WO2010063367A1 - Individual cell for a battery and method for producing an individual cell - Google Patents

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WO2010063367A1
WO2010063367A1 PCT/EP2009/008111 EP2009008111W WO2010063367A1 WO 2010063367 A1 WO2010063367 A1 WO 2010063367A1 EP 2009008111 W EP2009008111 W EP 2009008111W WO 2010063367 A1 WO2010063367 A1 WO 2010063367A1
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housing side
single cell
electrode stack
pole
side walls
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PCT/EP2009/008111
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Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Daimler Ag
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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 according to the preamble of claim 9.
  • 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 battery which comprises a plurality of cells connected in series.
  • the cells have an electrode stack which is formed of alternately stacked electrode films of different polarity and an electrically insulating separating layer arranged between each, the separating layer containing an electrolyte and adjacent cells comprising an electrolyte-impermeable intercell connection layer.
  • Opposing surfaces of all electrically conductive layers are electrically coupled together by means of electrically conductive adhesive bonds.
  • EP 1 424 744 A1 discloses a stacked battery with electrode foils comprising a current collector and an electrolyte layer disposed between the electrode foils.
  • an electrode stack is formed from the stacked electrode films and electrolyte layers, wherein the electrode films form the outermost layers of the electrode stack, so that the current collectors are directed in the direction of stacking to the outside and serve as a connection element of the battery.
  • a composite battery is known, which comprises a plurality of the stacked batteries, in which a plurality of the stacked Batteries are electrically connected in series or in parallel.
  • the stacked batteries are electrically interconnected, for example, by means of two collector plates, so that the collector plates form the positive and the negative pole of the battery, ie the cathode and the anode.
  • Both the stacked battery and the battery composed of a plurality of stacked batteries are particularly intended for use in a vehicle.
  • a battery with a battery housing which is formed from a plurality of individual cells.
  • the battery housing comprises one or more partitions, which divides the battery housing into a plurality of individual cell chambers, in which the individual cells are arranged.
  • the individual cells include an electrolyte and an electrode stack, in which electrode films of different polarity are alternately stacked and stacked by means of a separator film.
  • these include Stromabieiterfahnen, which are welded to each other for electrical interconnection, for example.
  • the battery further comprises electrical connection elements, by means of which the positive and the negative pole, d. H. the cathode and the anode, the battery formed from the electrically interconnected single cells are led to the outside.
  • the invention has for its object to provide an improved over the prior art single cell for a battery and an improved over the prior art method for their preparation.
  • the individual cell according to the invention for a battery is formed from an electrode stack whose individual electrodes of different polarity, preferably electrode foils coated with an anode material or a cathode material, are separated from one another by a separator, preferably a separator foil, wherein a first layer and a last layer of the Electrode stack is formed by the separator and electrodes of the same polarity electrically conductive with each other to a pole are connected.
  • a separator preferably a separator foil
  • the poles of the electrode stack are each electrically connected to an electrically conductive housing side wall, wherein on inner sides of the housing sidewalls in each case an intermediate layer is applied, which at an electrical connection of the housing side wall formed as an anode pole of the anode material and an electrical connection of the remaining housing side wall is formed with a cathode formed as a pole of the cathode material.
  • the single cell is in particular a lithium-ion single cell
  • the electrodes whose pole forms an anode of the electrode stack are preferably made of aluminum and the electrodes whose pole forms a cathode of the electrode stack are made of copper educated.
  • the housing side wall made of copper electrically connected to the anode of the electrode stack is formed with an applied intermediate layer of anode material, so that the intermediate layer forms the anode.
  • the housing side wall electrically connected to the cathode of the electrode stack is formed of aluminum with an applied intermediate layer of cathode material, so that the intermediate layer forms a cathode.
  • an edge region of the respective electrode foil which is guided to the outside of the electrode stack, is provided as the current drain plume, whereby a complex contacting of the electrode foil and the 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.
  • a cell housing of the single cell comprises two housing side walls, between which an edge-surrounding and electrically insulating frame is arranged.
  • the frame preferably has two material returns, which are insulated from one another and are spaced apart from one another, in each of which the current discharge tabs combined into one pole of the electrode stack are arranged.
  • the measured in the direction of the stacking of the electrodes clear height of a material withdrawal is less than or equal to the corresponding extent of the unaffected stacked associated Stromabieiterfahen and their parallel to the flat side of an electrode film measured depth greater than or equal to the corresponding extent of the associated Stromabieiterfahen.
  • the Stromabieiterfahen be held securely in the material returns and can be pressed in particular tight connection between the frame and the housing side walls electrically conductive with these.
  • the Stromabieiterfahen or the poles are alternatively or additionally welded to the housing side walls.
  • the resulting cohesive connection produces an electrically conductive connection with a low contact resistance, which has a high current-carrying capacity.
  • the individual cell is formed from an electrode stack whose individual electrodes of different polarity, preferably electrode foils coated with an anode material or a cathode material, are separated from one another by a separator, preferably a separator foil a first layer and a last layer of the electrode stack of the separator is arranged and electrodes of the same polarity are combined in an electrically conductive manner to form a pole.
  • a separator preferably a separator foil a first layer and a last layer of the electrode stack of the separator is arranged and electrodes of the same polarity are combined in an electrically conductive manner to form a pole.
  • the poles of the electrode stack are each electrically connected to an electrically conductive housing side wall, wherein on inner sides of the housing sidewalls in each case an intermediate layer is applied, which at an electrical connection of the housing side wall formed as an anode pole of the anode material and an electrical connection of the remaining housing side wall is formed with a cathode formed as a pole of the cathode material.
  • the intermediate layer is printed in a preferred embodiment of the method according to the invention on the sides of the case, rolled or applied electrochemically.
  • the generation of the electrically conductive connection of the poles with the housing side walls can in particular be carried out in a welding process or a welding-press-joining process, wherein one or more weld seams and / or welding points are produced during the welding process.
  • the housing side wall and further in the depth of the pole forming Stromabieiterfahen the electrode stack partially melted, so that with a weld and / or a weld all poles forming Stromabieiterfahen and the corresponding electrically conductive housing side wall in particular in one step with each other be welded.
  • a cell housing of the single cell is formed from two electrically conductive housing side walls, wherein between the housing side walls a peripherally rotating and electrically insulating frame is arranged, in which the electrode stack is inserted.
  • the attachment of the housing side walls to the frame is preferably produced by means of positive, material and / or non-positive connections, for example by means of adhesive and / or welded joints, so that the housing is formed liquid and / or gas-tight in an advantageous manner and thus the electrode stack is protected from external mechanical and chemical influences.
  • the single cell according to the invention is intended in particular for use in a battery, wherein a plurality of individual cells are electrically connected in series and / or parallel to one another in order to advantageously adapt the properties of the battery to a purpose of use.
  • the single cell is in particular suitable for use in a battery of a vehicle, wherein in turn a plurality of individual cells are electrically connected in series and / or in parallel with one another.
  • the vehicle is in particular a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a single cell
  • FIG. 2 schematically shows an exploded view of the single cell according to FIG. 1 in a first view
  • FIG. 3 schematically an exploded view of the single cell according to FIG. 1 in a second view
  • FIG. 4 schematically shows a detailed representation of a region of an arrangement of a
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of the single cell according to FIG. 1, and FIG
  • FIG. 6 schematically shows a detailed representation of a region of an arrangement of a
  • Pols of an electrode stack between a frame and a housing side wall are Pols of an electrode stack between a frame and a housing side wall.
  • FIG. 1 shows a single cell 1, in particular a lithium-ion single cell, whose cell housing 2 is formed from two housing side walls 3 and 4 and a frame 5 which is arranged between them, peripherally revolving and electrically insulating.
  • the individual cells 1 are connected in series and / or in parallel with each other electrically.
  • at least the housing side wall 4 on a flag-like extension 4.1 which is used for joining the individual cells 1 to the battery to an electrical coupling with an electronic component not shown, which in particular Includes means for cell voltage monitoring, cell voltage compensation and / or electrical fuse elements.
  • the battery formed from the plurality of individual cells 1 additionally preferably comprises a heat conduction plate, wherein the individual cells 1 are conductively connected to a dissipation of heat generated during operation of the battery, in particular during a charge and discharge process of this heat loss with the heat conducting plate.
