EP2467887A1 - Verfahren zum herstellen einer elektrochemischen zelle - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer elektrochemischen zelle

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EP2467887A1
EP2467887A1 EP10744891A EP10744891A EP2467887A1 EP 2467887 A1 EP2467887 A1 EP 2467887A1 EP 10744891 A EP10744891 A EP 10744891A EP 10744891 A EP10744891 A EP 10744891A EP 2467887 A1 EP2467887 A1 EP 2467887A1
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EP
European Patent Office
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electrochemical cell
molded part
current
enclosure
envelope
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10744891A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Claus-Rupert Hohenthanner
Jens Meintschel
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Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an electrochemical cell, in particular a flat battery cell, as well as an electrochemical cell produced by such a method.
  • DE 600 29 123 T2 shows a galvanic cell.
  • an electric cell is received in the form of a roll pack within a metal sleeve.
  • a positive and a negative current collector which are connected to electrodes of the roll pack.
  • An annular plastic element is provided which electrically isolates the positive pole from the metal can.
  • the invention has for its object to provide an improved method for producing an electrochemical cell.
  • the electrochemical cell according to the invention comprises or has an electrode stack with at least two electrodes, which are separated from one another by a separator. Furthermore, the electrochemical cell has an enclosure consisting of at least two parts, which is liquid-tight. is closed. At least two current conductors are provided, which are electrically connected to the electrodes and extend through the enclosure to the outside.
  • the current conductors are connected to a molded part by a shaping process.
  • the molding is connected to the enclosure.
  • the current collector preferably penetrates the enclosure in an opening of the enclosure.
  • the opening of the envelope is preferably formed at an interface between the at least two parts of the envelope.
  • the molded part can in particular seal together with the current collector the opening of the enclosure.
  • the molding is connected to an opening of the enclosure with the enclosure, in particular connected to the opening such that the molding in particular closes together with the current collector the opening completely and / or liquid-tight. It can be made a cohesive connection between the molding and the parts of the enclosure.
  • a current conductor means a device which also controls the flow of electrons from an electrode in the direction of a
  • a current collector may be electrically connected to an electrode or active electrode mass of an electrode stack and further to a connection cable.
  • the shape of the current conductor can be adapted to the shape of the electrode stack.
  • a current collector is plate-shaped or foil-like.
  • each electrode of an electrode stack has its own current conductor or electrodes of the same polarity are connected to a common current conductor.
  • the envelope is preferably gas and liquid tight, so that aterial metal with the environment can not take place.
  • the electrode stack is disposed within the enclosure. At least one Current conductors, in particular two current conductors, extend out of the enclosure and serve to connect the electrode stack. However, a plurality of current conductors can also extend out of the enclosure, in particular two or four current conductors.
  • the outwardly extending current conductors preferably represent the positive pole connection and the negative pole connection of the electrochemical cell.
  • an electrode stack is to be understood as a device which, as an assembly of a galvanic or electrochemical cell, also serves to store chemical energy and to deliver electrical energy.
  • the electrode stack has a plurality of plate-shaped
  • Electrodes at least two electrodes, namely an anode and a cathode, and a separator which at least partially receives the electrolyte.
  • at least one anode, a separator and a cathode are stacked or stacked, wherein the separator is at least partially disposed between the anode and the cathode.
  • This sequence of anode, separator and cathode can be repeated as often as desired within the electrode stack.
  • the plate-shaped elements are wound into an electrode winding.
  • electrode stack is also used for electrode windings
  • the electrode stack has a plurality of electrode pairs and separators. Particularly preferably, some electrodes are connected to each other in particular electrically.
  • the shaping process comprises at least one casting process, in particular an injection molding process.
  • the casting process is an injection molding process.
  • as the casting material is an insulating
  • the molding can be made in particular of a material which has a certain hardness after the casting process. Closing the enclosure of an electrochemical cell is often associated with pressure applied to seams. Since the pressure can also be applied to a molded part, molded parts that have a certain hardness, more robust against the stresses of the manufacturing process.
  • at least one current conductor is at least partially enclosed or encapsulated by the molded part during the shaping process. Under at least partially enclosed or partially encapsulated is to be understood in particular that the current conductor is at least annularly enclosed by the molding during the molding process or
  • the current collector is preferably enclosed by at least two, in particular on all sides of a preferably one-piece molded part at least.
  • the molded part preferably forms an annularly closed sheath, which can serve in particular as a support surface for the opening of the enclosure of the electrochemical cell.
