EP4706120A1 - Verfahren zur herstellung einer batteriezelle - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer batteriezelle

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EP4706120A1
EP4706120A1 EP24720061.1A EP24720061A EP4706120A1 EP 4706120 A1 EP4706120 A1 EP 4706120A1 EP 24720061 A EP24720061 A EP 24720061A EP 4706120 A1 EP4706120 A1 EP 4706120A1
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EP
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coating
housing
housing part
battery cell
cell
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EP24720061.1A
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Piotr Wrzuszczak
Felix Heinrich
Malte SCHULZE
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (10), wobei die Batteriezelle (10) ein Gehäuse aufweist. Die Batteriezelle (10) weist eine im Inneren des Gehäuses angeordnete elektrochemische Zell auf, wobei das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil (12) aufweist. Zumindest auf das erste Gehäuseteil (12) wird eine erste elektrisch isolierende Beschichtung (14) aufgebracht, bevor die elektrochemische Zelle in das Gehäuse eingebracht wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Batteriezellen der in Rede stehenden Art weisen ein Gehäuse auf. In dem Gehäuse ist eine elektrochemische Zelle angeordnet. Dabei besteht regelmäßig die Notwendigkeit, das Gehäuse mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung zu versehen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Gehäuse bzw. ein Gehäuseteil, das Bestandteil des Gehäuses ist, aus einem elektrisch leitenden Material ist, wie beispielsweise einem metallischen Werkstoff. Neben der elektrischen Isolation erfüllen die auf derartige Gehäuse bzw. Gehäuseteile aufgebrachten Beschichtungen regelmäßig auch weitere Funktionen, wie beispielsweise eine mechanische Schutzfunktion und/oder die Funktion einer thermischen Isolierung. Bei der Auswahl einer geeigneten Beschichtung können darüber hinaus noch weitere Aspekte eine Rolle spielen, beispielsweise die Eignung für die Befestigung der Batteriezelle mittels einer Verklebung.
Dabei besteht in der Praxis beim Beschichten der in Rede stehenden Batteriezellen das Problem, dass die Batteriezellen aufgrund der im Inneren der Batteriezelle angeordneten elektrochemischen Zelle temperaturempfindlich sind. Regelmäßig darf die Temperatur der Batteriezelle während des Beschichtungsvorgangs 60 °C nicht überschreiten. Darüber hinaus muss bei der Handhabung der Batteriezelle auf die Vermeidung von elektrizitätsbedingten Unfällen, wie beispielsweise Kurzschlüssen, geachtet werden, da beim Beschichten und einer anschließenden Qualitätskontrolle der Beschichtung eine „scharfe“ Batteriezelle gehandhabt werden muss.
Durch diese Randbedingungen ist die Auswahl der für die Beschichtung infrage kommenden Beschichtungen und Beschichtungsverfahren begrenzt. Dies schränkt die Möglichkeiten, den unterschiedlichen Anforderungen an die Beschichtung gerecht zu werden, ein.
Im Stand der Technik sind daher bereits Verfahren zur Herstellung von Batteriezellen entwickelt worden, um den vielfältigen Anforderungen an Beschichtungen derartiger Batteriezellen besser gerecht werden zu können. So offenbart beispielsweise die DE 102020 111 243 A1 eine Lithium-Ionen-Batterie, deren Gehäuse unterschiedliche Beschichtungen an verschiedenen Flächen aufweist. Dort ist eine thermisch isolierende Beschichtung an Oberflächen des Gehäuses der Batterie angebracht, die bei der geplanten Verwendung der Lithium-Ionen-Batterie an anderen Batterien angrenzen. Dort, wo die Batterie an ein wärmeableitendes Modulgehäuse angrenzt, ist hingegen eine wärmeleitende Beschichtung aufgebracht.
