EP3732742A1 - Batterie und verfahren zum herstellen einer batterie - Google Patents

Batterie und verfahren zum herstellen einer batterie

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Publication number
EP3732742A1
EP3732742A1 EP19714093.2A EP19714093A EP3732742A1 EP 3732742 A1 EP3732742 A1 EP 3732742A1 EP 19714093 A EP19714093 A EP 19714093A EP 3732742 A1 EP3732742 A1 EP 3732742A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
electrode layers
contact
cover plate
contact lugs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19714093.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Busche
Florian POSTLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
GS Yuasa International Ltd
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
GS Yuasa International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH, GS Yuasa International Ltd filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3732742A1 publication Critical patent/EP3732742A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a battery and a method for manufacturing a battery.
  • a battery has terminals for transporting electrical energy or in an electrochemical energy storage, which on a
  • Gleichpolige electrodes are contacted together and electrically connected to the corresponding terminal.
  • Embodiments of the present invention may advantageously enable a required length of tabs for electrically contacting electrodes of an energy storage of a battery to be shortened as compared to conventional implementations of batteries, thereby reducing electrical resistance of the tabs.
  • An electric current flow through the contact lugs thereby leads to a reduced, in particular in a rapid discharge of the cell
  • a battery which has a prismatic housing and a cell stack with electrode layers of different polarity, each of which has at least one contact lug projecting over an active area of the electrode layer for electrically contacting the electrode layer, wherein the contact lugs of the same pole electrode layers are arranged aligned with one another and at least one each two gleichpoligen contact lobe bundles are combined with a substantially equal number of gleichpoliger contact lugs, wherein the gleichpoligen electrode layers are electrically connected via the corresponding gleichpoligen contact lug bundles and a pressure welding connection with a corresponding arrester of the housing.
  • a method for producing a battery comprising the following steps:
  • Electrode layers are arranged aligned with each other;
  • a battery can be understood as an accumulator or a secondary battery for storing and re-supplying electrical energy.
  • the electrical energy can be in a cell stack of stacked individual cells
  • the cell stack can be called a stack.
  • the electrical energy can be conducted via electrically conductive electrode layers into the cell stack or out of the cell stack.
  • a single cell is formed in each case between two different pole electrode layers of the cell stack.
  • the electrode layers of a single cell are therefore assigned to different electrical poles of the battery.
  • the different pole electrode layers may have different electrically conductive materials. For example, the
  • a single cell can be called an elementary stack. In an elementary stack there are always double coatings. An electrode layer is therefore coated on both sides with the same material. This results in a sequence of an anode layer, copper Cu, another anode layer, a separator, a cathode layer, aluminum Al and another cathode layer.
  • the layer structure of the individual electrodes consists of a carrier film on which the electrochemically active layer is applied.
  • the carrier foil is made, for example, of copper Cu or another electrochemically stable electron conductor at the anode potential.
  • the support film is made of aluminum Al or another electrochemically stable on the cathode potential
  • the electrochemically active layer is a porous layer of memory material and an electronically conductive additive.
  • the layer is porous to receive lithium ions as a conductive liquid electrolyte.
  • a solid state cell without porosity and separator can be constructed.
  • the solid-state cell can be a lithium ion-conducting solid electrolyte and both lithium ion-conducting additives and electronically conductive additives in both electrodes together with the
  • the different electrode layers on active surfaces carry different electrochemically active materials for storing the electrical energy.
  • the electrode layers are electrically isolated from each other.
  • the electrode layers are arranged parallel to each other with uniform intervals.
  • the electrode layers have electrically conductive
  • the contact lugs without electrochemically active materials.
  • the contact lugs overflow over the active surfaces.
  • the tabs are integral with the
  • Electrode layers formed, for example, from a common metal foil.
  • Gleichpolige contact lugs are summarized to at least two contact lobe bundles. Two homopolar ones
  • Contact bundles form a double bundle.
  • One polarity can also be equipped with a single bundle of all the same pole contact lugs and the other polarity can be equipped with a double bundle.
  • the cell stack has at least four
  • a contact tab bundle may be connected to a welding surface for establishing an electrically conductive connection of the contact tabs with each other other Gleichpoligen contact lug bundles and to the arrester are summarized.
  • the battery cells can have one or two terminals.
  • the cell housing carries the other polarity.
  • the housing can be neutral, at a floating potential or floating potential or at one polarity.
  • a housing may be a solid shell to protect the cell stack.
  • the housing In contrast to so-called pouch battery cells, in which the cell stack is surrounded by a flexible film, the housing is substantially dimensionally stable, i. the enclosed by the housing volume changes at most insignificant in normal operation of the battery cell, for example, less than 10% or less than 5% or 2%.
  • a prismatic housing may for example have a rectangular base.
  • An arrester may be an electrically conductive part of the housing, at which the electrical energy can be tapped on an outside of the battery. The two arresters of the battery are electrically isolated from each other. The approach presented here can also be used in a pouch cell.
  • Press welding can be, for example, ultrasonic welding or friction welding.
  • pressure welding at least two materials are heated by pressure and friction until they are at least pasty and mixed together in pasty state.
  • An energy necessary for welding the materials is thus provided predominantly in the form of mechanical energy during pressure welding.
  • the ultrasonic welding allows, inter alia, an advantageous process control and / or advantageous welding results.
  • the materials to be welded are gently heated and not too high temperatures.
  • several contact lugs can be welded together and / or with the arrester of the housing in a common process step.
  • the film connection can also be made by other methods, such as gluing, laser welding, crimping, soldering or compression. Everything that creates a mechanically stable connection with homogeneously low resistance between the foils and the arrester can be used.
  • the cell stack may have at least two partial stacks stacked on top of one another.
  • Each partial stack can have at least two different-pole contact lug bundles.
  • the two partial stacks can be stacked first and the
  • Contact flags are bundled.
  • the prefabricated partial stacks can be added to the cell stack be joined together.
  • the contact lugs bundles can be made easier.
  • two different pole electrode layers can form a single cell of the cell stack.
  • the two opposite to each other on the separation plane, to extremely lying electrode position of the two partial stacks may have different polarities, so that they form a single cell of the battery.
  • two gleichpolige electrode layers may be arranged adjacent to the parting plane.
  • the parting plane may represent the middle of the cell stack if the part stacks have the same number of electrode layers.
  • Corresponding Gleichpolige electrode layers of the two sub-stacks can be integrally connected via their contact lugs.
  • One of the partial stacks can be folded onto the other partial stacks, so that the electrode layers of the two partial stacks are arranged parallel to the dividing plane and the partial stacks face each other.
  • the partial stacks can be stacked at the same time.
  • Each pair of contact lug bundles may have a common welding surface. Material can be saved at the welding area, as half of the layers to be welded are eliminated.
  • the housing may have a cover assembly with a cover plate and an electrically insulated from the cover plate terminal bushing.
  • the cover plate can form the one arrester of the battery.
  • the terminal bushing can form the other end of the battery.
  • the terminal bushing is electrically insulated from the cover plate.
  • the terminal bushing can be arranged in a recess of the cover plate.
  • the terminal bushing may have two different, roll-clad materials.
  • a heterogeneous low-resistance compound of the materials is challenging. To keep the electrical resistance low becomes one
  • Different materials can fulfill different tasks. For example, one of the materials for pressure welding of
  • Contact Flags bundle be particularly well suited.
  • at least one of the materials may be required to prevent corrosion and / or electrocorrosion.
  • the materials may be metal materials. For example, copper or a copper alloy and aluminum or a
  • Aluminum alloy be roll-plated with each other.
  • Terminal feedthrough may be aligned transversely to a plane of the electrode layers and arranged substantially equal in height.
  • the welding surfaces may have a height offset from one another. Then those with the
  • the welding surfaces can be part of
  • the terminal bushing can be embedded in a large area in the cover plate.
  • the terminal bushing may have a patch on the inside of the cover plate contact plate.
  • Figures la to ld show an illustration of a production process of a battery according to an embodiment
  • Fig. 2 shows a sectional view through a pressure-welded connection to a battery according to an embodiment
  • 3 shows a representation of a pressure welding method on a battery according to an exemplary embodiment
  • FIGS. 4 a to 4 f show a representation of a production sequence of a battery according to one exemplary embodiment
  • FIGS. 5a to 5d show an illustration of a production sequence of a battery according to one exemplary embodiment.
  • An internal short circuit of a battery cell such as by penetration of a nail, by a conductive particle or by overstressing the cell at e.g.
  • An incidence leads to an internal generation of heat, which can lead to thermal runaway of the battery toe and to a risk of explosion.
  • a fast discharge device transfers the heat to an outside of a cell stack of the battery cell and creates a permanent bypass to the defective battery cell.
  • the fast discharge device thus reduces the heat input in the stack.
  • a vehicle in particular an electric vehicle, does not maintain any damage to a battery cell.
  • the integration of the rapid discharge device alters the cell design with respect to a contacting of the cell stack, since an electrical resistance is very critical. Also, the integration of the quick-charging device changes a volume-related
  • the cell stack connection by tabs of the electrodes ensures electrical current flow from and to the electrode current collecting foils to and from the terminals of the battery cell during normal cyclic operation and rapid discharge.
  • the tabs are projections of the copper or aluminum current collecting foils of the anode and cathode layers, respectively, of defined but variable length.
  • the tabs are bundled and welded to the terminal.
  • a free length of the contact lugs should be as low as possible, for example 5 mm.
  • the free length indicates the length between the active (coated) area and the welding point to the terminal.
