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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen elektrochemischen Energiespeicher, wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer verbesserten Isolierung des Zellgehäuses.
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Stand der Technik
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Elektrochemische Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Musikabspielgeräten Smartphones und bei anderen Anwendungen, wie etwa in Windkraftanlagen, eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, beispielsweise HEV, PHEV, EV, Micro-Hybrid, bieten derartige Batterien Vorteile.
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Aus dem Dokument
US 2003/0228515 A1 ist ein elektrochemisches Element bekannt, welches einen Stapel aus zwei oder mehr Zellen aufweist, die in einem Gehäuse aus einem Metallblech angeordnet sind. Die Innenseite des Metallblechs ist mit einem isolierenden Material beschichtet.
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Das Dokument
KR 2012-0060315 offenbart ferner eine Sekundärbatterie. Eine derartige Batterie umfasst ein Batteriegehäuse mit einer Harzlage und einer Metalllage.
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Aus dem Dokument
KR 2009-0010410 ist weiterhin ein Gehäuse für eine Sekundärbatterie bekannt, wobei eine Polymerfolie zwischen der Innenseite des Gehäuses und der Außenseite einer Elektrodenanordnung angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrochemischer Energiespeicher, aufweisend ein Gehäuse zum Aufnehmen wenigstens einer Zelleinheit, wobei das Gehäuse einen Aufnahmeraum zum Anordnen der Zelleinheit ausbildet, wobei eine dem Aufnahmeraum zugewandte Oberfläche des Gehäuses zumindest teilweise von einem elektrisch isolierenden Material bedeckt ist, wobei das Gehäuse ferner eine Öffnung zum Einfüllen eines fluiden Elektrolyten in den Aufnahmeraum aufweist, und wobei die Öffnung durch zwei sich überlappende Endbereiche des elektrisch isolierenden Materials bedeckt ist.
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Der vorbeschriebene elektrochemische Energiespeicher ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise, eine insbesondere dichte umlaufende Innenisolierung eines Batteriegehäuses zu ermöglichen.
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Unter einem elektrochemischen Energiespeicher kann dabei insbesondere eine Batterie beziehungsweise Batteriezelle verstanden werden, wie etwa eine Primärbatterie oder auch eine Sekundärbatterie, also ein wieder aufladbarer Akkumulator. Als nicht beschränkendes Beispiel für einen Akkumulator kann ein Lithium-Ionen-Akkumulator, beziehungsweise eine Lithium-Ionen-Batterie, genannt werden.
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Der elektrochemische Energiespeicher umfasst dabei ein Gehäuse, insbesondere Zellgehäuse, zum Aufnehmen wenigstens einer Zelleinheit in einem von dem Gehäuse ausgebildetem Aufnahmeraum für die wenigstens eine Zelleinheit. Dabei kann nur eine Zelleinheit vorgesehen sein, oder es kann eine Mehrzahl von Zelleinheiten vorgesehen sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die eine oder die Mehrzahl an elektrochemischen Zelleinheiten kann dabei im Wesentlichen ausgestaltet sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, und eine Anode, eine Kathode, einen Separator und einen Elektrolyt aufweisen. Für den beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen-Batterie kann die Anode beispielsweise umfassen oder ausgestaltet sein aus metallischem Lithium oder aus einem Material, welches Lithiumionen einlagern beziehungsweise interkallieren und wieder auslagern beziehungsweise deinterkalieren kann. Ein derartiges Anodenmaterial kann beispielsweise auf einen Stromableiter aufgebracht, wie etwa aufgerakelt, sein. Beispielhafte Anodenmaterialien umfassen Graphit oder Lithiumtitanat. Die Kathode kann entsprechend, ebenfalls für den rein beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen Batterie, beispielhaft Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) oder Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2) aufweisen oder daraus ausgestaltet sein und ebenfalls auf einen Stromableiter aufgebracht sein. Dabei kann das Kathodenmaterial wie auch das Anodenmaterial gegebenenfalls in einem Binder, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) etwa zusammen mit einem Leitzusatz, wie etwa einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphit, vorliegen.