Dadurch soll im Falle eines thermischen Durchgehens der Batterie ermöglicht werden, dass zum einen über bestimmte Flächen Wärme abgeführt werden kann, zum anderen über andere Flächen möglichst wenig Wärmeenergie auf benachbarte Batterien übertragen wird. Beim Aufbringen der einzelnen Beschichtungen besteht jedoch weiterhin das grundlegende Problem der eingeschränkten Beschichtungsmöglichkeiten, die sich aus der elektrochemischen Zelle im Inneren der Batterie ergeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle aufzuzeigen, bei dem die vorstehend beschriebenen Probleme nicht oder zumindest in vermindertem Umfang auftreten, insbesondere wobei eine breitere Auswahl an Beschichtungsverfahren zur Verfügung steht und/oder die Ausführung des Beschichtungsverfahrens und gegebenenfalls einer nachgeschalteten Qualitätskontrolle vereinfacht wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
Das Verfahren sieht vor, dass die Batteriezelle ein Gehäuse aufweist. Dabei handelt es sich bei dem Gehäuse insbesondere um ein starres Gehäuse, ein sogenanntes Hardcase. Das Gehäuse kann in diesem Zusammenhang eine zumindest im wesentlichen quaderförmige Grundform aufweisen. Mit anderen Worten kann es sich bei der Batteriezelle um eine prismatische Batteriezelle handeln. Hierbei weist das Gehäuse insbesondere zwei Flächenseiten und vier Schmalseiten auf, die in Dickenrichtung der Zelle eine wesentlich geringere Erstreckung aufweisen als die Flächenseiten und die Schmalseiten in den anderen Erstreckungsrichtungen der Zelle aufweisen. Die Batteriezelle weist eine im Inneren des Gehäuses angeordnete elektrochemische Zelle auf. Dabei kann es sich bei der elektrochemischen Zelle insbesondere um eine Lithium-Ionen-Zelle handeln. Entsprechend handelt es sich bei der Batteriezelle um eine Sekundärbatterie bzw. einen Akkumulator.
Die Batteriezelle kann ein oder eine Mehrzahl elektrischer Anschlusselement zur elektrischen Kontaktierung jeweils eines Pols der elektrochemischen Zelle aufweisen. Die elektrischen Anschlusselemente können insbesondere an Schmalseiten des Gehäuses angeordnet sein. Insbesondere können zwei Anschlusselemente an einer Schmalseite des Gehäuses oder jeweils ein Anschlusselement an gegenüberliegenden Schmalseiten des Gehäuses angeordnet sein.
Das Gehäuse weist wenigstens ein erstes Gehäuseteil auf. Hierbei ist das erste Gehäuseteil insbesondere aus einem elektrisch leitenden, vorzugsweise aus einem metallischen, Werkstoff.
Die Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, dass zumindest auf das erste Gehäuseteil eine erste elektrisch isolierende Beschichtung aufgebracht wird, bevor die elektrochemische Zelle in das Gehäuse eingebracht wird.
Dadurch, dass die elektrisch isolierende Beschichtung auf das Gehäuseteil aufgebracht wird, bevor die elektrochemische Zelle in das Gehäuse eingebracht wird, wirkt sich das Aufbringen der Beschichtung nicht auf die elektrochemische Zelle aus. Daher ist es beispielsweise im Hinblick auf die elektrochemische Zelle unerheblich, mit welchen Temperaturen das Aufbringen der ersten Beschichtung einhergeht. Auch besteht keinerlei Gefahr, durch elektrische Kurzschlüsse die elektrochemische Zelle zu beschädigen, während die Beschichtung aufgebracht wird.
Insbesondere kann nach dem Aufbringen der ersten Beschichtung zumindest auf das erste Gehäuseteil und vor dem Einbringen der elektrochemischen Zelle in das Gehäuse eine Überprüfung des ersten Gehäuseteils und/oder der ersten Beschichtung, insbesondere zu Qualitätssicherungszwecken, erfolgen. Diese Überprüfung wird dann ebenfalls nicht durch die Anwesenheit einer elektrochemischen Zelle im Inneren des Gehäuses beeinflusst.
Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass es sich bei der ersten Beschichtung um eine elektrochemische Beschichtung, eine Lackierung und/oder eine Pulverbeschichtung handelt. Auf diese Weise können auch Beschichtungen realisiert werden, an die hohe mechanische Anforderungen gestellt werden. Alternativ und/oder ergänzend kann das Verfahren vorsehen, dass es sich bei der ersten Beschichtung um eine Wärmedämmschicht handelt. Derartige Wärmedämmschichten werden auch als „Thermal Barrier Coatings (TBC)“ bezeichnet. Das Verfahren kann vorsehen, dass die Wärmedämmschicht mittels Elektronenstrahlverdampfen (Electron Beam Physical Vapor Deposition, EBPVD), Atmosphärischem Plasmaspritzen (Atmospheric Plasma Spraying, APS), Vakuumplasmaspritzen (Vacuum Plasma Spraying, VPS), Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (High Velocity Oxygen Fuel, HVOF), Elektrostatische Sprühunterstützte Gasphasenabscheidung (Electrostatic Spray-Assisted Vapor Deposition, ESAVD) und/oder Direktdampfabscheidung (Direct Vapor Deposition (DVD) erzeugt wird.
Das Verfahren kann vorsehen, dass nach dem Einbringen der elektrochemischen Zelle in das Gehäuse eine zweite Beschichtung auf das Gehäuse aufgebracht wird. Die zweite Beschichtung kann insbesondere dazu dienen, die elektrische Isolation des Gehäuses an denjenigen Stellen zu vervollständigen, die mittels der ersten Beschichtung nicht und/oder nur unzureichend beschichtet werden konnten.
Die unzureichende und/oder nicht vorhandene Beschichtung kann zum einen daraus resultieren, dass es sich um Bereiche des Gehäuses handelt, die aus technischen Gründen für das Verfahren zum Aufbringen der ersten Beschichtung nicht geeignet waren. Auch kann es sich beispielsweise um Bereiche des Gehäuses handeln, auf die die erste Beschichtung aus Kostengründen nicht aufgebracht worden ist.
So kann es beispielsweise der Fall sein, dass die erste Beschichtung mit höheren Kosten verbunden ist als die zweite Beschichtung, jedoch eine höhere mechanische Widerstandsfähigkeit aufweist. In solchen Fällen ist es sinnvoll, die erste Beschichtung lediglich auf mechanisch besonders belastete Oberflächen des Gehäuses aufzubringen und all diejenigen Flächen, bei denen die zweite Beschichtung ausreichend ist, um die dort gestellten Anforderungen zu erfüllen, mit der zweiten Beschichtung zu beschichten.
Auch können insbesondere diejenigen Teile des Gehäuses, bei denen eine Beschichtung aus technischen Gründen erst nach dem Einbringen der elektrochemischen Zelle in das Gehäuse sinnvoll möglich ist, in vorteilhafter weise mit der zweiten Beschichtung beschichtet werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Übergänge zwischen Gehäuseteilen handeln, die erst im Rahmen des Einbringens der elektrochemischen Zelle in das Gehäuse miteinander verbunden werden. Das Verfahren kann in diesem Zusammenhang vorsehen, dass nach dem Einbringen wenigstens der festen Bestandteile der elektrochemischen Zelle und/oder vor dem Aufbringen der zweiten Beschichtung das Gehäuse der elektrochemischen Zelle durch das Verbinden eines zweiten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil verschlossen wird.
Unter den festen Bestandteilen der elektrochemischen Zelle sind insbesondere die Stromkollektoren, bei denen es sich in der Regel um Metallfolien handelt und die dazu dienen, den elektrischen Strom von den Elektroden aus dem elektrochemisch aktiven Material der Zelle zu den elektrischen Anschlusselementen der Batteriezelle zu leiten, den Elektroden aus dem elektrochemisch aktiven Material der Zelle selbst und/oder einen Separator, der den Anodenraum von dem Kathodenraum trennt, zu verstehen.
