EP2559081A1 - Folienableiter für flachzellen und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Folienableiter für flachzellen und verfahren zu dessen herstellung

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EP2559081A1
EP2559081A1 EP11719761A EP11719761A EP2559081A1 EP 2559081 A1 EP2559081 A1 EP 2559081A1 EP 11719761 A EP11719761 A EP 11719761A EP 11719761 A EP11719761 A EP 11719761A EP 2559081 A1 EP2559081 A1 EP 2559081A1
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EP
European Patent Office
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zone
foil
contacting
coating
conductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11719761A
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English (en)
French (fr)
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Frank Blome
Roland Weixler
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to foil arrester for flat cells, in particular foil arrester for lithium-ion cells.
  • Such cells essentially consist of planar electrodes or electrode stacks arranged in an electrolyte, the negative pole (anode) and the positive pole (cathode) being separated by a separator layer which is permeable to Li + ions.
  • the cell is insulated and sealed to the outside to the neighboring cell or to the environment with an aluminum-laminated packaging film.
  • the arrester lugs can then be connected to other cells or a busbar.
  • Abieiter usually metal strips or metal foils are used, wherein for the Minusabieiter usually nickel-plated copper sheet is used for the Plusableiter aluminum sheet.
  • the Abieiter must fulfill several functions:
  • Ultrasonic welding connections in the contacting zone have the disadvantage that the region in which the conductor passes through the packaging film and is glued to it (adhesive zone) can be damaged by the vibration energy introduced in the process.
  • the region of the Abieiters that is connected to the electrodes in the cell interior (connection zone) can be damaged by the ultrasonic welding process, whereby the quality of the electrical connection between Abieiter and electrodes deteriorates.
  • the Abieiter must be designed so that the cell is permanently sealed even in the area of the above-mentioned adhesive zone.
  • the sealing of the foil conductors with the outer shell of the cell takes place by means of a thermal melting / gluing process;
  • the Abieiter are often reinforced with a plastic film or similar insulation material in the adhesive zone to improve the connection and to ensure the electrical insulation against the metal layer in the laminated packaging film.
  • the adhesive bond of the untreated aluminum arrester can be easily infiltrated chemically and thus represents a permanent risk of leakage.
  • the invention thus has the object to provide an improved foil conductor, which is easy to contact electrically and can be realized with the cells with increased density.
  • the film collector for flat cells has a contacting zone for contacting with further cells or bus bars, an adhesive zone for bonding to a packaging film of a cell and a connection zone for connection to an electrode film within the cell.
  • at least two of the zones have a different surface texture from each other.
  • the surface structure changes, for example, a strip-shaped Folienableiters in the longitudinal direction of the strip. This can make the fact The requirements for the surface of the film deflector differ depending on the respective position on the Abieiter.
  • the foil conductor can have, for example, an aluminum basic structure as positive conductor, and the adhesive zone can be provided with a primer / conversion layer
  • the primer may be trivalent and hexavalent chromic acid solutions, chromium-free solutions based on titanium or zirconium, as well as anodically produced oxide layers (anodized, hardeloxal).
  • trivalent chromium offers the following advantages: good solubility in an acidic aqueous medium, in which conversion layers are generally formed on aluminum
  • reaction products chromium (III) oxides
  • said adhesive layers are immediately covered in a bathing process with a polymer layer as a pre-sealant;
  • the said layer can also be designed as a film, in particular as a film which has been melted directly after the adhesion coating.
  • the use of a primer is not mandatory.
  • the polymer layer protects on the one hand the adhesive surface of the Abieiters against subsequent contamination by handling and can be subsequently thermally welded directly to the packaging film.
  • bands which are, for example, mixed with primers, in particular also fabric tapes, are conceivable.
  • the adhesive zone may have a roughened surface.
  • Advantageous roughness depths are in the range of 5-40pm.
  • the rough surface can be generated by chemical or mechanical processes such as grinding or blasting, whereby when using a blasting process, the mechanical sensitivity of the processed films must be taken into account.
  • the electrical contact with busbars or for series connections of cells can be simplified in that if the foil conductor has an aluminum basic structure, the contacting zone is provided with a solderable coating, which may in particular contain nickel, tin, copper or silver.
  • the coating may preferably be carried out with the respective pure material; however, different layer sequences can be applied, for example as the first layer Ni and as the second layer Sn.
  • the positive discharge lead made of aluminum and the nickel drainage made of nickel-plated copper must be connected to each other.
  • solderable coating of the Plusabieiters in the contacting zone preferably with nickel a solder joint with two Ableitermaterialien is possible.
  • measuring or connecting cables made of copper can be soldered directly to the thus coated foil conductor.
