EP4505550A1 - Verfahren zum verschliessen einer batterierundzelle sowie batterierundzelle - Google Patents

Verfahren zum verschliessen einer batterierundzelle sowie batterierundzelle

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Publication number
EP4505550A1
EP4505550A1 EP23713585.0A EP23713585A EP4505550A1 EP 4505550 A1 EP4505550 A1 EP 4505550A1 EP 23713585 A EP23713585 A EP 23713585A EP 4505550 A1 EP4505550 A1 EP 4505550A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
contact plate
battery cell
cover
welding
Prior art date
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Pending
Application number
EP23713585.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Piller
Niclas EMRICH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4505550A1 publication Critical patent/EP4505550A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01M50/559—Terminals adapted for cells having curved cross-section, e.g. round, elliptic or button cells

Definitions

  • the invention relates to a method for closing a round battery cell according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention further relates to a round battery cell according to patent claim 8.
  • Round battery cells have numerous possible applications and are used in particular in traction batteries in motor vehicles. When used in traction batteries and thus for electromobility, it is desirable that the volumetric energy density of the individual round battery cell is particularly high.
  • round battery cells are closed by means of crimping, which represents a joining process in which two components, for example battery housing and cover, are connected to one another by plastic deformation.
  • crimping for example, flanging, squeezing, curling and/or folds are formed.
  • the DE 10 2013 021 203 A1 shows a single cell for a battery.
  • the disadvantage of crimping is that, for example, additional installation space and/or housing material is required for crimping the housing parts.
  • the electrical contacting is carried out with separate contacting elements that exist in addition to a cover plate, which overall negatively influences the volumetric energy density of the round cell.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for closing a round battery cell and a round battery cell, through which the volumetric energy density of the round battery cell can be made particularly high in a particularly advantageous manner.
  • a first aspect of the invention relates to a method for closing a round battery cell.
  • the round battery cell comprises a substantially cylindrical housing, which is closed at one end with a base having a connection element and has an opening at another end.
  • the housing material is, for example, a sheet metal, which can have a coating, for example, and its shape corresponds to a barrel-shaped sleeve with a base.
  • the base can be formed in one piece with the cylindrical lateral surface of the housing.
  • the connection element is in particular a contact for a cathode element of the round battery cell and is used for contacting and is therefore in particular designed in such a way that it passes through the base or is arranged in a particularly centered opening in the base.
  • “Essentially cylindrical” means that slight deviations from a circular base area, which in particular the base has, are possible, for example a slightly elliptical shape can be realized.
  • the method according to the invention comprises several steps.
  • a contact plate is arranged transversely to a rolling direction at one end of a rolling element, which is rolled from a separator element, a cathode element and an anode element and on which a contact element is arranged and / or attached at another end.
  • the contact element is in particular connected to the cathode element.
  • the contacting plate is essentially round or circular, with a diameter, in particular outer diameter, of the contacting plate essentially corresponding to a diameter of the inner and/or outer diameter of the cylindrical housing.
  • the rolling element is called a Swiss roll or in English as a jelly roll because its cross section is reminiscent of a Swiss roll.
  • an insulating film, a thin layer of anode material, a separator layer and a cathode material are usually layered and rolled in order to then be inserted into a particularly hollow cylinder housing, such as the housing can.
  • the rolling element is particularly advantageous for use in rechargeable batteries.
  • the contact plate is welded or welded to the anode element of the rolling element via at least one welding point.
  • the contact plate which is previously arranged in particular flatly transverse to the rolling direction, is fixed to the rolling element.
  • the rolling element is introduced with the contact element first through the opening into the housing.
  • the contact element comes into contact with the connection element, in particular for establishing an electrical contact between the contact element and the connection element and thus between the cathode element and the connection element, and the contact plate comes into contact with the housing at a housing edge or housing area adjacent to the opening.
  • the contact element is arranged at the end of the rolling element opposite the contact plate.
  • the housing edge or the housing area can be arranged on an upper side of the housing, that is to say on the side of the housing opposite the bottom and/or on an inside of the housing.
  • the contact plate is welded to the housing, in particular circumferentially along the housing area or in particular where the contact between the contact plate and the housing is formed.
  • a cover is arranged on the contact plate.
  • the cover is welded to the housing and/or the contact plate.
  • the round contact plate is connected to the anode element at another end, in particular flatly and by means of welding via at least one welding point.
  • the rolling element is then introduced into the housing with the contact element first through the opening, whereby the contact element comes into contact with the connection element and the contact plate comes into contact with the housing at a housing edge or housing area adjacent to the opening.
  • a weld seam is created along the edge of the housing, or where there is contact between the contact plate and the housing pulled.
  • a cover is then arranged on the contact plate and welded to the housing and/or the contact plate.
  • the contact plate is designed in particular in such a way that it can take over part of the lid or a cover plate and thus functions of the lid.
  • the contact plate is made of copper and is welded onto the so-called copper side of the jelly roll, in particular by means of laser welding.
  • the method according to the invention has the advantage that the round battery cell can be closed in a particularly advantageous manner, whereby it can be designed with a particularly high energy density.