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Der Elektrolyt kann ebenfalls in an sich bekannter Weise beispielsweise ein Festkörperelektrolyt sein oder ein Lösungsmittel umfassen, in dem ein oder mehrere elektrisch leitfähige Salze gelöst sind. Beispielsweise können aprotische Lösungsmittel, wie etwa Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat oder Diethylcarbonat Verwendung finden. Weiterhin kann als elektrisch leitfähiges Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) verwendet werden. Beispielsweise kann der Elektrolyt sich in Poren des Separators befinden. Der Separator kann beispielsweise eine insbesondere poröse Kunststofffolie sein, etwa gebildet aus Polypropylen.
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Das Gehäuse dient beispielsweise dazu, die vorbeschriebene Zelleinheit etwa vor äußeren Einflüssen zu schützen. Das Gehäuse kann beispielsweise einen wannenartigen Grundkörper aufweisen und dabei etwa einen Boden und einen oder mehrere entsprechende Wandbereiche umfassen. Der Grundkörper kann dabei eine Öffnung aufweisen, welche durch ein Deckelelement verschließbar ist. Das Gehäuse beziehungsweise insbesondere der Grundkörper weist dabei einen Aufnahmeraum auf, der dazu ausgestaltet ist, die eine oder die Mehrzahl an Zelleinheiten aufzunehmen beziehungsweise diese darin anzuordnen.
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Oftmals weist das Gehäuse, insbesondere wenn es aus einem elektrisch leitenden Material ausgestaltet ist, das gleiche elektrochemische Potenzial auf, wie eine der beiden Elektroden, da zwischen diesen Komponenten oftmals eine elektrisch leitende Verbindung vorliegt. Insbesondere wenn mehrere derartiger Energiespeicher zu Modulen zusammen verbaut werden, müssen die Gehäuse potentialfrei oder gegeneinander isoliert werden, da ansonsten unerwünschte Ströme zwischen den Zellen fließen können, was eine Gefährdung verursachen und den Betrieb des Energiespeichers stören kann.
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Um dies zu verhindern, ist die dem Aufnahmeraum zugewandte Oberfläche des Gehäuses zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, von einem elektrisch isolierenden Material bedeckt. Ein elektrisch isolierendes Material kann dabei insbesondere ein derartiges Material sein, welches das Ausbilden eines störenden elektrischen Potentials des Gehäuses durch einen Kontakt des Gehäuses etwa mit einer Elektrode verhindert beziehungsweise welches eine Ausbreitung des elektrischen Feldes von einer Elektrode auf das Gehäuse verhindert. Rein beispielhaft und in keiner Weise beschränkend kann das elektrisch isolierende Material einen spezifischen elektrischen Widerstand von größer oder gleich 105☐m, eine relative Permitivität von ☐r > 2 und/oder eine Durchbruchspannung von > 10 kV/mm aufweisen. Ein zumindest teilweises Bedecken kann dabei insbesondere bedeuten, dass eine Bedeckung zumindest derart stattfindet, dass eine negative elektrochemische Beeinflussung des Gehäuses durch den Elektrolyt in einem normalen Betrieb verhindert werden kann. Vorteilhafter Weise kann die dem Aufnahmeraum zugewandte Oberfläche des Gehäuses vollständig von einem elektrisch isolierenden Material bedeckt sein, um besonders sicher eine vorbeschriebene negative Beeinflussung zu verhindern.
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Dabei kann dadurch, dass die dem Aufnahmeraum zugewandte Oberfläche des Gehäuses zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von einem elektrisch isolierenden Material bedeckt ist, also der Aufnahmeraum von dem Gehäuse durch das elektrisch isolierende Material getrennt ist, ferner auf einen flüssigen Elektrolyt zurückgegriffen werden, was für den Betrieb und die Herstellung des Energiespeichers Vorteile mit sich bringen kann. Insbesondere bei dem Verwenden eines flüssigen Elektrolyten kann eine umlaufende geschlossene und damit dichte Isolierung von Vorteil sein, so dass eine elektrische Beeinflussung des Gehäuses durch ein Elektrodenelement über eine Elektrolytbrücke verhindert wird. Vorteilhaft wird das isolierende Material dabei derart ausgewählt, dass es chemisch gegen den Elektrolyt beständig ist und somit durch den Elektrolyt nicht negativ beeinflusst wird.
