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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Anmeldung betrifft das technische Gebiet der Batterietechnologie und insbesondere eine Stromkollektorplatte, eine Batteriezelle und eine Batterie.
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Hintergrund
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Die Stromkollektorplatte ist ein Bestandteil der Batteriezelle und findet häufig Anwendung in verschiedenen Batterietypen, wie z. B. Lithium-Ionen-Batterien. In der verwandten Technik wird die Stromkollektorplatte in der Regel mittels Laser-Schweißverfahren mit den freiliegenden Laschen des Wickelkerns verschweißt. Im Allgemeinen unterteilt die Stromkollektorplatte in eine positive Stromkollektorplatte und eine negative Stromkollektorplatte.
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Offenbarung der Anmeldung
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In der verwandten Technik besteht das Basismaterial der Stromkollektorplatte aus Aluminium. Eine Stromkollektorplatte aus Aluminium-Basismaterial hat jedoch einen relativ hohen elektrischen Widerstand, was zu einem höheren Innenwiderstand der Batteriezelle führt. Dadurch wird die interne Wärmeerzeugung der Batteriezelle erheblich verstärkt. Einige Stromkollektorplatten bestehen aus anderen Materialien mit niedrigerem Innenwiderstand. Allerdings neigen diese Stromkollektorplatten dazu, an ihrer Oberfläche durch das Elektrolyt korrodiert zu werden, was zu Leistungsdefekten führt
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Diese Anmeldung betrifft eine Stromkollektorplatte. Die Stromkollektorplatte umfasst einen Stromkollektorplattenkörper und eine Oberflächen-Aluminiumschicht. Der Stromkollektorplattenkörper besteht aus Kupfer, und die Oberflächen-Aluminiumschicht umhüllt die Außenfläche des Stromkollektorplattenkörpers.
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Diese Anmeldung betrifft ferner eine Batteriezelle. Die Batteriezelle umfasst die oben beschriebene Stromkollektorplatte.
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Diese Anmeldung betrifft außerdem eine Batterie. Die Batterie umfasst die oben beschriebene Batteriezelle.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Die in dieser Anmeldung bereitgestellte Stromkollektorplatte, die Batteriezelle und die Batterie zeichnen sich dadurch aus, dass der Stromkollektorplattenkörper aus einem Kupfermaterial anstelle des in herkömmlichen Stromkollektorplatten verwendeten Aluminiummaterials besteht. Dadurch wird der Innenwiderstand der Stromkollektorplatte während des Betriebs verringert, was die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Hitzeentwicklung während des Betriebs erheblich reduziert. Darüber hinaus wird auf der Außenseite des kupfernen Stromkollektorplattenkörpers eine Oberflächen-Aluminiumschicht aufgebracht. Beim Schweißen des Stromkollektorplattenkörpers als Bestandteil der Batteriezelle kann die durch das Schweißen erzeugte hohe Temperatur genutzt werden, um eine chemische Reaktion zwischen der Oberflächen-Aluminiumschicht und dem Sauerstoff in der Luft zu bewirken. Dadurch wird im Schweißbereich des Stromkollektorplattenkörpers eine dichte Oxidfilmbeschichtung gebildet. Diese dichte Oxidfilmbeschichtung weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf und reagiert nicht leicht mit dem Elektrolyt. Auf diese Weise tritt während des Produktions- und Arbeitsprozesses der Batteriezelle bei Kontakt zwischen der Stromkollektorplatte und dem Elektrolyt der direkte Kontakt des Elektrolyten mit der dichten Oxidfilmbeschichtung im Schweißbereich der Stromkollektorplatte ein. Dies verhindert, dass der Elektrolyt direkt die Schweißverbindung der Stromkollektorplatte korrodiert, wodurch die Korrosion des Schweißbereichs der Stromkollektorplatte, die durch den Kontakt der Oberfläche der Stromkollektorplatte mit dem Elektrolyt verursacht wird, verbessert werden kann.
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Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine schematische Schnittdarstellung der Stromkollektorplatte gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung;
- 2 ist eine schematische Strukturdarstellung der Stromkollektorplatte gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung;
- 3 ist eine schematische Schnittdarstellung der Stromkollektorplatte aus 2;
- 4 ist eine schematische Strukturdarstellung der Batteriezelle gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung;
- 5 ist eine schematische Strukturdarstellung des Abschnitts A aus 4.
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Bezugszeichen:
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1, Stromkollektorplattenkörper; 11, Flüssigkeitseinlassöffnung; 2, Oberflächen-Aluminiumschicht; 5, Wickelkern; 7, dichte Oxidfilmbeschichtung.
