EP4367741A1 - Elektrochemische zelle, elektrochemisches system und verfahren zur herstellung einer elektrochemischen zelle - Google Patents

Elektrochemische zelle, elektrochemisches system und verfahren zur herstellung einer elektrochemischen zelle

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EP4367741A1
EP4367741A1 EP22738607.5A EP22738607A EP4367741A1 EP 4367741 A1 EP4367741 A1 EP 4367741A1 EP 22738607 A EP22738607 A EP 22738607A EP 4367741 A1 EP4367741 A1 EP 4367741A1
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EP
European Patent Office
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cell
electrochemical
electrochemical cell
pole
current collector
Prior art date
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Application number
EP22738607.5A
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English (en)
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Mathias Widmaier
Mathias Scherer
Christian Beck
Elisabeth Reitz
Marcel Kurz
Philipp Rominger
Aldina Aslani
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ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger AG
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Publication date
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Definitions

  • Electrochemical cell electrochemical system and method of making an electrochemical cell
  • the present invention relates to an electrochemical cell for an electrochemical system.
  • the present invention relates to an electrochemical system comprising one or more electrochemical cells.
  • the present invention further relates to a method of manufacturing an electrochemical cell.
  • Electrochemical cells are known from DE 10 2018 209 270 A1, DE 10 2017 200 390 A1, EP 2 541 650 A1, US 2015/0214516 A1, DE 10 2012 213 871 A1, EP 1 459 882 A1, the US 2018/0097208 A1 and WO 2017/159760 A1 are known.
  • the present invention is based on the object of providing an electrochemical cell which can be produced as simply as possible and has the longest possible service life.
  • the electrochemical cell is preferably a round cell.
  • the electrochemical cell is used in vehicles.
  • the electrochemical cell preferably comprises an electrochemical element for receiving, storing and/or providing electrical energy. It can be advantageous if the electrochemical cell comprises a housing which comprises a cup element for accommodating the electrochemical element and a cover element for covering and/or closing the cup element.
  • the electrochemical cell comprises a first cell pole and a second cell pole for connecting the electrochemical cell to a cell contacting system.
  • the electrochemical cell comprises a casting element, in particular a first casting element, for example for connecting the housing and the first cell pole.
  • the electrochemical cell comprises a casting element, in particular a second casting element, for example for connecting the housing and the second cell pole.
  • a "potting element” is preferably an element that is produced in a casting process and/or a casting process.
  • a potting material for example a resin material, is preferably filled in a flowable state into an area to be filled.
  • the first cell pole is designed as a cathode.
  • the second cell pole is designed as an anode, for example.
  • the first casting element preferably forms a first connecting element. Additionally or alternatively, the first casting element preferably forms a first sealing element for sealing an area formed between the cup element and the first cell pole. It can be favorable if the second casting element forms a second connection element. In addition or as an alternative, the second casting element preferably forms a second sealing element for sealing off an area formed between the cover element and the second cell pole.
  • the first casting element and/or the second casting element preferably serve to seal an interior of the electrochemical cell surrounded by the housing.
  • the cup element comprises or is formed from a metallic material.
  • the cup member includes or is formed from steel.
  • the cup member is formed from nickel plated steel.
  • the cup element comprises aluminum or is formed from it.
  • cup element is at the potential of the second cell pole.
  • the cup element is at the potential of the first cell pole.
  • the cup element is at least approximately in the form of a hollow cylinder.
  • one end of the hollow cylinder is closed by a base section and/or bottom section of the cup element.
  • the cup element has a casing section which is preferably at least approximately in the form of a hollow cylinder, for example at least approximately in the form of a circular hollow cylinder. Provision can be made for the cup element to have a base section which, for example, is at least approximately circular. For example, the base section closes the cup element in an assembled state of the electrochemical cell on a side of the cup element facing away from the second cell pole.
  • the base portion is a bottom portion, for example.
  • the electrochemical cell comprises a first current collector element, which comprises at least one first connection element for connecting the first current collector element to the first cell pole and/or for making electrical contact between the electrochemical element and the first cell pole, with the at least one first connection element is designed in the form of a bulge pointing in the direction of the first cell pole and/or in the form of a projection pointing in the direction of the first cell pole.
  • the at least one first connection element is preferably connected to the first cell pole in a material-to-material and/or form-fitting and/or non-positive manner, for example by welding.
  • the at least one first connection element of the first current collector element is a cup-shaped and/or cup-shaped area of the current collector element.
  • the first current collector element is mostly plate-shaped, for example over approximately 90% of the area or more.
  • the first current collector element is a current collector plate.
  • a preferably fluid-tight welded connection is formed from a side of the first cell pole that faces away from the first current collector element.
  • the first connection element is fixed to the first cell pole by welding through from a side facing away from the first cell pole.
  • the electrochemical cell comprises a second current collector element, which comprises at least one second connection element for connecting the second current collector element to the second cell pole and/or for making electrical contact between the electrochemical element and the second cell pole.
  • the at least one second connection element is preferably designed in the form of a bulge pointing in the direction of the second cell pole and/or in the form of a projection pointing in the direction of the second cell pole.
  • the at least one second connection element is connected to the second cell pole in a material-to-material and/or form-fitting and/or force-fitting manner, for example by welding.
  • the second current collector element preferably has a second bend, for example by approximately 90°.
  • a second current collector element has a first and/or a second bend
  • one end of the second current collector element is guided through an opening provided for this purpose in the second cell pole and is materially connected to the second cell pole within the opening.
  • the second cell pole and the at least one second connection element can be formed at least partially from metallic materials which are different from one another.
  • the second cell pole is multi-part and includes a first part, which includes or is formed from copper.
  • the second cell pole comprises a second part, which comprises or is formed from aluminum, for example.
  • the at least one second connection element preferably comprises copper or is formed from it.
  • a material transition is formed within the second cell pole or between the at least one second connection element and the second cell pole.
  • a connection area is formed, for example, in which the second cell pole is connected to the at least one second connection element.
  • connection area of the second cell pole is formed, for example, from the same material as the at least one second connection element of the second current collector element.
  • the second cell pole and the at least one second connection element can be formed from the same metallic material.
  • the second cell pole and the at least one second connection element include copper or are formed from it.
  • the electrochemical cell has a second current collector element whose plate-shaped base body and/or whose edge area is connected directly to the housing, wherein preferably the second current collector element is connected to the cover element and the cup element, for example by a joint connection.
  • the second current collector element is and/or is connected to the cover element and/or the cup element by crimping.
  • the cup element has at least one indentation, for example a bead running in the circumferential direction of the cup element, on an end facing away from the base section.
  • the second current collector element is connected to the second cell pole by welding, for example by welding through.
  • the second current collector element is preferably arranged at a distance from the cover element.
  • the second current collector element is connected to the second cell pole by a second connection element of the second current collector element.
  • the second connection element of the second current collector element is a bowl-shaped and/or cup-shaped area of the second current collector element.
  • the second current collector element is mostly plate-shaped, for example over approximately 90% of the area or more.
  • the second current collector element is a current collector plate. It can be advantageous if a preferably fluid-tight welded connection is formed from a side of the first cell pole that faces away from the first current collector element.
  • the first connection element is fixed to the first cell pole by welding through from a side facing away from the first cell pole.
  • an insulating element for example a second insulating element, is arranged on an inside of the cover element facing the interior space, which is used for electrical insulation of the cover element.
  • cover element and the cup element are connected to one another in a materially integral and/or force-fitting and/or form-fitting manner.
  • the cover element and the cup element are preferably welded to one another, for example connected to one another by welding through.
  • the first current collector element is connected to the cup element by means of a weld seam, in particular a fluid-tight one.
  • the cup element is in particular at the potential of the first cell pole and/or forms part of the first cell pole.
  • a first insulating element is preferably not required.
  • the second current collector element may be connected to the cover element by means of a weld seam, in particular a fluid-tight weld seam.
  • the at least one first attachment element and/or the at least one second attachment element preferably form a tolerance compensation.
  • the at least one first connection element is preferably in direct physical contact with the first cell pole.
  • the at least one first connection element is materially connected to the first cell pole.
  • the at least one second connection element is in direct material contact with the second cell pole when the electrochemical cell is in the assembled state.
  • the at least one second attachment element is materially connected to the second cell pole.
  • the at least one second connection element is formed by bending and/or cutting out, for example punching out.
  • the electrochemical cell has a first insulating element, which forms an electrical separation and/or electrical insulation between the first cell pole and the cup element.
  • the electrochemical cell has a second insulating element, which forms an electrical separation and/or an electrical insulation between the second cell pole and the cover element.
  • the first insulating element preferably serves to electrically insulate the first cell pole.
  • the first insulating element is arranged on an inside of the base section and/or bottom section of the cup element.
  • the first insulating element is designed in several parts, for example in two parts.
  • the insulating element has an at least approximately circular cross section.
  • the cross section is preferably taken at least approximately perpendicularly to a central axis of the electrochemical cell.
  • the central axis of the electrochemical cell is preferably parallel to an axis of symmetry of the electrochemical cell and/or at least approximately perpendicular to a main plane of extent of the cover element and/or the base section of the cup element.
  • the first insulating element has a recess, for example in the middle, in which the first cell pole is accommodated and/or arranged when the electrochemical cell is in an assembled state.
  • the recess of the first insulating element is preferably at least approximately rectangular in cross-section taken parallel to the main extension plane of the first insulating element.
  • the first cell pole is designed at least approximately complementary to the recess of the first insulating element in a cross section taken parallel to the main extension plane of the first cell pole.
  • the first cell pole and the recess of the first insulating element are at least approximately rectangular or at least approximately oval and/or round in a cross section taken perpendicular to the central axis of the electrochemical element.
  • the first cell pole and/or the recess of the first insulating element are preferably rectangular in cross section with rounded corners.
  • the first insulating element has one or more indentations, which are formed circumferentially around the recess are.
  • the one or more indentations are preferably channel-shaped indentations and/or beads.
  • the first insulating element has a first depression and a second depression, which are arranged concentrically in a cross section taken parallel to the main plane of extension of the first insulating element.
  • the first indentation serves in particular to position the first cell pole in the recess of the first insulating element during production of the electrochemical cell.
  • the second depression preferably serves to position the first insulating element relative to the cover element during manufacture of the electrochemical cell.
  • the electrochemical cell has a second insulating element.
  • the second insulating element preferably serves to electrically insulate the second cell pole or to electrically insulate the first cell pole and the second cell pole.
  • the second insulating element is arranged on an inside of the cover element that faces the interior of the electrochemical cell.
  • the second insulating element is designed in several parts, for example in two parts.
  • the second insulating element has an at least approximately circular cross section.
  • the cross-section is preferably taken at least approximately perpendicular to a central axis of the electrochemical cell.
  • the second insulating element for example in the middle, has a recess in which, in an assembled state, the electrochemical cell of the second cell pole or the first cell pole and the second cell pole is added and / or arranged.
  • the recess of the second insulating element is preferably at least approximately rectangular in shape in a plane taken parallel to the main extension plane of the second insulating element.
  • the second cell pole is formed at least approximately complementary to the recess of the second insulating element in a cross section taken parallel to the main extension plane.
  • the second cell pole and the recess of the second insulating element are at least approximately rectangular or at least approximately oval and/or round in a cross section taken perpendicular to the central axis of the electrochemical cell.
  • the second cell pole and/or the recess of the second insulating element is preferably rectangular in cross-section with rounded corners.
  • the second insulating element has one or more indentations which are formed circumferentially around the recess.
  • the one or more indentations are preferably channel-shaped indentations and/or beads.
  • the second insulating element has a first depression and a second depression, which are arranged concentrically in a cross section taken parallel to the main plane of extension of the second insulating element.
  • the first indentation serves in particular to position the second cell pole or the first cell pole and the second cell pole in the recess of the second insulating element during production of the electrochemical cell.
  • the second depression preferably serves to position the second insulating element relative to the cover element during manufacture of the electrochemical cell.
  • first casting element comprises or is formed from a first polymer material and/or that the second casting element comprises or is formed from a second polymer material.
  • the first insulating member preferably includes or is formed from a third polymeric material.
  • the second insulating element comprises or is formed from a fourth polymer material.
  • the third polymeric material and/or the fourth polymeric material are preferably thermoplastic polymeric materials, in particular electrolyte-resistant thermoplastic polymeric materials.
  • the third polymer material and/or the fourth polymer material are, for example, a polymer material that can be processed in an injection molding process.
  • the third polymer material and/or the fourth polymer material comprise one or more of the following materials or are formed from them: polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polybutylene terephthalate.
  • the third polymer material and/or the fourth polymer material are preferably electrically insulating.
  • Electrode conductive means in particular an electrical conductivity at 25° C. of 10 1 S/m or more, in particular 10 6 S/m or more.
  • Electrical insulating means in particular an electrical conductivity at 25° C. of less than 10 1 S/m, in particular less than 10 6 S/m.
  • the first casting element preferably comprises or is formed from a first polymer material.
  • the first polymeric material includes or is formed from a first resin material.
  • the first resin material comprises or is formed from one or more of the following materials: epoxy resin material, phenolic resin material, aminoplast material, polyurethane material, silicone material, polyester resin material, ABS resin material.
  • the first resin material has a hardness of approximately 40 Shore D or more, in particular approximately 50 Shore D, for example approximately 60 Shore D or more, in a cured state relative to the first polymer material.
  • the hardness of the first resin material in a cured state to the first polymeric material is about 100 Shore D or less, more preferably about 97 Shore D or less, for example about 95 Shore D or less.
  • the hardness is determined according to DIN EN ISO 868 in particular.
  • the first resin material has a glass transition temperature of approx. 90° C. or more, in particular approx. 95° C. or more, for example approx. 100° C. or more.
  • the glass transition temperature is preferably related to a cured state of the first resin material to the first polymer material.
  • the first resin material is a one-part resin material, for example a one-part epoxy resin material.
  • One-component epoxy resin materials preferably have increased stability compared to an electrolyte that is accommodated in the interior.
  • the first resin material comprises one or more fillers.
  • the one or more fillers are preferably selected from: inorganic fillers, in particular silicon oxide, carbonate, carbide, in particular silicon carbide, nitride, in particular metal nitride, metal oxide.
  • Preferred silicon oxides are silicates.
  • the second casting element comprises or is formed from a second polymer material.
  • the second polymeric material includes or is formed from a second resin material.
  • the second resin material comprises or is formed from one or more of the following materials: epoxy resin material, phenolic resin material, aminoplast material, polyurethane material, silicone material, polyester resin material, ABS resin material.
  • the second resin material has a hardness of about 40 Shore D or more, in particular about 50 Shore D, for example about 60 Shore D or more, in a cured state compared to the second polymer material.
  • the hardness of the second resin material in a cured state to the second polymeric material is about 100 Shore D or less, more preferably about 97 Shore D or less, for example about 95 Shore D or less.
  • the hardness is determined according to DIN EN ISO 868 in particular.
  • the second resin material has a glass transition temperature of approx. 90° C. or more, in particular approx. 95° C. or more, for example approx. 100° C. or more.
  • the glass transition temperature is preferably related to a cured state of the second resin material to the second polymeric material.
  • the second resin material is a one-part resin material, for example a one-part epoxy resin material.
  • One-component epoxy resin materials preferably have increased stability compared to an electrolyte that is accommodated in the interior.
  • the second resin material comprises one or more fillers.
  • the one or more fillers are preferably selected from: inorganic fillers, in particular silicon oxide, carbonate, carbide, in particular silicon carbide, nitride, in particular metal nitride, metal oxide.
  • Preferred silicon oxides are silicates.
  • the first polymer material and the second polymer material are chemically and/or physically different materials.
  • first polymer material and the second polymer material are chemically and/or physically identical materials.
  • third polymer material differs chemically and/or physically from the first polymer material and/or from the second polymer material.
  • the third polymeric material can correspond chemically and/or physically to the first polymeric material and/or the second polymeric material.
  • the first casting element is arranged in radial directions with respect to a central axis of the electrochemical cell between the first cell pole and the cup element and/or that the second casting element is arranged in radial directions with respect to the central axis of the electrochemical cell between the second cell pole and the Lid element is arranged.
  • the first casting element forms an annular section between the first cell pole and the cup element, viewed from a side of the cup element facing the cover element.
  • the second casting element prefferably to form an annular section between the first cell pole and the cup element on an outside of the cover element facing the interior.
  • the cover element and/or the cup element comprises a bursting device which has a bursting bar which is designed in such a way that it breaks and/or tears when a critical pressure in the interior of the electrochemical cell is exceeded.
  • a bursting device can be arranged and/or formed in a bottom area of the cup element.
  • the bursting bar is formed by a linear area of reduced material thickness and/or by two sides of the cover element and/or of the cup element in the cover element or in the cup element introduced recesses, such as embossing formed.
  • the bursting device has a flat area of reduced material thickness compared to the average material thickness of the cover element and/or the cup element.
  • the cover element and/or the cup element has an electrolyte filling opening for filling electrolyte into the interior of the electrochemical cell and/or for removing electrolyte from the interior of the electrochemical cell.
  • an electrolyte filling opening can be arranged and/or formed in a bottom area of the cup element.
  • the electrolyte filling opening is preferably closed, for example welded, after the interior of the electrochemical cell has been filled.
  • the second insulating element has an electrolyte filling opening.
  • the cover element has one or more elevations which protrude away from a base body of the cover element in a direction pointing away from the interior, the one or more elevations preferably delimiting an opening for receiving the second casting element.
  • the one or more elevations serve in particular to increase the level when the second potting material is filled in.
  • the one or more elevations are formed by beads.
  • the second cell pole has one or more radial projections, which extend along radial directions with respect to the central axis of the electrochemical cell.
  • the second Cell pole on a single projection, which is formed circumferentially around a base body of the second cell pole. In this way, the second casting element can mechanically latch onto the second cell pole.
  • the second cell pole is embossed and/or has one or more radial projections running in the radial direction.
  • the one or more radial projections serve in particular to increase the level of a second resin material.
  • the cover element has one or more recesses in which the second casting element engages behind the cover element in a mounted state of the electrochemical cell along a direction running parallel to the central axis.
  • the electrochemical cell for example the second cell pole, to comprise at least one snap-over element which can be deflected outwards from a rest state to a released state when a critical pressure and/or a critical temperature in the interior of the electrochemical cell is exceeded and/or is deflected.
  • an electrical contact between the second cell pole and a second current collector element is interrupted and/or separated.
  • the at least one snap-over element is preferably formed by the second cell pole as a whole.
  • the at least one snap element can be welded into the second cell pole of the electrochemical cell, for example.
  • the at least one snap-over element is deflected outwards at a predetermined internal cell pressure and thereby interrupts an electrically conductive connection between the second cell pole and the second current collector element.
  • the increased internal cell pressure is caused in particular by electrochemical processes and by the heat generated when the electrochemical cell is overcharged.
  • first cell pole and/or the second cell pole have an area of reduced material thickness, which serves in particular to facilitate the ability to connect the respective cell pole to the respective current collector element.
  • the area or areas of reduced material thickness are preferably embossed areas.
  • the respective cell pole preferably has a reduced penetration depth.
  • the second cell pole preferably has a plurality of functional areas which are separated from one another by the second casting element, with the plurality of functional areas preferably being separated from one another by one or more, in particular peripheral, elevations, for example beads, or with the plurality of functional areas themselves relative to a base body are designed as elevations and / or plateaus.
  • the electrochemical cell comprises a single casting element, which accommodates and/or surrounds the second cell pole or the first cell pole and the second cell pole.
  • the electrochemical element is on a side facing the base section of the cup element, in particular exclusively, connected by a first insulating element to the cup element.
  • the cup element as a whole lies at the potential of the first cell pole.
  • the first current collector element is preferably pressed into and/or pressed with the cup element.
  • the electrochemical element is electrically insulated from the cup element by a first insulating element.
  • the first cell pole and the second cell pole are arranged, for example, on the same side of the electrochemical cell and/or are anchored in the same casting element.
  • the first current collector element and the second current collector element are arranged on the same side of the electrochemical cell and/or on the same side as the cell poles.
  • both the first cell pole and the second cell pole are preferably arranged in the same opening of the cover element.
  • first cell pole and the second cell pole are separated from one another by the casting element and/or kept at a distance from the cover element.
  • the electrochemical cell includes a second insulating element, which includes a first recess for the first cell pole and a first recess for the second cell pole.
  • first recess and/or the second recess are of one or more depressions, for example one or more beading, surrounded.
  • the wells are used for positioning in the cover element.
  • the electrochemical cell has one or more spacer elements.
  • the one or one or more of the spacer elements is arranged, for example, between the cover element and the first cell pole. Additionally or alternatively, for example, one or more of the spacer elements is arranged between the cover element and the second cell pole.
  • the first current collector element of the electrochemical cell is connected to the cup element by a first spring element, for example by a spring washer.
  • the first connection element is formed by the first spring element.
  • the first spring element includes or is formed from aluminum.
  • the second current collector element is connected to the cover element and/or the second cell pole by a second spring element, for example a spring washer.
  • the second connection element is formed by the second spring element.
  • the second spring element includes, for example, copper or is formed from it.
  • a non-positive connection of the respective current collector element to the corresponding cell pole is formed, for example.
  • the second current collector element has an electrically conductive and/or electrolyte-resistant coating.
  • a frictional connection is preferably achieved by pressing the first current collector element into the cup element educated.
  • the electrically conductive and/or electrolyte resistant coating comprises or is formed from an electrically conductive fluoropolymer material or a synthetic rubber material.
  • compositions are suitable as material for the electrically conductive and/or electrolyte-resistant coating: al) a resin material and one or more electrically conductive additives, for example an epoxy resin material and one or more conductive carbon blacks; a2) an elastomeric material and a transition metal carbide, and optionally one or more electrically conductive additives, for example ethylene-propylene-diene rubber or styrene-butadiene rubber and titanium carbide; a3) an electrically conductive adhesive material, preferably an elastomeric material, a resin material, one or more electrically conductive additives and optionally a transition metal oxide, for example ethylene-propylene-diene rubber or styrene-butadiene rubber, an epoxy resin material, conductive carbon black and optionally titanium carbide ; a4) an electrically conductive thermoplastic material, in particular a
  • Thermoplastic material one or more electrically conductive additives and a transition metal oxide, for example polyvinylidene fluoride or poly tetrafluoroethylene and conductive carbon black and titanium carbide; a5) an electrically conductive paste, for example comprising styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, titanium carbide, where a fluoropolymer suspension can optionally be used.
  • a transition metal oxide for example polyvinylidene fluoride or poly tetrafluoroethylene and conductive carbon black and titanium carbide
  • an electrically conductive paste for example comprising styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, titanium carbide, where a fluoropolymer suspension can optionally be used.
  • the electrochemical element is at least approximately in the form of a hollow cylinder and/or has a hollow space parallel to the central axis of the electrochemical cell.
  • the present invention also relates to an electrochemical system which has one or more electrochemical cells according to the invention.
  • One or more features and/or advantages of the electrochemical cell according to the invention preferably apply equally to the electrochemical system according to the invention.
  • the invention also relates to a method for producing an electrochemical cell.
  • the invention is based on the object of providing a method by means of which an electrochemical cell can be produced as simply as possible.
  • the method according to the invention is preferably a method for producing an electrochemical cell according to the invention.
  • An electrochemical element for receiving, storing and/or providing electrical energy is preferably provided or manufactured.
  • the electrochemical element is positioned in a housing, which comprises a cup element for accommodating the electrochemical element and a cover element for covering and/or closing the cup element.
  • a casting element in particular a first casting element, is preferably produced, for example for connecting the cup element to a first cell pole.
  • a casting element in particular a second casting element, is produced, for example for connecting the cover element to a second cell pole.
  • One or more features and/or advantages of the electrochemical cell according to the invention preferably apply equally to the method according to the invention.
  • the cup element is then positioned in such a way that the first insulating element is positioned and/or rests against an inner side of the cup element that faces an interior space.
  • a first polymer material in a free-flowing state is filled into an area between the first cell pole and the cup element.
  • the first polymer material is then preferably cured and/or dried.
  • the one or more first contacting projections and/or second contacting projections protrude, for example, beyond the base body of the electrochemical element and/or protrude away from the base body.
  • the electrochemical element includes one or more first contact projections for making electrical contact between the electrochemical element and the first cell pole.
  • the one or more first contact projections project away from the base body of the electrochemical element on a side of the electrochemical element that faces the first cell pole in a mounted state.
  • the one or more first contact projections are, for example, lamellar and/or tab-shaped.
  • the electrochemical element comprises one or more second contact projections for making electrical contact between the electrochemical element and the second cell pole.
  • the one or more second contacting projections protrude away from the main body of the electrochemical element on a side of the electrochemical element that faces away from the first cell pole in a mounted state.
  • the one or more second contact projections are, for example, lamellar and/or tab-shaped.
  • the one or more first contact projections and/or the one or more second contact projections are uncoated, for example. It can be advantageous if the one or more first contacting projections are connected to a first current collector element, for example welded.
  • the one or more second contacting projections are preferably connected to the second current collector element, for example welded.
  • the one or more first contact projections are and/or are formed from an uncoated cathode substrate, for example aluminum.
  • the one or more second contact projections are and/or are formed by an uncoated anode substrate, for example copper.
  • the electrochemical element is inserted into the cup element and that a first current collector element of the electrochemical cell is then connected to the first cell pole, for example welded.
  • the cover element is arranged on a second current collector element and the cup element is connected to the cover element and the second current collector element by joining, for example by crimping.
  • a second insulating element, the cover element and the second cell pole are stacked before they are cast together with a first resin material and/or a second resin material in a flowable state.
  • the first polymeric material and/or the second polymeric material is then dried and/or allowed to harden, forming the potting element.
  • the electrochemical element it is conceivable for the electrochemical element to be produced by winding it onto and/or around a winding device, for example a winding mandrel, whereby in particular a hollow space is formed parallel to the central axis of the electrochemical cell.
  • a winding device for example a winding mandrel
  • the winding device is preferably removed from the electrochemical element, in particular the cell coil, after winding and/or before further assembly.
  • a cover element assembly which in particular comprises or is formed from the following elements: the cover element; the second cell pole; the second potting element; and the second insulating member.
  • the cover element assembly is connected to the electrochemical element, which is connected to the first current collector element and/or the second current collector element.
  • the cover element assembly is preferably welded to the second current collector element, for example by laser welding and/or resistance welding.
  • a long rod-shaped electrode is preferably used.