  • solderable coatings e.g., tin, copper, silver
  • the coating can preferably be carried out by piece or strip galvanization. For partial coating as strip material immersion depth Brush-, Jetplating- or tape method can be used.
  • the starting material of the later Folienableiters hanging in the region of the subsequent connection zone gripped by the respective immersion baths are performed. It can in particular first in the. provided for the adhesive and contacting zone areas the adhesive / conversion layer are generated. After a sealing of the subsequent adhesive zone, the adhesive / conversion layer can be removed in the region provided for the contacting zone, for example by pickling, after which application of a solderable layer in this zone can take place. Neither the later connection zone outside the immersion bath nor the sealed later adhesive zone are affected by this.
  • the above-described solderable coating of Abieiters is conceivable in addition to the illustrated application for flat cells for round cells. In this case, targeted spotplating can be carried out on the aluminum cup of the cell in order to produce a region with a solderable contacting zone for the soldering of conductor tabs.
  • the foil conductor for flat cells can have a rectangular cross-section modified to the effect that the short sides of the rectangles have a wedge-shaped or tongue-shaped configuration extending outwards. This deviation from the pure rectangular shape makes it possible for the polymer layer surrounding the Abieiter and / or the packaging film adhered to it to better follow the arrester geometry and to enclose it more tightly in comparison with the prior art.
  • the cross-sectional geometry of the Abieiter is better adapted to the course of a film surrounding it than would be the case with a strictly rectangular design of the arrester cross-section, whereby an improved sealing of the cell in the arrester area can be achieved.
  • a possible manufacturing process for the desired shape consists in a stamping process after punching the Folienableiters of a strip material.
  • a method for producing a film conductor for flat cells according to the invention produces on a two-dimensional metallic basic structure at least two zones with a surface texture differing from one another and can in particular contain the following steps:
  • the method may include the following steps:
  • the respective zone Due to the different surface textures and / or coatings of the contacting zone and / or the adhesive zone and / or the connection zone, it is possible according to the invention for the respective zone to choose a favorable connection method, in which each already existing compounds of the Folienableiters are at most slightly claimed.
  • the quality and durability of an already made connection of a Folienableiters with an electrode film and / or contacting with a further Folienableiter and / or the sealing implementation of a Folienableiters by the packaging film is also at least largely secured by a subsequent further connection method.
  • connection zone for an ultrasonic welding process the contacting zone for a soldering and / or welding process, in particular a
  • Laser welding process and the adhesive zone can be optimized for a sealing bond.
  • Fig. 1 in the sub-figures 1A and 1B is a side and cross-sectional view of a
  • FIG. 2 an enlarged detail of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a first perspective view of a modified Folienableiters in
  • FIG. 5 shows a variant of the representation shown in FIG. 4.
  • Fig. 1 shows in the sub-figures 1A and 1B a plan view and a side sectional view of a flat cell, which is equipped with the inventively designed Folienableitern 1 and 2.
  • the Folienableiter 1 and 2 of which the Abieiter 1 is designed as Minusabieiter of nickel-plated copper sheet and Abieiter 2 as Plusableiter of aluminum sheet, pass through the aluminum-laminated packaging film 4 in the adhesive zone 6 and are inside the flat cell in the connection zone 7 with the in Fig 1 electrode foil stacks 3 not shown in detail. Outside the flat cell, the conductors have the contacting zone 5 for contacting the conductors 1 and 2 with further cells or busbars.
  • the Plusableiter 2 which is formed as already mentioned from an aluminum sheet, in this case has in its shaded contacting zone 5 a solderable coating on the aluminum base structure, so that the contacting zone 5 of Plusableiters 2 for easy soldering with conductors, such as electricity or also measuring leads, is suitable.
  • the solderable coating may contain nickel, tin or silver. Particularly preferred is a material system of a nickel layer of a thickness of about 3-1 Opm; Alternatively, a layer sequence of a first nickel layer of a thickness of 3-1 Opm and a tin layer applied thereto of a thickness of 2-5pm may be used.
  • the second variant is characterized by better soldering properties; However, due to the two-stage process, it is somewhat more expensive to produce.
  • the Folienableiter 2 is provided with a primer / conversion layer, which improves the material bond between the aluminum-laminated packaging film 4 and the Folienableiter 2.
  • the mentioned primer / conversion layer has a CrIII-containing passivation.
  • an additional polymer layer which may be formed, for example, as a polymer film and which is arranged on the primer / conversion layer; On its side facing away from the primer / conversion layer, the polymer layer is bonded to the aluminum-laminated packaging film 4.
  • the adhesion of the minus stripper 1 to the aluminum-laminated packaging film 4 is improved in the example shown by the fact that the minus stripper 1 is provided with a roughened surface in its adhesive zone 6, which likewise improves the adhesion flow between the surface of the stripper 1 and the packaging film 4.