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Ausführungsformen der Anmeldung
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In der Beschreibung dieser Anmeldung ist zu verstehen, dass die Begriffe „erste“ und „zweite“ lediglich zu Beschreibungszwecken verwendet werden und nicht als Hinweis oder Andeutung auf eine relative Wichtigkeit oder auf die Anzahl der angegebenen technischen Merkmale zu verstehen sind. Dementsprechend kann ein mit „erste“ oder „zweite“ bezeichnetes Merkmal ausdrücklich oder stillschweigend ein oder mehrere Merkmale umfassen. In der Beschreibung dieser Anmeldung bedeutet „mehrere“ zwei oder mehr, es sei denn, es ist ausdrücklich etwas anderes festgelegt.
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Eine Stromkollektorplatte ist ein Bauteil, das dazu dient, die elektrische Energie der Batteriezelle zu sammeln, um sie an ein mit Energie versorgtes Gerät weiterzuleiten, oder die elektrische Energie während des Ladevorgangs an die Batteriezelle zu übertragen. Die Stromkollektorplatte ist in der Regel mit dem Wickelkern verbunden, wodurch eine Batteriezelle gebildet wird.
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Die Stromkollektorplatte ist in der Regel mit den Laschen des Wickelkerns verbunden. Die Verbindungsart kann dabei üblicherweise Schweißen sein, wobei in der relevanten Technik häufig das Laserschweißen angewendet wird, um die Schweißfestigkeit und die Schweißeffizienz zu gewährleisten.
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In der relevanten Technik besteht das Basismaterial der Stromkollektorplatte jedoch aus Aluminium. Wenn Aluminium als Basismaterial der Stromkollektorplatte verwendet wird, ist der Innenwiderstand der Batteriezelle zu hoch, was zu einer erheblichen inneren Wärmeerzeugung in der Batteriezelle führt. Dies verursacht nicht nur einen Energieverlust, sondern kann auch zu einer anomalen Überhitzung führen, wodurch die Batteriezelle beschädigt wird, was wiederum zum Ausfall des Akkus führt. Obwohl in der relevanten Technik auch andere Materialien mit einem niedrigen Innenwiderstand zur Herstellung der Stromkollektorplatte verwendet werden können, neigen die Oberflächen der aus den meisten dieser Materialien hergestellten Stromkollektorplatten dazu, leicht mit dem Elektrolyt zu korrodieren.
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Erster Aspekt, unter Bezugnahme auf 1 zeigt 1 ein schematisches Querschnittsstrukturdiagramm der in der vorliegenden Anmeldung bereitgestellten Stromkollektorplatte. Die vorliegende Anmeldung stellt eine Stromkollektorplatte bereit, die eine Stromkollektorplattenkörper 1 und eine Oberflächen-Aluminiumschicht 2 umfasst. Der Stromkollektorplattenkörper 1 besteht aus Kupfer, und die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 umhüllt die Außenoberfläche des Stromkollektorplattenkörpers 1.
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Es ist zu verstehen, dass die Art und Weise, wie die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 die Außenseite des Stromkollektorplattenkörpers 1 umhüllt, sowohl in Form einer Anhaftung als auch durch eine feste Verbindung erfolgen kann.
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Es ist verständlich, dass die Stromkollektorplatte in der relevanten Technik aus einer Aluminiumplatte besteht und die Oberfläche der Stromkollektorplatte normalerweise nicht mit einer Verbundschichtstruktur versehen ist. Da die Stromkollektorplatte aus Aluminium besteht, ist sie zwar wirtschaftlich, hat aber einen hohen Innenwiderstand. Wenn sich die Stromkollektorplatte im Betriebszustand befindet, kann der hohe Innenwiderstand dazu führen, dass bei der Ein- und Ausgabe von elektrischer Energie Wärme entsteht. Dies fü hrt zu einem Energieverlust und birgt das Risiko, dass Bauteile in der Nähe der Stromkollektorplatte beschädigt werden. Dadurch wird die Lebensdauer der Batteriezelle verkürzt.
