WO2013020677A2 - Elektrochemischer energiespeicher und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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WO2013020677A2
WO2013020677A2 PCT/EP2012/003304 EP2012003304W WO2013020677A2 WO 2013020677 A2 WO2013020677 A2 WO 2013020677A2 EP 2012003304 W EP2012003304 W EP 2012003304W WO 2013020677 A2 WO2013020677 A2 WO 2013020677A2
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energy store
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Tim Schaefer
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Li-Tec Battery Gmbh
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M10/052—Li-accumulators
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    • 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 present invention relates to an electrochemical energy store with outgoing from an electrode assembly Ableitfahen and a
  • the arrester lugs are dimensioned such that occurring during operation of the electrochemical energy storage temperature differences between the
  • US 2009/0023062 A1 also shows an electrochemical energy store with a bag-shaped packaging of the electrode assembly and describes a method for its production. This publication sets itself the task of carrying out the Abieiter by packing the
  • electrochemical energy storage and the simplest possible and specify cost-effective method for its production. This object is achieved by an electrochemical energy storage according to the independent product claim or and by a method according to the independent method claim.
  • the dependent claims relate to advantageous developments of this invention.
  • an electrochemical energy store in which outgoing electrode tabs of current collectors of the same electrical polarity are combined between two legs of an electrical discharger.
  • outgoing electrode tabs of current collectors of the same electrical polarity are combined between two legs of an electrical discharger.
  • an electrochemical energy store means a device for storing energy in chemical form, which can deliver energy in electrical form to its surroundings and preferably also absorb it from its environment.
  • electrochemical energy storage are galvanic cells or batteries from such galvanic cells, in particular so-called
  • Such electrochemical energy stores have an electrochemically active assembly, a so-called electrode assembly, which is preferably designed as an electrode stack or as an electrode winding.
  • Electrode assembly are electrodes of dissimilar electrical polarity separated by a separator.
  • the electrode materials of Anode and the cathode are preferably applied as layers on so-called current collectors, which consist of electrically conductive materials, preferably of metals such as copper or aluminum. At one end or at several ends of the current collectors, these protrude out of the electrode assembly in the form of arrester lugs.
  • a conductor or an electrical conductor is to be understood as an electrical conductor which electrically connects a collector lug or multiple collector lugs of the same electrical polarity to a cell contact of this polarity, so that the current preferably has as little resistance as possible between the electrode materials via the current collectors Ableiterfahen and the Abieiter can flow to the cell contacts.
  • the Abieiter can preferably also be designed as a cell contacts themselves.
  • At least one Abieiter on at least two legs between which are summarized from an electrode assembly protruding Ableitfahen of current collectors of the same electrical polarity.
  • This at least one Abieiter preferably has at least one shaft which is electrically conductively connected to the legs and preferably designed as a cell contact or electrically conductively connected to the cell contact. This is preferably done by clamping, so by a positive connection while avoiding a potentially disadvantageous
  • Ultrasonic welding can be avoided or limited.
  • an electrochemical energy store in which a shaft or third leg of a Abieiters summarizing the Ableitfahen as a electrical connection of the electrochemical energy storage out of the enclosure or out of the packaging of the electrochemical energy store and in which this shank or this third leg is connected to the envelope preferably cohesively.
  • a wrapper or packaging of an electrochemical energy store means a wall or a container, preferably a housing, a bag, or the like, which or the electrochemically active components of the electrochemical
  • Packaging is preferably made of a plurality of preferably at least in places cohesively connected to one another, preferably film-like layers constructed pouches, which are referred to by the skilled person as "pouch” or “coffee bag”.
  • an electrochemical energy storage is provided, are summarized in the Ableiterfahen of current collectors of the same electrical polarity groups between two legs of a folded to a plurality of legs on a shaft Abieiters.
  • the currents can be distributed to larger conductor cross-sections or a larger number of connections between Ableiterfahen and Abieitern and so the current densities are reduced. This has a favorable effect on the heating due to ohmic losses in the interior of the electrochemical
  • the groups of collector tabs may also be offset from one another, more preferably offset along a boundary edge along which a positive and a negative conductor are adjacent.
  • the cell can be contacted by only one edge and in a common contact strip in the
  • Battery housing are plugged.
  • two Abieiter different electrical polarity outside the enclosure are electrically isolated connected, preferably with a so-called “spacer", because it facilitates the insertion into the common contact strip and Abieiter support each other.
  • an electrochemical energy storage in which a Abieiter is folded so that it forms three legs or two legs and a shaft, which are connected and arranged in a Z-shaped or Y-shaped.
  • Such folded Abieiter are made of band-shaped
  • Conductor materials can be produced cheaply and are preferably folded from sheet metal strips or roll profiled or rollformed.
  • an electrochemical energy storage in which a plurality of staggered groups of the same name Polarity of an electrode assembly outstanding Ableiterfahen between the legs of the Abieiter are summarized in such a way, the Ableitfahen of current collectors of the same polarity electrically connected to each other and Ableiterfahen of current collectors
  • an electrochemical energy storage in which a plurality of offset from each other and partially overlapping arranged, protruding from an electrode assembly Ableitfahen a plurality of current collectors of the same electrical polarity between two legs of a Abieiters are summarized.
  • an electrochemical energy storage in which a component of the electrochemical energy storage device, preferably a sensor, a fuse, a printed circuit board or a coolant channel is arranged in a space between a leg and a shaft of a Abieiters.
  • the printed circuit board is preferably an assembly of the battery management system or a similar device.
  • Invention is an electrochemical energy storage with an electrical connection (ie, a cell contact) is provided, which is cohesively and in electrically conductive connection attached to the shaft of the Abieiters or molded from this shaft. According to a further preferred embodiment of the present invention
  • an electrochemical energy storage is provided with a Abieiter whose shaft is configured such that this shaft can be plugged into a contact strip of a battery and preferably fixed there. This has the advantage that the energy storage device can be contacted particularly easily, preferably from one side.
  • an electrochemical energy storage device is provided with a plurality of electrical connections, which are cohesively and in electrically conductive connection attached to a shaft of a Abieiters or each formed from such a shaft and offset from each other. This allows the entire edge area of the
  • Invention is an electrochemical energy store with an electrically insulating mechanical connection between at least two
  • an electrochemical energy storage in which a Abieiter extends along an outer boundary edge of the Ableitfahen.
  • Electrode assembly outstanding arrester lugs of current collectors of the same electrical polarity between two legs of an electrical Abieiters be summarized.
  • the invention provides a method in which a collector extends along an outer boundary edge of the collector tabs. According to a further preferred embodiment of the present invention
  • Invention is a method is provided in which a Abieiter is or is folded so that it forms three legs, which are connected and arranged in a Z-shaped or Y-shaped. According to a further preferred embodiment of the present invention
  • electrochemical energy store preferably a sensor, a
  • Fuse a circuit board or a coolant channel in a space between a leg and a shaft of a Abieiters is arranged.
  • a sheath is provided which around the
  • Electrode assembly is clamped. This allows the chemical
  • Interaction in the electrode assembly can be improved.
  • this measure allows a thickness increase of the electrode assembly during charging.
  • carbon fibers or so-called “nanotubes”, which are preferably oriented substantially perpendicular to a surface of the electrode assembly, are arranged in the material of the sheath, whereby the heat transfer through the sheath can be improved
  • cup-shaped housing having a housing cover with at least a first cell contact, wherein the cell contact is shaped such that a planar portion of this first cell contact, when the housing cover is mounted on the housing, protrudes into the interior of the housing in such a way that at least one of an electrode stack surrounded by the housing or electrode winding outstanding Ableiterfahne, preferably one
  • a cup-shaped housing of an electrochemical energy store is understood to mean a housing which can be closed with at least one housing cover and is preferably provided with a wall delimited by at least one edge lying in a plane, which is closed on the ("lower") side opposite the housing cover
  • a housing bottom is preferably designed like a housing cover
  • the conceptual distinction between the terms floor and lid follows here the colloquial practice also in cases where there is no functional difference between the bottom and lid which would require or justify a conceptual distinction, if in this context the linguistic simplicity is spoken of only by a cover or only by a caseback, is always the case eboden or the housing cover or both meant.
