WO2009103520A1 - Einzelzelle für eine batterie und verfahren zur herstellung einer einzelzelle für eine batterie - Google Patents

Einzelzelle für eine batterie und verfahren zur herstellung einer einzelzelle für eine batterie Download PDF

Info

Publication number
WO2009103520A1
WO2009103520A1 PCT/EP2009/001172 EP2009001172W WO2009103520A1 WO 2009103520 A1 WO2009103520 A1 WO 2009103520A1 EP 2009001172 W EP2009001172 W EP 2009001172W WO 2009103520 A1 WO2009103520 A1 WO 2009103520A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
frame
side walls
housing side
single cell
cell
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/001172
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Meintschel
Dirk Schröter
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
Publication of WO2009103520A1 publication Critical patent/WO2009103520A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/545—Terminals formed by the casing of the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/121—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a single cell for a battery according to the preamble of claim 1 and to a method for producing a single cell for a battery according to the preamble of claim 12.
  • high-voltage batteries z.
  • lithium-ion batteries known for vehicle applications, which are constructed in particular of several electrically connected in series and / or parallel single cells.
  • the electrical contacts, d. H. a plus and a minus pole be placed directly on against each other electrically insulated parts of the housing.
  • a single cell in particular a flat cell, for a battery with an electrode stack arranged within a cell housing.
  • the cell housing has two housing side walls lying opposite one another and electrically insulating frames arranged between them.
  • the electrical contacting of the electrode stack takes place directly to the opposite housing side walls, in particular flat sides, of the cell housing.
  • Stromabieiterfahen one polarity are directly connected to a housing side wall, preferably a flat side.
  • the housing side walls are for protection against entry of foreign substances in the housing or a discharge of electrolyte from the housing in particular by bonding with this materially connected.
  • the invention is therefore based on the object to provide an improved single cell for a battery, which overcomes in particular the disadvantages indicated in the prior art and is simple and inexpensive to produce.
  • the object is achieved by the features specified in claim 1.
  • the object is achieved by the features specified in claim 12.
  • the single cell according to the invention for a battery comprises an electrode stack arranged within a cell housing, wherein the cell housing has two electrically conductive housing side walls and an edge arranged peripherally and electrically insulating frame and pole contacts of the electrode stack electrically conductive with the Housing side walls are connected.
  • the housing side walls and the frame are welded together. This welding allows advantageously with low material and cost and without the use of additional materials sealing the cell housing, which is mechanically stable and durable.
  • the frame is preferably formed from a thermoplastic and, in a meaningful continuation of the invention, has at least one completely circumferential frame web in a region of the weld.
  • the frame in the method of manufacturing the single cell, it is possible to melt the frame at least partially or the frame land completely surrounding the frame in a region of the weld during a welding operation and to press the housing side walls and the frame. After cooling, the housing side walls are material, force and form-fitting connected to the frame. Since the welding operation and the subsequent cooling can be carried out in a small amount of time, the throughput times of the individual cells during production can be reduced to a minimum, so that a cost saving and a higher productivity can be achieved.
  • the housing side walls are at least chemically and / or mechanically pretreated in the region of the weld, resulting in a further improved connection of the housing side walls to the frame.
  • the housing side walls in a region outside the weld on a corrosion-resistant layer, which is preferably formed from a thermoplastic. This is a protection of the housing side walls against corrosion, for example, caused by contact with an electrolyte ensured.
  • the housing side walls by means of connecting elements force and / or positively secured to the frame according to an embodiment of the invention.
  • the connecting elements are in particular rivets
  • the frame at least peripherally embracing flag-like extensions of the housing side walls and / or molded onto the frame holding elements.
  • the electrode stack arranged in the cell housing is formed from individual electrodes, preferably electrode foils.
  • an edge region of the respective electrode foil guided to the outside of the electrode stack is used as a current drain plume, whereby a complex contacting of electrode foil and current drain plume is dispensed with.
  • this type of contacting is very safe against at least many, especially external influences such as shock or vibration.
  • the Stromabieiterfahen one polarity are combined to each pole contact of the electrode stack and welded directly to the housing side wall and / or pressed. Due to the proposed contacting of the pole contacts with the housing side walls, these can be led out from the interior of the individual cell without elaborate sealing measures.
  • the housing side walls during the welding process in an area outside the weld cooled so that a heat input into the interior of the cell housing and thus damage to the electrode stack are avoided.