  • a further advantage of the method according to the invention is that unnecessary installation space and/or housing material can be saved.
  • the welding is carried out using laser welding or the welding is laser welding.
  • Laser welding or laser beam welding is a welding process in which the energy to melt the components to be welded (e.g. the housing) is supplied via a laser beam. It is particularly suitable for quick welding or for high welding speeds. Furthermore, it is suitable for forming narrow and/or slender weld seams, which means that it can be used particularly advantageously when closing the round battery cell.
  • the contact plate is welded to the housing and the cover is welded to the housing and/or the contact plate together or at the same time.
  • the cover assembly (contact plate, cover) is welded to the housing in one operation.
  • an outer diameter of the cover is smaller than an outer diameter of the contact plate and the cover is welded to the contact plate, in particular all the way around.
  • the cover and the contact plate are particularly centered in relation to each other, so that their Center points overlap.
  • the contact plate when welded to the housing, protrudes below the cover.
  • the cover has a cylindrical jacket element on the circumference, which is placed over the housing on the side of the opening and welded to it, in particular all the way around.
  • the cover itself is designed as a cylinder, with its inner diameter being greater than or equal to the outer diameter of the housing and its height or direction of longitudinal extension being significantly shorter than that of the housing.
  • the contact plate has an outer circumferential area of increased material density, which is melted during welding in such a way that both the cover and the housing are welded to this area.
  • a particularly annular region which is arranged on an outside of the contact plate and is used for welding, is provided.
  • This material area therefore virtually fulfills the function of a welding filler material.
  • the material thickness of the contact plate is selected so that the weld metal, i.e. the contact plate and/or the housing for welding, does not require any additional welding filler materials. This results in the advantage that a weld seam can be designed in a particularly advantageous manner.
  • An additional advantage is that the closing can take place with a particularly small amount of installation space, since three weld metals can be brought together with one weld seam.
  • the contact plate has an outer peripheral area of increased material thickness, which is melted in such a way that the cover is welded to the housing through the area.
  • the contact plate is not welded directly to the housing, but instead welds through the cover onto the contact plate and the cover itself is welded to the housing.
  • a second aspect of the invention relates to a round battery cell with a substantially cylindrical housing, which is closed at one end with a base having a connection element and in which a contact plate is arranged at the other end.
  • a rolling element is arranged in the housing, which is rolled from a separator element, a cathode element and an anode element.
  • the round battery cell is advantageously closed using a method according to the first aspect of the invention.
  • the contact plate has at least one fluid-permeable recess.
  • the contact plate has at least one opening which is permeable to gas and/or electrolyte.
  • the round battery cell is usually filled with an electrolyte, which is particularly in the liquid state under normal conditions or standard conditions.
  • the contact plate has at least two areas of different material thickness, each of the areas being welded to a different component of the round battery cell.
  • Fig. 1 schematic top view of a contact plate, which for
  • FIG. 2 schematic sectional view through the round battery cell with the
  • FIG. 3 schematic sectional view through the round battery cell with a first
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view through the round battery cell with a second embodiment of the cover for closing the round battery cell
  • FIG. 5 shows schematic sectional views through the round battery cell with a second embodiment of the contact plate before and after welding to a third embodiment of the cover;
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view through the round battery cell with a second embodiment of the cover for closing the round battery cell.
  • the round battery cell 2 can, for example, be designed to have a particularly small installation space and thus with a particularly high volumetric energy density.
  • the contact plate 1 has different areas 3, each of which has a different material thickness.
  • the contact plate can have at least one fluid-permeable recess 4.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of the round battery cell 2 in an unlocked state, comprising a housing 5 with a base 6, on which a connection element 7 is arranged and the base 6 closes the particularly cylindrical housing 5 at one end.
  • the process for closing the round battery cell 2 includes several steps:
  • the essentially round contact plate 1 is arranged transversely to the rolling direction at one end of a rolling element 8, which is rolled from a separator element, a cathode element and an anode element.
  • a contact element 9 is arranged, which is connected in particular to the cathode element of the rolling element 8.
  • the contact plate 1 is welded via at least one welding point, represented by a welding point marking 10, to the anode element of the rolling element 8.
  • a third step of the method is carried out, in which the rolling element 8 is introduced with the contact element 9 first through an opening 11 in the housing 5, whereby the contact element 9 comes into contact with the connecting element 7 and the contact plate 1 comes into contact with the housing 5 at a housing edge or housing area 12 adjacent to the opening 11.
  • the positive pole of the round battery cell 2 is essentially provided.
  • At least part of the contact plate 1 provides the negative pole of the round battery cell 2 by being welded to the anode element.
  • the contact plate 1 is welded to the housing 5, in particular all the way around, along the edge of the housing or the housing area 12 and thus where the contact between the contact plate 1 and the housing was created by the penetration of the rolling element 8 into the housing 5.
  • the welding is also represented by a welding point marking 10.
  • a cover 13 is arranged on the contact plate 1.
  • the cover 13 is welded to the housing 5 and/or the contact plate 1, this also being represented by a welding point marking 10. The cover 13 is twisted in particular in the event that a weld seam between the contact plate and the housing 5 is not completely tight.