  • a housing cover or housing bottom can close a cup-shaped housing if the edge of the housing cover or the housing bottom can be connected with an edge of the cup-shaped housing at least in places positively, non-positively or materially.
  • this compound seals the housing against a
  • these housings are prismatic, particularly preferably rectangular or cuboid or rounded prismatic shape.
  • Other preferred embodiments, so-called round cells, have round cross sections.
  • cup-shaped housing of an electrochemical energy storage in the above sense can close.
  • such products are designed as relief-like shaped walls, which are bounded by a preferably flat edge.
  • a forming process particularly preferably by embossing, pressing, deep-drawing or by extrusion, formed from a metallic material sheets, preferably with at least one breakthrough or a
  • a cell contact is to be understood as an electrical connection of the cell to its electrical environment, that is to electrical conductors of consumers or of current sources.
  • Cell contacts are also referred to as pole contacts, poles, pole terminals or the like.
  • Housing cover is placed on the housing, protrudes into the interior of the housing such that at least one of a housing surrounded by the electrode stack or electrode winding outstanding
  • the planar section thus has at least one preferably flat surface, preferably at least one pair of legs, with or at least one of which is surrounded by a housing
  • Electrode stack or electrode winding outstanding arrester lug Preferably, a plurality of such Ableiterfahen, with this portion electrically conductive and flat, preferably positive, non-positive or cohesive, can be connected.
  • the at least one surface is or the legs are preferably aligned parallel to the Ableitfahen that are connected to this surface, preferably to be attached to this surface. This is at least a part of those Ableiterfahen which are electrically connected to electrode plates having the polarity of the cell contact whose planar portion to be connected to this Ableiterfahen.
  • the planar portion may also have a plurality of partial surfaces, particularly preferably legs or leg pairs, which are preferably aligned parallel to groups of Ableiterfahen that protrude in different, not necessarily parallel planes of the electrode stack or electrode coil, and which preferably with each of them parallel aligned Ableiterfahen surface and electrically conductively connected, preferably held together between the legs.
  • a plurality of partial surfaces particularly preferably legs or leg pairs, which are preferably aligned parallel to groups of Ableiterfahen that protrude in different, not necessarily parallel planes of the electrode stack or electrode coil, and which preferably with each of them parallel aligned Ableiterfahen surface and electrically conductively connected, preferably held together between the legs.
  • it is provided to stack individual sheets of cathodes, anodes and separators, or to wrap tapes therefrom or to fold them flat or to fold a band-shaped separator in Z-shape and the
  • Anode and cathode layers are preferably uncoated on at least one edge and protrude from the electrode stack or wrapping like little flags as so-called collector tabs or arrester tabs, preferably via so-called collectors with the cell contacts or the cell poles or preferably with the inside of the housing and a cell pole connected to polar cells.
  • collector tabs or arrester tabs preferably via so-called collectors with the cell contacts or the cell poles or preferably with the inside of the housing and a cell pole connected to polar cells.
  • press or fusion welding preferably a resistance spot welding, ultrasonic welding or laser welding are used.
  • a non-positive connection preferably by riveting.
  • a surface connection is to be understood as meaning a preferably form-locking, non-positive or integral connection of two surfaces which is not punctiform but in which larger surface portions than just individual points touch, so that preferably the lowest possible electrical resistance with this connection arises.
  • the housing cover is preferably completely equipped before the closure of the cell.
  • the housing can be made in two parts, consisting of only a cup and a lid.
  • the elimination of a separate collector reduces the expense (i.e., in particular the cost, space, weight) over the prior art.
  • the power line is improved by the elimination of a weld with electrical contact resistance.
  • the proposed solution can be applied mutatis mutandis when the cell is sealed from the bottom and consists of an "upside down" cup (through which the second cell pole is isolated) and a bottom used with integrally formed collector.
  • a housing cover in which at least one first cell contact with the housing cover is electrically conductive and preferably integrally connected.
  • the electrically conductive connection of a cell contact with the housing cover is associated with the advantage that the entire housing cover or at least the electrically connected to the cell contact part of - optionally composed of a plurality of mutually electrically insulated electrical conductors - housing cover at the same potential is like the cell contact, so that this voltage on the entire housing cover or on the electrically connected to the cell contact part of
  • Housing cover can be tapped.
  • the housing cover is formed by a forming process, particularly preferably by embossing, pressing, deep drawing or extrusion, of a metallic material and provided with an inverted inside collar, which is locally extended like a flag.
  • Embodiments of the invention have the advantage that the planar portion is made together with the housing cover, thereby reducing the number of manufacturing steps.
  • This inwardly bent lug represents the collector to which the cathode lugs, preferably in the form of an aluminum carrier foil of the electrode stack, are preferably attached by means of ultrasonic welding.
  • the chosen construction allows the two-sided access of an ultrasonic welding tool consisting of anvil and sonotrode. After welding the flags is the
  • Electrode stack or electrode coil including the housing cover in the cell cup (i.e., in the cup-shaped housing) pushed and the cell is preferably welded shut.
  • a housing cover wherein at least a first cell contact is designed as a raised structure on the outside of the housing cover.
  • This version offers the advantage of a shortened parts list.
  • the compound is of planar section and raised structure disposed within the electrochemical energy storage.
  • a housing cover is provided with at least one opening or at least one recess in the housing cover for carrying at least one relative to the housing cover electrically insulated second cell contact, which is preferably shaped such that a planar portion of this second cell contact when the housing cover is placed on the housing is projecting into the interior of the housing such that at least one of an electrode stack surrounded by the housing or
  • Electrode winding outstanding Ableiterfahne can be connected electrically conductive and flat with this section.
  • the housing cover on a plurality of planar sections, which are preferably each connected to Ableitfahen the same polarity.
  • the plurality of planar sections are connected in a material-locking manner with conductor lugs of the same polarity, in particular by means of
  • the housing cover has a current collecting subassembly.
  • the particular metallic current collector assembly has at least two planar sections, which in particular serve the electrical connection with one arrester lug each.
  • the planar sections are electrically connected to the collector lugs of the same polarity.
  • the Current collecting assembly further comprises a preferably cylindrical pin, which preferably serves the electrical connection with a cell contact.
  • the pin is sealed relative to the housing cover in particular by means of a seal and or insulation or electrically insulated. So the current collecting assembly is electrically opposite to the
  • an electrochemical energy store is further provided with a housing cover according to one of the specified embodiments.
  • a preferred embodiment of the electrochemical energy store is characterized by an electrode stack or electrode winding having at least four protruding outgoer lugs, wherein each two discharge lugs have the same electrical polarity.
  • this embodiment has a housing cover with at least two planar sections, wherein the housing cover and its planar sections are electrically connected to each other. The at least two planar sections of the housing cover are electrically conductively connected to two collector lugs of the same electrical polarity.
  • this embodiment has a current collecting subassembly with at least two planar sections, wherein the
  • housing cover provided according to one of the specified embodiments, in which the housing cover is formed by a forming process, preferably by embossing, pressing, deep drawing or extrusion, of a metallic material and provided with an inverted collar inside, which is locally extended like a flag.
  • the housing either in three parts - ie with
  • groups of arrester lugs are electrically conductively and flatly connected to the planar portion, so that the contact can be improved and internalmaschineleitersschienen be dispensable.
  • the collector tabs of the same polarity are connected to each other before, or during their connection with the planar sections, preferably cohesively, preferably by means of intermediate layers, a band or another construction part of at least locally electrically conductive material, preferably with the aid of so-called spacers made of copper or made of a composite material of a metal and an electrical insulator.