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Eine Innenisolierung des Gehäuses wie vorstehend beschrieben weist dabei signifikante Vorteile gegenüber einer Außenisolierung auf.
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Eine Außenisolierung ist insbesondere deshalb anspruchsvoll, da diese beständig gegenüber gegebenenfalls auftretenden Chemikalien und ferner insbesondere gegenüber mechanischen Beanspruchungen sein sollte. Oftmals verwendete Außenisolierungen, wie beispielsweise Lackierungen oder Schrumpfschläuche, müssen daher hohen Anforderungen bezüglich ihrer Stabilität genügen. Insbesondere eine Gefährdung durch mechanische Beanspruchungen kann dabei im Gegensatz zu außen an einem Gehäuse vorliegenden Isolierungen bei innenliegenden Isolierungen, also bei Isolierungen welche auf der der Zelleinheit zugewandten Seite des Gehäuses vorliegen, nahezu vollständig verhindert werden.
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Darüber hinaus wird es möglich, insbesondere bei einem auch als Hard Case bezeichneten Gehäuse die besonders guten und stabilen Eigenschaften desselben zu verbinden mit den Vorteilen einer Innenisolierung.
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Gegenüber einer Lackierung, welche oftmals als Außenlackierung Verwendung finden kann, beispielsweise erfordert eine Innenisolierung keinen zusätzlichen Prozessschritt und insbesondere keine Trockenzeit. Dadurch lassen sich Produktionskosten senken. Durch das Fehlen von mechanischen Beanspruchungen der Isolation kann diese zudem mechanisch weniger stabil und dabei etwa dünner ausgelegt werden, was wiederum Kosten sparen und die Energiedichte eines Batteriemoduls erhöhen kann.
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Wie vorstehend erläutert, wird oftmals bei einem vorbeschriebenen Energiespeicher ein flüssiger Elektrolyt verwendet. Um diesen in das Gehäuse einzufüllen, umfasst das Gehäuse eine Öffnung zum Einfüllen des Elektrolyten in den Aufnahmeraum. Diese Öffnung kann beispielsweise dazu verwendet werden, etwa mit einer Kanüle den flüssigen Elektrolyten in das Gehäuse zu befördern. Um die elektrische Isolierung auch im Bereich der Einfüllöffnung für den Elektrolyt besonders sicher und dicht auszugestalten, ist die Öffnung durch zwei sich überlappende Endbereiche des elektrisch isolierenden Materials bedeckt.
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Eine Ausgestaltung der Öffnung als durch zwei sich überlappende Endbereiche des elektrisch isolierenden Materials bedeckt kann dabei insbesondere bedeuten, dass die Öffnung durch zwei übereinander liegende Schichten des isolierenden Materials bedeckt ist. Dabei liegt im Bereich der Öffnung ein Endbereich jeder der beiden Schichten des elektrisch isolierenden Materials derart vor, dass die Schichten, etwa durch eine Kanüle, auseinanderdrückbar sind, so dass die Kanüle, ohne das elektrisch isolierende Material zu beschädigen, an den Enden der Schichten entlang in den Innenbereich des Gehäuses führbar ist.
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Durch eine derartige Ausgestaltung lässt sich auf besonders einfache Weise ermöglichen, dass auch im Bereich der Einfüllöffnung für den Elektrolyt eine sichere elektrische Isolierung vorliegt. Denn durch eine derartige Ausgestaltung des elektrisch isolierenden Materials kann eine Einfüllkanüle für den flüssigen Elektrolyt in den Aufnahmeraum beziehungsweise in das Innere des Gehäuses geführt werden, ohne die elektrische Isolierung, etwa durch ein Durchstechen des elektrisch isolierenden Materials, zu beschädigen. Somit kann die elektrische Isolierung auch nach einem Ausführen der Kanüle aus der Öffnung im Vergleich zu einem vor dem Befüllen vorliegenden Zustand unverändert vorliegen. Dadurch kann besonders sichergestellt werden, dass ein Kontakt des flüssigen Elektrolyt mit dem Gehäuse verhindert werden kann. Somit kann der Energiespeicher auch in einem Modul besonders sicher arbeiten.