  • the cover 13 is welded within the contact plate 1, so that an outer diameter of the cover 13 is smaller than an outer diameter of the contact plate 1.
  • the cover 13 is welded to the contact plate 1 in order to close the round battery cell 2.
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of the round battery cell 2 with a further embodiment of the cover 13.
  • the cover 13 is designed so that it is placed over the housing 5 and completely covers the contact plate 1.
  • the cover 13 is welded directly to the housing 5 laterally, as shown by the welding point marking 10. So the cover 13, which has a cylindrical jacket element 14 on the circumference, is welded to the housing 5 after it has been placed over the latter.
  • the difference between the left and right round battery cells 2 shown in FIG. 5 is the condition of welding.
  • the left round battery cell 2 shows the cover 13 unwelded and the right round battery cell 2 shows the cover 13 welded.
  • the contact plate 1 which has an increased material thickness on the outer circumferential region 3, is melted for welding in such a way that both the cover 13 and the housing 5 are connected to this region 3.
  • the respective welding is advantageously carried out as laser welding.
  • Fig. 6 also shows a schematic sectional view of an outer circumferential raised area 3 of the contact plate 1, which is melted in such a way that the cover 13 with the housing 5 passes through the area 3 is welded.
  • the contact plate 1 is, at least initially, not welded to the housing 5, instead it is welded through the cover 13 onto the contact plate 1 and the cover 13 itself is welded to the housing 5 (via the contact plate 1), which makes the round battery cell 2 special, for example can be advantageously closed.
  • the method shown with the various configurations of the cover 13 makes it possible to close the round battery cell 2, with the contact plate 1 also taking over parts of the function of the cover 13 itself and thus enabling a particularly space-saving and/or housing material-saving closure.
  • the contact plate 1 has areas 3 of different material thicknesses, which are optimized for the respective welding processes.
  • the contact plate 1 can have the recesses 4 for gas and electrolyte permeability.
  • the method shows: The rolling element 8, or jelly roll in English, is inserted into the housing 5 so that the contact plate 1 comes to rest on the edge of the housing 5. This contact surface is provided with a particularly circumferential, tight laser weld seam. Since the weld between the contact plate 1 and the rolling element 8 probably cannot always be made gas-tight, the cover 13 is provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer Batterierundzelle (2), mit einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse (5), welches an einem Ende mit einem ein Anschlusselement (7) aufweisenden Boden (6) verschlossen ist, und an einem anderen Ende eine Öffnung (11) aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte: - Anordnen einer Kontaktierplatte (1) an einem Ende eines Rollelements (8); - Verschweißen der Kontaktierplatte (1) über wenigstens einen Schweißpunkt mit dem Anodenelement des Rollelements (8); - Einbringen des Rollelements (8) mit einem Kontaktelement (9) voran durch die Öffnung (11) in das Gehäuse (5), wodurch die Kontaktierplatte (1) mit dem Gehäuse (5) an einem Gehäusebereich (12) in Kontakt tritt; - Verschweißen der Kontaktierplatte (1) mit dem Gehäuse (5) entlang des Gehäusebereichs (12); - Anordnen eines Deckels (13) auf der Kontaktierplatte (1); und - Verschweißen des Deckels (13) mit dem Gehäuse (5) und/oder der Kontaktierplatte (1). Ferner betrifft die Erfindung eine Batterierundzelle (2).

Description

Verfahren zum Verschließen einer Batterierundzelle sowie Batterierundzelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer Batterierundzelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Batterierundzelle gemäß dem Patentanspruch 8.
Batterierundzellen haben zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten und kommen insbesondere auch in Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Bei der Verwendung in Traktionsbatterien und somit für eine Elektromobilität ist es wünschenswert, dass eine volumetrische Energiedichte der einzelnen Batterierundzelle besonders hoch ist.
Gemäß dem Stand der Technik werden Batterierundzellen (kurz: Rundzellen) mittels Crimpens verschlossen, welches ein Fügeverfahren darstellt, bei dem zwei Komponenten, beispielsweise Batteriegehäuse und Deckel, durch plastische Verformung miteinander verbunden werden. Dabei werden beim Crimpen beispielsweise Bördeln, Quetschen, Kräuseln und/oder Falten gebildet. Die DE 10 2013 021 203 A1 zeigt eine Einzelzelle für eine Batterie.