  • welding is carried out through the cavity formed by the winding of the electrochemical element.
  • the first current collector element has an opening through which a laser beam can be passed.
  • the cup element has a through-opening on its bottom section, through which welding takes place.
  • the passage opening is then in particular closed, for example welded.
  • a cell winding cover element assembly resulting therefrom is preferably inserted into the cup element and its position is adjusted. Electrolyte is then preferably filled into the interior of the resulting electrochemical cell through the electrolyte filling opening and the electrolyte filling opening is then closed in a fluid-tight manner, for example by welding.
  • the cup element has an electrolyte filling opening on a bottom section facing away from the cover element.
  • the electrolyte is filled element through the opening in the first current collector.
  • the electrolyte filling opening is preferably arranged in the cover element and the interior space is filled with electrolyte from there.
  • a second insulating element preferably accommodates the entire second current collector element.
  • the second insulating element is, for example, at least approximately pot-shaped and/or disk-shaped.
  • the cover element assembly can preferably be easily placed or plugged onto a cup element, with the second insulating element preferably being pushed together with the second current collector element into an open end of the cup element, in particular until the open end of the cup element is attached to a cover element of the cover element assembly, in particular to a cover plate System comes and hereby ver connected, for example, stuck, welded, etc., can be.
  • a side of the second current collector element which faces the electrochemical element preferably comprises a plurality of elevations, for example five, which are elevated in the direction of the electrochemical element.
  • the elevations are in particular beads.
  • the elevations extend in particular in a star shape outwards in the radial direction.
  • the ridges form weld areas for welding to the electrochemical element.
  • a side of the first current collector element which faces the electrochemical element preferably comprises a plurality of elevations, for example three, which are elevated in the direction of the electrochemical element.
  • the elevations are in particular beads.
  • the elevations extend in particular in a star shape outwards in the radial direction.
  • the ridges form weld areas for welding to the electrochemical element.
  • the first current collector element preferably comprises one or more openings, for example slots or slots.
  • the one or more openings extend in particular in the radial direction and/or are arranged and/or formed in a uniformly distributed manner in the circumferential direction.
  • elevations and openings are arranged and/or formed in an alternating manner.
  • an optimized behavior of the electrochemical cell for degassing and/or in the event of a thermal event can be achieved through the openings.
  • a gas forming between the layers of the electrochemical element can be easily discharged through the openings.
  • a filling opening is provided in the middle, for example, which is surrounded by a peripheral embossing, for example, in order to be able to be welded tightly in a simple manner using a metal plate, for example.
  • one or more bursting devices are optionally provided and/or formed in the base sections.
  • attachment areas are preferably provided for attaching a (first) current collector element.
  • the (first) current collector element to be clamped firmly to the base section or welded all around in an edge region.
  • the bursting bar is, for example, configured in the form of a circular ring.
  • an inwardly protruding elevation can be provided, which is in particular circular and is used for welding to the (first) current collector element.
  • a circular ring-shaped bursting bar is preferably arranged and/or formed in the base section in the radial direction within the elevation.
  • two bursting devices can be provided, which are each arranged and/or formed, for example, in a substantially semicircular shape around the filling opening.
  • Between the two bursting devices are, for example, substantially radially externally aligned, web-like elevations are arranged and/or formed, which protrude into the interior and/or are used for welding to the (first) current collector element.
  • the elevations are preferably positioned so that the weld does not impair the function of the bursting devices.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of an electrochemical cell, in which a first cell pole is fixed to a housing by means of a first casting element, with a second cell pole being formed by the housing;
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of the cup element, a first insulating element, the first cell pole and the first casting element from FIG. 1 , the cup element having a circumferential bead in a region which is adjacent to an edge of the cup element;
  • Fig. 3 is a schematic plan view of the elements of Fig. 2 along a direction indicated III in Fig. 2 (seen from above);
  • Fig. 4 is a schematic plan view of the elements of Fig. 2 along a direction indicated IV in Fig. 2 (seen from below);
  • Fig. 5 is a schematic plan view of a cover element of the
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a first current collector element from FIG. 1, which has a cup-shaped first connection element for connection to the first cell pole (seen from above);
  • FIG. 7 shows a schematic plan view of the first insulating element of the first embodiment along a direction denoted by IV in FIG. 2, the first insulating element having two peripheral beads;
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a method for producing a cup element assembly, comprising the cup element, the first insulating element, the first potting element and the first cell pole according to the first embodiment of the electrochemical cell;
  • Fig. 9 is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 10 shows a schematic sectional illustration of a further embodiment of an electrochemical cell, in which the second cell pole is in the form of a second cell terminal and which comprises a second casting element, by means of in which the second cell pole is fixed to a second insulating element and/or to the cover element;
  • FIG. 11 is an enlarged view of that labeled XI in FIG.
  • FIG. 12 is an enlarged representation of the area denoted by XII in FIG. 10;
  • Fig. 13 is a schematic sectional view of the electrochemical
  • FIG. 14 shows a schematic plan view of the cover element, the second casting element and the second cell pole from FIG. 13 along a direction denoted by XIV in FIGS. 10 and 13 (seen from above);
  • FIG. 15 shows a schematic sectional view of the area denoted by XV in FIG. 13 along a plane denoted by XV in FIG. 14;
  • Fig. 16 shows a schematic top view of a cover element assembly of a further embodiment of an electrochemical cell, in which the cover element has a bead running around an opening, the bead serving to optimize the mechanical stability of the cover element assembly, the cover element assembly comprising a cover element second potting element and a second cell pole;
  • Fig. 17 is a schematic sectional view along a in Fig. 16 with
  • FIG. 18 shows a schematic sectional view of a section of a further embodiment of an electrochemical cell, in which the second cell pole is designed as a snap-over element, which is released when a critical pressure and/or a critical temperature in the interior of the electrochemical cell is exceeded state can be deflected outwards and/or is deflected in the opposite direction, thus interrupting and/or separating electrical contact between the second cell pole and the second current collector element, with the idle state being shown in FIG. 18;
  • FIG. 19 is a schematic sectional view of the embodiment of an electrochemical cell shown in FIG. 18 in a triggered state of the snap-over element, in which the second cell pole and the electrochemical element are electrically isolated from one another;
  • FIGS. 20 shows a schematic plan view of the second cell pole from FIGS.
  • FIG. 21 shows a schematic sectional illustration of a section of a further embodiment of an electrochemical cell, in which the second cell pole has an area of reduced material thickness;
  • FIG. 22 shows a schematic plan view of a variant of a current collector element which has a connection element which is formed by a cut-out contour
  • FIG. 23 shows a schematic sectional illustration of the current collector element from FIG. 22;
  • Fig. 24 is a schematic plan view of a further variant of a
  • connection element in which the connection element is connected to a base body of the current collector element via a U-shaped curved section;
  • FIG. 25 shows a schematic sectional illustration of the current collector element from FIG. 24;
  • Fig. 26 is a schematic plan view of a further variant of a
  • connection element in which the connection element is cup-shaped and/or cup-shaped, the current collector element being in particular free of openings and/or forming a closed surface;
  • FIG. 27 shows a schematic sectional illustration of the current collector element from FIG. 26;
  • FIG. 28 shows a schematic sectional illustration of a further embodiment of an electrochemical cell, in which the second cell pole is formed in at least two parts, with at least two parts of the second cell pole being formed from different metallic materials;
  • FIG. 29 shows an enlarged view of the area labeled XXIX in FIG. 28;
  • FIG. 30 shows an enlarged view of the area labeled XXX in FIG. 28;
  • Fig. 31 shows a schematic plan view of the cover element from Fig.
  • FIG. 28 shows a schematic plan view of a further embodiment of an electrochemical cell in which the second cell pole has a plurality of elevations designed as plateaus;
  • FIG. 33 shows a schematic sectional illustration through one shown in FIG.
  • FIG. 34 shows a schematic sectional illustration of a further embodiment of an electrochemical cell in which the first current collector element is pressed into the cup element;
  • FIG. 35 shows an enlarged view of the area labeled XXXV in FIG. 34;
  • FIG. 36 shows an enlarged view of the area labeled XXXVI in FIG. 34;
  • FIG. 37 shows a schematic sectional illustration of a further embodiment of an electrochemical cell, in which the first cell pole and the second cell pole are accommodated in a common casting element;
  • FIG. 38 is an enlarged view of the area labeled XXXVIII in FIG. 37;
  • Fig. 39 is a schematic plan view of the electrochemical cell of Figs. 37 and 38 taken along a direction indicated by XXXIX in Fig. 37;
  • FIG. 40 shows a schematic plan view of the second insulating element of FIG.
  • Fig. 42 is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG 43 is a schematic sectional view of another embodiment of an electrochemical cell in which the second current collector element has a bend of approximately 180° and a further bend of approximately 90°;
  • FIG. 44 shows an enlarged view of the area labeled XLIV in FIG. 43;
  • FIG. 45 is a schematic plan view of the second current collector element of FIGS. 43 and 44 in a state before bending;
  • Fig. 46 shows an embodiment of a method for
  • connection element 47 shows a schematic sectional illustration of a further embodiment of an electrochemical cell, in which the first connection element and/or the second connection element are spring washers, as a result of which in particular a non-positive connection is formed in each case;
  • FIG. 48 is a schematic sectional view of another embodiment of an electrochemical cell, in which a Contact is formed by means of an electrically conductive and/or electrolyte-resistant coating on the first current collector element and/or on the second current collector element;
  • 49 shows a schematic sectional illustration of a further embodiment of an electrochemical cell in which a cell inside is welded via a cavity formed by a winding device;
  • FIG. 50 is an enlarged view of that labeled L in FIG. 50
  • FIG. 51 is an enlarged view of that labeled LI in FIG.
  • Fig. 52 is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 53 shows a schematic sectional illustration of a further embodiment of an electrochemical cell in which a cell inner side is welded via a cavity formed by a winding device and a passage opening in the cup element;
  • FIG. 54 is an enlarged view of the area labeled LIV in FIG. 53;
  • FIG. 55 is an enlarged view of that labeled LV in FIG.
  • Fig. 56 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Fig. 58 is a schematic side view of the lid member assembly of Fig. 57;
  • Fig. 59 is a schematic perspective view of the
  • Lid member assembly of Figure 57 looking at its underside
  • 60 shows a schematic plan view of a current collector element
  • FIG. 1 to 9 show a first embodiment of an electrochemical cell denoted as a whole by 100, its production and individual components of the electrochemical cell 100.
  • FIG. 1 to 9 show a first embodiment of an electrochemical cell denoted as a whole by 100, its production and individual components of the electrochemical cell 100.
  • the electrochemical cell 100 is, for example, a battery cell and/or an accumulator cell. In the present case, the electrochemical cell 100 is a round cell.
  • the electrochemical cell 100 is a lithium ion cell.
  • the electrochemical cell 100 preferably forms part of an electrochemical system 102 which, in particular, comprises a plurality of electrochemical cells 100 .
  • the electrochemical system 102 is, for example, an accumulator module and/or a battery module.
  • the electrochemical cell 100 is used in a vehicle.
  • the electrochemical cell 100 includes an electrochemical element 104, which is used to receive, store and/or provide electrical energy.
  • the electrochemical element 104 is, for example, a so-called "cell coil”.
  • the electrochemical element 104 is and/or is formed by winding it around a winding device, for example a winding mandrel.
  • the electrochemical element 104 is preferably at least approximately in the form of a hollow cylinder, in particular due to the winding.
  • the electrochemical element 104 parallel to the central axis 132 of the electrochemical cell 100 has a cavity (not shown in the drawing).
  • the electrochemical cell 100 comprises a housing 106 which comprises a cup element 108 for accommodating the electrochemical element 104 and a cover element 110 for covering and/or closing the cup element 108 .
  • Cup element 108 is preferably at least approximately cylindrical in shape, in particular having an at least approximately hollow-cylindrical casing section 112 and a casing section 112 bottom section 114 and/or base section closing on one side.
  • the cup element 108 On a side of the cup element 108 facing away from the base section 114 , the cup element 108 is preferably closed by the cover element 110 .
  • the cup element 108 and the cover element 110 are connected to one another in a fluid-tight manner by a joining method, for example crimping.
  • a joining method for example crimping.
  • an interior 116 of the electrochemical cell 100 is surrounded by the housing 106 in a fluid-tight manner.
  • the electrochemical cell 100 also includes a first cell pole 118, for example a first cell terminal, and a second cell pole 120 for connecting the electrochemical cell 100 to a cell contact system (not shown in the drawing).
  • a first cell pole 118 for example a first cell terminal
  • a second cell pole 120 for connecting the electrochemical cell 100 to a cell contact system (not shown in the drawing).
  • the first cell pole 118 is designed as a cathode.
  • the second cell pole 120 is designed as an anode, for example.
  • the cup element 108 is at anode potential.
  • cup element 108 and/or the cover element 110 comprise or are formed from a metallic material.
  • the cup member 108 includes or is formed from a steel material.
  • cup member 108 includes or is formed from nickel-plated steel.
  • the electrochemical cell 100 preferably comprises a first current collector element 122 which serves in particular to make electrical contact between the electrochemical element 104 and the first cell pole 118 . It can be favorable if the first current collector element 122 comprises or is formed from a metallic material. As metallic Material for the first current collector element 122 aluminum has proven to be particularly suitable.
  • the first current collector element 122 is and/or will be made of uncoated aluminum.
  • the first current collector element 122 has at least one, in the present case exactly one, first connection element 123 .
  • the first connection element 123 serves in particular to connect the first current collector element 122 to the first cell pole 118 and/or to make electrical contact between the electrochemical element 104 and the first cell pole 118.
  • the first connection element 123 is designed in the form of a bulge pointing in the direction of the first cell pole 118 and/or in the form of a projection pointing in the direction of the first cell pole 118 .
  • the first connection element 123 is and/or is stamped into the first current collector element 122 .
  • the first connection element 123 is preferably at least approximately round (cf. FIG. 6).
  • the first connection element 123 of the first current collector element 122 is a bowl-shaped and/or cup-shaped area of the first current collector element 122 .
  • the first current collector element 122 is mostly plate-shaped, for example over approximately 90% of its area or more.
  • the first current collector element 122 is a current collector plate.
  • first connection element 123 is connected to the first cell pole 118 in a materially bonded and/or form-fitting and/or non-positive manner. According to the first embodiment, the first connection element 123 is connected to the first cell pole 118 by welding.
  • a preferably fluid-tight welded connection is formed from a side of the first cell pole 118 facing away from the first current collector element 122 .
  • the first connection element 123 is fixed to the first cell pole 118 by welding through.
  • the electrochemical cell 100 comprises a second current collector element 124, which is used, for example, to make electrical contact between the electrochemical element 104 and the second cell pole 120.
  • the second current collector element 124 is clamped between the cup element 108 and the cover element 110 and/or connected to them by joining.
  • the second current collector element 124 is cap-can-crimped between edges of the cup element 108 and the lid element 110 .
  • a channel-shaped depression 126 for example a circumferential bead, is and/or is made in cup element 108, which is and/or is directly adjacent to cover element 110 is arranged adjacent thereto.
  • the electrochemical cell 100 also includes a potting element, for example a first potting element 128, for connecting the cup element 108 and the first cell pole 118.
  • the first potting element 128 preferably comprises or is formed from a first polymer material.
  • the first polymeric material includes or is formed from a first resin material.
  • the first resin material comprises or is formed from one or more of the following materials: epoxy resin material, phenolic resin material, aminoplast material, polyurethane material, silicone material, polyester resin material, ABS resin material.
  • the first resin material has a hardness of approximately 40 Shore D or more, in particular approximately 50 Shore D, for example approximately 60 Shore D or more, in a cured state relative to the first polymer material.
  • the hardness of the first resin material in a cured state to the first polymeric material is about 100 Shore D or less, more preferably about 97 Shore D or less, for example about 95 Shore D or less.
  • the hardness is determined according to DIN EN ISO 868 in particular.
  • the first resin material has a glass transition temperature of approx. 90° C. or more, in particular approx. 95° C. or more, for example approx. 100° C. or more.
  • the glass transition temperature is preferably related to a cured state of the first resin material to the first polymer material.
  • the first resin material is a one-part resin material, for example a one-part epoxy resin material.
  • One-component epoxy resin materials preferably have increased stability with respect to an electrolyte which is accommodated in the interior space 116 .
  • the first resin material comprises one or more fillers.
  • the one or more fillers are preferably selected from: inorganic fillers, in particular silicon oxide, carbonate, carbide, in particular silicon carbide, nitride, in particular metal nitride, metal oxide.
  • Preferred silicon oxides are silicates.
  • Oxygen diffusion and/or water diffusion from an environment of electrochemical cell 100 into interior space 116 via first casting element 128 can be avoided or reduced through the use of fillers.
  • the electrochemical cell 100 comprises a first insulating element 130 which forms an electrical separation and/or an electrical insulation between the first cell pole 118 and the cup element 108 .
  • the first insulating element 130 is preferably at least approximately plate-shaped.
  • the first insulating element 130 preferably serves to electrically insulate the first cell pole 118.
  • the first insulating element 130 is arranged on an inside of the base section and/or bottom section 114 of the cup element 108 facing the interior 116.
  • first insulating element 130 is designed in several parts, for example in two parts (not shown).
  • the first insulating element 130 as a whole preferably has an at least approximately circular transverse cut up. Specifically, the cross section is taken perpendicular to a central axis 132 of the electrochemical cell 100 .
  • Central axis 132 of electrochemical cell 100 is preferably parallel to an axis of symmetry of electrochemical cell 100 and/or at least approximately perpendicular to a main plane of extension of cover element 110 and/or bottom section 114 of cup element 108.
  • the first insulating member 130 comprises or is formed from a third polymeric material.
  • the third polymeric material is preferably a thermoplastic polymeric material, in particular an electrolyte-resistant thermoplastic polymeric material.
  • the third polymer material is, for example, a polymer material that can be processed in an injection molding process.
  • the third polymeric material includes or is formed from one or more of the following materials: polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polybutylene terephthalate.
  • the first insulating element 130 has a recess 134, for example in the center, in which the first cell pole 118 is accommodated and/or arranged when the electrochemical cell 100 is in an assembled state.
  • the recess 134 of the first insulating element 130 is preferably at least approximately rectangular in a cross section taken parallel to the main extension plane of the first insulating element 130 .
  • the first cell pole 118 is formed at least approximately complementary to the recess 134 of the first insulating element 130 in a cross section taken parallel to its main extension plane.
  • the first cell pole 118 and the recess 134 of the first insulating element 130 have at least approximately a rectangular shape or at least approximately a circular shape, for example round and/or oval, in a cross section taken perpendicular to the central axis 132 of the electrochemical cell.
  • first cell pole 118 and/or the recess 134 of the first insulating element 130 are at least approximately rectangular in shape with rounded corners in a cross section taken perpendicular to the central axis 132 of the electrochemical cell 100 .
  • the first insulating element 130 has one or more depressions 136 which are arranged circumferentially around the recess 134 .
  • the one or more depressions 136 are preferably channel-shaped depressions and/or beads.
  • the first insulating element 130 has a first depression 136a and a second depression 136b, which are arranged one inside the other (cf. FIG. 7).
  • the first depression 136a on the inside serves in particular to position the first cell pole 118 in the recess 134 of the first insulating element 130 during the manufacture of the electrochemical cell 100.
  • the external second depression 136b is preferably used to position an assembly comprising the first insulating element 130 relative to the cover element 110 during the production of the electrochemical cell 100.
  • the first casting element 128 is arranged between the first cell pole 118 and the cup element 108 in radial directions with respect to the central axis 132 of the electrochemical cell 100 .
  • the casting element fills a cavity between the first insulating element 130, the cup element 108 and the first cell pole 118 essentially completely.
  • the first casting element 128 forms an annular section 138 between the first cell pole 118 and the cup element 108, as seen from a side of the cup element 108 facing away from the cover element 110.
  • the first casting element 128 is at least approximately rectangular in a cross section taken perpendicularly to the central axis 132 of the electrochemical cell 100, for example with rounded corners.
  • the first casting element 128 is at least approximately circular in a cross section taken perpendicularly to the central axis 132 of the electrochemical cell 100 .
  • a circular configuration of the first casting element is preferred in embodiments in which the first cell pole 118 and/or the recess 134 of the first insulating element 130 are configured at least approximately circular.
  • the cover element 108 preferably includes a bursting device 140.
  • the bursting device is preferably used to regulate the pressure in the interior 116 of the electrochemical cell 100.
  • the bursting device 140 has a bursting bar 142 which is designed in such a way that it breaks and/or tears when a critical pressure in the interior 116 of the electrochemical cell 100 is exceeded. The breaking and/or tearing of the bursting bar 142 allows fluid to flow out of the interior 116 into the environment of the electrochemical cell 100 .
  • the bursting bar 142 is formed by a linear area of reduced material thickness and/or by two indentations, for example embossing, made in the cover element 110 on both sides of the cover element 110 .
  • An average material thickness of the bursting bar 142 is preferably approximately 20% or more, in particular approximately 30% or more, for example approximately 40% or more, less than an average material thickness of the cover element 110 in the remaining areas.
  • the average material thickness of the bursting bar 142 is approximately 90% or less, in particular approximately 80% or less, for example approximately 70% or less, less than the average material thickness of the cover element 110 in the remaining areas.
  • the material thickness is preferably defined perpendicular to the main plane of extension of the cover element 110 .
  • the bursting device 140 comprises or is formed from a flat area of reduced material thickness compared to an average material thickness of the cover element 110 in adjacent areas (not shown in the drawing).
  • FIGS. 8 and 9 An embodiment of a method for manufacturing the electrochemical cell 100 according to the first embodiment is shown schematically in FIGS. 8 and 9 shown. In particular, the process steps are indicated schematically by the arrows.
  • a cup member assembly 144 is first fabricated.
  • the cup element assembly 144 includes the cup element 108, the first insulating element 130, the first potting element 128 and the first cell pole 118.
  • the first insulating element 130 is provided and is positioned on a tool carrier 146, for example in the form of a rod.
  • the first cell pole 118 is positioned in a recess 134 provided for this purpose in the first insulating element 130 .
  • the cup element 108 is then positioned in such a way that the first insulating element 130 is positioned on an inner side of the cup element 108 facing the interior space 116 and/or bears against it.
  • cup element 108 the cup element 108, the first insulating element 130 and the first cell pole 118 are stacked on the tool carrier 146.
  • the first resin material is then filled in a flowable state in an area between the first cell pole 118 and the cup element 108, for example poured.
  • the first resin material is then preferably cured and/or dried. During the curing and/or drying of the first resin material, the first potting member 128 is formed.
  • the tool carrier 146 is removed.
  • the cup member assembly 144 is formed.
  • An electrochemical element 104 is preferably provided and/or produced for the final assembly and/or assembly of the electrochemical cell 100 .
  • the electrochemical element 104 comprises one or more first contacting projections 148 for electrically contacting the electrochemical element 104 with the first current collector element 122.
  • the electrochemical element 104 comprises a multiplicity of first contacting projections 148.
  • first contact projections 148 protrude away from a base body 150 of the electrochemical element 104 on a side of the electrochemical element 104 that faces the first cell pole 118 in the assembled state.
  • the first contact projections 148 are, for example, lamellar and/or tab-shaped.
  • first contacting projections 148 are arranged in such a way that there are no first contacting projections 148 in the first connection element 125 of the first current collector element 122 when the electrochemical cell 100 is in the assembled state.
  • first contacting projections pointing radially outwards are formed in a center axis 132 of the electrochemical element 104 .
  • the central axis of the electrochemical element 104 preferably corresponds to the central axis 132 of the electrochemical cell 100 in the assembled state.
  • the electrochemical element 104 has one or more second contact projections 152 for making electrical contact between the electrochemical element 104 and the second current collector element 124 includes.
  • the electrochemical element 104 comprises a multiplicity of second contacting projections 152.
  • the second contact projections 152 protrude away from the base body 150 of the electrochemical element 104 on a side of the electrochemical element 104 that faces away from the first cell pole 118 in the assembled state.
  • the second contact projections 152 are, for example, lamellar and/or lug-shaped.
  • the one or more first contact projections 148 and/or the one or more second contact projections 152 are uncoated, for example.
  • first contact projections 148 are connected, for example welded, to the first current collector element 122 .
  • the second contact projections 152 are preferably connected to the second current collector element 124, for example welded.
  • edge regions of the second current collector element 124 are curved in a direction pointing away from the electrochemical element 104 .
  • the electrochemical element 104 is inserted into the cup element 108 after the provision and/or production of the electrochemical element 104 .
  • the electrochemical element 104 is inserted into the cup element 108 of a cup element assembly 144 fabricated as previously described.
  • the first current collector element 122 of the electrochemical cell 100 is then preferably connected to the first cell pole 118, for example welded.
  • the first cell pole is 118 and the first current collector element 122 in the first connection element 125 of the first current collector element 122 connected to one another by welding through.
  • the penetration welding is indicated schematically by a triangle in the figures.
  • material connections for example welded connections, are represented by a triangle in all figures.
  • cover element 110 is arranged on second current collector element 124 and cup element 108 is connected to cover element 110 and second current collector element 124 by joining, for example by crimping.
  • a further embodiment of an electrochemical cell 100 shown in Figs. 10 to 15 differs in terms of structure and function essentially from the first embodiment shown in Figs. 1 to 9 in that the electrochemical cell 100 instead of a first casting element 128 a second casting element 154 comprises.
  • the second casting element is preferably used to connect a second cell pole 120, which is designed as a second cell terminal, to the cover element 110.
  • the second current collector element 124 has a second connection element 125 .
  • the second connection element 125 is in the form of a bulge pointing in the direction of the second cell pole 120 and/or in the form of a projection pointing in the direction of the second cell pole 120 .
  • the second connection element 125 is and/or will be stamped into the second current collector element 124 .
  • the second connection element 125 is preferably at least approximately round.
  • the second connection element 125 of the second current collector element 124 is a cup-shaped and/or cup-shaped area of the second current collector element 124 .
  • the second current collector element 124 is mostly plate-shaped, for example over approximately 90% of its area or more.
  • the second current collector element 124 is a current collector plate.
  • the second current collector element 124 of the further embodiment illustrated in FIGS. 10-15 preferably has the features and/or advantages of the first current collector element 122 of the first embodiment of the electrochemical cell 100 illustrated in FIGS. 1-9.
  • the second current collector element 124 is preferably bonded to the second cell pole 120, in particular by welding, for example through welding.
