DE69705153T2

DE69705153T2 - Die Zuverlässigkeit einer Schutzschaltung sicherende Zelle

Info

Publication number: DE69705153T2
Application number: DE69705153T
Authority: DE
Inventors: Takuma Morishita; Kazuro Moriwaki; Kensuke Nakatani; Masatoshi Takahashi
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1997-03-20
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: DE69705153D1; CN1166062A; HK1004845A1; TW423174B; EP0798794B1; JPH09320565A; CN1080462C; EP0798794A1; JP3066338B2; US5976729A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zelle und dabei insbesondere eine Zelle, bei der sichergestellt ist, daß eine mit der Zelle elektrisch verbundene Schutzschaltung zuverlässig arbeitet.
Üblicherweise werden Lithium-Ionen-Zellen mit einer externen Schutzschaltung zur Steuerung der Zellenspannung versehen, um eine Überlastung bzw. eine übermäßige Entladung zu vermeiden. So wird beispielsweise eine herkömmliche Lithium-Ionen-Zelle 11, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, mit einer Schutzschaltung 13 über eine Anschlußplatte 12 elektrisch verbunden, die aus Nickel, mit Nickel plattiertem Edelstahl oder einem ähnlichen, eine Verbindung zur Schutzschaltung 13 ermöglichenden Material bestehen kann.
Andererseits fertigt man die Außenhülle 14 der Zelle 11, deren Spannung während des Ladens auf bis zu 3,5 bis 5,0 V ansteigt, nicht aus Eisen oder Edelstahl, sondern aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung, weil bei der Verwendung von Aluminium, anders als bei Eisen oder Edelstahl, die Außenhülle 14 auch dann nicht korrodiert, wenn eine hohe Spannung über längere Zeit hinweg aufrechterhalten wird. Außerdem besitzen Eisen und Edelstahl ein hohes spezifisches Gewicht, während das spezifische Gewicht von Aluminium gering ist, so daß eine aus Aluminium bestehende Außenhülle 14 eine große gravimetrische Energiedichte aufweisen kann.
Was allerdings das Verschweißen der aus Nickel o. ä. bestehenden Anschlußplatte 12 mit der aus Aluminium oder einem ähnlichen Werkstoff bestehenden Außenhülle 14 betrifft, so verhindert die mangelnde Löslichkeit der Anschlußplatte 12 den Einsatz von Ultraschall-Schweißverfahren, während die gute Leitfähigkeit der Außenhülle 14 wiederum einem Einsatz von Widerstands-Schweißverfahren entgegensteht. Aus diesem Grund werden bisher Laser-Schweißverfahren zur Verbindung der Anschlußplatte 12 mit der Außenhülle 14 eingesetzt.
Allerdings weist auch das Laser-Schweißen einen Nachteil auf, da hier der Laserstrahl eine Elektrifizierung der Schutzschaltung 13 bewirkt, wodurch deren Zuverlässigkeit sinkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zelle vorzusehen, bei der sichergestellt ist, daß eine elektrisch mit der Zelle verbundene Schutzschaltung zuverlässig arbeitet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zelle vorzusehen, bei der es möglich ist, eine ausreichende Schweißfestigkeit zu erzielen, wenn ihre Verbraucher-Anschlußplatte und ihre Verbindungs- Anschlußplatte einer Widerstandsschweißung unterzogen werden.
Außerdem liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zelle vorzusehen, bei der das Auftreten von Rissen oder kleinen Löchern in der Schweißzone zwischen der Verbraucher-Anschlußplatte und der Außenhülle verhindert wird.
Die genannten Aufgaben lassen sich durch eine Zelle lösen, die eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, ein mit einem Elektrolyt gefülltes Trennelement und eine mit einem Boden versehene und entweder aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung gefertigte Außenhülle sowie eine erste Anschlußplatte für den Stromverbraucher umfaßt. Die erste Anschlußplatte ist dabei sowohl an einer Außenoberfläche der Außenhülle als auch an einer der elektrischen Verbindung der Zelle mit einer Schutzschaltung dienenden zweiten Anschlußplatte angeschweißt.
Im folgenden wird erläutert, warum durch die erfindungsgemäße Ausführung die genannten Aufgaben erfolgreich gelöst werden.
