DE102011088564A1 - Method for producing a labeled battery cell housing - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines beschrifteten Batteriezellengehäuses (20) vorgeschlagen, das einen metallischen Grundkörper (26) aufweist, der mit einem Isolationslack (70) beschichtet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass (i) zumindest in den zu beschriftenden Bereichen (22) des Batteriezellengehäuses (20) ein Isolationslack (70) auf den Grundkörper (26) aufgetragen wird, der ein Laseradditiv (72) enthält, das bei Laserbestrahlung eine Farbänderung im bestrahlten Bereich bewirkt; und (ii) die Beschriftung durch partielle Laserbestrahlung des Isolationslacks (70) in den zu beschriftenden Bereichen (22) des Batteriezellengehäuses (20) erfolgt.A method is proposed for producing a labeled battery cell housing (20) which has a metallic main body (26) which is coated with an insulating varnish (70). The inventive method is characterized in that (i) at least in the areas to be labeled (22) of the battery cell housing (20) an insulating varnish (70) is applied to the base body (26) containing a laser additive (72), the Laser irradiation causes a change in color in the irradiated area; and (ii) the inscription is effected by partial laser irradiation of the insulating varnish (70) in the regions (22) of the battery cell housing (20) to be inscribed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines beschrifteten Batteriezellengehäuses, ein nach dem Verfahren erhältliches Batteriezellengehäuse und eine Batteriezelle, die ein solches Gehäuse aufweist.The present invention relates to a method of manufacturing a labeled battery cell case, a battery cell case obtainable by the method, and a battery cell having such a case.
Stand der TechnikState of the art
In Fahrzeugen mit zumindest teilweisem elektrischen Antrieb kommen elektrische Energiespeicher zum Einsatz, um die elektrische Energie für den Elektromotor, welcher den Antrieb unterstützt beziehungsweise als Antrieb dient, zu speichern. In den Fahrzeugen der neuesten Generation finden hierbei sogenannte Lithium-Ionen-Batterien Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen besitzen mindestens eine positive und eine negative Elektrode (Kathode bzw. Anode), die Lithium-Ionen (Li+) reversibel ein- (Interkalation) oder wieder auslagern (Deinterkalation) können. In vehicles with at least partial electric drive electrical energy storage are used to store the electrical energy for the electric motor, which supports the drive or serves as a drive. In the vehicles of the latest generation, so-called lithium-ion batteries are used. These are characterized among other things by high energy densities and an extremely low self-discharge. Lithium-ion battery cells have at least one positive and one negative electrode (cathode or anode), the lithium-ion (Li +) reversible on (intercalation) or outsource (Deinterkalation) can.
Zur Überwachung und Nachverfolgbarkeit ist weiterhin eine eindeutige Kennzeichnung der Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, erforderlich. Nach Stand der Technik werden hierfür maschinenlesbare Codes verwendet, die mithilfe von Aufklebern, Printern (zum Beispiel durch Direktdruck, Siebdruck, Tampondruck) oder Beschriftungslasern am Zellgehäuse aufgebracht werden. Bei der Bauteilkennzeichnung durch Aufkleber besteht die Gefahr des Ablösens, insbesondere bei Komponenten, die häufigen Temperaturwechseln ausgesetzt sind. Aufgedruckte Codes können durch mechanische Einwirkungen (Kratzer) beschädigt und somit nicht mehr ausgelesen werden. Die herkömmliche Kennzeichnung durch Laserbeschriftung basiert auf einem Farbumschlag im Falle von metallischen Werkstücken (Anlassfarben) beziehungsweise im Abtrag von oberflächennahem Material, wodurch Intrusionen entstehen. Für eine Funktionsschicht, wie die genannte Isolationsschicht auf dem Batteriezellengehäuse, sind derartige Intrusionen nicht zulässig, da sie eine Beschädigung am Isolationssystem und damit ein Gefährdungspotenzial darstellen. For monitoring and traceability, a clear identification of the battery cells, in particular lithium-ion cells, is still required. The state of the art uses machine-readable codes which are applied to the cell housing by means of stickers, printers (for example by direct printing, screen printing, pad printing) or lettering lasers. There is a risk of detachment when labeling a component, especially for components that are subject to frequent temperature changes. Printed codes can be damaged by mechanical influences (scratches) and thus can no longer be read out. The conventional marking by laser marking is based on a color change in the case of metallic workpieces (tempering colors) or in the removal of near-surface material, resulting in intrusions. For a functional layer, such as the aforementioned insulation layer on the battery cell housing, such intrusions are not permitted because they represent damage to the insulation system and thus a potential hazard.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ein oder mehrere Probleme des Standes der Technik werden mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines beschrifteten Batteriezellengehäuses behoben oder zumindest gemindert. Das Batteriezellengehäuse weist einen metallischen Grundkörper auf, ist also beispielsweise eine zylindrische Hardcasezelle oder prismatische Hardcasezelle. Der metallische Grundkörper des Batteriezellengehäuses ist mit einem Isolationslack beschichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass
- (i) zumindest in den zu beschriftenden Bereichen des Batteriezellengehäuses ein Isolationslack auf den Grundkörper aufgetragen wird, der ein Laseradditiv enthält, das bei Laserbestrahlung eine Farbänderung im bestrahlten Bereich bewirkt; und
- (ii) die Beschriftung durch partielle Laserbestrahlung des Isolationslacks in den zu beschriftenden Bereichen des Batteriezellengehäuses erfolgt.