  • FIG. 1 in a schematic way an embodiment of a
  • FIG. 2a, 2b, 2c, 2d respectively schematically illustrate embodiments of the combination of a plurality of Ableiterfahen by legs of a Abieiters; Fig. 3 in a schematic way an embodiment of a
  • electrochemical energy storage in plan view shows schematically in schematic manner an embodiment of an inventive electrochemical energy store in plan view;
  • FIGS. 5a, 5b each schematically show an embodiment of an electrochemical energy store according to the invention in a partial side cross-sectional view;
  • Fig. 6 in a schematic way an embodiment of a
  • inventive electrochemical energy storage seen obliquely from above.
  • an electrochemical device according to the invention is contained in an envelope or packaging 1
  • Electrode assembly 2 which is preferably composed of a series of electrodes, ie anodes and cathodes, which are separated by separator layers.
  • the current collectors 9 and 10 of the electrodes protrude out of the electrode stack 2 and are over
  • Figures 2a and 2b show a first embodiment of a
  • FIG. 2a shows the arrangement with opened legs 24 and 25, whereas FIG Figure 2b shows the same arrangement with compressed legs 24 and 25.
  • Figures 2c and 2d show another preferred embodiment of a Abieiters invention with legs 24 and 25 which are mounted on a shaft 26.
  • the legs 24 and 25 form a y-shaped geometry with the shaft 26
  • the legs 24 and 25 on the shaft 26 are in the position shown in FIGS. 2c and 2d Embodiment arranged in a Z-shaped geometry.
  • Figure 2c shows the arrangement with open legs
  • Figure 2d shows the arrangement with
  • FIG. 3 shows an electrochemical energy store with a packaging 1, in which an electrode assembly 2 is located, whose current collectors are connected via discharge lugs 35, 36, 37 and 38 to the conductors 31, 32, 33 and 34
  • Electrode assembly 2 via the arrester lugs 314, 315, 316 and 321, 322 and 323 to the Abieiter 31 1, 312, 313 and 324, 325 and 326 connected.
  • Figure 4 shows a similar electrochemical energy storage in which the Abieiter 31 and 32 are connected by an electrically conductive connection 41 between the adjacent Abieitern and in which the Abieiter 31 1 and 312 by an electrically insulating compound 42 between them
  • FIGS. 5a and 5b each show an electrochemical energy store in which the arrester lugs 53 are arranged in groups by arms with legs 54 and 55, 54 and 59, respectively.
  • the shaft 56 also protrudes out of the envelope or out of the packaging. In the spaces between the legs are components of the electrochemical energy storage, such as sensors or cooling tubes 57 or 58 arranged.
  • Figure 5a shows an electrochemical energy store with y-shaped arrangement of
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an electrode assembly 2 of an electrochemical energy store according to the invention

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Abstract

Bei einem elektrochemischen Energiespeicher (1) sind aus einer Elektrodenbaugruppe (2) herausragende Ableiterfahnen (3, 4, 5, 6, 7, 8) von Stromkollektoren (9, 10) gleichnamiger elektrischer Polarität zwischen zwei Schenkeln (11, 12, 13, 14) eines elektrischen Ableiters (15, 16) zusammengefasst.

Description

Elektrochemischer Energiespeicher und Verfahren zu seiner Herstellung
Beschreibung Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2011 1 10 007.9 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher mit aus einer Elektrodenbaugruppe herausragenden Ableiterfahnen und ein
Verfahren zu seiner Herstellung.
Die US 2009/0169990 A1 zeigt einen derartigen elektrochemischen
Energiespeicher und ein beschreibt ein Verfahren zu dessen Herstellung. Dabei sind die Ableiterfahnen so dimensioniert, dass im Betrieb des elektrochemischen Energiespeichers auftretende Temperaturdifferenzen zwischen den
Zellkontakten minimiert werden.
Auch die US 2009/0023062 A1 zeigt einen elektrochemischen Energiespeicher mit einer Beuteiförmigen Verpackung der Elektrodenbaugruppe und ein beschreibt ein Verfahren zu dessen Herstellung. Diese Publikation stellt sich die Aufgabe, die Durchführung der Abieiter durch die Verpackung der
Elektrodenbaugruppe zu verbessern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, einen nach Möglichkeit gegenüber bekannten Lösungen verbesserten
elektrochemischen Energiespeicher und ein möglichst einfaches und kostengünstiges Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch einen elektrochemischen Energiespeicher nach dem unabhängigen Erzeugnisanspruch bzw. und durch ein Verfahren nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem aus einer Elektrodenbaugruppe herausragende Ableiterfahnen von Stromkollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität zwischen zwei Schenkeln eines elektrischen Abieiters zusammengefasst sind. Vorzugsweise wird nur eine kleine Anzahl von Ableiterfahnen von jeweils einem Schenkelpaar
zusammengefasst, also vorzugsweise sind mehrere Schenkelpaare für alle Ableiterfahnen vorgesehen. Dies bringt den Vorteil einer dauerhafteren
Kontaktierung, weil eine geringere Anzahl von Ableiterfahnen mit geringerer Kraft zuverlässig gehalten werden kann, zumal die Federkonstante einer geringeren Anzahl von Ableiterfahnen höher ist, also steifere Konstruktion.
Im Sinne dieser Erfindung ist unter einem elektrochemischen Energiespeicher eine Vorrichtung zur Speicherung von Energie in chemischer Form zu verstehen, welche Energie in elektrischer Form an ihre Umgebung abgeben und vorzugsweise aus ihrer Umgebung auch aufnehmen kann. Wichtige Beispiele für solche elektrochemischen Energiespeicher sind galvanische Zellen oder Batterien aus solchen galvanischen Zellen, insbesondere sogenannte
Sekundärbatterien auf Basis der Lithium-Ionen-Chemie für Anwendungen im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen.
Derartige elektrochemischen Energiespeicher weisen eine elektrochemisch aktive Baugruppe, eine sogenannte Elektrodenbaugruppe auf, die vorzugsweise als Elektrodenstapel oder als Elektrodenwickel ausgestaltet ist. In der
Elektrodenbaugruppe sind Elektroden ungleichnamiger elektrischer Polarität durch einen Separator voneinander getrennt. Die Elektrodenmaterialien der Anode und der Kathode sind vorzugsweise als Schichten auf sogenannte Stromkollektoren aufgebracht, die aus elektrisch leitfähigen Materialien, vorzugsweise aus Metallen wie Kupfer oder Aluminium bestehen. An einem Ende oder an mehreren Enden der Stromkollektoren ragen diese in Form von Ableiterfahnen aus der Elektrodenbaugruppe heraus.
Im Sinne dieser Erfindung ist unter einem Abieiter oder einem elektrischen Abieiter ein elektrischer Leiter zu verstehen, der eine Ableiterfahne oder mehrere Ableiterfahnen gleicher elektrischer Polarität mit einem Zellkontakt dieser Polarität elektrisch verbindet, so dass der Strom vorzugsweise möglichst widerstandsarm zwischen den Elektrodenmaterialien über die Stromkollektoren, die Ableiterfahnen und die Abieiter zu den Zellkontakten fließen kann. Die Abieiter können dabei vorzugsweise auch selbst als Zellkontakte ausgestaltet sein.