  • FIG. 2 shows, for further illustration, the area delimited by dashed lines in FIG. 1B as a detail enlargement with the designation corresponding to the designation in FIG. 1.
  • FIG. 2 a shows a Abieiter 1 with a pre-sealing Layer 9 is shown, whereas Figure 2b shows a Abieiter 2 without Vorveriegelungs harsh.
  • FIG. 3 shows the implementation of a positive conductor 2 'according to the prior art through a packaging film 4 of a flat cell.
  • the positive arrester 2 "is surrounded by a pre-sealing layer 9 which is arranged in the area of the passage of the positive arrester 2 'through the packaging film 4.
  • a pre-sealing layer 9 which is arranged in the area of the passage of the positive arrester 2 'through the packaging film 4.
  • Clearly visible in Fig. 3 is the practically unavoidable gap between the pre-sealing layer 9 and the lateral end sides of the Abieiters At the points indicated by the arrows, a reliable sealing of the flat cell against the environment is practically impossible.
  • Fig. 4 shows a solution according to the invention for the geometric design of Abieiters 2, by which this problem is solved.
  • the Abieiter 2 is designed in such a way that its cross section differs from the rectangular shape.
  • the cross section of the Abieiters 2 is formed in such a way that the short sides of the rectangle with wedge-shaped or tongue-shaped projections 21 are provided.
  • This measure has the effect that the pre-sealing layer 9 shown in FIG. 4, which may be formed, for example, as a polymer film, applies virtually completely to the Abieiter along the entire arrester cross-section and thus in conjunction with the packaging film 4 a reliable seal of the interior of the flat cell guaranteed to the environment.
  • Fig. 5 shows a variant of Figure 4, in which the packaging film 4 is adhered directly to the Abieiter 2; otherwise, the variant of FIG. 5 corresponds to the embodiment shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a further possibility for improving the contacting of battery cells, here round cells.
  • the aluminum cell cup 20 shown in FIG. 6 is provided on its upper end face with a metallization layer 50, through which a solderable surface is provided.
  • a metallization layer 50 through which a solderable surface is provided.
  • Such a well contactable cell cup can be produced for example by an extrusion molding process.
  • the area to be metallized 50 for removing oils, fats and dirt is partially degreased and also partially pickled, which removes the natural oxide skin and a defined basic surface is produced.
  • its galvanic metallization takes place with the desired solderable surface.
  • the metallization can be carried out in the manner described above with reference to the solution for flat cells.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Folienableiter für Flachzellen mit einer Kontaktierungszone (5) zur Kontaktierung mit weiteren Zellen oder Stromschienen, einer Klebezone (6) zur Verklebung mit einer Verpackungsfolie (4) einer Zelle und einer Verbindungszone (7) zur Verbindung mit einer Elektrodenfolie (3) innerhalb der Zelle, wobei mindestens zwei der Zonen (5,6,7) eine von einander abweichende Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Folienableiters für Flachzellen.

Description

Folienableiter für Flachzellen und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft Folienableiter für Flachzellen, insbesondere Folienableiter für Lithium-Ionen Zellen. Derartige Zellen bestehen im wesentlichen aus in einem Elektrolyten angeordneten flächigen Elektroden bzw. Elektrodenstapeln, wobei der Minuspol (Anode) und der Pluspol (Kathode) durch eine für Li+-lonen durchlässige Separatorschicht getrennt sind. Die Zelle wird nach außen zur Nachbarzelle bzw. gegenüber der Umgebung mit einer aluminiumkaschierten Verpackungsfolie isoliert und abgedichtet.
Zum Abgreifen der zwischen den unterschiedlichen Elektroden bzw. Elektrodenstapeln entstehenden Spannung sind aus dem Inneren der Zelle mit den Elektroden verbundene Abieiter oder Ableiterfahnen nach außen geführt. Außerhalb der Zelle können die Ableiterfahnen dann mit weiteren Zellen oder einer Stromschiene verbunden werden.
Als Abieiter kommen üblicherweise Metallstreifen oder Metallfolien zur Anwendung, wobei für den Minusabieiter in der Regel vernickeltes Kupferblech, für den Plusableiter Aluminiumblech eingesetzt wird.
Die Abieiter müssen dabei mehrere Funktionen erfüllen:
Zum Einen müssen sie in ihrer aus der Zelle nach außen ragenden sogenannten Kontak- tierungszone eine einfache, dauerhafte elektrische Kontaktierung mit einer Stromschiene oder einer anderen Zelle ermöglichen. Insbesondere bei dem Plusableiter stellt sich dabei das Problem, dass Löten auf Aluminium aufgrund der natürlichen Oxidhaut des Aluminiums nicht bzw. nur mit starken Flussmitteln möglich und für die Verbindung dünner Abieiter in unmittelbarer Nachbarschaft zu temperaturempfindlichen Kunststoffkomponenten wenig geeignet ist.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Ein Verschrauben der Abieiter erfordert zusätzliche Bauteile (Schrauben, Klemm- und Gewindeplatten), was sich in zusätzlichem Gewicht an den empfindlichen Folienableitern sowie erhöhten Fertigungskosten niederschlägt.