  • the heat-conducting plate is preferably formed of a very good thermal conductivity and therefore in particular of a metallic material, preferably an electrically insulating and thermally conductive material, for example a heat-conducting foil, is introduced between the individual cells 1 and the heat-conducting plate 6.
  • the heat-conducting plate for a high heat output is preferably flowed through by a cooling medium, for example a refrigerant of a vehicle air conditioning system, wherein the heat-conducting plate has connection elements for integration into such a cooling circuit.
  • a cooling medium for example a refrigerant of a vehicle air conditioning system
  • clamping elements for a secure arrangement of the individual cells 1 to each other and to the heat conducting plate, for example clamping elements, in particular tensioning straps, are provided, which securely fix the cell assembly formed from the individual cells 1 to the heat conducting plate and allow elimination of an additional battery housing.
  • the frames 5 of the individual cells 1 have material recesses 5.1 corresponding to the clamping elements.
  • the heat conducting plate not shown, also preferably has material recesses corresponding to the clamping elements.
  • an electrode stack 6 is arranged according to Figures 2 and 3, the individual electrodes 6.1, 6.2 different polarity, preferably electrode films, by a separator 6.3, in particular a Separatorfolie, isolated , In this case, a first layer and a last layer of the electrode stack 6 are formed by the separator 6.3 and thus electrically insulated from the cell side walls 3, 4.
  • the electrodes 6.1, 6.2 are each coated with an electrochemically active anode material or cathode material.
  • anode materials are, for example, graphite, nanocrystalline, amorphous silicon or lithium titanate.
  • cathode materials u. a. Lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide or lithium iron phosphate usable.
  • the electrodes 6.1 formed as an anode are preferably made of aluminum and the electrodes 6.2 formed as a cathode are preferably formed of copper.
  • a guided to outside of the electrode stack 6 edge region of the respective electrode 6.1, 6.2 or electrode film each forms a Stromabieiterfahne 6.4, 6.5, wherein Stromabieiterfahen 6.4, 6.5 of a polarity electrically conductively connected to a pole P1 and P2.
  • the area of Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 is not coated with anode material or cathode material.
  • the frame 5 has two spaced-apart material withdrawals 5.2, which are designed so that the poles P1, P2 formed from the Stromabieiterfahen 6.4, 6.5 can be arranged in the material returns 5.2.
  • poles P1 and P2 of the electrode stack 6 are each electrically connected to a housing side wall 3 and 4, respectively.
  • the housing side walls 3, 4 are electrically conductive and formed of a metal.
  • an intermediate layer 7 or 8 is respectively applied to the insides of the housing side walls 3 and 4, which at an electrical connection of the housing side wall 3 formed with the anode pole P2 from the anode material and an electrical Connection of the remaining housing side wall 4 is formed with the cathode formed as a pole P1 of the cathode material.
  • an additional electrical element is formed and the electrical capacity of the single cell 1 is increased.
  • intermediate layers 7 and 8 are preferably rolled or electrochemically applied to the housing side walls 3 and 4. Also particularly suitable is application by means of a printing process with an optional subsequent drying in an oven.
  • the housing side walls 3 and 4 are attached to the frame 5 to form the cell housing 2 in a material, positive and / or non-positive manner. From this attachment results in addition to the high stability, a dense version of the cell housing 2, so that no foreign matter can penetrate into this. Furthermore, it is ensured that an electrolyte which has been filled on the frame 5 after attachment of the housing side walls 3, 4 can not escape and damages an environment of the battery, not illustrated, formed from the individual cells 1.
  • the frame 5 preferably has a filling opening, not shown, which can be closed after filling the electrolyte.
  • Such a material, positive and / or non-positive attachment is carried out in a manner not shown z.
  • the connecting elements are in particular rivets, the frame 5 at least peripherally embracing flag-like extensions of the housing side walls 3, 4 and / or on the frame 5 integrally formed holding elements.
  • the housing side walls 3, 4 and / or the frame 5 preferably not shown in detail, corresponding to the respective connecting elements forms or recesses.
  • the frame 5 preferably has a filling opening, not shown, which can be closed after filling.
  • the poles P1 and P2 of the electrode stack 6 are preferably with the
  • Housing side walls 3, 4 is compressed, and thus an electrical connection between the poles P1 and P2 and the associated housing side walls 3, 4 is formed.
  • the housing side walls 3, 4 as well as further in the depth the Stromabieiterfahen 6.4, 6.5 of the electrode stack 6 forming the poles P1, P2 are partially melted, so that with a weld and / or a spot weld all the poles P1, P2 forming Stromabieiterfahen 6.4, 6.5 and the corresponding electrically conductive housing side wall 3 or 4 are welded together in particular in one step.
  • FIG. 4 shows a detailed representation of a region of an arrangement of the pole P1 of the electrode stack 6, formed as a cathode, on the housing side wall 4 with the applied intermediate layer 8, which is formed from the cathode material.
  • Figure 5 shows a sectional view of the closed single cell 1 according to Figure 1.
  • the electrode stack 6 is disposed in the frame 6 between the housing side walls 3 and 4 and electrically connected thereto. Furthermore, the poles P1 and P2 formed from the Stromabieiterfahen 6.4, 6.5 are arranged in the material returns 5.2.
  • the clear height of the material returns 5.2 is formed such that it corresponds to the corresponding extent of the unaffected stacked Stromabieiterfahen 6.4, 6.5 or less than this.
  • the depth of the material returns 5.2 corresponds to the corresponding extension of the Stromabieiterfahen 6.4, 6.5 or is designed to be greater than this.
  • Figure 6 shows an enlargement of an edge region of the arranged in the frame 5 electrode stack 6 with the two arranged on the frame 5 housing side walls 3 and 4.
  • the housing side wall 4 which is electrically connected to the cathode formed as a pole P1, formed of copper and coated with the intermediate layer 8 formed of cathode material.
  • the housing side wall 3, which is electrically connected to the pole formed as an anode P2, is formed of aluminum and coated with the intermediate layer 7 formed of anode material.

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Abstract

The invention relates to an individual cell (1) for a battery, the individual cell (1) being formed by an electrode stack (6), wherein a first and a last layer of the electrode stack (6) are formed by a separator (6.3) and the electrodes (6.1, 6.2) of the same polarity are interconnected in an electrically conductive manner to form a pole (P1, P2). According to the invention, the poles (P1, P2) of the electrode stack (6) are each electrically connected to an electrically conductive lateral wall of the housing (3, 4), wherein an intermediate layer (7, 8) is applied on each inner side of the lateral walls of the housing (3, 4). Said intermediate layer (7, 8) is formed by the anode material when the lateral wall of the housing (3) is electrically connected to a pole (P2) configured as an anode, and is formed by the cathode material when the remaining lateral wall of the housing (4) is electrically connected to the pole (P1) configured as a cathode. The invention further relates to a method for producing an individual cell (1) for a battery.

Description

Einzelzelle für eine Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Einzellzelle Single cell for a battery and method for producing a single cell
Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.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 according to the preamble of claim 9.
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.According to the prior art are high-voltage batteries, z. As lithium-ion batteries, known for vehicle applications, which are constructed in particular of several electrically connected in series and / or parallel single cells. In bipolar 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.
Aus der DE 2 158 398 A1 ist eine Batterie bekannt, welche eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen umfasst. Die Zellen weisen einen Elektrodenstapel auf, welcher aus abwechselnd übereinander gestapelten Elektrodenfolien unterschiedlicher Polarität und einer jeweils zwischen diesen angeordneten elektrisch isolierenden Trennschicht gebildet ist, wobei die Trennschicht einen Elektrolyten enthält und benachbarte Zellen eine für den Elektrolyten undurchlässige Zwischenzellen-Verbindungsschicht umfassen. Gegenüberliegende Flächen sämtlicher elektrisch leitender Schichten sind mittels elektrisch leitender Haftverbindungen elektrisch miteinander gekoppelt.From DE 2 158 398 A1 a battery is known which comprises a plurality of cells connected in series. The cells have an electrode stack which is formed of alternately stacked electrode films of different polarity and an electrically insulating separating layer arranged between each, the separating layer containing an electrolyte and adjacent cells comprising an electrolyte-impermeable intercell connection layer. Opposing surfaces of all electrically conductive layers are electrically coupled together by means of electrically conductive adhesive bonds.