Erfindungsgemäß weist wenigstens ein Abieiter wenigstens zwei Schenkel auf, zwischen denen aus einer Elektrodenbaugruppe herausragende Ableiterfahnen von Stromkollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität zusammengefasst sind. Dieser wenigstens eine Abieiter weist vorzugsweise wenigstens einen Schaft auf, der mit den Schenkeln elektrisch leitend verbunden ist und vorzugsweise als Zellkontakt ausgestaltet oder mit dem Zellkontakt elektrisch leitend verbunden ist. Dies geschieht vorzugsweise durch Klemmen, also durch einen Formschluss unter Vermeidung einer möglicherweise nachteiligen
Erwärmung der Ableiterfahnen, oder durch Schweißen, also durch einen Stoffschluss, der mit einer höheren Festigkeit verbunden sein kann. Er ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Wärmeeintrag durch
Ultraschallschweißen vermieden oder begrenzt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem ein Schaft oder dritter Schenkel eines die Ableiterfahnen zusammenfassenden Abieiters als ein elektrischer Anschluss des elektrochemischen Energiespeichers aus der Umhüllung oder aus der Verpackung des elektrochemischen Energiespeichers geführt und bei dem dieser Schaft oder dieser dritte Schenkel mit der Umhüllung vorzugsweise stoffschlüssig verbunden ist.
Im Sinne dieser Erfindung ist unter einer Umhüllung oder Verpackung eines elektrochemischen Energiespeichers eine Wandung oder ein Behälter, vorzugsweise ein Gehäuse, ein Beutel, oder ähnliches zu verstehen, die bzw. der die elektrochemisch aktiven Bestandteile des elektrochemischen
Energiespeichers von ihrer Umwelt gegen einen Stoffaustausch nach
Möglichkeit isoliert. Bevorzugte Beispiele solcher Umhüllungen oder
Verpackungen sind vorzugsweise aus einer Mehrzahl von vorzugsweise wenigstens stellenweise miteinander stoffschlüssig verbundenen, vorzugsweise folienartigen Schichten aufgebauten Beutel, die vom Fachmann auch als „pouch" oder als„coffee bag" bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem Ableiterfahnen von Stromkollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität gruppenweise zwischen jeweils zwei Schenkeln eines zu einer Mehrzahl von Schenkeln an einem Schaft gefalteten Abieiters zusammengefasst sind. Durch diese Maßnahme können die Ströme auf größere Leiterquerschnitte oder eine größere Zahl von Verbindungen zwischen Ableiterfahnen und Abieitern verteilt und so die Stromdichten verringert werden. Dies wirkt sich günstig auf die Erwärmung durch ohmsche Verluste im Inneren des elektrochemischen
Energiespeichers aus. Auch in mechanischer Sicht ist es ein Vorteil dieser Ausführungsformen, dass die Sicherheit der Greifverbindung zwischen den Schenkeln und den Ableiterfahnen erhöht wird, weil mit geringeren Setzfugen gerechnet werden kann und die Federsteifigkeit solcher Verbindungen im allgemeinen um so höher ist, je geringer die Zahl der Ableiterfahnen ist, die zwischen je zwei Schenkeln zusammengehalten (gegriffen) werden. Eine kleinere Zahl von Ableiterfahnen kann zwischen zwei Schenkeln mit geringerer Kraft und höherer Zuverlässigkeit gehalten werden. Gemäß dieser
Ausführungsform der Erfindung ist die Kontaktierung zwischen den
Ableiterfahnen und den Schenkeln einfacher und sicherer durchzuführen; der Energiespeicher ist insgesamt leichter und zuverlässiger herstellbar.
Vorzugsweise können die Gruppen von Ableiterfahnen auch gegeneinander versetzt, besonders vorzugsweise entlang einer Begrenzungskante versetzt, entlang der ein positiver und ein negativer Abieiter benachbart sind, angeordnet sein.
Vorzugsweise werden entlang der Begrenzungskante zwei Abieiter
verschiedener elektrischer Polarität verwendet, denn dann kann die Zelle von nur einer Kante kontaktiert und in eine gemeinsame Kontaktleiste im
Batteriegehäuse gesteckt werden.
Vorzugsweise werden zwei Abieiter verschiedener elektrischer Polarität außerhalb der Umhüllung elektrisch isolierend verbunden, vorzugsweise mit einem sogenannten„Spacer", denn damit wird das Stecken in die gemeinsame Kontaktleiste erleichtert und die Abieiter stützen sich gegenseitig.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem ein Abieiter so gefaltet ist, dass er drei Schenkel oder zwei Schenkel und einen Schaft ausbildet, die z-förmig oder Y-förmig miteinander verbunden und angeordnet sind. Derartig gefaltete Abieiter sind aus bandförmigen
Leitermaterialien (Meterware) günstig herstellbar und werden vorzugsweise aus Blechstreifen gefaltet oder walzprofiliert oder rollumgeformt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem eine Mehrzahl von in gegeneinander versetzt angeordneten Gruppen gleichnamiger Polarität aus einer Elektrodenbaugruppe herausragende Ableiterfahnen zwischen den Schenkeln der Abieiter derart zusammengefasst sind, das Ableiterfahnen von Stromkollektoren gleichnamiger Polarität elektrisch miteinander verbunden und Ableiterfahnen von Stromkollektoren
ungleichnamiger Polarität elektrisch nicht miteinander verbunden sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem eine Mehrzahl von gegeneinander versetzt und sich teilweise überlappend angeordneten, aus einer Elektrodenbaugruppe herausragenden Ableiterfahnen einer Mehrzahl von Stromkollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität zwischen zwei Schenkeln eines Abieiters zusammengefasst sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem ein Bauelement des elektrochemischen Energiespeichers, vorzugsweise ein Sensor, eine Sicherung, eine Leiterplatte oder ein Kühlmittelkanal in einem Raum, zwischen einem Schenkel und einem Schaft eines Abieiters angeordnet ist. Bei der Leiterplatte handelt es sich vorzugsweise um eine Baugruppe des Batteriemanagement-Systems oder um eine ähnliche Einrichtung. Durch diese Maßnahmen sind erhebliche Platzeinsparungen realisierbar. Das
Leistungsvolumen der elektrochemischen Energiespeicher kann so verringert werden, was insbesondere für Anwendungen im Zusammenhang mit
Kraftfahrzeugen bedeutsam ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher mit einem elektrischen Anschluss (also einem Zellkontakt) vorgesehen, der stoffschlüssig und in elektrisch leitender Verbindung an dem Schaft des Abieiters angebracht oder aus diesem Schaft geformt ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher mit einem Abieiter vorgesehen, dessen Schaft derart ausgestaltet ist, dass dieser Schaft in eine Kontaktleiste einer Batterie gesteckt und vorzugsweise dort fixiert werden kann. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der Energiespeicher besonders einfach, vorzugsweise von einer Seite her kontaktiert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher mit einer Mehrzahl von elektrischen Anschlüssen vorgesehen, die stoffschlüssig und in elektrisch leitender Verbindung an jeweils einem Schaft eines Abieiters angebracht oder aus jeweils einem solchen Schaft geformt und gegeneinander versetzt angeordnet sind. Hierdurch kann der gesamte Randbereich des
Energiespeichers in optimaler Weise zur Kontaktierung mit seiner Umgebung bei möglichst geringen Stromdichten und Widerständen ausgenutzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher mit einer elektrisch isolierenden mechanischen Verbindung zwischen wenigstens zwei
benachbarten elektrischen Anschlüssen vorgesehen. Hierdurch kann die mechanische Stabilität der Abieiter und der Kontaktierung des Energiespeichers mit seiner Umgebung erheblich verbessert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen, bei dem sich ein Abieiter entlang einer äußeren Begrenzungskante der Ableiterfahnen erstreckt.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
elektrochemischen Energiespeichers vorgesehen, bei dem aus einer
Elektrodenbaugruppe herausragende Ableiterfahnen von Stromkollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität zwischen zwei Schenkeln eines elektrischen Abieiters zusammengefasst werden.