  • FIG. 1 is a schematic exploded view of a single cell designed as a frame flat cell
  • FIG. 2 schematically shows a perspective view of the single cell according to FIG. 1 and a welding device
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the single cell and the welding apparatus according to FIG. 4, 4 schematically shows a perspective view of the single cell according to FIG. 1 and a welding device during a welding process,
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of the single cell and the welding device during the welding process according to FIG. 6,
  • Fig. 6 shows schematically a perspective view of a frame with a completely circumferential frame web
  • Fig. 7 shows schematically an enlargement of a portion of the frame according to Figure 2 in a sectional view.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a single cell 1 designed as a frame flat cell.
  • the individual cell 1 comprises an electrode stack 2 arranged in a cell housing, wherein the cell housing has two electrically conductive housing side walls 3, in particular flat sides, and a frame 4 which is arranged peripherally and runs around the edge and electrically insulating.
  • the electrode stack 2 is formed, in particular, from electrode foils, not illustrated in detail, wherein electrode foils of different polarity, in particular aluminum and / or copper foils and / or foils of a metal alloy, are stacked on top of one another in a middle region of the electrode stack 2 and are not further closer Separators shown, in particular a Separatorfolie, are electrically isolated from each other.
  • electrode foils of different polarity in particular aluminum and / or copper foils and / or foils of a metal alloy
  • the Stromabieiterfahen 2.1 In an over the central region of the electrode stack 2 protruding edge region of the electrode films, the Stromabieiterfahen 2.1, electrode films of the same polarity are electrically connected together.
  • the Stromabieiterfahnen be 2.1 electrically conductive pressed together and / or welded and form the pole contacts P of the electrode stack. 2
  • the frame 4 which surrounds the edge of the electrode stack 2 has two mutually spaced, opposing material returns 3.4, which are designed such that the pole contacts P formed from the current discharge lugs 2.1 can be arranged in the material returns 3.1.
  • the clear height of the material returns 3.1 is in particular designed so that it corresponds to the corresponding extent of the unaffected superposed stacked Stromableiter- flags 2.1 or less than this.
  • the depth of the material returns 3.1 corresponds to the corresponding extent of Stromabieiterfahen 2.1 or is designed to be larger than this.
  • the pole contacts P of different polarity formed from the Stromabieiterfahen 2.1 are electrically isolated from each other, so that can be dispensed with in an advantageous manner to additional arrangements for electrical insulation.
  • the housing side walls 3 and the frame 4 are welded together in a welding process.
  • Welding device 5 the housing side walls 3 and the frame 4 are at least partially heated and pressed together according to the method for producing the single cell.
  • the welding device 5 is formed from a lower heating element 5.1 and an upper heating element 5.2, which each have an edge-circumferential, web-like strip 5.11, 5.21.
  • the housing side walls 3 and thus by heat conduction of the frame 4 of the arranged between the lower and the upper heating element 5.1, 5.2 single cell heated so that the frame 4 at least partially melts.
  • the frame 4 is formed for this purpose according to an advantageous embodiment of the invention of a thermoplastic, such as polypropylene.
  • a force Fp is exerted perpendicular to the housing side walls 3 by means of the heating elements 5.1, 5.2, so that they are pressed together with the frame 4.
  • the frame 4 and the housing side walls 3 form a cohesive connection, so that the cell housing is made tight and thus the electrode stack 2 from penetrating particles, moisture and mechanical influences and an environment of the single cell 1 before exiting substances, such as electrolyte, protects.
  • the surface of the material is the Roughened housing side walls, so that a more stable connection of the frame 4 is achieved.
  • the inner and outer dimensions of the strips 5.11, 5.21 preferably correspond in particular to the inner and outer dimensions of the frame 4, so that during the welding process only the joint areas of
  • Housing side walls 3 are heated, which are to be welded to the frame 4.
  • areas of the cell side side walls 3, which are located outside the weld are located outside the weld, according to an embodiment of the invention.
  • H Areas whose outer dimensions are limited by the joint areas, additionally cooled. This cooling can be carried out, for example, by means of non-illustrated cooling jaws, which are placed on the respective areas of the housing side walls 3 during the welding process.
  • the pole contacts P formed from the current discharge tabs 2.1 are pressed against the insides of the housing side walls 3 so that an electrical potential of the pole contacts P is applied to the housing side walls 3, which are electrically insulated from one another by means of the frame 6 ,
  • the invention can between the pole contacts, which z. B. made of copper, and the Housing side walls 3, which z. B. made of aluminum, in addition a film not shown, which z. B. made of nickel, are introduced in order to achieve an improved electrical connection between the pole contacts P and the housing side walls 3.
  • a corrosion-resistant layer which z. B. is formed from a thermoplastic applied.
  • the regions of the electrical connection are not made with the corrosion-resistant layer.