  • the free length of the contact lugs can be reduced by approximately 50 percent.
  • an average free length of 10 mm can be reduced to 5 mm. So the electrical resistance of the contact lugs can also order
  • FIGS. la to ld show an illustration of a production process of a battery 100 according to an embodiment.
  • a battery 100 is manufactured with a prismatic housing 102 which forms a cell stack 104 of different poles
  • Electrodes 106 and required for the operation between the electrode layers 106 arranged separator layers.
  • the electrode layers 106 are thus assigned to the two electrical poles of the battery 100.
  • the electrode layers 106 of the one pole are oxidized and act as anodes during discharge of the battery 100. These electrode layers 106 may be referred to as anode layers.
  • Electrode layers 106 of the other pole are reduced and act as cathodes during discharge. These electrode layers 106 may be referred to as cathode layers.
  • the anode layers and cathode layers alternate in the cell stack 104.
  • On an active surface 108, the anode layers have anode material.
  • the cathode layers have cathode material on their active surface 108.
  • Electrode layers 106 are electrically conductive.
  • the electrode layers 106 are metal foils with active material deposited thereon.
  • Each electrode layer 106 has at least one contact lug 110 protruding beyond the active surface 108 for electrically contacting the electrode layer 106.
  • the contact lugs 110 of different pole electrode layers 106 are arranged at different positions of the cell stack 104.
  • the active area 108 is rectangular here.
  • the individual electrode layers 106 are stacked so that edges of the active surface 108 are substantially congruent.
  • the contact lugs 110 of the same pole electrode layers 106 are arranged aligned with each other.
  • the contact lugs 110 of different pole electrode layers 106 do not overlap.
  • the contact lugs 110 are arranged alongside one another along one side of the cell stack 104.
  • the contact lugs 110 of the same pole electrode layers 106 are each combined with at least two identically polar contact lug bundles 112. Each tabular array 112 has substantially the same number of common pole tabs 110. Here, each contact lug bundle 112 each half of the gleichpoligen contact lugs 110.
  • the Gleichpoligen electrode layers 106 are electrically connected via the corresponding gleichpoligen contact lugs bundle 112 and a pressure welded connection 114 with a corresponding arrester 116 of the housing 102.
  • Lid assembly 118 provides both outlets 116 of battery 100.
  • a terminal feedthrough 120 is electrically insulated as a first arrester 116 in a cover plate 122 of the cover assembly 118 embedded.
  • the terminal bushing 120 thus provides a electrically isolated from the rest of the housing 102 electrically conductive connection through the cover plate 122 ready.
  • the rest of the housing 102, in particular the cover plate 122 is also electrically conductive, is at the other potential and acts as a second arrester 116 of the battery 100th
  • a first partial stack 124 of the cell stack 104 is shown with the lid assembly 118.
  • the partial stack 124 here comprises half of the electrode layers 106 of the cell stack 104.
  • the contact lugs 110 of the partial stack 124 are two
  • Contact tabs 112 are arranged side by side along one side of the sub-stack 124.
  • Electrode layers 106 are angled toward the center of the sub-stack 124 out. The closer an electrode layer 106 is arranged at the center, the less the associated contact lug 110 is angled.
  • the contact lugs 110 of the respective contact lug bundle 112 touch and form from there a welding surface 126 for the pressure-welded connection 114.
  • the distance is as small as possible. The distance is determined by the geometry, necessary strain reliefs or a film stability and requirements with regard to coating edge load. The distance determines the critical length for the resistance path. In the area of the welding surfaces 126, the contact lugs 110 lie flat against one another. Likewise, there may be a line connection.
  • the welding surfaces 126 are angled relative to a plane of the electrode layers 106.
  • the partial stack 124 and the cover assembly 118 are aligned with each other so that the welding surfaces 126 are each disposed over one of the arresters 116.
  • the partial stack 124 is aligned obliquely to the cover assembly 118 to a space above the
  • the welding surfaces 126 are aligned parallel to surfaces of the arresters 116. In other welding processes u.U. not necessary.
  • a second partial stack 128 of the cell stack 104 is shown.
  • the second partial stack 128 essentially corresponds to the first partial stack 124.
  • the second partial stack 128 is also aligned so that its welding surfaces 126 are aligned with the deflectors 116.
  • the welding surfaces 126 of the two partial stacks 124, 128 are arranged one above the other.
  • the second sub-stack 128 is in the opposite direction as the first sub-stack 124 obliquely to the
  • Lid assembly 118 aligned.
  • the space above the welding surfaces 126 remains free.
  • the second partial stack 128 is aligned symmetrically relative to the first partial stack 124 with respect to a plane perpendicular to the cover plate 122. This results in a minimum height offset according to the film bundle thickness of the first sub-stack 124th
  • the welding surfaces 126 are connected to the underlying conductors 116 by a pressure welding process.
  • a sonotrode 130 for one
  • the sonotrode 130 is aligned with the welding surfaces 126 and presses the welding surfaces 126 and the respective arrester 116 against an unillustrated anvil.
  • clock sound vibrations for a Uhraschallversch are coupled into the welding surfaces 126 to connect the gleichpoligen contact lugs 110 of the two gleichpoligen contact lugs bundle 112 of both sub-stacks 124, 128 with the respective arrester 116 electrically conductive and mechanical.
  • the sonotrode 130 is shown on the welding surfaces 126 above the terminal duct 120.
  • the other welding surfaces 126 to be connected to the cover plate 122 are either simultaneously housed using a different sonotrode or with a time delay
  • the partial stacks 124, 128 are folded together and form the continuous cell stack 104.
  • the collapsed cell stack 104 is connected to the
  • Cover assembly 118 inserted into a non-illustrated residual housing to complete the housing 102.
  • the lid assembly 118 is fluidly connected to the remainder of the housing to enclose the cell stack 104 and electrolyte required for operation of the battery 100, as many battery storage materials, conductive salts, and the like are included.
  • the two partial stacks 124, 128 are constructed symmetrically relative to a parting plane 132 perpendicular to the cover plate 122.
  • a parting plane 132 perpendicular to the cover plate 122.
  • two identically polar electrode layers 106 adjoin one another.
  • At least one of the partial stacks 124, 128 may also have an insulating sheath, in which case at least one layer of insulating material is arranged in the dividing plane 132.
  • the two partial stacks 124, 128 are constructed asymmetrically to the dividing plane 132.
  • different pole electrode layers 106 are arranged adjacent to each other in the parting plane and form an electrochemical single cell. Between the different poles
  • Electrode layers 106 is arranged a separator layer.
  • the single cell is characterized by different pole contact lugs 110 on different sides of the parting plane 132nd contacted.
  • the entire cell stack 104 may be isolated from the housing 102 by an additional jacket.
  • the structure of two double bundles does not lead to an energy density loss, but has exactly the same energy density as a stack built up from the outset with itself
  • Figure 1 shows a battery 100 comprising two stacks of electrodes, said stacks comprising anodes and cathodes. From the anodes are flags of a first type. From the cathodes are flags of a second type. Said flags of the first type of the first stack are with said flags of the first type of the second stack using a welding technique, such as
  • An additional anode layer or cathode layer is present when the stacks are constructed identically, wherein the additional layer does not contribute to the capacity of the battery 100.
  • An optional release layer can be placed between the stacks if they are identical.
  • the flags of the first type are shorter than the flags of the second type.
  • An optional fast discharge path is disposed between said flags of the first type and said flags of the second type and forms a low electrical resistance electrical path.
  • the flags are different in length, since a step between the terminal passage 120 and the inside of the lid 118 is to be bridged.
  • the double bundling allows a homogeneous current distribution in the stack by approximately the same length flags.
  • the unequal stack construction makes it possible to dispense with one layer, which leads to a higher energy density.
  • the distance between the nominal length of the shortest flag to the longest flag is about halved, since the flag length is about halved.
  • the two sub-stacks 124, 128 are connected together in the open state to make room for the sonotrode 130. After connecting and welding the contact lugs 110, the partial stacks 124, 128 become the cell stack 104 together. Both partial stacks 124, 128 can be isolated separately. The partial stacks 124, 128 may be insulated against the housing 102 after assembly. The ultrasonic welding can be replaced by another welding process.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration through a pressure-welded connection 114 on a battery 100 according to one exemplary embodiment.
  • the battery 100 substantially corresponds to the battery in FIG. 1.
  • the terminal feedthrough 120 is here glued into an opening in the cover plate 122.
  • a circumferential adhesive joint 200 electrically isolates the two conductors 116 from one another and seals a gap between the terminal lead-through 120 and the cover plate 122.
  • the terminal duct 120 is made of roll-clad material. In this case, two difficultly connectable metals have been compressed under high pressure until a connection between the metals at the lattice level has arisen. This is done from an electrochemical point of view, since a material which is stable at anode potential in the cell is required on the anode side. In the case of liquid electrolyte contact, ie contact with liquid electrolyte, this is, for example, copper or nickel. Aluminum is preferred on the outside of the cell because it is less expensive and more corrosion resistant.
  • the terminal bushing 120 has copper on one side and aluminum on one side.
  • the contact lugs 110 of the same-pole electrode layers 106 welded to the terminal bushing 120 by the pressure-welded connection 114 are likewise made of copper.
  • the terminal bushing 120 is so long and wide that the welding surfaces 126 completely overhang and circumferentially remains a distance from the adhesive joint 200 remains.
  • FIG. 3 shows a representation of a pressure welding method on a battery 100 according to one exemplary embodiment.
  • the battery 100 substantially corresponds to the battery in Fig. 1.