Weiterhin offenbart die EP 1 424 744 A1 eine gestapelte Batterie mit Elektrodenfolien, welche einen Stromkollektor umfassen, und einer Elektrolytschicht, welche zwischen den Elektrodenfolien angeordnet ist. Dabei ist ein Elektrodenstapel aus den übereinander gestapelten Elektrodenfolien und Elektrolytschichten gebildet, wobei die Elektrodenfolien die äußersten Schichten des Elektrodenstapels bilden, so dass die Stromkollektoren in Richtung der Stapelung nach außen gerichtet sind und als Anschlusselement der Batterie dienen. Weiterhin ist aus dieser Schrift eine zusammengesetzte Batterie bekannt, welche mehrere der gestapelten Batterien umfasst, bei welcher mehrere der gestapelten Batterien elektrisch seriell oder parallel verschaltet sind. Dabei sind die gestapelten Batterien beispielsweise mittels zweier Kollektorplatten elektrisch verschaltet, so dass die Kollektorplatten den positiven und den negativen Pol der Batterie, d. h. die Kathode und die Anode, bilden. Sowohl die gestapelte Batterie als auch die aus mehreren gestapelten Batterien zusammengesetzte Batterie sind insbesondere zu einer Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehen.Furthermore, EP 1 424 744 A1 discloses a stacked battery with electrode foils comprising a current collector and an electrolyte layer disposed between the electrode foils. In this case, an electrode stack is formed from the stacked electrode films and electrolyte layers, wherein the electrode films form the outermost layers of the electrode stack, so that the current collectors are directed in the direction of stacking to the outside and serve as a connection element of the battery. Furthermore, from this document a composite battery is known, which comprises a plurality of the stacked batteries, in which a plurality of the stacked Batteries are electrically connected in series or in parallel. In this case, the stacked batteries are electrically interconnected, for example, by means of two collector plates, so that the collector plates form the positive and the negative pole of the battery, ie the cathode and the anode. Both the stacked battery and the battery composed of a plurality of stacked batteries are particularly intended for use in a vehicle.
Ferner ist aus der WO 2005/119813 A2 eine Batterie mit einem Batteriegehäuse bekannt, welche aus mehreren Einzelzellen gebildet ist. Dabei umfasst das Batteriegehäuse eine oder mehrere Trennwände, welche das Batteriegehäuse in mehrere Einzelzellkammern unterteilt, in welchen die Einzelzellen angeordnet sind. Die Einzelzellen beinhalten ein Elektrolyt und einen Elektrodenstapel, bei welchem Elektrodenfolien unterschiedlicher Polarität abwechselnd und mittels einer Separatorfolie getrennt übereinander gestapelt sind. Zur elektrischen Verschaltung der Einzelzellen untereinander umfassen diese beispielsweise Stromabieiterfahnen, wobei diese zur elektrischen Verschaltung beispielsweise miteinander verschweißt sind. Die Batterie umfasst weiterhin elektrische Anschlusselemente, mittels welcher der positive und der negative Pol, d. h. die Kathode und die Anode, der aus den elektrisch verschalteten Einzelzellen gebildeten Batterie nach außen geführt sind.Furthermore, from WO 2005/119813 A2 a battery with a battery housing is known, which is formed from a plurality of individual cells. In this case, the battery housing comprises one or more partitions, which divides the battery housing into a plurality of individual cell chambers, in which the individual cells are arranged. The individual cells include an electrolyte and an electrode stack, in which electrode films of different polarity are alternately stacked and stacked by means of a separator film. For electrical interconnection of the individual cells with each other, for example, these include Stromabieiterfahnen, which are welded to each other for electrical interconnection, for example. The battery further comprises electrical connection elements, by means of which the positive and the negative pole, d. H. the cathode and the anode, the battery formed from the electrically interconnected single cells are led to the outside.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Einzelzelle für eine Batterie und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.The invention has for its object to provide an improved over the prior art single cell for a battery and an improved over the prior art method for their preparation.
Hinsichtlich der Einzelzelle wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the single cell, the object is achieved by the features specified in claim 1 and in terms of the method by the features specified in claim 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Einzelzelle für eine Batterie ist aus einem Elektrodenstapel gebildet, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise mit einem Anodenmaterial oder einem Kathodenmaterial beschichtete Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei eine erste Lage und eine letzte Lage des Elektrodenstapels durch den Separator gebildet ist und Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die Pole des Elektrodenstapels jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand verbunden, wobei auf Innenseiten der Gehäuseseitewände jeweils eine Zwischenschicht aufgebracht ist, welche bei einer elektrischen Verbindung der Gehäuseseitenwand mit einem als Anode ausgebildeten Pol aus dem Anodenmaterial und bei einer elektrischen Verbindung der verbleibenden Gehäuseseitenwand mit einem als Kathode ausgebildeten Pol aus dem Kathodenmaterial gebildet ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der elektrischen Kapazität der Einzelzelle erreicht, da Innenseiten der Gehäuseseitenwand bzw. die auf diese aufgebrachte Zwischenschicht die Anode bzw. Kathode der Einzelzelle bilden.The individual cell according to the invention for a battery is formed from an electrode stack whose individual electrodes of different polarity, preferably electrode foils coated with an anode material or a cathode material, are separated from one another by a separator, preferably a separator foil, wherein a first layer and a last layer of the Electrode stack is formed by the separator and electrodes of the same polarity electrically conductive with each other to a pole are connected. According to the invention, the poles of the electrode stack are each electrically connected to an electrically conductive housing side wall, wherein on inner sides of the housing sidewalls in each case an intermediate layer is applied, which at an electrical connection of the housing side wall formed as an anode pole of the anode material and an electrical connection of the remaining housing side wall is formed with a cathode formed as a pole of the cathode material. As a result, an increase in the electrical capacitance of the single cell is achieved in an advantageous manner, since inner sides of the housing side wall or the intermediate layer applied thereto form the anode or cathode of the single cell.
Da es sich in einer Ausgestaltung der Erfindung bei der Einzelzelle insbesondere um eine Lithium-Ionen-Einzelzelle handelt, sind die Elektroden, deren Pol eine Anode des Elektrodenstapels bildet, vorzugsweise aus Aluminium und die Elektroden, deren Pol eine Kathode des Elektrodenstapels bildet, aus Kupfer gebildet.Since, in one embodiment of the invention, the single cell is in particular a lithium-ion single cell, the electrodes whose pole forms an anode of the electrode stack are preferably made of aluminum and the electrodes whose pole forms a cathode of the electrode stack are made of copper educated.
Weiterhin ist die mit der Anode des Elektrodenstapels elektrisch verbundene Gehäuseseitenwand aus Kupfer mit einer aufgebrachten Zwischenschicht aus Anodenmaterial gebildet, so dass die Zwischenschicht die Anode bildet.Furthermore, the housing side wall made of copper electrically connected to the anode of the electrode stack is formed with an applied intermediate layer of anode material, so that the intermediate layer forms the anode.
Die mit der Kathode des Elektrodenstapels elektrisch verbundene Gehäuseseitenwand ist dagegen aus Aluminium mit einer aufgebrachten Zwischenschicht aus Kathodenmaterial gebildet, so dass die Zwischenschicht eine Kathode bildet.By contrast, the housing side wall electrically connected to the cathode of the electrode stack is formed of aluminum with an applied intermediate layer of cathode material, so that the intermediate layer forms a cathode.
In besonderer Weise ist als Stromabieiterfahne ein nach außerhalb des Elektrodenstapels geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie vorgesehen, 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.In a special way, an edge region of the respective electrode foil, which is guided to the outside of the electrode stack, is provided as the current drain plume, whereby a complex contacting of the electrode foil and the current drain plume is dispensed with. At the same time, this type of contacting is very safe against at least many, especially external influences such as shock or vibration.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst ein Zellgehäuse der Einzelzelle zwei Gehäuseseitenwände, zwischen welchen ein randseitig umlaufender sowie elektrisch isolierender Rahmen angeordnet ist. Durch eine Anordnung des Elektrodenstapels in dem randseitig umlaufenden, insbesondere elektrisch isolierenden Rahmen kann in vorteilhafter Weise eine zusätzliche isolierende Anordnung eingespart werden. Weiterhin ist die Handhabbarkeit der Einzelzelle erleichtert bzw. sicherer gestaltet.In a preferred development of the invention, a cell housing of the single cell comprises two housing side walls, between which an edge-surrounding and electrically insulating frame is arranged. By an arrangement of the electrode stack in the peripherally circulating, in particular electrically insulating frame, an additional insulating arrangement can be advantageously saved become. Furthermore, the handling of the single cell is made easier or safer.