  • the corrosion resistant layer protects housing sidewalls 3 from corrosion caused, for example, by contact with the electrolyte. As a result, caused by the corrosion deterioration of the electrical properties of the single cell 1 and a mechanical destruction of these are effectively avoided.
  • Figures 6 and 7 show a further embodiment of the invention, in which the frame 4 has a completely circumferential frame web 4.2 in the joint area.
  • This embodiment of the invention has the advantage that in the welding process only the frame web 4.2 must be melted, which can be carried out by the smaller amount of the material to be melted in a shorter period of time and / or with a lower heat input.
  • the resulting energy savings per single cell 1 derive cost advantages in the production.
  • the frame 4 may alternatively have a plurality of frame webs 4.2, so that the frame 4 and the housing side walls 3 are positively connected, for example, over larger joining areas.
  • the housing side walls 3 are additionally fixed by means of connecting elements non-positively and / or positively to the frame 4 in order to achieve a further increase in the stability of the connection between the housing side walls 3 and the frame 4.
  • the connecting elements are in particular rivets, the frame at least peripherally embracing flag-like extensions of the housing side walls 3 and / or formed on the frame holding elements.
  • the housing side walls 3 and / or the frame 4 preferably not shown in detail, corresponding to the respective connecting elements forms or recesses.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle (1) für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel (2), wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände (3) und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen (4) aufweist und Polkontakte (P) des Elektrodenstapels (2) elektrisch leitend mit den Gehäuseseitenwänden (3) verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die Gehäuseseitenwände (3) und der Rahmen (4) miteinander verschweißt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle (1) für eine Batterie.

Description

Daimler AG
Einzelzelle für eine Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle für eine Batterie
Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle für eine Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Nach dem Stand der Technik sind Hochvolt-Batterien, z. B. Lithium-Ionen-Batterien, für Fahrzeuganwendungen bekannt, die insbesondere aus mehreren elektrisch in Reihe und/oder parallel verschalteten Einzelzellen aufgebaut sind. Dabei können bei bipolaren Einzelzellen die elektrischen Kontakte, d. h. ein Plus- und ein Minuspol, direkt auf gegeneinander elektrisch isolierte Teile des Gehäuses gelegt sein.
Aus der P810600 (Amtl. Az. 10 2007 063 181.4) ist eine Einzelzelle, insbesondere eine Flachzelle, für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel bekannt. Das Zellengehäuse weist zwei sich gegenüberliegende Gehäuseseitenwände sowie zwischen diesen angeordneten, elektrisch isolierende Rahmen auf. Die elektrische Kontaktierung des Elektrodenstapels erfolgt direkt zu den gegenüberliegen Gehäuseseitenwänden, insbesondere Flachseiten, des Zellengehäuses. Auf diese Weise sind Stromabieiterfahnen einer Polarität direkt mit einer Gehäuseseitenwand, vorzugsweise einer Flachseite verbunden. Die Gehäuseseitenwände sind zu einem Schutz vor einem Eintrag von Fremdstoffen in das Gehäuse bzw. einem Austrag von Elektrolyt aus dem Gehäuse insbesondere durch Verklebung mit diesem stoffschlüssig verbunden.
Nachteilig ist jedoch, dass derartige Verklebungen von Metallen und einem Kunststoff lediglich eine geringe Haltbarkeit aufweisen. Weiterhin müssen Fügebereiche, an welchen die Verklebung mittels eines Klebstoffes realisiert wird, aufwändig und somit zeit- und kostenintensiv vorbehandelt werden. Die Durchlaufzeit der Einzelzellen im Fertigungsprozess wird weiterhin durch eine Aushärtezeit des Klebstoffes verlängert. Auch entstehen durch den Klebstoff selbst erhöhte Materialkosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einzelzelle für eine Batterie anzugeben, welche insbesondere die im Stand der Technik angegebenen Nachteile überwindet und einfach sowie kostengünstig herstellbar ist.
Hinsichtlich der Einzelzelle wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 12 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Einzelzelle für eine Batterie umfasst einen innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel, wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen aufweist und Polkontakte des Elektrodenstapels elektrisch leitend mit den Gehäuseseitenwänden verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die Gehäuseseitenwände und der Rahmen miteinander verschweißt. Diese Verschweißung ermöglicht in vorteilhafter Weise mit geringem Material- und Kostenaufwand und ohne den Einsatz zusätzlicher Werkstoffe eine Abdichtung des Zellengehäuses, welche mechanisch stabil und langlebig ist.