Ultraschallschweißverbindungen in der Kontaktierungszone haben den Nachteil, dass durch die dabei eingebrachte Schwingungsenergie der Bereich, in dem der Abieiter die Verpackungsfolie durchtritt und mit dieser verklebt ist (Klebezone) vorgeschädigt werden kann. Daneben kann auch derjenige Bereich des Abieiters, der mit den Elektroden im Zelleninneren verbunden ist (Verbindungszone) durch den Ultraschallschweißvorgang geschädigt werden, wodurch sich die Qualität der elektrischen Verbindung zwischen Abieiter und Elektroden verschlechtert.
Zum Anderen müssen die Abieiter so gestaltet sein, dass die Zelle auch im Bereich der bereits erwähnten Klebezone dauerhaft dicht ist. Nach dem Stand der Technik erfolgt das Abdichten der Folienableiter mit der Außenhülle der Zelle mittels eines thermischen Schmelz-/Klebeprozesses; dabei werden die Abieiter häufig mit einer Kunststofffolie oder ähnlichem Isolationsmaterial in der Klebezone verstärkt, um die Anbindung zu verbessern und die elektrische Isolation gegenüber der Metallschicht in der kaschierten Verpackungsfolie zu gewährleisten. Besonders die Klebeverbindung des unbehandelten Alumi- niumableiters kann leicht chemisch unterwandert werden und stellt somit ein permanentes Leckagerisiko dar.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung damit die Aufgabe, einen verbesserten Folienableiter zu schaffen, der leicht elektrisch zu kontaktieren ist und mit dem sich Zellen mit erhöhter Dichtigkeit verwirklichen lassen.
Diese Aufgabe wird durch den Folienableiter mit den in den unabhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Varianten und Ausführungsformen der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Folienableiter für Flachzellen weist eine Kontaktierungszone zur Kontaktierung mit weiteren Zellen oder Stromschienen, eine Klebezone zur Verklebung mit einer Verpackungsfolie einer Zelle sowie eine Verbindungszone zur Verbindung mit einer Elektrodenfolie innerhalb der Zelle auf. Erfindungsgemäß weisen dabei mindestens zwei der Zonen eine von einander abweichende Oberflächenbeschaffenheit auf.
Mit anderen Worten ändert sich die Oberflächenstruktur beispielsweise eines streifenförmigen Folienableiters in Längsrichtung des Streifens. Dadurch kann der Tatsache Rech- nung getragen werden, dass sich auch die Anforderungen an die Oberfläche des Folienableiters abhängig von der jeweiligen Position auf dem Abieiter unterscheiden.
So kann der Folienableiter als Plusableiter beispielsweise eine Aluminium-Grundstruktur aufweisen und die Klebezone kann mit einer Haftgrund/Konversionsschicht
versehen sein.
Hierdurch wird der Problematik begegnet, dass industriell hergestellte Aluminiumfolien und -bänder eine natürliche Oxidhaut aufweisen, in der Feuchtigkeit, Schmutz, Öle und Fette einen festen Halt finden. Diese natürliche Oxidhaut ist als Korrosionsschutz und auch als Haftgrund für eine Klebeverbindung ungeeignet, insbesondere deswegen, weil gerade durch diese natürliche Oxidhaut eine organische Beschichtung korrosiv unterwandert wird. Zur Herstellung einer industriell haftfähigen Oberfläche ist es deswegen vorteilhaft, zunächst die natürliche Oxidhaut chemisch zu entfernen, wonach auf der so gereinigten Oberfläche unverzüglich ein Haftgrund bzw. eine Konversionsschicht kontrolliert aufgebaut werden kann. Als Haftgrund können dabei drei- und sechswertige Chromsäurelösungen, chromfreie Lösungen auf Basis Titan oder Zirkon sowie anodisch erzeugte Oxidschichten (Eloxal, Harteloxal) Verwendung finden. Insbesondere die Verwendung von dreiwertigem Chrom bietet dabei die folgenden Vorteile: gute Löslichkeit im sauren wässrigen Milieu, in welchem Konversionsschichten auf Aluminium in der Regel gebildet werden
die Reaktionsprodukte (Chrom(lll)-Oxide) auf der Oberfläche sind inert und bieten einen dauerhaften Schutz
keine Gesundheitsgefährdung