Der Rahmen weist vorzugsweise zwei elektrisch voneinander isolierte und voneinander beabstandete Materialrücknahmen auf, in welchen jeweils die zu einem Pol des Elektrodenstapels zusammengefassten Stromabieiterfahnen angeordnet sind. In sinnvoller Weise ist die in Richtung der Stapelung der Elektroden gemessene lichte Höhe einer Materialrücknahme kleiner oder gleich der entsprechenden Erstreckung der unbeeinflusst übereinander gestapelten zugehörigen Stromabieiterfahnen und deren parallel zur Flachseite einer Elektrodenfolie gemessene Tiefe größer oder gleich der entsprechenden Erstreckung der zugehörigen Stromabieiterfahnen. Hierdurch sind die Stromabieiterfahnen sicher in den Materialrücknahmen gehaltert und können bei insbesondere dichter Verbindung zwischen dem Rahmen und den Gehäuseseitenwänden elektrisch leitend mit diesen verpresst sein.The frame preferably has two material returns, which are insulated from one another and are spaced apart from one another, in each of which the current discharge tabs combined into one pole of the electrode stack are arranged. In a meaningful way, the measured in the direction of the stacking of the electrodes clear height of a material withdrawal is less than or equal to the corresponding extent of the unaffected stacked associated Stromabieiterfahnen and their parallel to the flat side of an electrode film measured depth greater than or equal to the corresponding extent of the associated Stromabieiterfahnen. As a result, the Stromabieiterfahnen be held securely in the material returns and can be pressed in particular tight connection between the frame and the housing side walls electrically conductive with these.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Stromabieiterfahnen bzw. die Pole alternativ oder zusätzlich mit den Gehäuseseitenwänden verschweißt. Durch die entstehende stoffschlüssige Verbindung wird eine elektrisch leitfähige Verbindung mit einem geringen Übergangswiderstand erzeugt, die eine hohe Strombelastbarkeit aufweist.In an advantageous embodiment of the invention, the Stromabieiterfahnen or the poles are alternatively or additionally welded to the housing side walls. The resulting cohesive connection produces an electrically conductive connection with a low contact resistance, which has a high current-carrying capacity.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle für eine Batterie wird die Einzelzelle aus einem Elektrodenstapel gebildet, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise mit einem Anodenmaterial oder einem Kathodenmaterial beschichtete Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt werden, wobei als eine erste Lage und eine letzte Lage des Elektrodenstapels der Separator angeordnet wird und Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol zusammengefasst werden. Erfindungsgemäß werden die Pole des Elektrodenstapels jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand verbunden, wobei auf Innenseiten der Gehäuseseitewände jeweils eine Zwischenschicht aufgebracht wird, welche bei einer elektrischen Verbindung der Gehäuseseitenwand mit einem als Anode ausgebildeten Pol aus dem Anodenmaterial und bei einer elektrischen Verbindung der verbleibenden Gehäuseseitenwand mit einem als Kathode ausgebildeten Pol aus dem Kathodenmaterial gebildet wird. Um besonders dünne Schichten zu erzeugen und somit die Einzelzellen möglichst kleinbauend auszuführen, wird die Zwischenschicht in einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Gehäuseseiten aufgedruckt, aufgewalzt oder elektrochemisch aufgebracht.In the method according to the invention for producing a single cell for a battery, the individual cell is formed from an electrode stack whose individual electrodes of different polarity, preferably electrode foils coated with an anode material or a cathode material, are separated from one another by a separator, preferably a separator foil a first layer and a last layer of the electrode stack of the separator is arranged and electrodes of the same polarity are combined in an electrically conductive manner to form a pole. According to the invention, the poles of the electrode stack are each electrically connected to an electrically conductive housing side wall, wherein on inner sides of the housing sidewalls in each case an intermediate layer is applied, which at an electrical connection of the housing side wall formed as an anode pole of the anode material and an electrical connection of the remaining housing side wall is formed with a cathode formed as a pole of the cathode material. In order to produce particularly thin layers and thus perform the single cells as small as possible, the intermediate layer is printed in a preferred embodiment of the method according to the invention on the sides of the case, rolled or applied electrochemically.
Die Erzeugung der elektrisch leitfähigen Verbindung der Pole mit den Gehäuseseitenwänden kann insbesondere in einem Schweißverfahren oder einem Schweiß-Press-Füge-Verfahren erfolgen, wobei während des Schweißverfahrens eine oder mehrere Schweißnähte und/oder Schweißpunkte erzeugt werden. In bevorzugter Weise werden bei dem Schweißverfahren die Gehäuseseitenwand sowie weiter in der Tiefe die den Pol bildenden Stromabieiterfahnen des Elektrodenstapels partiell aufgeschmolzen, so dass mit einer Schweißnaht und/oder einem Schweißpunkt alle die Pole bildenden Stromabieiterfahnen sowie die entsprechende elektrisch leitende Gehäuseseitenwand insbesondere in einem Schritt miteinander verschweißt werden.The generation of the electrically conductive connection of the poles with the housing side walls can in particular be carried out in a welding process or a welding-press-joining process, wherein one or more weld seams and / or welding points are produced during the welding process. Preferably, in the welding process, the housing side wall and further in the depth of the pole forming Stromabieiterfahnen the electrode stack partially melted, so that with a weld and / or a weld all poles forming Stromabieiterfahnen and the corresponding electrically conductive housing side wall in particular in one step with each other be welded.
Ein Zellgehäuse der Einzelzelle wird aus zwei elektrisch leitenden Gehäuseseitenwänden gebildet, wobei zwischen den Gehäuseseitenwänden ein randseitig umlaufender sowie elektrisch isolierender Rahmen angeordnet wird, in welchen der Elektrodenstapel eingelegt wird.A cell housing of the single cell is formed from two electrically conductive housing side walls, wherein between the housing side walls a peripherally rotating and electrically insulating frame is arranged, in which the electrode stack is inserted.
Die Befestigung der Gehäuseseitenwände an dem Rahmen wird vorzugsweise mittels form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen, beispielsweise anhand von Kleb- und/oder Schweißverbindungen, erzeugt, so dass das Gehäuse in vorteilhafter Weise flüssigkeits- und/oder gasdicht ausgebildet ist und somit der Elektrodenstapel vor äußeren mechanischen und chemischen Einwirkungen geschützt ist.The attachment of the housing side walls to the frame is preferably produced by means of positive, material and / or non-positive connections, for example by means of adhesive and / or welded joints, so that the housing is formed liquid and / or gas-tight in an advantageous manner and thus the electrode stack is protected from external mechanical and chemical influences.
Durch eine oder mehrere der genannten Maßnahmen ist es möglich, bei einer preiswerten Herstellung den Aufbau eines Zellgehäuses der Einzelzelle zu vereinfachen, die Vibrationssicherheit und damit die Stabilität, die Lebensdauer sowie dadurch wiederum auch die Verwendungsvielfalt zu erhöhen. Des Weiteren wird durch die stoffschlüssige Kontaktierung der Stromabieiterfahnen zur Bildung der Polkontakte und der stoffschlüssigen Verbindung dieser mit den Gehäuseseitenwänden die Stromtragfähigkeit verbessert. Auch liegt keine Schwächung der Druckdichtigkeit des Zellgehäuses der Einzelzelle vor, da keine Kontaktdurchführung der Polkontakte erfolgt. Die erfindungsgemäße Einzelzelle ist insbesondere zu einer Verwendung in einer Batterie vorgesehen, wobei mehrere Einzelzellen elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind, um in vorteilhafter Weise die Eigenschaften der Batterie an einen Verwendungszweck dieser anzupassen.By one or more of the measures mentioned, it is possible to simplify the construction of a cell housing of the single cell at a low-cost production, to increase the vibration safety and thus the stability, the lifetime and, in turn, also the variety of uses. Furthermore, the current carrying capacity is improved by the cohesive contacting of the Stromabieiterfahnen to form the pole contacts and the cohesive connection of these with the housing side walls. There is also no weakening of the pressure tightness of the cell housing of the single cell, since no contact implementation of the pole contacts. The single cell according to the invention is intended in particular for use in a battery, wherein a plurality of individual cells are electrically connected in series and / or parallel to one another in order to advantageously adapt the properties of the battery to a purpose of use.
