Ende der Dose abzudecken, in der die Elektrodenanordnung aufgenommen ist.
10 und 11 sind seitliche Querschnittsansichten, die den Prozess des Schließens der Flüssigkeitseinspritzöffnung der Kappe, die mit dem Seitenwandelement der Dose verbunden ist, mit einem Stopper (Stopfen, Verschluss) veranschaulichen, um das offene Ende zu schließen.
12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs, der mit einer Zwei-Punkt-Kettenlinie an dem offenen Ende der Batteriezelle in 11 markiert ist, die den Prozess des Einsetzens einer Kappe veranschaulicht, wobei die Elektrodenanordnung in der Dose aufgenommen ist und die Stromabnehmerplatte eingesetzt ist.
13 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem die Kappe in 12 eingesetzt ist.
14 ist eine vergrößerte Ansicht, die den Kontaktbereich des Seitenwandelements, der Stromabnehmerplatte und der Kappe in 13 veranschaulicht.
15 ist eine Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Schweißabschnitt durch Schweißen des Seitenwandelements, der Stromabnehmerplatte und des Kappenabschnitts in 13 gebildet wird.
16 und 17 sind Flussdiagramme eines Herstellungsprozesses einer Batteriezelle gemäß der vorliegenden Offenbarung, wobei 16 ein Flussdiagramm des Herstellungsprozesses einer Batteriezelle unter Verwendung einer Kappe ist, die mit einer Flüssigkeitseinspritzöffnung versehen ist, und 17 ein Flussdiagramm des Herstellungsprozesses einer Batteriezelle unter Verwendung einer Kappe ohne eine Flüssigkeitseinspritzöffnung ist.
18 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriepacks, der mehrere Batteriezellen gemäß Aspekten der Offenbarung umfasst.
19 ist ein Diagramm eines Autos, das mit dem Batteriepack aus 18 ausgestattet ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die oben beschriebenen Objekte, Merkmale und Vorteile werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung umzusetzen. Beim Beschreiben der vorliegenden Offenbarung wird, wenn zu erwarten ist, dass eine ausführliche Beschreibung des Stands der Technik, der sich auf die vorliegende Offenbarung bezieht, den Kern der vorliegenden Offenbarung unnötig verdeckt, deren ausführliche Beschreibung weggelassen. Im Folgenden werden Aspekte der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen werden identische Bezugszeichen verwendet, um identische oder ähnliche Komponenten anzugeben.
Obwohl „erste“, „zweite“ usw. verwendet werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, sind diese Elemente nicht durch diese Begriffe beschränkt. Vielmehr werden solche Begriffe nur verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, kann eine Komponente, die als ein erstes Element identifiziert wird, auch ein zweites Element sein und umgekehrt.
In der gesamten Beschreibung kann, sofern nicht anders angegeben, jedes Element in Einzahl oder in Mehrzahl vorliegen.
Im Folgenden bezieht sich „Anordnen eines Elements auf einem oberen Abschnitt (oder unteren Abschnitt) einer Komponente“ oder „Anordnen eines Elements auf einer Oberseite (oder Unterseite) einer Komponente“ nicht nur auf das Anordnen des Elements, so dass es in Kontakt mit einer oberen Fläche (oder unteren Fläche) der Komponente steht, sondern auch auf das Anordnen des Elements über einer oberen Fläche (oder unter einer unteren Fläche), wobei ein anderes Element dazwischen angeordnet sein kann.
Wenn ein Element als „verbunden mit“, „gekoppelt mit“ oder „in Kontakt mit“ einer Komponente beschrieben wird, sollte zusätzlich verstanden werden, dass das Element direkt mit der Komponente verbunden, direkt gekoppelt oder direkt in Kontakt mit ihr sein kann, oder dass das Element mit der Komponente verbunden, gekoppelt oder in Kontakt mit ihr sein kann, wobei ein oder mehrere andere Elemente dazwischen angeordnet sein können.
Die Ausdrücke in Einzahlform schließen hierin Ausdrücke in Mehrzahlform ein, sofern der Kontext nicht ausdrücklich etwas anderes vorschreibt.
In der gesamten Beschreibung bezieht sich „A und/oder B“ auf A, B oder A und B, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, und „C bis D“ schließt beide Endpunkte und alle dazwischenliegenden Werte ein.
In der Beschreibung der Ausführungsformen bezieht sich „axiale Richtung“ auf die Richtung, in der sich die zentrale Längsachse, die die Wickelmitte der Jellyroll-Elektrodenanordnung bildet, erstreckt, d. h. die Richtung parallel zu der zentralen Längsachse, wohingegen sich „radiale Richtung“ auf eine Richtung zu (zentripetal) oder weg (zentrifugal) von der Achse bezieht und sich „Umfangsrichtung“ auf eine Richtung bezieht, die die Achse umgibt.
Im Folgenden wird ein Aspekt einer Batteriezelle, auf welche eine Schweissstruktur der vorliegenden Offenbarung angewandt wird, unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 ausführlich beschrieben.
Eine Batteriezelle dieses Aspekts der Offenbarung kann zum Beispiel eine zylindrische Batteriezelle sein, deren Formfaktorverhältnis (definiert als der Durchmesser der zylindrischen Batteriezelle geteilt durch die Höhe, d. h. das Verhältnis des Durchmessers Φ zu der Höhe H) größer als ungefähr 0,4 ist.
Der Formfaktor bezieht sich auf Werte, die den Durchmesser und die Höhe einer zylindrischen Batteriezelle darstellen. Die zylindrische Batteriezelle kann zum Beispiel eine 46110-Zelle, eine 48750-Zelle, eine 48110-Zelle, eine 48800-Zelle oder eine 46800-Zelle sein. In den Werten, die den Formfaktor darstellen, stellen die ersten zwei Zahlen den Durchmesser der Zelle dar, die nächsten zwei Zahlen stellen die Höhe der Zelle dar und die letzte Zahl 0 stellt dar, dass der Querschnitt der Zelle kreisförmig ist.
Die Batteriezelle kann eine Zelle sein, die ungefähr zylindrisch mit einem Durchmesser von ungefähr 46 mm, einer Höhe von ungefähr 110 mm und einem Formfaktorverhältnis von 0,418 ist.
Eine Batteriezelle gemäß einem anderen Aspekt kann eine Zelle sein, die ungefähr zylindrisch mit einem Durchmesser von ungefähr 48 mm, einer Höhe von ungefähr 75 mm und einem Formfaktorverhältnis von 0,640 ist.
Eine Batteriezelle gemäß noch einem anderen Aspekt kann eine Zelle sein, die ungefähr zylindrisch mit einem Durchmesser von ungefähr 48 mm, einer Höhe von ungefähr 110 mm und einem Formfaktorverhältnis von 0,418 ist.
Eine Batteriezelle gemäß noch einem anderen Aspekt kann eine Zelle sein, die ungefähr zylindrisch mit einem Durchmesser von ungefähr 48 mm, einer Höhe von ungefähr 80 mm und einem Formfaktorverhältnis von 0,600 ist.
Eine Batteriezelle gemäß einem anderen Aspekt kann eine Zelle sein, die ungefähr zylindrisch mit einem Durchmesser von ungefähr 46 mm, einer Höhe von ungefähr 80 mm und einem Formfaktorverhältnis von 0,575 ist.
Die vorliegende Offenbarung kann im Kontext von Batteriezellen mit einem Formfaktorverhältnis von ungefähr 0,4 oder weniger angewandt werden, zum Beispiel 18650 Zellen, 21700 Zellen usw. Für eine 18650 Zelle ist ihr Durchmesser ungefähr 18 mm, ihre Höhe ungefähr 65 mm und das Formfaktorverhältnis ist 0,277. Für eine 21700 Zelle ist ihr Durchmesser ungefähr 21 mm, ihre Höhe ungefähr 70 mm und das Formfaktorverhältnis ist 0,300.
Die Batteriezelle der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Elektrodenanordnung 20, eine erste und eine zweite Stromabnehmerplatte 31 und 32, die elektrisch mit der Elektrodenanordnung 20 verbunden sind, und eine Dose 10, welche die Elektrodenanordnung 20 und die Stromabnehmerplatten 31 und 32 darin aufnimmt.
Die Dose 10 weist ein Bodenelement 12, ein Seitenwandelement 11, das mit dem Bodenelement 12 verbunden ist und sich in einer axialen Richtung erstreckt, und ein offenes Ende auf, das an einem axialen Ende des Seitenwandelements 11 gebildet ist.
Die Dose 10 weist eine Kappe 16 auf, die das offene Ende bedeckt.
Das Bodenelement 12 kann eine Scheibenform mit einem Loch aufweisen, das in seiner Mitte gebildet ist, und das Seitenwandelement 11 kann eine kreisförmige Röhrenform aufweisen, die ein Innenvolumen der Dose 10 umschreibt.
Das Bodenelement 12 und das Seitenwandelement 11 können hergestellt werden durch Durchführen eines Tiefziehprozesses an einem Metallblech, das eine vernickelte Stahloberfläche aufweist (obwohl das Material nicht darauf beschränkt ist), und dann Beschneiden des Seitenwandelements 11 mit einem Stempel, während das vordere Ende des Seitenwandelements mit einem Rohlinghalter gehalten wird.