Nachteilig beim Crimpen ist, dass beispielsweise zusätzlicher Bauraum und/oder Gehäusematerial für das Umbördeln der Gehäuseteile benötigt wird. Dabei wird die elektrische Kontaktierung mit separaten Kontaktierelementen ausgeführt, die zusätzlich zu einer Deckplatte existieren, wodurch in Summe die volumetrische Energiedichte der Rundzelle negativ beeinflusst wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Schließen einer Batterierundzelle sowie einer Batterierundzelle bereitzustellen, durch welche auf besonders vorteilhafte Weise die volumetrische Energiedichte der Batterierundzelle besonders hoch ausgebildet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer Batterierundzelle. Die Batterierundzelle umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse, welches an einem Ende mit einem ein Anschlusselement aufweisenden Boden verschlossen ist, und an einem anderen Ende eine Öffnung aufweist. Das Gehäusematerial ist beispielsweise ein Blech, welches beispielsweise eine Beschichtung aufweisen kann, und entspricht in seiner Form einer fassförmigen Hülse mit Boden. Dabei kann der Boden einstückig mit der zylindrischen Mantelfläche des Gehäuses ausgebildet sein. Das Anschlusselement ist insbesondere ein Kontakt für ein Kathodenelement der Batterierundzelle und dient der Kontaktierung und ist daher insbesondere derart ausgebildet, dass es durch den Boden hindurchgeht beziehungsweise in einer insbesondere zentrieten Öffnung des Bodens angeordnet ist. „Im Wesentlichen zylindrisch“ bedeutet, dass leichte Abweichungen von einer kreisförmigen Grundfläche, welche insbesondere der Boden aufweist, möglich sind, so kann beispielsweise eine leicht elliptische Form realisiert sein.
Damit die Batterierundzelle besonders vorteilhaft verschlossen werden kann, sodass beispielsweise Bauraum vorteilhaft eingespart werden kann, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mehrere Schritte. In einem ersten Schritt erfolgt ein Anordnen einer Kontaktierplatte quer zu einer Rollrichtung an einem Ende eines Rollelements, welches aus einem Separatorelement, einem Kathodenelement und einem Anodenelement gerollt ist und an dem an einem anderen Ende ein Kontaktelement angeordnet und/oder befestigt ist. Das Kontaktelement ist insbesondere mit dem Kathodenelement verbunden.
Die Kontaktierplatte ist im Wesentlichen rund beziehungsweise kreisförmig, wobei ein Durchmesser, insbesondere Außendurchmesser, der Kontaktierplatte im Wesentlichen einem Durchmesser dem Innen- und/oder Außendurchmesser des zylindrischen Gehäuses entspricht. Das Rollelement wird als Schweizer-Rolle oder im Englischen als Jelly-Roll bezeichnet, da es im Querschnitt an eine Schweizer-Rolle erinnert. Bei dem Rollelement wird in der Regel eine Isolierfolie, eine dünne Schicht eines Anodenmaterials, eine Separatorschicht und ein Kathodenmaterial geschichtet und gerollt, um im Anschluss in ein insbesondere hohles Zylindergehäuse, wie das Gehäuse, eingesetzt werden zu können. Das Rollelement eignet sich besonders vorteilhaft zur Verwendung in wieder aufladbaren Batterien.
In einem zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Schweißen beziehungsweise Verschweißen der Kontaktierplatte über wenigstens einen Schweißpunkt mit dem Anodenelement des Rollelements. Bei dem Verschweißen wird somit die Kontaktierplatte, welche vorher insbesondere flächig quer zu der Rollrichtung angeordnet ist, an dem Rollelement fixiert.
In einem dritten Schritt erfolgt ein Einbringen des Rollelements mit dem Kontaktelement voran durch die Öffnung in das Gehäuse. Dadurch kommt das Kontaktelement mit dem Anschlusselement in Kontakt, insbesondere zum Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen Kontaktelement und Anschlusselement und somit zwischen Kathodenelement und Anschlusselement, und die Kontaktierplatte tritt mit dem Gehäuse an einem an der Öffnung angrenzenden Gehäuserand beziehungsweise Gehäusebereich in Kontakt. Das Kontaktelement ist an dem der Kontaktierplatte gegenüberliegenden Ende des Rollelements angeordnet. Der Gehäuserand beziehungsweise der Gehäusebereich kann an einer Oberseite des Gehäuses, also an der dem Boden gegenüberliegenden Seite des Gehäuses und/oder an einer Innenseite des Gehäuses angeordnet sein.
In einem vierten Schritt erfolgt ein Verschweißen der Kontaktierplatte mit dem Gehäuse, insbesondere umlaufend entlang des Gehäusebereichs beziehungsweise insbesondere dort, wo der Kontakt zwischen Kontaktierplatte und Gehäuse gebildet ist. In einem fünften Schritt erfolgt ein Anordnen eines Deckels auf der Kontaktierplatte. Schließlich erfolgt in einem sechsten Schritt ein Verschweißen des Deckels mit dem Gehäuse und/oder der Kontaktierplatte.
Mit anderen Worten wird bei dem Verfahren an dem Rollelement, welches stirnseitig an einem Ende das Kontaktelement aufweist, an einem anderen Ende die runde Kontaktierplatte, insbesondere flächig und mittels Schweißens über wenigstens einen Schweißpunkt mit dem Anodenelement verbunden. Im Anschluss wird das Rollelement mit dem Kontaktelement voran durch die Öffnung in das Gehäuse eingebracht, wodurch das Kontaktelement mit dem Anschlusselement in Kontakt kommt und die Kontaktierplatte mit dem Gehäuse an einem der Öffnung angrenzenden Gehäuserand beziehungsweise Gehäusebereich in Kontakt tritt. Entlang des Gehäuserands, beziehungsweise dort wo der Kontakt zwischen Kontaktierplatte und dem Gehäuse besteht, wird eine Schweißnaht gezogen. Im Anschluss wird ein Deckel auf der Kontaktierplatte angeordnet und mit dem Gehäuse und/oder der Kontaktierplatte verschweißt.