Der Rahmen ist vorzugsweise aus einem Thermoplast gebildet und weist in einer sinnvollen Weiterführung der Erfindung in einem Bereich der Verschweißung zumindest einen vollständig umlaufenden Rahmensteg auf. Somit ist es in dem Verfahren zur Herstellung der Einzelzelle möglich, den Rahmen zumindest partiell oder den den Rahmen in einem Bereich der Verschweißung vollständig umlaufenden Rahmensteg während eines Schweißvorganges aufzuschmelzen und die Gehäuseseitenwände und den Rahmen zu verpressen. Nach einer Abkühlung sind die Gehäuseseitenwände stoff-, kraft- und formschlüssig mit dem Rahmen verbunden. Da der Schweißvorgang und die anschließende Abkühlung mit einem geringen Zeitaufwand durchführbar sind, können die Durchlaufzeiten der Einzelzellen während der Herstellung auf ein Minimum reduziert werden, so dass eine Kostenersparnis und eine höhere Produktivität erzielbar sind.
Gemäß einer sinnvollen Weiterführung der Erfindung sind die Gehäuseseitenwände zumindest in dem Bereich der Verschweißung chemisch und/oder mechanisch vorbehandelt, woraus eine weiter verbesserte Anbindung der Gehäuseseitenwände an dem Rahmen resultiert .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Gehäuseseitenwände in einem Bereich außerhalb der Verschweißung eine korrosionsbeständige Schicht auf, welche vorzugsweise aus einem Thermoplast gebildet ist. Dadurch ist ein Schutz der Gehäuseseitenwände vor Korrosion, beispielsweise hervorgerufen durch einen Kontakt mit einem Elektrolyt, sichergestellt.
Zu einer weiteren Erhöhung der mechanischen Stabilität der Einzelzelle sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Gehäuseseitenwände mittels Verbindungselementen kraft- und/oder formschlüssig an dem Rahmen befestigt. Dabei sind die Verbindungselemente insbesondere Nieten, den Rahmen zumindest randseitig umgreifende fahnenartige Verlängerungen der Gehäuseseitenwände und/oder an den Rahmen angeformte Halteelemente .
Des Weiteren ist der im Zellengehäuse angeordnete Elektrodenstapel aus einzelnen Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien gebildet. In besonderer Weise wird ein nach außerhalb des Elektrodenstapels geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie als Stromabieiterfahne verwendet, wodurch eine aufwändige Kontaktierung von Elektrodenfolie und Stromabieiterfahne entfällt. Gleichzeitig ist diese Art der Kontaktierung sehr sicher gegen zumindest viele, insbesondere äußere Einflüsse wie Stöße oder Vibrationen.
Ferner sind die Stromabieiterfahnen einer Polarität zu jeweils einem Polkontakt des Elektrodenstapels zusammengefasst und direkt mit der Gehäuseseitenwand verschweißt und/oder verpresst. Durch die vorgeschlagene Kontaktierung der Polkontakte mit den Gehäuseseitenwänden können diese ohne aufwändige Abdichtungsmaßnahmen vom Inneren der Einzelzelle nach außen geführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Gehäuseseitenwände während des Schweißvorganges in einem Bereich außerhalb der Verschweißung gekühlt, so dass ein Wärmeeintrag in das Innere des Zellengehäuses und somit eine Beschädigung des Elektrodenstapels vermieden werden.
Durch eine oder mehrere der genannten Maßnahmen ist es möglich, bei einer preiswerten Herstellung den Aufbau eines Zellengehäuses der Einzelzelle für eine Batterie zu vereinfachen und insbesondere die Dichtigkeit des Zellengehäuse gegenüber einem Durchtritt von Fremdstoffen in das Zellengehäuse und einem Austritt von Stoffen aus dem Zellengehäuse zu verbessern. Weiterhin werden die Vibrationssicherheit und damit die Stabilität, die Lebensdauer sowie dadurch wiederum auch die
Verwendungsvielfalt erhöht. Auch liegt keine Schwächung der Druckdichtigkeit des Zellengehäuses der Einzelzelle vor, da keine Kontaktdurchführung der Polkontakte erfolgt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Explosionsdarstellung einer als Rahmenflachzelle ausgeführten Einzelzelle,
Fig. 2 schematisch eine perspektivische Darstellung der Einzelzelle gemäß Figur 1 und einer SchweißVorrichtung,
Fig. 3 schematisch eine Schnittdarstellung der Einzelzelle und der Schweißvorrichtung gemäß Figur 4, Fig. 4 schematisch eine perspektivische Darstellung der Einzelzelle gemäß Figur 1 und einer Schweißvorrichtung während eines Schweißvorganges,
Fig. 5 schematisch eine Schnittdarstellung der Einzelzelle und der Schweißvorrichtung während des Schweißvorganges gemäß Figur 6,
Fig. 6 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Rahmens mit einem vollständig umlaufenden Rahmensteg, und
Fig. 7 schematisch eine Vergrößerung eines Bereiches des Rahmens gemäß Figur 2 in einer Schnittdarstellung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer als Rahmenflachzelle ausgeführten Einzelzelle 1.