Ein erster Elektrodenanschluss 13 kann in das Loch eingepasst und mit ihm gekoppelt sein. Der erste Elektrodenanschluss 13 kann vernietet (durchgesteckt und an den Enden verformt) und an dem Bodenelement 12 befestigt sein, wobei eine Dichtung 14 dazwischen angeordnet ist. Insbesondere ist die Dichtung 14 zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 13 und dem Bodenelement 12 angeordnet, um die Innenseite und die Außenseite des Gehäuses 10 abzudichten, wodurch ein Austreten von Elektrolyt verhindert wird, und um den ersten Elektrodenanschluss 13 von dem Bodenelement 12 elektrisch zu isolieren.
Das Verbindungsverfahren zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 13 und dem Bodenelement 12 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wenn zum Beispiel die resultierenden Strukturen in der Lage sind, eine Abdichtung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 13 und dem Bodenelement 12 zu erzeugen und auch den ersten Elektrodenanschluss 13 von dem Bodenelement 12 elektrisch zu isolieren, dann können verschiedene andere Befestigungsverfahren verwendet werden, wie zum Beispiel ein Bolzen-Mutter-Verbindungsverfahren, ein Glasabdichtungsverfahren und PP-MAH (Maleinsäureanhydridgepfropftes Polypropylen oder maleiniertes Polypropylen) zu einem Chrombeschichtungs-Wärmeverbindungsverfahren.
Der erste Elektrodenanschluss 13 kann eine erste Polarität haben, und das Gehäuse 10 kann eine zweite Polarität haben. Das heißt, das Bodenelement 12 des Gehäuses 10, das Seitenwandelement 11, das damit verbunden ist, und die Kappe 16, die unten ausführlicher beschrieben werden, die mit dem Seitenwandelement 11 verbunden sind, können alle die zweite Polarität haben.
Somit kann die Batteriezelle sowohl den ersten Elektrodenanschluss 13 als auch den zweiten Elektrodenanschluss 15 an dem axialen Ende angeordnet haben, an dem das Bodenelement 12 vorgesehen ist, z. B. an dem geschlossenen Ende des Gehäuses 10. Als ein Ergebnis kann die Batteriezelle eine (Strom-)Sammelschiene haben, die mit dem ersten Elektrodenanschluss 13 verbunden ist, und eine andere Sammelschiene, die mit dem zweiten Elektrodenanschluss 15 verbunden ist, wobei beide Sammelschienen an der Oberseite der Batteriezelle angeordnet sind.
In einem Beispiel kann der erste Elektrodenanschluss 13 ein Kathodenanschluss sein, und der zweite Elektrodenanschluss 15 kann ein Anodenanschluss sein. In anderen Beispielen kann der erste Elektrodenanschluss 13 ein Anodenanschluss sein, und der zweite Elektrodenanschluss kann ein Kathodenanschluss sein.
Die Elektrodenanordnung 20 ist in dem Innenvolumen der Dose 10 untergebracht oder darin aufgenommen. Die Elektrodenanordnung 20 wird durch Vorbereiten einer ersten Elektrode 21, einer zweiten Elektrode 22 und Separatoren 28, die sich in einer Längsrichtung mit einer vorbestimmten Breite erstrecken, wie in 2 gezeigt, und dann Bilden eines Laminats durch sequentielles Stapeln der ersten Elektrode 21, des Separators 28, der zweiten Elektrode 22 und des Separators 28, wie in 3 gezeigt, hergestellt, wonach das Laminat gewickelt wird, um eine Form einer Jellyroll zu haben, die um die Kernachse gewickelt ist, wie in 4 gezeigt.
In einigen Beispielen kann die erste Elektrode 21 eine Kathode sein, und die zweite Elektrode 22 kann eine Anode sein. In anderen Beispielen kann die erste Elektrode 21 eine Anode sein, und die zweite Elektrode 22 kann eine Kathode sein.
Die erste Elektrode 21 und die zweite Elektrode 22 werden in Form eines Blatts (einer Lage, einer Schicht) hergestellt. Das Elektrodenblatt wird hergestellt durch Anwenden einer Aktivmaterialschicht 24 auf die Oberfläche einer Metallfolie 23. Das Elektrodenblatt umfasst einen beschichteten Bereich 25, wo die Aktivmaterialschicht 24 aufgetragen ist, und einen unbeschichteten Bereich 26, wo die Aktivmaterialschicht 24 nicht aufgetragen ist. Das Kathodenblatt ist mit einem unbeschichteten Bereich 26 auf einer Seite in der Breitenrichtung versehen, und das Anodenblatt ist mit einem unbeschichteten Bereich 26 auf der anderen Seite in der Breitenrichtung versehen.
Die erste Elektrode 21 und die zweite Elektrode 22 sind in dem Laminat so angeordnet, dass ihre unbeschichteten Bereiche 26 freiliegen oder von dem Laminat in der Breitenrichtung vorstehen, wobei der unbeschichtete Bereich 26 der ersten Elektrode 21 an einem axialen Ende der gewickelten Jellyroll vorsteht und der unbeschichtete Bereich 26 der zweiten Elektrode 22 an dem gegenüberliegenden axialen Ende der Jellyroll vorsteht. Der unbeschichtete Bereich 26 selbst fungiert als mindestens eine Elektrodenlasche 27.
Kerben können in vorbestimmten Abständen entlang des unbeschichteten Bereichs 26 ausgebildet sein, um Kerben in den Elektrodenlaschen 27 zu definieren. Die Elektrodenlaschen 27 können hierin auch als gekerbte Laschen 27 bezeichnet werden.
Die gekerbten Laschen 27 können jeweils in Form eine Fähnchens geformt sein. In dem veranschaulichten Aspekt haben die gekerbten Laschen 27 die Form eines gleichseitigen Trapezes. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die gekerbten Laschen 27 alternativ in verschiedenen Formen wie etwa halbkreisförmig, halbelliptisch, dreieckig, rechteckig, Parallelogramm usw. ausgebildet sein können. Zusätzlich haben in dem veranschaulichten Aspekt die gekerbten Laschen 27 jeweils die gleiche Breite entlang der Längsrichtung. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass sich die Breite der gekerbten Laschen entlang der Längsrichtung von der Kernseite zu der Außenumfangsseite graduell erweitern kann.
Zusätzlich nimmt, wie in 2 und 3 veranschaulicht, die Höhe der gekerbten Laschen 27 von der Kernseite zu der Außenumfangsseite graduell zu. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass die Höhe der gekerbten Laschen konstant sein kann oder graduell abnehmen kann.
Zusätzlich können gemäß dem veranschaulichten Aspekt die gekerbten Laschen 27 von dem unbeschichteten Bereich 26 an beiden gegenüberliegenden Enden der ersten und der zweiten Elektrode 21, 22 in der Längsrichtung entfernt sein oder fehlen. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass die gekerbten Laschen von keinem Ende entfernt sein können oder sie nur von dem unbeschichteten Bereich an dem radial inneren Ende oder dem radial äußeren Ende entfernt sein können, wenn die Elektrodenanordnung 20 zu der Jellyroll-Konfiguration gewickelt wird.
In der Jellyroll-förmigen Elektrodenanordnung 20 können die gekerbten Laschen 27 in einer radialen Richtung gebogen und abgeflacht sein, wie in 4 gezeigt. Das heißt, die gekerbten Laschen 27 können in der radialen Richtung nach innen oder nach außen gebogen sein. Obwohl gemäß Aspekten der Offenbarung die gekerbten Laschen 27 in der radialen Richtung nach innen gebogen sind, wie gezeigt.
Die gekerbten Laschen 27 können nacheinander in dem Prozess des Wickelns des Laminats gebogen werden, um die Jellyroll-förmige Elektrodenanordnung 20 zu bilden. Alternativ können die gekerbten Laschen 27 durch Biegen der gekerbten Laschen auf einmal gebildet werden, nachdem das Laminat gewickelt wird, um die Jellyroll-förmige Elektrodenanordnung zu bilden.
Die gekerbten Laschen 27 der ersten Elektrode 21 und die gekerbten Laschen 27 der zweiten Elektrode 22, die gebogen sind und einander in der radialen Richtung überlappen, können eine Ebene im Wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung an jedem der gegenüberliegenden Enden der Elektrodenanordnung 20 definieren oder bilden.
Eine erste Stromabnehmerplatte 31 und eine zweite Stromabnehmerplatte können mit der im Wesentlichen flachen Oberfläche verbunden werden, die durch die gebogenen gekerbten Laschen 27 gebildet wird, die an den zwei axialen Enden der Elektrodenanordnung 20 freiliegen, wie in 5 und 6 gezeigt.
In einigen Beispielen ist die erste Stromabnehmerplatte 31 eine Kathodenstromabnehmerplatte, und die zweite Stromabnehmerplatte 32 ist eine Anodenstromabnehmerplatte. Die erste Stromabnehmerplatte 31 kann aus Aluminium hergestellt sein, und die zweite Stromabnehmerplatte 32 kann aus Kupfer hergestellt sein. Die Stromabnehmerplatten 31 und 32 können hergestellt werden durch Stanzen, Beschneiden, Lochen und/oder Biegen eines Metallblechs.
Bezugnehmend auf 5 weist die erste Stromabnehmerplatte 31 ein Anschlussverbindungsteil 312, das sich von der Mitte in der radialen Richtung erstreckt, ein Ringteil 313, das das radial äußere Ende des Anschlussverbindungsteils 312 verbindet und sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und ein Elektrodenverbindungsteil 314 auf, das sich von dem Ringteil 313 radial nach innen erstreckt, ohne mit dem Anschlussverbindungsteil 312 verbunden zu sein. Die Mitte des Anschlussverbindungsteils 312 deckt mindestens einen Abschnitt des hohlen Kernabschnitts entlang der zentralen Längsachse der Elektrodenanordnung 20 ab. Das Anschlussverbindungsteil 312 bildet im Allgemeinen eine X-Form, die mit dem Ringteil 313 an vier Verbindungspunkten verbunden ist, die ungefähr gleich weit voneinander um den inneren Umfang des Ringteils 313 entfernt sind. Es wird in Betracht gezogen, dass das Anschlussverbindungsteil 312 andere Formen bilden kann und sich in anderen Formationen entlang der ersten Stromabnehmerplatte 31 erstrecken kann.