  • the first current collector element 122 is preferably connected to the cup element 108 in a materially bonded manner, in particular by welding, for example by welding through.
  • the first connection element 123 of the first current collector element 122 is fixed in a recess of the cup element 108 .
  • the cup member 108 includes or is formed from aluminum.
  • the cup element 108 is at cathode potential.
  • the cup element 108 forms the first cell pole 118 .
  • a separate first cell pole 118 and/or a first casting element 128 can preferably be dispensed with.
  • a first insulating element 130 is not necessary.
  • the second casting element 154 comprises or is formed from a second polymer material.
  • the second polymeric material includes or is formed from a second resin material.
  • the second resin material comprises or is formed from one or more of the following materials: epoxy resin material, phenolic resin material, aminoplast material, polyurethane material, silicone material, polyester resin material, ABS resin material.
  • the second resin material has a hardness of about 40 Shore D or more, in particular about 50 Shore D, for example about 60 Shore D or more, in a cured state compared to the second polymer material.
  • the hardness of the second resin material in a cured state to the second polymeric material is about 100 Shore D or less, more preferably about 97 Shore D or less, for example about 95 Shore D or less.
  • the hardness is determined according to DIN EN ISO 868 in particular.
  • the second resin material has a glass transition temperature of approx. 90° C. or more, in particular approx. 95° C. or more, for example approx. 100° C. or more.
  • the glass transition temperature is preferably related to a cured state of the second resin material to the second polymeric material.
  • the second resin material is a one-part resin material, for example a one-part epoxy resin material.
  • One-component epoxy resin materials preferably have increased stability with respect to an electrolyte which is accommodated in the interior space 116 . It can be favorable if the second resin material comprises one or more fillers.
  • the one or more fillers are preferably selected from: inorganic fillers, in particular silicon oxide, carbonate, carbide, in particular silicon carbide, nitride, in particular metal nitride, metal oxide.
  • Preferred silicon oxides are silicates.
  • Oxygen diffusion and/or water diffusion from an environment of electrochemical cell 100 into interior space 116 via second casting element 154 can be avoided or reduced through the use of fillers.
  • the second casting element 154 preferably has one or more of the features and/or advantages described in connection with the first casting element 128 .
  • the electrochemical cell 100 has a second insulating element 156 .
  • the second insulating element 156 preferably serves to electrically insulate the second cell pole 120 from the cover element 110.
  • the second insulating element 156 forms an electrical separation and/or electrical insulation between the second cell pole 120 and the cover element 110.
  • the second insulating element 156 is preferably at least approximately plate-shaped.
  • the second insulating element 156 is preferably used for electrical insulation of the second cell pole 120.
  • the second insulating element 154 is arranged on an inner side of the cover element 110 facing the interior space 116.
  • the second insulating element 156 can be designed in several parts, for example in two parts (not shown). As can be seen in particular in FIG. 14, the second insulating element 156 as a whole preferably has an at least approximately circular cross section. Specifically, the cross section is taken perpendicular to a central axis 132 of the electrochemical cell 100 .
  • the second insulating member 156 includes or is formed from a fourth polymeric material.
  • the fourth polymeric material is preferably a thermoplastic polymeric material, in particular an electrolyte-resistant thermoplastic polymeric material.
  • the fourth polymer material is, for example, a polymer material that can be processed in an injection molding process.
  • the fourth polymeric material includes or is formed from one or more of the following materials: polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polybutylene terephthalate.
  • the second insulating element 156 has a recess, for example in the middle, in which the second cell pole 120 is accommodated and/or arranged when the electrochemical cell 100 is in an assembled state.
  • the recess of the second insulating element 156 is at least approximately rectangular in cross-section taken parallel to the main extension plane of the second insulating element 156 .
  • the second cell pole 120 and the recess of the second insulating element 130 in a cross section taken perpendicularly to the central axis 132 of the electrochemical cell each have at least approximately a rectangular shape or a circular shape, for example round and/or oval.
  • the second cell pole 120 comprises or is formed from a metallic material, for example copper.
  • the second cell pole 120 and/or the recess of the second insulating element 156 are at least approximately rectangular in shape with rounded corners in a cross section taken perpendicular to the central axis 132 of the electrochemical cell 100.
  • the second casting element 154 forms an annular section 158 between the second cell pole 120 and the cover element 110.
  • the second cell pole 120 is arranged centrally in the cover element 110 and/or the bursting device 140 is arranged towards an edge area of the cover element 110 .
  • the electrochemical cell 100 has an electrolyte fill opening 160 .
  • the electrolyte filling opening 160 is preferably used for filling with electrolyte and/or refilling with electrolyte and/or removing electrolyte.
  • the electrolyte filling opening 160 is preferably designed as a passage opening in the cover element 110, it being possible for the electrolyte filling opening 160 to be and/or to be closed in a fluid-tight manner after the interior space 116 has been filled.
  • the electrolyte fill opening 160 is welded after the electrochemical cell 100 has been filled.
  • the cover element 110 and the cup element 108 are preferably bonded to one another, for example by welding.
  • the further embodiment of an electrochemical cell shown in FIGS. 10 to 15 preferably has no direct material transition from copper to aluminum or from aluminum to copper.
  • FIGS. 10 to 15 essentially corresponds to the embodiment shown in FIGS. 1 to 9 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • FIGS. 10 to 15 The further embodiment of an electrochemical cell 100 illustrated in FIGS. 10 to 15 can be produced, for example, according to the embodiment of a method for producing an electrochemical cell 100 illustrated in FIGS. 41 and 42.
  • a further embodiment of an electrochemical cell 100 which is not shown in the drawing in its entirety in FIGS. 16 and 17, differs in terms of structure and function from the embodiment shown in FIGS , which is arranged, for example, circumferentially around an opening, in which the second cell pole 120 is arranged.
  • the elevation 162 projects away from a base body of the cover element 110 in a direction pointing away from the interior of the electrochemical cell 100 .
  • the elevation 162 delimits the opening for receiving the second casting element 154.
  • the elevation 162 serves in particular to increase the fill level when the second resin material is filled in.
  • the elevation 162 is a bead.
  • the second cell pole 120 has one or more radial projections 164, which extend along radial directions with respect to the central axis 132 of the electrochemical cell 100 .
  • the second cell pole 120 has a single radial projection 164 which is formed to run around the second cell pole 120 . In this way, the second casting element 154 can mechanically latch onto the second cell pole 120 .
  • the cover element 110 has one or more recesses 166, in which the second casting element engages behind the cover element in a mounted state of the electrochemical cell 100 along a direction running parallel to the central axis 132.
  • a peripheral recess 166 is provided, through which in particular an undercut is formed.
  • FIGS. 16 and 17 essentially corresponds to the embodiment shown in FIGS. 10 to 15 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • a further embodiment of an electrochemical cell 100 which is not shown in the drawing in its entirety in FIGS. 18 to 20, differs in terms of structure and function from the embodiment shown in FIGS or is designed as a snap-over element 168 as a whole.
  • the second cell pole forms a so-called "Current Interruption Device” (CID).
  • CID Current Interruption Device
  • a rest state of the snap element 168 is shown.
  • a triggered state of the snap element 168 is shown.
  • the snap-over element 168 is preferably deflected outwards from the rest state into the triggered state. The deflection of the snap element 168 outwards away from the interior 116 of the electrochemical cell 100 preferably interrupts and/or separates an electrical contact between the second cell pole 120 and a second current collector element 124 .
  • the deflection of the at least one snap-over element 168 from the rest state to the triggered state particularly breaks an electrically conductive connection between the second cell pole 120 and the second current collector element 124, which is connected to the electrochemical element 104.
  • the snap-over element 168 is preferably formed by the second cell pole as a whole.
  • the second cell pole 120 is arched.
  • the at least one snap-over element 168 can be welded into a base body of the second cell pole 120 of the electrochemical cell, for example.
  • the snap-over element 168 preferably has an at least approximately circular cross section.
  • the cross section is preferably taken perpendicular to central axis 132 of electrochemical cell 100 .
  • FIGS. 18 to 20 essentially corresponds to the embodiment shown in FIGS. 10 to 15 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • a further embodiment of an electrochemical cell 100 which is not shown in the drawing in its entirety in FIG. 21, differs in terms of structure and function essentially from the embodiment shown in FIGS. 10 to 15 in that the second cell pole 120 has an area of reduced material thickness 170 .
  • the area of reduced material thickness 170 serves in particular to facilitate the ability to connect the second cell pole 120 to the second current collector element 124.
  • the area of reduced material thickness 170 is, for example, an embossed area.
  • the second cell pole 120 preferably has a reduced welding depth.
  • the material thickness in the area of reduced material thickness 170 is approximately 20% or more, for example approximately 30% or more, less than an average material thickness in the remaining areas of the second cell pole 120.
  • an electrochemical cell 100 shown in FIG. 21 essentially corresponds to the embodiment shown in FIGS. 10 to 15 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • the current collector element can form a first current collector element 122 and/or a second current collector element 124 .
  • the first attachment element 123 or the second attachment element 125 is formed here by a cut-out contour.
  • a region forming the first connection element 123 or the second connection element 125 is bent away from a base body of the current collector element 122/124.
  • the respective connection element 123/125 is at least approximately L-shaped in a cross section taken perpendicular to the main extension plane of the base body of the respective current collector element 122/124.
  • the first connection element 123 or the second connection element 125 is formed by stamping.
  • a tolerance compensation element is preferably formed by the cut-out area, for example the punched-out area.
  • FIG. 24 Another variant of a first current collector element 122 or a second current collector element 124 shown in Figs. 24 and 25 differs in terms of design and function essentially from the variant shown in Figs. 22 and 23 in that the first connection element 123 or the second connection element 125 is connected to the base body of the respective current collector element 122/124 by a transition which is at least approximately U-shaped in cross section.
  • FIG. 26 and 27 Another variant of a first current collector element 122 or a second current collector element 124 shown in Figs. 26 and 27 differs in terms of design and function from the variant shown in Figs. 22 and 23 essentially in that the first connection element 123 or the second connection element 125 are at least approximately cup-shaped and/or cup-shaped.
  • the first current collector element 122 and the second current collector element 124 is preferably formed without openings.
  • the variant of a current collector element 122/124 shown in FIGS. 26 and 27 corresponds to the variant shown in FIGS. 22 and 23, so that reference is made to their description in this respect.
  • the variants of the current collector elements 122/124 shown in FIGS. 22 to 27 can be used in all the embodiments of an electrochemical cell 100 described above and below. Different variants can also be combined with one another in one embodiment.
  • a further embodiment of an electrochemical cell 100 shown in FIGS. 28 to 31 differs from the embodiment shown in FIG. 21 in terms of structure and function essentially in that the second cell pole 120 is designed in several parts, in the present case in two parts.
  • a first part 120a forms a carrier part in which a second part 120b of the second cell pole 120 is accommodated.
  • the first part 120a and the second part 120b of the second cell pole 120 are formed from different metallic materials. As a result, a material transition is formed within the second cell pole 120 .
  • the first part 120a of the second cell pole 120 comprises or is formed from copper.
  • the second cell pole 120 preferably comprises two functional areas 172, which are formed by the first part 120a and the second part 120b.
  • the first part 120a preferably forms a connection and/or welding area in which the second cell pole 120 is connected to the second current collector element 124 .
  • the second part 120b here comprises or is formed from aluminum.
  • the second part 120b is arranged on a side of the second cell pole 120 that faces away from the interior space 116 of the electrochemical cell 100 .
  • the two functional areas 172 are preferably surrounded by elevations 162 of the cover element 110 and/or surrounded by the second casting element 154 .
  • FIGS. 28 to 31 essentially corresponds to the embodiment shown in FIG. 21 in terms of structure and function, so that reference is made to the description thereof.
  • a further embodiment of an electrochemical cell 100 which is not shown as a whole in the drawings in FIGS. 32 and 33, differs in terms of structure and function essentially from the embodiment shown in FIGS 120b are at least partially formed by elevations 174.
  • Elevations 162 of the cover element 110 are in particular unnecessary.
  • FIGS. 32 and 33 essentially corresponds to the embodiment shown in FIGS. 28 to 31 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • FIGS. 34 to 36 A further embodiment of an electrochemical cell 100 shown in FIGS. 34 to 36 essentially differs from the embodiment shown in FIGS.
  • the first current collector element 122 is curved towards the edge, the edge of the first current collector element 122 preferably being curved away from the base section 114 .
  • FIGS. 34 and 36 essentially corresponds to the embodiment shown in FIGS. 10 to 15 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • FIGS. 37 to 40 differs essentially from the first embodiment shown in FIGS. 1 to 9 in terms of structure and function in that both the first cell pole 118 and the second cell pole 120 are designed as cell terminals separate from the housing 106 and that the first cell pole 118 and the second cell pole 120 are embedded in a common casting element 154 .
  • cup element 108 and the lid element 110 are and/or are connected to one another by welding.
  • Both cell poles, the first cell pole 118 and the second cell pole 120, are accommodated in an opening of the cover element 110 introduced in the cover element 110.
  • the first current collector element 122 and the second current collector element 124 are arranged on a side of the electrochemical element 104 which faces the cover element 110 .
  • the first current collector element 122 and the second current collector element 124 are arranged next to one another and at the same distance from the cover element 110 .
  • the first current collector element 122 has an at least approximately cup-shaped and/or cup-shaped first connection element 123, which is materially connected to the first cell pole 118, for example by welding.
  • the second current collector element 124 has an at least approximately cup-shaped and/or cup-shaped second connection element 125, which is materially connected to the second cell pole 120, for example by welding.
  • a weld seam between the respective connection element 123, 125 and the cell pole 118, 120 is preferably fluid-tight.
  • the electrolyte filling opening 160 is preferably closed by welding after the housing 106 has been filled with electrolyte.
  • the first cell pole 118 and the second cell pole 120 are preferably electrically isolated from one another by the casting element 154 and are embedded in the polymer material of the casting element 154 .
  • a second insulating element 156 of the electrochemical cell 100 is arranged adjacent to the cover element 110 and serves to electrically insulate the cell poles 118, 120 and/or the interior 116 of the electrochemical cell 100.
  • the second insulating element 156 preferably has a recess and a plurality of indentations in the form of beads. In terms of structure and function, these correspond to the recess 134 and the depressions 136a and 136b, which were described in connection with the first insulating element 130 of the first embodiment (cf. FIG. 7), so that reference is made to the corresponding explanations.
  • each cell pole 118, 120 has a recess and corresponding depressions in the form of beads. It can be favorable if a first insulating element 130 is arranged immediately adjacent to the bottom section 114 of the cup element 108 .
  • FIGS. 37 to 40 essentially corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 9 in terms of structure and function, so that reference is made to the description thereof.
  • a cover member assembly 176 is first fabricated (see Figure 41).
  • the second insulating element 156, the cover element 110 and the second cell pole 120 are stacked.
  • the second resin material is cast and/or filled in a flowable state in an area between the second cell pole 120, the cover element 110 and/or the second insulating element 156.
  • the second resin material is cured and/or dried, as a result of which the second casting element 154 is formed in particular.
  • an electrochemical element 104 is preferably provided or manufactured which has first contacting projections 148 and second contacting projections 152 which protrude from the main body 150 of the electrochemical element 104 on opposite sides thereof.
  • the first contact projections 148 are preferably cohesively connected to the first current collector element 122, for example welded.
  • the second contact projections 152 are integrally connected to the second current collector element 124, for example by welding.
  • a component resulting from the steps described above is then inserted into the cup element 108 and the cover element assembly 176 is placed on and/or positioned relative to the cup element 108 .
  • the first current collector element 122 is preferably cohesively connected to the cup element 108 at its first connection element 123 , for example welded to it.
  • cover element 110 and the cup element 108 are connected to one another in a materially bonded manner beforehand, during this time or subsequently, for example welded to one another.
  • the second current collector element 124 is materially connected at its second connection element 125 to the second cell pole 120, for example welded to it.
  • the further embodiment of an electrochemical cell 100 shown in Figs. 43 to 46 differs in terms of structure and function essentially from the embodiment shown in Figs. 34 to 36 in that the second current collector element 124 has a first bend 178 by approximately 180 ° and a second bend 180 of about 90°.
  • the second current collector element 124 forms a current vane, for example.
  • the second cell pole 120 is preferably arranged eccentrically.
  • the electrochemical cell 100 has a spacer element 182 which is arranged between the second cell pole 120 and the cover element 110 .
  • the spacer element 182 delimits the second casting element 154 radially.
  • the second insulating member 156 has an opening forming a resin material filling port 184 for filling the resin material.
  • the second current collector element 124 preferably has a connection area 186 which is used in particular to connect to the second contacting projections 152, for example by welding.
  • the second current collector element 124 comprises two current collector element parts 124a, 124b, which are formed from different metallic materials.
  • a first current collector element part 124a which is and/or is connected to the second contacting projections 152, comprises or is formed from copper.
  • a second current collector element part 124b which is and/or is connected to the second cell pole 120, comprises or is formed from aluminum.
  • the second current collector element part 124b is preferably cohesively connected to the second cell pole 120, for example welded.
  • an electrochemical element 104 is preferably provided or produced as described in connection with the other methods.
  • the first current collector element 122 and the second current collector element 124 together with a cover element assembly 176 are then cohesively connected to the electrochemical element 104, for example welded.
  • the second insulating member 156, the second cell pole 120 and the second current collector member 124 are preferably stacked and the second resin material is filled through the resin material filling opening 184.
  • the second resin material is then preferably cured and/or dried, as a result of which the second casting element 154 in particular is formed.
  • the second current collector element 124 is then preferably bent twice, as a result of which the first bend 178 and the second bend 180 are formed, for example.
  • a resulting component is inserted into the cup element 108 and the cup element 108 and the cover element 110 are preferably connected to one another in a materially bonded manner, for example welded to one another.
  • the electrolyte filling opening 160 is preferably closed in a fluid-tight manner, for example welded.
  • FIGS. 43 to 46 essentially corresponds to that in FIGS. 34 to 36 in terms of structure and function, so that reference is made to the description thereof.
  • a further embodiment of an electrochemical cell 100 shown in FIG. 47 differs in terms of structure and function from the embodiment shown in FIGS 125 is a second spring element 190 .
  • the first spring element 188 and/or the second spring element 190 preferably allows springing in a direction running parallel to the central axis 132 of the electrochemical cell 100 .
  • the electrochemical element 104 is preferably non-positively connected to the bottom section 114 of the cup element 108 via the first spring element 188 .
  • the first spring element 188 is in particular a spring washer.
  • the first spring element 188 includes or is formed from aluminum.
  • the electrochemical element 104 is non-positively connected to the second cell pole 120 via the second spring element 190 .
  • the second spring element 190 is a spring washer.
  • the second spring element 190 includes or is formed from copper.
  • the second spring element 190 is materially connected to the second cell pole 120, for example by welding.
  • the second spring element 190 is welded to the second cell pole 120 at its free ends.
  • the second cell pole 120 comprises an aluminum-copper pin or is formed from it.
  • a non-positive tab connection is formed.
  • FIG. 47 essentially corresponds to that in FIGS. 34 to 36 in terms of structure and function, so that reference is made to the description thereof.
  • the further embodiment of an electrochemical cell 100 shown in Fig. 48 differs in terms of structure and function from the embodiment shown in Figs. 34 to 36 essentially in that the first current collector element 122 and/or the second current collector element 124 has an electrically conductive coating 192 exhibit.
  • the coating 192 is electrolyte resistant.
  • the electrically conductive and/or electrolyte resistant coating 192 includes or is formed from an electrically conductive fluoropolymer material or a synthetic rubber material.
  • a first coating material of the coating 192 of the first current collector element 122 and a second coating material of the coating 192 of the second current collector element 124 are preferably identical. Alternatively, different coating materials can be used.
  • Electrically conductive fluoropolymer materials and/or synthetic rubber materials are preferably used as the first coating material and/or as the second coating material.
  • compositions are suitable as the first coating material or as the second coating material for the electrically conductive and/or electrolyte-resistant coating 192: al) a resin material and one or more electrically conductive additives, for example an epoxy resin material and one or more conductive carbon blacks; a2) an elastomeric material and a transition metal carbide, and optionally one or more electrically conductive additives, for example ethylene-propylene-diene rubber or styrene-butadiene rubber and titanium carbide; a3) an electrically conductive adhesive material, preferably an elastomeric material, a resin material, one or more electrically conductive additives and optionally a transition metal oxide, for example ethylene-propylene-diene rubber or styrene-butadiene rubber, an epoxy resin material, conductive carbon black and optionally titanium carbide ; a4) an electrically conductive thermoplastic material, in particular a
  • Thermoplastic material one or more electrically conductive additives and a transition metal oxide, for example polyvinylidene fluoride or poly tetrafluoroethylene and conductive carbon black and titanium carbide; a5) an electrically conductive paste, for example comprising styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, titanium carbide, where a fluoropolymer suspension can optionally be used.
  • a transition metal oxide for example polyvinylidene fluoride or poly tetrafluoroethylene and conductive carbon black and titanium carbide
  • an electrically conductive paste for example comprising styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, titanium carbide, where a fluoropolymer suspension can optionally be used.
  • the aforementioned materials can in particular be referred to as follows: al) electrically conductive casting resins; a2) electrically conductive elastomers; a3) an electrically conductive adhesive; a4) an electrically conductive thermoplastic material; a5) an electrically conductive paste.
  • the second resin material of the second casting element 154 and a coating material of the coating 192 are cured and/or dried at the same time.
  • the electrochemical cell 100 includes a spacer element 182 as described in connection with Figures 43-46.
  • FIG. 48 essentially corresponds to that in FIGS. 34 to 36 in terms of structure and function, so that reference is made to the description thereof.
  • FIGS. 49 to 52 differs in structure and function essentially from the embodiment shown in FIGS a weld is formed by an at least approximately cylindrical cavity 194 in the electrochemical element 104 .
  • the electrochemical element 104 as a whole is preferably at least approximately in the form of a hollow cylinder.
  • the cavity 194 is preferably formed by or when removed from a winding device.
  • the winding device is preferably a winding mandrel around which a sub strata constituting the electrochemical element 104 (see the method of FIG. 52, the winding itself not being shown in the drawing).
  • the first part 120a and the second part 120b of the second cell pole 120 are preferably arranged one behind the other along a direction running parallel to the central axis 132 and in particular have at least approximately the same dimensions.
  • the first connection element 123 of the first current collector element 122 preferably has an opening at an end facing the base section 114 .
  • the electrochemical element 104 is preferably produced or provided and the first current collector element 122 and the second current collector element 124 are welded on.
  • the cover element assembly is then preferably put on and the second current collector element 124 and the second cell pole 120 are welded to one another, for example, through the cavity 194 in the electrochemical element 104 .
  • the welding is preferably done by laser welding or resistance welding with a long rod-shaped electrode.
  • a resulting assembly is then preferably inserted into the cup member 108 and the lid member 110 and the cup element 108 are connected to each other with a material fit, for example welded.
  • electrolyte is filled in and then the electrolyte filling opening 160 is welded.
  • FIGS. 49 to 52 essentially corresponds to that in FIGS. 28 to 31 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • FIGS. 53 to 56 essentially differs from the embodiment shown in FIGS , which is welded at the end of an assembly of the electrochemical cell 100 and/or becomes.
  • connection element 125 and the second cell pole 120 are welded to one another through the passage opening 196 .
  • FIGS. 53 to 56 essentially corresponds to that in FIGS. 49 to 52 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • An alternative embodiment of a cover element assembly 176 shown in FIGS. 57 to 59 differs from the embodiment shown in FIGS / or rounded and / or continuously curved.
  • the second insulating element 156 preferably accommodates the entire second current collector element 124 .
  • the second insulating element 156 is, for example, at least approximately cup-shaped and/or disk-shaped.
  • the cover element assembly 176 can be simply placed or plugged onto a cup element 108, with the second insulating element 156 preferably being pushed together with the second current collector element 124 into the open end of the cup element 108, in particular up to the open end of the cup element 108 on the cover element 110 of the cover element assembly 176, in particular on a cover plate 111, comes into contact and is connected to it, for example clamped, welded, etc.
  • a side of the second current collector element 124 which faces the electrochemical element 104 preferably comprises a plurality of, for example five, elevations 198 which are elevated in the direction of the electrochemical element 104 .
  • the elevations 198 are in particular beads 200.
  • the elevations 198 extend in particular in a star shape outwards in the radial direction.
  • the bumps 198 form weld areas for welding to the electrochemical element 104.
  • 60 shows an optimized first current collector element 122 which may be used in this and other embodiments.
  • a side of the first current collector element 122 which faces the electrochemical element 104 preferably comprises a plurality of, for example three, elevations 198 which are elevated in the direction of the electrochemical element 104 .
  • the elevations 198 are in particular beads 200.
  • the elevations 198 extend in particular in a star shape outwards in the radial direction and/or are arranged and/or formed in a uniformly distributed manner in the circumferential direction.
  • the bumps 198 form weld areas for welding to the electrochemical element 104.
  • the first current collector element 122 preferably includes one or more openings 202, for example slots 204 or slots 206.
  • the one or more openings 202 extend in particular in the radial direction and/or are arranged and/or formed in a uniformly distributed manner in the circumferential direction.
  • elevations 198 and openings 202 are arranged and/or formed in an alternating manner.
  • the openings 202 make it possible in particular to achieve an optimized behavior of the electrochemical cell 100 for degassing and/or in the event of a thermal event.
  • a gas forming between the layers of the electrochemical element 104 can be easily discharged through the openings 202 .
  • FIGS. 57 to 60 essentially corresponds to that in FIGS. 43 to 46 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • a filling opening in particular an electrolyte filling opening 160, is always provided in the center, which is surrounded, for example, by a peripheral embossing and can be welded tightly in a simple manner using a metal plate.
  • bursting devices 140 in particular bursting webs 142, are provided and/or formed in the bottom sections 114.
  • attachment areas for attaching a first current collector element 122 are preferably provided.
  • the first current collector element 122 is clamped to the base section 114 or is welded circumferentially in an edge area.
  • the bursting bar 142 is designed in the form of a circular ring.
  • an inwardly protruding elevation 198 is provided, which in particular is circular and is used for welding to the first current collector element 122.
  • a circular ring-shaped bursting bar 142 is arranged and/or formed in the base section 114 in the radial direction within the elevation 198 .