Die Einzelzelle 1 umfasst einen in einem Zellengehäuse angeordneten Elektrodenstapel 2, wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände 3, insbesondere Flachseiten, und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen 4 aufweist.
Der Elektrodenstapel 2 ist dabei insbesondere aus nicht näher dargestellten Elektrodenfolien gebildet, wobei in einem mittleren Bereich des Elektrodenstapels 2 Elektrodenfolien unterschiedlicher Polarität, insbesondere Aluminium- und/oder Kupferfolien und/oder Folien aus einer Metalllegierung, übereinander gestapelt und mittels eines nicht näher dargestellten Separators, insbesondere einer Separatorfolie, elektrisch voneinander isoliert sind.
In einem über den mittleren Bereich des Elektrodenstapels 2 überstehenden Randbereich der Elektrodenfolien, den Stromabieiterfahnen 2.1, sind Elektrodenfolien gleicher Polarität elektrisch miteinander verbunden. Dabei werden die Stromabieiterfahnen 2.1 elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt und bilden die Polkontakte P des Elektrodenstapels 2.
Der den Elektrodenstapel 2 randseitig umlaufende Rahmen 4 weist zwei voneinander beabstandete, sich gegenüberliegende Materialrücknahmen 3.4 auf, die dabei so ausgebildet sind, dass die aus den Stromabieiterfahnen 2.1 gebildeten Polkontakte P in den Materialrücknahmen 3.1 anordbar sind. Die lichte Höhe der Materialrücknahmen 3.1 ist insbesondere so ausgebildet, dass sie der entsprechenden Erstreckung der unbeeinflusst übereinander gestapelten Stromableiter- fahnen 2.1 entspricht oder geringer als diese ist. Die Tiefe der Materialrücknahmen 3.1 entspricht der entsprechenden Erstreckung der Stromabieiterfahnen 2.1 oder ist größer ausgebildet als diese.
Durch die elektrisch isolierende Ausführung des Rahmens 4 sind die aus den Stromabieiterfahnen 2.1 gebildeten Polkontakte P unterschiedlicher Polarität elektrisch voneinander isoliert, so dass in vorteilhafter Weise auf zusätzliche Anordnungen zu einer elektrischen Isolation verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß sind die Gehäuseseitenwände 3 und der Rahmen 4 in einem Schweißvorgang miteinander verschweißbar. Mittels einer in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Schweißvorrichtung 5 werden die Gehäuseseitenwände 3 und der Rahmen 4 gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Einzelzelle zumindest partiell erhitzt und miteinander verpresst.
Die Schweißvorrichtung 5 ist aus einem unteren Heizelement 5.1 und einem oberen Heizelement 5.2 gebildet, welche jeweils eine randseitig umlaufende, stegartige Leiste 5.11, 5.21 aufweisen. Während des Schweißvorganges werden die Gehäuseseitenwände 3 und somit durch Wärmeleitung der Rahmen 4 der zwischen dem unteren und dem oberen Heizelement 5.1, 5.2 angeordneten Einzelzelle derart erhitzt, dass der Rahmen 4 zumindest partiell aufschmilzt. Der Rahmen 4 ist zu diesem Zweck gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus einem Thermoplast, beispielsweise Polypropylen, gebildet.
Gleichzeitig wird mittels der Heizelemente 5.1, 5.2 eine Kraft Fp senkrecht zu den Gehäuseseitenwänden 3 ausgeübt, so dass diese mit dem Rahmen 4 verpresst werden. Nach einer Abkühlung bilden der Rahmen 4 und die Gehäuseseitenwände 3 eine Stoffschlüssige Verbindung, so dass das Zellengehäuse dicht ausgeführt ist und somit den Elektrodenstapel 2 vor eindringenden Partikeln, Feuchte und vor mechanischen Einwirkungen sowie eine Umgebung der Einzelzelle 1 vor austretenden Stoffen, wie beispielsweise Elektrolyt, schützt.
Zur Erhöhung der Stabilität dieser Stoffschlüssigen Verbindung werden die Bereiche der Verschweißung (= Fügebe¬ reiche) der Gehäuseseitenwände 3 vor dem Schweißvorgang chemisch und/oder mechanisch behandelt. Dadurch werden zum einen potenziell vorhandene Fremdstoffe entfernt, welche die Verbindung mit dem Rahmen 4 negativ beeinflussen und zum anderen wird die Oberfläche des Materials der Gehäuseseitenwände aufgeraut, so dass eine stabilere Anbindung des Rahmens 4 erzielt wird.