Vorzugsweise werden die genannten haftfähigen Schichten in einem Badprozess mit einer Polymerschicht als Vorversiegelung sofort abgedeckt; die genannte Schicht kann auch als Folie, insbesondere als direkt nach der Haftbeschichtung aufgeschmolzene Folie, ausgeführt sein. Im letztgenannten Fall ist die Verwendung eines Primers nicht zwingend erforderlich. Die Polymerschicht schützt einerseits die haftfähige Oberfläche des Abieiters vor nachträglicher Verschmutzung durch Handlingarbeiten und kann nachfolgend direkt mit der Verpackungsfolie thermisch verschweißt werden. Statt einer Polymerschicht sind auch andere Bänder, die bspw. mit Primern versetzt sind, insbesondere auch Gewebebänder denkbar. In denjenigen Fällen, in denen der Folienableiter eine Kupfer-Grundstruktur mit vernickelter Oberfläche aufweist, also in der Regel als Minusabieiter verwendet wird, kann es vorteilhaft sein, dass die Klebezone eine aufgeraute Oberfläche aufweist. Vorteilhafte Rauhtiefen liegen im Bereich von 5-40pm. Die raue Oberfläche kann durch chemische oder mechanische Prozesse wie bspw. Schleifen oder Strahlen erzeugt werden, wobei bei der Anwendung eines Strahlverfahrens die mechanische Empfindlichkeit der bearbeiteten Folien zu berücksichtigen ist.
Die elektrische Kontaktierung mit Stromschienen oder für Serienschaltungen von Zellen kann dadurch vereinfacht werden, dass, falls der Folienableiter eine Aluminium- Grundstruktur aufweist, die Kontaktierungszone mit einer lötfähigen Beschichtung versehen ist, welche insbesondere Nickel, Zinn, Kupfer oder Silber enthalten kann. Dabei kann die Beschichtung vorzugsweise mit dem jeweils reinen Material erfolgen; allerdings können unterschiedliche Schichtfolgen wie bspw. als erste Schicht Ni und als zweite Schicht Sn aufgetragen werden.
Speziell bei der Hintereinanderschaltung von Zellen müssen der aus Aluminium ausgeführte Plusableiter und der aus vernickeltem Kupfer bestehende Minusabieiter mit einander verbunden werden. Durch die genannte lötfähige Beschichtung des Plusabieiters in der Kontaktierungszone vorzugsweise mit Nickel ist eine Lötverbindung mit beiden Ableitermaterialien möglich. Darüber hinaus können Mess- oder Anschlussleitungen aus Kupfer unmittelbar an den so beschichteten Folienableiter angelötet werden. Entsprechend der Lötprozessanforderungen können wie bereits erwähnt auch andere oder zusätzliche lötfähige Beschichtungen (z.B. Zinn, Kupfer, Silber ) partiell aufgebracht werden. Die Beschichtung kann vorzugsweise durch Stück- oder Bandgalvanisierung erfolgen. Zur partiellen Beschichtung als Bandmaterial können Tauchtiefe- Brush-, Jetplating- oder Tape- Verfahren eingesetzt werden.
Im Rahmen eines Tauchtiefe-Verfahrens kann beispielsweise das Ausgangsmaterial des späteren Folienableiters hängend im Bereich der späteren Verbindungszone gegriffen durch die jeweiligen Tauchbäder geführt werden. Dabei kann insbesondere zunächst in den. für die Klebe- und Kontaktierungszone vorgesehen Bereiche die Haft/Konversionsschicht erzeugt werden. Nach einer Versiegelung der späteren Klebezone kann die Haft/Konversionsschicht in dem für die Kontaktierungszone vorgesehen Bereich bspw. durch Beizen entfernt werden, wonach ein Aufbringen einer lötfähigen Schicht in dieser Zone erfolgen kann. Weder die außerhalb des Tauchbades befindliche spätere Verbindungszone noch die versiegelte spätere Klebezone sind hiervon betroffen. Die oben geschilderte lötfähige Beschichtung des Abieiters ist neben der dargestellten Anwendung für Flachzellen auch für Rundzellen denkbar. Dabei kann gezieltes Spotpla- ting auf dem Aluminiumbecher der Zelle durchgeführt werden, um einen Bereich mit einer lötfähigen Kontaktierungszone für das Anlöten von Ableiterfahnen herzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Folienableiter für Flachzellen einen dahingehend modifizierten rechteckförmigen Querschnitt zeigen, dass die kurzen Seiten der Rechtecke keil- oder zungenförmig sich nach außen erstreckend ausgebildet sind. Diese Abweichung von der reinen Rechteckform ermöglicht es, dass die den Abieiter umgebende Polymerschicht und/oder die mit ihm verklebte Verpackungsfolie der Ableitergeometrie besser folgen kann und diesen im Vergleich zum Stand der Technik dichter umschließt.