Vorzugsweise wird dabei ein Schaft eines die Ableiterfahnen
zusammenfassenden Abieiters als ein elektrischer Anschluss des
elektrochemischen Energiespeichers aus der Umhüllung des elektrochemischen Energiespeichers geführt und dieser dritte Schenkel wird mit der Umhüllung vorzugsweise stoffschlüssig verbunden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem Ableiterfahnen von
Stromkollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität gruppenweise zwischen jeweils zwei Schenkeln eines zu einer Mehrzahl von Schenkeln an einem Schaft gefalteten Abieiters zusammengefasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem ein Abieiter sich entlang einer äußeren Begrenzungskante der Ableiterfahnen erstreckt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem ein Abieiter so gefaltet ist oder wird, dass er drei Schenkel ausbildet, die z-förmig oder Y-förmig miteinander verbunden und angeordnet sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem der Schaft des Abieiters nach dem Zusammenfassen der Ableiterfahnen von einem bandförmigen elektrisch leitfähigen Ausgangsmaterial für den Abieiter abgetrennt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem eine Mehrzahl von in Gruppen gleichnamiger Polarität gegeneinander versetzt angeordneten, aus einer Elektrodenbaugruppe herausragende Ableiterfahnen zwischen den Schenkeln der Abieiter derart zusammengefasst werden, das Ableiterfahnen von
Stromkollektoren gleichnamiger Polarität elektrisch miteinander verbunden und Ableiterfahnen von Stromkollektoren ungleichnamiger Polarität elektrisch nicht miteinander verbunden sind oder werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem eine Mehrzahl von
gegeneinander versetzt und sich teilweise überlappend angeordneten, aus einer Elektrodenbaugruppe herausragenden Ableiterfahnen einer Mehrzahl von Stromkollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität zwischen zwei Schenkeln eines Abieiters zusammengefasst werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem eine Baugruppe des
elektrochemischen Energiespeichers, vorzugsweise ein Sensor, einer
Sicherung, eine Leiterplatte oder ein Kühlmittelkanal in einem Raum, zwischen einem Schenkel und einem Schaft eines Abieiters angeordnet wird.
Vorzugsweise ist auch eine Umhüllung vorgesehen, welche um die
Elektrodenbaugruppe spannbar ist. Hierdurch kann die chemische
Wechselwirkung in der Elektrodenbaugruppe verbessert werden. Insbesondere gestattet diese Maßnahme ein Dickenwachstum der Elektrodenbaugruppe beim Laden. Vorzugsweise sind Kohlenstoffasern bzw. sogenannte„Nanotubes", welche vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der Elektrodenbaugruppe orientiert sind, im Material der Umhüllung angeordnet, wodurch der Wärmetransport durch die Umhüllung verbessert werden kann. Vorzugsweise ist ein elektrochemischen Energiespeicher mit einem
becherförmigen Gehäuse vorgesehen, der einen Gehäusedeckel mit wenigstens einem ersten Zellkontakt aufweist, wobei der Zellkontakt derart geformt ist, dass ein planares Teilstück dieses ersten Zellkontaktes, wenn der Gehäusedeckel auf das Gehäuse aufgesetzt ist, in das Innere des Gehäuses derart hineinragt, dass wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragende Ableiterfahne, vorzugsweise eine
Mehrzahl solcher Ableiterfahnen, mit diesem Teilstück elektrisch leitend und flächig verbunden werden kann.
Im Sinne der Erfindung soll unter einem becherförmigen Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers ein mit wenigstens einem Gehäusedeckel verschließbares, vorzugsweise mit einer von wenigstens einem in einer Ebene liegenden Rand begrenzten Wandung versehenen Gehäuse verstanden werden, das auf der dem Gehäusedeckel gegenüberliegenden („unteren") Seite geschlossen oder von wenigstens einem Gehäuseboden verschließbar ausgestaltet sein kann. Ein derartiger Gehäuseboden ist vorzugsweise wie ein Gehäusedeckel ausgestaltet. Die begriffliche Unterscheidung zwischen den Ausdrücken Boden und Deckel folgt hier der umgangsprachlichen Übung also auch in den Fällen, in denen kein funktioneller Unterschied zwischen Boden und Deckel besteht, der eine begriffliche Unterscheidung erfordern oder rechtfertigen würde. Wenn in diesem Zusammenhang der sprachlichen Einfachheit wegen nur von einem Gehäusedeckel oder nur von einem Gehäuseboden gesprochen wird, soll stets auch der Gehäuseboden bzw. der Gehäusedeckel oder beides gemeint sein. Ein Gehäusedeckel oder Gehäuseboden kann ein becherförmiges Gehäuse verschließen, wenn der Rand des Gehäusedeckels oder des Gehäusebodens mit einem Rand des becherförmigen Gehäuses wenigstens stellenweise formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden werden kann.
Vorzugsweise dichtet diese Verbindung das Gehäuse gegen einen
Stoffaustausch mit der Umgebung des Gehäuses ab. Vorzugsweise sind diese Gehäuse prismatisch, besonders vorzugsweise rechteckig oder quaderförmig oder abgerundet prismatisch geformt. Andere bevorzugte Ausführungsformen, sogenannte Rundzellen, weisen runde Querschnitte auf.
Im Sinne der Erfindung soll unter einem Gehäusedeckel eines solchen becherförmigen Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers ein Erzeugnis verstanden werden, das so ausgestaltet ist, dass es ein
becherförmiges Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers im oben genannten Sinne verschließen kann. Vorzugsweise sind solche Erzeugnisse als reliefartig geformte Wandungen ausgestaltet, die von einem vorzugsweise ebenen Rand begrenzt werden. Besonders vorzugsweise handelt es sich um durch ein Umformverfahren, besonders vorzugsweise durch Prägen, Pressen, Tiefziehen oder durch Fließpressen, aus einem metallischen Werkstoff geformte Bleche, vorzugsweise mit wenigstens einem Durchbruch oder einer
Ausnehmung zur Durchführung wenigstens eines gegenüber dem
Gehäusedeckel elektrisch isolierten Zellkontaktes.
Im Sinne der Erfindung soll unter einem Zellkontakt ein elektrischer Anschluss der Zelle an ihre elektrische Umgebung verstanden werden, also an elektrische Leiter von Stromverbrauchern oder von Stromquellen. Zellkontakte werden auch als Polkontakte, Pole, Polanschlüsse oder in ähnlicher Weise bezeichnet.
Im Sinne der Erfindung soll unter einem planaren Teilstück eines Zellkontaktes ein Teilstück des Zellkontaktes verstanden werden, welches, wenn der
Gehäusedeckel auf das Gehäuse aufgesetzt ist, in das Innere des Gehäuses derart hineinragt, dass wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragende
Ableiterfahne mit diesem Teilstück elektrisch leitend und flächig verbunden werden kann. Das planare Teilstück weist also wenigstens eine vorzugsweise ebene Fläche, vorzugsweise wenigstens ein Schenkelpaar, auf, mit der bzw. dem wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen
Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragende Ableiterfahne, vorzugsweise eine Mehrzahl solcher Ableiterfahnen, mit diesem Teilstück elektrisch leitend und flächig, vorzugsweise formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig, verbunden werden kann. Die wenigstens eine Fläche ist bzw. die Schenkel sind dabei vorzugsweise parallel zu den Ableiterfahnen ausgerichtet, die mit dieser Fläche verbunden, vorzugsweise an dieser Fläche befestigt werden sollen. Dabei handelt es sich um wenigstens einen Teil derjenigen Ableiterfahnen, welche elektrisch leitend mit Elektrodenplatten verbunden sind, die die Polarität der Zellkontaktes aufweisen, dessen planares Teilstück mit dieses Ableiterfahnen verbunden werden sollen.