Um während des Schweißvorganges einen Wärmeeintrag in das Innere des Zellengehäuses zu minimieren, um somit eine mögliche Beschädigung des Elektrodenstapels 2 zu vermeiden, entsprechen die Innen- und Außenabmessungen der Leisten 5.11, 5.21 vorzugsweise insbesondere den Innen- und Außenabmessungen des Rahmens 4, so dass während des Schweißvorganges nur die Fügebereiche der
Gehäuseseitenwände 3 erhitzt werden, die mit dem Rahmen 4 verschweißt werden sollen.
Zu einer weiteren Minimierung des Wärmeeintrags in das Innere des Zellengehäuses während des Schweißvorganges werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung Bereiche der Zellseitenseitenwände 3, welche sich außerhalb der Verschweißung befinden, d. h. Bereiche, deren äußere Abmessungen von den Fügebereichen begrenzt sind, zusätzlich gekühlt. Diese Kühlung ist beispielsweise mittels nicht näher dargestellter Kühlbacken durchführbar, welche während des Schweißvorganges auf die betreffenden Bereiche der Gehäuseseitenwände 3 aufgesetzt werden.
Durch die während des Schweißvorganges ausgeübte Kraft FP werden weiterhin die aus den Stromabieiterfahnen 2.1 gebildeten Polkontakte P gegen die Innenseiten der Gehäuseseitenwände 3 gepresst, so dass ein elektrisches Potenzial der Polkontakte P an den Gehäuseseitenwänden 3 anliegt, welche mittels des Rahmens 6 voneinander elektrisch isoliert sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zwischen den Polkontakten, welche z. B. aus Kupfer gefertigt sind, und den Gehäuseseitenwänden 3, welche z. B. aus Aluminium gefertigt sind, zusätzlich eine nicht näher dargestellte Folie, welche z. B. aus Nickel gefertigt ist, eingebracht werden, um eine verbesserte elektrische Anbindung zwischen den Polkontakten P und den Gehäuseseitenwänden 3 zu erreichen.
Gemäß einer vorteilhaften, nicht näher dargestellten Weiterbildung der Erfindung ist auf die Bereiche der Zellseitenseitenwände 3, welche sich außerhalb der Verschweißung befinden, zusätzlich eine korrosionsbeständige Schicht, welche z. B. aus einem Thermoplast gebildet ist, aufgebracht .
Bei der zuvor beschriebenen, elektrischen Verbindung der Polkontakte P mit den Gehäuseseitenwänden 3 sind die Bereiche der elektrischen Verbindung nicht mit der korrosionsbeständigen Schicht ausgeführt. Die korrosionsbeständige Schicht schützt Gehäuseseitenwände 3 vor Korrosion, welche beispielsweise durch einen Kontakt mit dem Elektrolyt hervorgerufen wird. Dadurch werden eine durch die Korrosion hervorgerufene Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der Einzelzelle 1 sowie eine mechanische Zerstörung dieser wirkungsvoll vermieden.
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, in welcher der Rahmen 4 im Fügebereich einen vollständig umlaufenden Rahmensteg 4.2 aufweist. Diese Ausführung der Erfindung bietet den Vorteil, dass bei dem Schweißvorgang lediglich der Rahmensteg 4.2 aufgeschmolzen werden muss, was durch die geringere Menge des aufzuschmelzenden Materials in einer geringeren Zeitdauer und/oder mit einer geringeren Wärmezufuhr durchführbar ist. Aus der daraus resultierenden Energieeinsparung pro Einzelzelle 1 leiten sich Kostenvorteile in der Herstellung ab. Weiterhin ist durch den geringeren Wärmeeintrag in den Rahmen 4 und die Zeilseitenwände 3 einerseits weniger Energie zu der aktiven Kühlung der außerhalb der Verschweißung befindlichen Bereiche der Zeilseitenwände 3 notwendig und andererseits kühlen sich die Fügebereiche schneller ab, so dass die Durchlaufzeit der Einzelzellen 1 im Herstellungsprozess weiter verkürzt werden kann.
In weiteren nicht näher dargestellten Weiterbildungen der Erfindung kann der Rahmen 4 alternativ mehrere Rahmenstege 4.2 aufweisen, so dass der Rahmen 4 und die Gehäuseseitenwände 3 beispielsweise über größere Fügebereiche formschlüssig verbindbar sind.