Unter den nicht festen Bestandteilen der elektrochemischen Zelle ist insbesondere der Elektrolyt der Zelle bzw. der flüssige Anteil des Elektrolyten der Zelle zu verstehen. Dieser kann gegebenenfalls durch eine separate verschließbare Einfüllöffnung in die ansonsten verschlossene Batteriezelle eingefüllt werden.
Unter dem Verschließen der Batteriezelle ist daher insbesondere zu verstehen, dass die Batteriezelle insoweit verschlossen wird, dass zumindest die festen Bestandteile der elektrochemischen Zelle nicht mehr aus der Batteriezelle entnommen werden können, ohne dass diese wieder geöffnet wird.
Wenn das Verschließen der Batteriezelle vor dem Aufbringen der zweiten Beschichtung erfolgt, bringt dies insbesondere den Vorteil mit sich, dass die Batteriezelle und insbesondere das Gehäuse der Batteriezelle in einem weitgehend fertiggestellten Zustand vorliegt. Das Aufbringen der zweiten Beschichtung kann somit insbesondere dazu dienen, die notwendigen elektrischen Isolationsmaßnahmen am Gehäuse der Batteriezelle zu vervollständigen.
Bei der zweiten Beschichtung kann es sich insbesondere um eine Folie handeln. Folien bieten als Beschichtungsmaterial zum einen den Vorteil, vergleichsweise kostengünstig zu sein, zum anderen können Folien sehr gezielt auf bestimmte Bereiche des Gehäuses der Batteriezelle aufgebracht werden. Hierbei bieten Folien aufgrund ihrer geometrisch bestimmten Form und der daraus resultierenden guten Handhabbarkeit insbesondere den Vorteil, auch solche Stellen von Batteriezellen gut beschichten zu können, die für andere Beschichtungsverfahren schwer zugänglich sind. Darüber hinaus können Folienbeschichtungen problemlos auf Gehäuse von Batteriezellen, in die die elektrochemische Zelle bereits eingebracht ist, aufgebracht werden. Die Stärke der Folie kann insbesondere wenigstens 30 pm und/oder höchst 150 pm betragen.
Alternativ und/oder ergänzend kann es sich bei der zweiten Beschichtung um eine Beschichtung mit einem mehrschichtigen Isolierstoff und/oder einem Kunststoff handeln. Insbesondere können vorgeformte Kunststoffelemente, deren Form insbesondere an den jeweils zu beschichtenden Bereich der Batteriezelle angepasst sein kann, als zweite Beschichtung aufgebracht werden. Die Stärke der Kunststoffelemente kann insbesondere wenigstens 80 pm und/oder höchstens 500 pm betragen.
Der Werkstoff der Folie und/oder des Kunststoffelements kann Polyester (PET), Polyamid (PA), Polypropylen (PP) und/oder eine Kombination der vorstehenden Kunststoffe sein.
Das Gehäuse, insbesondere das erste Gehäuseteil, kann eine Wandstärke von wenigstens 300 pm und/oder höchstens 1000 pm aufweisen. Es hat sich im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren gezeigt, dass Wandstärken, die in diesem Bereich liegen, zum einen zu Gehäusen führen, die eine hinreichende Stabilität, insbesondere im Zusammenspiel mit der aufgebrachten aufweisen. Zum anderen ist es vorteilhaft, eine gewisse Wandstärke aus Kosten- und Gewichtsgründen nicht zu überschreiten. Insbesondere durch die Möglichkeit, mittels der vor dem Einbringen der elektrochemischen Zelle vorgenommenen ersten Beschichtung eine erhöhte mechanische Widerstandsfähigkeit der Batteriezelle herbeizuführen, können die mechanischen Anforderungen an das Gehäuse selbst, insbesondere an das erste Gehäuseteil, gesenkt werden. In Konsequenz ermöglicht das Verfahren somit auch eine Gewichtsersparnis bei der Batteriezelle.