Mit anderen Worten ist die Querschnittsgeometrie des Abieiters den Verlauf einer ihn umgebenden Folie besser angepasst, als es bei einer streng rechteckförmigen Ausführung des Ableiterquerschnitts der Fall wäre, wodurch eine verbesserte Abdichtung der Zelle im Ableiterbereich erreicht werden kann. Durch die genannte Maßnahme wird es ferner möglich, die Abmessungen der Abieiter aus einem weiteren Bereich auszuwählen, insbesondere auch dickere Abieiter zu verwenden, was der mechanischen Stabilität der Abieiter zugute kommt. Ein möglicher Herstellungsprozess für die gewünschte Form besteht in einem Prägevorgang nach dem Ausstanzen des Folienableiters aus einem Bandmaterial.
Es versteht sich, dass die oben beschriebene Modifikation des Ableiterquerschnitts unabhängig von der Ausbildung unterschiedlich beschaffener Oberflächenbereiche des Abieiters erfolgen kann.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Folienableiters für Flachzellen erzeugt auf einer flächigen metallischen Grundstruktur mindestens zwei Zonen mit einer von einander abweichenden Oberflächenbeschaffenheit und kann insbesondere die folgenden Schritte enthalten:
- Ausstanzen aus Aluminium-Bandmaterial
- Entfetten
- Entfernen der Oxidhaut
- Beschichtung der Klebezone mit einer Haftgrund/Konversionsschicht Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren die folgenden Schritte aufweisen:
- einen Prägeschritt zur Herstellung einer geeigneten Kantenstruktur
- eine Vorversiegelung der Klebezone
- ein Beizen der Kontaktierungszone
- eine Metallisierung der Kontaktierungszone mit einer lötfähigen Oberfläche.
Durch die unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten und/oder Beschichtungen der Kontaktierungszone und/oder der Klebezone und/oder der Verbindungszone ist es erfindungsgemäß möglich für die jeweilige Zone eine günstiges Verbindungsverfahren zu wählen, bei welchen jeweils schon vorhanden Verbindungen des Folienableiters allenfalls geringfügig beansprucht werden. Hierdurch ist die Qualität und Haltbarkeit einer bereits vorgenommenen Verbindung eines Folienableiters mit einer Elektrodenfolie und/oder eine Kontaktierung mit einem weiteren Folienableiter und/oder die dichtende Durchführung eines Folienableiters durch die Verpackungsfolie auch nach einem nachfolgenden weiteren Verbindungsverfahren zumindest weitgehend gesichert.
Insbesondere kann die Verbindungszone für ein Ultraschall-Schweißverfahren, die Kontaktierungszone für ein Löt- und/oder Schweißverfahren, insbesondere ein
Laserschweißverfahren und die Klebezone für eine dichtende Verklebung optimiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in den Teilfiguren 1A und 1B eine seitliche und Querschnittsansicht einer
Flachzelle mit Folienableitern;
Fig 2 eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1 ;
Fig 3 eine Durchführung eines Folienableiters durch eine Flachzelle nach dem
Stand der Technik;
Fig 4 eine erste perspektivische Ansicht eines modifizierten Folienableiters beim
Durchtritt durch die Verpackungsfolie einer Flachzelle;
Fig 5 eine Variante zu der in Fig. 4 gezeigten Darstellung; und
Fig 6 als weitere Variante der Erfindung eine Rundzelle mit modifizierter
Oberflächenstruktur. Fig. 1 zeigt in den Teilfiguren 1A und 1 B eine Draufsicht bzw. eine seitliche Schnittdarstellung einer Flachzelle, die mit den erfindungsgemäß ausgeführten Folienableitern 1 und 2 ausgestattet ist. Die Folienableiter 1 und 2, von denen der Abieiter 1 als Minusabieiter aus vernickeltem Kupferblech und der Abieiter 2 als Plusableiter aus Aluminiumblech ausgeführt ist, durchtreten die aluminiumkaschierte Verpackungsfolie 4 in der Klebezone 6 und sind im Inneren der Flachzelle in der Verbindungszone 7 mit den in Fig. 1 nicht näher dargestellten Elektrodenfolienstapeln 3 verbunden. Außerhalb der Flachzelle weisen die Abieiter die Kontaktierungszone 5 zur Kontaktierung der Abieiter 1 bzw. 2 mit weiteren Zellen oder Stromschienen auf. Der Plusableiter 2, der wie bereits erwähnt aus einem Aluminiumblech geformt ist, weist dabei in seiner schraffiert dargestellten Kontaktierungszone 5 eine lötfähige BeSchichtung auf der Aluminiumgrundstruktur auf, so dass sich die Kontaktierungszone 5 des Plusableiters 2 zur einfachen Verlötung mit Leitern, wie beispielsweise Strom- oder auch Messleitungen, eignet. Die lötfähige Beschichtung kann dabei Nickel, Zinn oder Silber enthalten. Besonders bevorzugt ist ein Materialsystem aus einer Nickelschicht einer Dicke von ca. 3-1 Opm; alternativ kann auch eine Schichtfolge aus einer ersten Nickelschicht einer Dicke von 3-1 Opm und einer darauf aufgebrachten Zinnschicht einer Dicke von 2-5pm zur Anwendung kommen. Dabei zeichnet sich die zweite Variante durch bessere Löteigenschaften aus; sie ist jedoch aufgrund des zweistufigen Prozesses etwas aufwendiger in der Herstellung.