Durch das Anschweißen einer Verbraucher-Anschlußplatte an die Außenoberfläche der Außenhülle und das darauffolgende Anschweißen der Verbraucher-Anschlußplatte an die elektrisch an die Schutzschaltung der Zelle angeschlossene Verbindungs-Anschlußplatte ist es möglich, auf eine direkte Verbindung der Außenhülle mit der Verbindungs-Anschlußplatte zu verzichten. Dies wiederum erlaubt den Einsatz von Widerstands-Schweißverfahren beim Schweißen der Verbindungs-Anschlußplatte, sofern die Verbraucher-Anschlußplatte aus einem für das Widerstands-Schweißen geeigneten Material besteht, wobei eine Elektrifizierung der Schutzschaltung verhindert wird. Dementsprechend läßt sich die Zuverlässigkeit der Schutzschaltung im Vergleich zu dem Fall verbessern, bei dem ein Laser-Schweißverfahren beim Schweißen der Verbindungs-Anschlußplatte eingesetzt wird.
Man könnte nun den Eindruck gewinnen, es wäre auch möglich, die Zuverlässigkeit der Schutzschaltung zu erhöhen, indem man die Außenhülle und die Verbindungs-Anschlußplatte ohne Heranziehung der Verbraucher-Anschlußplatte direkt in einem Laser-Schweißverfahren miteinander verschweißt, sofern dies geschieht, ehe die Schutzschaltung elektrisch an der Verbindungs-Anschlußplatte angeschlossen wird. Allerdings ist dieses Vorgehen nicht sinnvoll, da es während des Transports der Zelle zum Anschweißen der Schutzschaltung zu einem Kurzschluß oder anderen Problemen kommen kann, weil die Verbindungs-Anschlußplatte von der Außenhülle vorsteht, sobald die Außenhülle und die Verbindungs-Leiterplatte im Laser-Verfahren miteinander verschweißt wurden.
Die erste Anschlußplatte kann aus einem Metall bestehen, dessen Leitfähigkeit geringer ist als die von Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung.
Das Material für die erste Anschlußplatte kann dabei aus einer Nickel, Eisen, Nickel-Legierungen und Eisen- Legierungen umfassenden Gruppe ausgewählt werden.
Wenn man nun eine aus Nickel, Eisen, einer Nickel- oder einer Eisen-Legierung bestehende Metallplatte verwendet, so lassen sich die Verbraucher-Anschlußplatte und die Verbindungs-Anschlußplatte durch Widerstands- Schweißung fest miteinander verschweißen, weil diese Metalle eine geringere Leitfähigkeit aufweisen als Aluminium o. ä..
Die Außenhülle und die erste Anschlußplatte können hingegen einer Laser-Schweißung unterzogen werden.
Die erste Anschlußplatte kann dabei durch eine Verbundplatte gebildet sein, die aus einer aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigten und an der Außenhülle angeschweißten ersten Schicht sowie einer an der zweiten Leiterplatte angeschweißten zweiten Schicht besteht.
Wenn nun die erste Schicht der Verbraucher-Anschlußplatte aus demselben Aluminium bzw. derselben Aluminiumlegierung besteht wie die Außenhülle, so läßt sich die Verbraucher-Anschlußplatte auch durch ein Ultraschall-Schweißverfahren an der Außenhülle anschweißen. Der Einsatz der Ultraschalltechnik führt bei diesem Schweißvorgang dazu, daß die erste Schicht und die Außenhülle auf die Ultraschallvibrationen während des Schweißens ansprechen, wobei die Reibungswärme der Ultraschallwellen ein Fließen der Oberfläche des Schweißmaterials auslöst. Hierdurch wiederum werden die in der ersten Schicht und der Außenhülle enthaltenen Atome an der Oberfläche miteinander kombiniert bzw. vermischt, was zu einer Verschweißung der ersten Schicht mit der Außenhülle führt. Bei der Verschweißung der Außenhülle mit der Verbraucher-Anschlußplatte durch das genannte Vorgehen wird eine geringere Schweißwärme benötigt, als beim Laserschweißen. Dementsprechend läßt sich auch das Auftreten von Rissen oder kleinen Löchern in der Schweißzone verhindern.