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In der vorliegenden Anmeldung wird das Material des Stromkollektorplattenkörpers von dem herkömmlicherweise verwendeten Aluminium auf Kupfer umgestellt, wodurch der Innenwiderstand der Stromkollektorplatte während des Betriebs verringert werden kann. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Wahrscheinlichkeit der Wärmeentwicklung der Stromkollektorplatte während des Betriebs. Auf der äußeren Seitenfläche des aus Kupfer bestehenden Stromkollektorplattenkörpers ist eine Oberflächen-Aluminiumschicht aufgebracht. Diese ermöglicht es, dass die Oberflächen-Aluminiumschicht durch die hohen Temperaturen, die beim Verschweißen der Stromkollektorplatte als Bestandteil der Batteriezelle entstehen, mit dem Sauerstoff in der Luft chemisch reagiert. Dadurch wird in der Schweißzone der Stromkollektorplatte eine dichte Oxidfilmbeschichtung gebildet. Diese dichte Oxidfilmbeschichtung weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf und reagiert nur schwer mit dem Elektrolyten. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass während der Herstellung und des Betriebs der Batteriezelle die Stromkollektorplatte im Inneren der Batteriezelle bei Kontakt mit dem Elektrolyten nicht direkt dem Elektrolyten ausgesetzt ist. Stattdessen tritt der Elektrolyt in direkten Kontakt mit der dichten Oxidfilmbeschichtung in der Schweißzone. Dadurch wird verhindert, dass der Elektrolyt die Schweißzone der Stromkollektorplatte direkt korrodiert, wodurch die Korrosion der Schweißzone der Stromkollektorplatte, die durch den Kontakt der Oberfläche der Stromkollektorplatte mit dem Elektrolyten entsteht, verringert werden kann.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung, siehe 2 und 3, zeigt 2 eine schematische Darstellung der Struktur der in dieser Anmeldung bereitgestellten Stromkollektorplatte, und 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Stromkollektorplatte aus 2. Als Beispiel ist die Stromkollektorplatte eine positive Stromkollektorplatte. Auf der Oberfläche des Stromkollektorplattenkörpers ist eine Flüssigkeitseinlassöffnung vorgesehen, durch die Elektrolyt in das Innere des Gehäuses der Batteriezelle eingespritzt werden kann. Die Oberflächen-Aluminiumschicht bedeckt zudem die Wandfläche der Flüssigkeitseinlassöffnung.
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Es ist verständlich, dass im Produktionsprozess der Batteriezelle der Stromkollektorplattenkörper 1 durch galvanische oder chemische Beschichtung mit einer Aluminiumbeschichtung versehen wird. Anschließend wird der mit der Beschichtung versehene Stromkollektorplattenkörper 1 unter der hohen Temperatur, die während des Schweißvorgangs mit dem Wickelkern entsteht, oxidiert, wodurch sich auf der Beschichtung eine dichte Oxidfilmbeschichtung 7 bildet. Danach wird er mit dem Gehäuse der Batteriezelle zusammengebaut. Nach Abschluss der Montage muss durch die Flüssigkeitseinlassöffnung 11, die an der Oberfläche der positiven Stromkollektorplatte angeordnet ist, ein Elektrolyt in die Batteriezelle eingebracht werden. Während des Einbringens des Elektrolyts kommt dieser unvermeidlich mit der Flüssigkeitseinlassöffnung 11 in Kontakt.
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Es ist verständlich, dass die Stromkollektorplatte im Allgemeinen in eine positive Stromkollektorplatte und eine negative Stromkollektorplatte unterteilt werden kann. Die Oberfläche der positiven Stromkollektorplatte ist üblicherweise mit einer Flüssigkeitseinlassöffnung 11 versehen, die zum Einfüllen des Elektrolyts in die Batteriezelle dient. Im Allgemeinen neigt der Elektrolyt während des Befüllvorgangs dazu, die Flüssigkeitseinlassöffnung 11 zu korrodieren. In der vorliegenden Anmeldung ist die Flüssigkeitseinlassöffnung 11, wenn die Stromkollektorplatte eine positive Stromkollektorplatte ist, auch an der Wandung der Flüssigkeitseinlassöffnung 11 mit einer Oberflächen-Aluminiumschicht 2 umhüllt. Unter der hohen Temperatur, die während des Schweißvorgangs entsteht, bildet sich auf der Oberfläche der Oberflächen-Aluminiumschicht 2 eine dichte Oxidfilmbeschichtung 7. Dadurch kann die Wandung der Flüssigkeitseinlassöffnung 11 während des Befüllvorgangs eine Widerstandsfähigkeit gegenüber der Korrosion durch den Elektrolyten entwickeln.