Ferner eignet sich die Einzelzelle aufgrund ihrer Eigenschaften insbesondere zu einer Verwendung in einer Batterie eines Fahrzeugs, wobei wiederum mehrere Einzelzellen elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug.Furthermore, due to its properties, the single cell is in particular suitable for use in a battery of a vehicle, wherein in turn a plurality of individual cells are electrically connected in series and / or in parallel with one another. The vehicle is in particular a hybrid vehicle or an electric vehicle.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Einzelzelle,1 is a schematic perspective view of a single cell,
Fig. 2 schematisch eine Explosionsdarstellung der Einzelzelle gemäß Figur 1 in einer ersten Ansicht,FIG. 2 schematically shows an exploded view of the single cell according to FIG. 1 in a first view, FIG.
Fig. 3 schematisch eine Explosionsdarstellung der Einzelzelle gemäß Figur 1 in einer zweiten Ansicht,3 schematically an exploded view of the single cell according to FIG. 1 in a second view,
Fig. 4 schematisch eine Detaildarstellung eines Bereiches einer Anordnung einesFIG. 4 schematically shows a detailed representation of a region of an arrangement of a
Pols eines Elektrodenstapels an einer Gehäuseseitenwand,Pols of an electrode stack on a housing side wall,
Fig. 5 schematisch eine Schnittdarstellung der Einzelzelle gemäß Figur 1 , und5 is a schematic sectional view of the single cell according to FIG. 1, and FIG
Fig. 6 schematisch eine Detaildarstellung eines Bereiches einer Anordnung einesFIG. 6 schematically shows a detailed representation of a region of an arrangement of a
Pols eines Elektrodenstapels zwischen einem Rahmen und einer Gehäuseseitenwand.Pols of an electrode stack between a frame and a housing side wall.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In Figur 1 ist eine Einzelzelle 1 , insbesondere eine Lithium-Ionen-Einzelzelle, dargestellt, deren Zellgehäuse 2 aus zwei Gehäuseseitenwänden 3 und 4 und einem zwischen diesen angeordneten, randseitig umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen 5 gebildet ist.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals. FIG. 1 shows a single cell 1, in particular a lithium-ion single cell, whose cell housing 2 is formed from two housing side walls 3 and 4 and a frame 5 which is arranged between them, peripherally revolving and electrically insulating.
Zur Herstellung einer nicht näher dargestellten Batterie sind mehrere der Einzelzellen 1 seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verschaltet. Zu einer Zellspannungsüberwachung der Einzelzellen 1 und/oder einem Zellspannungsausgleich zwischen diesen weist zumindest die Gehäuseseitenwand 4 eine fahnenartige Verlängerung 4.1 auf, wobei diese nach einem Zusammenfügen der Einzelzellen 1 zu der Batterie zu einer elektrischen Kopplung mit einem nicht näher dargestellten elektronischen Bauelement dient, welches insbesondere Mittel für die Zellspannungsüberwachung, den Zellspannungsausgleich und/oder elektrische Sicherungselemente umfasst.To produce a battery, not shown, several of the individual cells 1 are connected in series and / or in parallel with each other electrically. For a cell voltage monitoring of the individual cells 1 and / or a cell voltage compensation between these, at least the housing side wall 4 on a flag-like extension 4.1, which is used for joining the individual cells 1 to the battery to an electrical coupling with an electronic component not shown, which in particular Includes means for cell voltage monitoring, cell voltage compensation and / or electrical fuse elements.
Die aus den mehreren Einzelzellen 1 gebildete Batterie umfasst zusätzlich vorzugsweise eine Wärmeleitplatte, wobei die Einzelzellen 1 zu einer Ableitung einer während des Betriebes der Batterie, insbesondere während eines Lade- und Entladevorganges dieser, erzeugten Verlustwärme Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind.The battery formed from the plurality of individual cells 1 additionally preferably comprises a heat conduction plate, wherein the individual cells 1 are conductively connected to a dissipation of heat generated during operation of the battery, in particular during a charge and discharge process of this heat loss with the heat conducting plate.
Da die Wärmeleitplatte vorzugsweise aus einem sehr gut wärmeleitfähigen und deshalb insbesondere aus einem metallischen Material gebildet ist, ist zwischen den Einzelzellen 1 und der Wärmeleitplatte 6 vorzugsweise ein elektrisch isolierendes und wärmeleitfähiges Material, beispielsweise eine Wärmeleitfolie, eingebracht.Since the heat-conducting plate is preferably formed of a very good thermal conductivity and therefore in particular of a metallic material, preferably an electrically insulating and thermally conductive material, for example a heat-conducting foil, is introduced between the individual cells 1 and the heat-conducting plate 6.
Weiterhin ist die Wärmeleitplatte für eine hohe Wärmeabgabe vorzugsweise von einem Kühlmedium, beispielsweise einem Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage, durchströmbar, wobei die Wärmeleitplatte Anschlusselemente zur Einbindung in einen derartigen Kühlkreislauf aufweist.Furthermore, the heat-conducting plate for a high heat output is preferably flowed through by a cooling medium, for example a refrigerant of a vehicle air conditioning system, wherein the heat-conducting plate has connection elements for integration into such a cooling circuit.
Zu einer sicheren Anordnung der Einzelzellen 1 zueinander und an der Wärmeleitplatte sind beispielsweise Spannelemente, insbesondere Spannbänder, vorgesehen, welche den aus den Einzelzellen 1 gebildeten Zellverbund sicher an der Wärmeleitplatte fixieren und einen Entfall eines zusätzlichen Batteriegehäuses ermöglichen. Um ein Verschiebung der Spannelemente zu vermeiden, weisen die Rahmen 5 der Einzelzellen 1 zu den Spannelementen korrespondierende Materialausnehmungen 5.1 auf. Auch die nicht näher dargestellte Wärmeleitplatte weist vorzugsweise zu den Spannelementen korrespondierende Materialausnehmungen auf.For a secure arrangement of the individual cells 1 to each other and to the heat conducting plate, for example clamping elements, in particular tensioning straps, are provided, which securely fix the cell assembly formed from the individual cells 1 to the heat conducting plate and allow elimination of an additional battery housing. To avoid a displacement of the clamping elements, the frames 5 of the individual cells 1 have material recesses 5.1 corresponding to the clamping elements. The heat conducting plate, not shown, also preferably has material recesses corresponding to the clamping elements.
Weiterhin weisen die Gehäuseseitenwände 3 und 4 gemäß den Figuren 2 und 3 auf einer der Wärmeleitplatte zugewandten Seite jeweils ein zumindest abschnittsweise über die Länge der jeweiligen Einzelzelle 1 hinausgehendes Seitenwandelement 3.1 bzw. 4.2 auf, das gegenüber der jeweiligen Gehäuseseitenwand 3, 4 in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist. Dadurch ist eine verbesserte Wärmeabgabe an die Wärmeleitplatte erzeug bar.Furthermore, the housing side walls 3 and 4 according to Figures 2 and 3 on a side facing the heat conduction in each case at least partially over the length of the respective single cell 1 outgoing sidewall element 3.1 and 4.2, which relative to the respective housing side wall 3, 4 toward the cell interior is angled. As a result, an improved heat output to the heat conduction bar is producible.