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Darüber hinaus ist eine derartige Ausgestaltung einer sicheren dichten Isolierung im Inneren des Gehäuses ferner besonders kostengünstig erhältlich, so dass auch der vorbeschriebene Energiespeicher besonders kostengünstig herstellbar ist.
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Zusammenfassend ermöglicht ein vorbeschriebener Energiespeicher somit eine einfache Möglichkeit einer dichten Innenisolierung eines Gehäuses bei gleichzeitig verbesserter Herstellbarkeit.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das elektrisch isolierende Material eine Schmelztemperatur oder eine Glasübergangstemperatur aufweisen, die oberhalb der Betriebstemperatur der Zelleinheit und unterhalb der Schmelztemperatur oder der Glasübergangstemperatur des Materials des Gehäuses liegt, insbesondere bezogen auf den das isolierende Material kontaktierenden Bereich des Gehäuses, etwa des Deckels oder des vollständigen Gehäuses. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine besonders dichte und sichere Isolierung im Inneren des Gehäuses ermöglicht werden. Denn in dieser Ausgestaltung ist es möglich, das elektrisch isolierende Material, wie insbesondere einen Kunststoff, derart zu erhitzen, dass dieser schmilzt und somit die beiden übereinanderliegenden Endbereiche sich nach einem Befüllen des Gehäuses mit flüssigem Elektrolyt miteinander verbinden. Dadurch, dass die Schmelztemperatur oder die Glasübergangstemperatur des elektrisch isolierenden Materials oberhalb der Betriebstemperatur der Zelleinheit liegt, bleibt das elektrisch isolierende Material auch bei einem Betrieb des Energiespeichers stabil. Darüber hinaus findet dadurch, dass die Schmelztemperatur oder die Glasübergangstemperatur oder die Glasübergangstemperatur des elektrisch isolierenden Materials unterhalb des Schmelzpunkts des Materials des Gehäuses liegt, bei einem Verbinden der beiden Enden des elektrisch isolierenden Materials keine negative Beeinflussung des Gehäuses statt.
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Insbesondere bei der vorgenannten Ausgestaltung kann das elektrisch isolierende Material ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyimid (PI), Polyethylenterephthalat (PET), oder Polyetherketon (PEK), wie etwa Polyaryletherketon (PAEK), beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK). Insbesondere diese Materialien weisen einen Schmelzpunkt auf, der oberhalb der Betriebstemperatur einer herkömmlichen Zelleinheit liegt. Darüber hinaus ist der Schmelzpunkt dieser Materialien ausreichend niedrig, so dass eine Vielzahl von geeigneten Gehäuse-Materialien bei der Schmelztemperatur oder der Glasübergangstemperatur des elektrisch isolierenden Materials keinen Schaden nehmen, sondern weiter stabil sind.
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Darüber hinaus sind die vorgenannten Materialien gegenüber einer Vielzahl von flüssigen Elektrolyten inert, so dass diese den Betrieb des Energiespeichers nicht negativ beeinflussen. Grundsätzlich ist das elektrisch isolierende Material jedoch frei wählbar in Abhängigkeit der gewählten Zelleinheit, des gewählten Elektrolytsystems und gegebenenfalls des Materials des Gehäuses.