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Es ist zu beachten, dass die Oberfläche der Oberflächen-Aluminiumschicht 2 unter normalen Temperaturbedingungen mit Sauerstoff reagiert und eine dünne dichte Oxidfilmbeschichtung 7 bildet. Unter hohen Temperaturen reagiert sie jedoch schnell mit Sauerstoff, wodurch eine dickere dichte Oxidfilmbeschichtung 7 entsteht. Die durch das Schweißen erzeugte hohe Temperatur kann die Hochtemperaturbedingungen erfüllen, so dass zumindest ein Teil der Oberfläche der Oberflächen-Aluminiumschicht 2 eine schnelle Reaktion mit Sauerstoff eingeht und eine dichte Oxidfilmbeschichtung 7 bildet.
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In einigen Ausführungsbeispielen dieser Anmeldung ist die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 eine Beschichtung.
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Es ist verständlich, dass die Verbindungsmethode zwischen der Oberflächen-Aluminiumschicht 2 und dem Stromkollektorplattenkörper 1 durch Extrusion erfolgen kann, bei der die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 auf den Stromkollektorplattenkörper 1 extrudiert wird, um eine Verbundstruktur zu bilden. Alternativ kann die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 durch galvanisches Beschichten oder chemisches Beschichten auf den Stromkollektorplattenkörper 1 aufgebracht werden, wodurch eine Beschichtungsstruktur entsteht. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 durch Dünnfilmabscheidung auf den Stromkollektorplattenkörper 1 abzuscheiden, wodurch eine Dünnfilmabscheidungsstruktur entsteht. Unter diesen Methoden weist die durch galvanisches oder chemisches Beschichten auf dem Stromkollektorplattenkörper 1 gebildete Beschichtungsstruktur im Vergleich zur durch Extrusion gebildeten Verbundstruktur eine gleichmäßigere Dicke auf. Im Vergleich zur durch Dünnfilmabscheidung gebildeten Dünnfilmabscheidungsstruktur ist diese Methode zudem wirtschaftlicher und praktischer.
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Beispielhaft kann die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 eine chemische Beschichtung sein.
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Es ist verständlich, dass auf der Oberfläche des Stromkollektorplattenkörpers 1 eine Beschichtung vorhanden ist. Üblicherweise kann die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 durch galvanisches Beschichten als galvanische Beschichtung ausgeführt werden. Alternativ kann die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 durch chemisches Beschichten als chemische Beschichtung ausgeführt werden. Da die Dicke der Beschichtung relativ gering ist, wird sogar die Geschwindigkeit der Bildung einer galvanischen Beschichtung durch galvanisches Beschichten im Allgemeinen schneller erreicht als die Geschwindigkeit der Bildung einer chemischen Beschichtung durch chemisches Beschichten. Allerdings weist die chemische Beschichtung im Vergleich zur galvanischen Beschichtung eine gleichmäßigere Schichtbildung auf. Daher ermöglicht die Bildung einer chemischen Beschichtung durch chemisches Beschichten der Oberflächen-Aluminiumschicht 2, dass die Dicke der auf der Oberfläche des Stromkollektorplattenkörpers 1 gebildeten Oberflächen-Aluminiumschicht 2 gleichmäßiger ist, was die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche des Stromkollektorplattenkörpers 1 gegen Elektrolytlösungen verbessert.
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In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung beträgt die Dicke des Stromkollektorplattenkörpers 1 0,1 mm bis 0,5 mm. Alternativ kann die Dicke des Stromkollektorplattenkörpers 1 0,15 mm bis 0,25 mm betragen, beispielsweise 0,15 mm, 0,20 mm oder 0,25 mm. In diesem Dickenbereich weist der Stromkollektorplattenkörper 1 eine bessere strukturelle Festigkeit und Stabilität auf, wodurch die Schweißqualität der durch Schweißen geformten Batteriezelle sichergestellt wird. Gleichzeitig wird der Materialverbrauch reduziert, wodurch die Materialkosten eingespart werden.
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In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung beträgt die Dicke der Oberflächen-Aluminiumschicht 2 0,3 µm bis 3,5 µm, beispielsweise 0,3 µm, 0,5 µm, 0,8 µm, 1 µm, 1,3 µm, 1,6 µm, 2 µm, 2,4 µm, 2,7 µm, 3 µm, 3,2 µm oder 3,5 µm. In diesem Dickenbereich weist die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 eine bessere Korrosions- und Verschleißfestigkeit auf. Sie kann die äußere Oberfläche des Stromkollektorplattenkörpers 1 wirksam vor Korrosion durch Elektrolyte oder andere Medien schützen und gleichzeitig die Materialkosten der Oberflächen-Aluminiumschicht 2 senken.