  • two bursting devices 140 are provided, which are each arranged and/or formed essentially in a semicircle around the filling opening. Arranged and/or formed between the two bursting devices 140 are essentially radially outwardly aligned, web-like elevations 198 which protrude into the interior 116 and are used for welding to the first current collector element 122 . The elevations 198 are positioned in such a way that the welding does not impair the function of the bursting devices 140 .
  • floor sections 114 or only individual features or combinations of features can optionally be provided in individual, several or all embodiments of the electrochemical cell 100 .
  • electrochemical cells 100 preferably have optimized sealing properties and/or are easy to manufacture.

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Abstract

Um eine elektrochemische Zelle (100) bereitzustellen, welche möglichst ein- fach herstellbar ist und eine möglichst lange Lebensdauer aufweist, wird eine elektrochemische Zelle (100), insbesondere eine Rundzelle, vorgeschlagen, welche ein elektrochemisches Element (104), ein Gehäuse (106), einen ersten Zellpol (118) und einen zweiten Zellpol (120) umfasst, wobei die elektro- chemische Zelle (100) ferner ein Vergusselement, insbesondere ein erstes Vergusselement (128), zur Verbindung des Gehäuses (106) und des ersten Zellpols (118) und/oder ein Vergusselement, insbesondere ein zweites Vergusselement (154), zur Verbindung des Gehäuses (106) und des zweiten Zellpols (120) umfasst.

Description

Elektrochemische Zelle, elektrochemisches System und Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle für ein elektro chemisches System.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrochemisches System, umfassend eine oder mehrere elektrochemische Zellen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle.
Elektrochemische Zellen sind aus der DE 10 2018 209 270 Al, der DE 10 2017 200 390 Al, der EP 2 541 650 Al, der US 2015/0214516 Al, der DE 10 2012 213 871 Al, der EP 1 459 882 Al, der US 2018/0097208 Al und der WO 2017/159760 Al bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Zelle bereitzustellen, welche möglichst einfach herstellbar ist und eine mög lichst lange Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die elektrochemische Zelle ist vorzugsweise eine Rundzelle.
Beispielsweise wird die elektrochemische Zelle in Fahrzeugen verwendet.
Die elektrochemische Zelle umfasst vorzugsweise ein elektrochemisches Element zur Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie. Vorteilhaft kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein Gehäuse umfasst, welches ein Becherelement zur Aufnahme des elektrochemischen Elements und ein Deckelelement zum Abdecken und/oder Verschließen des Becherelements umfasst.
Die elektrochemische Zelle umfasst insbesondere einen ersten Zellpol und einen zweiten Zellpol zum Verbinden der elektrochemischen Zelle mit einem Zellkontaktierungssystem.
Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein Vergusselement, insbesondere ein erstes Vergusselement, umfasst, beispielsweise zur Ver bindung des Gehäuses und des ersten Zellpols.
Ergänzend oder alternativ umfasst die elektrochemische Zelle ein Verguss element, insbesondere ein zweites Vergusselement, beispielsweise zur Ver bindung des Gehäuses und des zweiten Zellpols.
Ein "Vergusselement" ist vorzugsweise ein Element, welches in einem Gießverfahren und/oder einem Gussverfahren hergestellt ist. In einem Gießverfahren und/oder einem Vergussverfahren wird vorzugsweise ein Vergussmaterial, beispielsweise ein Harzmaterial, in einem fließfähigen Zustand in einen auszufüllenden Bereich eingefüllt.
Beispielsweise ist der erste Zellpol als Kathode ausgebildet.
Der zweite Zellpol ist beispielsweise als Anode ausgebildet.
Das erste Vergusselement bildet vorzugsweise ein erstes Verbindungselement. Ergänzend oder alternativ bildet das erste Vergusselement vorzugsweise ein erstes Dichtelement zur Abdichtung eines zwischen dem Becherelement und dem ersten Zellpol gebildeten Bereichs. Günstig kann es sein, wenn das zweite Vergusselement ein zweites Verbin dungselement bildet. Ergänzend oder alternativ bildet das zweite Vergussele ment vorzugsweise ein zweites Dichtelement zur Abdichtung eines zwischen dem Deckelelement und dem zweiten Zellpol gebildeten Bereichs.
Das erste Vergusselement und/oder das zweite Vergusselement dienen vor zugsweise einer Abdichtung eines vom Gehäuse umgebenen Innenraum der elektrochemischen Zelle.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Becherelement ein metallisches Material umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise umfasst das Becherelement Stahl oder ist daraus gebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Becherelement aus Nickel-plattiertem Stahl gebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Becher element Aluminium oder ist daraus gebildet.
Günstig kann es sein, wenn das Becherelement auf dem Potential des zweiten Zellpols liegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt das Becherelement auf dem Potential des ersten Zellpols.
Vorzugsweise ist das Becherelement zumindest näherungsweise hohlzylinder förmig ausgebildet. Insbesondere ist ein Ende des Hohlzylinders von einem Grundabschnitt und/oder Bodenabschnitt des Becherelements verschlossen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Becherelement einen Mantelabschnitt auf weist, welcher vorzugsweise zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig, beispielsweise zumindest näherungsweise kreishohlzylinderförmig, ausgebildet ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Becherelement einen Grundabschnitt auf weist, welcher beispielsweise zumindest näherungsweise kreisförmig ist. Bei spielsweise verschließt der Grundabschnitt das Becherelement in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle an einer dem zweiten Zellpol abgewandten Seite des Becherelements. Der Grundabschnitt ist beispielsweise ein Bodenabschnitt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein erstes Strom sammlerelement umfasst, welches mindestens ein erstes Anbindungselement zur Anbindung des ersten Stromsammlerelements an den ersten Zellpol und/oder zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements und des ersten Zellpols umfasst, wobei das mindestes eine erste Anbindungs element in Form einer in Richtung des ersten Zellpols weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des ersten Zellpols weisenden Vorsprungs ausgebildet ist.
Das mindestens eine erste Anbindungselement ist vorzugsweise stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem ersten Zellpol verbunden.
Beispielsweise ist denkbar, dass das mindestens eine erste Anbindungs element des ersten Stromsammlerelements ein napfförmiger und/oder becher förmiger Bereich des Stromsammlerelements ist. Vorzugsweise ist das erste Stromsammlerelement größtenteils, beispielsweise über ungefähr 90 % der Fläche oder mehr, plattenförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das erste Stromsammlerelement eine Stromsammlerplatte.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine, vorzugsweise fluiddichte, Schweiß verbindung von einer dem ersten Stromsammlerelement abgewandten Seite des ersten Zellpols aus ausgebildet ist. Beispielsweise ist das erste Anbin dungselement durch Durchschweißen von einer dem ersten Zellpol abge wandten Seite aus an dem ersten Zellpol festgelegt. Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein zweites Strom sammlerelement umfasst, welches mindestens ein zweites Anbindungselement zur Anbindung des zweiten Stromsammlerelements an den zweiten Zellpol und/oder zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements und des zweiten Zellpols umfasst. Das mindestens eine zweite Anbindungselement ist vorzugsweise in Form einer in Richtung des zweiten Zellpols weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des zweiten Zellpols weisenden Vorsprungs ausgebildet.
Beispielsweise ist das mindestens eine zweite Anbindungselement stoff schlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem zweiten Zellpol verbunden.
Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Stromsammlerelement in einem parallel zur Mittelachse der elektrochemischen Zelle genommenen Querschnitt eine erste Biegung, beispielsweise eine Biegung um ungefähr 180°, aufweist.
Vorzugsweise weist das zweite Stromsammlerelement eine zweite Biegung, beispielsweise um ungefähr 90°, auf.
In Ausführungsformen, welche ein zweites Stromsammlerelement eine erste und/oder eine zweite Biegung aufweisen, kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Zellpol exzentrisch angeordnet ist.
Beispielsweise ist ein Ende des zweiten Stromsammlerelements durch eine dafür vorgesehene Öffnung im zweiten Zellpol hindurchgeführt und innerhalb der Öffnung stoffschlüssig mit dem zweiten Zellpol verbunden.
Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Zellpol und das mindestens eine zweite Anbindungselement zumindest teilweise aus voneinander verschie denen metallischen Materialien gebildet sind. Beispielsweise ist der zweite Zellpol mehrteilig und umfasst einen ersten Teil, welcher Kupfer umfasst oder daraus gebildet ist.
Insbesondere umfasst der zweite Zellpol einen zweiten Teil, welcher beispiels weise Aluminium umfasst oder daraus gebildet ist.
Das mindestens eine zweite Anbindungselement umfasst vorzugsweise Kupfer oder ist daraus gebildet.
Beispielsweise ist ein Materialübergang innerhalb des zweiten Zellpols oder zwischen dem mindestens einen zweiten Anbindungselement und dem zweiten Zellpol ausgebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass im zweiten Zellpol voneinander verschiedene Bereiche ausgebildet sind, welche vom zweiten Vergusselement umgeben und/oder voneinander getrennt sind.
Beispielsweise ist ein Verbindungsbereich ausgebildet, in welchem der zweite Zellpol mit dem mindestens einen zweiten Anbindungselement verbunden ist.
Der Verbindungsbereich des zweiten Zellpols ist beispielsweise aus demselben Material gebildet wie das mindestens eine zweite Anbindungselement des zweiten Stromsammlerelements.
Alternativ dazu, dass ein Materialübergang zwischen dem zweiten Zellpol und dem mindestens einen zweiten Anbindungselement ausgebildet ist, kann vor gesehen sein, dass der zweite Zellpol und das mindestens eine zweite Anbin dungselement aus demselben metallischen Material gebildet sind.
Beispielsweise umfassen der zweite Zellpol und das mindestens eine zweite Anbindungselement Kupfer oder sind daraus gebildet. Alternativ dazu, dass das zweite Stromsammlerelement mindestens ein zweites als Wölbung und/oder Vorsprung ausgebildetes zweites Anbindungs element aufweist, kann vorgesehen sein, dass die elektrochemische Zelle ein zweites Stromsammlerelement aufweist, dessen plattenförmiger Grundkörper und/oder dessen Randbereich unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei vorzugsweise das zweite Stromsammlerelement mit dem Deckelelement und dem Becherelement verbunden ist, beispielsweise durch eine Fügeverbin dung.
Vorzugsweise ist und/oder wird das zweite Stromsammlerelement durch Crimpen mit dem Deckelelement und/oder dem Becherelement verbunden.
Insbesondere zur Ausbildung einer optimierten Fügeverbindung zwischen dem Becherelement und dem Deckelelement kann es vorteilhaft sein, wenn das Becherelement an einem dem Bodenabschnitt abgewandten Ende mindestens eine Vertiefung, beispielsweise eine in Umfangsrichtung des Becherelements umlaufende Sicke, aufweist.
Alternativ zu einer Verbindung des zweiten Stromsammlerelements und des Gehäuses durch eine Fügeverbindung kann vorgesehen sein, dass das zweite Stromsammlerelement durch Schweißen, beispielsweise durch Durch schweißen, mit dem zweiten Zellpol verbunden ist. Gemäß dieser Ausfüh rungsform ist das zweite Stromsammlerelement vorzugsweise vom Deckel element beabstandet angeordnet.
Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Stromsammlerelement durch ein zweites Anbindungselement des zweiten Stromsammlerelements mit dem zweiten Zellpol verbunden ist. Beispielsweise ist denkbar, dass das zweite Anbindungselement des zweiten Stromsammlerelements ein napfförmiger und/oder becherförmiger Bereich des zweiten Stromsammlerelements ist. Vor zugsweise ist das zweite Stromsammlerelement größtenteils, beispielsweise über ungefähr 90 % der Fläche oder mehr, plattenförmig ausgebildet. Bei spielsweise ist das zweite Stromsammlerelement eine Stromsammlerplatte. Vorteilhaft kann es sein, wenn eine, vorzugsweise fluiddichte, Schweiß verbindung von einer dem ersten Stromsammlerelement abgewandten Seite des ersten Zellpols ausgebildet ist. Beispielsweise ist das erste Anbindungs element durch Durchschweißen von einer dem ersten Zellpol abgewandten Seite an dem ersten Zellpol festgelegt.
Beispielsweise ist an einer dem Innenraum zugewandten Innenseite des Deckelelements ein Isolierelement, beispielsweise ein zweites Isolierelement, angeordnet, welches einer elektrischen Isolierung des Deckelelements dient.
Günstig kann es sein, wenn das Deckelelement und das Becherelement stoff schlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbun den sind. Vorzugsweise sind das Deckelelement und das Becherelement mit einander verschweißt, beispielsweise durch Durchschweißen miteinander ver bunden.
Beispielsweise ist denkbar, dass das erste Stromsammlerelement mittels einer, insbesondere fluiddichten, Schweißnaht mit dem Becherelement ver bunden ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Becherelement insbeson dere auf dem Potential des ersten Zellpols und/oder bildet einen Teil des ersten Zellpols. Ein erstes Isolierelement ist vorzugsweise entbehrlich.
Ergänzend oder alternativ ist denkbar, dass das zweite Stromsammlerelement mittels einer, insbesondere fluiddichten, Schweißnaht mit dem Deckelelement verbunden ist.
Vorzugsweise bilden das mindestens eine erste Anbindungselement und/oder das mindestens eine zweite Anbindungselement einen Toleranzausgleich.
In montiertem Zustand der elektrochemischen Zelle ist das mindestens eine erste Anbindungselement vorzugsweise in unmittelbarem stofflichem Kontakt mit dem ersten Zellpol. Beispielsweise ist das mindestens eine erste Anbin dungselement stoffschlüssig mit dem ersten Zellpol verbunden.
Insbesondere ist das mindestens eine zweite Anbindungselement in montier tem Zustand der elektrochemischen Zelle in unmittelbarem stofflichem Kon takt mit dem zweiten Zellpol. Beispielsweise ist das mindestens eine zweite Anbindungselement stoffschlüssig mit dem zweiten Zellpol verbunden.
Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine erste Anbindungselement durch Biegen und/oder Ausschneiden, beispielsweise Ausstanzen, gebildet ist.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine zweite Anbindungselement durch Biegen und/oder Ausschneiden, beispiels weise Ausstanzen, gebildet ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein erstes Isolier element aufweist, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement bildet.
Ergänzend oder alternativ kann es günstig sein, wenn die elektrochemische Zelle ein zweites Isolierelement aufweist, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem zweiten Zellpol und dem Deckelelement bildet.
Vorzugsweise dient das erste Isolierelement einer elektrischen Isolierung des ersten Zellpols. Insbesondere ist das erste Isolierelement an einer Innenseite des Grundabschnitts und/oder Bodenabschnitts des Becherelements ange ordnet.
Günstig kann es sein, wenn das erste Isolierelement mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, ausgebildet ist. Beispielsweise weist das Isolierelement einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist vorzugsweise zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Mittelachse der elektrochemischen Zelle genommen.
Die Mittelachse der elektrochemischen Zelle ist vorzugsweise parallel zu einer Symmetrieachse der elektrochemischen Zelle und/oder zumindest näherungs weise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Deckelelements und/oder des Grundabschnitts des Becherelements.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement, beispielsweise mittig, eine Ausnehmung aufweist, in welcher in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle der erste Zellpol aufgenommen und/oder angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Ausnehmung des ersten Isolierelements in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des ersten Isolierelements genommenen Quer schnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig ausgebildet.
Beispielsweise ist denkbar, dass der erste Zellpol in einem parallel zur Haupt erstreckungsebene des ersten Zellpols genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise komplementär zur Ausnehmung des ersten Isolierelements ausgebildet ist.
Beispielsweise sind der erste Zellpol und die Ausnehmung des ersten Isolier elements in einem senkrecht zur Mittelachse des elektrochemischen Elements genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig oder zumindest näherungsweise oval und/oder rund.
Vorzugsweise sind der erste Zellpol und/oder die Ausnehmung des ersten Isolierelements in einem Querschnitt rechteckförmig mit abgerundeten Ecken.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement eine oder mehrere Vertiefungen aufweist, welche umlaufend um die Ausnehmung ausgebildet sind. Die eine oder die mehreren Vertiefungen sind vorzugsweise rinnenför mige Vertiefungen und/oder Sicken.
Beispielsweise weist das erste Isolierelement eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung auf, welche in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des ersten Isolierelements genommenen Querschnitt konzentrisch angeordnet sind.
Die erste Vertiefung dient insbesondere einer Positionierung des ersten Zell- pols in der Ausnehmung des ersten Isolierelements während der Herstellung der elektrochemischen Zelle.
Die zweite Vertiefung dient vorzugsweise einer Positionierung des ersten Iso lierelements relativ zum Deckelelement während der Herstellung der elektro chemischen Zelle.
Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein zweites Isolierele ment aufweist.
Vorzugsweise dient das zweite Isolierelement einer elektrischen Isolierung des zweiten Zellpols oder einer elektrischen Isolierung des ersten Zellpols und des zweiten Zellpols. Insbesondere ist das zweite Isolierelement an einer dem Innenraum der elektrochemischen Zelle zugewandten Innenseite des Deckel elements angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn das zweite Isolierelement mehrteilig, beispiels weise zweiteilig, ausgebildet ist. Beispielsweise weist das zweite Isolierelement einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Quer schnitt ist vorzugsweise zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Mittel achse der elektrochemischen Zelle genommen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Isolierelement, beispielsweise mittig, eine Ausnehmung aufweist, in welcher in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle der zweite Zellpol oder der erste Zellpol und der zweite Zellpol aufgenommen und/oder angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Ausnehmung des zweiten Isolierelements in einer parallel zur Haupterstreckungsebene des zweiten Isolierelements genommenen Ebene zumindest näherungsweise rechteckförmig ausgebildet.
Beispielsweise ist denkbar, dass der zweite Zellpol in einem parallel zur Haupt erstreckungsebene genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise komplementär zur Ausnehmung des zweiten Isolierelements ausgebildet ist.
Beispielsweise sind der zweite Zellpol und die Ausnehmung des zweiten Iso lierelements in einem senkrecht zur Mittelachse der elektrochemischen Zelle genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig oder zumindest näherungsweise oval und/oder rund.
Vorzugsweise ist der zweite Zellpol und/oder die Ausnehmung des zweiten Iso lierelements in einem Querschnitt rechteckförmig mit abgerundeten Ecken.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Isolierelement eine oder mehrere Vertiefungen aufweist, welche umlaufend um die Ausnehmung ausgebildet sind. Die eine oder die mehreren Vertiefungen sind vorzugsweise rinnenför mige Vertiefungen und/oder Sicken.
Beispielsweise weist das zweite Isolierelement eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung auf, welche in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des zweiten Isolierelements genommenen Querschnitt konzentrisch ange ordnet sind.
Die erste Vertiefung dient insbesondere einer Positionierung des zweiten Zell- pols oder des ersten Zellpols und des zweiten Zellpols in der Ausnehmung des zweiten Isolierelements während der Herstellung der elektrochemischen Zelle. Die zweite Vertiefung dient vorzugsweise einer Positionierung des zweiten Iso lierelements relativ zum Deckelelement während der Herstellung der elektro chemischen Zelle.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Vergusselement ein erstes Polymer material umfasst oder daraus gebildet ist und/oder dass das zweite Verguss element ein zweites Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist.
Das erste Isolierelement umfasst vorzugsweise ein drittes Polymermaterial oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst das zweite Isolierelement ein viertes Polymermaterial oder ist daraus gebildet.
Das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Polymermaterial sind vorzugs weise thermoplastisches Polymermaterialien, insbesondere elektrolytbestän dige thermoplastische Polymermaterialien.
Ergänzend oder alternativ sind das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Polymermaterial beispielsweise ein in einem Spritzgussverfahren verarbeitbare Polymermaterialien.
Beispielsweise umfassen das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Poly mermaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien oder sind daraus gebildet: Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen- terephthalat.
Das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Polymermaterial sind vorzugs weise elektrisch isolierend.
Unter "elektrisch leitfähig" ist insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C von 10 1 S/m oder mehr, insbesondere 106 S/m oder mehr, zu ver stehen. Unter "elektrisch isolierend" ist insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit bei 25 °C von weniger als 10 1 S/m, insbesondere von weniger als 106 S/m, zu verstehen.
Wie bereits erwähnt, umfasst das erste Vergusselement vorzugsweise ein erstes Polymermaterial oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst das erste Polymermaterial ein erstes Harzmaterial oder ist daraus gebildet.
Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder daraus gebildet ist: Epoxidharzmaterial, Phenolharzmaterial, Aminoplastmaterial, Polyurethanmaterial, Silikonmaterial, Polyesterharzmaterial, ABS- Harzmaterial.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Harzmaterial in einem ausgehärteten Zustand zu dem ersten Polymermaterial eine Härte von ca. 40 Shore D oder mehr, insbesondere von ca. 50 Shore D, beispielsweise von ca. 60 Shore D oder mehr, aufweist.
Die Härte des ersten Harzmaterials in einem ausgehärteten Zustand zu dem ersten Polymermaterial beträgt ca. 100 Shore D oder weniger, insbesondere ca. 97 Shore D oder weniger, beispielsweise ca. 95 Shore D oder weniger.
Die Härte ist insbesondere nach DIN EN ISO 868 bestimmt.
Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial eine Glasübergangstem peratur von ca. 90 °C oder mehr, insbesondere von ca. 95 °C oder mehr, bei spielsweise von ca. 100 °C oder mehr, aufweist. Die Glasübergangstemperatur ist vorzugsweise auf einen gehärteten Zustand des ersten Harzmaterials zu dem ersten Polymermaterial bezogen.
Vorzugsweise ist das erste Harzmaterial ein ein-komponentiges Harzmaterial, beispielsweise ein ein-komponentiges Epoxidharzmaterial. Ein-komponentige Epoxidharzmaterialien weisen vorzugsweise eine erhöhte Stabilität gegenüber einem Elektrolyten, welcher im Innenraum aufgenommen ist, auf.
Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial ein oder mehrere Füllstoffe umfasst. Der eine oder die mehreren Füllstoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus: anorganischen Füllstoffen, insbesondere Siliziumoxid, Carbonat, Carbid, insbesondere Siliziumcarbid, Nitrid, insbesondere Metallnitrid, Metalloxid.
Bevorzugte Siliziumoxide sind Silikate.
Durch die Verwendung von Füllstoffen kann eine Sauerstoffdiffusion und/oder Wasserdiffusion von einer Umgebung der elektrochemischen Zelle in den Innenraum über das erste Vergusselement vermieden oder reduziert werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Vergusselement ein zweites Poly mermaterial umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise umfasst das zweite Polymermaterial ein zweites Harzmaterial oder ist daraus gebildet.
Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder daraus gebildet ist: Epoxidharzmaterial, Phenolharzmaterial, Aminoplastmaterial, Polyurethanmaterial, Silikonmaterial, Polyesterharzmaterial, ABS- Harzmaterial.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial in einem ausgehär teten Zustand zu dem zweiten Polymermaterial eine Härte von ca. 40 Shore D oder mehr, insbesondere von ca. 50 Shore D, beispielsweise von ca. 60 Shore D oder mehr, aufweist.
Die Härte des zweiten Harzmaterials in einem ausgehärteten Zustand zu dem zweiten Polymermaterial beträgt ca. 100 Shore D oder weniger, insbesondere ca. 97 Shore D oder weniger, beispielsweise ca. 95 Shore D oder weniger. Die Härte ist insbesondere nach DIN EN ISO 868 bestimmt.
Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial eine Glasübergangs temperatur von ca. 90 °C oder mehr, insbesondere von ca. 95 °C oder mehr, beispielsweise von ca. 100 °C oder mehr, aufweist. Die Glasübergangs temperatur ist vorzugsweise auf einen gehärteten Zustand des zweiten Harz materials zu dem zweiten Polymermaterial bezogen.
Vorzugsweise ist das zweite Harzmaterial ein ein-komponentiges Harzmaterial, beispielsweise ein ein-komponentiges Epoxidharzmaterial.
Ein-komponentige Epoxidharzmaterialien weisen vorzugsweise eine erhöhte Stabilität gegenüber einem Elektrolyten, welcher im Innenraum aufgenommen ist, auf.
Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial einen oder mehrere Füll stoffe umfasst. Der eine oder die mehreren Füllstoffe sind vorzugsweise aus gewählt aus: anorganischen Füllstoffen, insbesondere Siliziumoxid, Carbonat, Carbid, insbesondere Siliziumcarbid, Nitrid, insbesondere Metallnitrid, Metall oxid.
Bevorzugte Siliziumoxide sind Silikate.
Durch die Verwendung von Füllstoffen kann eine Sauerstoffdiffusion und/oder Wasserdiffusion von einer Umgebung der elektrochemischen Zelle in den Innenraum über das zweite Vergusselement vermieden oder reduziert werden.
Vorzugsweise sind das erste Polymermaterial und das zweite Polymermaterial chemisch und/oder physikalisch voneinander verschiedene Materialien.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Polymermaterial und das zweite Polymermaterial chemisch und/oder physikalisch identische Materialien sind. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass sich das dritte Poly mermaterial vom ersten Polymermaterial und/oder vom zweiten Polymer material chemisch und/oder physikalisch unterscheidet. Alternativ kann das dritte Polymermaterial chemisch und/oder physikalisch dem ersten Polymer material und/oder dem zweiten Polymermaterial entsprechen.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Vergusselement in radialen Rich tungen bezüglich einer Mittelachse der elektrochemischen Zelle zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement angeordnet ist und/oder dass das zweite Vergusselement in radialen Richtungen bezüglich der Mittelachse der elektrochemischen Zelle zwischen dem zweiten Zellpol und dem Deckel element angeordnet ist.
Beispielsweise bildet das erste Vergusselement von einer dem Deckelelement angewandten Seite des Becherelements aus gesehen einen ringförmigen Abschnitt zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement.
Ergänzend oder alternativ ist denkbar, dass das zweite Vergusselement an einer dem Innenraum angewandten Außenseite des Deckelelements einen ringförmigen Abschnitt zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement bildet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Deckelelement und/oder das Becher element eine Berstvorrichtung umfasst, die einen Berststeg aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks im Innenraum der elektrochemischen Zelle bricht und/oder reißt. Beispiels weise kann eine Berstvorrichtung in einem Bodenbereich des Becherelements angeordnet und/oder ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist der Berststeg durch einen linienförmigen Bereich verringerter Materialstärke und/oder durch zwei beidseitig des Deckelelements und/oder des Becherelements in das Deckelelement beziehungsweise in das Becher element eingebrachte Vertiefungen, beispielsweise Prägungen, gebildet.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Berstvorrichtung einen flächigen Bereich verringerter Materialstärke im Ver gleich zur durchschnittlichen Material stärke des Deckelelements und/oder des Becherelements aufweist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Deckelelement und/oder das Becher element eine Elektrolyteinfüllöffnung zur Einfüllung von Elektrolyten in den Innenraum der elektrochemischen Zelle und/oder zur Entnahme von Elektrolyten aus dem Innenraum der elektrochemischen Zelle aufweist. Beispielsweise kann eine Elektrolyteinfüllöffnung in einem Bodenbereich des Becherelements angeordnet und/oder ausgebildet sein.