Das Elektrodenverbindungsteil 314 wird mit den gekerbten Laschen 27 der ersten Elektrode 21 der Elektrodenanordnung 20 unter Verwendung eines Verfahrens, wie etwa Laserschweißen, verbunden, bevor die Elektrodenanordnung 20 in die Dose 10 eingeführt wird. Die Schweißlinie des Lasers kann sich radial erstrecken.
Unter Bezugnahme auf 6 definiert die zweite Stromabnehmerplatte 32 ein Loch 322, das dem hohlen Kernabschnitt der Elektrodenanordnung 20 entspricht. Die zweite Stromabnehmerplatte 32 weist einen inneren Ringteil 321, der den hohlen Kernabschnitt umgibt, und ein Elektrodenlaschenverbindungsteil 323 auf, das sich radial von dem inneren Ringteil 321 erstreckt. Das Elektrodenlaschenverbindungsteil 323 kann in Form von mehreren Speichen vorliegen, die sich von dem inneren Ringteil radial nach außen erstrecken, wobei eine oder mehrere der Speichen radial äußere Enden aufweisen, die mit einem Umfangsabschnitt der Stromabnehmerplatte 32 verbunden sind, der als ein Dosenverbindungsteil 324 bezeichnet wird. Darüber hinaus können eine oder mehrere der Speichen des Elektrodenlaschenverbindungsteils 323 radial äußere Enden aufweisen, die das Dosenverbindungsteil 324 nicht erreichen. Das Dosenverbindungsteil 324 weist eine äußere Ringform auf, die das Elektrodenlaschenverbindungsteil 323 umgibt, und das Dosenverbindungsteil 324 kann eine Stufe weg von der Elektrodenanordnung 20 in der axialen Richtung aufweisen, so dass zumindest ein äußerster Umfang des Dosenverbindungsteils 324 weiter von der Elektrodenanordnung 20 beabstandet ist als die anderen Abschnitte des Dosenverbindungsteils 324, einschließlich des Elektrodenlaschenverbindungsteils 323 und des inneren Ringteils 321.
Das Elektrodenlaschenverbindungsteil 323 wird mit den gekerbten Laschen 27 der zweiten Elektrode 22 der Elektrodenanordnung 20 durch Laserschweißen usw. verbunden, bevor die Elektrodenanordnung 20 in die Dose 10 eingeführt wird. Die Schweißlinie des Lasers kann sich radial erstrecken.
Wie in 7 und 8 gezeigt, ist die Elektrodenanordnung 20 in der Dose 10 untergebracht, wobei die erste Stromabnehmerplatte 31 so ausgerichtet ist, dass sie dem Bodenelement 12 der Dose 10 zugewandt ist. Ein Isolator 19 ist zwischen der ersten Stromabnehmerplatte 31 und dem Bodenelement 12 der Dose 10 angeordnet, um die erste Stromabnehmerplatte 31 von dem Bodenelement 12 elektrisch zu isolieren. Das Anschlussverbindungsteil 312 der ersten Stromabnehmerplatte 31 ist mit dem ersten Elektrodenanschluss 13 durch Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen, Laserschweißen oder dergleichen verbunden. Eine Schweißvorrichtung zum Schweißen der ersten Stromabnehmerplatte 31 und des ersten Elektrodenanschlusses 13 kann Schweißen durchführen, indem auf die Innenseite der Mitte des Anschlussverbindungsteils 312 der ersten Stromabnehmerplatte 31 zugegriffen wird (d. h. die Seite des Anschlussverbindungsteils 312, die der Elektrodenanordnung 20 zugewandt ist). Insbesondere kann die Schweißvorrichtung auf diese Stelle der ersten Stromabnehmerplatte 31 von dem offenen Ende der Dose 10 durch den hohlen Kernteil der Elektrodenanordnung 20, wie in 8 gezeigt, zugreifen. Als Alternative zu dem oben beschriebenen Schweißverfahren können die erste Stromabnehmerplatte 31 und der erste Elektrodenanschluss 13 durch Hartlöten oder Löten miteinander verbunden werden. Das heißt, es können verschiedene Verbindungsverfahren verwendet werden, solange die erste Stromabnehmerplatte 31 und der erste Elektrodenanschluss 13 beide aneinander befestigt und elektrisch miteinander verbunden sind.
Wenn die Elektrodenanordnung 20 in der Dose 10 untergebracht ist, werden die Elektrodenlasche 27 der zweiten Elektrode 22 und die zweite Stromabnehmerplatte 32 so angeordnet, dass sie dem offenen Ende des Seitenwandelements 11 zugewandt sind.
Nachdem die erste Stromabnehmerplatte 31 und der erste Elektrodenanschluss 13 verbunden sind, wird das offene Ende des Seitenwandelements 11 mit der Kappe 16 bedeckt und geschlossen, wie in 9 und 10 gezeigt. Danach kann die Elektrolytlösung durch eine Flüssigkeitseinspritzöffnung, die in der Mitte der Kappe 16 vorgesehen ist, in die Dose 10 eingespritzt werden.
Nach dem Einspritzen des Elektrolyts, wie in 10 und 11 gezeigt, kann die Flüssigkeitseinspritzöffnung 18 durch einen Stopper 40 geschlossen werden.
In anderen Beispielen kann die Schweissmethodik der vorliegenden Offenbarung auf eine Kappe ohne eine Flüssigkeitseinspritzöffnung angewandt werden. In solchen Beispielen kann die Elektrolytlösung zuerst eingespritzt werden, bevor das offene Ende des Seitenwandelements 11 mit der Kappe 16 bedeckt wird, und das offene Ende kann mit der Kappe 16 bedeckt werden, nachdem das Einspritzen der Elektrolytlösung abgeschlossen ist.
Wie in 14 gezeigt, wird der Rand der Kappe 16 mit dem Rand des Seitenwandelements 11 durch Nahtschweissen mit einem Laser verbunden, wodurch die Dose 10 abgedichtet wird. Die Dose 10 ist somit in dem geschweißten Zustand in 15 gezeigt, wobei das Seitenwandelement 11, die zweite Stromabnehmerplatte 32 und die Kappe 16 miteinander verschweißt sind.
Unter Bezugnahme auf 12 und 13 ist ein Innendurchmessererweiterungsteil 113 an dem offenen Ende des Seitenwandelements 11 vorgesehen. Das Innendurchmessererweiterungsteil 113 weist eine geneigte Oberfläche auf, die auf der radial inneren Oberfläche des Seitenwandelements 11 vorgesehen ist, so dass der Innendurchmesser des Seitenwandelements 11 zunimmt, wenn sich das Seitenwandelement 11 in Richtung der axialen Außenseite erstreckt. Das heißt, das Innendurchmessererweiterungsteil 113 ist auf der inneren Oberfläche des Seitenwandelements 11 vorgesehen und weist eine geneigte Oberfläche auf, die sich in der radialen Richtung weiter auswärts erstreckt, wenn sich das Innendurchmessererweiterungsteil 113 in Richtung der axialen Außenseite des Seitenwandelements 11 erstreckt. Anders ausgedrückt weist das Seitenwandelement 11 eine erste Dicke an der zweiten inneren Oberfläche 115 auf, wobei sich die Dicke entlang des Innendurchmessererweiterungsteils 113 verjüngt, wenn sich das Seitenwandelement 11 von der zweiten inneren Oberfläche 115 axial nach außen erstreckt, und das Seitenwandelement weist eine zweite Dicke an der ersten inneren Oberfläche 111 auf, die geringer ist als die erste Dicke an der zweiten inneren Oberfläche 115, wie in 12-15 gezeigt. Die erste innere Oberfläche 111 ist benachbart zu dem Innendurchmessererweiterungsteil 113, so dass ein axial äußeres Ende des Innendurchmessererweiterungsteils 113 mit einem axial inneren Ende der ersten inneren Oberfläche 111 verbunden ist. Ferner ist die zweite innere Oberfläche 115 benachbart zu dem Innendurchmessererweiterungsteil 113 (auf einer Seite des Innendurchmessererweiterungsteils gegenüber der ersten inneren Oberfläche 111), so dass ein axial inneres Ende des Innendurchmessererweiterungsteils 113 mit einem axial äußeren Ende der zweiten inneren Oberfläche 115 verbunden ist. Somit geht die innere Oberfläche des Seitenwandelements 11 sequentiell von der ersten inneren Oberfläche 111 zu dem Innendurchmessererweiterungsteil 113 zu der zweiten inneren Oberfläche 115 über, wenn sich das Seitenwandelement 11 axial nach innen erstreckt.
Dementsprechend kann die radial innere Oberfläche des Seitenwandelements 11 eine erste innere Oberfläche 111, die axial einwärts (d. h. unterhalb oder weiter entfernt von der Öffnung an dem offenen Ende des Seitenwandelements 11 relativ zu) dem Innendurchmessererweiterungsteil 113 angeordnet ist, und eine zweite innere Oberfläche 115 aufweisen, die axial auswärts (d. h. oberhalb oder näher an der Öffnung an dem offenen Ende des Seitenwandelements 11 relativ zu) dem Innendurchmessererweiterungsteil 113 angeordnet ist.