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In einem zweiten Aspekt, siehe 4, zeigt 4 ein Strukturdiagramm einer Batteriezelle gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung, und zwar konkret ein Strukturdiagramm einer Batteriezelle mit einer negativen Stromkollektorplatte. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung stellt ferner eine Batteriezelle bereit, die eine Stromkollektorplatte gemäß einem der Ausführungsbeispiele des ersten Aspekts umfasst.
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Da die in der vorliegenden Anmeldung vorgesehene Stromkollektorplatte in der Lage ist, die Korrosion des Stromkollektorplattenkörpers 1, d. h. der Kupferschicht, zu verringern, die durch den Kontakt der Oberfläche mit dem Elektrolyt während des Betriebs verursacht wird, weist die Batteriezelle, die diese Stromkollektorplatte umfasst, ebenfalls die oben beschriebenen vorteilhaften Wirkungen auf.
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In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung umfasst die Batteriezelle einen Wickelkern 5 und eine Stromkollektorplatte, wobei die Laschen der Stromkollektorplatte und des Wickelkerns 5 durch Schweißen befestigt sind. Im Schweißbereich der Stromkollektorplatte wird die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 während des Schweißvorgangs oxidiert, um eine dichte Oxidfilmbeschichtung 7 zu bilden.
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In der vorliegenden Anmeldung wird der Stromkollektorplattenkörper 1 mit einem Aluminiummaterial kombiniert. Die Kombination kann durch Galvanisierung, chemische Beschichtung oder Extrusion erfolgen. Die durch die Kombination erhaltene Stromkollektorplatte wird durch die beim Schweißen entstehende hohe Temperatur so beeinflusst, dass auf der Oberfläche der Oberflächen-Aluminiumschicht 2, zumindest im Schweißbereich, eine dichte Oxidfilmbeschichtung 7 gebildet wird. Da die dichte Oxidfilmbeschichtung 7 eine gute Beständigkeit gegenüber der Korrosion durch Elektrolyt aufweist, kann sie den Schweißbereich der Stromkollektorplatte während des Kontakts mit dem Elektrolyt wirksam schützen, sodass dieser nicht direkt korrodiert wird. Dadurch wird die Gesamtkorrosionsbeständigkeit der Stromkollektorplatte gegenüber dem Elektrolyt verbessert.
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In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung, unter Bezugnahme auf die 4 und 5, wobei die 5 ein schematisches Strukturdiagramm des Teils A in 4 darstellt, werden die Laschen der Stromkollektorplatte und des Wickelkerns 5 durch Schweißen befestigt.
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In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung kann die Batteriezelle einen Wickelkern 5 und eine Stromkollektorplatte umfassen. In der relevanten Technik wird häufig die Stromkollektorplatte mit dem Wickelkern 5 verschweißt. Die Schweißmethoden können elektrisches Schweißen, Laserschweißen und andere Verfahren umfassen.
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In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung besteht die positive Lasche des Wickelkerns 5 aus Aluminiumfolie, während die negative Lasche des Wickelkerns 5 aus Kupferfolie besteht.
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Es ist zu verstehen, dass die positive Lasche des Wickelkerns 5 aus Aluminiumfolie und die negative Lasche des Wickelkerns 5 aus Kupferfolie besteht. Dadurch werden der Innenwiderstand und die Wärmeentwicklung der Stromkollektorplatte erheblich reduziert, was zu einer erheblichen Verlängerung der Lebensdauer der Batteriezelle führt.
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Drittens bietet die vorliegende Anmeldung auch eine Batterie, die eine Batteriezelle gemäß einem der in dem zweiten Aspekt beschriebenen Ausführungsbeispiele umfasst.
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Da die Batteriezelle der vorliegenden Anmeldung nach dem Schweißen mit der Stromkollektorplatte in Kontakt mit der Elektrolytflüssigkeit steht und in dem Schweißbereich die Oberflächen-Aluminiumschicht 2 oxidiert wird, wodurch eine korrosionsbeständige dichte Oxidfilmbeschichtung 7 entsteht, wird erreicht, dass der Schweißbereich der Stromkollektorplatte nicht leicht von der Elektrolytflüssigkeit korrodiert wird. Folglich weist die Batterie, die diese Batteriezelle enthält, ebenfalls die oben genannten vorteilhaften Effekte auf.
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Als Beispiel umfasst die Batterie mindestens eine der folgenden Komponenten: Batteriemodul, Batteriepaket und Energiespeichercontainer.