  • Fig. 1 in contrast to that shown in Fig. 1
  • Cavity 300 having a substantially triangular cross-sectional area.
  • a sonotrode 130 adapted to the cavity 300 is introduced into the cavity.
  • the sonotrode 130 has a finger shape and a smaller one
  • connection of the tabs 110 may be welded to the entire cell stack 104 using a special sonotrode 130 or alternative welding technology.
  • FIGS. 4a to 4f show an illustration of a production sequence of a battery 100 according to one exemplary embodiment.
  • the battery 100 corresponds in the
  • the cover assembly 118 is here executed with a welded terminal bushing 120.
  • Terminal bushing 120 has on the inside a contact plate 400 to
  • the contact plate 400 provides the contact surface required for welding. For deriving the electrical current flow from the battery 100, only a smaller cross-sectional area compared to the contact surface is required. Therefore, the aperture through the cover plate 122 is smaller than the contact plate 400. In the aperture, only a pin 402 having a cross-sectional area required for mechanical strength and current carrying capacity is disposed. The cross-sectional area can be arbitrarily shaped.
  • the pin 402 is held by a counterpart 404.
  • Counterpart 404 is welded to pin 402 under bias. Between the inside of the cover plate 122 and the contact plate 400 and the outside of the cover plate 122 and the counterpart 404 electrically insulating insulators 406 are arranged made of a plastic material. In addition, the breakthrough is sealed by sealing rings, not shown here between the contact plate 400 and the cover plate 122 and / or between the cover plate 122 and the counterpart 404.
  • the pin 402 is bonded by a friction welding process of two metal materials. As in FIG. 2, the terminal bushing 120 thus has a different material on the inside than on the outside.
  • the partial stacks 124, 128 are arranged on a welding device 408.
  • the Sch white device 408 has a support amount for each sub-stacks 124, 128.
  • On the support slopes are the sub-stacks 124, 128 as the pages of an open book.
  • the support ramps position the sub-stacks 124, 128 such that the weld surfaces 126 of the tab bundles 112 overlap.
  • the pin 402 of the terminal lead-through 120 is arranged in a recess of an anvil 410 in FIG. 4 a.
  • the contact plate 400 bears against a pressure surface of the anvil 410.
  • the welding surfaces 126 of the one pole of the cell stack 104 are arranged between the sonotrode 130 and the terminal bushing 120 and are welded to the contact plate 400 by ultrasonic waves coupled in from the sonotrode 130 and pressure.
  • Terminal feedthrough 120 connected.
  • the terminal duct 120 can
  • the cylindrical part comprises the roll-plated material.
  • Aluminum part will later be welded to the aluminum terminal plate.
  • Fig. 4b the welding surfaces 126 of the one pole are welded to the contact plate.
  • the anvil 410 is removed and the inner insulator 406 and an unillustrated inner seal between the terminal bushing 120 and the cover plate 122 has been arranged.
  • the pin 402 is arranged in the opening of the cover plate 122 and projects beyond the cover plate 122 on the outside.
  • Terminal passage 120 inserted into the cover plate 122.
  • the insulation is provided, for example, by cast or injection-molded plastic parts.
  • the terminal bushing 120 is disposed in the recess of the plastic part so that the cylindrical part protrudes on the outside of the cover plate 122.
  • the flat part sits in the recess.
  • a flat anvil 410 is arranged on the cover plate 122.
  • Welding surfaces 126 of the other pole of the cell stack 104 are arranged between the sonotrode 130 and the cover plate 122 and are welded to the cover plate 122 by ultrasonic waves coupled in from the sonotrode 130 and pressure.
  • the cathode double bundle is connected to the cover plate 122.
  • the anode contact lugs are connected to the copper surface of the
  • Terminal feedthrough 120 welded.
  • the cathode contact tabs are welded to the cover plate 122 made of aluminum. Because of the stage between the
  • Copper surface and the aluminum surface of the cover plate 122 are the
  • Cover plate 122 inserted. The seal seals the cover plate 122, the
  • Terminal passage 120 and the cell interior against the external environment The terminal plate is inserted into the recess of the plastic part on the outside, so that electrical contact can be established between the cells.
  • Terminal bushing 120 welded into the terminal plate.
  • Fig. 4f the welding device 408 is removed and the sub-stacks 124, 128 are collapsed to form the one-piece cell stack 104. Subsequently, the cell stack 104 is inserted into the housing of the battery 100. In other words, in Fig. 4f, the cell stack 104 is assembled and the battery 100 is finally assembled.
  • FIGS. 5a to 5d show an illustration of a production sequence of a battery 100 according to one exemplary embodiment.
  • the battery 100 corresponds in the
  • Intermediate pieces 500 inserted into corresponding recesses 502 of the arrester 116.
  • the intermediate pieces 500 can act as feedthroughs through the cover assembly 118.
  • the intermediate pieces 500 are electrically connected to the arresters 116.
  • the intermediate pieces 500 and the arresters 116 are laser-welded.
  • the double-band connection can also be made using an additional feeder that is part of the terminal or before or after
  • the double bundles Connecting the double bundle is connected to the terminal.
  • the double bundles can be welded essentially parallel to a stacking direction of the cell stack 104. This, however, consumes more space in the battery cell for electrical connection. However, welding can be done from outside the lid.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batterie (100) mit einem prismatischen Gehäuse (102) und einem Zellstapel (104) mit verschiedenpoligen Elektrodenlagen (106), die je zumindest eine über eine aktive Fläche (108) der Elektrodenlage (106) überstehende Kontaktfahne (110) zum elektrischen Kontaktieren der Elektrodenlage (106) aufweisen, wobei die Kontaktfahnen (110) gleichpoliger Elektrodenlagen (106) aneinander ausgerichtet angeordnet sind und zu je zumindest zwei gleichpoligen Kontaktfahnenbündeln (112) mit einer im Wesentlichen gleichen Anzahl gleichpoliger Kontaktfahnen (110) zusammengefasst sind, wobei die gleichpoligen Elektrodenlagen (106) über die entsprechenden gleichpoligen Kontaktfahnenbündel (112) und eine Pressschweißverbindung (114) mit einem entsprechenden Ableiter (116) des Gehäuses (102) elektrisch leitend verbunden sind.

Description

Beschreibung
Batterie und Verfahren zum Herstellen einer Batterie
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Batterie und ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie.
Stand der Technik
Eine Batterie weist Anschlüsse zum Transportieren von elektrischer Energie aus beziehungsweise in einen elektrochemischen Energiespeicher auf, die auf einer
Außenseite eines Gehäuses oder einer Hülle der Batterie zugänglich sind. Die Anschlüsse sind im Inneren der Batterie mit Elektroden des Energiespeichers verbunden.
Gleichpolige Elektroden werden gemeinsam kontaktiert und elektrisch leitend mit dem entsprechenden Anschluss verbunden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Batterie und ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine erforderliche Länge von Kontaktfahnen zum elektrischen Kontaktieren von Elektroden eines Energiespeichers einer Batterie im Vergleich zu herkömmlichen Implementierungen von Batterien zu verkürzen und so einen elektrischen Widerstand der Kontaktfahnen zu verringern. Ein elektrischer Stromfluss durch die Kontaktfahnen führt dadurch insbesondere bei einer Schnellentladung der Zelle zu einer verringerten
Erwärmung. Zusätzlich wird ein Platzbedarf zum Kontaktieren des Energiespeichers verringert, wodurch der Energiespeicher im Verhältnis zu einem Gesamtvolumen der Batterie vergrößert werden kann. Bei normalem Betrieb tritt die joulsche Erwärmung aufgrund der dann fließenden geringeren Ströme nicht so stark auf. Dabei wird auch kein alternativer, extrem niederohmiger Strompfad zu einem internen Kurzschluss benötigt.
Es wird eine Batterie vorgestellt, die ein prismatisches Gehäuse und einen Zellstapel mit verschiedenpoligen Elektrodenlagen aufweist, die je zumindest eine über eine aktive Fläche der Elektrodenlage überstehende Kontaktfahne zum elektrischen Kontaktieren der Elektrodenlage aufweisen, wobei die Kontaktfahnen gleichpoliger Elektrodenlagen aneinander ausgerichtet angeordnet sind und zu je zumindest zwei gleichpoligen Kontaktfahnenbündeln mit einer im Wesentlichen gleichen Anzahl gleichpoliger Kontaktfahnen zusammengefasst sind, wobei die gleichpoligen Elektrodenlagen über die entsprechenden gleichpoligen Kontaktfahnenbündel und eine Pressschweißverbindung mit einem entsprechenden Ableiter des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie vorgesteht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Stapeln eines verschiedenpolige Elektrodenlagen umfassenden Zellstapels, wobei über eine aktive Fläche des Zellstapels überstehende Kontaktfahnen gleichpoliger
Elektrodenlagen aneinander ausgerichtet angeordnet werden;
Bündeln der gleichpoligen Kontaktfahnen zu zumindest je zwei Kontaktfahnenbündeln, wobei pro Kontaktfahnenbündel eine im Wesentlichen gleiche Anzahl an Kontaktfahnen gebündelt wird; und
Pressschweißen der gleichpoligen Kontaktfahnenbündel an je einen Ableiter eines Gehäuses der Batterie, um die gleichpoligen Elektrodenlagen über die entsprechenden Kontaktfahnenbündel elektrisch leitend mit dem entsprechenden Ableiter zu verbinden.