Gemäß einer nicht näher dargestellten Weiterführung der Erfindung sind die Gehäuseseitenwände 3 zusätzlich mittels Verbindungselementen kraft- und/oder formschlüssig an dem Rahmen 4 befestigt, um eine weitere Erhöhung der Stabilität der Verbindung zwischen den Gehäuseseitenwänden 3 und dem Rahmen 4 zu erreichen.
Bei den Verbindungselementen handelt es sich insbesondere um Nieten, den Rahmen zumindest randseitig umgreifende fahnenartige Verlängerungen der Gehäuseseitenwände 3 und/oder an dem Rahmen angeformte Halteelemente. Zur Erzeugung der form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung weisen die Gehäuseseitenwände 3 und/oder der Rahmen 4 vorzugsweise nicht näher dargestellte, zu den jeweiligen Verbindungselementen korrespondierende Formen oder Aussparungen auf. Daimler AG
Bezugszeichenliste
1 Einzelzelle
2 Elektrodenstapel
2.1 Stromabieiterfahne
3 Gehäuseseitenwand
4 Rahmen
4.1 Materialrücknahme
4.2 Rahmensteg
5 Schweißvorrichtung
5.1 Unteres Heizelement
5.2 Oberes Heizelement
Fp Kraft
P Polkontakt

Claims

Daimler AGPatentansprüche
1. Einzelzelle (1) für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel (2), wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände (3) und einen dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen (4) aufweist, wobei Polkontakte (P) des Elektrodenstapels (2) elektrisch leitend mit den Gehäuseseitenwänden (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3) und der Rahmen (4) miteinander verschweißt sind.
2. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) aus einem Thermoplast gebildet ist.
3. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) in einem Bereich der Verschweißung zumindest einen vollständig umlaufenden Rahmensteg (4.2) aufweist .
4. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3) zumindest in einem Bereich der Verschweißung chemisch und/oder mechanisch vorbehandelt sind.
5. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3) in einem Bereich außerhalb der Verschweißung eine korrosionsbeständige Schicht aufweisen.
6. Einzelzelle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsbeständige Schicht aus einem Thermoplast gebildet ist.
7. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3) mittels Verbindungselementen kraft- und/oder formschlüssig an dem Rahmen (4) befestigt sind.
8. Einzelzelle (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kraft- und formschlüssigen Verbindungselemente als Nieten, den Rahmen (4) zumindest randseitig umgreifende fahnenartige Verlängerungen der Gehäuseseitenwände (3) und/oder an den Rahmen (4) angeformte Halteelemente ausgebildet sind.
9. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Zellengehäuse angeordnete Elektrodenstapel (2) aus einzelnen Elektroden, vorzugsweise aus Elektrodenfolien gebildet ist.
10. Einzelzelle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach außerhalb des Elektrodenstapels (2) geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie Stromabieiterfahnen (2.1) bildet.
11. Einzelzelle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabieiterfahnen (2.1) einer Polarität zu jeweils einem Polkontakt (P) des Elektrodenstapels (2) zusammengefasst sind und direkt mit der Gehäuseseitenwand (3) verschweißt und/oder verpresst sind.
12. Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle (1) für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel (2), wobei das Zellengehäuse aus zwei elektrisch leitenden Gehäuseseitenwänden (3) und einem dazwischen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen (4) gebildet wird, wobei Polkontakte (P) des Elektrodenstapels (2) elektrisch leitend mit den Gehäuseseitenwänden (3) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3) und der Rahmen (4) während eines Schweißvorganges miteinander verschweißt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3) und der Rahmen (4) während eines Schweißvorganges zumindest partiell erhitzt und verpresst werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) während eines Schweißvorganges zumindest partiell aufgeschmolzen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein den Rahmen (4) in einem Bereich der Verschweißung vollständig umlaufender Rahmensteg (4.2) während eines Schweißvorganges aufgeschmolzen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3) zumindest in einem Bereich der Verschweißung chemisch und/oder mechanisch vorbehandelt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3) in einem Bereich außerhalb der Verschweißung während des Schweißvorganges gekühlt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3) mittels Verbindungselementen kraft- und/oder formschlüssig an dem Rahmen (4) befestigt werden.