Da die Verbraucher-Anschlußplatte nicht an eine fertige Zelle angeschweißt wird, sondern an eine Außenhülle, in die die durch negative und positive Elektroden und ein Trennelement gebildete Elektrodenanordnung später eingeschoben wird, wird die Elektrodenanordnung nicht durch die Energie, die Vibrationen bzw. den Druck der Ultraschallwellen in Mitleidenschaft gezogen, was wiederum die Zuverlässigkeit der Zelle erhöht. Die Verbraucher-Anschlußplatte und die Verbindungs-Anschlußplatte werden ihrerseits zwar erst zusammengeschweißt, nachdem die Zelle fertig gestellt wurde; weil in diesem Fall jedoch das Widerstands-Schweißverfahren zum Einsatz kommt, entstehen in der Außenhülle weder Risse noch kleinen Löcher.
Die Anforderungen sowie die Einsatzbedingungen sind beim Laserschweißen geringer als beim Ultraschall- Schweißen; außerdem ist es dabei möglich, größere Abweichungen in der Schweißfestigkeit zu vermeiden. Darüber hinaus sind Ultraschall-Schweißgeräte kostengünstiger als Laser-Schweißgeräte, was eine Verringerung der Herstellungskosten der Zellen sowie die Erzeugung einer größeren Anzahl von Zellen pro Stunde erlaubt.
Die Außenhülle und die erste Anschlußplatte können einer Ultraschall-Schweißung unterzogen werden.
Die Dicke der ersten Schicht kann dabei zwischen 0,05 bis 0,5 mm betragen.
Diese Beschränkung ist nötig, weil beim Widerstands- Verschweißen der zweiten Schicht der Verbraucher-Anschlußplatte mit der Verbindungs-Anschlußplatte Risse in der Schweißzone auftreten können, wenn der genannte Bereich nicht eingehalten wird.
Die zweite Schicht kann aus einer Metallplatte bestehen, deren Leitfähigkeit geringer ist als diejenige von Aluminium bzw. der Aluminiumlegierung.
Wird die zweite Schicht der Verbraucher-Leiterplatte dabei aus Nickel oder einem ähnlichen Material gefertigt, das eine geringere Leitfähgikeit als das Aluminium o. ä. aufweist, so lassen sich die Verbraucher-Anschlußplatte und die Verbindungs-Anschlußplatte durch Widerstands-Schweißen fest miteinanderverbinden.
Das Material für die zweite Schicht kann aus einer Nickel, mit Nickel plattiertes Eisen, mit Nickel plattierten Edelstahl und mit Nickel plattiertes Kupfer enthaltenden Gruppe ausgewählt werden.
Für die positive Elektrode läßt sich ein aus einer Li- CoO&sub2;, LiNiO&sub2;, LiMnO&sub2; und LiFeO2 umfassenden Gruppe ausgewähltes Material verwenden.
Das Lösungsmittel des Elektrolyts kann aus zumindest einem organischen Lösungsmittel bestehen, das zu einer Äthylenkarbonat, Vinylenkarbonat und Propoylenkarbonat umfassenden Gruppe gehört, oder durch ein Gemisch dieses wenigstens einen organischen Lösungsmittels mit wenigstens einem einen niedrigen Siedepunkt aufweisenden und aus einer Dimethylkarbonat, Diäthylkarbonat, 1,2- Dimethoxyäthan, 1,2-Diäthoxyäthan oder Äthoxymethoxyäthan umfassenden Gruppe ausgewählten Lösungsmittel darstellen.
Der gelöste Stoff des Elektrolyts kann aus einer LiPF&sub6;, LiClO&sub4; und LiCF&sub3;SO&sub3; umfassenden Gruppe ausgewählt werden.
Als Material der negativen Elektrode kommt schließlich ein Material in Frage, das zu einer Lithium, eine Lithium-Ionen absorbierende und desorbierende Legierung und Lithium-Ionen absorbierendes und desorbierendes Kohlenstoffmaterial umfassenden Gruppe gehört.