Unter einer Batterie kann ein Akkumulator beziehungsweise eine Sekundärbatterie zum Speichern und erneuten Bereitstellen von elektrischer Energie verstanden werden. Die elektrische Energie kann in einem Zellstapel aus gestapelten Einzel zellen
elektrochemisch gespeichert werden. Der Zellstapel kann als Stack bezeichnet werden. Die elektrische Energie kann über elektrisch leitende Elektrodenlagen in den Zellstapel hinein beziehungsweise aus dem Zellstapel heraus geleitet werden. Eine Einzelzelle ist jeweils zwischen zwei verschiedenpoligen Elektrodenlagen des Zellstapels ausgebildet. Die Elektrodenlagen einer Einzelzelle sind also unterschiedlichen elektrischen Polen der Batterie zugeordnet. Die verschiedenpoligen Elektrodenlagen können unterschiedliche elektrisch leitenden Materialien aufweisen. Beispielsweise können die
verschiedenpoligen Elektrodenlagen Kupferfolie beziehungsweise Aluminiumfolie aufweisen. Eine Einzelzelle kann als Elementarstack bezeichnet werden. In einem Elementarstack liegen immer Doppelbeschichtungen vor. Eine Elektrodenlage ist also beidseitig mit dem gleichen Material beschichtet. Dadurch ergibt sich eine Abfolge aus einer Anodenschicht, Kupfer Cu, einer weiteren Anodenschicht, einem Separator, einer Kathodenschicht, Aluminium Al und einer weiteren Kathodenschicht. Der Lagenaufbau der einzelnen Elektroden besteht dabei aus einer Trägerfolie auf die die elektrochemisch aktive Schicht aufgetragen wird. Im Fall der Anode ist die Trägerfolie beispielsweise aus Kupfer Cu oder einem anderen auf dem Anodenpotential elektrochemisch stabilen Elektronenleiter. Im Fall der Kathode ist die Trägerfolie beispielsweise aus Aluminium Al oder einem anderen auf dem Kathodenpotential elektrochemisch stabilen
Elektronenleiter. Die elektrochemisch aktive Schicht ist eine poröse Schicht aus Speichermaterial und einem elektronisch leitenden Leitadditiv. Die Schicht ist porös, um Lithium-Ionen als leitenden Flüssigelektrolyt aufzunehmen. Alternativ kann auch eine Festkörperzelle ohne Porosität und Separator aufgebaut sein. Die Festkörperzelle kann einen lithiumionenleitenden Festelektrolyten und sowohl Lithium Ionen leitende Additive als auch elektronisch leitende Additive in beiden Elektroden nebst den
Speichermaterialien enthalten.
Zum Bilden der Einzelzellen tragen die unterschiedlichen Elektrodenlagen auf aktiven Flächen unterschiedliche elektrochemisch aktive Materialien zum Speichern der elektrischen Energie. Die Elektrodenlagen sind elektrisch voneinander isoliert. Im Zellstapel sind die Elektrodenlagen parallel zueinander mit gleichmäßigen Abständen angeordnet. Zum Kontaktieren weisen die Elektrodenlagen elektrisch leitende
Kontaktfahnen ohne elektrochemisch aktive Materialien auf. Die Kontaktfahnen stehen über die aktiven Flächen über. Die Kontaktfahnen sind einstückig mit den
Elektrodenlagen ausgebildet, beispielsweise aus einer gemeinsamen Metallfolie.
Verschiedenpolige Kontaktfahnen berühren sich nicht. Gleichpolige Kontaktfahnen sind zu zumindest zwei Kontaktfahnenbündeln zusammengefasst. Zwei gleichpolige
Kontaktfahnenbündel bilden dabei ein Doppelbündel aus. Eine Polarität kann auch mit einem einzelnen Bündel aller gleichpoligen Kontaktfahnen und die andere Polarität kann mit einem Doppelbündel ausgestattet sein. Der Zellstapel weist zumindest vier
Kontaktfahnenbündel auf. Ein Kontaktfahnenbündel kann zu einer Schweißfläche zum Erstellen einer elektrisch leitenden Verbindung der Kontaktfahnen untereinander, zu dem anderen gleichpoligen Kontaktfahnenbündel und zu dem Ableiter zusammengefasst werden.
Der Strompfad ist aufgrund des Sicherheitskonzepts der Schnellentladeeinrichtung extrem niederohmig. Dabei können die Batteriezellen ein oder zwei Terminals aufweisen. Bei der Ausführung mit einem Terminal trägt das Zellgehäuse die andere Polarität. Bei der Ausführung mit zwei Terminals kann das Gehäuse neutral, auf einem floating Potential beziehungsweise schwebenden Potenzial oder auf einer Polarität liegen.
Ein Gehäuse kann eine feste Hülle zum Schutz des Zellstapels sein. Im Gegensatz zu sogenannten Pouch-Batteriezellen, bei dem der Zellstapel von einer flexiblen Folie umgeben ist, ist das Gehäuse im Wesentlichen formstabil, d.h. das von dem Gehäuse umschlossene Volumen verändert sich bei normalem Betrieb der Batteriezelle allenfalls unwesentlich, beispielsweise weniger als 10% oder weniger als 5% oder 2%. Ein prismatisches Gehäuse kann beispielsweise eine rechteckige Grundfläche aufweisen. Ein Ableiter kann ein elektrisch leitender Teil des Gehäuses sein, an dem die elektrische Energie auf einer Außenseite der Batterie abgegriffen werden kann. Die zwei Ableiter der Batterie sind voneinander elektrisch isoliert. Der hier vorgestellte Ansatz kann auch in einer Pouchzelle verwendet werden.
Pressschweißen kann beispielsweise Ultraschallschweißen oder Reibschweißen sein. Beim Pressschweißen werden zumindest zwei Materialien durch Druck und Reibung erhitzt, bis sie zumindest pastös sind und in pastösem Zustand miteinander vermischt. Eine zum Verschweißen der Materialien notwendige Energie wird beim Pressschweißen somit überwiegend in Form mechanischer Energie bereitgestellt. Insbesondere das Ultraschallschweißen ermöglicht dabei unter anderem eine vorteilhafte Prozessführung und/oder vorteilhafte Schweißergebnisse. Beispielsweise werden die zu verschweißenden Materialien schonend und auf nicht zu hohe Temperaturen erhitzt. Außerdem können mehrere Kontaktfahnen in einem gemeinsamen Prozessschritt miteinander und/oder mit dem Ableiter des Gehäuses verschweißt werden. Die die Folienverbindung kann auch durch andere Verfahren, wie beispielsweise Kleben, Laserschweißen, Crimpen, Löten oder Verpressen erfolgen. Dabei ist alles, was eine mechanisch stabile Verbindung mit homogen niedrigem Widerstand zwischen den Folien und zum Ableiter erstellt nutzbar.
Der Zellstapel kann zumindest zwei flächig aufeinander gestapelte Teilstapel aufweisen. Jeder Teilstapel kann zumindest zwei verschiedenpolige Kontaktfahnenbündel aufweisen. Bei der Herstellung können die zwei Teilstapel zuerst gestapelt werden und die
Kontaktfahnen gebündelt werden. Die vorgefertigten Teilstapel können zu dem Zellstapel zusammengefügt werden. Die Kontaktfahnenbündel können so einfacher hergestellt werden.
An einer Trennebene der Teilstapel, d.h. dort, wo eine zu äußerst liegende Elektrodenlage eines der Teilstapel einer zu äußerst liegenden Elektrodenlage des anderen der Teilstapel gegenüberliegt, können zwei verschiedenpolige Elektrodenlagen eine Einzelzelle des Zellstapels ausbilden. Mit anderen Worten können die beiden an der Trennebene einander gegenüberliegenden, zu äußerst liegenden Elektrodenlage der beiden Teilstapel unterschiedliche Polaritäten aufweisen, sodass sie eine Einzelzelle der Batterie bilden. Alternativ können an der Trennebene zwei gleichpolige Elektrodenlagen benachbart angeordnet sein. Die Trennebene kann die Mitte des Zellstapels repräsentieren, wenn die Teilstapel gleich viele Elektrodenlagen aufweisen. Durch eine zusätzliche Einzel zelle kann eine Energiedichte der Batterie erhöht werden. Durch zwei voneinander getrennte und optional voneinander isolierte Teilstapel kann eine elektrische Verschaltung des Zellstapels anforderungsgemäß eingestellt werden. Beispielsweise können die Teilstapel in Reihe geschaltet werden.
Korrespondierende gleichpolige Elektrodenlagen der beiden Teilstapel können über ihre Kontaktfahnen einstückig Zusammenhängen. Einer der Teilstapel kann auf den anderen Teilstapel geklappt sein, sodass die Elektrodenlagen der beiden Teilstapel parallel zur Trennebene angeordnet sind und die Teilstapel einander gegenüber liegen. Die Teilstapel können zeitgleich gestapelt werden. Je zwei Kontaktfahnenbündel können eine gemeinsame Schweißfläche aufweisen. An der Schweißfläche kann Material eingespart werden, da die Hälfte der zu schweißenden Lagen entfällt.
Das Gehäuse kann eine Deckelbaugruppe mit einer Deckelplatte und einer elektrisch von der Deckelplatte isolierten Terminaldurchführung aufweisen. Die Deckelplatte kann den einen Ableiter der Batterie ausbilden. Die Terminaldurchführung kann den anderen Ableiter der Batterie ausbilden. Die Terminaldurchführung ist elektrisch isoliert von der Deckelplatte. Die Terminaldurchführung kann in einer Aussparung der Deckelplatte angeordnet sein. Der Zellstapel kann zuerst mit der Deckelbaugruppe verbunden werden. Anschließend kann der Zellstapel in einen Rest des Gehäuses eingeführt werden beziehungsweise von dem Rest des Gehäuses umschlossen werden.