PCT/EP2009/001172 2008-02-23 2009-02-19 Einzelzelle für eine batterie und verfahren zur herstellung einer einzelzelle für eine batterie WO2009103520A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008010811.1 2008-02-23
DE102008010811A DE102008010811A1 (de) 2008-02-23 2008-02-23 Einzelzelle für eine Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle für eine Batterie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009103520A1 true WO2009103520A1 (de) 2009-08-27

Family

ID=40679726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/001172 WO2009103520A1 (de) 2008-02-23 2009-02-19 Einzelzelle für eine batterie und verfahren zur herstellung einer einzelzelle für eine batterie

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008010811A1 (de)
WO (1) WO2009103520A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010023092A1 (de) * 2010-05-31 2011-12-01 Varta Microbattery Gmbh Batterie, Verfahren zur Herstellung einer Batterie und Schaltung mit einer Batterie
DE102013209691A1 (de) * 2013-05-24 2014-11-27 Elringklinger Ag Elektrochemische Zelle und Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4623599A (en) * 1985-06-27 1986-11-18 Union Carbide Corporation Double-grooved gasket for galvanic cells
JPH01194263A (ja) * 1988-01-27 1989-08-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉形鉛蓄電池
US20030003356A1 (en) * 2000-02-02 2003-01-02 Quallion Llc Bipolar electronics package
US20050147880A1 (en) * 2003-12-26 2005-07-07 Tdk Corporation Electrochemical device
US20050186468A1 (en) * 2004-02-25 2005-08-25 Tdk Corporation Electrochemical device and method of manufacturing electrochemical device
WO2005091401A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-29 The Gillette Company Wafer alkaline cell
WO2006126831A1 (en) * 2005-05-27 2006-11-30 E.M.W. Energy Co., Ltd. Battery and method for producing the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007063181B4 (de) 2007-08-06 2010-12-30 Daimler Ag Einzelzelle für eine Batterie sowie Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4623599A (en) * 1985-06-27 1986-11-18 Union Carbide Corporation Double-grooved gasket for galvanic cells
JPH01194263A (ja) * 1988-01-27 1989-08-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉形鉛蓄電池
US20030003356A1 (en) * 2000-02-02 2003-01-02 Quallion Llc Bipolar electronics package
US20050147880A1 (en) * 2003-12-26 2005-07-07 Tdk Corporation Electrochemical device
US20050186468A1 (en) * 2004-02-25 2005-08-25 Tdk Corporation Electrochemical device and method of manufacturing electrochemical device
WO2005091401A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-29 The Gillette Company Wafer alkaline cell
WO2006126831A1 (en) * 2005-05-27 2006-11-30 E.M.W. Energy Co., Ltd. Battery and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008010811A1 (de) 2009-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007063181B4 (de) Einzelzelle für eine Batterie sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE4227627C2 (de) Gestapelter, elektrischer Doppelschichtkondensator mit miteinander verschweißten Gehäusehälften
DE102007063184B4 (de) Einzelzelle für eine Batterie zur elektrischen Kontaktierung
DE112014001918T5 (de) Kollektorplatte für eine Energiespeichereinrichtung und Herstellungsverfahren
EP1359633A1 (de) Galvanisches Element mit dünnen Elektroden
WO2009103525A1 (de) Batterie mit mehreren einzelzellen
EP2740177A1 (de) Einzelzelle für eine batterie und eine batterie
WO2009103523A1 (de) Einzelzelle für eine batterie
DE102008034696A1 (de) Batteriezelle mit einem Zellgehäuse und einem Folienwickel
DE102008059963B4 (de) Einzelzelle für eine Batterie und Verfahren zu deren Herstellung
EP2243179B1 (de) Verfahren zur herstellung einer einzelzelle für eine batterie
WO2009103520A1 (de) Einzelzelle für eine batterie und verfahren zur herstellung einer einzelzelle für eine batterie
WO2012055559A2 (de) Elektrochemische zelle und verfahren zu deren herstellung
DE102009037850A1 (de) Elektrochemische Zelle
DE102010050992A1 (de) Zellenverbund für eine Batterie
WO2011012203A1 (de) Batterieeinzelzelle mit einem gehäuse
DE102013021115A1 (de) Einzelzelle, Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle und elektrische Batterie
WO2019228722A1 (de) Hybride batteriekomponente und verfahren zum herstellen einer hybriden batteriekomponente
DE102013021398A1 (de) Einzelzelle für eine Batterie, Zellblock und Batterie
WO2011003520A1 (de) Verfahren zum herstellen einer elektrochemischen zelle
EP4372870A2 (de) Batterie mit einem gehäuse und einer elektrisch isolierenden umhüllung
DE102008059944B4 (de) Batterie mit Einzelzellen, Verfahren zur Herstellung der Batterie und ihre Verwendung
DE102006031857B4 (de) Sekundäre Lithium-Batterie mit einem leitfähigen, spiral gewickelten Elektrodenaufbau
DE102013021133A1 (de) Einzelzelle, Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle und elektrische Batterie
DE102008059951B4 (de) Einzelzelle für eine Batterie, Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle und ihre Verwendung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09713549

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09713549

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1