In der gepunktet dargestellten Klebezone 6 ist der Folienableiter 2 mit einer Haftgrund/Konversionsschicht versehen, die den Stoffschluss zwischen der aluminiumkaschierten Verpackungsfolie 4 und dem Folienableiter 2 verbessert. Die genannte Haftgrund/Konversionsschicht weist dabei eine CrIII haltige Passivierung auf. Nicht dargestellt in Fig. 1A bzw. 1 B ist eine zusätzliche Polymerschicht, die beispielsweise als Polymerfolie ausgebildet sein kann und die auf der Haftgrund/Konversionsschicht angeordnet ist; auf ihrer der Haftgrund/Konversionsschicht abgewandten Seite ist die Polymerschicht mit der aluminiumkaschierten Verpackungsfolie 4 verklebt.
Die Verklebung des Minusabieiters 1 mit der aluminiumkaschierten Verpackungsfolie 4 ist im gezeigten Beispiel dadurch verbessert, dass der Minusabieiter 1 in seiner Klebezone 6 mit einer aufgerauten Oberfläche versehen ist, wodurch sich ebenfalls der Haftfluss zwischen der Oberfläche des Abieiters 1 und der Verpackungsfolie 4 verbessert.
Fig. 2 zeigt zur weiteren Illustration noch einmal den in Fig. 1 B punktstrichliert eingegrenzten Bereich als Ausschnittsvergrößerung mit der Bezeichnung in Fig. 1 entsprechenden Bezugszeichen. Dabei ist in Figur 2a ein Abieiter 1 mit einer Vorversiegelungs- Schicht 9 dargestellt, wohingegen Figur 2b einen Abieiter 2 ohne Vorversiegelungsschicht zeigt.
Fig. 3 zeigt die Durchführung eines Plusableiters 2' nach dem Stand der Technik durch eine Verpackungsfolie 4 einer Flachzelle. Dabei ist der Plusableiter 2" mit einer Vorversiegelungsschicht 9 umgeben, die im Bereich des Durchtritts des Plusableiters 2' durch die Verpackungsfolie 4 angeordnet ist. Gut erkennbar in Fig. 3 ist der praktisch unvermeidlich entstehende Spalt zwischen der Vorversiegelungsschicht 9 und den seitlichen Stirnseiten des Abieiters 2'. An den mit den Pfeilen hervorgehobenen Stellen ist eine zuverlässige Abdichtung der Flachzelle gegen die Umgebung praktisch nicht möglich.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Lösung zur geometrischen Gestaltung des Abieiters 2, durch welche dieses Problem behoben wird. Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, ist der Abieiter 2 in der Weise gestaltet, dass sich sein Querschnitt von der Rechteckform unterscheidet. Insbesondere ist der Querschnitt des Abieiters 2 in der Weise gebildet, dass die kurzen Seiten des Rechtecks mit keilförmigen bzw. zungenförmigen Vorsprüngen 21 versehen sind. Diese Maßnahme hat die Wirkung, dass sich die in Fig. 4 gezeigte Vorversiegelungsschicht 9, die beispielsweise als Polymerfolie ausgebildet sein kann, entlang des gesamten Ableiterquerschnitts praktisch lückenlos an den Abieiter anlegt und damit in Verbindung mit der Verpackungsfolie 4 eine zuverlässige Abdichtung des Inneren der Flachzelle gegenüber der Umgebung gewährleistet. Selbstverständlich sind auch andere Formen für die Gestaltung des Bereichs 21 denkbar; vorteilhaft ist es jedoch in jedem Fall, wenn die Form des Bereichs 21 an die gedachte Form einer umgebenden Folie an- gepasst ist. So könnte beispielsweise auch ein flacher linsenförmiger Querschnitt des Abieiters 2 in Frage kommen.