  • the molded part is preferably designed to form an insulating layer between a current conductor and at least a part of the envelope, in particular in the region of the opening of the envelope.
  • ends of the current collector can protrude out of the molded part during and after the casting process.
  • the protruding ends in particular represent a region of the current conductor which is arranged in a finished electrochemical cell within the enclosure of an electrochemical cell.
  • another projecting end of the current conductor represents the region of the current conductor which is arranged on the finished electrochemical cell outside the envelope of the electrochemical cell.
  • the molding process is a casting process, in particular an injection molding process
  • the current conductor of the Molded part to be encapsulated during the molding process.
  • a current conductor, in particular two or more current conductors are placed in a mold and then at least partially enclosed by a casting material, in particular encapsulated.
  • At least two current conductors are at least partially enclosed, in particular encapsulated, by the same molded part during the casting process. Furthermore, further, in particular all current conductors of an electrochemical cell can be at least partially enclosed by the same molded part.
  • the same molded part is to be understood in particular as meaning that the molded part forms a single body, namely a one-piece molded part
  • a single molded part preferably encloses at least two current conductors
  • the molded part may preferably hold the two current collectors at a distance from one another and thus act as spacers
  • a molded part can be fixedly connected to two current conductors
  • the molded part is in the form of a sealing band
  • the molded part may be designed in the form of a sealing strip.
  • a sealing strip encloses in particular two or more current conductors and these in each case preferably annularly, and in particular forms a circumferential surface which can serve to abut an opening of an enclosure of the electrochemical cell. Due to the fact that the sealing strip can enclose a plurality of current conductors, a narrowing, in particular at a fastening flange of the envelope, in the region between two adjacent current conductors can be avoided. Furthermore, the preparation of previously individually executed sealant can be summarized.
  • the molded part can be designed in the form of a circumferential sealing frame.
  • a sealing frame encloses in particular two or more current conductors.
  • the sealing band is preferably firmly connected to two current conductors, in particular materially connected.
  • the sealing frame itself has a circumferentially closed shape, on which two halves of an envelope can each be flanged from two different sides.
  • the sealing frame preferably represents the interface of two, in particular shell-shaped, wrapping halves or shells.
  • the molding is formed as an injection molded part.
  • the molded part encloses at least one of the current conductors at least partially, in particular in the region of the arrester leadthrough.
  • the molding preferably projects beyond the enclosure at least in the sealing area.
  • protrusion means in particular that the shaped part extends in the direction along the current conductor in a direction from the cell interior to the cell exterior further in the direction of the cell exterior than the enclosure. It can be provided that in the region of an opening, the molding is generally designed to be longer than in another area of the enclosure. In this case, the molded part has a portion which is arranged outside the opening and is not in contact with a part of the enclosure.
  • the envelope in the region of an opening, is made shorter than in another region of the envelope.
  • the term longer or shorter refers in the present case to the expansion of the envelope or of the molded part in the direction from the cell interior to the cell exterior, ie in the direction of breakthrough of the opening.
  • FIG. 1 shows an inventive electrochemical cell in a first embodiment
  • FIG. 1 shows an inventive electrochemical cell 1 in a first embodiment.
  • the electrochemical cell has an electrode stack 5, which is arranged within a casing 2. To the electrodes of the electrode stack 5, two current conductors 3 are connected, which penetrate the sheath 2 and thus represent the outer terminals of the electrochemical cell 1.
  • the envelope 2 is formed from two counterparts shaped envelope parts, namely shells 4.
  • Each shell 4 has a circumferential mounting flange 15. At the mounting flange 15, the two shells 4 are attached to each other and attached to each other. It can be seen that the shells 4 each have two recesses 10 on the mounting flange 15. In the assembled state of the shells 4, the two recesses 10 are in coincidence with each other, so that in each case an opening 11 of the enclosure 2 results.
  • Enclosure 2 on which the openings 1 are provided, is referred to as sealing area 9.
  • sealing area 9 Through the openings 1, the current conductors 3 extend from the inside of the cell to the outside.
  • the current conductors 3 in the sealing area 9 have molded parts which, in the present embodiment, each have a shape
  • Siegelbandes 6 configured.
  • the sealing strip 6 is made of plastic and attached to the current collector 3 in an injection molding process, namely sprayed around the current conductor around. First, the current conductor was placed in a mold and then encapsulated by the injection molding material. For each
  • Current conductor 3 is a separate sealing strip 6 is provided which surrounds the Stromabieiter annular.
  • the sealing strip 6 fills together with the current collector 3 each have an opening 11 and it closes an annular space between the recesses 10 of the shells 4 and the current conductor.