- (I) at least in the areas of the battery cell housing to be inscribed an insulating varnish is applied to the base body, which contains a laser additive which causes a color change in the irradiated area upon laser irradiation; and
- (ii) the inscription is effected by partial laser irradiation of the insulating lacquer in the regions of the battery cell housing to be inscribed.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auf den Einsatz von Aufklebern etc. verzichtet werden kann, wenn die Markierung direkt in dem Isolationslack, der auf dem metallischen Grundkörper aufgetragen ist, eingetragen wird. Die Art der Laserbeschriftung darf dabei jedoch nicht die Funktionalität der Isolationsschicht beeinträchtigen. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zumindest in den Bereichen, in denen die Beschriftung erfolgen soll, dem Isolationslack ein Additiv beigemengt wird, das bei Laserbestrahlung eine Farbänderung im bestrahlten Bereich bewirkt. Diese Farbänderung kann unmittelbar aus der Änderung der Farbe des Laseradditivs folgen. Somit steht eine robuste Möglichkeit zur Verfügung, elektrisch isolierte Produkte mit individuellen und eindeutigen Informationen (Code, Logos etc.) zu versehen. Zudem ist das Beschriftungsverfahren für die Massenproduktion tauglich und kostengünstig, da der Materialeinsatz im Vergleich zu der Verwendung von Aufklebern geringer ist. Es wird also eine in den Isolationslack integrierte Kennzeichnung des Batteriezellengehäuses ermöglicht, ohne dass das Isolationssystem in seiner Funktionalität geschwächt wird.The invention is based on the finding that it is possible to dispense with the use of stickers, etc., if the marking is applied directly in the insulating paint applied to the metallic base body. However, the type of laser marking must not impair the functionality of the insulation layer. Therefore, the invention proposes that, at least in the areas in which the label is to be made, the insulating varnish an additive is added, which causes a change in color in the irradiated area when laser irradiation. This color change can directly follow from the change in the color of the laser additive. Thus, there is a robust way to provide electrically isolated products with individual and unique information (code, logos, etc.). Moreover, that is Labeling process for mass production suitable and inexpensive, since the use of material is lower compared to the use of stickers. Thus, an integrated into the insulating varnish identification of the battery cell housing is made possible without the isolation system is weakened in its functionality.
Lasermarkierung von Kunststoffen wurde in den letzten Jahren entwickelt, um Markierungen aufzubringen, die insbesondere individuell für den markierten Gegenstand sind und eine Seriennummer oder dergleichen beinhalten. Markierungen in hoher Qualität werden in der Regel mit gepulsten Lasergeräten ausgeführt, wobei beispielsweise mittels schwenkbarer Spiegel der fokussierte Laserstrahl über die Kunststoffoberfläche fährt. Laser marking of plastics has been developed in recent years to apply markers which are particularly individual to the marked article and include a serial number or the like. High-quality markings are generally carried out with pulsed laser devices, with the focused laser beam traveling over the plastic surface, for example, by means of pivotable mirrors.
Je nach Kunststoff und Rezeptur können Markierungen auf verschiedene Weise aufgebracht werden: Gravur, Ablatieren, Aufschäumen und Farbumschlag. Bei einer Markierung durch Gravur oder Ablatieren erfolgt ein Materialabtrag und es entstehen Intrusionen, die die Funktion der Isolationsschicht gefährden könnten. Ebenso kann ein Aufschäumen des Isolationslackes zu Funktionsbeeinträchtigungen fuhren. Zur Erzielung von kontrastreichen Markierungen wird daher erfindungsgemäß der Weg über einen Farbumschlag gewählt.Depending on the plastic and recipe, markings can be applied in a variety of ways: engraving, ablation, foaming and color change. Marking by engraving or ablation causes a material removal and intrusions occur, which could endanger the function of the insulation layer. Likewise, foaming the insulation varnish can lead to functional impairments. In order to achieve high-contrast markings, the path is therefore chosen according to the invention via a color change.