Die bereits genannten sowie weitere Aufgaben, Vorteile und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, wobei spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung angesprochen werden.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Schweißvorgangs, bei dem eine Verbindungs-Anschlußplatte mit einer herkömmlichen Zelle verbunden wird;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Zelle nach einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Schweißvorgangs, bei dem eine Verbindungs-Anschlußplatte an die Zelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angeschweißt wird;
Fig. 4 eine Halbschnittansicht einer Zelle nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der bei der Zelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eingesetzten Verbraucher-Anschlußplatte;
Fig. 6 eine Halbschnittansicht zur Darstellung eines Ultraschall-Schweißvorgangs, wobei die Zelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bereits montiert ist; und
Fig. 7 eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Schweißvorgangs, bei dem eine Verbindungs-Anschlußplatte an der Zelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel angeschweißt wird.
Im folgenden wird das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 näher erläutert.
Die rechteckige Lithium-Ionen-Zelle gemäß dem vorliegenden, in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt eine mit einem Boden versehene und aus Aluminium bestehende Außenhülle 1. Die Außenhülle 1 enthält ein nicht dargestelltes Generierelement, das aus einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem mit Elektrolyt befüllten Trennelement besteht. Die Außenhülle 1 umfaßt eine Öffnung, die durch einen metallischen Dichtungsdeckel 8 dicht verschlossen wird, sowie eine Bodeneinheit 1a, an der eine Anschlußplatte 2 für den Stromverbraucher durch Laserschweißen angebracht ist. Die Verbraucher-Anschlußplatte 2 besteht aus Nickel und weist bei einer Breite von 5 mm und einer Länge von 30 mm eine Dicke von 0,15 mm auf.
Die Montage der den genannten Aufbau aufweisenden Zelle wurde in folgender Weise durchgeführt: Zuerst wurde das Generierelement in die Außenhülle 1 eingeschoben und sodann die Öffnung mit Hilfe des metallischen Dichtungsdeckels 8 dicht verschlossen. Daraufhin wurde die Verbraucher-Anschlußplatte 2 auf die Außenoberfläche der Bodeneinheit 1a plaziert und mit Hilfe einer Laser- Schweißvorrichtung angeschweißt. Das Schweißen erfolgte in zwei Schweißzonen unter den nachfolgend genannten Bedingungen:
Laserenergie: 12 J
Impulsgeschwindigkeit: 4 mm/Sekunde, 10 Impulse/Sekunde
Wie sich Fig. 3 entnehmen läßt, wird an der Zelle eine Verbindungs-Anschlußplatte 5 in der folgenden Weise angeschweißt: Die aus Nickel bestehende Verbindungs-Anschlußplatte 5, die mit einer Schutzschaltung 9 verschweißt ist, wird auf der Verbraucher-Anschlußplatte 2 plaziert. Daraufhin wird ein Paar von Widerstands- Schweißelektroden 6 (von denen nur eine gezeigt ist) in Richtung des Pfeils A abgesenkt, bis die Elektroden 6 mit dem nicht geschweißten Bereich zwischen den beiden Laser-Schweißzonen in Kontakt kommen, woraufhin Strom zugeführt wird. Hierdurch werden die Verbraucher-Anschlußplatte 2 und die Verbindungs-Anschlußplatte 5 an den Stellen zusammengeschweißt, an denen die Elektroden 6 mit dem nicht geschweißten Bereich in Kontakt stehen. Zwar erfolgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel das Laserschweißen der Verbraucher-Anschlußplatte 2 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erst nach dem dichten Verschließen der Öffnung in der Außenhülle 1; es kann jedoch ebenso vor dem dichten Verschließen durchgeführt werden.
In einer ersten Prüfung 1-1 wurde nun die Dehnungsfestigkeit zwischen der Außenhülle 1 und der Verbraucher- Anschlußplatte 2 gemessen, nachdem diese beiden Bauteile der Laserschweißung unterzogen wurden, wobei sich die Ergebnisse der Tabelle 1 entnehmen lassen. Die Messung wurde unter Verwendung zweier Proben durchgeführt, indem man die Verbraucher-Anschlußplatten in vertikaler Richtung bog und streckte. Die in der Tabelle 1 angegebenen Werte für die Dehnungsfestigkeit beziehen sich auf jeweils eine der beiden Laser-Schweißzonen.