Während der Durchmesser der äußeren Umfangsoberfläche des Seitenwandelements 11 entlang der axialen Richtung gleichmäßig ist, kann die zweite innere Oberfläche 115 einen Innendurchmesser aufweisen, der größer ist als der der ersten inneren Oberfläche 111. Dementsprechend ist die Dicke des Seitenwandelements 11, gemessen in der radialen Richtung an dem Abschnitt, an dem die zweite innere Oberfläche 115 angeordnet ist, kleiner als die Dicke, gemessen in der radialen Richtung an dem Abschnitt, an dem die erste innere Oberfläche 111 angeordnet ist.
Das Dosenverbindungsteil 324, das an der Kante der zweiten Stromabnehmerplatte 32 gebildet ist und elektrisch mit der Dose 10 verbunden ist, weist einen ersten Abschnitt auf, der den inneren Oberflächen 111, 113 und 115 des Seitenwandelements 11 zugewandt ist oder mit diesen in Kontakt steht. In dem ersten Abschnitt (d. h. an einem radial äußeren Abschnitt der Stromabnehmerplatte 32) befindet sich eine äußere Umfangskontaktfläche 325, die den inneren Oberflächen 111, 113 und 115 des Seitenwandelements 11 in der radialen Richtung zugewandt ist oder mit diesen in Kontakt steht.
Das Dosenverbindungsteil 324 (das hierin auch als der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte 32 bezeichnet wird) weist eine äußere Oberfläche auf, die eingerichtet ist, die Kappe 16 zu berühren, wenn die Kappe an der Dose 10 montiert ist. Die äußere Oberfläche, die auch als die Kappenkontaktfläche 326 bezeichnet wird, ist der inneren Oberfläche der Kappe 16 in der axialen Richtung (d. h. der Unterseite der Kappe 16) zugewandt und steht mit dieser in Kontakt, wenn die Kappe an der Dose 10 montiert ist.
Die zweite Stromabnehmerplatte 32 weist das gebogene Teil 327 auf. Das gebogene Teil 327 ist dort, wo die Stromabnehmerplatte 32, während sie sich in der radialen Richtung nach außen erstreckt, in der axialen Richtung nach außen gebogen ist. Das Dosenverbindungsteil 324 (z. B. der radial äußere Abschnitt) der zweiten Stromabnehmerplatte 32 ist mit dem Elektrodenlaschenverbindungsteil 323 durch das gebogene Teil 327 und den oben beschriebenen inneren Ringteil 321 verbunden.
Das Dosenverbindungsteil 324 ist mit der axial äußeren Seite des gebogenen Teils 327 verbunden und weist eine Form auf, die sich von dem ersten gebogenen Teil 327 in der axialen Richtung nach außen erstreckt. Dementsprechend können der Bereich und die axiale Länge der äußeren Umfangskontaktfläche 325 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 ferner mit der Dose 10 gesichert werden. Es ist anzumerken, dass das Dosenverbindungsteil 324 als relativ zu dem gebogenen Teil 327 axial nach außen angeordnet beschrieben ist, weil es in den 12 und 13 als solches gezeigt ist, was die Konfiguration der Stromabnehmerplatte 32 nach dem Einsetzen in die Dose 10 veranschaulicht. Die Stromabnehmerplatte 32 ist jedoch elastisch verformbar, und das gebogene Teil 327 kann daher gebildet werden, nachdem die Stromabnehmerplatte 32 in die Dose 10 eingesetzt ist. Zum Beispiel kann sich die Stromabnehmerplatte 32 bis zu einem Winkel von etwa 90 Grad relativ zu der horizontalen Ebene, entlang der sich der radial innere Abschnitt der Stromabnehmerplatte erstreckt, elastisch verformen. In einigen Beispielen kann das gebogene Teil 327 aufgrund des Kontakts mit der geneigten inneren Oberfläche des Seitenwandelements 11 einen Winkel zwischen etwa 70 bis 85 Grad relativ zu der horizontalen Ebene bilden. Es wird in Betracht gezogen, dass sich die Stromabnehmerplatte 32 vor dem Einsetzen in die Dose 10 entlang einer einzigen Ebene über ihren gesamten Durchmesser erstrecken kann. Es wird auch in Betracht gezogen, dass vor dem Einsetzen der Stromabnehmerplatte 32 in die Dose 10 das gebogene Teil 327 immer noch vorhanden sein kann, jedoch in einem geringeren Winkel als in den 12 und 13 gezeigt. Daher kann die Kappenkontaktfläche 326 als eine radial äußere Oberfläche der Stromabnehmerplatte 32 bezeichnet werden, da sie vor dem Einsetzen der Stromabnehmerplatte in die Dose 10 im Allgemeinen in eine radial nach außen gerichtete Richtung weisen kann. Ferner kann die äußere Umfangskontaktfläche 325 der Stromabnehmerplatte 32 vor dem Einsetzen der Stromabnehmerplatte in die Dose 10 axial nach innen, anstatt radial nach außen, gewandt sein, wie in den 12 und 13 gezeigt.
Das Material der zweiten Stromabnehmerplatte 32 kann weicher sein als das des Seitenwandelements 11. Die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Stromabnehmerplatte 32 kann höher sein als die Wärmeleitfähigkeit des Seitenwandelements 11.
Zum Beispiel kann das Material der zweiten Stromabnehmerplatte 32 Kupfer aufweisen, und das Material des Seitenwandelements 11 kann Eisen aufweisen.
Der Außendurchmesser der äußeren Umfangskontaktfläche 325 des Dosenverbindungsteils 324 ist größer als der Innendurchmesser der ersten inneren Oberfläche 111. Der Außendurchmesser der äußeren Umfangskontaktfläche 325 kann dem Innendurchmesser der zweiten inneren Oberfläche 115 entsprechen (z. B. ungefähr gleich oder kleiner als dieser sein).
Dementsprechend wird das gebogene Teil 327 in dem Prozess des Einsetzens der zweiten Stromabnehmerplatte 32 in das offene Ende des Seitenwandelements 11 elastisch verformt. Dementsprechend wird die äußere Umfangskontaktfläche 325 einer Zwangspresspassung in die zweite innere Oberfläche 115 unterzogen, so dass die äußere Umfangskontaktfläche 325 in engen Kontakt mit der zweiten inneren Oberfläche 115 in der radialen Richtung gebracht wird. Als ein Ergebnis entspricht der Außendurchmesser des ersten Abschnitts der äußeren Umfangskontaktfläche 325, der in die erste innere Oberfläche 111 in der axialen Richtung pressgepasst ist, dem Innendurchmesser der ersten inneren Oberfläche 111.
Auf diese Weise steht aufgrund der mehrstufigen inneren Oberflächenstruktur des Seitenwandelements 11 und der Struktur des Dosenverbindungsteils 324 der Stromabnehmerplatte 32 zumindest ein Abschnitt in der axialen Richtung der äußeren Umfangskontaktfläche 325 zuverlässig in engem Kontakt mit der radial inneren Oberfläche des Seitenwandelements 11.
Der gebogene Teil 327 stellt eine gekrümmte Oberfläche bereit, bei der der Außendurchmesser des gebogenen Teils 327 relativ zu dem Außendurchmesser des Dosenverbindungsteils 324 näher an der axial inneren Seite des gebogenen Teils 327 graduell abnimmt. Zusätzlich kann der minimale Außendurchmesser d der gekrümmten Oberfläche, gemessen an dem unteren Ende der zweiten Stromabnehmerplatte 32, kleiner sein als der Innendurchmesser der ersten inneren Oberfläche 111. Eine derartige Form führt das Dosenverbindungsteil 324 dazu, während des Prozesses des Einsetzens der zweiten Stromabnehmerplatte 32 in den Innenraum des Seitenwandelements 11 einer Zwangspresspassung in die erste innere Oberfläche 111 unterzogen zu werden. Daher kann der Zwangspresspassungsprozess der zweiten Stromabnehmerplatte 32 wirksamer durchgeführt werden.
Letztendlich wird gemäß der vorliegenden Offenbarung trotz der Maßtoleranz der Teile, solange die Größenbeziehung beibehalten wird, bei der der minimale Außendurchmesser d des gebogenen Teils 327 kleiner ist als der Innendurchmesser der ersten inneren Oberfläche 111 des Seitenwandelements 11 und der Außendurchmesser der äußeren Umfangsverbindungsoberfläche 171 der Kappe 16 größer ist als der Innendurchmesser der ersten inneren Oberfläche 111, der Effekt erreicht, dass sichergestellt wird, dass der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte 32 einschließlich der äußeren Umfangskontaktoberfläche 325 in dichtem Kontakt mit der ersten inneren Oberfläche 111 des Seitenwandelements 11 ist.
Somit wird gemäß der vorliegenden Offenbarung, selbst wenn ein Abschnitt des Lasers L wie in 14 gezeigt während des weiter unten beschriebenen Schweissprozesses nach innen eindringt, verhindert, dass der Laser L durch das Dosenverbindungsteil 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32, die in der axialen Richtung verlängert ist, ein Zwangspresspassungsteil P durch Zwangspresspassung zwischen der ersten inneren Oberfläche 111 des Seitenwandelements 11 und dem ersten Abschnitt der äußeren Umfangskontaktoberfläche 325 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 und dem Innendurchmessererweiterungsteil 113 des Seitenwandelements 11 direkt in die Dose 10 bestrahlt.