Die Terminaldurchführung kann zwei unterschiedliche, miteinander walzplattierte Materialien aufweisen. Eine heterogene niederohmige Verbindung der Materialien ist herausfordernd. Elm den elektrischen Widerstand gering zu halten, wird eine
Legierungszone sehr dünn gehalten. Dafür eignen sich zum Beispiel ebenfalls Reibschweißverfahren. Verschiedene Materialien können unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Beispielsweise kann eines der Materialien zum Pressschweißen der
Kontaktfahnenbündel besonders gut geeignet sein. Ebenso kann zumindest eines der Materialien erforderlich zum Vermeiden von Korrosion und/oder Elektrokorrosion sein. Die Materialien können Metallmaterialien sein. Beispielsweise können Kupfer beziehungsweise eine Kupferlegierung und Aluminium beziehungsweise eine
Aluminiumlegierung miteinander walzplattiert sein.
Schweißflächen der Pressschweißverbindungen an der Deckelplatte und an der
Terminaldurchführung können quer zu einer Ebene der Elektrodenlagen ausgerichtet sein und im Wesentlichen höhengleich angeordnet sein. Alternativ können die Schweißflächen einen Höhenversatz zueinander aufweisen. Dann können die mit der
Terminaldurchführung verschweißten Kontaktfahnen kürzer als die mit der Deckelplatte verschweißten Kontaktfahnen sein. Die Schweißflächen können Teil der
Kontaktfahnenbündel sein. Durch die Ausrichtung quer zu den Elektrodenlagen kann Platz eingespart werden. Für die höhengleiche Anordnung der Schweißflächen kann die Terminaldurchführung großflächig in die Deckelplatte eingelassen sein. Für die
Anordnung mit Höhenversatz kann die Terminaldurchführung an der Innenseite über die Deckelplatte überstehen. Die Terminaldurchführung kann eine innen auf die Deckelplatte aufgesetzte Kontaktplatte aufweisen.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen als Batterie und als Verfahren zum Herstellen einer Batterie beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die
Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Die Figuren la bis ld zeigen eine Darstellung eines Herstellungsablaufs einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Pressschweißverbindung an einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines Pressschweißverfahrens an einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel ;
Die Figuren 4a bis 4f zeigen eine Darstellung eines Herstellungsablaufs einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Die Figuren 5a bis 5d zeigen eine Darstellung eines Herstellungsablaufs einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Merkmale.
Ein interner Kurzschluss einer Batteriezehe, wie beispielsweise durch ein Eindringen eines Nagels, durch einen leitfähigen Partikel oder durch ein Überstrapazieren der Zelle bei z.B. einen Einfall führt zu einer internen Wärmeentstehung, die zu einem thermischen Durchgehen der Batteriezehe und zu einer Explosionsgefahr führen kann.
Eine Schnellentladeeinrichtung transferiert die Wärmeentstehung zu einer Außenseite eines Zellstapels der Batteriezelle und erzeugt einen dauerhaften Bypass zu der defekten Batteriezelle. Die Schnellentladeeinrichtung reduziert so den Wärmeeintrag im Stapel. Dadurch bleibt ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug bei einem Schaden einer Batteriezelle nicht hegen. Durch die Schnellentladeeinrichtung werden ebenfalls
Explosion und Flammen vermieden, die zu einer Gefährdung der Insassen, Dritter und/oder der Umwelt führen können. Ein etwaiges Liegenbleiben kann zusätzlich verhindert werden, wenn die durch die Schnellentladeeinrichtung ohne Durchgang elektrochemisch deaktivierte Zelle weiterhin kurzgeschlossen die Reihenschaltung der Zellen aufrecht erhält oder durch eine Sekundäreinrichtung bei Parallelschaltung von Zellen aus dem Kreis ausgeschlossen wird, z.B. durch eine zusätzliche Schmelzsicherung.
Die Integration der Schnellentladeeinrichtung verändert das Zelldesign in Bezug auf eine Kontaktierung des Zellstapels, da ein elektrischer Widerstand sehr kritisch ist. Ebenfalls verändert die Integration der Schnellentladeeinrichtung eine volumenbezogene
Energiedichte der Batteriezelle und eine Kühlung der Batteriezelle. Die Zellstapelverbindung durch Kontaktfahnen der Elektroden stellt einen elektrischen Stromfluss von und zu den Elektroden-Stromsammelfolien zu und von den Terminals der Batteriezelle im normalen zyklischen Betrieb und bei einer Schnellentladung sicher.
Normalerweise sind die Kontaktfahnen Vorsprünge der Kupfer- beziehungsweise Aluminium Stromsammelfolien der Anoden- beziehungsweise Kathodenschichten mit definierter aber variabler Länge. Die Kontaktfahnen werden gebündelt und mit dem Terminal verschweißt.
Da die Kontaktfahnen dünne Folien sind und in ihrer Breite durch Abmessungen der Batteriezelle begrenzt sind, weisen sie eine geringe Querschnittsfläche auf. Daher sollte eine freie Länge der Kontaktfahnen möglichst gering sein, beispielsweise 5 mm. Die freie Länge kennzeichnet dabei die Länge zwischen dem aktiven (beschichteten) Bereich und dem Schweißpunkt zum Terminal.
Lange Kontaktfahnen führen zu einem hohen elektrischen Widerstand, der linear mit der Länge zunimmt. Dieser Widerstand hat einen großen Einfluss auf einen elektrischen Gesamtwiderstand des Strompfads.
Lange Kontaktfahnen führen zu einer verringerten Ausnutzung eines Zellenvolumens, da der für die Zellanbindung genutzte Raum nicht zu einer elektrochemisch aktiven Fläche der Batteriezelle beiträgt und so eine volumenbezogene Energiedichte der Batteriezelle senkt.
Ausführungsformen der Erfindung
Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden daher je zwei Kontaktfahnenbündel zum Kontaktieren der Anoden- beziehungsweise Kathodenschichten verwendet. Dadurch kann die freie Länge der Kontaktfahnen um näherungsweise 50 Prozent reduziert werden. Beispielsweise kann ein Mittelwert der freien Länge von 10 mm auf 5 mm reduziert werden. So kann der elektrische Widerstand der Kontaktfahnen ebenfalls um
näherungsweise 50 Prozent reduziert werden. Beispielsweise kann ein Widerstand von kleiner 100 mW erreicht werden. Weiterhin kann das für die Kontaktierung des
Zellenstapels erforderliche Volumen ebenfalls um näherungs weise 50 Prozent verringert werden. Die Figuren la bis ld zeigen eine Darstellung eines Herstellungsablaufs einer Batterie 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hergestellt wird eine Batterie 100 mit einem prismatischen Gehäuse 102, das einen Zellstapel 104 aus verschiedenpoligen
Elektrodenlagen 106 und für den Betrieb erforderlichen zwischen den Elektrodenlagen 106 angeordneten Separatorenlagen umschließt. Die Elektrodenlagen 106 sind also den zwei elektrischen Polen der Batterie 100 zugeordnet. Die Elektrodenlagen 106 des einen Pols werden oxidiert und wirken während eines Entladens der Batterie 100 als Anoden. Diese Elektrodenlagen 106 können als Anodenlagen bezeichnet werden. Die
Elektrodenlagen 106 des anderen Pols werden reduziert und wirken während des Entladens als Kathoden. Diese Elektrodenlagen 106 können als Kathodenlagen bezeichnet werden. Die Anodenlagen und Kathodenlagen wechseln sich im Zellstapel 104 ab. Auf einer aktiven Fläche 108 weisen die Anodenlagen Anodenmaterial auf. Die Kathodenlagen weisen auf ihrer aktiven Fläche 108 Kathodenmaterial auf. Die
Elektrodenlagen 106 sind elektrisch leitend. Beispielsweise sind die Elektrodenlagen 106 Metallfolien mit darauf abgeschiedenem Aktivmaterial.
Jede Elektrodenlage 106 weist zumindest eine über die aktive Fläche 108 überstehende Kontaktfahne 110 zum elektrischen Kontaktieren der Elektrodenlage 106 auf. Die Kontaktfahnen 110 verschiedenpoliger Elektrodenlagen 106 sind an unterschiedlichen Positionen des Zellstapels 104 angeordnet. Die aktive Fläche 108 ist hier rechteckig. Die einzelnen Elektrodenlagen 106 sind so gestapelt, dass Kanten der aktiven Fläche 108 im Wesentlichen deckungsgleich sind. Die Kontaktfahnen 110 gleichpoliger Elektrodenlagen 106 sind aneinander ausgerichtet angeordnet. Die Kontaktfahnen 110 verschiedenpoliger Elektrodenlagen 106 überschneiden sich nicht. Hier sind die Kontaktfahnen 110 entlang einer Seite des Zellstapels 104 nebeneinander angeordnet.
Die Kontaktfahnen 110 gleichpoliger Elektrodenlagen 106 sind zu je zumindest zwei gleichpoligen Kontaktfahnenbündeln 112 zusammengefasst. Jedes Kontaktfahnenbündel 112 weist im Wesentlichen die gleiche Anzahl an gleichpoligen Kontaktfahnen 110 auf. Hier weist jedes Kontaktfahnenbündel 112 je die Hälfte der gleichpoligen Kontaktfahnen 110 auf. Die gleichpoligen Elektrodenlagen 106 sind über die entsprechenden gleichpoligen Kontaktfahnenbündel 112 und eine Pressschweißverbindung 114 mit einem entsprechenden Ableiter 116 des Gehäuses 102 elektrisch leitend verbunden.