  • the shell 4 is made of a multilayer material and has a first layer 12 made of aluminum.
  • a second layer 13, which is provided within the aluminum layer 12, is made of plastic and thus one
  • the shell 4 may have been made by deep drawing.
  • the sealing band 6 projects beyond the shells 4 along a
  • Breakthrough direction which is parallel to the orientation of the Stromableiters 3.
  • the sealing strip 6 extends further out of the opening 11 than the shell 4. This causes an improved insulation between the current conductor 3 and 4 shell.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the electrochemical cell 1 according to the invention, which essentially corresponds to the first embodiment. Therefore, only the differences from the first embodiment will be discussed below.
  • the molded part is shown in the form of a sealing strip 7, which is arranged around both current conductors 3 as an injection-molded part.
  • the sealing strip 7 surrounds the current conductor 3 in each case in a ring.
  • the sealing strip 7 electrically isolates the current conductor 3 from the shells 4.
  • the sealing strip 7 fills together with the two Stromableitem 3, the opening 11. Since only one opening is provided, through which both current conductors 3 extend at the same time, no restriction 14 between two openings 11 is provided in the enclosure 2 according to the second embodiment. Also in the second embodiment, the sealing strip 7 projects beyond the shell 4 in the region of the opening 11.
  • FIG. 3 shows an inventive electrochemical cell 1 in a third embodiment.
  • the third embodiment largely corresponds to the second embodiment, wherein in the following only the differences from the second embodiment will be discussed.
  • the sealing means are shown in the form of a circumferential sealing frame 8, which has a constant cross-sectional thickness D over the entire frame region.
  • the sealing frame 8 encloses the two current conductors 3 annularly.
  • the sealing frame 8 has a circumferentially closed shape, on each of which the two shells 4 are flanged with their respective mounting flanges 15 from two different sides.
  • the sealing frame 8 has over its entire circumference on a constant cross-sectional thickness D. On the shells 4, which are brought into contact with the sealing frame 8, therefore, no recesses are provided, which form openings.
  • a circumferential opening 11 is formed between the shells 4 of the sheath 5, which is represented by a constant gap between the two shells 4.
  • the gap has a constant over the entire circulation cross-sectional thickness D and is completely closed by the rotating seal frame 8.
  • the sealing frame 8 is identical in its dimensions to the expansions of the mounting flange 15 of Enclosure 2 configured and is disposed over the entire region of the circumferential mounting flange 15 between the two shells 4 of the enclosure 2.
  • a circumferential opening 11 between the fastening shells 4 is produced by a spaced arrangement of the two shells 4 to each other, which is filled by the sealing frame 8 and by the sealed frame 8 current conductor 3.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle (1), die einen Elektrodenstapel (5) mit wenigstens zwei Elektroden, welche durch einen Separator voneinander getrennt sind, eine aus wenigstens zwei Teilen (4) bestehende Umhüllung (2), welche flüssigkeitsdicht geschlossen ist, sowie wenigstens zwei Stromableiter (3), die elektrisch mit diesen Elektroden verbunden sind und sich durch die Umhüllung (2) nach außen erstrecken, aufweist, werden zunächst in einem ersten Verfahrensschritt die Stromableiter (3) durch einen Formgebungsprozess mit einem Formteil (6, 7, 8) verbunden und wird in einem zweiten Verfahrensschritt dieses Formteil (6, 7, 8) mit der Umhüllung (2) verbunden.

Description

Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle, insbesondere einer Flachbatteriezelle, sowie eine nach einem solchen Verfahren hergestellte elektrochemische Zelle.