In dem Zellgehäuse 2, insbesondere in dem Rahmen 5 der Einzelzelle 1 , ist gemäß den Figuren 2 und 3 ein Elektrodenstapel 6 angeordnet, dessen einzelne Elektroden 6.1 , 6.2 unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator 6.3, insbesondere eine Separatorfolie, isolierend getrennt sind. Dabei sind eine erste Lage und eine letzte Lage des Elektrodenstapels 6 durch den Separator 6.3 gebildet und somit gegenüber den Zellseitenwänden 3, 4 elektrisch isoliert.In the cell housing 2, in particular in the frame 5 of the single cell 1, an electrode stack 6 is arranged according to Figures 2 and 3, the individual electrodes 6.1, 6.2 different polarity, preferably electrode films, by a separator 6.3, in particular a Separatorfolie, isolated , In this case, a first layer and a last layer of the electrode stack 6 are formed by the separator 6.3 and thus electrically insulated from the cell side walls 3, 4.
Dabei sind die Elektroden 6.1 , 6.2 jeweils mit einem elektrochemisch aktiven Anodenmaterial bzw. Kathodenmaterial beschichtet. Da es sich bei der Einzelzelle 1 insbesondere um eine Lithium-Ionen-Einzelzelle handelt, sind mögliche Anodenmaterialien beispielsweise Graphit, nanokristallines, amorphes Silizium oder Lithium-Titanat. Als Kathodenmaterialien sind u. a. Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Nickel- Oxid oder Lithium-Eisen-Phosphat verwendbar. Die als Anode ausgebildeten Elektroden 6.1 sind vorzugsweise aus Aluminium und die als Kathode ausgebildeten Elektroden 6.2 vorzugsweise aus Kupfer gebildet.In this case, the electrodes 6.1, 6.2 are each coated with an electrochemically active anode material or cathode material. Since the individual cell 1 is in particular a lithium-ion single cell, possible anode materials are, for example, graphite, nanocrystalline, amorphous silicon or lithium titanate. As cathode materials u. a. Lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide or lithium iron phosphate usable. The electrodes 6.1 formed as an anode are preferably made of aluminum and the electrodes 6.2 formed as a cathode are preferably formed of copper.
Ein nach außerhalb des Elektrodenstapels 6 geführter Randbereich der jeweiligen Elektrode 6.1 , 6.2 bzw. Elektrodenfolie bildet jeweils eine Stromabieiterfahne 6.4, 6.5, wobei Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 einer Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol P1 bzw. P2 verbunden sind. Der Bereich der Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 ist dabei nicht mit Anodenmaterial bzw. Kathodenmaterial beschichtet. Der Rahmen 5 weist zwei voneinander beabstandete Materialrücknahmen 5.2 auf, die dabei so ausgebildet sind, dass die aus den Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 gebildeten Pole P1 , P2 in den Materialrücknahmen 5.2 anordbar sind.A guided to outside of the electrode stack 6 edge region of the respective electrode 6.1, 6.2 or electrode film each forms a Stromabieiterfahne 6.4, 6.5, wherein Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 of a polarity electrically conductively connected to a pole P1 and P2. The area of Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 is not coated with anode material or cathode material. The frame 5 has two spaced-apart material withdrawals 5.2, which are designed so that the poles P1, P2 formed from the Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 can be arranged in the material returns 5.2.
Diese Pole P1 und P2 des Elektrodenstapels 6 sind jeweils elektrisch mit einer Gehäuseseitenwand 3 bzw. 4 verbunden. Die Gehäuseseitenwände 3, 4 sind dabei elektrisch leitfähig und aus einem Metall gebildet.These poles P1 and P2 of the electrode stack 6 are each electrically connected to a housing side wall 3 and 4, respectively. The housing side walls 3, 4 are electrically conductive and formed of a metal.
Um eine elektrische Kapazität der Einzelzelle 1 zu erhöhen, ist auf die Innenseiten der Gehäuseseitenwände 3 und 4 jeweils eine Zwischenschicht 7 bzw. 8 aufgebracht, welche bei einer elektrischen Verbindung der Gehäuseseitenwand 3 mit dem als Anode ausgebildeten Pol P2 aus dem Anodenmaterial und bei einer elektrischen Verbindung der verbleibenden Gehäuseseitenwand 4 mit dem als Kathode ausgebildeten Pol P1 aus dem Kathodenmaterial gebildet ist. Somit wird ein zusätzliches elektrisches Element gebildet und die elektrische Kapazität der Einzelzelle 1 erhöht.In order to increase an electrical capacitance of the single cell 1, an intermediate layer 7 or 8 is respectively applied to the insides of the housing side walls 3 and 4, which at an electrical connection of the housing side wall 3 formed with the anode pole P2 from the anode material and an electrical Connection of the remaining housing side wall 4 is formed with the cathode formed as a pole P1 of the cathode material. Thus, an additional electrical element is formed and the electrical capacity of the single cell 1 is increased.
Diese Zwischenschichten 7 und 8 werden vorzugsweise aufgewalzt oder elektrochemisch auf die Gehäuseseitenwände 3 und 4 aufgebracht. Besonders geeignet ist auch ein Aufbringen mittels eines Druckverfahrens mit einer optionalen anschließenden Trocknung in einem Ofen.These intermediate layers 7 and 8 are preferably rolled or electrochemically applied to the housing side walls 3 and 4. Also particularly suitable is application by means of a printing process with an optional subsequent drying in an oven.
Die Gehäuseseitenwände 3 und 4 werden zur Bildung des Zellgehäuses 2 Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig an dem Rahmen 5 befestigt. Aus dieser Befestigung resultiert neben der hohen Stabilität eine dichte Ausführung des Zellgehäuses 2, so dass keine Fremdstoffe in dieses eindringen können. Weiterhin ist sichergestellt, dass ein nach der Befestigung der Gehäuseseitenwände 3, 4 an dem Rahmen 5 eingefülltes Elektrolyt nicht austreten kann und ein Umfeld der aus den Einzelzellen 1 gebildeten, nicht näher dargestellten Batterie schädigt. Zur Einfüllung des Elektrolyts weist der Rahmen 5 vorzugsweise eine nicht näher dargestellte Einfüllöffnung auf, welche nach dem Einfüllen des Elektrolyts verschließbar ist.The housing side walls 3 and 4 are attached to the frame 5 to form the cell housing 2 in a material, positive and / or non-positive manner. From this attachment results in addition to the high stability, a dense version of the cell housing 2, so that no foreign matter can penetrate into this. Furthermore, it is ensured that an electrolyte which has been filled on the frame 5 after attachment of the housing side walls 3, 4 can not escape and damages an environment of the battery, not illustrated, formed from the individual cells 1. For filling of the electrolyte, the frame 5 preferably has a filling opening, not shown, which can be closed after filling the electrolyte.
Eine derartige Stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Befestigung erfolgt in nicht näher dargestellter Weise z. B. mittels Kleben, Verschweißen und/oder Verbindungselementen, um eine hohe Stabilität der Verbindung zwischen den Gehäuseseitenwänden 3, 4 und dem Rahmen 5 zu erreichen. Bei den Verbindungselementen handelt es sich insbesondere um Nieten, den Rahmen 5 zumindest randseitig umgreifende fahnenartige Verlängerungen der Gehäuseseitenwände 3, 4 und/oder an dem Rahmen 5 angeformte Halteelemente. Zur Erzeugung einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung weisen die Gehäuseseitenwände 3, 4 und/oder der Rahmen 5 vorzugsweise nicht näher dargestellte, zu den jeweiligen Verbindungselementen korrespondierende Formen oder Aussparungen auf.Such a material, positive and / or non-positive attachment is carried out in a manner not shown z. Example by gluing, welding and / or connecting elements in order to achieve a high stability of the connection between the housing side walls 3, 4 and the frame 5. The connecting elements are in particular rivets, the frame 5 at least peripherally embracing flag-like extensions of the housing side walls 3, 4 and / or on the frame 5 integrally formed holding elements. To produce a positive and / or non-positive connection, the housing side walls 3, 4 and / or the frame 5 preferably not shown in detail, corresponding to the respective connecting elements forms or recesses.