Bei dem ersten Gehäuseteil kann sich um ein Gehäuseteil, dass zwei einander gegenüberliegende Seiten der Batteriezelle miteinander verbindet, handeln. Ein derartiges Gehäuseteil kann insbesondere eine zylindermantelförmige Gestalt aufweisen. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Zylinderform mit einem rechteckigen Querschnitt, alternativ aber auch um eine Zylinderform mit einem kreisförmigen Querschnitt handeln.
Das erste Gehäuseteil kann insbesondere die beiden Flächenseiten und zwei gegenüberliegende Schmalseiten einer, zumindest im Wesentlichen, quaderförmigen Grundform der Batteriezelle, zumindest zum überwiegenden Teil, ausbilden. Bei den durch das erste Gehäuseteil verbundenen Seiten der Batteriezellen kann es sich insbesondere um die Seiten der Batteriezellen handeln, an denen die elektrischen Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Pole der elektrochemischen Zelle der Batteriezelle angeordnet sind.
Bei einem derartigen zylindermantelförmigen Gehäuseteil handelt es sich um ein Gehäuseteil, das einen vergleichsweise großen Teil der Oberfläche der Batteriezelle bereitstellt. Darüber hinaus handelt es sich um ein Gehäuseteil, das mit einem verhältnismäßig geringen Anteil an Komplikationen im Hinblick auf die Eignung der zu beschichtenden Flächen für das Aufbringen der ersten Beschichtung verbunden ist.
Alternativ und/oder ergänzend kann es sich bei dem ersten Gehäuseteil um ein Gehäuseteil, dass eine becherförmige Gestalt aufweist, handeln. Entsprechend handelt es sich insbesondere um ein Gehäuseteil, dass zwei Flächenseiten und drei Schmalseiten des Gehäuses einer Batteriezelle, die eine, zumindest im Wesentlichen, quaderförmige Grundform aufweist, zumindest zum überwiegenden Teil ausbildet.
Ein derartiges becherförmiges Gehäuseteil weist insbesondere eine offene Seite auf, durch die die elektrochemische Zelle einbringbar ist. Das Verfahren sieht insbesondere vor, dass das erste Gehäuseteil durch das Verbinden mit einem zweiten Gehäuseteil, welches diese Seite des Gehäuses ausbildet, verschlossen wird.
Bei einem derartigen becherförmigen Gehäuseteil handelt es sich um ein Gehäuseteil, das einen vergleichsweise großen Teil der Oberfläche der Batteriezelle bereitstellt. Darüber hinaus handelt es sich um ein Gehäuseteil, das mit einem verhältnismäßig geringen Anteil an Komplikationen im Hinblick auf die Eignung der zu beschichtenden Flächen für das Aufbringen der ersten Beschichtung verbunden ist.
Bei dem zweiten Gehäuseteil kann es sich insbesondere um ein Gehäuseteil handeln, dass eine von zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Batteriezelle ausbildet. Das Gehäuseteil kann, zumindest im Wesentlichen, flächig gestaltet sein. Das zweite Gehäuseteil bildet insbesondere eine von denjenigen einander gegenüberliegenden Seiten der Batteriezelle aus, an der wenigstens ein elektrisches Anschlusselement zur elektrischen Kontaktierung eines Pols der elektrochemischen Zelle der Batteriezelle angeordnet ist.
Entsprechend kann das zweite Gehäuseteil insbesondere ein oder zwei elektrische
Anschlusselemente aufweisen. Ein zweites Gehäuseteil mit zwei elektrischen
Anschlusselementen findet insbesondere in Verbindung mit einem becherförmig gestalteten ersten Gehäuseteil Verwendung. Ein zweites Gehäuseteil mit einem elektrischen Anschlusselement findet insbesondere mit einem zylindrisch gestalteten ersten Gehäuseteil, insbesondere in Verbindung mit einem weiteren zweiten Gehäuseteil mit einem elektrischen Anschlusselement, Verwendung. Das weitere zweite Gehäuseteil bildet in diesem Fall insbesondere die dem zweiten Gehäuseteil gegenüberliegende Seite der Batteriezelle aus.