Dabei ist die Kontaktierplatte insbesondere derart ausgebildet, dass sie einen Teil des Deckels beziehungsweise einer Deckplatte und somit Funktionen des Deckels übernehmen kann. Insbesondere ist die Kontaktierplatte aus Kupfer ausgebildet und wird auf die sogenannte Kupferseite der Jelly-Roll, insbesondere mittels Laserschweißen aufgeschweißt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders vorteilhafte Weise die Batterierundzelle verschlossen werden kann, wodurch diese insbesondere mit besonders hoher Energiedichte ausgebildet werden kann. So ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass überflüssiger Bauraum und/oder Gehäusematerial eingespart werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Verschweißen mittels Laserschweißen durchgeführt beziehungsweise ist das Verschweißen ein Laserschweißen. Das Laserschweißen oder Laserstrahlschweißen ist ein Schweißverfahren, bei dem die Energiezufuhr zum Schmelzen der zu verschweißenden Komponenten (beispielsweise das Gehäuse) über einen Laserstrahl erfolgt. Es bietet sich vor allem zum schnellen Verschweißen beziehungsweise für hohe Schweißgeschwindigkeit an. Ferner ist es geeignet schmale und/oder schlanke Schweißnähte zu formen, wodurch es besonders vorteilhaft beim Verschließen der Batterierundzelle verwendet werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Verschweißen der Kontaktierplatte mit dem Gehäuse und das Verschweißen des Deckels mit dem Gehäuse und/oder der Kontaktierplatte gemeinsam beziehungsweise zeitgleich. Mit anderen Worten erfolgt die Schweißung von der Deckelbaugruppe (Kontaktierplatte, Deckel) mit dem Gehäuse in einem Arbeitsgang. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren besonders effizient durchgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren besonders schnell durchgeführt werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Außendurchmesser des Deckels kleiner als ein Außendurchmesser der Ko ntaktierp latte und der Deckel wird mit der Kontaktierplatte insbesondere umlaufend verschweißt. Dabei sind der Deckel und die Kontaktierplatte insbesondere zentriert zueinander ausgerichtet, sodass deren Mittelpunkte überlappen. Dadurch ragt die Kontaktierplatte, in am Gehäuse verschweißten Zustand, unterhalb des Deckels aus diesem heraus. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Batterierundzelle besonders bauraumarm ausgebildet werden kann, wodurch die Energiedichte besonders hoch ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Deckel umfangsseitig ein zylinderförmiges Mantelelement auf, welches an der Seite der Öffnung über das Gehäuse gestülpt und mit diesem, insbesondere umlaufend, verschweißt wird. Mit anderen Worten ist der Deckel selbst als Zylinder ausgebildet, wobei sein Innendurchmesser größer oder gleich dem Außendurchmesser des Gehäuses ist und seine Höhe beziehungsweise Längserstreckungsrichtung deutlich kürzer als die des Gehäuses. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Rundzelle aufgrund des Überlapps des zylinderförmigen Mantelelements mit dem Gehäuse derart verschlossen werden kann, dass die Batterierundzelle besonders mechanisch belastbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Kontaktierplatte einen außenumfangsseitigen Bereich erhöhter Materialdichte auf, welcher beim Verschweißen derart geschmolzen wird, dass sowohl der Deckel als auch das Gehäuse mit diesem Bereich verschweißt werden. Mit anderen Worten ist ein insbesondere ringförmiger Bereich, welcher an einer Außenseite der Kontaktierplatte angeordnet ist und für das Verschweißen dient, vorgesehen. Dieser Materialbereich erfüllt somit quasi die Funktion eines Schweißzusatzwerkstoffs. Dabei ist die Materialdicke der Kontaktierplatte so gewählt, dass das Schweißgut, also die Kontaktierplatte und/oder das Gehäuse für das Verschweißen, ohne extra Schweißzusatzwerkstoffe auskommt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Schweißnaht besonders vorteilhaft ausgebildet werden kann. Zusätzlich ist ein Vorteil, dass das Verschließen besonders bauraumarm erfolgen kann, da mit einer Schweißnaht drei Schweißgüter aneinander gebracht werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Kontaktierplatte einen außenumfangsseitigen Bereich erhöhter Materialdicke auf, welcher derart geschmolzen wird, dass durch den Bereich der Deckel mit dem Gehäuse verschweißt wird. Mit anderen Worten wird die Kontaktierplatte nicht direkt an das Gehäuse angeschweißt, stattdessen wird durch den Deckel auf die Kontaktierplatte durchgeschweißt und der Deckel selbst am Gehäuse angeschweißt. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass die Batterierundzelle besonders vorteilhaft verschlossen werden kann. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterierundzelle mit einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse, welches an einem Ende mit einem ein Anschlusselement aufweisenden Boden verschlossen ist und bei dem an einem anderen Ende eine Kontaktierplatte angeordnet ist. In dem Gehäuse ist ein Rollelement angeordnet, welches aus einem Separatorelement, einem Kathodenelement und einem Anodenelement gerollt ist. Die Batterierundzelle ist vorteilhaft mittels eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verschlossen.