Die Kappe 16 weist auf, in der Reihenfolge von der Mitte zu der äußeren Seite in der radialen Richtung: einen Kappenkörper 160, einen Dickenreduzierungsteil 161 (wo sich die Dicke der Kappe ändert) und einen Verbindungsabschnitt 17. Das heißt, der Kappenkörper 160 ist in einem zentralen Bereich der Kappe 16 zentriert, und der Dickenreduzierungsteil 161 ist radial nach außen von dem Kappenkörper 160 vorgesehen, und der Verbindungsabschnitt 17 ist radial nach außen von dem Dickenreduzierungsteil 161 vorgesehen, um einen ringförmigen Bereich der Kappe 16 mit einer reduzierten Dicke relativ zu dem Kappenkörper 160 zu definieren. Das heißt, eine erste Dicke 11 des Verbindungsabschnitts 17, gemessen in der axialen Richtung, ist kleiner als eine zweite Dicke t2 des Kappenkörpers 160, gemessen in der axialen Richtung.
Eine äußere Umfangsverbindungsfläche 171 (hierin auch als eine erste äußere Oberfläche der Kappe 16 bezeichnet), die der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 in der radialen Richtung zugewandt oder mit dieser in Kontakt ist, ist entlang einer radial äußeren Oberfläche der Kappe 16 und insbesondere entlang der radial äußeren Oberfläche des Verbindungsabschnitts 17 vorgesehen. Zusätzlich weist die Unterseite der Kappe 16 entlang des Verbindungsabschnitts 17 eine Stromabnehmerplattenkontaktfläche 173 (hierin auch als eine zweite axial nach innen gewandte Oberfläche der Kappe 16 bezeichnet) auf, die in der axialen Richtung nach unten gewandt ist, um die Kappenkontaktfläche 326 (auch als eine zweite Oberfläche des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte 32 bezeichnet) des Dosenverbindungsteils 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 zu berühren.
Die Stelle des Dickenreduzierungsteils 161 ist so gewählt, dass zumindest ein Abschnitt des Dickenreduzierungsteils 161 die zweite Stromabnehmerplatte 32 berührt. Ein solcher Kontakt führt vorteilhaft dazu, dass die Mitte der Kappe 16 wirksam ausgerichtet wird, wenn der Dickenreduzierungsteil 161 der Kappe 16 in Kontakt mit der zweiten Stromabnehmerplatte 32 in dem Prozess des Einsetzens der Kappe 16 in das offene Ende des Seitenwandelements 11 kommt. In dem veranschaulichten Aspekt ist der Dickenreduzierungsteil 161 in der Form einer geneigten Oberfläche umgesetzt, die sich in der axialen Richtung weiter auswärts erstreckt, während sich die Kappe 16 radial auswärts erstreckt, um den Ausrichtungseffekt zu erhöhen. Das heißt, der Dickenreduzierungsteil 161 ist durch eine geneigte Oberfläche definiert, entlang der die Dicke der Kappe 16, wenn sie in der axialen Richtung gemessen wird, reduziert ist. Somit erstreckt sich die axial nach innen gewandte Oberfläche des Kappenkörpers 160 entlang einer ersten Ebene und die Stromabnehmerplattenkontaktfläche 173 der Kappe 16 (auch als die zweite axial nach innen weisende Oberfläche der Kappe 16 bekannt) erstreckt sich entlang einer zweiten Ebene, die im Wesentlichen parallel zu der ersten Ebene sein kann und axial auswärts relativ zu der ersten Ebene aufgrund der geneigten Oberfläche zwischen der axial inneren Oberfläche des Kappenkörpers 160 und der Stromabnehmerplattenkontaktfläche 173 der Kappe 16 angeordnet ist.
In dem Prozess des Einsetzens der Kappe 16 in das Seitenwandelement 11 kann der Dickenreduzierungsteil 161, der die geneigte Oberfläche aufweist, in Kontakt mit der inneren Kante in der radialen Richtung der Kappenkontaktfläche 326 kommen. Somit wird das axial äußere Ende des Dosenverbindungsteils 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 einschließlich der Kappenkontaktfläche 326 in Richtung der äußeren Seite in der radialen Richtung durch den Dickenreduzierungsteil 161 gedrückt, so dass das axial äußere Ende des Dosenverbindungsteils 324 näher an der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 angeordnet ist oder mit dieser in näheren Kontakt gebracht wird.
Das heißt, der Dickenreduzierungsteil 161 in der Form einer geneigten Oberfläche kommt in Kontakt mit dem Dosenverbindungsteil 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 in dem Prozess des Einsetzens der Kappe 16 in das offene Ende des Seitenwandelements 11 und kann nicht nur die Mittenausrichtung der Kappe 16 in Bezug auf die Mitte der zweiten Stromabnehmerplatte 32 führen, sondern drückt auch das axial äußere Ende des Dosenverbindungsteils 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 in Richtung der radial äußeren Seite, so dass das axial äußere Ende des Dosenverbindungsteils 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 in engen (dichten) Kontakt mit der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 kommt und sogar dicht an diese angrenzen kann. Diese Kombination von Kräften, die durch die Formen jeder Komponente erzeugt werden, bildet eine dichte Presspassung, die eine sichere Umschließung der Elemente erzeugt, die in der Batterie enthalten sind.
Wenn die Kappe 16 in das offene Ende des Seitenwandelements 11 eingesetzt wird, sind sowohl die äußere Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16 als auch die äußere Umfangsverbindungsfläche 171 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 in der radialen Richtung zugewandt oder stehen mit dieser in engem Kontakt. Mit anderen Worten kann die äußere Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16 der zweiten inneren Oberfläche 115 in der radialen Richtung zugewandt sein oder mit dieser in Kontakt stehen, und die äußere Umfangskontaktfläche 325 des Dosenverbindungsteils 324 kann der zweiten inneren Oberfläche 115 in der radialen Richtung an einem Abschnitt der zweiten inneren Oberfläche 115 axial nach innen/unterhalb des Abschnitts der zweiten inneren Oberfläche 115, an dem die äußere Umfangsverbindungsfläche 171 anliegt oder zugewandt ist, zugewandt sein oder mit dieser in Kontakt stehen.
Zusätzlich steht die Kappenkontaktfläche 326, die an der axial äußeren Endfläche des Dosenverbindungsteils 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 bereitgestellt ist, in der axialen Richtung mit der Stromabnehmerplattenkontaktfläche 173 in Kontakt, die an der inneren Oberfläche des Verbindungsabschnitts 17 der Kappe 16 bereitgestellt ist.
Gemäß einer solchen Montagestruktur kann die Einsetztiefe der Kappe 16 durch die Höhe H der zweiten Stromabnehmerplatte 32 präzise reguliert werden, was durch die axiale Erstreckungslänge des Dosenverbindungsteils 324 beeinflusst werden kann.
Während selbst wenn die äußere Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16 und die äußere Umfangskontaktfläche 325 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 nicht in engem Kontakt mit der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 stehen aufgrund eines möglichen Fehlers in der Abmessung des Außendurchmessers der äußeren Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16, der Abmessung des Innendurchmessers der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 und/oder der Abmessung der äußeren Umfangsabmessung der zweiten Stromabnehmerplatte 32, besteht die Gefahr, dass der Schweißlaser L in die Dose 10 eindringt aufgrund der Strukturen des Zwangspresspassungsteils P und des Innendurchmessererweiterungsteils 113.
Ein Schweißabschnitt W ist entlang des Kontaktbereichs zwischen dem Seitenwandelement 11, der zweiten Stromabnehmerplatte 32 und der Kappe 16 ausgebildet, insbesondere dort, wo die zweite innere Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11, die äußere Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16 und das Dosenverbindungsteil 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 miteinander verschweißt sind.
Wie gezeigt, liegen die oberen axialen Enden der äußeren Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16 und der radial inneren Oberfläche des Seitenwandelements 11, die einander in der radialen Richtung in Kontakt sind, entlang der Außenseite der Batteriezelle frei.
Der Schweißabschnitt W ist durch einen Laser gebildet, der von außerhalb der Batteriezelle in der axialen Richtung bestrahlt wird und in Richtung der axialen Enden der äußeren Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16 und der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 ausgerichtet ist.
Da die äußere Umfangskontaktfläche 325 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 axial einwärts/unterhalb der Kappe 16 angeordnet ist und mit der radial inneren Oberfläche des Seitenwandelements 11 in Kontakt steht, ist es möglich, zu verhindern, dass der Laser durch jegliche Lücke, die zwischen dem Seitenwandelement 11 und der Kappe 16 vorhanden sein könnte, in das Innenvolumen der Dose bestrahlt. Zusätzlich verhindert das Innendurchmessererweiterungsteil 113 des Seitenwandelements 11 auch, dass der Laser eine Lücke zwischen dem Seitenwandelement 11 und der Kappe 16 oder zwischen dem Seitenwandelement 11 und der zweiten Stromabnehmerplatte 32 bestrahlt und durch diese eindringt.
Der Schweißabschnitt W weist auf: einen Abschnitt, in dem mindestens ein Abschnitt der radial inneren Oberfläche des Seitenwandelements 11 und mindestens ein Abschnitt der äußeren Umfangskontaktfläche 325 der Stromabnehmerplatte 32 miteinander verbunden sind; einen Abschnitt, in dem mindestens ein Abschnitt der radial inneren Oberfläche des Seitenwandelements 11 und mindestens ein Abschnitt eines Abschnitts der äußeren Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16 miteinander verbunden sind; und einen Abschnitt, in dem mindestens ein Abschnitt der Kappenkontaktfläche 326 der Stromabnehmerplatte 32 und mindestens ein Abschnitt der Stromabnehmerplattenkontaktfläche 173 der Kappe 16 miteinander verbunden sind.
Das heißt, der Schweißabschnitt W kann durch dreifaches Schweißen gebildet werden.