Tabelle 1

Dehnungsfestigkeit (kgf/cm²) 1,58 1,95
Durchschnittswert (kgf/cm²) 1,77
Die in der Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß sich durch die Laser-Schweißung eine ausreichende Dehnungsfestigkeit zwischen der Außenhülle und den Verbraucher-Anschlußplatten ergibt.
In einer weiteren Prüfung 1-2 wurde nun das Elektrifizierungsverhältnis der Schutzschaltung 9 überprüft, nachdem die Verbindungs-Anschlußplatte 5 und die Verbraucher-Anschlußplatte 2 einer Widerstands-Schweißung unterzogen wurden, wobei sich die Ergebnisse der Tabelle 2 entnehmen lassen. Zum Vergleich wurde das Elektrifizierungsverhältnis der Schutzschaltung 9 auch in Fällen überprüft, bei denen die Verbindungs-Anschlußplatte 5 und die Außenhülle einer Laser-Schweißung unterzogen wurden. Die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse beziehen sich auf 100 erfindungsgemäße Zellen sowie auf weitere 100 Vergleichszellen. Tabelle 2
Die Ergebnisse der Tabelle 2 zeigen, daß die Schutzschaltung 9 bei keiner Zelle elektrifiziert war, deren Verbindungs-Anschlußplatte 5 und Verbraucher-Anschlußplatte 2 einer Widerstands-Schweißung unterzogen wurden, während bei einigen der Zellen, deren Verbindungs- Anschlußplatte 5 und Außenhülle 1 einer Laser-Schweißung unterzogen wurden, die Schutzschaltung 9 elektrifiziert wurde.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 7 näher auf das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eingegangen.
Wie sich Fig. 4 entnehmen läßt, ist die rechteckige Lithium-Ionen-Zelle gemäß diesem Ausführungsbeispiel in annähernd gleicher Weise aufgebaut wie diejenige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch die Verbraucher-Anschlußplatte 2 aus einem zweischichtigen Verbund besteht, der dieselbe Dicke, Breite und Länge aufweist wie die Anschlußplatte 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und wobei die Verbraucher-Anschlußplatte 2 mit der Außenhülle 1 durch ein Ultraschallverfahren zusammengeschweißt wurde. Auf eine Darstellung des Generierelements, des metallischen Dichtungsdeckels und einiger anderer Bauteile wurde in Fig. 4 verzichtet.
Fig. 5 läßt sich der spezielle Aufbau der Verbraucher- Anschlußplatte 2 entnehmen, die hier aus einer an die Außenhülle 1 anzuschweißenden ersten Schicht 2a und einer an der gegenüberliegenden Außenfläche der ersten Schicht 2a ausgebildeten zweiten Schicht 2b besteht. Die erste Schicht 2a weist eine Dicke von 0,05 mm auf und ist im Hinblick auf die Leitfähigkeit gegenüber der Außenhülle 1 aus Aluminium gefertigt. Hingegen besitzt die zweite Schicht 2b eine Dicke von 0,10 mm und ist im Hinblick auf ihre Verbindungsfähigkeit mit der Verbindungs-Leiterplatte 5 aus Nickel gefertigt.
Die den genannten Aufbau aufweisende Zelle wurde wie folgt montiert: Wie sich Fig. 6 entnehmen läßt, wurde der Außenhülle 1 an ihrer Öffnung in ein säulenförmiges Ultraschallschweiß-Gesenk 3 eingeschoben und so auf der Oberseite des Gesenks 3 gehaltert. Die Verbraucher-Anschlußplatte 2 wurde derart auf der Außenoberfläche der Bodeneinheit 1a der Außenhülle 1 plaziert, daß die aus Aluminium bestehende erste Schicht 2a der Außenhülle 1 zugewandt war. Sodann wurde ein Ultraschall-Schweißarm 4 in Richtung des Pfeils B derart abgesenkt, daß er gegen die Verbraucher-Anschlußplatte 2 gepreßt wurde, wobei er eine Ultraschall-Verschweißung der Verbraucher- Anschlußplatte 2 mit der Außenhülle 1 bewirkte. Die Verbraucher-Anschlußplatte 2 wurde dabei in den beiden Schweißzonen an der Außenhülle 1 angeschweißt, an denen der Ultraschall-Schweißarm 4 und die Verbraucher-Anschlußplatte 2 miteinander in Kontakt standen. Bei dieser Schweißung wurde die folgende Vorrichtung unter den im folgenden genannten Schweißbedingungen eingesetzt:
Schweißvorrichtung: Branson 910M
Ultraschallenergie: 60 J
Frequenz: 20 kHz
Amplitude: 30 um
Druck: 40 PSI (1 PSI = 0,07 kgf/cm²)
Die Zelle wurde fertiggestellt, nachdem das Generierelement in die Außenhülle 1 eingeschoben und die Außenhülle 1 mit Hilfe des metallischen Dichtungsdeckels 8 dicht verschlossen wurde.