Die Elektrolyteinfüllöffnung wird vorzugsweise nach einer Befüllung des Innen raums der elektrochemischen Zelle verschlossen, beispielsweise verschweißt.
Insbesondere weist das zweite Isolierelement eine Elektrolyteinfüllöffnung auf.
Günstig kann es sein, wenn das Deckelelement eine oder mehrere Erhebungen aufweist, welche in einer vom Innenraum weg weisenden Richtung von einem Grundkörper des Deckelelements weg ragen, wobei die eine oder die meh reren Erhebungen vorzugsweise eine Öffnung zur Aufnahme des zweiten Ver gusselements begrenzen.
Die eine oder die mehreren Erhebungen dienen insbesondere einer Füllstands erhöhung bei einer Einfüllung des zweiten Vergussmaterials. Beispielsweise sind die eine oder die mehreren Erhebungen durch Sicken gebildet.
Günstig kann es sein, wenn der zweite Zellpol einen oder mehrere radiale Vor sprünge aufweist, welche sich längs radialer Richtungen bezüglich der Mittel achse der elektrochemischen Zelle erstrecken. Beispielsweise weist der zweite Zellpol einen einzigen Vorsprung auf, welcher um einen Grundkörper des zweiten Zellpols umlaufend ausgebildet ist. So kann sich das zweite Verguss element mechanisch mit dem zweiten Zellpol verkrallen.
Beispielsweise ist der zweite Zellpol geprägt und/oder weist einen oder meh rere in radialer Richtung verlaufende radiale Vorsprünge auf. Der eine oder die mehreren radialen Vorsprünge dienen insbesondere einer Füllstandserhöhung eines zweiten Harzmaterials.
Bezüglich der Ausbildung des Deckelelements kann es vorteilhaft sein, wenn das Deckelelement einen oder mehrere Rücksprünge aufweist, in welchen das zweite Vergusselement das Deckelelement in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle längs einer parallel zur Mittelachse verlaufenden Rich tung hintergreift.
Es kann vorgesehen sein, dass die elektrochemische Zelle, beispielsweise der zweite Zellpol, mindestens ein Umschnappelement umfasst, welches bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks und/oder einer kritischen Temperatur im Innenraum der elektrochemischen Zelle von einem Ruhezustand in einen aus gelösten Zustand nach außen umlenkbar ist und/oder umgelenkt wird. So wird beispielsweise ein elektrischer Kontakt zwischen dem zweiten Zellpol und einem zweiten Stromsammlerelement unterbrochen und/oder getrennt.
Durch das Umlenken des mindestens einen Umschnappelements vom Ruhe zustand in den ausgelösten Zustand ist insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Zellpol und dem zweiten Stromsammler element, welches mit dem elektrochemischen Element verbunden ist, getrennt.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Umschnappelement durch den zweiten Zellpol als Ganzes gebildet. Alternativ kann das mindestens eine Umschnappelement beispielsweise in den zweiten Zellpol der elektrochemischen Zelle eingeschweißt werden.
Das mindestens eine Umschnappelement wird bei einem vorgegebenen Zell- innendruck nach außen ausgelenkt und unterbricht dadurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Zellpol und dem zweiten Stromsammlerelement.
Der erhöhte Zellinnendruck entsteht insbesondere durch elektrochemische Prozesse und durch die Wärmeentwicklung beim Überladen der elektro chemischen Zelle.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der erste Zellpol und/oder der zweite Zellpol einen Bereich verringerter Material stärke aufweisen, welche insbesondere einer Erleichterung einer Verbindbarkeit des jeweiligen Zellpols mit dem jeweiligen Stromsammlerelement dienen. Der oder die Bereiche verringerter Material stärke sind vorzugsweise niedergeprägte Bereiche. Im Bereich ver ringerter Materialstärke weist der jeweilige Zellpol vorzugsweise eine ver ringerte Durchschweißtiefe auf.
Vorzugsweise weist der zweite Zellpol mehrere Funktionsbereiche auf, welche durch das zweite Vergusselement voneinander getrennt sind, wobei vorzugs weise die mehreren Funktionsbereiche durch eine oder mehrere, insbesondere umlaufende, Erhebungen, beispielsweise Sicken, voneinander getrennt sind oder wobei die mehreren Funktionsbereiche selbst relativ zu einem Grund körper als Erhebungen und/oder Plateaus ausgebildet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die elektrochemische Zelle ein einziges Ver gusselement umfasst, von welchem der zweite Zellpol oder der erste Zellpol und der zweite Zellpol aufgenommen und/oder umgeben sind.
Das elektrochemische Element ist gemäß dieser Ausführungsform an einer dem Bodenabschnitt des Becherelements zugewandten Seite, insbesondere ausschließlich, durch ein erstes Isolierelement mit dem Becherelement ver bunden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Becherelement als Ganzes auf dem Poten tial des ersten Zellpols liegt. Gemäß dieser Ausführungsform ist vorzugsweise das erste Stromsammlerelement in das Becherelement eingepresst und/oder damit verpresst.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das elektrochemische Element durch ein erstes Isolierelement gegenüber dem Becherelement elektrisch isoliert ist.
Der erste Zellpol und der zweite Zellpol sind gemäß dieser Ausführungsform beispielsweise an derselben Seite der elektrochemischen Zelle angeordnet und/oder im selben Vergusselement verankert. Vorzugsweise sind das erste Stromsammlerelement und das zweite Stromsammlerelement an derselben Seite der elektrochemischen Zelle und/oder an derselben Seite wie die Zellpole angeordnet.
Gemäß dieser Ausführungsform sind vorzugsweise sowohl der erste Zellpol als auch der zweite Zellpol in derselben Öffnung des Deckelelements angeordnet.
Beispielsweise sind der erste Zellpol und der zweite Zellpol durch das Verguss element voneinander getrennt und/oder vom Deckelelement beabstandet gehalten.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein zweites Isolier element umfasst, welches eine erste Ausnehmung für den ersten Zellpol und eine erste Ausnehmung für den zweiten Zellpol umfasst.
Insbesondere sind die erste Ausnehmung und/oder die zweite Ausnehmung von einer oder mehreren Vertiefungen, beispielsweise einer oder mehreren Sicken, umgeben. Die Vertiefungen dienen einer Positionierung im Deckel element.
Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle ein oder mehrere Abstandshalterelemente aufweist. Das eine oder eines oder mehrere der Abstandshalterelemente ist beispielsweise zwischen dem Deckelelement und dem ersten Zellpol angeordnet ist. Ergänzend oder alternativ ist beispielsweise das eine oder eines oder mehrere der Abstandshalterelemente zwischen dem Deckelelement und dem zweiten Zellpol angeordnet.
Beispielsweise ist denkbar, dass das erste Stromsammlerelement der elektro chemischen Zelle durch ein erstes Federelement, beispielsweise durch eine Federscheibe, an dem Becherelement angebunden ist.
Beispielsweise ist das erste Anbindungselement durch das erste Federelement gebildet. Vorzugsweise umfasst das erste Federelement Aluminium oder ist daraus gebildet.
Ergänzend oder alternativ ist denkbar, dass das zweite Stromsammlerelement durch ein zweites Federelement, beispielsweise eine Federscheibe, an dem Deckelelement und/oder dem zweiten Zellpol angebunden ist.
Beispielsweise ist das zweite Anbindungselement durch das zweite Federele ment gebildet. Das zweite Federelement umfasst beispielsweise Kupfer oder ist daraus gebildet.
Durch das erste Federelement und/oder durch das zweite Federelement ist beispielsweise eine kraftschlüssige Verbindung des jeweiligen Stromsammler elements mit dem entsprechenden Zellpol ausgebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Stromsammlerelement eine elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung aufweist. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das zweite Strom sammlerelement eine elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung aufweist.
In Ausführungsformen, in welchen das erste Stromsammlerelement eine elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung aufweist, und/oder, in welchen das erste Stromsammlerelement eine elektrisch leit fähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung aufweist, ist vorzugsweise ein Kraftschluss durch Einpressen des ersten Stromsammlerelements in das Becherelement ausgebildet.
Vorzugsweise umfasst die elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung ein elektrisch leitfähiges Fluorpolymermaterial oder ein Synthesekautschukmaterial oder ist daraus gebildet.
Beispielsweise eignen sich folgende Zusammensetzungen als Material für die elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung: al) ein Harzmaterial und ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive, beispielsweise ein Epoxidharzmaterial und ein oder mehrere Leitruße; a2) ein Elastomermaterial und ein Übergangsmetallcarbid, sowie optional ein oder mehrere elektrisch leitfähigen Additive, beispielsweise Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk und Titan- carbid; a3) ein elektrisch leitfähiges Klebematerial, vorzugsweise ein Elastomer material, ein Harzmaterial, ein oder mehrere elektrisch leitfähigen Addi tive und optional ein Übergangsmetalloxid, beispielsweise Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Epoxid harzmaterial, Leitruß und optional Titancarbid; a4) ein elektrisch leitfähiges Thermoplastmaterial, insbesondere ein
Thermoplastmaterial, ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive und ein Übergangsmetalloxid, beispielsweise Polyvinylidenfluorid oder Poly tetrafluorethylen und Leitruß und Titancarbid; a5) eine elektrisch leitfähige Paste, beispielsweise umfassend Styrol- Butadien-Kautschuk, Carboxymethylcellulose, Titancarbid, wobei optional eine Fluorpolymersuspension verwendet werden kann.
Günstig kann es sein, wenn das elektrochemische Element zumindest nähe rungsweise hohlzylinderförmig ist und/oder parallel zur Mittelachse der elektrochemischen Zelle einen Hohlraum aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektrochemisches System, welches eine oder mehrere erfindungsgemäße elektrochemische Zellen auf weist.
Ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile der erfindungsgemäßen elektro chemischen Zelle gelten vorzugsweise für das erfindungsgemäße elektro chemische System gleichermaßen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer elektro chemischen Zelle.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereit zustellen, mittels welchem sich möglichst einfach eine elektrochemische Zelle hersteilen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrochemische Zelle gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise ein Verfahren zur Her stellung einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle.
Es wird vorzugsweise ein elektrochemisches Element zur Aufnahme, Spei cherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie bereitgestellt oder her gestellt. Das elektrochemische Element wird insbesondere in einem Gehäuse positio niert, welches ein Becherelement zur Aufnahme des elektrochemischen Ele ments und ein Deckelelement zum Abdecken und/oder Verschließen des Becherelements umfasst.
Vorzugsweise wird ein Vergusselements, insbesondere ein erstes Verguss element, hergestellt, beispielsweise zur Verbindung des Becherelements mit einem ersten Zellpol.
Ergänzend oder alternativ wird ein Vergusselement, insbesondere ein zweites Vergusselement, hergestellt, beispielsweise zur Verbindung des Deckelele ments mit einem zweiten Zellpol.
Ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile der erfindungsgemäßen elektro chemischen Zelle gelten vorzugsweise für das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen.
Es kann vorgesehen sein, dass ein erstes Isolierelement an einem, beispiels weise stabförmigen, Werkzeugträger positioniert wird. Anschließend wird bei spielsweise der erste Zellpol in einer dafür vorgesehenen Ausnehmung im Iso lierelement positioniert.
Günstig kann es sein, wenn anschließend das Becherelement derart positio niert wird, dass das erste Isolierelement an einer einem Innenraum zuge wandten Innenseite des Becherelements positioniert ist und/oder anliegt.
Vorzugsweise wird nach einer Positionierung des ersten Isolierelements relativ zu dem Becherelement ein erstes Polymermaterial in einem fließfähigen Zustand in einen Bereich zwischen dem ersten Zellpol und dem Becherelement eingefüllt. Anschließend wird vorzugsweise das erste Polymermaterial ausge härtet und/oder getrocknet. Es kann vorgesehen sein, dass ein elektrochemisches Element derart herge stellt, beispielsweise gewickelt, wird, dass ein oder mehrere erste Kontaktier vorsprünge und/oder ein oder mehrere zweite Kontaktiervorsprünge gebildet werden, welche sich von einem Grundkörper des elektrochemischen Elements weg erstrecken. Der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge und/oder zweiten Kontaktiervorsprünge stehen beispielsweise über den Grundkörper des elektrochemischen Elements hinaus und/oder ragen vom Grundkörper weg.
Beispielsweise umfasst das elektrochemische Element einen oder mehrere erste Kontaktiervorsprünge zur elektrischen Kontaktierung des elektro chemischen Elements mit dem ersten Zellpol. Beispielsweise ragen der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge an einer dem ersten Zellpol in einem montierten Zustand zugewandten Seite des elektrochemischen Ele ments vom Grundkörper des elektrochemischen Elements weg. Der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge sind beispielsweise lamellenförmig und/oder laschenförmig ausgebildet.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das elektrochemische Element einen oder mehrere zweite Kontaktiervorsprünge zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements mit dem zweiten Zellpol umfasst. Beispielsweise ragen der eine oder die mehreren zweiten Kontaktier vorsprünge an einer dem ersten Zellpol in einem montierten Zustand abge wandten Seite des elektrochemischen Elements vom Grundkörper des elektro chemischen Elements weg. Der eine oder die mehreren zweiten Kontak tiervorsprünge sind beispielsweise lamellenförmig und/oder laschenförmig ausgebildet.
Der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge und/oder der eine oder die mehreren zweiten Kontaktiervorsprünge sind beispielsweise unbe schichtet. Vorteilhaft kann es sein, wenn der eine oder die mehreren ersten Kontaktier vorsprünge mit einem ersten Stromsammlerelement verbunden, beispiels weise verschweißt, werden.
Vorzugsweise werden der eine oder die mehreren zweiten Kontaktier vorsprünge mit dem zweiten Stromsammlerelement verbunden, beispielsweise verschweißt.
Beispielsweise ist denkbar, dass der eine oder die mehreren ersten Kontaktier vorsprünge aus einem unbeschichteten Kathodensubstrat, beispielsweise Alu minium, gebildet sind und/oder werden.
Ergänzend oder alternativ ist denkbar, dass der eine oder die mehreren zweiten Kontaktiervorsprünge von unbeschichtetem Anodensubstrat, bei spielsweise Kupfer, gebildet sind und/oder werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das elektrochemische Element in das Becherelement eingeführt wird und dass anschließend ein erstes Strom sammlerelement der elektrochemischen Zelle mit dem ersten Zellpol ver bunden, beispielsweise verschweißt, wird.
Vorteilhaft kann es sein, wenn nach einem Positionieren des elektroche mischen Elements im Becherelement das Deckelelement an einem zweiten Stromsammlerelement angeordnet wird und das Becherelement durch Fügen, beispielsweise durch Crimpen, mit dem Deckelelement und dem zweiten Stromsammlerelement verbunden wird.
Günstig kann es sein, wenn ein zweites Isolierelement, das Deckelelement und der zweite Zellpol gestapelt werden, bevor sie mit einem ersten Harzmaterial und/oder einem zweiten Harzmaterial in einem fließfähigen Zustand miteinan der vergossen werden. Beispielsweise wird das erste Polymermaterial und/oder das zweite Polymer material anschließend getrocknet und/oder aushärten gelassen, wobei das Vergusselement gebildet wird.
Beispielsweise ist es denkbar, dass das elektrochemische Element durch Auf wickeln auf und/oder um eine Wickelvorrichtung, beispielsweise einen Wickel dorn, hergestellt wird, wodurch insbesondere ein Hohlraum parallel zur Mittel achse der elektrochemischen Zelle gebildet wird.
Die Wickelvorrichtung wird vorzugsweise nach der Aufwicklung und/oder vor der weiteren Montage aus dem elektrochemischen Element, insbesondere dem Zellwickel, entfernt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Deckelelementbaugruppe gebildet wird, welche insbesondere folgende Elemente umfasst oder daraus gebildet ist: das Deckelelement; den zweiten Zellpol; das zweite Vergusselement; und das zweite Isolierelement.
Beispielsweise wird die Deckelelementbaugruppe mit dem elektrochemischen Element, welches mit dem ersten Stromsammlerelement und/oder dem zweiten Stromsammlerelement verbunden ist, verbunden.
Vorzugsweise wird die Deckelelementbaugruppe mit dem zweiten Strom sammlerelement verschweißt, beispielsweise durch Laserschweißen und/oder Widerstandsschweißen. In Ausführungsformen, in welchen die Deckelelement baugruppe und das zweite Stromsammlerelement durch Widerstands schweißen miteinander verbunden werden, wird vorzugsweise eine lange stab förmige Elektrode verwendet.
Insbesondere wird durch den durch das Aufwickeln des elektrochemischen Elements gebildeten Hohlraum hindurchgeschweißt. Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn das erste Stromsammlerelement eine Öffnung aufweist, durch welche ein Laserstrahl hindurchgeführt werden kann.
Beispielsweise weist das Becherelement an dessen Bodenabschnitt eine Durch trittsöffnung auf, durch welche hindurchgeschweißt wird. Die Durchtrittsöff nung wird anschließend insbesondere verschlossen, beispielsweise ver schweißt.
Nach einem Verschweißen der Deckelelementbaugruppe und des zweiten Stromsammlerelements wird vorzugsweise eine daraus resultierende Zel I- wickel-Deckelelementbaugruppe in das Becherelement eingeführt und deren Position justiert. Anschließend wird vorzugsweise Elektrolyt durch die Elektro lyteinfüllöffnung in den Innenraum der resultierenden elektrochemischen Zelle eingefüllt und die Elektrolyteinfüllöffnung danach fluiddicht verschlossen, bei spielsweise durch Schweißen.
Beispielsweise ist denkbar, dass das Becherelement an einem dem Deckelele ment abgewandten Bodenabschnitt eine Elektrolyteinfüllöffnung aufweist. Bei spielsweise wird der Elektrolyt durch die Öffnung im ersten Stromsammler element hindurch eingefüllt.
Alternativ ist die Elektrolyteinfüllöffnung vorzugsweise im Deckelelement angeordnet und eine Befüllung des Innenraums mit Elektrolyt erfolgt von dort aus.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zweite Zellpol im Wesentlichen radial mittig angeordnet ist und dass eine (erste) Biegung des zweiten Stromsammlerelements schlaufenartig und/oder abgerundet und/oder stetig gekrümmt ausgebildet ist.
Ein zweites Isolierelement nimmt vorzugsweise das gesamte zweite Strom sammlerelement auf. Das zweite Isolierelement ist hierzu beispielsweise zumindest näherungsweise topfförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet. Die Deckelelementbaugruppe ist vorzugsweise einfach auf ein Becherelement aufsetzbar oder aufsteckbar, wobei vorzugsweise das zweite Isolierelement zusammen mit dem zweiten Stromsammlerelement in ein offenes Ende des Becherelements eingeschoben wird, insbesondere bis das offene Ende des Becherelements an einem Deckelelement der Deckelelementbaugruppe, insbesondere an einem Deckelblech, zur Anlage kommt und hiermit ver bunden, beispielsweise verklemmt, verschweißt, etc., werden kann.
Eine dem elektrochemischen Element zugewandte Seite des zweiten Strom sammlerelements umfasst vorzugsweise mehrere, beispielsweise fünf, Erhöhungen, welche in Richtung des elektrochemischen Elements erhöht sind. Die Erhöhungen sind insbesondere Sicken. Die Erhöhungen erstrecken sich insbesondere sternförmig in radialer Richtung nach außen. Vorzugsweise bilden die Erhöhungen Schweißbereiche zum Festschweißen an dem elektrochemischen Element.
Ferner kann vorgesehen sein, dass eine dem elektrochemischen Element zugewandte Seite des ersten Stromsammlerelements vorzugsweise mehrere, beispielsweise drei, Erhöhungen umfasst, welche in Richtung des elektro chemischen Elements erhöht sind. Die Erhöhungen sind insbesondere Sicken. Die Erhöhungen erstrecken sich insbesondere sternförmig in radialer Richtung nach außen. Vorzugsweise bilden die Erhöhungen Schweißbereiche zum Festschweißen an dem elektrochemischen Element.
Ferner umfasst das erste Stromsammlerelement vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen, beispielsweise Schlitze oder Langlöcher. Die eine oder die mehreren Öffnungen erstrecken sich insbesondere in radialer Richtung und/oder sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet und/oder ausgebildet. Insbesondere sind Erhöhungen und Öffnungen alternierend angeordnet und/oder ausgebildet. Durch die Öffnungen kann insbesondere ein optimiertes Verhalten der elektrochemischen Zelle zur Entgasung und/oder bei einem thermischen Ereignis erzielt werden. Insbesondere kann durch die Öffnungen ein sich zwischen den Lagen des elektrochemischen Elements bildendes Gas einfach abgeführt werden.
Bei optionalen Varianten von Bodenabschnitten des Becherelements ist beispielsweise mittig eine Einfüllöffnung vorgesehen, welche beispielsweise von einer umlaufenden Prägung umgeben ist, um beispielsweise mittels einer Metallplatte einfach dichtgeschweißt werden zu können.
Ferner sind in den Bodenabschnitten optional jeweils eine oder mehrere Berstvorrichtungen, insbesondere Berststege, vorgesehen und/oder ausgebildet.
Schließlich sind vorzugsweise Befestigungsbereiche zum Befestigen eines (ersten) Stromsammlerelements vorgesehen.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass das (erste) Stromsammlerelement am Bodenabschnitt festgeklemmt oder umlaufend in einem Randbereich verschweißt wird oder ist. Der Berststeg ist beispielswese kreisringförmig umlaufend ausgebildet.
Alternativ hierzu kann eine nach innen ragende Erhöhung vorgesehen sein, welche insbesondere kreisrund ausgebildet ist und dem Verschweißen mit dem (ersten) Stromsammlerelement dient. In radialer Richtung innerhalb der Erhöhung ist im Bodenabschnitt vorzugsweise ein kreisringförmiger Berststeg angeordnet und/oder ausgebildet.
Ferner kann alternativ hierzu vorgesehen sein, dass zwei Berstvorrichtungen vorgesehen sind, welche jeweils beispielsweise im Wesentlichen halbkreis förmig um die Einfüllöffnung angeordnet und/oder ausgebildet sind. Zwischen den beiden Berstvorrichtungen sind beispielsweise im Wesentlichen radial nach außen ausgerichtete, stegartige Erhöhungen angeordnet und/oder ausgebildet, welche in den Innenraum ragen und/oder dem Verschweißen mit dem (ersten) Stromsammlerelement dienen. Die Erhöhungen sind vorzugsweise so positio niert, dass die Verschweißung die Funktion der Berstvorrichtungen nicht beeinträchtigt.
Die beschriebenen Varianten von Bodenabschnitten oder auch nur einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen können optional bei einzelnen, mehreren oder allen Ausführungsformen der elektrochemischen Zelle vorgesehen sein.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle, in welcher ein erster Zell pol mittels eines ersten Vergusselements an einem Gehäuse festgelegt ist, wobei ein zweiter Zellpol durch das Gehäuse gebildet ist;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des Becherelements, eines ersten Isolierelements, des ersten Zellpols und des ersten Vergusselements aus Fig. 1, wobei das Becherelement in einem Bereich, welcher benachbart zu einem Rand des Becherelements ist, eine umlaufende Sicke aufweist;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Elemente aus Fig. 2 längs einer in Fig. 2 mit III bezeichneten Richtung (von oben gesehen); Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf die Elemente aus Fig. 2 längs einer in Fig. 2 mit IV bezeichneten Richtung (von unten gesehen);
Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf ein Deckelelement des
Gehäuses längs einer in Fig. 1 mit V bezeichneten Richtung, wobei ein durch doppelseitige Prägung gebildeter Berststeg zu sehen ist;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Stromsammler element aus Fig. 1, welches ein napfförmiges erstes Anbin dungselement zur Anbindung an den ersten Zellpol aufweist (von oben gesehen);
Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf das erste Isolierelement der ersten Ausführungsform längs einer in Fig. 2 mit IV bezeichne ten Richtung, wobei das erste Isolierelement zwei umlaufende Sicken aufweist;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Becherelementbaugruppe, umfassend das Becherele ment, das erste Isolierelement, das erste Vergusselement und den ersten Zellpol gemäß der ersten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Verfahrens zur Herstellung der elektrochemischen Zelle gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 10 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol in Form eines zweiten Zellterminals ausgebildet ist und welche ein zweites Vergusselement umfasst, mittels welchem der zweite Zellpol an einem zweiten Isolierelement und/oder an dem Deckelelement festgelegt ist;
Fig. 11 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 10 mit XI bezeichneten
Bereichs;
Fig. 12 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 10 mit XII bezeichne ten Bereichs;
Fig. 13 eine schematische Schnittdarstellung der elektrochemischen
Zelle aus den Fig. 10 bis 12;
Fig. 14 eine schematische Draufsicht auf das Deckelelement, das zweite Vergusselement und den zweiten Zellpol aus Fig. 13 längs einer in Fig. 10 und Fig. 13 mit XIV bezeichneten Rich tung (von oben gesehen);
Fig. 15 eine schematische Schnittdarstellung des in Fig. 13 mit XV bezeichneten Bereichs längs einer in Fig. 14 mit XV bezeichne ten Ebene;
Fig. 16 eine schematische Draufsicht auf eine Deckelelement baugruppe einer weiteren Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle, bei welcher das Deckelelement eine um eine Öffnung umlaufende Sicke aufweist, wobei die Sicke einer Optimierung einer mechanischen Stabilität der Deckelelement baugruppe dient, wobei die Deckelelementbaugruppe ein Deckelelement, ein zweites Vergusselement und einen zweiten Zellpol umfasst;
Fig. 17 eine schematische Schnittdarstellung längs einer in Fig. 16 mit
XVII bezeichneten Ebene; Fig. 18 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol als Umschnappelement ausgebildet ist, welches bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks und/oder einer kritischen Temperatur im Innenraum der elektrochemischen Zelle von einem Ruhezustand in einen aus gelösten Zustand nach außen umlenkbar ist und/oder umge lenkt wird, und so einen elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten Zellpol und dem zweiten Stromsammlerelement unter bricht und/oder trennt, wobei in Fig. 18 der Ruhezustand dar gestellt ist;
Fig. 19 eine schematische Schnittdarstellung der in Fig. 18 darge stellten Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle in einem ausgelösten Zustand des Umschnappelements, in welchem der zweite Zellpol und das elektrochemische Element elektrisch voneinander getrennt sind;
Fig. 20 eine schematische Draufsicht auf den zweiten Zellpol aus den
Fig. 18 und 19;
Fig. 21 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol einen Bereich verringerter Material stärke aufweist;
Fig. 22 eine schematische Draufsicht auf eine Variante eines Strom sammlerelements, welches ein Anbindungselement aufweist, das durch eine ausgeschnittene Kontur gebildet ist;
Fig. 23 eine schematische Schnittdarstellung des Stromsammler elements aus Fig. 22; Fig. 24 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Variante eines
Stromsammlerelements, bei welcher das Anbindungselement über einen U-förmig gewölbten Abschnitt mit einem Grund körper des Stromsammlerelements verbunden ist;
Fig. 25 eine schematische Schnittdarstellung des Stromsammler elements aus Fig. 24;
Fig. 26 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Variante eines
Stromsammlerelements, bei welcher das Anbindungselement napfförmig und/oder becherförmig ausgebildet ist, wobei das Stromsammlerelement insbesondere frei von Öffnungen ist und/oder eine geschlossene Oberfläche bildet;
Fig. 27 eine schematische Schnittdarstellung des Stromsammler elements aus Fig. 26;
Fig. 28 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol zumindest zweiteilig ausgebildet ist, wobei zumindest zwei Teile des zweiten Zellpols aus voneinander verschiedenen metallischen Materialien gebildet sind;
Fig. 29 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 28 mit XXIX bezeich- neten Bereichs;
Fig. 30 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 28 mit XXX bezeichne- ten Bereichs;
Fig. 31 eine schematische Draufsicht auf das Deckelelement aus Fig.