Vorzugsweise kann das planare Teilstück auch mehrere Teilflächen, besonders vorzugsweise Schenkel oder Schenkelpaare aufweisen, die vorzugsweise jeweils parallel zu Gruppen von Ableiterfahnen ausgerichtet sind, die in unterschiedlichen, nicht notwendig parallelen Ebenen aus dem Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragen, und welche vorzugsweise mit den jeweils zu ihnen parallel ausgerichteten Ableiterfahnen flächig und elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise zwischen den Schenkeln zusammengehalten werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, einzelne Blätter aus Kathoden, Anoden und Separatoren zu stapeln, oder Bänder aus diesen zu wickeln bzw. flach zu wickeln oder einen bandförmigen Separator in Z-Form zu falten und die
Kathoden- bzw. Anodenblätter seitlich in die sich bildenden Taschen
einzuschieben. Anoden- und Kathodenlagen sind vorzugsweise an mindestens einem Rand unbeschichtet und ragen aus dem Elektrodenstapel bzw. -wickel wie Fähnchen als sogenannte Ableiterfahnen oder Ableiterfähnchen heraus, die vorzugsweise über sogenannte Kollektoren mit den Zellkontakten oder den Zellpolen bzw. vorzugsweise mit der Gehäuseinnenseite und einem Zellpol bei polaren Zellen verbunden werden. Hierzu kommen vorzugsweise Press- oder Schmelzschweißverfahren, vorzugsweise eine Widerstandspunktschweißung, eine Ultraschallschweißung oder eine Laserschweißung zum Einsatz. Bevorzugt ist auch eine kraftschlüssige Anbindung, vorzugsweise durch Nietung. Im Sinne der Erfindung soll unter einer flächigen Verbindung eine vorzugsweise formschlüssige, kraftschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung zweier Flächen verstanden werden, die nicht punktförmig ist, sondern bei der sich größere Flächenanteile als nur einzelne Punkte berühren, so dass vorzugsweise ein möglichst geringer elektrischer Widerstand mit dieser Verbindung entsteht.
Es wird erfindungsgemäß mit anderen Worten vorgeschlagen, vorzugsweise den Kollektor des auf dem Gehäuse liegenden Pols in den vorzugsweise metallischen Gehäusedeckel zu integrieren, besonders vorzugsweise aus diesem auszuformen. Durch diese Maßnahme ist der Zugang zu beiden
Schweißstellen vor dem Verschluss der Zelle möglich. Der Gehäusedeckel ist vorzugsweise vor dem Verschluss der Zelle komplett bestückt. Das Gehäuse kann zweiteilig, bestehend nur aus einem Becher und einem Deckel, ausgeführt werden. Durch den Wegfall eines separaten Kollektors wird der Aufwand (d.h. insbesondere die Kosten, der Bauraum, das Gewicht) gegenüber dem Stand der Technik reduziert. Die Stromleitung wird durch das Entfallen einer Schweißstelle mit elektrischem Übergangswiderstand verbessert.
Die vorgeschlagene Lösung lässt sich sinngemäß anwenden, wenn die Zelle vom Boden her verschlossen wird und aus einem„kopfstehenden" Becher (durch den der zweite Zellpol isoliert geführt ist) und einem unten eingesetzten Boden mit angeformtem Kollektor besteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Gehäusedeckel vorgesehen, bei dem wenigstens ein erster Zellkontakt mit dem Gehäusedeckel elektrisch leitend und vorzugsweise einstückig verbunden ist. Die elektrisch leitende Verbindung eines Zellkontaktes mit dem Gehäusedeckel ist mit dem Vorteil verbunden, dass der gesamte Gehäusedeckel oder zumindest der mit dem Zellkontakt elektrisch verbundene Teil des - gegebenenfalls aus einer Mehrzahl von gegeneinander elektrisch isolierten elektrischen Leitern aufgebauten - Gehäusedeckels auf dem selben Potential liegt wie der Zellkontakt, so dass diese Spannung am gesamten Gehäusedeckel bzw. an dem mit dem Zellkontakt elektrisch verbundenen Teil des
Gehäusedeckels abgegriffen werden kann. Vorzugsweise ist der Gehäusedeckel durch ein Umformverfahren, besonders vorzugsweise durch Prägen, Pressen, Tiefziehen oder durch Fließpressen, aus einem metallischen Werkstoff geformt und mit einem nach innen gestülpten Kragen versehen, der lokal fahnenartig verlängert ist. Derartige
Ausführungsformen der Erfindung sind mit dem Vorteil verbunden, dass das planare Teilstück zusammen mit dem Gehäusedeckel gemeinsam gefertigt wird, wodurch die Zahl der Fertigungsschritte verringert wird.
Der Gehäusedeckel wird bei diesen Ausführungsformen vorzugsweise in
Aluminium ausgeführt, besonders vorzugsweise durch ein Umformverfahren, vorzugsweise durch Prägen, Pressen, Tiefziehen, oder Fließpressen und vorzugsweise mit einem nach innen gestülpten Kragen versehen, welcher an einer Stelle fahnenartig verlängert ist. Diese nach innen gebogene Fahne stellt den Kollektor dar, an den die Kathodenfähnchen, vorzugsweise in Form einer Alu-Trägerfolie des Elektrodenstapels vorzugsweise mittels Ultraschall- Schweißung angebracht werden. Die gewählte Konstruktion ermöglicht den beidseitigen Zugang eines aus Amboss und Sonotrode bestehenden Ultraschall- Schweißwerkzeugs. Nach dem Anschweißen der Fähnchen wird der
Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel einschließlich des Gehäusedeckels in den Zellbecher (d.h. in das becherförmige Gehäuse) geschoben und die Zelle wird vorzugsweise zugeschweißt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Gehäusedeckel vorgesehen, bei dem wenigstens ein erster Zellkontakt als erhabene Struktur auf der Außenseite des Gehäusedeckels ausgestaltet ist. Diese Ausführung bietet den Vorteil einer verkürzten Stückliste. Vorzugsweise ist die Verbindung von planarem Teilstück und erhabener Struktur innerhalb des elektrochemischen Energiespeichers angeordnet. Diese
Ausführung bietet den Vorteil, dass die Verbindung von planarem Teilstück und erhabener Struktur gegen Belastungen aus der Umgebung geschützt ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ein Gehäusedeckel vorgesehen, mit wenigstens einem Durchbruch oder mit wenigstens einer Ausnehmung im Gehäusedeckel zur Durchführung wenigstens eines gegenüber dem Gehäusedeckel elektrisch isolierten zweiten Zellkontaktes, der vorzugsweise derart geformt ist, dass ein planares Teilstück dieses zweiten Zellkontaktes, wenn der Gehäusedeckel auf das Gehäuse aufgesetzt ist, in das Innere des Gehäuses derart hineinragt, dass wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen Elektrodenstapel oder
Elektrodenwickel herausragende Ableiterfahne mit diesem Teilstück elektrisch leitend und flächig verbunden werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist der Gehäusedeckel mehrere planare Teilstücke auf, welche vorzugsweise je mit Ableiterfahnen derselben Polarität verbunden sind.
Besonders bevorzugt sind die mehreren planaren Teilstücke mit Ableiterfahnen derselben Polarität stoffschlüssig verbunden, insbesondere mittels
Ultraschallschweißen. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Strom durch je ein planares Teilstück vermindert ist. Damit wird die zugehörige elektrische Heizleistung verringert und vorteilhaft einer Alterung der
insbesondere stoffschlüssigen Verbindung entgegengewirkt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist der Gehäusedeckel eine Stromsammeibaugruppe auf. Die insbesondere metallische Stromsammeibaugruppe weist wenigstens zwei planare Teilstücke auf, welche insbesondere der elektrischen Verbindung mit je einer Ableiterfahne dienen. Vorzugsweise sind die planaren Teilstücke mit Ableiterfahnen derselben Polarität elektrisch leitend verbunden. Die Stromsammeibaugruppe weist weiterhin einen vorzugsweise zylindrischen Stift auf, welche vorzugsweise der elektrischen Verbindung mit einem Zellkontakt dient. Vorzugsweise ist der Stift gegenüber dem Gehäusedeckel insbesondere mittels einer Dichtung und oder einer Isolierung abgedichtet bzw. elektrisch isoliert. So ist die Stromsammeibaugruppe elektrisch gegenüber dem
Gehäusedeckel isoliert. Diese Ausführungsform mit einer
Stromsammeibaugruppe bietet den Vorteil, dass der elektrische Strom zeitgleich durch mehrere planare Teilstücke fließt. Damit wird die zugehörige elektrische Heizleistung verringert und vorteilhaft einer Alterung der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung entgegengewirkt.