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Beispielsweise kann das Gehäuse ein metallisches Gehäuse sein. In besonders vorteilhafter Weise kann das Gehäuse ein unflexibles Gehäuse sein, welches auch als Hardcase-Gehäuse bezeichnet wird. Insbesondere in dieser Ausgestaltung können die positiven Eigenschaften der Stabilität eines Hardcase-Gehäuses mit der bevorzugten Isolierung im inneren des Gehäuses kombiniert werden. In nicht beschränkender Weise kann als Gehäuse aus Aluminium, beispielsweise aus tiefgezogenem Aluminiumblech, ausgestaltet sein.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeichermodul, dem Verfahren, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Energiespeichermodul, aufweisend eine Mehrzahl an Energiespeichern, wobei das Energiespeichermodul wenigstens einen Energiespeicher, vorzugsweise eine Mehrzahl an Energiespeichern, wie diese vorstehend im Detail beschrieben sind, aufweist. Ein derartiges Energiespeichermodul beziehungsweise Batteriemodul weist insbesondere den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Möglichkeit einer dichten Innenisolierung wenigstens eines Gehäuses wie beispielsweise Zellgehäuses bei gleichzeitig einfacher Herstellbarkeit auf. Dadurch kann das Modul besonders sicher und langzeitstabil arbeiten. Es kann dabei bevorzugt sein, dass nur ein, eine geeignete Mehrzahl, oder sämtliche der in dem Modul vorhandenen Energiespeicher wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sind.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher, dem Verfahren, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, insbesondere Batteriezelle, aufweisend die Verfahrensschritte:
- a) Bereitstellen eines Gehäuses für einen Energiespeicher, insbesondere eines Zellgehäuses, zum Aufnehmen einer Zelleinheit, wobei das Gehäuse einen Aufnahmeraum zum Anordnen der Zelleinheit aufweist, wobei eine dem Aufnahmeraum zugewandte Oberfläche des Gehäuses zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von einem elektrisch isolierenden Material bedeckt ist, wobei das Gehäuse ferner eine Öffnung zum Einfüllen eines flüssigen Elektrolyten in den Aufnahmeraum aufweist, und wobei die Öffnung durch zwei sich überlappende Endbereiche des elektrisch isolierenden Materials bedeckt ist;
- b) Einführen einer Kanüle durch die Öffnung unter Auseinanderdrücken der Endbereiche derart, dass eine Austrittsöffnung der Kanüle in dem Aufnahmeraum freiliegt;
- c) Einfüllen des flüssigen Elektrolyten in den Aufnahmeraum; und
- d) Entfernen der Kanüle aus der Öffnung.
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Durch das vorbeschriebene Verfahren lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise eine besonders sichere und dichte elektrische Isolierung der Innenseite des Gehäuses ermöglichen.
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Hierzu umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt a) das Bereitstellen eines Gehäuses für einen Energiespeicher, insbesondere eines Zellgehäuses, zum Aufnehmen einer Zelleinheit. Das Gehäuse, welches beispielsweise ein metallisches Gehäuse ist, weist somit einen Aufnahmeraum zum Anordnen der Zelleinheit auf. Um eine Innenisolierung des Gehäuses zu ermöglichen, welche einen Kontakt des flüssigen Elektrolyten mit dem Gehäuse verhindern kann, ist die dem Aufnahmeraum zugewandte Oberfläche des Gehäuses zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, von einem elektrisch isolierenden Material bedeckt. Im Detail liegt die elektrische Isolierung beziehungsweise das elektrisch isolierende Material derart vor, dass eine Öffnung zum Einfüllen eines flüssigen Elektrolyten in den Aufnahmeraum durch zwei sich überlappende Endbereiche des elektrisch isolierenden Materials, wie etwa durch zwei Enden einer Kunststofffolie, bedeckt ist. Bezüglich der exakten Ausgestaltung des Gehäuses, des elektrisch isolierenden Materials sowie der Zelleinheit wird auf die vorstehende Beschreibung des Energiesprechers verwiesen.
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Weiterhin umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt b) das Einführen einer Kanüle durch die Öffnung unter Auseinanderdrücken der Endbereiche derart, dass eine Austrittsöffnung der Kanüle in dem Aufnahmeraum freiliegt. In diesem Verfahrensschritt wird somit eine Kanüle durch die Öffnung geführt, so dass das Ende der Kanüle, an welchem ein Elektrolyt aus der Kanüle austreten kann, in dem Aufnahmeraum für die Zelleinheit freiliegt. Ein Freilegen kann dabei insbesondere bedeuten, dass das entsprechende Ende der Kanüle nicht von einem isolierenden Material bedeckt ist und ferner gegebenenfalls noch nicht an der Zelleinheit anliegt. Somit wird die Kanüle in diesem Verfahrensschritt derart positioniert, dass ein Elektrolyt durch die Kanüle in den Aufnahmeraum gefüllt werden kann. Darüber hinaus werden die Endbereiche bei einem Einführen der Kanüle in die Öffnung auseinandergedrückt. Dies hat den Vorteil, dass sicher verhindert werden kann, dass das elektrisch isolierende Material beschädigt wird. Hierzu kann die verwendete Kanüle im Bereich der Austrittsöffnung vorteilhafter Weise stumpf sein, um ein beschädigungsfreies Auseinanderdrücken der Endbereiche besonders vorteilhaft ermöglichen. Unter einer Kanüle kann dabei insbesondere verstanden werden ein Mittel zum Einfüllen eines flüssigen Elektrolyten, welches eine zumindest teilweise rohrförmige Führung für den Elektrolyten aufweist und eine Länge aufweist, um durch die Öffnung in den Aufnahmeraum zu gelangen.