Hier ist von dem Gehäuse 102 nur eine Deckelbaugruppe 118 dargesteht. Die
Deckelbaugruppe 118 steht beide Ableiter 116 der Batterie 100 bereit. Dazu ist als erster Ableiter 116 eine Terminaldurchführung 120 elektrisch isoliert in eine Deckelplatte 122 der Deckelbaugruppe 118 eingelassen. Die Terminaldurchführung 120 stellt damit eine elektrisch vom Rest des Gehäuses 102 isolierte elektrisch leitende Verbindung durch die Deckelplatte 122 bereit. Der Rest des Gehäuses 102, insbesondere die Deckelplatte 122 ist ebenfalls elektrisch leitend, liegt auf dem anderen Potential und wirkt als zweiter Ableiter 116 der Batterie 100.
In Fig. la ist ein erster Teilstapel 124 des Zellstapels 104 mit der Deckelbaugruppe 118 dargestellt. Der Teilstapel 124 umfasst hier die Hälfte der Elektrodenlagen 106 des Zellstapels 104. Die Kontaktfahnen 110 des Teilstapels 124 sind zu zwei
verschiedenpoligen Kontaktfahnenbündeln 112 zusammengefasst. Die
Kontaktfahnenbündel 112 sind nebeneinander entlang einer Seite des Teilstapels 124 angeordnet. Die Kontaktfahnen 110 der im Teilstapel 124 außen liegenden
Elektrodenlagen 106 sind zur Mitte des Teilstapels 124 hin abgewinkelt. Je näher eine Elektrodenlage 106 an der Mitte angeordnet ist, umso weniger ist die zugehörige Kontaktfahne 110 abgewinkelt. In geringem Abstand von der Kante der aktiven Flächen 108 berühren sich die Kontaktfahnen 110 des jeweiligen Kontaktfahnenbündels 112 und bilden ab da eine Schweißfläche 126 für die Pressschweißverbindung 114 aus. Der Abstand ist dabei möglichst gering. Der Abstand ist durch die Geometrie, notwendige Zugentlastungen beziehungsweise eine Folienstabilität und Vorgaben hinsichtlich Beschichtungskantenbelastung festgelegt. Der Abstand bestimmt die kritische Länge für den Widerstandspfad. Im Bereich der Schweißflächen 126 liegen die Kontaktfahnen 110 flächig aufeinander. Ebenso kann eine Linienanbindung vorliegen. Die Schweißflächen 126 sind gegenüber einer Ebene der Elektrodenlagen 106 abgewinkelt. Der Teilstapel 124 und die Deckelbaugruppe 118 sind so zueinander ausgerichtet, dass die Schweißflächen 126 jeweils über einem der Ableiter 116 angeordnet sind. Dabei ist der Teilstapel 124 schräg zu der Deckelbaugruppe 118 ausgerichtet, um einen Raum oberhalb der
Schweißflächen 126 freizuhalten. Die Schweißflächen 126 sind parallel zu Flächen der Ableiter 116 ausgerichtet. Bei anderen Schweißverfahren ist das u.U. nicht nötig.
In Fig. lb ist zusätzlich zu der Darstellung in Fig. la ein zweiter Teilstapel 128 des Zellstapels 104 dargestellt. Der zweite Teilstapel 128 entspricht im Wesentlichen dem ersten Teilstapel 124. Auch der zweite Teilstapel 128 ist so ausgerichtet, dass seine Schweißflächen 126 an den Ableitern 116 ausgerichtet sind. Die Schweißflächen 126 der beiden Teilstapel 124, 128 sind übereinander angeordnet. Der zweite Teilstapel 128 ist in die entgegengesetzte Richtung, wie der erste Teilstapel 124 schräg zu der
Deckelbaugruppe 118 ausgerichtet. So bleibt der Raum oberhalb der Schweißflächen 126 weiterhin frei. Mit anderen Worten ist der zweite Teilstapel 128 bezogen auf eine Ebene senkrecht zur Deckelplatte 122 symmetrisch zu dem ersten Teilstapel 124 ausgerichtet. Dabei ergibt sich ein minimaler Höhenversatz gemäß der Folienbündeldicke des ersten Teilstapels 124.
In Fig. lc werden die Schweißflächen 126 mit den darunterliegenden Ableitern 116 durch ein Pressschweißverfahren verbunden. Hier ist eine Sonotrode 130 für ein
Ultraschallschweißverfahren im freien Raum zwischen den Teilstapeln 124, 128 angeordnet. Die Sonotrode 130 ist an den Schweißflächen 126 ausgerichtet und presst die Schweißflächen 126 sowie den jeweiligen Ableiter 116 gegen einen nicht dargestellten Amboss. Dabei werden Uhraschallschwingungen für eine Uhraschallverschweißung in die Schweißflächen 126 einkoppelt, um die gleichpoligen Kontaktfahnen 110 der beiden gleichpoligen Kontaktfahnenbündel 112 beider Teilstapel 124, 128 mit dem jeweiligen Ableiter 116 elektrisch leitend und mechanisch zu verbinden. Hier ist die Sonotrode 130 auf den Schweißflächen 126 über der Terminaldurchführung 120 dargesteht. Die mit der Deckelplatte 122 zu verbindenden anderen Schweißflächen 126 werden entweder zeitgleich unter Verwendung einer anderen Sonotrode oder zeitversetzt unter
Verwendung der gleichen Sonotrode 130 verschweißt.
In Fig. ld sind die Teilstapel 124, 128 zusammengeklappt und bilden den durchgehenden Zellstapel 104 aus. Der zusammengeklappte Zellstapel 104 wird mit der
Deckelbaugruppe 118 in ein nicht dargestelltes Restgehäuse eingesetzt, um das Gehäuse 102 zu komplettieren. Die Deckelbaugruppe 118 wird mit dem Restgehäuse fluiddicht verbunden, um den Zellstapel 104 und für die Funktion der Batterie 100 erforderlichen Elektrolyt einzuschließen, da viele Batteriespeichermaterialien, Leitsalze u.ä. Additive hygroskopisch sind oder umweltschädliche und/oder gesundheitsschädliche Gase insbesondere bei der Formierung und dem Überladung der Zehen emittieren.
In einem Ausführungsbeispiel sind die beiden Teilstapel 124, 128 symmetrisch zu einer senkrecht zu der Deckelplatte 122 stehenden Trennebene 132 aufgebaut. Damit hegen in der Trennebene 132 zwei gleichpolige Elektrodenlagen 106 aneinander. Zumindest einer der Teilstapel 124, 128 kann auch eine isolierende Hülle aufweisen, wobei dann zumindest eine Lage Isoliermaterial in der Trennebene 132 angeordnet ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die beiden Teilstapel 124, 128 asymmetrisch zu der Trennebene 132 auf gebaut. Dabei sind in der Trennebene verschiedenpolige Elektrodenlagen 106 benachbart zueinander angeordnet und bilden eine elektrochemische Einzelzelle aus. Zwischen den verschiedenpoligen
Elektrodenlagen 106 ist eine Separatorenlage angeordnet. Die Einzelzelle ist dabei durch verschiedenpolige Kontaktfahnen 110 auf unterschiedlichen Seiten der Trennebene 132 kontaktiert. Der gesamte Zellstapel 104 kann durch eine zusätzliche Hülle von dem Gehäuse 102 isoliert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel führt der Aufbau aus zwei Doppelbündeln nicht zu einem Energiedichtenverlust, sondern weist genau dieselbe Energiedichte auf, wie ein von vorneherein einzeln aufgebauter Stack mit selber
Lagenanzahl.
Mit anderen Worten zeigt Fig. 1 eine Batterie 100 umfassend zwei Stapel aus Elektroden, wobei die besagten Stapel Anoden und Kathoden umfassen. Aus den Anoden stehen Fahnen eines ersten Typs hervor. Aus den Kathoden stehen Fahnen eines zweiten Typs hervor. Besagte Fahnen des ersten Typs des ersten Stapels sind mit besagten Fahnen des ersten Typs des zweiten Stapels unter Verwendung einer Schweißtechnik, wie
Laserschweißen oder Ultraschallschweißen verschweißt.
Eine zusätzliche Anodenlage oder Kathodenlage ist dann vorhanden, wenn die Stapel identisch aufgebaut sind, wobei die zusätzliche Lage nicht zur Kapazität der Batterie 100 beiträgt. Eine optionale Trennschicht kann zwischen den Stapeln angeordnet werden, wenn diese identisch sind.
Keine besagte Trennschicht zwischen den Stapeln ist vorhanden, wenn die besagten Stapel nicht identisch sind.
Die Fahnen des ersten Typs sind kürzer als die Fahnen des zweiten Typs. Ein optionaler Schnellentladepfad ist zwischen den besagten Fahnen des ersten Typs und den besagten Fahnen des zweiten Typs angeordnet und bildet einen elektrischen Pfad mit einem niedrigen elektrischen Widerstand. Hier sind die Fahnen verschieden lang, da eine Stufe zwischen der Terminaldurchführung 120 und der Innenseite des Deckels 118 zu überbrücken ist.