28 längs einer in Fig. 28 mit XXXI bezeichneten Richtung (von oben gesehen); Fig. 32 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der zweite Zellpol mehrere als Plateaus ausgebildete Erhebungen aufweist;
Fig. 33 eine schematische Schnittdarstellung durch eine in Fig. 32 mit
XXXIII bezeichnete Ebene;
Fig. 34 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher das erste Stromsammlerelement in das Becherelement eingepresst ist;
Fig. 35 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 34 mit XXXV bezeich- neten Bereichs;
Fig. 36 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 34 mit XXXVI bezeich- neten Bereichs;
Fig. 37 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher der erste Zellpol und der zweite Zellpol in einem gemeinsamen Verguss element aufgenommen sind;
Fig. 38 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 37 mit XXXVIII bezeichneten Bereichs;
Fig. 39 eine schematische Draufsicht auf die elektrochemische Zelle aus den Fig. 37 und 38 längs einer in Fig. 37 mit XXXIX bezeichneten Richtung;
Fig. 40 eine schematische Draufsicht auf das zweite Isolierelement der
Ausführungsform aus den Fig. 37 bis 39; Fig. 41 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Verfahrens zur Herstellung der Deckelelementbaugruppe der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle;
Fig. 42 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Verfahrens zur der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle;
Fig. 43 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher das zweite Stromsammlerelement eine Biegung um ungefähr 180° und eine weitere Biegung um ungefähr 90° aufweist;
Fig. 44 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 43 mit XLIV bezeichne- ten Bereichs;
Fig. 45 eine schematische Draufsicht auf das zweite Stromsammler element aus den Fig. 43 und 44 in einem Zustand vor dem Biegen;
Fig. 46 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur
Herstellung der elektrochemischen Zelle gemäß den Fig. 43 bis 45;
Fig. 47 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle, bei welcher das erste Anbindungselement und/oder das zweite Anbindungselement Federscheiben sind, wodurch insbesondere jeweils eine kraft schlüssige Anbindung ausgebildet ist;
Fig. 48 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle, bei weicher eine Kontaktierung mittels einer elektrisch leitfähigen und/oder elektrolytbeständigen Beschichtung an dem ersten Strom sammlerelement und/oder an dem zweiten Stromsammler element ausgebildet ist;
Fig. 49 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle, bei weicher eine Schweißung einer Zellinnenseite über einen durch eine Wickel vorrichtung gebildeten Hohlraum erfolgt;
Fig. 50 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 49 mit L bezeichneten
Bereichs;
Fig. 51 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 49 mit LI bezeichneten
Bereichs;
Fig. 52 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Verfahrens zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle gemäß den Fig. 49 bis 51;
Fig. 53 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer elektrochemischen Zelle, bei weicher eine Schweißung einer Zellinnenseite über einen durch eine Wickel vorrichtung gebildeten Hohlraum und eine Durchtrittsöffnung im Becherelement erfolgt;
Fig. 54 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 53 mit LIV bezeichne ten Bereichs;
Fig. 55 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 53 mit LV bezeichneten
Bereichs; Fig. 56 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Verfahrens zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle gemäß den Fig. 53 bis 55;
Fig. 57 einen schematischen Schnitt durch eine weitere alternative
Ausführungsform einer Deckelelementbaugruppe;
Fig. 58 eine schematische Seitenansicht der Deckelelementbaugruppe aus Fig. 57;
Fig. 59 eine schematische perspektivische Darstellung der
Deckelelementbaugruppe aus Fig. 57, mit Blick auf deren Unterseite;
Fig. 60 eine schematische Draufsicht auf ein Stromsammlerelement;
Fig. 61 bis 63 schematische Draufsichten auf verschiedene Ausführungs formen von Bodenabschnitten von Becherelementen.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In den Fig. 1 bis 9 ist eine erste Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten elektrochemischen Zelle, deren Herstellung und einzelne Bestandteile der elektrochemischen Zelle 100 gezeigt.
Die elektrochemische Zelle 100 ist beispielsweise eine Batteriezelle und/oder eine Akkumulatorzelle. Die elektrochemische Zelle 100 ist vorliegend eine Rundzelle.
Vorzugsweise ist die elektrochemische Zelle 100 eine Lithiumionenzelle. Die elektrochemische Zelle 100 bildet vorzugsweise einen Bestandteil eines elektrochemischen Systems 102, welches insbesondere mehrere elektroche mische Zellen 100 umfasst.
Das elektrochemische System 102 ist beispielsweise ein Akkumulatormodul und/oder ein Batteriemodul.
Beispielsweise wird die elektrochemische Zelle 100 in einem Fahrzeug ver wendet.
Die elektrochemische Zelle 100 umfasst ein elektrochemisches Element 104, welches einer Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie dient. Das elektrochemische Element 104 ist beispielsweise ein soge nannter „Zellwickel".
Vorteilhaft kann es sein, wenn das elektrochemische Element 104 durch Auf wickeln um eine Wickelvorrichtung, beispielsweise einen Wickeldorn, gebildet ist und/oder wird.
Vorzugsweise ist das elektrochemische Element 104, insbesondere aufgrund der Aufwicklung, zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ausgebildet. Beispielsweise weist das elektrochemische Element 104 parallel zur Mittel achse 132 der elektrochemischen Zelle 100 einen (zeichnerisch nicht darge stellten) Hohlraum auf.
Ferner umfasst die elektrochemische Zelle 100 ein Gehäuse 106, welches ein Becherelement 108 zur Aufnahme des elektrochemischen Elements 104 und ein Deckelelement 110 zum Abdecken und/oder Verschließen des Becherele ments 108 umfasst.
Vorzugsweise ist das Becherelement 108 zumindest näherungsweise zylinder förmig ausgebildet, wobei es insbesondere einen zumindest näherungsweise hohlzylinderförmigen Mantelabschnitt 112 und einen den Mantelabschnitt 112 an einer Seite verschließenden Bodenabschnitt 114 und/oder Grundabschnitt aufweist.
An einer dem Bodenabschnitt 114 abgewandten Seite des Becherelements 108 ist das Becherelement 108 vorzugsweise durch das Deckelelement 110 ver schlossen.
Vorliegend sind das Becherelement 108 und das Deckelelement 110 durch ein Fügeverfahren, beispielsweise Crimpen, fluiddicht miteinander verbunden. Insbesondere ist ein Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100 fluid dicht vom Gehäuse 106 umgeben.
Die elektrochemische Zelle 100 umfasst ferner einen ersten Zellpol 118, bei spielsweise ein erstes Zellterminal, und einen zweiten Zellpol 120 zum Verbin den der elektrochemischen Zelle 100 mit einem (zeichnerisch nicht darge stellten) Zell ko n ta kt i e r u n g ssy ste m .
Beispielsweise ist der erste Zellpol 118 als Kathode ausgebildet.
Der zweite Zellpol 120 ist beispielsweise als Anode ausgebildet. Vorliegend liegt das Becherelement 108 auf Anodenpotential.
Günstig kann es sein, wenn das Becherelement 108 und/oder das Deckel element 110 ein metallisches Material umfassen oder daraus gebildet sind. Vorzugsweise umfasst das Becherelement 108 ein Stahlmaterial oder ist dar aus gebildet. Beispielsweise umfasst das Becherelement 108 Nickel-plattierten Stahl oder ist daraus gebildet.
Vorzugsweise umfasst die elektrochemische Zelle 100 ein erstes Strom sammlerelement 122, welches insbesondere einer elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements 104 und des ersten Zellpols 118 dient. Günstig kann es sein, wenn das erste Stromsammlerelement 122 ein metallisches Material umfasst oder daraus gebildet ist. Als metallisches Material für das erste Stromsammlerelement 122 hat sich Aluminium als besonders geeignet erwiesen.
Beispielsweise ist und/oder wird das erste Stromsammlerelement 122 aus unbeschichtetem Aluminium hergestellt.
Günstig kann es sein, wenn das erste Stromsammlerelement 122 mindestens ein, vorliegend exakt ein, erstes Anbindungselement 123 aufweist. Das erste Anbindungselement 123 dient insbesondere einer Anbindung des ersten Stromsammlerelements 122 an den ersten Zellpol 118 und/oder der elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements 104 und des ersten Zellpols 118.
Vorliegend ist das erste Anbindungselement 123 in Form einer in Richtung des ersten Zellpols 118 weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des ersten Zellpols 118 weisenden Vorsprungs ausgebildet. Beispielsweise ist und/oder wird das erste Anbindungselement 123 in das erste Stromsammler element 122 eingeprägt. In einem parallel zu einer Haupterstreckungsebene des ersten Stromsammlerelements 122 genommenen Querschnitt ist das erste Anbindungselement 123 vorzugsweise zumindest näherungsweise rund (vgl. Fig. 6).
Beispielsweise ist denkbar, dass das erste Anbindungselement 123 des ersten Stromsammlerelements 122 ein napfförmiger und/oder becherförmiger Bereich des ersten Stromsammlerelements 122 ist. Vorzugsweise ist das erste Stromsammlerelement 122 größtenteils, beispielsweise über ungefähr 90 % seiner Fläche oder mehr, plattenförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das erste Stromsammlerelement 122 eine Stromsammlerplatte.
Günstig kann es sein, wenn das erste Anbindungselement 123 stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem ersten Zellpol 118 verbunden ist. Gemäß der ersten Ausführungsform ist das erste Anbindungselement 123 durch Schweißen mit dem ersten Zellpol 118 verbunden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine, vorzugsweise fluiddichte, Schweiß verbindung von einer dem ersten Stromsammlerelement 122 abgewandten Seite des ersten Zellpols 118 aus ausgebildet ist.
Beispielsweise ist das erste Anbindungselement 123 durch Durchschweißen an dem ersten Zellpol 118 festgelegt.
Insbesondere umfasst die elektrochemische Zelle 100 ein zweites Strom sammlerelement 124, welches beispielsweise einer elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements 104 und des zweiten Zellpols 120 dient.
Das zweite Stromsammlerelement 124 ist vorliegend im Wesentlichen voll ständig eben und/oder plattenförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 eine Stromsammlerplatte. Insbesondere weist das zweite Stromsammlerelement 124 kein durch eine zentrale Wölbung gebil detes zweites Anbindungselement auf.
Vorliegend ist das zweite Stromsammlerelement 124 zwischen dem Becher element 108 und dem Deckelelement 110 eingeklemmt und/oder mit diesen durch Fügen verbunden. Beispielsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 durch Cap-Can-Crimping zwischen Rändern des Becherelements 108 und des Deckelelements 110 festgelegt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn zur Herstellung der Fügeverbindung zwischen dem Becherelement 108 und dem Deckelelement 110 eine rinnenförmige Ver tiefung 126, beispielsweise eine umlaufende Sicke, in das Becherelement 108 eingebracht ist und/oder wird, welche direkt an das Deckelelement 110 angrenzt und/oder benachbart dazu angeordnet ist. Die elektrochemische Zelle 100 umfasst ferner ein Vergusselement, beispiels weise ein erstes Vergusselement 128, zur Verbindung des Becherelements 108 und des ersten Zellpols 118.
Das erste Vergusselement 128 umfasst vorzugsweise ein erstes Polymer material oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst das erste Polymer material ein erstes Harzmaterial oder ist daraus gebildet.
Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder daraus gebildet ist: Epoxidharzmaterial, Phenolharzmaterial, Aminoplastmaterial, Polyurethanmaterial, Silikonmaterial, Polyesterharzmaterial, ABS- Harzmaterial.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Harzmaterial in einem ausgehärteten Zustand zu dem ersten Polymermaterial eine Härte von ca. 40 Shore D oder mehr, insbesondere von ca. 50 Shore D, beispielsweise von ca. 60 Shore D oder mehr, aufweist.
Die Härte des ersten Harzmaterials in einem ausgehärteten Zustand zu dem ersten Polymermaterial beträgt ca. 100 Shore D oder weniger, insbesondere ca. 97 Shore D oder weniger, beispielsweise ca. 95 Shore D oder weniger.
Die Härte ist insbesondere nach DIN EN ISO 868 bestimmt.
Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial eine Glasübergangstem peratur von ca. 90 °C oder mehr, insbesondere von ca. 95 °C oder mehr, bei spielsweise von ca. 100 °C oder mehr, aufweist. Die Glasübergangstemperatur ist vorzugsweise auf einen gehärteten Zustand des ersten Harzmaterials zu dem ersten Polymermaterial bezogen.
Vorzugsweise ist das erste Harzmaterial ein ein-komponentiges Harzmaterial, beispielsweise ein ein-komponentiges Epoxidharzmaterial. Ein-komponentige Epoxidharzmaterialien weisen vorzugsweise eine erhöhte Stabilität gegenüber einem Elektrolyten, welcher im Innenraum 116 aufge nommen ist, auf.
Günstig kann es sein, wenn das erste Harzmaterial ein oder mehrere Füllstoffe umfasst. Der eine oder die mehreren Füllstoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus: anorganischen Füllstoffen, insbesondere Siliziumoxid, Carbonat, Carbid, insbesondere Siliziumcarbid, Nitrid, insbesondere Metallnitrid, Metalloxid.
Bevorzugte Siliziumoxide sind Silikate.
Durch die Verwendung von Füllstoffen kann eine Sauerstoffdiffusion und/oder Wasserdiffusion von einer Umgebung der elektrochemischen Zelle 100 in den Innenraum 116 über das erste Vergusselement 128 vermieden oder reduziert werden.
Vorliegend umfasst die elektrochemische Zelle 100 ein erstes Isolierelement 130, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem ersten Zellpol 118 und dem Becherelement 108 bildet. Das erste Isolierelement 130 ist vorzugsweise zumindest näherungsweise platten förmig ausgebildet.
Vorzugsweise dient das erste Isolierelement 130 einer elektrischen Isolierung des ersten Zellpols 118. Beispielsweise ist das erste Isolierelement 130 an einer dem Innenraum 116 zugewandten Innenseite des Grundabschnitts und/oder Bodenabschnitts 114 des Becherelements 108 angeordnet.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Isolierelement 130 mehrteilig, bei spielsweise zweiteilig, ausgebildet ist (nicht gezeigt).
Wie insbesondere in Fig. 3 zu sehen ist, weist das erste Isolierelement 130 als Ganzes vorzugsweise einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Quer- schnitt auf. Der Querschnitt ist insbesondere senkrecht zu einer Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommen.
Die Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 ist vorzugsweise parallel zu einer Symmetrieachse der elektrochemischen Zelle 100 und/oder zumin dest näherungsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Deckel elements 110 und/oder des Bodenabschnitts 114 des Becherelements 108.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Isolierelement 130 ein drittes Polymermaterial oder ist daraus gebildet.
Das dritte Polymermaterial ist vorzugsweise ein thermoplastisches Polymer material, insbesondere ein elektrolytbeständiges thermoplastisches Polymer material.
Ergänzend oder alternativ ist das dritte Polymermaterial beispielsweise ein in einem Spritzgussverfahren verarbeitbares Polymermaterial.
Beispielsweise umfasst das dritte Polymermaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien oder ist daraus gebildet: Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylenterephthalat.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement 130, beispielsweise mittig, eine Ausnehmung 134 aufweist, in welcher in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 der erste Zellpol 118 aufgenommen und/oder angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des ersten Isolierelements 130 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig ausge bildet. Beispielsweise ist es denkbar, dass der erste Zellpol 118 in einem parallel zu dessen Haupterstreckungsebene genommenen Querschnitt zumindest nähe rungsweise komplementär zur Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 ausgebildet ist.
Beispielsweise weisen der erste Zellpol 118 und die Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektro chemischen Zelle genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise jeweils eine Rechteckform oder zumindest näherungsweise eine Kreisform, beispiels weise rund und/oder oval, auf.
Wie insbesondere in Fig. 3 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der erste Zellpol 118 und/oder die Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig mit abgerundeten Ecken ausgebildet sind.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement 130 eine oder mehrere Vertiefungen 136 aufweist, welche umlaufend um die Ausnehmung 134 ange ordnet sind. Die eine oder die mehreren Vertiefungen 136 sind vorzugsweise rinnenförmige Vertiefungen und/oder Sicken.
Beispielsweise weist das erste Isolierelement 130 eine erste Vertiefung 136a und eine zweite Vertiefung 136b auf, welche ineinander angeordnet sind (vgl. Fig. 7).
Die innenliegende erste Vertiefung 136a dient insbesondere einer Positionie rung des ersten Zellpols 118 in der Ausnehmung 134 des ersten Isolier elements 130 während der Herstellung der elektrochemischen Zelle 100.
Die außenliegende zweite Vertiefung 136b dient vorzugsweise einer Positionie rung einer das erste Isolierelement 130 umfassenden Baugruppe relativ zum Deckelelement 110 während der Herstellung der elektrochemischen Zelle 100. Wie insbesondere in Fig. 4 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn das erste Vergusselement 128 in radialen Richtungen bezüglich der Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 zwischen dem ersten Zellpol 118 und dem Becherelement 108 angeordnet ist. Beispielsweise füllt das Verguss element einen Hohlraum zwischen dem ersten Isolierelement 130, dem Becherelement 108 und dem ersten Zellpol 118 im Wesentlichen vollständig aus.
Beispielsweise bildet das erste Vergusselement 128 von einer dem Deckel element 110 abgewandten Seite des Becherelements 108 aus gesehen einen ringförmigen Abschnitt 138 zwischen dem ersten Zellpol 118 und dem Becherelement 108.
Beispielsweise ist das erste Vergusselement 128 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig, beispielsweise mit abgerundeten Ecken.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Vergusselement 128 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise kreisförmig ausgebildet ist. Eine kreis förmige Ausbildung des ersten Vergusselements ist in Ausführungsformen bevorzugt, in welchen der erste Zellpol 118 und/oder die Ausnehmung 134 des ersten Isolierelements 130 zumindest näherungsweise kreisförmig ausgebildet sind.
Wie beispielsweise in Fig. 5 zu sehen ist, umfasst das Deckelelement 108 vor zugsweise eine Berstvorrichtung 140. Die Berstvorrichtung dient vorzugsweise einer Regulierung des Drucks im Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Berstvorrichtung 140 einen Berststeg 142 aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks im Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100 bricht und/oder reißt. Durch das Brechen und/oder Reißen des Berststegs 142 kann Fluid aus dem Innenraum 116 in die Umgebung der elektrochemischen Zelle 100 ausströmen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Berststeg 142 durch einen linienförmigen Bereich verringerter Materialstärke und/oder durch zwei beidseitig des Deckelelements 110 in das Deckelelement 110 eingebrachte Vertiefungen, beispielsweise Prägungen, gebildet ist.
Vorzugsweise ist eine durchschnittliche Materialstärke des Berststegs 142 ungefähr 20 % oder mehr, insbesondere ungefähr 30 % oder mehr, beispiels weise ungefähr 40 % oder mehr, geringer als eine durchschnittliche Material stärke des Deckelelements 110 in den verbleibenden Bereichen.
Vorzugsweise ist die durchschnittliche Materialstärke des Berststegs 142 unge fähr 90 % oder weniger, insbesondere ungefähr 80 % oder weniger, bei spielsweise ungefähr 70 % oder weniger, geringer als die durchschnittliche Material stärke des Deckelelements 110 in den verbleibenden Bereichen.
Die Materialstärke ist vorzugsweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Deckelelements 110 definiert.
Alternativ zu linienförmigen Bereichen geringerer Material stärke kann vorge sehen sein, dass die Berstvorrichtung 140 einen flächigen Bereich verringerter Material stärke im Vergleich zu einer durchschnittlichen Materialstärke des Deckelelements 110 in daran angrenzenden Bereichen umfasst oder daraus gebildet ist (nicht zeichnerisch dargestellt).
Eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der elektrochemischen Zelle 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist schematisch in den Fig. 8 und 9 gezeigt. Durch die Pfeile sind insbesondere die Verfahrensssch ritte schema tisch angedeutet.
Vorzugsweise wird zuerst eine Becherelementbaugruppe 144 hergestellt. Die Becherelementbaugruppe 144 umfasst das Becherelement 108, das erste Iso lierelement 130, das erste Vergusselement 128 und den ersten Zellpol 118.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Isolierelement 130 bereitgestellt wird und an einem, beispielsweise stabförmigen, Werkzeugträger 146 positioniert wird.
Anschließend wird beispielsweise der erste Zellpol 118 in einer dafür vorge sehenen Ausnehmung 134 im ersten Isolierelement 130 positioniert.
Günstig kann es sein, wenn anschließend das Becherelement 108 derart posi tioniert wird, dass das erste Isolierelement 130 an einer dem Innenraum 116 zugewandten Innenseite des Becherelements 108 positioniert ist und/oder daran anliegt.
Beispielsweise werden das Becherelement 108, das erste Isolierelement 130 und der erste Zellpol 118 auf dem Werkzeugträger 146 gestapelt.
Vorzugsweise wird anschließend das erste Harzmaterial in einem fließfähigen Zustand in einen Bereich zwischen dem ersten Zellpol 118 und dem Becher element 108 eingefüllt, beispielsweise eingegossen. Anschließend wird das erste Harzmaterial vorzugsweise ausgehärtet und/oder getrocknet. Während der Härtung und/oder Trocknung des ersten Harzmaterials wird das erste Vergusselement 128 gebildet.
Hinsichtlich der Zusammensetzung des ersten Harzmaterials wird auf die Aus führungen im Zusammenhang mit dem ersten Vergusselement 128 Bezug genommen. Nach der Aushärtung und/oder Trocknung des ersten Harzmaterials wird der Werkzeugträger 146 entfernt. Die Becherelementbaugruppe 144 ist entstan den.
Zur finalen Assemblierung und/oder Montage der elektrochemischen Zelle 100 wird vorzugsweise ein elektrochemisches Element 104 bereitgestellt und/oder hergestellt.
Beispielsweise umfasst das elektrochemische Element 104 einen oder mehrere erste Kontaktiervorsprünge 148 zur elektrischen Kontaktierung des elektro chemischen Elements 104 mit dem ersten Stromsammlerelement 122. Vor liegend umfasst das elektrochemische Element 104 eine Vielzahl von ersten Kontaktiervorsprüngen 148.
Beispielsweise ragen die ersten Kontaktiervorsprünge 148 an einer im mon tierten Zustand dem ersten Zellpol 118 zugewandten Seite des elektro chemischen Elements 104 von einem Grundkörper 150 des elektrochemischen Elements 104 weg. Die ersten Kontaktiervorsprünge 148 sind beispielsweise lamellenförmig und/oder laschenförmig ausgebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass die ersten Kontaktiervorsprünge 148 derart angeordnet sind, dass sich im montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 im ersten Anbindungselement 125 des ersten Stromsammlerelements 122 keine ersten Kontaktiervorsprünge 148 befinden. Beispielsweise sind in einem um die Mittelachse 132 des elektrochemischen Elements 104 angeordnete erste Kontaktiervorsprünge radial nach außen weisend ausgebildet. Die Mittel achse des elektrochemischen Elements 104 entspricht vorzugsweise der Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 im montierten Zustand.
Günstig kann es sein, wenn das elektrochemische Element 104 einen oder mehrere zweite Kontaktiervorsprünge 152 zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements 104 mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 umfasst. Vorliegend umfasst das elektrochemische Element 104 eine Vielzahl von zweiten Kontaktiervorsprüngen 152.
Beispielsweise ragen die zweiten Kontaktiervorsprünge 152 an einer im mon tierten Zustand dem ersten Zellpol 118 abgewandten Seite des elektro chemischen Elements 104 vom Grundkörper 150 des elektrochemischen Elements 104 weg. Die zweiten Kontaktiervorsprünge 152 sind beispielsweise lamellenförmig und/oder laschenförmig ausgebildet.
Der eine oder die mehreren ersten Kontaktiervorsprünge 148 und/oder der eine oder die mehreren zweiten Kontaktiervorsprünge 152 sind beispielsweise unbeschichtet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die ersten Kontaktiervorsprünge 148 mit dem ersten Stromsammlerelement 122 verbunden, beispielsweise verschweißt, werden.
Vorzugsweise sind die zweiten Kontaktiervorsprünge 152 mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 verbunden, beispielsweise verschweißt.
Beispielsweise ist denkbar, dass Randbereiche des zweiten Stromsammler elements 124 in eine vom elektrochemischen Element 104 weg weisende Rich tung gewölbt sind.
Günstig kann es sein, wenn nach der Bereitstellung und/oder Herstellung des elektrochemischen Elements 104 das elektrochemische Element 104 in das Becherelement 108 eingeführt wird. Beispielsweise wird das elektrochemische Element 104 in das Becherelement 108 einer wie zuvor beschrieben herge stellten Becherelementbaugruppe 144 eingeführt.