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Ein derartiges Einfüllen des Elektrolyten in das Gehäuse erfolgt gemäß Verfahrensschritt c). Dabei wird insbesondere ein vorstehend im Detail erläuterter flüssiger Elektrolyt in den Aufnahmeraum der Zelleinheit gefördert.
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Gemäß Verfahrensschritt d) wird anschließend die Kanüle aus der Öffnung entfernt. Dieser Schritt erfolgt insbesondere dann, wenn ausreichend Elektrolyt in dem Gehäuse vorhanden ist beziehungsweise dieses vollständig mit Elektrolyt gefüllt ist.
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Das vorbeschriebene Verfahren zeichnet sich insbesondere durch seine Einfachheit und Kostengünstigkeit aus und ermöglicht ferner das Herstellen eines Energiespeichers mit einer geringen Gefährdung gegenüber Beschädigungen bei einem Einfüllen des Elektrolyten und daher mit einer hohen Betriebssicherheit.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das Verfahren den weiteren Schritt aufweisen:
- e) Verschließen der Öffnung unter Verwendung von Wärme derart, dass die sich überlappenden Endbereiche des elektrisch isolierenden Materials sich stoffschlüssig miteinander verbinden.
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Dieser Verfahrensschritt dient insbesondere dazu, nach einem Entfernen der Kanüle das elektrisch isolierende Material vollständig zu verschließen beziehungsweise abzudichten, so dass der flüssige Elektrolyt nicht in Kontakt mit dem gegebenenfalls elektrisch leitfähigen Gehäuse kommen kann. Denn in dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass das isolierende Material, wie insbesondere ein Kunststoff, derart über seine Schmelztemperatur beziehungsweise Glasübergangstemperatur erhitzt wird, dass die benachbart vorliegenden Endbereiche des elektrisch isolierenden Materials verschmelzen und so verschlossen werden. Dieser Schritt kann insbesondere durch eine gute Wärmeleitfähigkeit des Gehäusematerials, wie etwa eines Metalls verbessert werden.
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Darüber hinaus kann dieser Verfahrensschritt dazu dienen, das elektrisch isolierende Material, wie beispielsweise eine Kunststoffisolierung, mit dem insbesondere metallischen Gehäuse zu verbinden. Dadurch kann ein Verrutschen des elektrisch isolierenden Materials verhindert werden, da es fest an dem Gehäuse fixiert wird. Dabei kann die Wärmeeinwirkung beispielsweise nicht nur auf das Verschließen der Öffnung und damit den Bereich um die Öffnung begrenzt sein, sondern auch weitere Stellen können so verschlossen werden. Beispielsweise kann eine Wärmebehandlung an Fügestellen wie etwa einer umlaufenden Deckelschweißnaht, realisierbar sein, welche Fügestellen die elektrische Isolierung angeschmolzen wird, oder auch im Wesentlichen an dem gesamten Gehäuse.
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In dieser Ausgestaltung wird somit auf einfache Weise eine dichte umlaufende elektrische Isolierung des Gehäuses auch an vorhandenen Einfüllpositionen ermöglicht, nachdem der Elektrolyt eingefüllt wurde.
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Insbesondere kann Verfahrensschritt e) unter Verwendung eines Lasers erfolgen. Dabei kann insbesondere unter Verwendung eines Lasers eine sowohl räumlich als auch bezüglich der Temperatur hoch präzise Wärmeeinwirkung ermöglicht werden.