Dabei sind Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Kontaktierplatte wenigstens eine fluiddurchlässige Aussparung aus. Mit anderen Worten hat die Kontaktierplatte wenigstens eine Öffnung, welche für Gas und/oder Elektrolyt durchlässig ist. Der Vollständigkeit halber wird hier erwähnt, dass die Batterierundzelle vor dem endgültigen Verschließen in der Regel mit einem Elektrolyten gefüllt wird, welcher insbesondere im flüssigen Aggregatszustand bei Normalbedingungen beziehungsweise Standardbedingungen vorliegt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Kontaktierplatte besonders vorteilhaft einen Kontakt mit dem Anodenelement herstellen kann und gleichzeitig besonders ausfallsicher angeordnet werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Kontaktierplatte wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicher Materialdicke auf, wobei jeder der Bereiche mit einer anderen Komponente der Batterierundzelle verschweißt ist. Mit anderen Worten gibt es beispielsweise einen dicken Bereich der Kontaktierplatte und einen dünnen Bereich der Kontaktierplatte, wobei der dünne Bereich beispielsweise mit dem Anodenelement und der dicke Bereich mit dem Gehäuse verschweißt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders vorteilhafte Weise eine für das Ausbilden der jeweiligen Schweißnaht benötigte Materialmenge durch die Kontaktierplatte bereitgestellt werden kann, ohne dass Schweißzusatzmaterial verwendet werden muss. So kann die Batterierundzelle somit besonders formeffizient ausgebildet werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematische Draufsicht auf eine Kontaktierplatte, welche zum
Verschließen einer Batterierundzelle ausgebildet ist;
Fig. 2 schematische Schnittansicht durch die Batterierundzelle mit der
Kontaktierplatte gemäß Fig. 1;
Fig. 3 schematische Schnittansicht durch die Batterierundzelle mit einer ersten
Ausführungsform eines Deckels zum Verschließen der Batterierundzelle;
Fig. 4 schematische Schnittansicht durch die Batterierundzelle mit einer zweiten Ausführungsform des Deckels zum Verschließen der Batterierundzelle;
Fig. 5 schematische Schnittansichten durch die Batterierundzelle mit einer zweiten Ausführungsform der Kontaktierplatte vor und nach dem Verschweißen mit einer dritten Ausführungsform des Deckels; und
Fig. 6 schematische Schnittansicht durch die Batterierundzelle mit einer zweiten Ausführungsform des Deckels zum Verschließen der Batterierundzelle.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine beispielsweise aus Kupfer gebildete Kontaktierplatte 1 , welche zum Verschließen einer Batterierundzelle 2 und somit bei einem Verfahren zum Verschließen der Batterierundzelle 2 verwendet wird. Anhand der Figuren soll dieses Verfahren gezeigt werden, welches sich besonders vorteilhaft zum Schließen beziehungsweise Verschließen der Batterierundzelle 2 eignet. Mit dem Verfahren kann die Batterierundzelle 2 beispielsweise besonders bauraumarm und somit mit einer besonders hohen volumetrischen Energiedichte ausgebildet werden. Dafür kann es von Vorteil sein, wenn die Kontaktierplatte 1 unterschiedliche Bereiche 3 aufweist, welche jeweils eine andere Materiestärke aufweisen. Ferner kann die Kontaktierplatte wenigstens eine fluiddurchlässige Aussparung 4 aufweisen.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht die Batterierundzelle 2 in einem unverschlossenen Zustand, umfassend ein Gehäuse 5 mit einem Boden 6, an welchem ein Anschlusselement 7 angeordnet ist und der Boden 6 das insbesondere zylinderförmige Gehäuse 5 an einem Ende verschließt.
Das Verfahren zum Verschließen der Batterierundzelle 2 umfasst mehrere Schritte:
In einem ersten Schritt erfolgt ein Anordnen der im Wesentlichen runden Kontaktierplatte 1 quer zur Rollrichtung an einem Ende eines Rollelements 8, welches aus einem Separatorelement, einem Kathodenelement und einem Anodenelement gerollt ist. An dem anderen Ende des Rollelements 8 ist ein Kontaktelement 9 angeordnet, welches insbesondere mit dem Kathodenelement des Rollelements 8 verbunden ist.
In einem zweiten Schritt erfolgt ein Verschweißen der Kontaktierplatte 1 über wenigstens einen Schweißpunkt, dargestellt durch eine Schweißpunktmarkierung 10, mit dem Anodenelement des Rollelements 8.
In der schematischen Schnittansicht der Fig. 2 ist ein dritter Schritt des Verfahrens ausgeführt, bei welchem ein Einbringen des Rollelements 8 mit dem Kontaktelement 9 voran durch eine Öffnung 11 des Gehäuses 5 in selbiges erfolgt, wodurch das Kontaktelement 9 mit dem Anschlusselement 7 in Kontakt kommt und die Kontaktierplatte 1 mit dem Gehäuse 5 an einem an der Öffnung 11 angrenzenden Gehäuserand beziehungsweise Gehäusebereich 12 in Kontakt tritt. Durch das Inkontakttreten des Kontaktelements 9 mit dem Anschlusselement 7 wird quasi der Pluspol der Batterierundzelle 2 bereitgestellt. Zumindest ein Teil der Kontaktierplatte 1 stellt durch das Verschweißen mit dem Anodenelement den Minuspol der Batterierundzelle 2 bereit.