Die Doppelbündelung ermöglicht eine homogene Stromstärkenverteilung im Stapel durch näherungsweise gleich lange Fahnen. Der ungleiche Stapelaufbau ermöglicht den Verzicht auf eine Lage, was zu einer höheren Energiedichte führt. Der Abstand der Nominal-Länge der kürzesten Fahne zur längsten Fahne wird etwa halbiert, da die Fahnenlänge etwa halbiert wird.
Die zwei Teilstapel 124, 128 werden in geöffnetem Zustand miteinander verbunden, um Platz für die Sonotrode 130 zu schaffen. Nach dem Verbinden und Schweißen der Kontaktfahnen 110 werden die Teilstapel 124, 128 zu dem Zellstapel 104 zusammengefügt. Beide Teilstapel 124, 128 können separat isoliert sein. Die Teilstapel 124, 128 können nach dem Zusammenfügen gegen das Gehäuse 102 isoliert werden. Das Ultraschallschweißen kann durch ein anderes Schweißverfahren ersetzt werden.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Pressschweißverbindung 114 an einer Batterie 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Batterie 100 entspricht dabei im Wesentlichen der Batterie in Fig. 1. Die Terminaldurchführung 120 ist hier in einen Durchbruch der Deckelplatte 122 eingeklebt. Eine umlaufende Klebefuge 200 isoliert die beiden Ableiter 116 elektrisch voneinander und dichtet einen Spalt zwischen der Terminaldurchführung 120 und der Deckelplatte 122 ab.
Die Terminaldurchführung 120 ist aus walzplattiertem Material. Dabei sind zwei schwierig verbindbare Metalle unter hohem Druck zusammengepresst worden, bis eine Verbindung zwischen den Metallen auf Gitterebene entstanden ist. Dies geschieht aus elektrochemischen Gesichtspunkten, da auf der Anodenseite ein bei Anodenpotential stabiles Material in der Zelle erforderlich ist. Bei Flüssigelektrolytkontakt, also Kontakt mit flüssigem Elektrolyt, ist das beispielsweise Kupfer oder Nickel. Auf der Außenseite der Zelle wird bevorzugt Aluminium verwendet, weil es kostengünstiger und korrosionsbeständiger ist. Hier weist die Terminaldurchführung 120 auf einer Innenseite Kupfer und auf einer Außenseite Aluminium auf. Die Kontaktfahnen 110 der mit der Terminaldurchführung 120 durch die Pressschweißverbindung 114 verschweißten gleichpoligen Elektrodenlagen 106 sind ebenfalls aus Kupfer. Die Terminaldurchführung 120 ist so lang und breit, dass die Schweißflächen 126 vollflächig aufhegen und umlaufend ein Abstand zur Klebefuge 200 bestehen bleibt.
Auf der Innenseite liegen eine Kontaktfläche der Deckelplatte 122 und eine
Kontaktfläche der Terminaldurchführung 120 hier in einer Ebene. Dadurch sind die verschiedenpoligen Kontaktfahnenbündel 112 gleich lang.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines Pressschweißverfahrens an einer Batterie 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Batterie 100 entspricht dabei im Wesentlichen der Batterie in Fig. 1. Hier werden im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten
Herstellungsablauf die beiden Teilstapel 124, 128 bereits vor dem Pressschweißprozess zu dem Zellstapel 104 zusammengefügt. Alternativ werden gar keine Teilstapel mehr erstellt und der Zusatzprozess des Teilstack-Zusammenfügens kann eingespart werden. Zwischen den gleichpoligen Kontaktfahnenbündeln 112 entsteht dadurch ein von den quer zu dem Zellstapel ausgerichteten Schweißflächen 126 und den innersten
Kontaktfahnen 110 der beiden Kontaktfahnenbündel 112 begrenzter, seitlich offener Hohlraum 300 mit einer im Wesentlichen dreieckigen Querschnittsfläche. Hier wird zum Verschweißen eine an den Hohlraum 300 angepasste Sonotrode 130 in den Hohlraum eingeführt. Die Sonotrode 130 weist eine Fingerform und eine kleinere
Querschnittsfläche als der Hohlraum 300 auf.
Die Verbindung der Kontaktfahnen 110 kann am kompletten Zellstapel 104 unter Verwendung einer speziellen Sonotrode 130 oder alternativen Schweißtechnologie geschweißt werden.
Die Figuren 4a bis 4f zeigen eine Darstellung eines Herstellungsablaufs einer Batterie 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Batterie 100 entspricht dabei im
Wesentlichen der Batterie in Fig. 1. Im Gegensatz dazu ist die Deckelbaugruppe 118 hier mit einer verschweißten Terminaldurchführung 120 ausgeführt. Die
Terminaldurchführung 120 weist auf der Innenseite eine Kontaktplatte 400 zum
Anschweißen der Kontaktfahnenbündel 112 des einen Pols der Batterie 100 auf. Die Kontaktplatte 400 stellt die zum Anschweißen erforderliche Kontaktfläche bereit. Zum Ableiten des elektrischen Stromflusses aus der Batterie 100 ist nur ein im Vergleich zur Kontaktfläche geringerer Leitungsquerschnitt erforderlich. Daher ist der Durchbruch durch die Deckelplatte 122 kleiner als die Kontaktplatte 400. In dem Durchbruch ist lediglich ein Stift 402 mit einer für die mechanische Festigkeit und die Stromtragfähigkeit erforderlichen Querschnittsfläche angeordnet. Die Querschnittsfläche kann beliebig geformt sein.
Auf der Außenseite wird der Stift 402 durch ein Gegenstück 404 gehalten. Das
Gegenstück 404 ist mit dem Stift 402 unter Vorspannung verschweißt. Zwischen der Innenseite der Deckelplatte 122 und der Kontaktplatte 400 sowie der Außenseite der Deckelplatte 122 und dem Gegenstück 404 sind elektrisch isolierende Isolatoren 406 aus einem Kunststoffmaterial angeordnet. Zusätzlich ist der Durchbruch durch hier nicht dargestellte Dichtringe zwischen der Kontaktplatte 400 und der Deckelplatte 122 und/oder zwischen der Deckelplatte 122 und dem Gegenstück 404 abgedichtet.
Durch die auf der Innenseite der Batterie 100 über eine Fläche der Deckelplatte 122 überstehende Kontaktplatte 400 und den inneren Isolator 406 ergibt sich ein
Höhen versatz zu der Deckelplatte 122. Dadurch sind die mit der Kontaktplatte 400 verschweißten Kontaktfahnen 110 hier kürzer ausgeführt, als die mit der Deckelplatte 122 verschweißten Kontaktfahnen 110. In einem Ausführungsbeispiel ist der Stift 402 durch einen Reibschweißprozess aus zwei Metallmaterialien verbunden. Wie in Fig. 2 weist die Terminaldurchführung 120 damit auf der Innenseite ein anderes Material auf, als auf der Außenseite.
In Fig. 4a sind die Teilstapel 124, 128 auf einer Schweißvorrichtung 408 angeordnet. Die Sch weiß Vorrichtung 408 weist für jeden Teilstapel 124, 128 eine Auflageschräge auf. Auf den Auflageschrägen liegen die Teilstapel 124, 128 wie die Seiten eines aufgeschlagenen Buchs. Die Auflageschrägen positionieren die Teilstapel 124, 128 so, dass sich die Schweißflächen 126 der Kontaktfahnenbündel 112 überlappen. Zwischen den
Auflageschrägen ist der Raum für die Sonotrode 130 frei.
Der Stift 402 der Terminaldurchführung 120 ist in Fig. 4a in einer Aussparung eines Ambosses 410 angeordnet. Die Kontaktplatte 400 liegt an einer Druckfläche des Ambosses 410 an. Die Schweißflächen 126 des einen Pols des Zellstapels 104 sind zwischen der Sonotrode 130 und der Terminaldurchführung 120 angeordnet und werden durch aus der Sonotrode 130 eingekoppelte Ultraschallwellen und Druck mit der Kontaktplatte 400 verschweißt.
Mit anderen Worten wird in Fig. 4a das Anodendoppelbündel mit der
Terminaldurchführung 120 verbunden. Die Terminaldurchführung 120 kann
walzplattiertes Material aufweisen. Alternativ dazu können Kupfer und Aluminium durch Reibschweißen verschweißt werden. Die Kontaktfahnen der Anoden werden an der Kupferfläche der Kontaktplatte 400 auf der Innenseite der Deckelbaugruppe 118 angeschweißt. Der zylindrische Teil umfasst das walzplattierte Material. Der
Aluminiumteil wird später mit der Terminalplatte aus Aluminium verschweißt.
In Fig. 4b sind die Schweißflächen 126 des einen Pols mit der Kontaktplatte verschweißt. Der Amboss 410 ist entfernt und der innere Isolator 406 sowie eine nicht dargestellte innere Dichtung zwischen der Terminaldurchführung 120 und der Deckelplatte 122 angeordnet worden. Der Stift 402 ist im Durchbruch der Deckelplatte 122 angeordnet und steht auf der Außenseite über die Deckelplatte 122 über.
Mit anderen Worten werden in Fig. 4b eine innere Dichtung und die
Terminaldurchführung 120 in die Deckelplatte 122 eingesetzt. Die Isolation wird z.B. durch gegossene beziehungsweise spritzgegossene Kunststoffteile bereitgestellt. Die Terminaldurchführung 120 wird so in der Vertiefung des Kunststoffteils angeordnet, dass der zylindrische Teil auf der Außenseite der Deckelplatte 122 übersteht. Der flache Teil sitzt in der Vertiefung. In Fig. 4c Ist ein flacher Amboss 410 auf der Deckelplatte 122 angeordnet. Die
Schweißflächen 126 des anderen Pols des Zellstapels 104 sind zwischen der Sonotrode 130 und der Deckelplatte 122 angeordnet und werden durch aus der Sonotrode 130 eingekoppelte Ultraschallwellen und Druck mit der Deckelplatte 122 verschweißt.