Erfindungsgemäß ist ferner ein elektrochemischer Energiespeicher mit einem Gehäusedeckel nach einer der angegebenen Ausführungsformen vorgesehen. Eine bevorzugte Ausführungsform des elektrochemischen Energiespeichers ist gekennzeichnet durch einen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel mit wenigstens vier herausragenden Ableiterfahnen, wobei je zwei Ableiterfahnen dieselbe elektrische Polarität aufweisen. Auch weist diese Ausführungsform einen Gehäusedeckel mit wenigstens zwei planaren Teilstücken auf, wobei der Gehäusedeckel und dessen planaren Teilstücke elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die wenigstens zwei planaren Teilstücke des Gehäusedeckels sind mit zwei Ableiterfahnen derselben elektrischen Polarität elektrisch leitend verbunden. Weiter weist diese Ausführungsform eine Stromsammeibaugruppe mit wenigstens zwei planaren Teilstücken auf, wobei die
Stromsammeibaugruppe und deren planare Teilstücke elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die wenigstens zwei planaren Teilstücke der Stromsammeibaugruppe sind mit zwei Ableiterfahnen derselben elektrischen Polarität elektrisch leitend verbunden. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass der mit dem elektrochemischen Energiespeicher ausgetauschte elektrische Strom zeitgleich durch mehrere planare Teilstücke fließt. Damit wird die zugehörige elektrische Heizleistung verringert und vorteilhaft einer Alterung der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung entgegengewirkt.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
Gehäusedeckels nach einer der angegebenen Ausführungsformen vorgesehen, bei dem der Gehäusedeckel durch ein Umformverfahren, vorzugsweise durch Prägen, Pressen, Tiefziehen oder durch Fließpressen, aus einem metallischen Werkstoff geformt und mit einem nach innen gestülpten Kragen versehen wird, der lokal fahnenartig verlängert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers
vorgesehen, bei dem wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragende Ableiterfahne mit dem in das Innere des Gehäuses ragenden planaren Teilstück wenigstens eines ersten und/oder zweiten Zellkontaktes elektrisch leitend und flächig, vorzugsweise mittels Ultraschall-Schweißung, verbunden wird, und bei dem in einem nachfolgenden Schritt der Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel zusammen mit dem Deckel in das becherförmige Gehäuse geschoben und der Deckel mit dem Gehäuse, vorzugsweise mittels Ultraschall-Schweißung, verbunden wird.
Zur Sicherstellung des beidseitigen Zugangs zu den bei polaren Zellen mit auf der Innenseite verschweißten Ableiterfähnchen möglicherweise vorhandenen zwei Fügestellen, der bei einer Ultraschall-Schweißung zum zangenartigen Ansetzen von Amboss und Sonotrode bzw. zur Verpressung auf Nullspalt mit einem Gegenhalter bei einer Strahlschweißung erforderlich sein kann, ist es vorzugsweise vorgesehen, das Gehäuse entweder dreiteilig - also mit
Gehäusedeckel, Gehäuseseitenwand und Gehäuseboden auszuführen, oder den Kollektor des durch das Gehäuse geführten Pols oder Zellkontakts nach dem Anschweißen an die Ableiterfähnchen von außen mit dem Zellkontakt zu verbinden. Vorzugsweise werden Gruppen von Ableiterfahnen elektrisch leitend und flächig mit dem planaren Teilstück verbunden, so dass die Kontaktierung verbessert werden kann und interne Kontaktierungsschienen entbehrlich werden.
Vorzugsweise werden Ableiterfahnen gleicher Polarität vor oder während ihrer Verbindung mit den planaren Teilstücken miteinander schlüssig, vorzugsweise stoffschlüssig, verbunden, besonders vorzugsweise durch Zwischenlagen, ein Band oder ein anderes Konstruktionsteil aus wenigstens stellenweise elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise mit Hilfe von sog. Spacern aus Kupfer oder aus einem Verbundmaterial aus einem Metall und einem elektrischen Isolator.
Merkmale der genannten Ausführungsformen der Erfindung können mit Merkmalen anderer oder weiterer Ausführungsformen der Erfindung in vorteilhafter Weise kombiniert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers in
Seitenquerschnittsansicht;
Fig. 2a, 2b, 2c, 2d jeweils in schematischer Weise Ausführungsbeispiele der Zusammenfassung einer Mehrzahl von Ableiterfahnen durch Schenkel eines Abieiters; Fig. 3 in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers in Draufsicht; Fig. 4 in schematischer Weise in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers in Draufsicht;
Fig. 5a, Fig. 5b jeweils in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers in teilweiser Seitenquerschnittsansicht; Fig. 6 in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers schräg von oben gesehen.
Wie in Figur 1 schematisch dargestellt ist, befindet sich in einer Umhüllung oder einer Verpackung 1 eines erfindungsgemäßen elektrochemischen
Energiespeichers eine Elektrodenbaugruppe 2, die vorzugsweise aus einer Folge von Elektroden, also Anoden und Kathoden zusammengesetzt ist, die durch Separatorschichten getrennt sind. Die Stromkollektoren 9 und 10 der Elektroden ragen aus dem Elektrodenstapel 2 heraus und sind über
Ableiterfahnen 3, 4, 5, 6, 7, 8 mit den Schenkeln 1 1 , 12, 13, 14 der elektrischen Abieiter 15 und 16 verbunden. Diese elektrischen Abieiter 15 und 16 sind als Zellkontakte 17, 18 ausgestaltet oder die Zellkontakte 17 und 18 sind an den elektrischen Abieitern 15 und 16 angebracht, die aus der Umhüllung
herausragen.
Die Figuren 2a und 2b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Abieiters mit zwei Schenkeln 24 und 25, die an einem Schaft 26 angebracht sind. Zwischen den Schenkeln 24 und 25 werden die Ableiterfahnen 23 zusammengehalten, vorzugsweise zusammengepresst. Die Figur 2a zeigt die Anordnung mit geöffneten Schenkeln 24 und 25, wogegen die Figur 2b die gleiche Anordnung mit zusammengedrückten Schenkeln 24 und 25 zeigt.
Die Figuren 2c und 2d zeigen ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abieiters mit Schenkeln 24 und 25, die an einem Schaft 26 angebracht sind. Im Gegensatz zu dem in den Figuren 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiel, in dem die Schenkel 24 und 25 mit dem Schaft 26 eine y-förmige Geometrie bilden, sind die Schenkel 24 und 25 an dem Schaft 26 in der in den Figuren 2c und 2d gezeigten Ausführungsform in einer z- förmigen Geometrie angeordnet. Wieder zeigt die Figur 2c die Anordnung mit geöffneten Schenkeln, wogegen die Figur 2d die Anordnung mit
zusammengedruckten Schenkeln zeigt.
Figur 3 zeigt einen elektrochemischen Energiespeicher mit einer Verpackung 1 , in dem sich eine Elektrodenbaugruppe 2 befindet, deren Stromkollektoren über Ableiterfahnen 35, 36, 37 und 38 an die Abieiter 31 , 32, 33 und 34
angeschlossen sind. Ebenso sind die Stromkollektoren dieser
Elektrodenbaugruppe 2 über die Ableiterfahnen 314, 315, 316 und 321 , 322 und 323 an die Abieiter 31 1 , 312, 313 und 324, 325 und 326 angeschlossen.