Der Kontaktbereich des Seitenwandelements 11 und der Kappe 16 wird durch den Laser L, der bestrahlt wird, um den Schweißabschnitt W zu bilden, auf eine hohe Temperatur erwärmt.
Somit kann die Wärme, die in dem Seitenwandelement 11 durch den Laser erzeugt wird, relativ schnell durch die zweite Stromabnehmerplatte 32 mit einem größeren Kontaktbereich verteilt und geleitet werden, und die Wärme, die in der Kappe 16 durch den Laser erzeugt wird, kann relativ langsam durch die zweite Stromabnehmerplatte 32 mit einem kleineren Kontaktbereich verteilt und geleitet werden. Dementsprechend kann die Schmelzzeit des Seitenwandelements 11, das relativ dünner als der Verbindungsabschnitt 17 der Kappe 16 ist, weiter verzögert werden.
Da ein Teil der Schweißwärme, die durch das Seitenwandelement 11 übertragen wird, durch die zweite Stromabnehmerplatte 32 verteilt wird, kann zusätzlich das Phänomen der Wärmeübertragung auf den Separator 28 der Elektrodenanordnung 20, der in Kontakt mit der ersten inneren Oberfläche 111 des Seitenwandelements 11 ist, weiter verringert werden.
Des Weiteren ist, wie oben beschrieben, die erste Dicke t1 des Verbindungsabschnitts 17 in der Kappe 16 kleiner als die zweite Dicke t2 des Kappenkörpers 160, gemessen in der axialen Richtung. Somit wird die Tiefe, in der die Kappe 16 mit dem Seitenwandelement 11 verschweißt werden muss, durch die erste Dicke t1 bestimmt, und der Widerstand gegen das Wölbungsphänomen der Kappe 16, das durch eine Erhöhung des Innendrucks der Dose 10 aufgrund von thermischem Durchgehen der Batteriezelle usw. verursacht wird, wird durch die zweite Dicke t2 bestimmt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird, selbst wenn das Schweißen zwischen der Kappe 16 und dem Seitenwandelement 11 auf die erste Dicke t1 durchgeführt wird, der Kontaktbereich der Kappe 16 und des Seitenwandelements 11 (d. h. dort, wo die Kappe 16 das Seitenwandelement 11 kontaktiert) vollständig verbunden, wodurch ein Wölben in dem Bereich, in dem die Spannung konzentriert ist, verhindert wird, während ein größerer Wölbungswiderstand aufgrund des Kappenkörpers 160 mit einer größeren zweiten Dicke t2 als die Dicke t1 an einem radial äußeren Abschnitt der Kappe 16 bereitgestellt wird.
Zusätzlich ist gemäß der vorliegenden Offenbarung der Dickenreduzierungsteil 161 der Kappe 16 zur Wechselwirkung mit dem Dosenverbindungsteil 324 während des Montageprozesses an einer Stelle radial einwärts der äußeren Umfangsverbindungsfläche 171 um einen Abstand angeordnet, der ungefähr der Dicke des Dosenverbindungsteils 324 in der radialen Richtung entspricht, sodass der Bereich des Kappenkörpers 160 mit der zweiten Dicke t2 breiter gesichert werden kann, wodurch der Widerstand gegen das Wölben erhöht wird. Da eine Stromabnehmerplatte wie die zweite Stromabnehmerplatte 32 durch Pressen eines dünnen Metallblatts mit einer Presse hergestellt wird, sollte typischerweise verstanden werden, dass der Dickenreduzierungsteil 161 sehr nahe an der radial äußeren Kante der Kappe 16 angeordnet sein kann.
Gemäß den verschiedenen oben beschriebenen Aspekten kann trotz des breiten Bereichs von Schweissprozessen die Dichtungskraft ohne Perforation oder Flüssigkeitsaustritt gesichert werden, und die Schweißleistung kann verbessert werden. Zusätzlich kann die Prozessstabilität erhöht werden, indem thermische Beschädigung von Zellkomponenten oder Separatoren, die durch Schweißwärme verursacht wird, verhindert wird, und die Haltbarkeit kann auch erhöht werden, indem Abmessungsstabilität und Wölbungswiderstand durch Unterdrücken von Abmessungsverformung aufgrund von Innendruck erhalten werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 7 bis 11 und 16 ein erster Aspekt eines Herstellungsverfahrens der oben beschriebenen Batteriezelle beschrieben.
Gemäß dem Herstellungsverfahren der Batteriezelle wird die Dose 10 mit dem ersten Elektrodenanschluss 13, der an dem Bodenelement 12 befestigt ist, vorbereitet, und dann wird die Elektrodenanordnung 20 mit zwei axial gegenüberliegenden Enden, die mit der ersten Stromabnehmerplatte 31 bzw. der zweiten Stromabnehmerplatte verbunden sind, vorbereitet.
Danach wird die Elektrodenanordnung 20 in dem Gehäuse 10 angeordnet, wobei die erste Stromabnehmerplatte 31 dem Bodenelement 12 zugewandt ist. Als Ergebnis wird die zweite Stromabnehmerplatte 32 an der Seite des offenen Endes der Dose 10 angeordnet. In dem Prozess des Anordnens der Elektrodenanordnung 20 in dem Gehäuse 10 wird die äußere Umfangskontaktfläche 325 des Gehäuseverbindungsteils 324, die an der radial äußeren Kante der zweiten Stromabnehmerplatte 32 bereitgestellt ist, in Kontakt mit der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 gebracht.
Als Nächstes werden die erste Stromabnehmerplatte 31 und der erste Elektrodenanschluss 13 verbunden.
Zusätzlich werden die äußere Umfangsverbindungsfläche 171 und die Stromabnehmerplattenkontaktfläche 173, die an dem Rand der Kappe 16 bereitgestellt sind, in Kontakt mit der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 bzw. der Kappenkontaktfläche 326 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 gebracht, während das offene Ende des Seitenwandelements 11 mit der Kappe 16 bedeckt wird.
Hier kann der Dickenreduzierungsteil 161, der eine geneigte Oberfläche definiert, die auf der axial inneren Oberfläche der Kappe 16 wie vorstehend beschrieben bereitgestellt ist, in Kontakt mit der zweiten Stromabnehmerplatte 32 gebracht werden, um die Mitte der Kappe 16 mit einer Mitte der Batteriezelle auszurichten, und das axial äußere Ende des Gehäuseverbindungsteils 324 kann gegen die radial äußere Seite des Gehäuses 10 gedrückt werden, um in Kontakt mit der zweiten inneren Oberfläche 115 gebracht zu werden. Das heißt, nachdem die Stromabnehmerplatte 32 in das Gehäuse 10 eingesetzt ist, wird der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte 32 (z. B. das Gehäuseverbindungsteil 324) elastisch verformt, um sich in die axiale Richtung zu biegen, und der äußere Abschnitt des Gehäuseverbindungsteils 324 kann sich in einem Winkel von etwas weniger als 90 Grad relativ zu der horizontalen Ebene, entlang der sich der innere Abschnitt der Stromabnehmerplatte erstreckt, erstrecken. Der Winkel des Gehäuseverbindungsteils 324 kann aufgrund der abgeschrägten Oberfläche der radial inneren Oberfläche des Seitenwandelements 11 etwas weniger als 90 Grad betragen.
Danach wird ein Laser auf den Kontaktbereich zwischen der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 und der äußeren Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16 von einer axial äußeren Seite entlang der axialen Richtung bestrahlt, um die radial innere Oberfläche des Seitenwandelements 11, den Verbindungsabschnitt 17 der Kappe 16 und das Gehäuseverbindungsteil 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 dreifach miteinander zu verschweißen. Dementsprechend verbindet der Schweißabschnitt W das gesamte Seitenwandelement 11, die Kappe 16 und die zweite Stromabnehmerplatte 32.
Als nächstes wird die Elektrolytlösung durch die Flüssigkeitseinspritzöffnung 18 der Kappe 16 in die Dose 10 eingeführt. Nach Abschluss der Elektrolyteinspritzung wird die Flüssigkeitseinspritzöffnung 18 mit einem Stopper 40 verschlossen. Die Flüssigkeitseinspritzöffnung 18 kann beispielsweise durch Schweißen verschlossen werden. Das Verschließen kann jedoch durch Anwendung verschiedener bekannter Technologien erreicht werden, die geeignet sind, durch Verbindung zu verschließen.
Unter Bezugnahme auf 17 wird ein zweiter Aspekt des Batteriezellenherstellungsverfahrens beschrieben. Das Herstellungsverfahren des zweiten Aspekts kann angewandt werden, wenn eine Kappe ohne eine Flüssigkeitseinspritzöffnung verwendet wird.
Zuerst wird eine Dose 10 mit einem ersten Elektrodenanschluss 13, der an einem Bodenelement 12 befestigt ist, und einer Elektrodenanordnung 20 mit zwei gegenüberliegenden axialen Enden, die mit einer ersten Stromabnehmerplatte 31 bzw. einer zweiten Stromabnehmerplatte 32 verbunden sind, vorbereitet.
Danach wird die erste Stromabnehmerplatte 31 in Richtung des Bodenelements 12 gerichtet und die Elektrodenanordnung 20 wird in das Gehäuse 10 eingesetzt und darin angeordnet. Als Ergebnis wird die zweite Stromabnehmerplatte 32 nun an dem offenen Ende der Dose 10 angeordnet. In dem Prozess des Anordnens der Elektrodenanordnung 20 in dem Gehäuse 10 wird die äußere Umfangskontaktfläche 325 des Gehäuseverbindungsteils 324, die an einer radial äußeren Seite der Stromabnehmerplatte 32 bereitgestellt ist, in Kontakt mit der ersten inneren Oberfläche 111 des Seitenwandelements 11 gebracht.