Das Verfahren kann vorsehen, dass die erste Beschichtung und/oder die zweite Beschichtung eine Dicke von wenigstens 50 pm und/oder höchstens 300 pm aufweist. Es hat sich gezeigt, dass Beschichtungen in diesem Dickenbereich besonders gut geeignet sind, um zum einen hinreichend mechanisch widerstandsfähige Beschichtungen ohne einem übermäßigen Verbrauch von Beschichtungsmaterial bereitzustellen.
Die zweite Beschichtung kann auf einen Bereich der Oberfläche des Gehäuses aufgebracht werden, der wenigstens einen Teilbereich der Oberfläche des zweiten Gehäuseteils umfasst. Dies ist vor dem Hintergrund vorteilhaft, dass auf das erste Gehäuseteil bereits die erste Beschichtung aufgebracht ist. Von daher ist es vorteilhaft, die zweite Beschichtung primär zu dem Schutz, insbesondere zur elektrischen Isolation, des zweiten Gehäuseteils zu nutzen.
Hierbei kann sich die zweite Beschichtung allerdings ebenfalls über das erste Gehäuseteil erstrecken, insbesondere kann sich die zweite Beschichtung auch über Bereiche des ersten Gehäuseteils, die bereits mit der ersten Beschichtung beschichtet sind, erstrecken. Auf diese Weise kann zum einen eine lokale Verstärkung der Beschichtung an bestimmten Stellen herbeigeführt werden, zum anderen kann eine durchgehende elektrische Isolierung, insbesondere an den Übergängen zwischen der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung, herbeigeführt werden, indem sich beide Beschichtungen dort, wo sie aneinander angrenzen, überlappen.
Der Bereich der Oberfläche des Gehäuses, auf den die zweite Beschichtung aufgebracht wird, kann insbesondere wenigstens einen Teilbereich einer Verbindung des zweiten Gehäuseteils mit dem ersten Gehäuseteil umfassen. Alternativ und/oder ergänzend kann der Bereich der Oberfläche des Gehäuses, auf den die zweite Beschichtung aufgebracht wird, wenigstens einen Teilbereich einer Verbindung des zweiten Gehäuseteils mit einem elektrischen Anschlusselement zur elektrischen Kontaktierung eines Pols der elektrochemischen Zelle umfassen. Derartige Verbindungsbereiche zwischen Gehäuseteilen bzw. zwischen Gehäuseteilen und elektrischem Anschlusselementen können in besonders vorteilhafter Weise erst nach dem weitestgehend abgeschlossenen Zusammenbau der Batteriezelle beschichtet werden. Dies liegt insbesondere daran, dass die entsprechenden Verbindungen erst im Rahmen des Zusammenbaus zustande kommen bzw. zuvor aufgebrachte Beschichtungen durch das Zustandekommen der Verbindung beeinträchtigt oder gar zerstört würden.
Letzteres ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Gehäuseteile miteinander verschweißt werden oder elektrische Anschlusselemente an Gehäuseteile angeschweißt werden. Eine zuvor aufgebrachte Beschichtung wird üblicherweise im Bereich der Schweißnaht beschädigt bzw. zerstört, sodass das nachträgliche Aufbringen der zweiten Beschichtung nach der Verschweißung insbesondere in derartigen Bereichen vorteilhaft ist.
In vorteilhafter Weise können eine Mehrzahl nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Batteriezellen zu einem Batteriemodul zusammengefasst werden. Durch das vorstehend beschriebene Verfahren können die Beschichtungen der Batteriezellen optimiert werden. Auf diese Weise können Batteriezellen hergestellt werden, die sich aufgrund der optimierten Beschichtungen besonders gut dazu eignen, insbesondere zu Batteriestapeln zusammengefasst und mechanisch miteinander verbunden zu werden. Auch ermöglichen die verbesserten elektrischen Isolationen der Batteriezelle, die sich mittels der Beschichtungen realisieren lassen, das Zusammenschalten einer Vielzahl Batteriezellen mit den hierbei entsprechend auftretenden hohen Spannungen und/oder Strömen.