Die DE 600 29 123 T2 zeigt eine galvanische Zelle. Dabei ist innerhalb einer Metallbüchse eine elektrische Zelle in Form einer Rollenpackung aufgenommen. Es sind ein positiver und ein negativer Stromabnehmer vorgesehen, die mit Elektroden der Rollenpackung verbunden sind. Es ist ein ringförmiges Kunststoffelement vorgesehen, welches den positiven Pol von der Metallbüchse elektrisch isoliert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle nach Anspruch 1 sowie durch eine elektrochemische Zelle nach Anspruch. 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die elektrochemische Zelle gemäß der Erfindung umfasst bzw. weist auf einen Elektrodenstapel mit wenigstens zwei Elektroden, welche durch einen Separator voneinander getrennt sind. Ferner weist die elektrochemische Zelle eine aus wenigstens zwei Teilen bestehende Umhüllung auf, welche flüssigkeitsdicht ge- schlossen ist. Es sind wenigstens zwei Stromableiter vorgesehen, die elektrisch mit den Elektroden verbunden sind und sich durch die Umhüllung nach außen erstrecken. In einem ersten Verfahrensschritt werden die Stromableiter durch einen Formgebungsprozess mit einem Formteil verbunden. In einem zweiten Verfahrensschritt wird das Formteil mit der Umhüllung verbunden. Der Stromableiter durchdringt dabei vorzugsweise die Umhüllung in einer Öffnung der Umhüllung. Die Öffnung der Umhüllung ist dabei vorzugsweise an einer Nahtstelle zwischen den wenigstens zwei Teilen der Umhüllung gebildet. Das Formteil kann insbesondere zusammen mit dem Stromableiter die Öffnung der Umhüllung abdichten. Dazu wird das Formteil an einer Öffnung der Umhüllung mit der Umhüllung verbunden, insbesondere derart mit der Öffnung verbunden, dass das Formteil insbesondere zusammen mit dem Stromableiter die Öffnung vollständig und/oder flüssigkeitsdicht verschließt. Es kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Formteil und den Teilen der Umhüllung hergestellt werden.
Vorliegend ist unter einem Stromableiter eine Einrichtung zu verstehen, welche auch den Fluss von Elektronen aus einer Elektrode in Richtung eines
elektrischen Verbrauchers ermöglichen kann. Der Stromableiter kann auch in entgegengesetzter Stromrichtung wirken. Ein Stromableiter kann elektrisch mit einer Elektrode bzw. einer aktiven Elektrodenmasse eines Elektrodenstapels und weiter mit einem Anschlusskabel verbunden sein. Die Gestalt des Stromableiters kann an die Gestalt des Elektrodenstapels angepasst sein. Vorzugsweise ist ein Stromableiter plattenförmig oder folienartig ausgebildet. Vorzugsweise weist jede Elektrode eines Elektrodenstapels einen eigenen Stromableiter auf bzw. Elektroden gleicher Polarität sind mit einem gemeinsamen Stromableiter verbunden.
Unter Umhüllung ist im Rahmen der Erfindung eine zumindest teilweise
Begrenzung zu verstehen, welche der Elektrodenstapel nach außen hin ab- grenzen kann. Die Umhüllung ist vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht, so dass ein aterialaustausch mit der Umgebung nicht stattfinden kann. Der Elektrodenstapel ist innerhalb der Umhüllung angeordnet. Wenigstens ein Stromableiter, insbesondere zwei Stromableiter, erstrecken sich aus der Umhüllung hinaus und dienen zum Anschließen des Elektrodenstapels. Jedoch können sich auch mehrere Stromableiter aus der Umhüllung erstrecken, insbesondere zwei oder vier Stromableiter. Die sich nach außen erstreckenden Stromableiter stellen dabei vorzugsweise den Pluspolanschluss und den Minuspolanschluss der elektrochemischen Zelle dar.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Elektrodenstapel eine Einrichtung zu verstehen, welche als Baugruppe einer galvanischen bzw. elektrochemischen Zelle auch der Speicherung chemischer Energie und zur Abgabe elektrischer Energie dient. Dazu weist der Elektrodenstapel mehrere plattenförmige
Elemente auf, wenigstens zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, und einen Separator, welcher den Elektrolyt wenigstens teilweise aufnimmt. Vorzugsweise sind wenigstens eine Anode, ein Separator und eine Kathode übereinander gelegt bzw. gestapelt, wobei der Separator wenigstens teilweise zwischen Anode und Kathode angeordnet ist. Diese Abfolge von Anode, Separator und Kathode kann sich innerhalb des Elektrodenstapels beliebig oft wiederholen. Vorzugsweise sind die plattenförmigen Elemente zu einem Elektrodenwickel aufgewickelt. Nachfolgend wird der Begriff„Elektroden- stapel" auch für Elektrodenwickel verwendet. Vor der Abgabe elektrischer
Energie wird gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie gewandelt. Während des Ladens wird die dem Elektrodenstapel zugeführte elektrische Energie in chemische Energie gewandelt und abgespeichert. Vorzugsweise weist der Elektrodenstapel mehrere Elektrodenpaare und Separatoren auf. Besonders bevorzugt sind einige Elektroden untereinander insbesondere elektrisch miteinander verbunden.