Als Nächstes werden die erste Stromabnehmerplatte 31 und der erste Elektrodenanschluss 13 miteinander verbunden.
Danach wird die Elektrolytlösung in die Dose 10 eingespritzt, bevor das offene Ende des Seitenwandelements 11 mit der Kappe 16 bedeckt wird.
Nachdem die Elektrolyteinführung abgeschlossen ist, wobei das offene Ende des Seitenwandelements 11 mit einer Kappe 16 bedeckt ist, werden die äußere Umfangsverbindungsfläche 171 und die Stromabnehmerplattenkontaktfläche 173, die an dem Rand der Kappe 16 bereitgestellt sind, in Kontakt mit der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 bzw. der Kappenkontaktfläche 326 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 gebracht oder dazu gebracht, diesen zugewandt zu sein.
Danach wird ein Laser auf den Kontaktbereich zwischen der zweiten inneren Oberfläche 115 des Seitenwandelements 11 und der äußeren Umfangsverbindungsfläche 171 der Kappe 16 von außerhalb der Batteriezelle entlang der axialen Richtung bestrahlt, um die radial innere Oberfläche des Seitenwandelements 11, den Verbindungsabschnitt 17 der Kappe 16 und das Dosenverbindungsteil 324 der zweiten Stromabnehmerplatte 32 miteinander dreifach zu verschweißen. Damit verbindet der Schweißabschnitt W das gesamte Seitenwandelement 11, die Kappe 16 und die zweite Stromabnehmerplatte 32 miteinander.
Die Batteriezelle 72, die durch die oben beschriebene Schweissstruktur und den oben beschriebenen Schweissprozess hergestellt wurde, kann in dem Gehäuse 71 des Batteriepacks 70 angeordnet werden, wie in 18 gezeigt. Das Batteriepack 70 kann unter Verwendung von einem oder mehreren Batteriemodulen aufgebaut werden, von denen jedes eine Zwischenform der Montage ist, die mehrere Batteriezellen 72 enthält. Alternativ kann das Batteriepack 70, wie gezeigt, direkt aus mehreren Batteriezellen 72 ohne dazwischenliegende Batteriemodule aufgebaut werden.
Da die oben beschriebene Batteriezelle 72 ein großes Volumen aufweist, besteht keine besondere Schwierigkeit darin, den Batteriepack 70 auch ohne Verwendung einer Zwischenstruktur wie eines Batteriemoduls umzusetzen. Zusätzlich weist die Batteriezelle 72 weniger Innenwiderstand und eine höhere Energiedichte auf als herkömmliche Batteriezellen. Somit kann die Energiedichte des Batteriepacks 70, das die Batteriezelle 72 umfasst, im Vergleich zu herkömmlichen Batteriezellen erhöht werden.
Der Batteriepack 70 mit einer solchen erhöhten Energiedichte kann die gleiche Energie speichern, während es sein Volumen und Gewicht verringert. Wenn daher der Batteriepack 70, auf welchen die Batteriezelle 72 angewandt wird, an einem Fahrzeug wie einem Auto 80 montiert ist, das Elektrizität als Energiequelle verwendet, wie in 19 gezeigt, kann der Fahrbereich des Fahrzeugs in Bezug auf Energie weiter erhöht und verbessert werden.
Obwohl die oben beschriebenen Nahtschweissstrukturen und Verfahren im Zusammenhang mit einer zylindrischen Batteriedose offenbart wurden, versteht es sich, dass solche Techniken im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ähnlich auf andere Batterieformfaktoren angewandt werden könnten. Beispielsweise muss die betreffende Batteriezelle kein kreisförmiges Querschnittsprofil orthogonal zur zentralen Längsachse aufweisen, sondern es können vielmehr andere Querschnittsformen verwendet werden, einschließlich oval, quadratisch, rechteckig, teilweise kreisförmig usw. Darüber hinaus muss die zentrale Längsachse nicht orthogonal zum Bodenelement und/oder der Kappe an jeweiligen gegenüberliegenden Enden ausgerichtet sein. Als ein Beispiel kann das Seitenwandelement der Dose (zusammen mit den inneren Komponenten der Dose) ein Rohr bilden, das sich entlang einer schräg ausgerichteten Achse in Bezug auf die durch das Bodenelement und/oder die Kappe definierte Ebene erstreckt. Darüber hinaus könnten die hier offenbarten Schweisstechniken auch außerhalb des Zusammenhangs von zylindrischen Batteriedosen verwendet werden und können beispielsweise auch auf Batterien mit prismatischen und pouchartigen Formfaktoren angewandt werden.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Komponenten, die in dieser Offenbarung beschrieben sind, um die Batteriezelle zu bilden, separat bereitgestellt werden können, z.B. in einem Kit, oder einzeln gebildet oder hergestellt und anschließend zusammengesetzt werden können, um die Batteriezelle zu bilden. Beispielsweise können die einzeln hergestellten Komponenten die Dose, die Kappe, die Elektrodenanordnung und die Stromabnehmerplatte umfassen. Wie oben beschrieben, kann die Stromabnehmerplatte in einer ersten Form bereitgestellt werden, die sich z.B. im Wesentlichen entlang einer einzigen Ebene erstreckt, und die Stromabnehmerplatte kann während des Einsetzens der Stromabnehmerplatte in die Dose elastisch von der ersten Form zu einer zweiten Form verformt werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden durch eine Zwangspresspassungsstruktur der äußeren Umfangskontaktfläche der Stromabnehmerplatte in Bezug auf die radial innere Oberfläche des Seitenwandelements die Ausrichtung des Seitenwandelements und der Stromabnehmerplatte und die Haftfestigkeit des zu verschweißenden Bereichs zwischen dem Seitenwandelement und der Stromabnehmerplatte gesichert, und die Bestrahlung des Lasers zum Schweißen in der axialen Richtung in die Dose kann durch den dichten Kontaktbereich verhindert werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist das Kappenverbindungsteil der Stromabnehmerplatte so ausgebildet, dass es entlang der axialen Richtung lang ist, so dass der Laser nicht direkt in die Innenseite der Dose bestrahlt wird, selbst wenn ein Abschnitt des Lasers, der zum Schweißen in der axialen Richtung bestrahlt wird, in die Lücke zwischen dem Kappenverbindungsteil und dem Seitenwandelement eindringt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Innendurchmessererweiterungsteil an der radial inneren Oberfläche des Seitenwandelements ausgebildet, um einen ersten Innendurchmesserabschnitt und einen zweiten Innendurchmesserabschnitt mit unterschiedlichen Innendurchmessern bereitzustellen. Durch Presspassen des Kappenverbindungsteils der Stromabnehmerplatte in den Abschnitt mit kleinerem Durchmesser der radial inneren Oberfläche des Seitenwandelements, der axial unter dem ersten Innendurchmesserabschnitt angeordnet ist, wird die Presspasskraft, die während der Montage erforderlich ist, gesenkt, während die Presspasskraft zwischen der Stromabnehmerplatte und dem Seitenwandelement auf den entsprechenden Abschnitt konzentriert wird, wodurch ein enger Kontakt zwischen ihnen aufrechterhalten wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung fungiert das Innendurchmessererweiterungsteil des Seitenwandelements als eine Barriere, um das Eindringen des Lasers, der in der axialen Richtung zum Schweißen bestrahlt wird, zu verhindern, wodurch zuverlässig verhindert wird, dass der Laser direkt in die Dose bestrahlt wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter den Abschnitten in der axialen Richtung des Kappenverbindungsteils der Abschnitt nahe dem gebogenen Teil einer Zwangspresspassung in den ersten Innendurchmesserabschnitt unterzogen, wodurch der Träger in der radialen Richtung des gebogenen Teils und des Elektrodenlaschenverbindungsteils in Bezug auf den Zwangspresspassungsabschnitt weiter gesichert wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung führt die gekrümmte Oberfläche, die durch das gebogene Teil der Stromabnehmerplatte bereitgestellt wird, die Zwangspresspassung der Stromabnehmerplatte während des Prozesses des Einsetzens der Stromabnehmerplatte in das Seitenwandelement, wodurch der Montagekomfort erhöht wird.
Da die Kappe gemäß der vorliegenden Offenbarung in eine Position eingesetzt wird, in der die innere Oberfläche der Kappe in der axialen Richtung mit dem axial äußeren Ende des Kappenverbindungsteils der Stromabnehmerplatte in Kontakt steht, wird die Einsetztiefe der Kappe durch die axiale Erstreckungslänge des Kappenverbindungsteils reguliert, wodurch die Montagegenauigkeit erhöht wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kommt während des Prozesses des Einsetzens der Kappe die geneigte Oberfläche, die auf dem Dickenreduzierungsteil der Kappe vorgesehen ist, in Kontakt mit dem Kappenverbindungsteil der Stromabnehmerplatte, so dass die Mittenausrichtung der Kappe in Bezug auf die Mitte der Stromabnehmerplatte erreicht werden kann, wodurch der Montagekomfort verbessert wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann, wenn die Kappe eingesetzt wird, das axial äußere Ende des Kappenverbindungsteils der Stromabnehmerplatte durch die geneigte Oberfläche des Dickenreduzierungsteils der Kappe in Richtung der Außenseite in der radialen Richtung gedrückt werden, und somit kann das axial äußere Ende des Kappenverbindungsteils näher an die zweite innere Oberfläche des Seitenwandelements gebracht werden oder mit dieser in Kontakt gebracht werden. Dementsprechend kann die Hafteigenschaft des Schweißbereichs verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Schweißleistung, die das Verschweißen des Seitenwandelements, der Kappe und der Stromabnehmerplatte ermöglicht, gesichert werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Stabilität zum Verschweißen des Seitenwandelements, der Kappe und der Stromabnehmerplatte sichergestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Montagezeit einer Batteriezelle durch das Verschweißen des Seitenwandelements, der Kappe und der Stromabnehmerplatte stark verringert werden.