Anhand der schematischen Schnittansicht der Fig. 3 werden nun weiteren Schritte, die Schritte 4 bis 6, des Verfahrens zum Verschließen der Batterierundzelle 2 beschrieben. So erfolgt in dem vierten Schritt das Verschweißen der Kontaktierplatte 1 mit dem Gehäuse 5, insbesondere umlaufend, entlang des Gehäuserands beziehungsweise des Gehäusebereichs 12 und somit dort wo der Kontakt zwischen Kontaktierplatte 1 und Gehäuse durch das Eindringen des Rollelements 8 in das Gehäuse 5 entstanden ist. Dabei ist das Verschweißen ebenfalls durch eine Schweißpunktmarkierung 10 dargestellt. Im fünften Schritt erfolgt nun ein Anordnen eines Deckels 13 auf der Kontaktierplatte 1. Schließlich erfolgt in einem sechsten Schritt das Verschweißen des Deckels 13 mit dem Gehäuse 5 und/oder der Kontaktierplatte 1 , wobei dies ebenfalls durch eine Schweißpunktmarkierung 10 dargestellt ist. Der Deckel 13 wird verwindet insbesondere für den Fall, dass eine Schweißnaht zwischen Kontakierplattel und Gehäuse 5 nicht vollständig dicht sein sollte.
Wie Fig. 3 zeigt, wird der Deckel 13 innerhalb der Kontaktierplatte 1 verschweißt, sodass ein Außendurchmesser des Deckels 13 kleiner ist als ein Außendurchmesser der Kontaktierplatte 1. Der Deckel 13 wird mit der Kontaktierplatte 1 verschweißt, um die Batterierundzelle 2 zu verschließen.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Schnittansicht die Batterierundzelle 2 mit einer weiteren Ausführungsform des Deckels 13. Hier ist der Deckel 13 so ausgebildet, dass er über das Gehäuse 5 gestülpt wird und die Kontaktierplatte 1 komplett überdeckt. Dabei wird der Deckel 13 seitlich, wie durch die Schweißpunktmarkierung 10 dargestellt, direkt mit dem Gehäuse 5 verschweißt. So wird der Deckel 13, welcher umfangseitig ein zylinderförmiges Mantelelement 14 aufweist, mit diesem an dem Gehäuse 5 verschweißt nachdem er über letzteres gestülpt wurde.
Der Unterschied zwischen der linken und der rechten in Fig. 5 dargestellten Batterierundzellen 2, ist der Zustand des Verschweißens. So zeigt die linke Batterierundzelle 2 den Deckel 13 unverschweißt und die rechte Batterierundzelle 2 den Deckel 13 verschweißt. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 wird zum einen die Kontaktierplatte 1 , welche an dem außenumfangseitigen Bereich 3 eine erhöhte Materialdicke aufweist, für das Verschweißen derart geschmolzen, dass sowohl Deckel 13 als auch Gehäuse 5 mit diesem Bereich 3 verbunden werden. Bei dieser Ausführungsform bietet sich insbesondere an, dass das Verschweißen der Kontaktierplatte 1 mit dem Gehäuse 5 und das Verschweißen des Deckels 13 mit dem Gehäuse 5 und/oder der Kontaktierplatte 1 gemeinsam beziehungsweise zeitgleich erfolgen. Dabei ist das jeweilige Verschweißen vorteilhafterweise als Laserschweißen durchgeführt.
Schließlich zeigt die Fig. 6 in einer schematischen Schnittansicht ebenfalls einen außenumfangseitigen erhöhten Bereich 3 der Kontaktierplatte 1 , welche derart geschmolzen wird, dass durch den Bereich 3 der Deckel 13 mit dem Gehäuse 5 verschweißt wird. Mit anderen Worten wird die Kontaktierplatte 1 , zumindest zuerst nicht an das Gehäuse 5 geschweißt, stattdessen wird durch den Deckel 13 auf die Kontaktierplatte 1 durchgeschweißt und der Deckel 13 selbst am Gehäuse 5 (über die Kontaktierplatte 1) angeschweißt, wodurch beispielsweise die Batterierundzelle 2 besonders vorteilhaft geschlossen werden kann.
Durch das gezeigte Verfahren mit den diversen Ausgestaltungen des Deckels 13 wird ein Verschließen der Batterierundzelle 2 ermöglicht, wobei die Kontaktierplatte 1 auch Teile der Funktion des Deckels 13 selbst übernimmt und somit ein besonders Bauraum- und/oder Gehäusematerial sparendes Verschließen ermöglicht.