Mit anderen Worten wird in Fig. 4c das Kathodendoppelbündel mit der Deckelplatte 122 verbunden. Die Anodenkontaktfahnen werden mit der Kupferfläche der
Terminaldurchführung 120 verschweißt. Die Kathodenkontaktfahnen werden mit der Deckelplatte 122 aus Aluminium verschweißt. Wegen der Stufe zwischen der
Kupferfläche und der Aluminiumfläche der Deckelplatte 122 sind die
Kathodenkontaktfahnen länger als die Anodenkontaktfahnen.
In Fig. 4d sind alle Kontaktfahnenbündel 112 verschweißt. Der flache Amboss 410 ist entfernt und der äußere Isolator 406 sowie eine nicht dargestellte äußere Dichtung zwischen der Deckelplatte 122 und dem Gegenstück 404 angeordnet. Der über stehende Teil des Stifts 402 ist in das Gegenstück 404 eingeführt.
Mit anderen Worten werden in Fig. 4d eine äußere Dichtung und die Terminalplatte aufgesetzt. Die Dichtung wird in eine Vertiefung um den Durchbruch durch die
Deckelplatte 122 eingelegt. Die Dichtung dichtet die Deckelplatte 122, die
Terminaldurchführung 120 und das Zellinnere gegen die äußere Umwelt ab. Die Terminalplatte wird in die Vertiefung des Kunststoffteils auf der Außenseite eingelegt, sodass zwischen den Zellen elektrischer Kontakt hergestellt werden kann.
In Fig. 4e wird an dem Stift 402 gezogen beziehungsweise gegen die mit der
Kontaktplatte 400 verschweißten Schweißflächen 126 gedrückt, während auf das Gegenstück 404 gedrückt wird. Dadurch werden die Isolatoren 106 und die Dichtungen zusammengepresst beziehungsweise kompaktiert und so der Durchbruch der Deckelplatte 122 abgedichtet. In dem zusammengedrückten Zustand wird das Gegenstück 404 mit dem Stift 402 verschweißt, um die Vorspannung zu fixieren.
Mit anderen Worten wird in Fig. 4e die Terminalplatte vorgespannt und die
Terminaldurchführung 120 in die Terminalplatte eingeschweißt.
In Fig. 4f ist die Schweißvorrichtung 408 entfernt und die Teilstapel 124, 128 werden zusammengeklappt, um den einteiligen Zellstapel 104 auszubilden. Anschließend wird der Zellstapel 104 in das Gehäuse der Batterie 100 eingeführt. Mit anderen Worten wird in Fig. 4f der Zellstapel 104 zusammengefügt und die Batterie 100 endmontiert.
In einem Ausführungsbeispiel hängen je zwei gleichpolige Elektrodenlagen
unterschiedlicher Teilstapel 124, 128 über zwei Kontaktfahnen 110 zusammen und weisen eine gemeinsame Schweißfläche 126 auf.
Die Figuren 5a bis 5d zeigen eine Darstellung eines Herstellungsablaufs einer Batterie 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Batterie 100 entspricht dabei im
Wesentlichen den Batterien in den Figuren 1 bis 4. Im Gegensatz dazu sind hier die Schweißflächen 126 im Wesentlichen parallel zu den Elektrodenlagen 106 des Zellstapels 104 ausgerichtet. Dazu wird in Fig. 5a je ein elektrisch leitendes Zwischenstück 500 zwischen den gebündelten Schweißflächen 126 der beiden gleichpoligen
Kontaktfahnenbündeln 112 der beiden Teilstapel 124, 128 angeordnet und mit diesen verschweißt. Die Zwischenstücke 500 werden wiederum in den Figuren 5b und 5c relativ zu den beiden Ableitern 116 angeordnet. In Fig. 5b wird das Zwischenstück 500 flächig auf ebene Kontaktflächen der Ableiter 116 aufgesetzt. In Fig. 5c werden die
Zwischenstücke 500 in entsprechende Aussparungen 502 der Ableiter 116 eingesetzt. Dabei können die Zwischenstücke 500 als Durchführungen durch die Deckelbaugruppe 118 wirken. In Fig. 5d werden die Zwischenstücke 500 elektrisch leitend mit den Ableitern 116 verbunden. Beispielsweise werden die Zwischenstücke 500 und die Ableiter 116 laserverschweißt.
Mit anderen Worten kann die Doppelbündelverbindung auch unter Verwendung eines zusätzlichen Feiters erfolgen, der Teil des Terminals ist oder vor oder nach dem
Verbinden der Doppelbündel mit dem Terminal verbunden wird. Dadurch können die Doppelbündel im Wesentlichen parallel zu einer Stapelrichtung des Zellstapels 104 geschweißt werden. Dadurch wird jedoch mehr Raum in der Batteriezelle zum elektrischen Verbinden verbraucht. Das Schweißen kann jedoch von außerhalb des Deckels erfolgen.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie„bestehen... aus“,„aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder„ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Ansprüche
1. Batterie (100) mit einem prismatischen Gehäuse (102) und einem Zellstapel (104) mit verschiedenpoligen Elektrodenlagen (106), die je zumindest eine über eine aktive Fläche (108) der Elektrodenlage (106) überstehende Kontaktfahne (110) zum elektrischen Kontaktieren der Elektrodenlage (106) aufweisen, wobei die
Kontaktfahnen (110) gleichpoliger Elektrodenlagen (106) aneinander ausgerichtet angeordnet sind und zu je zumindest zwei gleichpoligen Kontaktfahnenbündeln (112) mit einer im Wesentlichen gleichen Anzahl gleichpoliger Kontaktfahnen (110) zusammengefasst sind, wobei die gleichpoligen Elektrodenlagen (106) über die entsprechenden gleichpoligen Kontaktfahnenbündel (112) und eine
Pressschweißverbindung (114) mit einem entsprechenden Ableiter (116) des Gehäuses (102) elektrisch leitend verbunden sind.
2. Batterie (100) gemäß Anspruch 1, bei der der Zellstapel (104) zumindest zwei
flächig aufeinander gestapelte Teilstapel (124, 128) aufweist, wobei jeder Teilstapel (124, 128) zumindest zwei verschiedenpolige der Kontaktfahnenbündel (112) aufweist.
3. Batterie (100) gemäß Anspruch 2, bei der an einer Trennebene (132) der Teilstapel (124, 128) zwei verschiedenpolige Elektrodenlagen (106) eine Einzelzelle des Zellstapels (106) ausbilden.
4. Batterie (100) gemäß Anspruch 2, bei der an einer Trennebene (132) der Teilstapel (124, 128) zwei gleichpolige Elektrodenlagen (106) benachbart angeordnet sind.
5. Batterie (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der korrespondierende
gleichpolige Elektrodenlagen (106) der beiden Teilstapel (124, 128) über ihre Kontaktfahnen (110) einstückig Zusammenhängen, wobei einer der Teilstapel (124, 128) auf den anderen Teilstapel (124, 128) geklappt ist.
6. Batterie (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse (102) eine Deckelbaugruppe (118) mit einer Deckelplatte (122) und einer elektrisch von der Deckelplatte (122) isolierten Terminaldurchführung (120) aufweist, wobei die Deckelplatte (122) den einen Ableiter (116) der Batterie (100) ausbildet und die Terminaldurchführung (120) den anderen Ableiter (116) der Batterie (100) ausbildet.
7. Batterie (100) gemäß Anspruch 6, bei der die Terminaldurchführung (120) zwei unterschiedliche, miteinander walzplattierte Materialien aufweist.
8. Batterie (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, bei der Schweißflächen (126) der Pressschweißverbindungen (114) an der Deckelplatte (122) und an der
Terminaldurchführung (120) quer zu einer Ebene der Elektrodenlagen (106) ausgerichtet sind und im Wesentlichen höhengleich angeordnet sind.
9. Batterie (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, bei der Schweißflächen (126) der Pressschweißverbindungen (114) an der Deckelplatte (122) und an der
Terminaldurchführung (120) quer zu einer Ebene der Elektrodenlagen (106) ausgerichtet sind und einen Höhenversatz zueinander aufweisen, wobei die mit der Terminaldurchführung (120) verschweißten Kontaktfahnen (110) kürzer als die mit der Deckelplatte (122) verschweißten Kontaktfahnen (110) sind.
10. Verfahren zum Herstellen einer Batterie (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Stapeln eines verschiedenpolige Elektrodenlagen (106) umfassenden Zellstapels (104), wobei über eine aktive Fläche (108) des Zellstapels (104) über stehende Kontaktfahnen (110) gleichpoliger Elektrodenlagen (106) aneinander ausgerichtet angeordnet werden;
Bündeln der gleichpoligen Kontaktfahnen (110) zu zumindest je zwei
Kontaktfahnenbündeln (112), wobei pro Kontaktfahnenbündel (112) eine im Wesentlichen gleiche Anzahl an Kontaktfahnen (110) gebündelt wird; und
Pressschweißen der gleichpoligen Kontaktfahnenbündel (112) an je einen Ableiter (116) eines Gehäuses (102) der Batterie (100), um die gleichpoligen Elektrodenlagen (106) über die entsprechenden Kontaktfahnenbündel (112) elektrisch leitend mit dem entsprechenden Ableiter (116) zu verbinden.
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