Die oben beschriebenen Aspekte sollten in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend verstanden werden, und der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die Ansprüche und nicht durch die oben gegebene detaillierte Beschreibung dargestellt. Darüber hinaus sollen alle Änderungen und Modifikationen, die von den äquivalenten Konzepten sowie der Bedeutung und dem Umfang der Schutzansprüche abgeleitet sind, als im Umfang der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen ausgelegt werden.
Wie oben beschrieben, wurde die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die veranschaulichenden Zeichnungen beschrieben, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf irgendwelche Aspekte und Zeichnungen beschränkt, die hierin offenbart sind, und verschiedene Modifikationen können vom Fachmann innerhalb des Umfangs des technischen Gedankens der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden. Darüber hinaus wurden nicht alle Betriebseffekte, die sich aus der vorliegenden Offenbarung ergeben, hierin ausdrücklich beschrieben und erläutert, während die Aspekte der vorliegenden Offenbarung erläutert werden, aber ein Durchschnittsfachmann würde solche vorhersehbaren Effekte erkennen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020230073032 [0001]
KR 1020230135318 [0001]
KR 1020240069605 [0001]

Claims

Batteriezelle (72) aufweisend: ein Gehäuse (10) aufweisend ein Seitenwandelement (11), das sich in einer axialen Richtung erstreckt, und ein offenes Ende, das an einem ersten axialen Ende des Seitenwandelements (11) gebildet ist, wobei das erste axiale Ende des Seitenwandelements (11) einen ersten verjüngten Abschnitt (113) aufweist, der radial geneigt ist; eine Kappe (16), die das offene Ende bedeckt; eine Elektrodenanordnung (20), die in dem Gehäuse (10) angeordnet ist; und eine Stromabnehmerplatte (32), die die Elektrodenanordnung (20) und das Gehäuse (10) elektrisch verbindet; wobei ein radial äußerer Abschnitt der Stromabnehmerplatte (32) aufweist: eine erste Oberfläche (325), die eine äußere Kontaktfläche bildet, die durch einen äußeren Umfang des radial äußeren Abschnitts definiert ist, wobei die erste Oberfläche (325) einer inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) zugewandt ist; und eine zweite Oberfläche (326), die durch ein axial nach außen weisendes Ende des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte (32) definiert ist, wobei die zweite Oberfläche (326) einer axial nach innen weisenden Oberfläche der Kappe (16) zugewandt ist und diese berührt, und wobei die Kappe (16) aufweist: eine erste Kappenoberfläche (171), die der inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) zugewandt ist; und eine zweite Kappenoberfläche (173), wobei die zweite Kappenoberfläche (173) axial nach innen weist und die zweite Oberfläche (326) des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte (32) berührt.
Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt der inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) und mindestens ein Abschnitt der ersten Oberfläche (325) der Stromabnehmerplatte (32) durch Schweißen verbunden sind.
Batteriezelle nach Anspruch 2, wobei mindestens ein Abschnitt der inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) und mindestens ein Abschnitt der ersten Kappenoberfläche (171) durch Schweißen verbunden sind.
Batteriezelle nach Anspruch 2 oder 3, wobei mindestens ein Abschnitt der zweiten Oberfläche (326) des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte (32) und mindestens ein Abschnitt der zweiten Kappenoberfläche (173) durch Schweißen verbunden sind.
Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt der inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11), mindestens ein Abschnitt der ersten Kappenoberfläche (171) und mindestens ein Abschnitt des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte (32) zusammengeschweißt sind.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Außendurchmesser der Stromabnehmerplatte (32) vor dem Einsetzen der Stromabnehmerplatte (32) in das Gehäuse (10) größer als ein Innendurchmesser einer inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) ist, sodass die erste Oberfläche (325) des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte (32) bezüglich der inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) pressgepasst ist.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der erste verjüngte Abschnitt (113) des Seitenwandelements (11) radial nach außen verjüngt, während sich das Seitenwandelement (11) axial nach außen erstreckt.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte (32) einen gebogenen Teil (327) aufweist, wenn die Stromabnehmerplatte (32) in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, und sich der radial äußere Abschnitt von dem gebogenen Teil (327) axial nach außen erstreckt.
Batteriezelle nach Anspruch 8, wobei der gebogene Teil (327) eine gekrümmte Oberfläche definiert, die von einer radialen Richtung hin zu einer axialen Richtung gekrümmt ist, und wobei ein Außendurchmesser der Stromabnehmerplatte (32) graduell abnimmt, während sich der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte (32) axial nach innen erstreckt, und ein minimaler Außendurchmesser der gekrümmten Oberfläche kleiner als ein Innendurchmesser der inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) ist.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kappe (16) aufweist: einen Kappenkörper (160); eine geneigte Oberfläche (161) an einem radial äußeren Abschnitt des Kappenkörpers (160); und einen Verbindungsabschnitt (17), der an einer radial äußeren Seite des Kappenkörpers (160) vorgesehen ist, wobei der Verbindungsabschnitt (17) die erste Kappenoberfläche (171) und die zweite Kappenoberfläche (173) aufweist, wobei eine erste Dicke des Verbindungsabschnitts (17), gemessen in einer axialen Richtung, kleiner als eine zweite Dicke des Kappenkörpers (160), gemessen in der axialen Richtung, ist.
Batteriezelle nach Anspruch 10, wobei die geneigte Oberfläche (161) des Kappenkörpers (160) an einer axial inneren Oberfläche der Kappe (16) vorgesehen ist und sich axial nach außen erstreckt, während sich die geneigte Oberfläche (161) radial nach außen erstreckt.
Batteriezelle nach Anspruch 10 oder 11, wobei mindestens ein Abschnitt der geneigten Oberfläche (161) des Kappenkörpers (160) in Kontakt mit der Stromabnehmerplatte (32) ist.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine innere Oberfläche des Seitenwandelements (11) aufweist: eine erste innere Oberfläche (111), die benachbart zu dem ersten verjüngten Abschnitt (113) angeordnet ist und einen ersten Innendurchmesser des Gehäuses (10) definiert; und eine zweite innere Oberfläche (115), die benachbart zu dem ersten verjüngten Abschnitt (113) angeordnet ist und einen zweiten Innendurchmesser des Gehäuses (10) definiert, der größer als der erste Innendurchmesser ist.
Batteriezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kappenoberfläche (171) radial und axial außerhalb der zweiten Kappenoberfläche (173) angeordnet ist.
Kit zum Herstellen einer Batteriezelle (72), aufweisend: ein Gehäuse (10) aufweisend ein Seitenwandelement (11), das sich in einer axialen Richtung erstreckt, und ein offenes Ende, das an einem ersten axialen Ende des Seitenwandelements (11) gebildet ist; eine Kappe (16), die eingerichtet ist, das offene Ende abzudecken; eine Elektrodenanordnung (20), die eingerichtet ist, in dem Gehäuse (10) aufgenommen zu werden; eine Stromabnehmerplatte (32), die eingerichtet ist, die Elektrodenanordnung (20) und die Dose (10) elektrisch zu verbinden, wobei die Stromabnehmerplatte (32) eine erste Form vor dem Anordnen der Stromabnehmerplatte (32) in der Dose (10) definiert, und wobei die Stromabnehmerplatte (32) eine zweite Form definiert, die von der ersten Form verschieden ist, wenn die Stromabnehmerplatte (32) in der Dose (10) angeordnet wird, wobei ein radial äußerer Abschnitt der Stromabnehmerplatte (32) aufweist: eine erste Oberfläche (325), die durch einen Außenumfang des radial äußeren Abschnitts definiert ist, wenn die Stromabnehmerplatte (32) in der zweiten Form ist, wobei die erste Oberfläche (325) einer inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) zugewandt ist; und eine zweite Oberfläche (326), die durch ein axial nach außen gewandtes Ende des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte (32) definiert ist, wenn die Stromabnehmerplatte (32) in der zweiten Form ist, wobei die zweite Oberfläche (326) einem axial nach innen gewandten Oberfläche der Kappe (16) zugewandt ist und diese kontaktiert, wenn die Batteriezelle zusammengebaut wird, und wobei die Kappe (16) aufweist: eine erste Kappenoberfläche (171), die der inneren Oberfläche des Seitenwandelements (11) zugewandt ist, wenn die Batteriezelle (72) zusammengebaut wird; und eine zweite Kappenoberfläche (173), die der zweiten Oberfläche (326) des radial äußeren Abschnitts der Stromabnehmerplatte (32) zugewandt ist und diese kontaktiert, wenn die Batteriezelle (32) zusammengebaut wird.
Kit nach Anspruch 15, wobei sich der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte (32) in der ersten Form in einer radialen Richtung erstreckt, und wobei sich der radial äußere Abschnitt der Stromabnehmerplatte (32) in der zweiten Form in der axialen Richtung erstreckt.
Kit nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Stromabnehmerplatte (32) eingerichtet ist, während Einsetzens der Stromabnehmerplatte (32) in die Dose (10) von der ersten Form zu der zweiten Form elastisch verformt zu werden.