Anschließend wird vorzugsweise das erste Stromsammlerelement 122 der elektrochemischen Zelle 100 mit dem ersten Zellpol 118 verbunden, bei spielsweise verschweißt. Beispielsweise werden der erste Zellpol 118 und das erste Stromsammlerelement 122 im ersten Anbindungselement 125 des ersten Stromsammlerelements 122 durch Durchschweißen miteinander verbunden. Das Durchschweißen ist durch ein Dreieck in den Figuren schematisch ange deutet.
Im Allgemeinen sind stoffschlüssige Verbindungen, beispielsweise Schweißver bindungen, in sämtlichen Figuren jeweils durch ein Dreieck dargestellt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn nach einem Positionieren des elektroche mischen Elements 104 im Becherelement 108 das Deckelelement 110 an dem zweiten Stromsammlerelement 124 angeordnet wird und das Becherelement 108 durch Fügen, beispielsweise durch Crimpen, mit dem Deckelelement 110 und dem zweiten Stromsammlerelement 124 verbunden wird.
Eine in den Fig. 10 bis 15 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten ersten Ausfüh rungsform, dass die elektrochemische Zelle 100 anstelle eines ersten Verguss elements 128 ein zweites Vergusselement 154 umfasst. Das zweite Verguss element dient vorzugsweise einer Verbindung eines als zweites Zellterminal ausgebildeten zweiten Zellpols 120 mit dem Deckelelement 110.
Das zweite Stromsammlerelement 124 weist vorliegend ein zweites Anbin dungselement 125 auf. Vorliegend ist das zweite Anbindungselement 125 in Form einer in Richtung des zweiten Zellpols 120 weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des zweiten Zellpols 120 weisenden Vorsprungs ausgebildet. Beispielsweise ist und/oder wird das zweite Anbindungselement 125 in das zweite Stromsammlerelement 124 eingeprägt. In einem parallel zu einer Haupterstreckungsebene des zweiten Stromsammlerelements 124 genommenen Querschnitt ist das zweite Anbindungselement 125 vorzugsweise zumindest näherungsweise rund. Beispielsweise ist denkbar, dass das zweite Anbindungselement 125 des zweiten Stromsammlerelements 124 ein napfförmiger und/oder becherförmi ger Bereich des zweiten Stromsammlerelements 124 ist. Vorzugsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 größtenteils, beispielsweise über ungefähr 90 % seiner Fläche oder mehr, plattenförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 eine Stromsammlerplatte.
Das zweite Stromsammlerelement 124 der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten weiteren Ausführungsform weist vorzugsweise die Merkmale und/oder Vorteile des ersten Stromsammlerelements 122 der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle 100 auf.
Vorzugsweise ist das zweite Stromsammlerelement 124 stoffschlüssig, insbe sondere durch Schweißen, beispielsweise Durchschweißen, mit dem zweiten Zellpol 120 verbunden.
Vorzugsweise ist das erste Stromsammlerelement 122 stoffschlüssig, insbe sondere durch Schweißen, beispielsweise durch Durchschweißen, mit dem Becherelement 108 verbunden.
Beispielsweise ist das erste Anbindungselement 123 des ersten Strom sammlerelements 122 in einer Vertiefung des Becherelements 108 festgelegt.
Vorzugsweise umfasst das Becherelement 108 Aluminium oder ist daraus gebildet. Insbesondere ist das Becherelement 108 auf Kathodenpotential.
Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Becherelement 108 den ersten Zellpol 118 bildet. Ein separater erster Zellpol 118 und/oder ein erstes Verguss element 128 sind vorzugsweise entbehrlich. Insbesondere ist ein erstes Isolierelement 130 entbehrlich. Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Vergusselement 154 ein zweites Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise umfasst das zweite Polymermaterial ein zweites Harzmaterial oder ist daraus gebildet.
Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder daraus gebildet ist: Epoxidharzmaterial, Phenolharzmaterial, Aminoplastmaterial, Polyurethanmaterial, Silikonmaterial, Polyesterharzmaterial, ABS- Harzmaterial.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial in einem ausgehär teten Zustand zu dem zweiten Polymermaterial eine Härte von ca. 40 Shore D oder mehr, insbesondere von ca. 50 Shore D, beispielsweise von ca. 60 Shore D oder mehr, aufweist.
Die Härte des zweiten Harzmaterials in einem ausgehärteten Zustand zu dem zweiten Polymermaterial beträgt ca. 100 Shore D oder weniger, insbesondere ca. 97 Shore D oder weniger, beispielsweise ca. 95 Shore D oder weniger.
Die Härte ist insbesondere nach DIN EN ISO 868 bestimmt.
Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial eine Glasübergangs temperatur von ca. 90 °C oder mehr, insbesondere von ca. 95 °C oder mehr, beispielsweise von ca. 100 °C oder mehr, aufweist. Die Glasübergangs temperatur ist vorzugsweise auf einen gehärteten Zustand des zweiten Harz materials zu dem zweiten Polymermaterial bezogen.
Vorzugsweise ist das zweite Harzmaterial ein ein-komponentiges Harzmaterial, beispielsweise ein ein-komponentiges Epoxidharzmaterial.
Ein-komponentige Epoxidharzmaterialien weisen vorzugsweise eine erhöhte Stabilität gegenüber einem Elektrolyten, welcher im Innenraum 116 aufge nommen ist, auf. Günstig kann es sein, wenn das zweite Harzmaterial einen oder mehrere Füll stoffe umfasst. Der eine oder die mehreren Füllstoffe sind vorzugsweise aus gewählt aus: anorganischen Füllstoffen, insbesondere Siliziumoxid, Carbonat, Carbid, insbesondere Siliziumcarbid, Nitrid, insbesondere Metallnitrid, Metall oxid.
Bevorzugte Siliziumoxide sind Silikate.
Durch die Verwendung von Füllstoffen kann eine Sauerstoffdiffusion und/oder Wasserdiffusion von einer Umgebung der elektrochemischen Zelle 100 in den Innenraum 116 über das zweite Vergusselement 154 vermieden oder reduziert werden.
Das zweite Vergusselement 154 weist vorzugsweise ein oder mehrere der im Zusammenhang mit dem ersten Vergusselement 128 beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Vorliegend weist die elektrochemische Zelle 100 ein zweites Isolierelement 156 auf. Das zweite Isolierelement 156 dient vorzugsweise einer elektrischen Isolierung des zweiten Zellpols 120 gegenüber dem Deckelelement 110.
Vorliegend bildet das zweite Isolierelement 156 eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem zweiten Zellpol 120 und dem Deckelelement 110. Das zweite Isolierelement 156 ist vorzugsweise zumindest näherungsweise plattenförmig ausgebildet.
Vorzugsweise dient das zweite Isolierelement 156 einer elektrischen Isolierung des zweiten Zellpols 120. Beispielsweise ist das zweite Isolierelement 154 an einer dem Innenraum 116 zugewandten Innenseite des Deckelelements 110 angeordnet.
Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Isolierelement 156 mehrteilig, bei spielsweise zweiteilig, ausgebildet ist (nicht gezeigt). Wie insbesondere in Fig. 14 zu sehen ist, weist das zweite Isolierelement 156 als Ganzes vorzugsweise einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist insbesondere senkrecht zu einer Mittel achse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das zweite Isolierelement 156 ein viertes Polymermaterial oder ist daraus gebildet.
Das vierte Polymermaterial ist vorzugsweise ein thermoplastisches Polymer material, insbesondere ein elektrolytbeständiges thermoplastisches Polymer material.
Ergänzend oder alternativ ist das vierte Polymermaterial beispielsweise ein in einem Spritzgussverfahren verarbeitbares Polymermaterial.
Beispielsweise umfasst das vierte Polymermaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien oder ist daraus gebildet: Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylenterephthalat.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Isolierelement 156, beispielsweise mittig, eine Ausnehmung aufweist, in welcher in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 der zweite Zellpol 120 aufgenommen und/oder angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Ausnehmung des zweiten Isolierelements 156 in einem parallel zur Haupterstreckungsebene des zweiten Isolierelements 156 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig aus gebildet.
Beispielsweise weisen der zweite Zellpol 120 und die Ausnehmung des zweiten Isolierelements 130 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektroche mischen Zelle genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise jeweils eine Rechteckform oder eine Kreisform, beispielsweise rund und/oder oval, auf.
Günstig kann es sein, wenn der zweite Zellpol 120 ein metallisches Material, beispielsweise Kupfer, umfasst oder daraus gebildet ist.
Wie insbesondere in Fig. 14 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Zellpol 120 und/oder die Ausnehmung des zweiten Isolierelements 156 in einem senkrecht zur Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise rechteckförmig mit abgerundeten Ecken ausgebildet sind.
Beispielsweise bildet das zweite Vergusselement 154 einen ringförmigen Abschnitt 158 zwischen dem zweiten Zellpol 120 und dem Deckelelement 110.
Wie insbesondere in Fig. 14 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Zellpol 120 mittig im Deckelelement 110 angeordnet ist und/oder die Berstvorrichtung 140 zu einem Randbereich des Deckelelements 110 hin angeordnet ist.
Insbesondere weist die elektrochemische Zelle 100 eine Elektrolyteinfüll öffnung 160 auf. Die Elektrolyteinfüllöffnung 160 dient vorzugsweise einer Befüllung mit Elektrolyt und/oder Nachfüllung mit Elektrolyt und/oder Ent nahme von Elektrolyt.
Die Elektrolyteinfüllöffnung 160 ist vorzugsweise als Durchtrittsöffnung im Deckelelement 110 ausgebildet, wobei vorgesehen sein kann, dass die Elektro lyteinfüllöffnung 160 nach einer Befüllung des Innenraums 116 fluiddicht ver schlossen ist und/oder wird. Beispielsweise wird die Elektrolyteinfüllöffnung 160 nach der Befüllung der elektrochemischen Zelle 100 verschweißt.
Das Deckelelement 110 und das Becherelement 108 sind vorzugsweise stoff schlüssig, beispielsweise durch Schweißen, miteinander verbunden. Vorzugsweise weist die in den Fig. 10 bis 15 dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle keinen unmittelbaren Materialübergang von Kupfer auf Aluminium oder von Aluminium auf Kupfer auf.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 10 bis 15 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Die in den Fig. 10 bis 15 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 kann beispielsweise gemäß der in den Fig. 41 und 42 dargestellten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer elektro chemischen Zelle 100 hergestellt werden.
Eine in den Fig. 16 und 17 nicht im Ganzen zeichnerisch dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hin sichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform, dass das Deckelelement 110 eine Erhe bung 162 aufweist, welche beispielsweise umlaufend um eine Öffnung ange ordnet ist, in welcher der zweite Zellpol 120 angeordnet ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Erhebung 162 in einer vom Innenraum der elektrochemischen Zelle 100 weg weisenden Richtung von einem Grundkörper des Deckelelements 110 weg ragt. Beispielsweise begrenzt die Erhebung 162 die Öffnung zur Aufnahme des zweiten Vergusselements 154.
Die Erhebung 162 dient insbesondere einer Füllstandserhöhung bei einer Ein füllung des zweiten Harzmaterials. Beispielsweise ist die Erhebung 162 eine Sicke.
Wie insbesondere in Fig. 17 zu sehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Zellpol 120 einen oder mehrere radiale Vorsprünge 164 aufweist, welche sich längs radialer Richtungen bezüglich der Mittelachse 132 der elektrochemischen Zelle 100 erstrecken. Vorliegend weist der zweite Zellpol 120 einen einzigen radialen Vorsprung 164 auf, welcher um den zweiten Zell pol 120 umlaufend ausgebildet ist. So kann sich das zweite Vergusselement 154 mechanisch mit dem zweiten Zellpol 120 verkrallen.
Hinsichtlich des Deckelelements 110 kann es vorteilhaft sein, wenn das Deckelelement 110 einen oder mehrere Rücksprünge 166 aufweist, in welchen das zweite Vergusselement das Deckelelement in einem montierten Zustand der elektrochemischen Zelle 100 längs einer parallel zur Mittelachse 132 ver laufenden Richtung hintergreift. Vorliegend ist ein umlaufend ausgebildeter Rücksprung 166 vorgesehen, durch welchen insbesondere ein Hinterschnitt ausgebildet ist.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 16 und 17 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 18 bis 20 nicht im Ganzen zeichnerisch dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hin sichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform, dass der zweite Zellpol 120 ein Umschnappelement 168 umfasst oder als Ganzes als Umschnappelement 168 ausgebildet ist.
Beispielsweise bildet der zweite Zellpol ein sogenanntes „Current Interruption Device" (CID). In Fig. 18 ist ein Ruhezustand des Umschnappelements 168 gezeigt. In Fig. 19 ist ein ausgelöster Zustand des Umschnappelements 168 gezeigt. Im Ruhezustand des Umschnappelements 168 sind der zweite Zellpol 120 und das zweite Stromsammlerelement 124 elektrisch leitend miteinander verbunden. Vorzugsweise wird das Umschnappelement 168 bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks und/oder einer kritischen Temperatur im Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100 vom Ruhezustand in den ausgelösten Zustand nach außen umgelenkt. Durch die Umlenkung des Umschnappelements 168 nach außen vom Innenraum 116 der elektrochemischen Zelle 100 weg wird vorzugsweise ein elektrischer Kontakt zwischen dem zweiten Zellpol 120 und einem zweiten Stromsammlerelement 124 unterbrochen und/oder getrennt.
Durch das Umlenken des mindestens einen Umschnappelements 168 vom Ruhezustand in den ausgelösten Zustand ist insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Zellpol 120 und dem zweiten Stromsammlerelement 124, welches mit dem elektrochemischen Element 104 verbunden ist, getrennt.
Vorzugsweise ist das Umschnappelement 168 durch den zweiten Zellpol als Ganzes gebildet. Beispielsweise ist der zweite Zellpol 120 gewölbt ausgebildet.
Alternativ kann das mindestens eine Umschnappelement 168 beispielsweise in einen Grundkörper des zweiten Zellpols 120 der elektrochemischen Zelle ein geschweißt werden.
Wie insbesondere in Fig. 20 zu sehen ist, weist das Umschnappelement 168 vorzugsweise einen zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist vorzugsweise senkrecht zur Mittelachse 132 der elektro chemischen Zelle 100 genommen.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 18 bis 20 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 21 nicht im Ganzen zeichnerisch dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 10 bis 15 darge stellten Ausführungsform, dass der zweite Zellpol 120 einen Bereich verringer ter Material stärke 170 aufweist.
Der Bereich verringerter Materialstärke 170 dient insbesondere einer Erleichte rung einer Verbindbarkeit des zweiten Zellpols 120 mit dem zweiten Strom sammlerelement 124. Der Bereich verringerter Materialstärke 170 ist bei spielsweise ein niedergeprägter Bereich. Im Bereich verringerter Material stärke 170 weist der zweite Zellpol 120 vorzugsweise eine verringerte Durch schweißtiefe auf.
Beispielsweise ist die Materialstärke im Bereich verringerter Materialstärke 170 ungefähr 20 % oder mehr, beispielsweise ungefähr 30 % oder mehr, geringer als eine durchschnittliche Materialstärke in den übrigen Bereichen des zweiten Zellpols 120.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 21 dargestellte Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
In den Fig. 22 und 23 ist eine Variante eines Stromsammlerelements gezeigt. Das Stromsammlerelement kann ein erstes Stromsammlerelement 122 und/oder ein zweites Stromsammlerelement 124 bilden.
Das erste Anbindungselement 123 bzw. das zweite Anbindungselement 125 ist vorliegend durch eine ausgeschnittene Kontur gebildet. Beispielsweise ist ein das erste Anbindungselement 123 bzw. das zweite Anbindungselement 125 bildender Bereich von einem Grundkörper des Stromsammlerelements 122/124 weggebogen. Beispielsweise ist das jeweilige Anbindungselement 123/125 in einem senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Grundkörpers des jeweiligen Stromsammlerelements 122/124 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise L-förmig ausgebildet. Beispielsweise ist das erste Anbindungselement 123 bzw. das zweite Anbin dungselement 125 durch Stanzen gebildet.
Durch den ausgeschnittenen Bereich, beispielsweise den ausgestanzten Bereich, ist vorzugsweise ein Toleranzausgleichselement gebildet.
Eine in den Fig. 24 und 25 dargestellte weitere Variante eines ersten Strom sammlerelements 122 bzw. eines zweiten Stromsammlerelements 124 unter scheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 22 und 23 dargestellten Variante, dass das erste Anbindungs element 123 bzw. das zweite Anbindungselement 125 durch einen in einem Querschnitt zumindest näherungsweise U-förmigen Übergang mit dem Grund körper des jeweiligen Stromsammlerelements 122/124 verbunden ist.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 24 und 25 dargestellte Variante eines Stromsammlerelements 122/124 mit der in den Fig. 22 und 23 dargestellten Variante überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 26 und 27 dargestellte weitere Variante eines ersten Strom sammlerelements 122 bzw. eines zweiten Stromsammlerelements 124 unter scheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 22 und 23 dargestellten Variante, dass das erste Anbindungs element 123 bzw. das zweite Anbindungselement 125 zumindest näherungs weise napfförmig und/oder becherförmig sind. Das erste Stromsammler element 122 bzw. das zweite Stromsammlerelement 124 ist vorzugsweise frei von Öffnungen ausgebildet.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 26 und 27 dargestellte Variante eines Stromsammlerelements 122/124 mit der in den Fig. 22 und 23 dargestellten Variante überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Die in den Fig. 22 bis 27 dargestellten Varianten der Stromsammlerelemente 122/124 können in sämtlichen zuvor und nachfolgend beschriebenen Ausfüh rungsformen einer elektrochemischen Zelle 100 verwendet werden. Es können auch voneinander verschiedene Varianten in einer Ausführungsform miteinan der kombiniert werden.
Eine in den Fig. 28 bis 31 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in Fig. 21 dargestellten Ausführungsform, dass der zweite Zellpol 120 mehrteilig, vorliegend zweiteilig, ausgebildet ist. Vorlie gend bildet ein erster Teil 120a ein Trägerteil, in welchem ein zweiter Teil 120b des zweiten Zellpols 120 aufgenommen ist.
Der erste Teil 120a und der zweite Teil 120b des zweiten Zellpols 120 sind vorliegend aus voneinander verschiedenen metallischen Materialien gebildet. Hierdurch ist ein Materialübergang innerhalb des zweiten Zellpols 120 gebildet.
Der erste Teil 120a des zweiten Zellpols 120 umfasst vorliegend Kupfer oder ist daraus gebildet.
Vorzugsweise umfasst der zweite Zellpol 120 zwei Funktionsbereiche 172, welche vom ersten Teil 120a und dem zweiten Teil 120b gebildet sind.
Der erste Teil 120a bildet vorzugsweise einen Verbindungs- und/oder Schweißbereich, in welchem der zweite Zellpol 120 mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 verbunden ist.
Der zweite Teil 120b umfasst vorliegend Aluminium oder ist daraus gebildet.
Der zweite Teil 120b ist vorliegend an einer dem Innenraum 116 der elektro chemischen Zelle 100 abgewandten Seite des zweiten Zellpols 120 ange ordnet. Vorzugsweise sind die beiden Funktionsbereiche 172 von Erhebungen 162 des Deckelelements 110 umgeben und/oder vom zweiten Vergusselement 154 umgeben.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 28 bis 31 dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in Fig. 21 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 32 und 33 nicht als Ganzes zeichnerisch dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hin sichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 28 bis 31 dargestellten Ausführungsform, dass der erste Teil 120a und der zweite Teil 120b zumindest teilweise durch Erhebungen 174 gebildet sind.
Erhebungen 162 des Deckelelements 110 sind insbesondere entbehrlich.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 32 und 33 dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 28 bis 31 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 34 bis 36 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungs form, dass das erste Stromsammlerelement 122 in das Becherelement 110 eingepresst ist.
Ein direkter Materialübergang von Aluminium auf Kupfer oder umgekehrt ist insbesondere nicht vorgesehen. Beispielsweise ist das erste Stromsammlerelement 122 zum Rand hin gewölbt ausgebildet, wobei der Rand des ersten Stromsammlerelements 122 vorzugs weise vom Bodenabschnitt 114 weg gewölbt ist.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 34 und 36 dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 37 bis 40 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten ersten Ausfüh rungsform, dass sowohl der erste Zellpol 118 als auch der zweite Zellpol 120 als vom Gehäuse 106 getrennte Zellterminals ausgebildet sind und dass der erste Zellpol 118 und der zweite Zellpol 120 in ein gemeinsames Verguss element 154 eingebettet sind.
Das Becherelement 108 und das Deckelelement 110 sind und/oder werden vorliegend durch Schweißen miteinander verbunden. Hierzu wird auf die dies bezüglichen Ausführungen der in den Fig. 10 bis 15 dargestellten Ausführungs form Bezug genommen.
Beide Zellpole, der erste Zellpol 118 und der zweite Zellpol 120, sind in einer im Deckelelement 110 eingebrachten Öffnung des Deckelelements 110 aufge nommen.
Vorliegend sind das erste Stromsammlerelement 122 und das zweite Strom sammlerelement 124 an einer dem Deckelelement 110 zugewandten Seite des elektrochemischen Elements 104 angeordnet. Beispielsweise sind das erste Stromsammlerelement 122 und das zweite Stromsammlerelement 124 neben einander und in gleichem Abstand zum Deckelelement 110 angeordnet. Das erste Stromsammlerelement 122 weist vorliegend ein zumindest nähe rungsweise napfförmiges und/oder becherförmiges erstes Anbindungselement 123 auf, welches stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem ersten Zellpol 118 verbunden ist.
Das zweite Stromsammlerelement 124 weist vorliegend ein zumindest nähe rungsweise napfförmiges und/oder becherförmiges zweites Anbindungsele ment 125 auf, welches stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem zweiten Zellpol 120 verbunden ist.
Eine Schweißnaht zwischen dem jeweiligen Anbindungselement 123, 125 und dem Zellpol 118, 120 ist vorzugsweise fluiddicht.
Die Elektrolyteinfüllöffnung 160 ist vorzugsweise nach einer Befüllung des Gehäuses 106 mit Elektrolyt durch Schweißen verschlossen.
Der erste Zellpol 118 und der zweite Zellpol 120 sind vorzugsweise durch das Vergusselement 154 elektrisch voneinander getrennt und in das Polymer material des Vergusselements 154 eingebettet.
Günstig kann es sein, wenn benachbart zum Deckelelement 110 ein zweites Isolierelement 156 der elektrochemischen Zelle 100 angeordnet ist, welches einer elektrischen Isolierung der Zellpole 118, 120 und/oder des Innenraums 116 der elektrochemischen Zelle 100 dient.
Das zweite Isolierelement 156 weist vorzugsweise eine Ausnehmung und mehrere Vertiefungen in Form von Sicken auf. Diese entsprechen hinsichtlich Aufbau und Funktion der Ausnehmung 134 und den Vertiefungen 136a und 136b, welche im Zusammenhang mit dem ersten Isolierelement 130 der ersten Ausführungsform (vgl. Fig. 7) beschrieben wurde, sodass auf die ent sprechenden Ausführungen Bezug genommen wird. Es ist vorliegend für jeden Zellpol 118, 120 eine Ausnehmung und entsprechende Vertiefungen in Form von Sicken vorhanden. Günstig kann es sein, wenn ein erstes Isolierelement 130 unmittelbar benach bart zum Bodenabschnitt 114 des Becherelements 108 angeordnet ist.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 37 bis 40 dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsform überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
In den Fig. 41 und 42 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Her stellung einer elektrochemischen Zelle, beispielsweise einer elektrochemischen Zelle 100 gemäß den Fig. 10 bis 15, gezeigt.
Vorzugsweise wird zunächst eine Deckelelementbaugruppe 176 hergestellt (vgl. Fig. 41). Hierzu werden beispielsweise das zweite Isolierelement 156, das Deckelelement 110 und der zweite Zellpol 120 gestapelt.
Anschließend wird beispielsweise das zweite Harzmaterial in einem fließfähigen Zustand in einen Bereich zwischen dem zweiten Zellpol 120, dem Deckel element 110 und/oder dem zweiten Isolierelement 156 eingegossen und/oder eingefüllt.
Während und/oder nach einer Befüllung wird das zweite Harzmaterial gehärtet und/oder getrocknet, wodurch insbesondere das zweite Vergusselement 154 gebildet wird.
Wie insbesondere in Fig. 42 dargestellt ist, wird vorzugsweise ein elektro chemisches Element 104 bereitgestellt oder hergestellt, welches erste Kontak tiervorsprünge 148 und zweite Kontaktiervorsprünge 152 aufweist, die an einander gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 150 des elektro chemischen Elements 104 von demselben weg ragen. Die ersten Kontaktiervorsprünge 148 werden vorzugsweise mit dem ersten Stromsammlerelement 122 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise ver schweißt.
Insbesondere werden die zweiten Kontaktiervorsprünge 152 mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise ver schweißt.
Anschließend wird ein aus den zuvor beschriebenen Schritten entstandenes Bauteil in das Becherelement 108 eingeführt und die Deckelelementbaugruppe 176 wird aufgesetzt und/oder relativ zu dem Becherelement 108 positioniert.
Vorzugsweise wird das erste Stromsammlerelement 122 an dessen erstem Anbindungselement 123 mit dem Becherelement 108 stoffschlüssig verbun den, beispielsweise mit diesem verschweißt.
Insbesondere werden das Deckelelement 110 und das Becherelement 108 zuvor, währenddessen oder anschließend stoffschlüssig miteinander verbun den, beispielsweise miteinander verschweißt.
Günstig kann es sein, wenn das zweite Stromsammlerelement 124 an dessen zweitem Anbindungselement 125 mit dem zweiten Zellpol 120 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise mit diesem verschweißt, wird.
In den Fig. 43 bis 46 ist eine weitere Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 und eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Her stellung derselben gezeigt.
Die in den Fig. 43 bis 46 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 34 bis 36 dargestellten Ausführungs form, dass das zweite Stromsammlerelement 124 eine erste Biegung 178 um ungefähr 180° und eine zweite Biegung 180 um ungefähr 90° aufweist. Das zweite Stromsammlerelement 124 bildet beispielsweise eine Stromfahne.