Fig. 5 zeigt eine Variante von Fig. 4, bei welcher die Verpackungsfolie 4 unmittelbar auf den Abieiter 2 aufgeklebt ist; ansonsten entspricht die Variante aus Fig. 5 der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform.
In Fig. 6 ist eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Kontaktierung von Batteriezellen, hier von Rundzellen, dargestellt. Der in Fig. 6 dargestellte Aluminiumzellbecher 20 ist auf seiner oberen Stirnseite mit einer Metallisierungsschicht 50, durch welche eine lötfähige Oberfläche geschaffen wird, versehen. Ein derartiger gut kontaktierbarer Zellbecher kann beispielsweise durch ein Fließpressverfahren hergestellt werden. Anschließend wird der zu metallisierende Bereich 50 zum Entfernen von Ölen, Fetten und Schmutz partiell entfettet und ebenso partiell gebeizt, wodurch die natürliche Oxidhaut entfernt und eine definierte Grundoberfläche hergestellt wird. Nach einer einfachen oder doppelten Zinkat- beize des Bereichs 50 erfolgt dessen galvanische Metallisierung mit der gewünschten lötfähigen Oberfläche. Dabei kann die Metallisierung in der oben anhand der Lösung für Flachzellen dargestellten Weise ausgeführt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Folienableiter für Flachzellen, mit einer Kontaktierungszone (5) zur Kontaktierung mit weiteren Zellen oder Stromschienen einer Klebezone (6) zur Verklebung mit einer Verpackungsfolie (4) einer Zelle einer Verbindungszone (7) zur Verbindung mit einer Elektrodenfolie (3) innerhalb der Zelle,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei der Zonen (5, 6, 7) eine von einander abweichende
Oberflächenbeschaffenheit aufweisen.
2. Folienableiter nach Anspruch ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Folienableiter eine Aluminium-Grundstruktur und die Klebezone (6) eine Haftgrund/Konversionsschicht aufweist.
3. Folienableiter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich zwischen der Haftgrund/Konversionsschicht der Klebezone (6) und der Aluminium-Grundstruktur keine natürliche Aluminiumoxidhaut befindet.
4. Folienableiter nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Haftgrund/Konversionsschicht der Klebezone (6) eine Polymerschicht (9) angeordnet ist.
5. Folienableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Folienableiter eine Aluminium-Grundstruktur aufweist und die
Kontaktierungszone (5) eine lötfähige Beschichtung aufweist.
6. Folienableiter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die lötfähige Beschichtung Nickel, Zinn, Kupfer oder Silber enthält.
7. Folienableiter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Folienableiter eine Kupfer-Grundstruktur aufweist.
8. Folienableiter nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klebezone (6) eine aufgeraute Oberfläche aufweist.
9. Folienableiter nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Folienableiter eine vernickelte Oberfläche aufweist.
10. Folienableiter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberflächen- und/oder Beschichtungsstruktur der Kontaktierungszone (5) für ein Löt- und/oder Schweißverfahren, insbesondere Laserschweißverfahren, optimiert ist.
11. Folienableiter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberflächen- und/oder Beschichtungsstruktur der Verbindungszone (7) für ein Ultraschall-Schweißverfahren optimiert ist
12. Folienableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Folienableiter einen dahingehend modifizierten rechteckförmigen Querschnitt zeigt, dass die kurzen Seiten (21 ) der Rechtecke keil- oder zungenförmig sich nach außen erstreckend ausgebildet sind.
13. Verfahren zur Herstellung eines Folienableiters für Flachzellen, wobei auf einer flächigen metallischen Grundstruktur mindestens zwei Zonen (5, 6, 7) mit einer von einander abweichenden Oberflächenbeschaffenheit erzeugt werden.
14. Verfahren zur Herstellung eines Folienableiters für Flachzellen nach Anspruch 13, wobei die Oberfläche der Verbindungszone (7) für ein Ultraschall-Schweißverfahren konditioniert wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Folienableiters für Flachzellen nach Anspruch 13, wobei die Oberfläche die Oberflächenstruktur und/oder die Beschichtung der Kontaktierungszone (5) für ein Löt- und/oder Schweißverfahren, insbesondere ein Laserschweißverfahren konditioniert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13 mit den folgenden Schritten:
- Ausstanzen aus Aluminium-Bandmaterial
- Entfetten
- Entfernen der natürlichen Oxidhaut.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13, wobei zusätzlich eine Beschichtung einer Klebezone (6) mit einer Haftgrund/Konversionsschicht erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei zusätzlich eine Vorversiegelung der Klebezone (6) erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13, wobei zusätzlich ein Beizen einer
Kontaktierungszone (5) erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei zusätzlich eine Metallisierung der
Kontaktierungszone (5) mit einer lötfähigen Oberfläche erfolgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei zusätzlich ein Prägeschritt erfolgt.
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