Vorzugsweise umfasst der Formgebungsprozess zumindest ein Gießverfahren, insbesondere ein Spritzgießverfahren. Vorzugsweise ist das Gießverfahren ein Spritzgießverfahren. Vorzugsweise wird als Gießmasse ein isolierendes
Material, insbesondere Kunststoff verwendet. Durch die Herstellung des Formteils mittels eines Gießverfahrens kann das Formteil insbesondere aus einem Material hergestellt werden, welches nach dem Gießverfahren eine gewisse Härte aufweist. Das Verschließen der Um- hüllung einer elektrochemischen Zelle geht häufig im Zusammenhang mit einem Druckaufbringen auf Nahtstellen einher. Da der Druck dabei auch auf ein Formteil aufgebracht werden kann, sind Formteile, die eine gewisse Härte aufweisen, robuster gegenüber den Beanspruchungen des Fertigungsprozesses. Vorzugsweise wird zumindest ein Stromableiter während des Formgebungsprozesses zumindest teilweise von dem Formteil umschlossen bzw. umspritzt. Unter zumindest teilweise umschlossen bzw. teilweise umspritzt ist dabei insbesondere zu verstehen, dass der Stromableiter während des Formgebungsprozesses zumindest ringförmig von dem Formteil umschlossen wird bzw.
umspritzt wird. Der Stromableiter wird dabei vorzugsweise von zwei, insbesondere allen Seiten von einem vorzugsweise einstückigen Formteil zumindest ringförmig umschlossen. Das Formteil bildet dabei vorzugsweise eine ringförmig geschlossene Ummantelung, die insbesondere als Auflagefläche für die Öffnung der Umhüllung der elektrochemischen Zelle dienen kann. Das Formteil ist vorzugsweise ausgebildet, um eine isolierende Schicht zwischen einem Stromableiter und zumindest einem Teil der Umhüllung insbesondere im Bereich der Öffnung der Umhüllung zu bilden.
Dabei können Enden des Stromableiters während und nach dem Gießvorgang aus dem Formteil heraus ragen. Die heraus ragenden Enden stellen insbesondere einen Bereich des Stromableiters dar, der in einer fertigen elektrochemischen Zelle innerhalb der Umhüllung einer elektrochemischen Zelle angeordnet ist. Ferner stellt insbesondere ein anderes heraus ragendes Ende des Stromableiters den Bereich des Stromableiters dar, der an der fertigen elektro- chemischen Zelle außerhalb der Umhüllung der elektrochemischen Zelle angeordnet ist. Insbesondere wenn das Formgebungsverfahren ein Gießverfahren, insbesondere ein Spritzgießverfahren ist, kann der Stromableiter von dem Formteil während des Formgebungsprozesses umspritzt werden. Dabei kann ein Stromableiter, insbesondere zwei oder mehrere Stromableiter in eine Gießform eingelegt werden und anschließend von einer Gießmasse zumindest teilweise umschlossen werden, insbesondere umspritzt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest zwei Stromableiter während des Gießverfahrens zumindest teilweise von demselben Formteil umschlossen, insbesondere umspritzt werden. Es können ferner weitere, insbesondere sämtliche Stromableiter einer elektrochemischen Zelle zumindest teilweise von demselben Formteil umschlossen werden. Unter der Formulierung „demselben Formteil" ist dabei insbesondere zu verstehen, dass das Formteil einen einzigen Körper, nämlich ein einstückiges Formteil bildet. Insofern ist vorzugsweise sämtliches Material desselben Formteils räumlich und körperlich miteinander verbunden. Insofern umschließt vorzugsweise ein einzelnes Form- teil zumindest zwei Stromableiter. Das Formteil isoliert vorzugsweise die beiden Stromableiter gegeneinander. Das Formteil kann vorzugsweise zwei Stromableiter gegeneinander auf Abstand halten und somit als Abstandshalter wirken. Ein Formteil kann fest mit zwei Stromableitern verbunden sein. Vorzugsweise ist das Formteil in Form eines Siegelbandes ausgebildet. Ein Siegelband umschließt dabei insbesondere ausschließlich einen einzelnen Stromableiter ringförmig und bildet dabei insbesondere eine umlaufende Fläche, die zur Anlage einer Öffnung einer Umhüllung der elektrochemischen Zelle dienen kann.