Der zweite Zellpol 120 ist vorzugsweise exzentrisch angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn die elektrochemische Zelle 100 ein Abstands halterelement 182 aufweist, welches zwischen dem zweiten Zellpol 120 und dem Deckelelement 110 angeordnet ist. Insbesondere begrenzt das Abstands halterelement 182 das zweite Vergusselement 154 radial.
Vorzugsweise weist das zweite Isolierelement 156 eine Öffnung auf, welche eine Harzmaterialeinfüllöffnung 184 zur Einfüllung des Harzmaterials bildet.
Vorzugsweise liegt eine Stromsammlerelement-Becherelement-Verpressung hinsichtlich des ersten Stromsammlerelements 122 vor. Diese wurde im Zusammenhang mit der in den Fig. 34 bis 36 dargestellten Ausführungsform beschrieben.
Wie insbesondere in Fig. 45 zu sehen ist, weist das zweite Stromsammler element 124 vorzugsweise einen Verbindungsbereich 186 auf, welcher insbe sondere einer Verbindung mit den zweiten Kontaktiervorsprüngen 152, bei spielsweise durch Schweißen, dient.
Biegelinien, an welchen die erste Biegung 178 und die zweite Biegung 180 erzeugt werden, sind in Fig. 45 durch gestrichelte Linien angedeutet.
Insbesondere umfasst das zweite Stromsammlerelement 124 zwei Strom sammlerelementteile 124a, 124b, welche aus voneinander verschiedenen metallischen Materialien gebildet sind.
Beispielsweise umfasst ein erstes Stromsammlerelementteil 124a, welches mit den zweiten Kontaktiervorsprüngen 152 verbunden ist und/oder wird, Kupfer oder ist daraus gebildet. Vorzugsweise umfasst ein zweites Stromsammlerelementteil 124b, welches mit dem zweiten Zellpol 120 verbunden ist und/oder wird, Aluminium oder ist daraus gebildet.
Das zweite Stromsammlerelementteil 124b wird vorzugsweise mit dem zweiten Zellpol 120 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt.
Zur Herstellung der elektrochemischen Zelle 100 gemäß den Fig. 43 bis 45 wird vorzugsweise ein elektrochemisches Element 104, wie im Zusammenhang mit den übrigen Verfahren beschrieben, bereitgestellt oder hergestellt.
Anschließend werden das erste Stromsammlerelement 122 und das zweite Stromsammlerelement 124 samt einer Deckelelementbaugruppe 176 mit dem elektrochemischen Element 104 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise ver schweißt.
Zur Herstellung der Deckelelementbaugruppe 176 werden vorzugsweise das zweite Isolierelement 156, der zweite Zellpol 120 und das zweite Strom sammlerelement 124 gestapelt und das zweite Harzmaterial durch die Harz materialeinfüllöffnung 184 eingefüllt. Anschließend wird vorzugsweise das zweite Harzmaterial ausgehärtet und/oder getrocknet, wodurch insbesondere das zweite Vergusselement 154 gebildet wird.
Anschließend wird vorzugsweise das zweite Stromsammlerelement 124 zweimal gebogen, wodurch beispielsweise die erste Biegung 178 und die zweite Biegung 180 gebildet werden.
Ein resultierendes Bauteil wird in das Becherelement 108 eingeführt und das Becherelement 108 und das Deckelelement 110 werden vorzugsweise stoff schlüssig miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt. Nach einer Einfüllung des Elektrolyten wird die Elektrolyteinfüllöffnung 160 vorzugsweise fluiddicht verschlossen, beispielsweise verschweißt.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 43 bis 46 dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 34 bis 36 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 47 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 34 bis 36 dargestellten Ausführungsform, dass das erste Anbindungselement 123 ein erstes Federelement 188 ist und/oder dass das zweite Anbindungselement 125 ein zweites Federelement 190 ist.
Durch das erste Federelement 188 und/oder das zweite Federelement 190 ist vorzugsweise eine Federung in einer parallel zur Mittelachse 132 der elektro chemischen Zelle 100 verlaufenden Richtung möglich.
Vorzugsweise ist das elektrochemische Element 104 über das erste Feder element 188 kraftschlüssig an den Bodenabschnitt 114 des Becherelements 108 angebunden. Das erste Federelement 188 ist insbesondere eine Feder scheibe. Beispielsweise umfasst das erste Federelement 188 Aluminium oder ist daraus gebildet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das elektrochemische Element 104 über das zweite Federelement 190 kraftschlüssig an den zweiten Zellpol 120 ange bunden ist. Insbesondere ist das zweite Federelement 190 eine Federscheibe. Beispielsweise umfasst das zweite Federelement 190 Kupfer oder ist daraus gebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Federelement 190 stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem zweiten Zellpol 120 verbunden ist. Beispielsweise ist das zweite Federelement 190 an dessen freien Enden mit dem zweiten Zellpol 120 verschweißt.
Zur Festlegung kann es günstig sein, wenn der zweite Zellpol 120 ein Alumini- um-Kupfer-Pin umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise ist eine kraft schlüssige Tab-Anbindung ausgebildet.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 47 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 34 bis 36 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Die in Fig. 48 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 34 bis 36 dargestellten Ausführungsform, dass das erste Stromsammlerelement 122 und/oder das zweite Stromsammlerelement 124 eine elektrisch leitfähige Beschichtung 192 aufweisen.
Vorzugsweise ist die Beschichtung 192 elektrolytbeständig.
Vorteilhaft kann es sein, wenn zwischen dem ersten Stromsammlerelement 122 und dem Becherelement 108 ein Kraftschluss durch Einpressen des ersten Stromsammlerelements 122 erzeugt ist und/oder wird.
Vorzugsweise umfasst die elektrisch leitfähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung 192 ein elektrisch leitfähiges Fluorpolymermaterial oder ein Synthesekautschukmaterial oder ist daraus gebildet.
Vorzugsweise sind ein erstes Beschichtungsmaterial der Beschichtung 192 des ersten Stromsammlerelements 122 und ein zweites Beschichtungsmaterial der Beschichtung 192 des zweiten Stromsammlerelements 124 identisch. Alternativ können voneinander verschiedene Beschichtungsmaterialien ver wendet werden.
Als erstes Beschichtungsmaterial und/oder als zweites Beschichtungsmaterial werden bevorzugt elektrisch leitfähige Fluorpolymermaterialien und/oder Synthesekautschukmaterialien verwendet.
Beispielsweise eignen sich folgende Zusammensetzungen als erstes Beschich tungsmaterial oder als zweites Beschichtungsmaterial für die elektrisch leit fähige und/oder elektrolytbeständige Beschichtung 192: al) ein Harzmaterial und ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive, beispielsweise ein Epoxidharzmaterial und ein oder mehrere Leitruße; a2) ein Elastomermaterial und ein Übergangsmetallcarbid, sowie optional ein oder mehrere elektrisch leitfähigen Additive, beispielsweise Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk und Titan- carbid; a3) ein elektrisch leitfähiges Klebematerial, vorzugsweise ein Elastomer material, ein Harzmaterial, ein oder mehrere elektrisch leitfähigen Addi tive und optional ein Übergangsmetalloxid, beispielsweise Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Epoxid harzmaterial, Leitruß und optional Titancarbid; a4) ein elektrisch leitfähiges Thermoplastmaterial, insbesondere ein
Thermoplastmaterial, ein oder mehrere elektrisch leitfähige Additive und ein Übergangsmetalloxid, beispielsweise Polyvinylidenfluorid oder Poly tetrafluorethylen und Leitruß und Titancarbid; a5) eine elektrisch leitfähige Paste, beispielsweise umfassend Styrol- Butadien-Kautschuk, Carboxymethylcellulose, Titancarbid, wobei optional eine Fluorpolymersuspension verwendet werden kann.
Die zuvor genannten Materialien können insbesondere wie folgt bezeichnet werden: al) elektrisch leitfähige Gießharze; a2) elektrisch leitfähige Elastomere; a3) ein elektrisch leitfähiger Kleber; a4) ein elektrisch leitfähiges Thermoplastmaterial; a5) eine elektrisch leitfähige Paste.
Bei der Herstellung der elektrochemischen Zelle 100 kann vorgesehen sein, dass das zweite Harzmaterial des zweiten Vergusselements 154 und ein Beschichtungsmaterial der Beschichtung 192 gleichzeitig gehärtet und/oder getrocknet werden.
Vorzugsweise weist die elektrochemische Zelle 100 ein Abstandshalterelement 182 wie im Zusammenhang mit den Fig. 43 bis 46 beschrieben auf.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 48 dargestellte weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 34 bis 36 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
In den Fig. 49 bis 52 ist eine weitere Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 und eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Her stellung derselben gezeigt.
Die in den Fig. 49 bis 52 dargestellte Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 28 bis 31 dargestellten Ausführungs form, dass eine Verbindung des zweiten Stromsammlerelements 124 und des zweiten Zellpols 120 über eine Schweißung durch einen zumindest nähe rungsweise zylinderförmigen Hohlraum 194 im elektrochemischen Element 104 gebildet ist.
Das elektrochemische Element 104 als Ganzes ist vorzugsweise zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ausgebildet. Der Hohlraum 194 entsteht vorzugsweise durch eine Wickelvorrichtung, bzw. sobald diese entfernt wird. Die Wickelvorrichtung ist vorzugsweise ein Wickeldorn, um welchen ein Sub- strat, welches das elektrochemische Element 104 bildet, herumgewickelt wird (vgl. Verfahren gemäß Fig. 52, wobei die Wicklung selbst nicht zeichnerisch dargestellt ist).
Der erste Teil 120a und der zweite Teil 120b des zweiten Zellpols 120 sind vorzugsweise längs einer parallel zur Mittelchachse 132 verlaufenden Richtung hintereinander angeordnet und weisen insbesondere zumindest näherungs weise dieselben Abmessungen auf.
Günstig kann es sein, wenn ein Materialübergang innerhalb des zweiten Zell pols 120 vom zweiten Vergusselement 156 bedeckt ist und/oder in das zweite Vergusselement eingebettet ist.
Das erste Anbindungselement 123 des ersten Stromsammlerelements 122 weist vorzugsweise eine Öffnung an einem dem Bodenabschnitt 114 zuge wandten Ende auf.
Zur Herstellung der elektrochemischen Zelle wird vorzugsweise das elektro chemische Element 104 erzeugt oder bereitgestellt und das erste Strom sammlerelement 122 und das zweite Stromsammlerelement 124 werden angeschweißt.
Anschließend wird vorzugsweise die Deckelelementbaugruppe aufgesetzt und durch den Hohlraum 194 im elektrochemischen Element 104 hindurch werden das zweite Stromsammlerelement 124 und der zweite Zellpol 120 beispiels weise miteinander verschweißt.
Das Verschweißen erfolgt vorzugsweise durch Laserschweißen oder Wider standsschweißen mit einer langen stabförmigen Elektrode.
Eine daraus resultierende Baugruppe wird anschließend vorzugsweise in das Becherelement 108 eingesetzt und das Deckelelement 110 und das Becher- element 108 werden miteinander stoffschlüssig verbunden, beispielsweise ver schweißt.
Anschließend wird beispielsweise Elektrolyt eingefüllt und anschließend die Elektrolyteinfüllöffnung 160 verschweißt.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 49 bis 52 dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 28 bis 31 überein, sodass auf deren Beschrei bung insoweit Bezug genommen wird.
In den Fig. 53 bis 56 ist eine weitere Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 und eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Her stellung derselben gezeigt.
Die in den Fig. 53 bis 56 dargestellte Ausführungsform einer elektro chemischen Zelle 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 49 bis 52 dargestellten Ausführungs form, dass das Becherelement 108 an dessen Bodenabschnitt 114 eine Durch trittsöffnung 196 aufweist, welche am Ende einer Montage der elektro chemischen Zelle 100 verschweißt ist und/oder wird.
Durch die Durchtrittsöffnung 196 werden insbesondere das zweite Anbin dungselement 125 und der zweite Zellpol 120 miteinander verschweißt.
Günstig kann es sein, wenn freie Enden des ersten Anbindungselements 123 vom elektrochemischen Element 104 weggebogen sind.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 53 bis 56 dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 49 bis 52 überein, sodass auf deren Beschrei bung insoweit Bezug genommen wird. Eine in den Fig. 57 bis 59 dargestellte alternative Ausführungsform einer Deckelelementbaugruppe 176 unterscheidet sich von der in den Fig. 43 bis 46 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der zweite Zellpol 120 im Wesentlichen radial mittig angeordnet ist und dass die erste Biegung 178 schlaufenartig und/oder abgerundet und/oder stetig gekrümmt ausgebildet ist.
Das zweite Isolierelement 156 nimmt dabei vorzugsweise das gesamte zweite Stromsammlerelement 124 auf. Das zweite Isolierelement 156 ist hierzu beispielsweise zumindest näherungsweise topfförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet.
Die Deckelelementbaugruppe 176 kann einfach auf ein Becherelement 108 aufgesetzt oder aufgesteckt werden, wobei vorzugsweise das zweite Isolierelement 156 zusammen mit dem zweiten Stromsammlerelement 124 in das offene Ende des Becherelements 108 eingeschoben wird, insbesondere bis das offene Ende des Becherelements 108 an dem Deckelelement 110 der Deckelelementbaugruppe 176, insbesondere an einem Deckelblech 111, zur Anlage kommt und hiermit verbunden, beispielsweise verklemmt, verschweißt, etc., wird.
Eine dem elektrochemischen Element 104 zugewandte Seite des zweiten Stromsammlerelements 124 umfasst vorzugsweise mehrere, beispielsweise fünf, Erhöhungen 198, welche in Richtung des elektrochemischen Elements 104 erhöht sind. Die Erhöhungen 198 sind insbesondere Sicken 200.
Die Erhöhungen 198 erstrecken sich insbesondere sternförmig in radialer Richtung nach außen.
Vorzugsweise bilden die Erhöhungen 198 Schweißbereiche zum Festschweißen an dem elektrochemischen Element 104. Fig. 60 zeigt ein optimiertes erstes Stromsammlerelement 122, welches bei dieser und anderen Ausführungsformen Verwendung finden kann.
Eine dem elektrochemischen Element 104 zugewandte Seite des ersten Stromsammlerelements 122 umfasst vorzugsweise mehrere, beispielsweise drei, Erhöhungen 198, welche in Richtung des elektrochemischen Elements 104 erhöht sind. Die Erhöhungen 198 sind insbesondere Sicken 200.
Die Erhöhungen 198 erstrecken sich insbesondere sternförmig in radialer Richtung nach außen und/oder sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet und/oder ausgebildet.
Vorzugsweise bilden die Erhöhungen 198 Schweißbereiche zum Festschweißen an dem elektrochemischen Element 104.
Ferner umfasst das erste Stromsammlerelement 122 vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen 202, beispielsweise Schlitze 204 oder Langlöcher 206. Die eine oder die mehreren Öffnungen 202 erstrecken sich insbesondere in radialer Richtung und/oder sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet und/oder ausgebildet. Insbesondere sind Erhöhungen 198 und Öffnungen 202 alternierend angeordnet und/oder ausgebildet.
Durch die Öffnungen 202 kann insbesondere ein optimiertes Verhalten der elektrochemischen Zelle 100 zur Entgasung und/oder bei einem thermischen Ereignis erzielt werden. Insbesondere kann durch die Öffnungen 202 ein sich zwischen den Lagen des elektrochemischen Elements 104 bildendes Gas einfach abgeführt werden.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 57 bis 60 dargestellte weitere Ausführungs form einer elektrochemischen Zelle 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 43 bis 46 überein, sodass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. In den Fig. 61 bis 63 sind verschiedene Varianten eines Bodenabschnitts 114 des Becherelements 108 dargestellt. Hierbei ist stets mittig eine Einfüll öffnung, insbesondere ein Elektrolyteinfüllöffnung 160, vorgesehen, welche beispielsweise von einer umlaufenden Prägung umgeben ist und einfach mittels einer Metallplatte dichtgeschweißt werden kann.
Ferner sind in den Bodenabschnitten 114 Berstvorrichtungen 140, insbesondere Berststege 142, vorgesehen und/oder ausgebildet.
Schließlich sind vorzugsweise Befestigungsbereiche zum Befestigen eines ersten Stromsammlerelements 122 vorgesehen.
Gemäß Fig. 61 ist dabei vorgesehen, dass das erste Stromsammlerelement 122 am Bodenabschnitt 114 festgeklemmt oder umlaufend in einem Rand bereich verschweißt wird. Der Berststeg 142 ist kreisringförmig umlaufend ausgebildet.
Gemäß Fig. 62 ist eine nach innen ragende Erhöhung 198 vorgesehen, welche insbesondere kreisrund ausgebildet ist und dem Verschweißen mit dem ersten Stromsammlerelement 122 dient. In radialer Richtung innerhalb der Erhöhung 198 ist im Bodenabschnitt 114 ein kreisringförmiger Berststeg 142 angeordnet und/oder ausgebildet.
Gemäß Fig. 63 sind zwei Berstvorrichtungen 140 vorgesehen, welche jeweils im Wesentlichen halbkreisförmig um die Einfüllöffnung angeordnet und/oder ausgebildet sind. Zwischen den beiden Berstvorrichtungen 140 sind im Wesentlichen radial nach außen ausgerichtete, stegartige Erhöhungen 198 angeordnet und/oder ausgebildet, welche in den Innenraum 116 ragen und dem Verschweißen mit dem ersten Stromsammlerelement 122 dienen. Die Erhöhungen 198 sind dabei so positioniert, dass die Verschweißung die Funktion der Berstvorrichtungen 140 nicht beeinträchtigt.
Die beschriebenen Varianten von Bodenabschnitten 114 oder auch nur einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen können optional bei einzelnen, mehreren oder allen Ausführungsformen der elektrochemischen Zelle 100 vorgesehen sein.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen von elektrochemischen Zellen 100 weisen vorzugsweise optimierte Dichtigkeitseigenschaften auf und/oder lassen sich leicht hersteilen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrochemische Zelle (100), vorzugsweise eine Rundzelle, wobei die elektrochemische Zelle (100) Folgendes umfasst: ein elektrochemisches Element (104) zur Aufnahme, Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie; ein Gehäuse (106), welches ein Becherelement (108) zur Auf nahme des elektrochemischen Elements (104) und ein Deckel element (110) zum Abdecken und/oder Verschließen des Becher elements (108) umfasst; einen ersten Zellpol (118) und einen zweiten Zellpol (120) zum Verbinden der elektrochemischen Zelle (100) mit einem Zell kontaktierungssystem; und ein Vergusselement, insbesondere ein erstes Vergusselement (128), zur Verbindung des Gehäuses (106) und des ersten Zell- pols (118) und/oder ein Vergusselement, insbesondere ein zweites Vergusselement (154), zur Verbindung des Gehäuses (106) und des zweiten Zell- pols (120).
2. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein erstes Stromsamm lerelement (122) umfasst, welches mindestens ein erstes Anbindungs element (123) zur Anbindung des ersten Stromsammlerelements (122) an den ersten Zellpol (118) und/oder zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements (104) und des ersten Zellpols (118) umfasst, wobei das mindestens eine erste Anbindungselement (123) in Form einer in Richtung des ersten Zellpols (118) weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des ersten Zellpols (118) weisenden Vorsprungs ausgebildet ist und/oder wobei das mindestens eine erste Anbindungselement (123) stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem ersten Zellpol (118) verbunden ist.
3. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein zweites Strom sammlerelement (124) umfasst, welches mindestens ein zweites Anbindungselement (125) zur Anbindung des zweiten Stromsammler elements (124) an den zweiten Zellpol (120) und/oder zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemischen Elements (104) und des zweiten Zellpols (120) umfasst, wobei das mindestens eine zweite Anbindungs element (125) in Form einer in Richtung des zweiten Zellpols (120) weisenden Wölbung und/oder in Form eines in Richtung des zweiten Zellpols (120) weisenden Vorsprungs ausgebildet ist und/oder wobei das mindestens eine zweite Anbindungselement (125) stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit dem zweiten Zellpol (120) verbunden ist.
4. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das mindestens eine erste Anbindungselement (123) durch Biegen und/oder Ausschneiden, beispielsweise Ausstanzen, gebil det ist und/oder dass das mindestens eine zweite Anbindungselement (125) durch Biegen und/oder Ausschneiden, beispielsweise Ausstanzen, gebildet ist.
5. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein erstes Isolierelement (130) aufweist, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem ersten Zellpol (118) und dem Becherelement (108) bildet und/oder dass die elektrochemische Zelle (100) ein zweites Isolierelement (156) aufweist, welches eine elektrische Trennung und/oder eine elektrische Isolierung zwischen dem zweiten Zellpol (120) und dem Deckelelement (110) bildet.
6. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vergusselement (128) ein erstes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist und/oder dass das zweite Vergusselement (154) ein zweites Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist.
7. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein erstes Isolierelement (130) umfasst, welches ein drittes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist, und/oder dass die elektrochemische Zelle (100) ein zweites Isolierelement (156) umfasst, welches ein viertes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist, wobei vor zugsweise das dritte Polymermaterial und/oder das vierte Polymer material eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen oder daraus gebildet sind: Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Poly propylen, Polybutylenterephthalat.
8. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vergusselement (128) in radialen Richtungen bezüglich einer Mittelachse (132) der elektro chemischen Zelle (100) zwischen dem ersten Zellpol (118) und dem Becherelement (108) angeordnet ist und/oder dass das zweite Vergusselement (154) in radialen Richtungen bezüglich der Mittelachse (132) der elektrochemischen Zelle (100) zwischen dem zweiten Zellpol (120) und dem Deckelelement (110) angeordnet ist.
9. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (110) und/oder das Becherelement (108) eine Berstvorrichtung (140) umfasst, welche einen Berststeg (142) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks in einem Innenraum (116) der elektrochemischen Zelle (100) bricht und/oder reißt.
10. Elektrochemische Zelle (100) nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, dass der Berststeg (142) durch einen linienförmigen Bereich verringerter Materialstärke und/oder durch zwei beidseitig des Deckelelements (110) und/oder des Becherelements (108) in das Deckelement (110) beziehungsweise in das Becherelement (108) eingebrachte Vertiefungen, beispielsweise Prägungen, gebildet ist.
11. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (110) und/oder das Becherelement (108) eine oder mehrere Erhebungen (162) aufweist, welche in einer vom Innenraum (116) weg weisenden Richtung von einem Grundkörper des Deckelelements (110) beziehungsweise des Becherelements (108) weg ragen, wobei die eine oder die mehreren Erhebungen (162) vorzugsweise eine Öffnung zur Aufnahme des zweiten Vergusselements (154) begrenzen.
12. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100), bei spielsweise der zweite Zellpol (120), mindestens ein Umschnappelement (168) umfasst, welches bei einem Übersteigen eines kritischen Drucks und/oder einer kritischen Temperatur im Innenraum (116) der elektro chemischen Zelle (100) von einem Ruhezustand in einen ausgelösten Zustand nach außen umlenkbar ist und/oder umgelenkt wird und so bei spielsweise einen elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten Zellpol (120) und einem zweiten Stromsammlerelement (124) unterbricht und/oder trennt.
13. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zellpol (120) mehrere Funktionsbereiche (172) aufweist, welche durch das zweite Verguss element (154) voneinander getrennt sind, wobei vorzugsweise die mehreren Funktionsbereiche (172) durch eine oder mehrere, insbe sondere umlaufende, Erhebungen (174), beispielsweise Sicken, von- einander getrennt sind, oder wobei die mehreren Funktionsbereiche (172) selbst relativ zu einem Grundkörper als Erhebungen (174) und/oder Plateaus ausgebildet sind.
14. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein einziges Vergusselement (154) umfasst, von welchem der zweite Zellpol (120) oder der erste Zellpol (118) und der zweite Zellpol (120) aufge nommen und/oder umgeben sind.
15. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (100) ein oder mehrere Abstandshalterelemente (182) aufweist, wobei das eine oder eines oder mehrere der Abstandshalterelemente (182) zwischen dem Deckelelement (110) und dem ersten Zellpol (118) angeordnet ist und/oder wobei das eine oder eines oder mehrere der Abstandshalter elemente (182) zwischen dem Deckelelement (110) und dem zweiten Zellpol (120) angeordnet ist.
16. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Stromsammlerelement (122) der elektrochemischen Zelle (100) durch ein erstes Federelement (188), beispielsweise einer Federscheibe, an dem Becherelement (108) ange bunden ist und/oder dass ein zweites Stromsammlerelement (124) der elektrochemischen Zelle (100) durch ein zweites Federelement (190), beispielsweise eine Federscheibe, an dem Deckelelement (110) und/oder dem zweiten Zellpol (120) angebunden ist.
17. Elektrochemische Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische Element (104) zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ist und/oder parallel zur Mittelachse (132) der elektrochemischen Zelle (100) einen Hohlraum (194) aufweist.
18. Elektrochemisches System (102), umfassend eine oder mehrere elektrochemische Zellen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
19. Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle (100), vor zugsweise zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Bereitstellen eines elektrochemischen Elements (104) zur Auf nahme, Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischer Energie; Positionieren des elektrochemischen Elements (104) in einem Gehäuse (106), welches ein Becherelement (108) zur Aufnahme des elektrochemischen Elements (104) und ein Deckelelement (110) zum Abdecken und/oder Verschließen des Becherelements (108) umfasst;
Herstellen eines Vergusselements, insbesondere eines ersten Ver gusselements (128), zur Verbindung des Becherelements (108) mit einem ersten Zellpol (118) und/oder Herstellen eines Vergusselements, insbesondere eines zweiten Vergusselements (154), zur Verbindung des Deckelelements (100) mit einem zweiten Zellpol (120).
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das elektro chemische Element (104) in das Becherelement (108) eingeführt wird und dass anschließend ein erstes Stromsammlerelement (122) der elektrochemischen Zelle (100) mit dem ersten Zellpol (118) verbunden, beispielsweise verschweißt, wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Isolierelement (156), das Deckelelement (110) und der zweite Zellpol (120) gestapelt werden, bevor sie mit einem ersten Harzmaterial und/oder einem zweiten Harzmaterial in einem fließfähigen Zustand miteinander vergossen werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekenn zeichnet, dass das elektrochemische Element (104) durch Aufwickeln auf und/oder um eine Wickelvorrichtung, beispielsweise einen Wickel dorn, hergestellt wird, wodurch insbesondere ein Hohlraum (194) parallel zur Mittelachse (132) der elektrochemischen Zelle (100) gebildet wird.
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