Aus der Stoff-, form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung der Gehäuseseitenwände 3, 4 an dem Rahmen 5 resultiert neben der hohen Stabilität eine dichte Ausführung des Zellengehäuses, so dass keine Fremdstoffe in dieses eindringen können. Weiterhin ist sichergestellt, dass ein nach der Befestigung der Gehäuseseitenwände 3, 4 an dem Rahmen 5 eingefülltes Elektrolyt nicht austreten kann und ein Umfeld der aus den Einzelzellen 1 gebildeten, nicht näher dargestellten Batterie schädigt. Zur Einfüllung des Elektrolyts weist der Rahmen 5 vorzugsweise eine nicht näher dargestellte Einfüllöffnung auf, welche nach dem Einfüllen verschließbar ist.From the material, positive and / or non-positive attachment of the housing side walls 3, 4 on the frame 5 results in addition to the high stability, a dense design of the cell case, so that no foreign matter can penetrate into this. Furthermore, it is ensured that an electrolyte which has been filled on the frame 5 after attachment of the housing side walls 3, 4 can not escape and damages an environment of the battery, not illustrated, formed from the individual cells 1. For filling of the electrolyte, the frame 5 preferably has a filling opening, not shown, which can be closed after filling.
Durch die Befestigung der Gehäuseseitenwände 3, 4 an dem Rahmen 5 sind die Pole P1 und P2 des Elektrodenstapels 6 vorzugsweise mit denBy fixing the housing side walls 3, 4 on the frame 5, the poles P1 and P2 of the electrode stack 6 are preferably with the
Gehäuseseitenwänden 3, 4 verpresst, und somit ist eine elektrische Verbindung zwischen den Polen P1 und P2 und den zughörigen Gehäuseseitenwänden 3, 4 ausgebildet.Housing side walls 3, 4 is compressed, and thus an electrical connection between the poles P1 and P2 and the associated housing side walls 3, 4 is formed.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Pole P1 und P2 mit den Gehäuseseitenwänden 3, 4 zu verschweißen, wobei während des Schweißens eine oder mehrere Schweißnähte und/oder Schweißpunkte erzeugt werden. In bevorzugter Weise werden bei dem Schweißen die Gehäuseseitenwände 3, 4 sowie weiter in der Tiefe die die Pole P1 , P2 bildenden Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 des Elektrodenstapels 6 partiell aufgeschmolzen, so dass mit einer Schweißnaht und/oder einem Schweißpunkt alle die Pole P1 , P2 bildenden Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 sowie die entsprechende elektrisch leitende Gehäuseseitenwand 3 oder 4 insbesondere in einem Schritt miteinander verschweißt werden.Alternatively or additionally, it is possible to weld the poles P1 and P2 to the housing side walls 3, 4, wherein one or more welds and / or welds are generated during welding. In a preferred manner, during welding, the housing side walls 3, 4 as well as further in the depth the Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 of the electrode stack 6 forming the poles P1, P2 are partially melted, so that with a weld and / or a spot weld all the poles P1, P2 forming Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 and the corresponding electrically conductive housing side wall 3 or 4 are welded together in particular in one step.
Gemäß einer nicht näher dargestellten Weiterführung der Erfindung werden die Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 in einem gesonderten Verfahren vor der Erzeugung der elektrische leitfähigen Verbindung mit den Gehäuseseitenwänden 3, 4 zu den Polen P1 , P2 verpresst und/oder verschweißt.According to a continuation of the invention, not shown, the Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 in a separate process before the generation of electrically conductive connection with the housing side walls 3, 4 to the poles P1, P2 pressed and / or welded.
Figur 4 zeigt eine Detaildarstellung eines Bereiches einer Anordnung des als Kathode ausgebildeten Pols P1 des Elektrodenstapels 6 an der Gehäuseseitenwand 4 mit der aufgebrachten Zwischenschicht 8, welche aus dem Kathodenmaterial gebildet ist.FIG. 4 shows a detailed representation of a region of an arrangement of the pole P1 of the electrode stack 6, formed as a cathode, on the housing side wall 4 with the applied intermediate layer 8, which is formed from the cathode material.
Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung der geschlossenen Einzelzelle 1 gemäß Figur 1. Der Elektrodenstapel 6 ist in dem Rahmen 6 zwischen den Gehäuseseitenwänden 3 und 4 angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden. Weiterhin sind die aus den Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 gebildeten Pole P1 und P2 in den Materialrücknahmen 5.2 angeordnet. Dabei ist die lichte Höhe der Materialrücknahmen 5.2 ist derart ausgebildet, dass sie der entsprechenden Erstreckung der unbeeinflusst übereinander gestapelten Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 entspricht oder geringer als diese ist. Die Tiefe der Materialrücknahmen 5.2 entspricht der entsprechenden Erstreckung der Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 oder ist größer ausgebildet als diese.Figure 5 shows a sectional view of the closed single cell 1 according to Figure 1. The electrode stack 6 is disposed in the frame 6 between the housing side walls 3 and 4 and electrically connected thereto. Furthermore, the poles P1 and P2 formed from the Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 are arranged in the material returns 5.2. Here, the clear height of the material returns 5.2 is formed such that it corresponds to the corresponding extent of the unaffected stacked Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 or less than this. The depth of the material returns 5.2 corresponds to the corresponding extension of the Stromabieiterfahnen 6.4, 6.5 or is designed to be greater than this.
Figur 6 zeigt eine Vergrößerung eines Randbereichs des in dem Rahmen 5 angeordneten Elektrodenstapels 6 mit den zwei an dem Rahmen 5 angeordneten Gehäuseseitenwände 3 und 4. Dabei ist die Gehäuseseitenwand 4, welche mit dem als Kathode ausgebildeten Pol P1 elektrisch verbunden ist, aus Kupfer gebildet und mit der aus Kathodenmaterial gebildeten Zwischenschicht 8 beschichtet. Die Gehäuseseitenwand 3, welche mit dem als Anode ausgebildeten Pol P2 elektrisch verbunden ist, ist aus Aluminium gebildet und mit der aus Anodenmaterial gebildeten Zwischenschicht 7 beschichtet. Figure 6 shows an enlargement of an edge region of the arranged in the frame 5 electrode stack 6 with the two arranged on the frame 5 housing side walls 3 and 4. Here, the housing side wall 4, which is electrically connected to the cathode formed as a pole P1, formed of copper and coated with the intermediate layer 8 formed of cathode material. The housing side wall 3, which is electrically connected to the pole formed as an anode P2, is formed of aluminum and coated with the intermediate layer 7 formed of anode material.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Einzelzelle1 single cell
2 Zellgehäuse2 cell housing
3 Zeilseitenwand3 line side wall
3.1 Seitenwandelement3.1 Sidewall element
4 Zeilseitenwand4 line side wall
4.1 Fahnenartige Verlängerung4.1 Banner-like extension
4.2 Seitenwandelement4.2 Sidewall element
5 Rahmen5 frames
5.1 Materialausnehmung5.1 material recess
5.2 Materialrücknahme5.2 Material withdrawal
6 Elektrodenstapel6 electrode stacks
6.1 Elektrode6.1 electrode
6.2 Elektrode6.2 electrode
6.3 Separator6.3 Separator
6.4 Stromabieiterfahne6.4 Stromabieiterfahne
6.5 Stromabieiterfahne6.5 Stromabieiterfahne
7 Zwischenschicht7 intermediate layer
8 Zwischenschicht8 intermediate layer
P1 PolP1 pol
P2 Pol P2 pol

Claims

Patentansprüche claims
1. Einzelzelle (1) für eine Batterie, wobei die Einzelzelle (1) aus einem Elektrodenstapel (6) gebildet ist, dessen einzelne Elektroden (6.1 , 6.2) unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise mit einem Anodenmaterial oder einem Kathodenmaterial beschichtete Elektrodenfolien, durch einen Separator (6.3), vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei eine erste Lage und eine letzte Lage des Elektrodenstapels (6) durch den Separator (6.3) gebildet ist und Elektroden (6.1 , 6.2) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (P1 , P2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (P1 , P2) des Elektrodenstapels (6) jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand (3, 4) verbunden sind, wobei auf Innenseiten der Gehäuseseitenwände (3, 4) jeweils eine Zwischenschicht (7, 8) aufgebracht ist, welche bei einer elektrischen Verbindung der Gehäuseseitenwand (3) mit einem als Anode ausgebildeten Pol (P2) aus dem Anodenmaterial und bei einer elektrischen Verbindung der verbleibenden Gehäuseseitenwand (4) mit einem als Kathode ausgebildeten Pol (P1) aus dem Kathodenmaterial gebildet ist.1. Single cell (1) for a battery, wherein the single cell (1) is formed from an electrode stack (6), the individual electrodes (6.1, 6.2) of different polarity, preferably with an anode material or a cathode material coated electrode films, by a separator ( 6.3), preferably a Separatorfolie, are isolated from each other, wherein a first layer and a last layer of the electrode stack (6) by the separator (6.3) is formed and electrodes (6.1, 6.2) of the same polarity electrically conductive together to form a pole (P1 , P2), characterized in that the poles (P1, P2) of the electrode stack (6) are each electrically connected to an electrically conductive housing side wall (3, 4), wherein on inner sides of the housing side walls (3, 4) in each case an intermediate layer (7, 8) is applied, which in an electrical connection of the housing side wall (3) with an anode formed as a pole (P2) from the Ano denmaterial and at an electrical connection of the remaining housing side wall (4) is formed with a cathode formed as a pole (P1) of the cathode material.
2. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass2. Single cell (1) according to claim 1, characterized in that
Elektroden (6.1), deren Pol (P2) die Anode des Elektrodenstapels (6) bilden, aus Aluminium und Elektroden (6.2), deren Pol (P1) die Kathode des Elektrodenstapels (6) bildet, aus Kupfer gebildet sind. Electrodes (6.1) whose poles (P2) form the anode of the electrode stack (6), of aluminum and electrodes (6.2) whose pole (P1) forms the cathode of the electrode stack (6), are formed of copper.
3. Einzelzelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Anode des Elektrodenstapels (6) elektrisch verbundene Gehäuseseitenwand (3) aus Kupfer mit einer aufgebrachten Zwischenschicht (7) aus Anodenmaterial gebildet ist.3. Single cell (1) according to claim 2, characterized in that the electrically connected to the anode of the electrode stack (6) housing side wall (3) made of copper with an applied intermediate layer (7) is formed of anode material.
4. Einzelzelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Kathode des Elektrodenstapels (6) elektrisch verbundene Gehäuseseitenwand (4) aus Aluminium mit einer aufgebrachten Zwischenschicht (8) aus Kathodenmaterial gebildet ist.4. Single cell (1) according to claim 2, characterized in that the electrically connected to the cathode of the electrode stack (6) housing side wall (4) made of aluminum with an applied intermediate layer (8) is formed of cathode material.
5. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein nach außerhalb des Elektrodenstapels (6) geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie (6.1 , 6.2) eine Stromabieiterfahne (6.4, 6.5) bildet, wobei die Stromabieiterfahnen (6.4, 6.5) einer Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (P1 , P2) verbunden sind.5. Single cell (1) according to claim 1, characterized in that an outside of the electrode stack (6) guided edge region of the respective electrode foil (6.1, 6.2) forms a Stromabieiterfahne (6.4, 6.5), wherein the Stromabieiterfahnen (6.4, 6.5) a Polarity electrically conductive with each other to a pole (P1, P2) are connected.
6. Einzelzelle (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellgehäuse (2) zwei Gehäuseseitenwände (3, 4) umfasst, zwischen welchen ein randseitig umlaufender sowie elektrisch isolierender Rahmen (5) angeordnet ist.6. Single cell (1) according to claim 1, characterized in that a cell housing (2) comprises two housing side walls (3, 4), between which an edge peripheral and electrically insulating frame (5) is arranged.
7. Einzelzelle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (5) zwei elektrisch voneinander isolierte und voneinander beabstandete Materialrücknahmen (5.2) aufweist, in welchen jeweils die zu einem Pol (P1 , P2) des Elektrodenstapels (6) zusammengefassten Stromabieiterfahnen (6.4, 6.5) angeordnet sind.7. Single cell (1) according to claim 6, characterized in that the frame (5) has two electrically isolated from each other and spaced apart material withdrawals (5.2), in which in each case to a pole (P1, P2) of the electrode stack (6) combined Stromabieiterfahnen (6.4, 6.5) are arranged.
8. Einzelzelle (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (P1 , P2) des Elektrodenstapels (6) mit den Gehäuseseitenwänden (3, 4) verpresst und/oder verschweißt sind. 8. Single cell (1) according to claim 1, characterized in that the poles (P1, P2) of the electrode stack (6) with the housing side walls (3, 4) are pressed and / or welded.
9. Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle (1) für eine Batterie, wobei die Einzelzelle (1) aus einem Elektrodenstapel (6) gebildet wird, dessen einzelne Elektroden (6.1 , 6.2) unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise mit einem Anodenmaterial oder einem Kathodenmaterial beschichtete Elektrodenfolien, durch einen Separator (6.3), vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt werden, wobei als eine erste Lage und eine letzte Lage des Elektrodenstapels (6) der Separator (6.3) angeordnet wird und Elektroden (6.1 , 6.2) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (P1 , P2) zusammengefasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (P1 , P2) des Elektrodenstapels (6) jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand (3, 4) verbunden werden, wobei auf Innenseiten der Gehäuseseitewände (3, 4) jeweils eine Zwischenschicht (7, 8) aufgebracht wird, welche bei einer elektrischen Verbindung der Gehäuseseitenwand (3) mit einem als Anode ausgebildeten Pol (P2) aus dem Anodenmaterial und bei einer elektrischen Verbindung der verbleibenden Gehäuseseitenwand (4) mit einem als Kathode ausgebildeten Pol (P1) aus dem Kathodenmaterial gebildet wird.9. A method for producing a single cell (1) for a battery, wherein the single cell (1) is formed from an electrode stack (6), the individual electrodes (6.1, 6.2) of different polarity, preferably with an anode material or a cathode material coated electrode films, by a separator (6.3), preferably a Separatorfolie, are separated from each other insulating, being arranged as a first layer and a last layer of the electrode stack (6) of the separator (6.3) and electrodes (6.1, 6.2) of the same polarity to each other electrically conductive a pole (P1, P2) are combined, characterized in that the poles (P1, P2) of the electrode stack (6) are each electrically connected to an electrically conductive housing side wall (3, 4), wherein on inner sides of the housing side walls (3, 4th ) in each case an intermediate layer (7, 8) is applied, which in an electrical connection of the housing side wall (3) with a m formed as an anode pole (P2) from the anode material and at an electrical connection of the remaining housing side wall (4) with a cathode formed as a pole (P1) is formed from the cathode material.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (7, 8) auf die Gehäuseseitenwände(3, 4) aufgedruckt, aufgewalzt oder elektrochemisch aufgebracht wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the intermediate layer (7, 8) on the housing side walls (3, 4) is printed, rolled or applied electrochemically.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Verbindung der Gehäuseseitenwände (3, 4) und der Pole (P1 , P2) in einem Schweißverfahren oder in einem kombinierten Schweiß- Press-Fügeverfahren erzeugt wird.11. The method according to claim 9, characterized in that the electrically conductive connection of the housing side walls (3, 4) and the poles (P1, P2) is produced in a welding process or in a combined welding press-joining process.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellgehäuse (2) aus zwei elektrisch leitenden Gehäuseseitenwänden (3, 4) gebildet wird, wobei zwischen den Gehäuseseitenwänden (3, 4) ein randseitig umlaufender sowie elektrisch isolierender Rahmen (5) angeordnet wird. 12. The method according to claim 9, characterized in that a cell housing (2) of two electrically conductive housing side walls (3, 4) is formed, wherein between the housing side walls (3, 4) an edge peripheral and electrically insulating frame (5) is arranged ,
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseseitenwände (3, 4) form-, Stoff- und/oder kraftschlüssig an dem Rahmen (5) befestigt sind.13. The method according to claim 12, characterized in that the housing side walls (3, 4) are positively, material and / or non-positively attached to the frame (5).
14. Verwendung einer Einzelzelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Batterie, wobei mehrere Einzelzellen (1) elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind.14. Use of a single cell (1) according to one of claims 1 to 8 in a battery, wherein a plurality of individual cells (1) are electrically connected in series and / or in parallel with each other.
15. Verwendung einer Einzelzelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Batterie für ein Fahrzeug, wobei mehrere Einzelzellen (1) elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind, wobei das Fahrzeug insbesondere ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug ist. 15. Use of a single cell (1) according to one of claims 1 to 8 in a battery for a vehicle, wherein a plurality of individual cells (1) are electrically connected in series and / or parallel to each other, wherein the vehicle is in particular a hybrid vehicle or an electric vehicle.
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