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Weiterhin kann Verfahrensschritt e) im Rahmen eines Schweißprozesses zum Verschließen der Öffnung erfolgen, beispielsweise mittels des Lasers. Dabei kann ein Schweißprozess auf besonders vorteilhafte Weise die Öffnung sicher und langzeitstabil verschließen, wobei sich aufgrund der Wärmebehandlung eines Schweißprozesses besonders vorteilhafte synergistische Effekte ergeben. Denn die für einen Schweißprozess notwendige Temperatureinwirkung kann in einem Schritt dazu verwendet werden, um die insbesondere an dem Gehäuse anliegende elektrisch isolierende Schicht aufzuschmelzen beziehungsweise zu erweichen und die Enden so miteinander stoffschlüssig zu verbinden, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Öffnung durch ein Verschlussmittel verschlossen werden. Insbesondere kann in dieser Ausgestaltung ein Verschlussmittel in die Öffnung eingebracht werden, wie etwa eine Schraube, eine Niet, eine Kugel oder ein Stopfen. Dadurch kann die Öffnung bereits sicher verschlossen werden. Dabei sind die vorgenannten Verschlussmittel insbesondere aus dem gleichen Material wie das Gehäuse ausgestaltet. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann die Öffnung durch einen Schweißprozess verschlossen werden, indem die Verschlussmittel mit dem die Öffnung umgebenden Gehäuse verschweißt werden.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher, dem Energiespeichermodul, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
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Beispiele und Zeichnungen
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
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1 eine schematische teilweise geschnittene Darstellung einer Ausgestaltung eines elektrochemischen Energiespeichers; und
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2 ein Teilbereich des Energiespeichers aus 1.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines elektrochemischen Energiespeichers 10, wie insbesondere einer Batteriezelle, gezeigt. Der Energiespeicher 10 kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie beziehungsweise Lithium-Ionen-Zelle sein und etwa in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug angeordnet sein. Ferner kann der Energiespeicher 10 Teil eines Energiespeichermoduls sein.
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Der Energiespeicher 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einem wannenartigen Gehäusegrundkörper 14 und einem Deckelelement 16. Es sind ferner Anschlüsse beziehungsweise Kontakte 18 vorgesehen, welche zum Abgreifen elektrischer Energie dienen. Weiterhin sind in dem Deckelelement 16 eine verschließbare Öffnung 20 zum Einfüllen eines fluiden Elektrolyten sowie ein Überdruckventil mit einer Berstscheibe 22 gezeigt.
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In dem Gehäuse 12, welches insbesondere als unflexibles sogenanntes Hardcase-Gehäuse ausgestaltet ist, ist ferner eine Zelleinheit 24 angeordnet. Die Zelleinheit 24 ist dabei als Wicklungselement ausgestaltet. Gemäß 1 liegt somit eine auch als Jelly Roll bezeichnete Anordnung von Elektroden vor, die vorgesehen sind in einer gewickelten, beispielsweise gerollten oder gefalteten, Konfiguration und wobei zwischen den Elektroden eine Separatorlage vorgesehen ist. Die Zelleinheit 24 weist somit mindestens eine positive Elektrode beziehungsweise Kathode, eine negative Elektrode beziehungsweise Anode, und einen dazwischenliegenden Separator auf.
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Eine derartige Ausgestaltung kann beispielsweise realisierbar sein durch das beidseitige Aufbringen einer entsprechenden vorbeschriebenen Elektrodenlage auf einen Metallkollektor. Der Metallkollektor kann dabei in Abhängigkeit der Polarität der Elektrode aus Aluminium oder aus Kupfer geformt sein und dient einer Verbindung der entsprechenden Elektroden mit den Kontakten 18.
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In der 2 ist ein Teilbereich des Energiespeichers 10 aus 1 gezeigt. In der 2 ist in einer Schnittansicht das Deckelelement 16 mit der Öffnung 20 gezeigt. Dabei ist weiterhin zu erkennen, dass eine einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen der Zelleinheit 24 zugewandte Oberfläche 17 des Gehäuses 12 vollständig von einem elektrisch isolierenden Material 27 bedeckt ist. Im Detail ist zu erkennen, dass die Öffnung 20 durch zwei sich überlappende Endbereiche 26, 28 des elektrisch isolierenden Materials 27 bedeckt ist. Die Endbereiche können dabei insbesondere durch Hitzeeinwirkung stoffschlüssig miteinander verbunden werden, was durch den Verbindungsbereich 30 dargestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20030228515 A1 [0003]
- KR 20120060315 [0004]
- KR 20090010410 [0005]