Um den Farbumschlag bei Kunststoffen zu unterstützen und zu fördern, wurden verschiedene Laseradditive entwickelt. Die Additive absorbieren das Laserlicht und wandeln dieses in Wärme, die eine Karbonisierung des Kunststoffs bewirkt. Die Laserbestrahlung kann jedoch auch einen Farbwechsel des Laseradditivs selbst bewirken. Letztere Variante ist für die Zwecke der Erfindung bevorzugt, da die Karbonisierung des Kunststoffs auch eine unerwünschte partielle Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit mit sich bringen könnte. Mit anderen Worten, nach dieser Verfahrensvariante soll eine Karbonisierung des Isolationslacks in Folge der Laserbestrahlung vermieden werden und lediglich ein Farbumschlag des Laseradditivs bewirkt werden. In order to support and promote the color change in plastics, various laser additives have been developed. The additives absorb the laser light and convert it into heat, which causes a carbonization of the plastic. However, the laser irradiation can also cause a color change of the laser additive itself. The latter variant is preferred for the purposes of the invention, since the carbonization of the plastic could also bring about an undesirable partial increase in electrical conductivity. In other words, according to this variant of the method, a carbonization of the insulating varnish as a result of the laser irradiation is to be avoided and only a color change of the laser additive is effected.
Ferner ist bevorzugt, wenn als Laseradditiv ein elektrisch nicht leitendes Laseradditiv zugesetzt wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Isolationseigenschaften des Isolationslacks auch im Bereich der Beschriftung nicht gemindert sind.It is further preferred if an electrically non-conductive laser additive is added as laser additive. In this way, it is ensured that the insulation properties of the insulating varnish are not reduced even in the area of the lettering.
Wenn ein Farbumschlag durch Karbonisierung in einem Kunststoff gewünscht wird, der sich nur mäßig oder gar nicht karbonisieren lässt, kann man ein Laseradditiv mit einem leicht karbonisierenden Material kombinieren, wie zum Beispiel in
Vorzugsweise basiert der Isolationslack auf einem Kunststoff, der ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Epoxid- und/oder Phenolharze, Polyacrylate und/oder modifizierter Polyacrylate, Polyurethane, Silikone, organische Lacke mit anorganischen Füllstoffen.The insulating lacquer is preferably based on a plastic which is selected from the group comprising epoxy and / or phenolic resins, polyacrylates and / or modified polyacrylates, polyurethanes, silicones, organic lacquers with inorganic fillers.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines beschrifteten Batteriezellengehäuses, das nach dem zuvor geschilderten Verfahren hergestellt wurde. Der Isolationslack des Batteriegehäuses weist also Bereiche auf, in die ein Laseradditiv eingebracht wurde. Durch Laserbestrahlung der Laseradditive hat sich im Bereich der Beschriftung eine Farbänderung eingestellt. A further aspect of the invention is the provision of a labeled battery cell housing, which was prepared by the previously described method. The insulating varnish of the battery housing thus has areas into which a laser additive has been introduced. Laser irradiation of the laser additives has changed the color of the labeling.
Weiterhin wird ein unbeschriftetes Batteriezellengehäuse bereitgestellt, das einen metallischen Grundkörper aufweist, der mit einem Isolationslack beschichtet ist, der zumindest in den zu beschriftenden Bereichen des Batteriezellengehäuses ein Laseradditiv enthält, das bei entsprechender Bestrahlung eine Farbänderung im bestrahlten Bereich bewirkt. Mit anderen Worten, ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in der Bereitstellung des unbeschrifteten Batteriezellengehäuses, wie es als Zwischenprodukt gemäß Schritt (i) des erfindungsgemäßen Verfahrens anfällt.Furthermore, an unlabelled battery cell housing is provided, which has a metallic base body, which is coated with an insulating varnish, which contains a laser additive at least in the areas to be labeled of the battery cell housing, which causes a change in color in the irradiated area with appropriate irradiation. In other words, a further aspect of the invention lies in the provision of the unlabelled battery cell housing, as obtained as an intermediate according to step (i) of the method according to the invention.
Schließlich betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung eine Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, mit einem erfindungsgemäßen beschrifteten Batteriezellengehäuse.Finally, another aspect of the invention relates to a battery cell, in particular lithium-ion battery cell, with a labeled battery cell housing according to the invention.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und können der Beschreibung entnommen werden.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims and can be taken from the description.
Zeichnungendrawings
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Auf die
Das Batteriezellengehäuse
In den Isolationslack
Denkbar ist es auch, Schichtsysteme mit verschiedenen Laseradditiven aufzubauen und durch geschickte Wahl der Belichtung mehrfarbige Effekte zu erzielen. Ebenso können 3-D-Effekte erzielt werden.It is also conceivable to build layer systems with different laser additives and to achieve multicolored effects by skillful choice of the exposure. Likewise, 3-D effects can be achieved.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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