Die mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten Batteriezellen und/oder aus diesen Batteriezellen hergestellte Batteriemodule, die eine Mehrzahl nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Batteriezellen enthalten, können in vorteilhafter weise zur Versorgung elektrischer Antriebe von elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen mit elektrischer Energie genutzt werden.
An die Antriebe elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge werden hohe Leistungsanforderungen gestellt. Darüber hinaus bestehen an die Batterien hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Lebensdauer und ihrem Schutz vor Umwelteinflüssen. Auch bestehen hohe Sicherheitsanforderungen, um, beispielsweise im Falle eines thermischen Durchgehens, die Gefährdung der Insassen des Kraftfahrzeugs zu minimieren. All diese Ziele können durch verbesserte Beschichtungen der einzelnen Batteriezellen besser erreicht werden, als mit den nach dem Stand der Technik bekannten Batteriezellen bzw. den Verfahren zu ihrer Herstellung.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Batteriezelle nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Das in Figur 1 dargestellte Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle 10 geht von einem in Figur 1A dargestellten ersten Gehäuseteil 12 aus. Auf das erste Gehäuseteil 12 wird zunächst eine erste elektrisch isolierende Beschichtung 14 aufgebracht. Das Ergebnis des Aufbringens der ersten Beschichtung 14 auf das erste Gehäuseteil 12 ist in Figur 1B dargestellt.
Im Falle des ersten Ausführungsbeispiels, das in Figur 1 dargestellt ist, ist das erste Gehäuseteil 12 becherförmig gestaltet und bildet die beiden Flächenseiten 16 sowie drei Schmalseiten 18 der zumindest im wesentlichen quaderförmigen Grundform der beispielhaften prismatischen Batteriezelle 10 aus.
In das mit der ersten Beschichtung 14 versehene erste Gehäuseteil 12 wird die elektrochemische Zelle eingebracht und das Gehäuse der Batteriezelle 10 wird durch das Verbinden eines zweiten Gehäuseteils 20 mit dem ersten Gehäuseteil 12 verschlossen. Das zweite Gehäuseteil kann wie im gezeigten Beispiel flächig gestaltet sein und zwei elektrische Anschlusselemente 22 zum Kontaktieren jeweils eines Poles der im Inneren der Batteriezelle 10 angeordneten elektrochemischen Zelle umfassen. Die resultierende Batteriezelle 10 ist in Figur 1C dargestellt.
In Figur 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel dargestellt. Das dort in Figur 2A dargestellte erste Gehäuseteil 12 weist eine zylindermantelförmige Grundform mit rechteckigem Querschnitt auf. Durch das erste Gehäuseteil 12 werden die Flächenseiten 16 sowie zwei gegenüberliegende Schmalseiten 18 der quaderförmigen Grundform der resultierenden prismatischen Batteriezelle 10 gebildet. Auf das in Figur 2A dargestellte erste Gehäuseteil 12 wird zunächst die erste Beschichtung 14 aufgebracht. Das erste Gehäuseteil 12 mit aufgebrachter erste Beschichtung 14 ist in Figur 2B dargestellt.
Nach dem Aufbringen der ersten Beschichtung 14 auf das erste Gehäuseteil 12 wird die elektrochemische Zelle in das erste Gehäuseteil 12 eingebracht. Wie im gezeigten Beispiel kann das Verfahren vorsehen, dass das erste Gehäuseteil 12 mit zwei zweiten Gehäuseteilen 20 verbunden und dadurch verschlossen wird. Das Ergebnis ist in Figur 20 dargestellt.
Die zweiten Gehäuseteile 20 können wie im gezeigten Beispiel jeweils eine Schmalseite 18 der, zumindest im Wesentlichen, quaderförmigen Grundform der beispielhaften Batteriezelle 10 ausbilden. Weiter können die zweiten Gehäuseteile 20 jeweils ein elektrisches Anschlusselement 22 zur elektrischen Kontaktierung jeweils eines Poles der elektrochemischen Zelle aufweisen.