In einer alternativen Ausführung kann das Formteil in Form einer Siegelleiste ausgebildet sein. Eine Siegelleiste umschließt dabei insbesondere zwei oder mehrere Stromableiter und diese jeweils vorzugsweise ringförmig und bildet dabei insbesondere eine umlaufende Fläche, die zur Anlage einer Öffnung einer Umhüllung der elektrochemischen Zelle dienen kann. Dadurch, dass die Siegelleiste mehrere Stromableiter umschließen kann, kann eine Verengung insbesondere an einem Befestigungsflansch der Umhüllung im Bereich zwischen zwei benachbart angeordneten Stromableitern vermieden werden. Ferner kann die Herstellung bisher einzeln ausgeführter Siegelmittel zusammengefasst werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Formteil in Form eines umlaufenden Siegelrahmens ausgebildet sein. Ein Siegelrahmen umschließt dabei insbesondere zwei oder mehrere Stromableiter. Das Siegelband ist vorzugsweise fest mit zwei Stromableitern, insbesondere stoffschlüssig, verbunden. Ferner weist der Siegelrahmen selbst eine umlaufend geschlossene Form auf, an der jeweils von zwei unterschiedlichen Seiten zwei Hälften einer Umhüllung angeflanscht werden können. Insofern stellt der Siegelrahmen vorzugsweise die Nahtstelle zweier, insbesondere schalenförmiger, Umhüllungs- hälften oder Schalen dar. Der Vorteil eines derartigen Siegelrahmens liegt darin, dass die gesamte Nahtstelle an einer Umhüllungshälfte eben ausbildet sein kann, ohne dass die Nahtstelle eine dreidimensionale Krümmung in Form einer Ausnehmung aufweist. Dies erleichtert die Montage und ist einer besseren Dichtwirkung förderlich.
Vorzugsweise ist das Formteil als Spritzgussteil ausgebildet. Das Formteil umschließt zumindest einen der Stromableiter zumindest teilweise, insbesondere im Bereich der Ableiterdurchführung. Das Formteil überragt vorzugsweise zumindest im Siegelbereich die Umhüllung. Unter Überragen ist dabei insbesondere zu verstehen, dass sich das Formteil in Richtung entlang des Stromableiters in einer Richtung vom Zellinneren zum Zelläußeren weiter in Richtung Zelläußeres erstreckt als die Umhüllung. Dabei kann vorgesehen sein, dass im Bereich einer Öffnung das Formteil grundsätzlich länger gestaltet ist als in einem anderen Bereich der Umhüllung. Dabei weist das Formteil einen Abschnitt auf, welcher außerhalb der Öffnung angeordnet ist und nicht mit einem Teil der Umhüllung in Anlage ist. Alternativ oder in Kombination hierzu kann vorgesehen sein, dass im Bereich einer Öffnung die Umhüllung verkürzt gestaltet ist als in einem anderen Bereich der Umhüllung. Die Bezeichnung länger oder kürzer bezieht sich im vorliegenden Fall auf die Ausdehnung der Umhüllung oder des Formteils in Richtung vom Zellinneren zum Zelläußeren, also in Durchbruchrichtung der Öffnung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle in einer ersten Ausführungsform
a) in perspektivischer Ansicht,
b) in Explosionsdarstellung,
c) einen Stromableiter mit aufgespritztem Siegelband in Einzelheit, d) im Querschnitt,
e) im vergrößerten Querschnitt den Siegelbereich;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle in einer zweiten Ausführungsform
a) in perspektivischer Ansicht,
b) in Explosionsdarstellung,
c) einen Stromableiter mit aufgespritzter Siegelleiste in Einzelheit, d) den Siegelbereich im vergrößerten Querschnitt; und
Fig. 3 eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle in einer dritten Ausführungsform
a) in perspektivischer Darstellung,
b) in Explosionsdarstellung,
c) einen Stromableiter mit aufgespritztem Siegelrahmen in Einzelheit, d) den Siegelbereich im vergrößerten Querschnitt. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle 1 in einer ersten Ausführungsform. Die elektrochemische Zelle weist einen Elektrodenstapel 5 auf, welcher innerhalb einer Umhüllung 2 angeordnet ist. An die Elektroden des Elektrodenstapels 5 sind zwei Stromableiter 3 angeschlossen, welche die Umhüllung 2 durchdringen und insofern die äußeren Anschlüsse der elektrochemischen Zelle 1 darstellen. Die Umhüllung 2 ist aus zwei gegengleich gestalteten Umhüllungsteilen, nämlich Schalen 4 gebildet.