Die Figur 4 zeigt einen ähnlichen elektrochemischen Energiespeicher, bei dem die Abieiter 31 und 32 durch eine elektrisch leitende Verbindung 41 zwischen den benachbarten Abieitern verbunden sind und bei denen die Abieiter 31 1 und 312 durch eine elektrisch isolierende Verbindung 42 zwischen diesen
benachbarten Abieitern verbunden sind. Eine elektrisch isolierende Verbindung wird bei Abieitern ungleichnamiger elektrischer Polarität verwendet, wogegen bei Abieitern gleichnamiger elektrischer Polarität vorzugsweise eine elektrisch leitende Verbindung verwendet wird. Die Figuren 5a und 5b zeigen jeweils einen elektrochemischen Energiespeicher, bei dem die Ableiterfahnen 53 gruppenweise von Abieitern mit Schenkeln 54 und 55 bzw. 54 und 59 zusammengefasst werden. Der Schaft 56 ragt auch hier aus der Umhüllung oder aus der Verpackung heraus. In den Räumen zwischen den Schenkeln sind Bauelemente des elektrochemischen Energiespeichers, wie beispielsweise Sensoren oder Kühlrohre 57 oder 58 angeordnet. Figur 5a zeigt einen elektrochemischen Energiespeicher mit y-förmiger Anordnung der
Schenkel 54 und 55 und des Schaftes 56, wogegen Figur 5b ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen
Energiespeichers mit einer z-förmigen Anordnung der Schenkel und des Schafts zeigt.
Die Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenbaugruppe 2 eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers mit
Ableiterfahnen 63 und 65, die zwischen z-förmig angeordneten Schenkeln 61 1 , 612, 613 und 614 zusammengefasst werden, die an einem gemeinsamen Schaft 615 eines Abieiters angeordnet sind.
Die nachstehende Bezugszeichenliste ist ausdrücklicher Bestandteil der Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste
1 Elektrochemischen Energiespeicher
2 Elektrodenbaugruppe
3, 4 Ableiterfahnen
5, 6 Ableiterfahnen
7, 8 Ableiterfahnen
9, 10 Stromkollektoren
11 , 12 Schenkel eines elektrischen Ableiters
13, 14 Schenkel eines elektrischen Ableiters
15, 16 Elektrischer Abieiter
17, 18 Zellkontakt
23 Ableiterfahnen
24 erster Schenkel eines Ableiters
25 zweiter Schenkel eines Ableiters
26 Schaft, dritter Schenkel eines Ableiters
31 , 32 Abieiter, Zellkontakt
33, 34 Abieiter, Zellkontakt
35, 36 Ableiterfahnen
37, 38 Ableiterfahnen
311 Abieiter, Zellkontakt
312 Abieiter, Zellkontakt
313 Abieiter, Zellkontakt
314 Ableiterfahnen
315 Ableiterfahnen
316 Ableiterfahnen 321 Ableiterfahnen
322 Ableiterfahnen
323 Ableiterfahnen
324 Abieiter, Zellkontakt
325 Abieiter, Zellkontakt
326 Abieiter, Zellkontakt
41 elektrisch isolierende Verbindung zwischen benachbarten Ableitern
42, 43 elektrisch leitendende Verbindung zwischen benachbarten Ableitern
53 Ableiterfahnen
54 erster Schenkel eines Ableiters
55 zweiter Schenkel eines Ableiters
56 Schaft eines Ableiters
57 Bauelement, Kühlleitung
58 Bauelement, Kühlleitung
59 Schenkel eines Ableiters
63 Ableiterfahnen
65 Ableiterfahnen
61 1 erster Schenkel eines Ableiters
612 zweiter Schenkel eines Ableiters
613 erster Schenkel eines Ableiters
615 Schaft eines Ableiters

Claims

Patentansprüche
Elektrochemischer Energiespeicher (1 ), bei dem aus einer
Elektrodenbaugruppe (2) herausragende Ableiterfahnen (3, 4, 5, 6) von Stromkollektoren (9, 10) gleichnamiger elektrischer Polarität zwischen zwei Schenkeln (11 , 12, 13, 14) eines elektrischen Abieiters (15, 16) zusammengefasst sind.
Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 1 , bei dem ein Schaft (26) eines die Ableiterfahnen (23, 24) zusammenfassenden Abieiters als ein elektrischer Anschluss (17, 18) des elektrochemischen
Energiespeichers aus der Umhüllung (1 ) des elektrochemischen
Energiespeichers geführt und dieser Schaft mit der Umhüllung
vorzugsweise stoffschlüssig verbunden ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Ableiterfahnen (53) von Strom kollektoren
gleichnamiger elektrischer Polarität gruppenweise zwischen jeweils zwei Schenkeln (54, 59) eines zu einer Mehrzahl von Schenkeln an einem Schaft (56) gefalteten Abieiters zusammengefasst sind.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Abieiter so gefaltet ist, dass er drei Schenkel (24, 25, 26) ausbildet, die z-förmig oder Y-förmig miteinander verbunden und angeordnet sind.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Mehrzahl von in gegeneinander versetzt angeordneten Gruppen gleichnamiger Polarität aus einer
Elektrodenbaugruppe herausragende Ableiterfahnen zwischen den Schenkeln der Abieiter derart zusammengefasst sind, das Ableiterfahnen von Stromkollektoren gleichnamiger Polarität elektrisch miteinander verbunden und Ableiterfahnen von Stromkollektoren ungleichnamiger Polarität elektrisch nicht miteinander verbunden sind.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Mehrzahl von gegeneinander versetzt und sich teilweise überlappend angeordneten, aus einer Elektrodenbaugruppe herausragende Ableiterfahnen einer Mehrzahl von Stromkollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität zwischen zwei Schenkeln eines Abieiters zusammengefasst sind.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Bauelement (57, 58) des elektrochemischen Energiespeichers, vorzugsweise ein Sensor, eine Sicherung, eine Leiterplatte oder ein Kühlmittelkanal in einem Raum, zwischen einem Schenkel und einem Schaft eines Abieiters angeordnet ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem elektrischen Anschluss (17), der stoffschlüssig und in elektrisch leitender Verbindung an dem Schaft des Abieiters
angebracht oder aus diesem Schaft geformt ist.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Abieiter, dessen Schaft derart ausgestaltet ist, dass dieser Schaft in eine Kontaktleiste einer Batterie gesteckt werden kann.
Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Mehrzahl von elektrischen Anschlüssen, die stoffschlüssig und in elektrisch leitender Verbindung an jeweils einem Schaft eines Abieiters angebracht oder aus jeweils einem solchen Schaft geformt und gegeneinander versetzt angeordnet sind.
11. Elektrochemischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer elektrisch isolierenden mechanischen Verbindung (41) zwischen wenigstens zwei benachbarten elektrischen Anschlüssen.
12. Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers, bei dem aus einer Elektrodenbaugruppe herausragende Ableiterfahnen von Stromkollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität zwischen zwei Schenkeln eines elektrischen Abieiters zusammengefasst werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem ein Schaft eines die Ableiterfahnen zusammenfassenden Abieiters als ein elektrischer Anschluss des elektrochemischen Energiespeichers aus der Umhüllung des
elektrochemischen Energiespeichers geführt und dieser dritte Schenkel mit der Umhüllung vorzugsweise stoffschlüssig verbunden wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
Ableiterfahnen von Strom kollektoren gleichnamiger elektrischer Polarität gruppenweise zwischen jeweils zwei Schenkeln eines zu einer Mehrzahl von Schenkeln an einem Schaft gefalteten Abieiters zusammengefasst werden.
PCT/EP2012/003304 2011-08-11 2012-08-02 Elektrochemischer energiespeicher und verfahren zu seiner herstellung WO2013020677A2 (de)

Applications Claiming Priority (4)

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