Auf die in Figur 2C abgebildete Batteriezelle 10 kann in einem weiteren Verfahrensschritt eine zweite Beschichtung 24 aufgebracht werden. Wie in dem gezeigten Beispiel kann die zweite Beschichtung 24 auf Bereiche der Oberfläche des Gehäuses der Batteriezelle 10 aufgebracht werden, die die Verbindungen der zweiten Gehäuseteile 20 mit dem ersten Gehäuseteil 12 und die Verbindung der zweiten Gehäuseteile 20 mit den elektrischen Anschlusselementen 22 umfassen. Dabei können wie im gezeigten Beispiel die erste Beschichtung 14 und zweite Beschichtung 24 in dem Bereich, an dem die Beschichtungen 14 und 24 aneinander angrenzen, überlappen. Die Batteriezelle 10 mit aufgebrachter zweiter Beschichtung 24 ist in Figur 2D dargestellt.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden. Bezugszeichenliste Batteriezelle erstes Gehäuseteil erste Beschichtung Flächenseite Schmalseite zweites Gehäuseteil elektrisches Anschlusselement zweite Beschichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (10), wobei die Batteriezelle (10) ein Gehäuse aufweist, wobei die Batteriezelle (10) eine im Inneren des Gehäuses angeordnete elektrochemische Zelle aufweist, wobei das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf das erste Gehäuseteil (12) eine erste elektrisch isolierende Beschichtung (14) aufgebracht wird, bevor die elektrochemische Zelle in das Gehäuse eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Beschichtung (14) um eine elektrochemische Beschichtung, eine Lackierung und/der eine Pulverbeschichtung handelt
3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen der elektrochemischen Zelle in das Gehäuse eine zweite Beschichtung (24) auf das Gehäuse aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen wenigstens der festen Bestandteile der elektrochemischen Zelle und/oder vor dem Aufbringen der zweiten Beschichtung (24) das Gehäuse der elektrochemischen Zelle durch das Verbinden eines zweiten Gehäuseteils (20) mit dem ersten Gehäuseteil (12) verschlossen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zweiten Beschichtung (24) um eine Folie handelt
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse, insbesondere das erste Gehäuseteil (12), eine Wandstärke von wenigstens 300 pm und/oder höchstens 1000 pm aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Gehäuseteil (12) um ein, insbesondere zylindermantelförmiges, Gehäuseteil, das zwei einander gegenüberliegende Seiten der Batteriezelle (10), an denen insbesondere die die elektrischen Anschlusselemente (22) zur elektrischen Kontaktierung der Pole der elektrochemischen Zelle der Batteriezelle (10) angeordnet sind, miteinander verbindet, und/oder ein Gehäuseteil, dass eine becherförmige Gestalt aufweist, handeln.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Gehäuseteil (20) um ein, insbesondere flächiges, Gehäuseteil, das eine von zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Batteriezelle (10), an der wenigstens ein elektrisches Anschlusselement (22) zur elektrischen Kontaktierung eines Pols der elektrochemischen Zelle der Batteriezelle (10) angeordnet ist, ausbildet, handelt.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtung (14) und/oder die zweite Beschichtung (24) eine Dicke von wenigstens 50 pm und/oder höchstens 300 pm aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beschichtung (24) auf einem Bereich der Oberfläche des Gehäuses aufgebracht wird, der wenigstens einen Teilbereich der Oberfläche des zweiten Gehäuseteils (20) umfasst, insbesondere wobei der Bereich wenigstens einen Teilbereich einer Verbindung des zweiten Gehäuseteils (20) mit dem ersten Gehäuseteil (12) und/oder einer Verbindung des zweiten Gehäuseteils (20) mit einem elektrischen Anschlusselement (22) zur elektrischen Kontaktierung eines Pols der elektrochemischen Zelle umfasst.
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