Jede Schale 4 weist einen umlaufenden Befestigungsflansch 15 auf. An den Befestigungsflansch 15 sind die beiden Schalen 4 miteinander in Anlage und miteinander befestigt. Dabei ist zu erkennen, dass die Schalen 4 am Befestigungsflansch 15 jeweils zwei Ausnehmungen 10 aufweisen. Im zusammengesetzten Zustand der Schalen 4 sind die beiden Ausnehmungen 10 miteinander in Überdeckung, sodass sich jeweils eine Öffnung 11 der Umhüllung 2 ergibt. Der Bereich der
Umhüllung 2, an dem die Öffnungen 1 vorgesehen sind, wird als Siegelbereich 9 bezeichnet. Durch die Öffnungen 1 erstrecken sich die Stromableiter 3 von dem Inneren der Zelle nach außen hindurch.
Um die Stromableiter 3 gegenüber den Schalen 4 elektrisch zu isolieren, weisen die Stromableiter 3 im Siegelbereich 9 Formteile auf, die in der vorliegenden Ausführungsform in Form jeweils eines
Siegelbandes 6 ausgestaltet. Das Siegelband 6 ist aus Kunststoff hergestellt und um die Stromableiter 3 in einem Spritzgussverfahren angebracht, nämlich um die Stromableiter herum gespritzt. Dabei wurde zunächst der Stromableiter in eine Gießform eingelegt und anschließend von dem Spritzgussmaterial umspritzt. Für jeden
Stromableiter 3 ist dabei ein separates Siegelband 6 vorgesehen, welches den Stromabieiter ringförmig umschließt. Das Siegelband 6 füllt gemeinsam mit dem Stromableiter 3 jeweils eine Öffnung 11 aus und verschließt dabei einen Ringraum zwischen den Ausnehmungen 10 der Schalen 4 und dem Stromableiter 3.
Die Schale 4 ist aus einem mehrschichtigen Material hergestellt und weist eine erste Schicht 12 auf, die aus Aluminium hergestellt ist. Eine zweite Schicht 13, welche innerhalb der Aluminiumschicht 12 vorgesehen ist, ist aus Kunststoff hergestellt und insofern eine
Kunststoffschicht 13. Insbesondere in Figur 1b) ist zu erkennen, dass zwischen den beiden Ausnehmungen 10 jeweils eine Verengung 14 an dem Befestigungsflansch 15 der beiden Schalen 4 vorgesehen ist. Die beiden Verengungen 14 der beiden Schalen 4 sind bei der
geschlossenen elektrochemischen Zelle in Anlage miteinander. Ein weiteres Mittel zur Abdichtung zwischen den beiden Verengungen 14 ist insofern nicht vorgesehen. Die Schale 4 kann mittels Tiefziehen hergestellt worden sein.
Das Siegelband 6 überragt die Schalen 4 entlang einer
Durchbruchrichtung, die parallel zur Ausrichtung des Stromableiters 3 verläuft. Dabei erstreckt sich das Siegelband 6 weiter aus der Öffnung 11 heraus als die Schale 4. Dies bewirkt eine verbesserte Isolation zwischen Stromableiter 3 und Schale 4.
Die Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle 1 , die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Daher wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform eingegangen.
Wie insbesondere aus Figur 2b) zu erkennen ist, ist lediglich eine einzige Ausnehmung 10 am Befestigungsflansch 15 der Schalen 4 vorgesehen, durch die sich beide Stromableiter 3 durch die Umhüllung 2 hindurcherstrecken. Ferner ist zu erkennen, dass das Formteil in Form einer Siegelleiste 7 dargestellt ist, das als Spritzgussteil um beide Stromableiter 3 herum angeordnet ist. Dabei wurden zunächst beide Stromableiter in eine Gießform eingelegt und anschließend von dem Spritzgussmaterial umspritzt. Die Siegelleiste 7 umschließt die Stromableiter 3 jeweils ringförmig. Die Siegelleiste 7 isoliert den Stromableiter 3 elektrisch gegenüber den Schalen 4 ab. Die Siegelleiste 7 füllt gemeinsam mit den beiden Stromableitem 3 die Öffnung 11 aus. Da nur eine Öffnung vorgesehen ist, durch die sich beide Stromableiter 3 zugleich hindurch erstrecken, ist in der Umhüllung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform keine Verengung 14 zwischen zwei Öffnungen 1 1 vorgesehen. Auch in der zweiten Ausführungsform überragt die Siegelleiste 7 die Schale 4 im Bereich der Öffnung 1 1.
Die Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle 1 in einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform entspricht weitgehend der zweiten Ausführungsform, wobei im Folgenden nur auf die Unterschiede zur zweiten Ausführungsform eingegangen wird.