Die Kontaktierplatte 1 hat Bereiche 3 unterschiedlicher Materialdicke, die auf die jeweiligen Schweißvorgänge optimiert sind. Zudem kann die Kontaktierplatte 1 die Aussparungen 4 aufweisen zur Gas- und Elektrolytdurchlässigkeit. Zusammenfassend zeigt das Verfahren: Das Rollelement 8, im Englischen Jelly-Roll, wird in das Gehäuse 5 eingeführt, sodass die Kontaktierplatte 1 auf dem Rand des Gehäuses 5 zu liegen kommt. Diese Kontaktfläche wird mit einer insbesondere umlaufenden, dichten Laserschweißnaht versehen. Da die Schweißnaht zwischen Kontaktierplatte 1 und Rollelement 8 vermutlich nicht immer gasdicht ausgebildet werden kann, wird der Deckel 13 vorgesehen.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Variante wird innerhalb der Kontaktierplatte 1 verschweißt. In der in Fig. 4 gezeigten Variante wird über das Gehäuse 5 gestülpt und die Kontaktierplatte 1 komplett durch den Deckel 13 überdeckt. In der in Fig. 5 gezeigten Variante ist vorgesehen, dass die Schweißung von Deckelbaugruppe beziehungsweise Gehäuse 5 und Kontaktierplatte in einem Arbeitsgang erfolgt, sodass besonders wenige Schweißnähte vorgesehen werden müssen. In der Fig. 6 gezeigte Varianten werden die Kontaktierplatte 1 aufgeschmolzen, indem durch den Deckel 13 durchgeschweißt wird.
Durch die gezeigten Ausgestaltungen des Verfahrens zum Verschließen der Rundzelle kann auf besonders vorteilhafter weise Bauraum eingespart und somit eine besonders hohe volumetrische Energiedichte der Batterierundzelle 2 erreicht werden. Bezugszeichenliste
Kontaktierplatte
Batterierundzelle
Bereich
Aussparung
Gehäuse
Boden
Anschlusselement
Rundelement
Kontaktelement
Schweißpunktmarkierung
Öffnung
Gehäusebereich
Deckel
Mantelelement

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Verschließen einer Batterierundzelle (2), mit einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse (5), welches an einem Ende mit einem ein Anschlusselement (7) aufweisenden Boden (6) verschlossen ist, und an einem anderen Ende eine Öffnung (11) aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Anordnen einer Kontaktierplatte (1) quer zur Rollrichtung an einem Ende eines Rollelements (8), welches aus einem Separatorelement, einem Kathodenelement und einem Anodenelement gerollt ist, und an dem an einem anderen Ende ein Kontaktelement (9) angeordnet ist;
- Verschweißen der Kontaktierplatte (1) über wenigstens einen Schweißpunkt mit dem Anodenelement des Rollelements (8);
- Einbringen des Rollelements (8) mit dem Kontaktelement (9) voran durch die Öffnung (11) in das Gehäuse (5), wodurch das Kontaktelement (9) mit dem Anschlusselement (7) in Kontakt kommt und die Kontaktierplatte (1) mit dem Gehäuse (5) an einem an der Öffnung (11) angrenzenden Gehäusebereich (12) in Kontakt tritt;
- Verschweißen der Kontaktierplatte (1) mit dem Gehäuse (5) entlang des Gehäusebereichs (12);
- Anordnen eines Deckels (13) auf der Kontaktierplatte (1); und
- Verschweißen des Deckels (13) mit dem Gehäuse (5) und/oder der Kontaktierplatte (1). Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen mittels Laserschweißen durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen der Kontaktierplatte (1) mit dem Gehäuse (5) und das Verschweißen des Deckels (13) mit dem Gehäuse (5) und/oder der Kontaktierplatte (1) gemeinsam erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser des Deckels (13) kleiner als ein Außendurchmesser der Kontaktierplatte (1) ist und der Deckel (13), insbesondere umlaufend, mit der Kontaktierplatte (1) verschweißt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (13) umfangseitig ein zylinderförmiges Mantelelement (14) aufweist, welches bei der Öffnung (11) über das Gehäuse (5) gestülpt und mit diesem, insbesondere umlaufend, verschweißt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierplatte (1) einen außenumfangseitigen Bereich (3) erhöhter Materialdicke aufweist, welcher derart geschmolzen wird, dass sowohl Deckel (13) als auch Gehäuse (5) mit diesem Bereich (3) verschweißt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierplatte (1) einen außenumfangseitigen Bereich (3) erhöhter Materialdicke aufweist, welcher derart geschmolzen wird, dass durch den Bereich (3) der Deckel (13) mit dem Gehäuse (5) verschweißt wird. Batterierundzelle (2) mit einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse (5), welches an einem Ende mit einem ein Anschlusselement (7) aufweisenden Boden (6) verschlossen ist und bei dem an einem anderen Ende eine Kontaktierplatte (1) angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse (5) ein Rollelement (8), welches aus einem Separatorelement, einem Kathodenelement und einem Anodenelement gerollt ist, angeordnet ist und die Batterierundzelle (2) mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche verschlossen ist. Batterierundzelle (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierplatte (1) wenigstens eine fluiddurchlässige Aussparung (4) aufweist. Batterierundzelle (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierplatte (1) wenigstens zwei Bereiche (3) unterschiedlicher Materialdicke aufweist, wobei jeder der Bereich (3) mit einer anderen Komponente der Batterierundzelle (2) verschweißt ist.
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