Wie insbesondere aus Figur 3c) zu erkennen ist, sind die Siegelmittel in Form eines umlaufenden Siegelrahmens 8 dargestellt, welcher eine konstante Querschnittsdicke D über den ganzen Rahmenbereich aufweist. Der Siegelrahmen 8 umschließt dabei die zwei Stromableiter 3 ringförmig. Dabei weist der Siegelrahmen 8 eine umlaufend geschlossene Form auf, an der jeweils von zwei unterschiedlichen Seiten die beiden Schalen 4 mit ihren jeweiligen Befestigungsflanschen 15 angeflanscht werden. Der Siegelrahmen 8 weist dabei über seinen gesamten Umfang eine konstante Querschnittsdicke D auf. An den Schalen 4, die in Anlage mit dem Siegelrahmen 8 gebracht werden, sind daher keinerlei Ausnehmungen mehr vorzusehen, welche Öffnungen bilden. Anders ausgedrückt ist zwischen den Schalen 4 der Umhüllung 5 eine umlaufende Öffnung 11 gebildet, welche durch einen konstantbleibenden Spalt zwischen den beiden Schalen 4 dargestellt ist. Der Spalt weist eine über den gesamten Umlauf konstante Querschnittsdicke D auf und wird durch den umlaufenden Siegelrahmen 8 vollständig verschlossen. Der Siegelrahmen 8 ist in seinen Ausdehnungen identisch zu den Ausdehnungen des Befestigungsflansches 15 der Umhüllung 2 ausgestaltet und ist über den gesamten Bereich des umlaufenden Befestigungsflansches 15 zwischen den beiden Schalen 4 der Umhüllung 2 angeordnet. Eine umlaufende Öffnung 11 zwischen den Befestigungsschalen 4 wird dabei durch eine beabstandete Anordnung der beiden Schalen 4 zu- einander hergestellt, die durch den Siegelrahmen 8 bzw. durch die Siegelrahmen 8 umschlossenen Stromableiter 3 ausgefüllt wird.
Bezugszeichenliste
1 elektrochemische Zelle
2 Umhüllung
3 Stromableiter
4 Schale
5 Elektrodenstapel
6 Siegelband
7 Siegelleiste
8 Siegelrahmen
9 Siegelbereich
10 Ausnehmung
11 Öffnung
12 Aluminiumschicht
13 Kunststoffschicht
14 Verengung
15 Befestigungsflansch
D Querschnittsdicke

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle (1), die einen Elektrodenstapel (5) mit wenigstens zwei Elektroden, welche durch einen Separator voneinander getrennt sind, eine aus wenigstens zwei Teilen (4) bestehende Umhüllung (2), welche flüssigkeitsdicht geschlossen ist, und wenigstens zwei Stromableiter (3), die elektrisch mit diesen Elektroden verbunden sind und sich durch die Umhüllung (2) nach außen erstrecken, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zunächst in einem ersten Verfahrensschritt die Stromableiter (3) durch einen Formgebungsprozess mit einem Formteil (6, 7, 8) verbunden werden und dass in einem zweiten Verfahrensschritt dieses Formteil (6, 7, 8) mit der Umhüllung (2) verbunden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Formteil (6, 7, 8) an einer Öffnung (11) der Umhüllung (2) mit der Umhüllung (2) verbunden wird.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Formgebungsprozess zumindest ein Gießverfahren, insbesondere ein Spritzgießverfahren umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Stromableiter (3), insbesondere zwei oder mehrere Stromableiter (3) in eine Gießform eingelegt werden und anschließend von einer Gießmasse zumindest teilweise umschlossen werden, insbesondere umspritzt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Stromableiter (3) während des Formgebungsprozesses zumindest teilweise von dem Formteil (6, 7, 8) umschlossen wird, insbesondere umspritzt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest zwei Stromableiter (3) von demselben Formteil (7, 8) zumindest teilweise umschlossen, insbesondere umspritzt werden.
Elektrochemische Zelle (1), die mittels eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Elektrochemische Zelle nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Formteil in Form eines Siegelbandes (6) ausgebildet ist.
9. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Formteil in Form einer Siegelleiste (7) ausgebildet ist.
10. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Formteil in Form eines umlaufenden Siegelrahmens (8) ausgebildet ist.
1 1. Elektrochemische Zelle nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
das Formteil (6, 7, 8) ein Spritzgussteil ist, welches insbesondere den Stromableiter (3) zumindest teilweise umschließt.
12. Elektrochemische Zelle nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Formteil (6, 7, 8) zumindest im Bereich der Öffnung (1 1 ) die Umhüllung (2) überragt.
13. Batterieanordnung mit zumindest einer elektrochemischen Zelle (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12.
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