Wie sich Fig. 7 entnehmen läßt, wird die Verbindungs-Anschlußplatte 5 in der folgenden Weise an der Zelle angeschweißt: Die aus Nickel bestehende und mit einer Schutzschaltung 9 verschweißte Anschlußplatte 5 wird auf die zweite Schicht 2b der Verbraucher-Anschlußplatte 2 plaziert. Daraufhin wird ein Paar von Widerstands-Schweißelektroden 6 (von denen nur eine gezeigt ist) in Richtung des Pfeils C abgesenkt, bis die Elektroden 6 mit dem nicht geschweißten Bereich zwischen den beiden einer Ultraschall-Schweißung unterzogenen Schweißzonen in Kontakt kommen, woraufhin Strom zugeführt wird. Hierdurch werden die Verbraucher-Anschlußplatte 2 und die Verbindungs-Anschlußplatte 5 an den Stellen verschweißt, an denen die Elektroden 6 mit dem nicht geschweißten Bereich in Kontakt stehen.
Zur Herstellung der Verbraucher-Anschlußplatte 2 wurden eine Aluminiumplatte und eine Nickelplatte aufeinandergestapelt und sodann entweder erwärmt oder miteinander verpreßt.
Die Dehnungsfestigkeit zwischen der Außenhülle 1 und der Verbraucher-Anschlußplatte 2 wurde nun in einer Prüfung 2-1 gemessen, nachdem diese Elemente einer Ultraschall-Schweißung unterzogen wurden, wobei sich die Ergebnisse der Tabelle 3 entnehmen lassen. Abgesehen davon, daß hier eine andere Art von Schweißenergie eingesetzt wurde, entsprachen die Schweißbedingungen denjenigen bei der am ersten Ausführungsbeispiel durchgeführten Prüfung 1-1. Die Messung wurde an jeweils zwei Proben durchgeführt, indem die Verbraucher-Anschlußplatte 2 in vertikaler Richtung gebogen und gestreckt wurde. Die Werte für die Dehnungsfestigkeit in Tabelle 3 gelten jeweils für eine der beiden Ultraschall- Schweißzonen. Tabelle 3
Die Ergebnisse der Tabelle 3 zeigen, daß beim Ultraschall-Schweißen eine ausreichende Dehnungsfestigkeit zwischen der Außenhülle und der Verbraucher-Anschlußplatte erzielt werden kann.
Zwar sinkt die Dehnungsfestigkeit, wenn die Ultraschallenergie verringert wird; sie läßt sich jedoch durch eine Erhöhung des Drucks verbessern.
In einer Prüfung 2-2 wurde nun die Dehnungsfestigkeit zwischen der Verbindungs-Anschlußplatte 5 und der Verbraucher-Anschlußplatte 2 gemessen, nachdem diese Elemente einer Widerstands-Schweißung unterzogen wurden. Die Ergebnisse lassen sich der Tabelle 4 entnehmen. Dabei wurden vier Proben für die Anschlußplatten 5 verwendet, wobei zwei von diesen Proben eine Breite von 3 mm und die anderen beiden eine Breite von 5 mm aufwiesen. Die Werte der Dehnungsfestigkeit in Tabelle 4 beziehen sich jeweils auf eine der beiden Widerstands- Schweißzonen. Tabelle 4
Die Ergebnisse der Tabelle 4 zeigen, daß die Widerstands-Schweißung unabhängig von der Breite der Anschlußplatte 5 eine ausreichende Dehnungsfestigkeit zwischen der Verbraucher-Anschlußplatte 2 und der Verbindungs-Anschlußplatte 5 liefert.
In einer Prüfung 3 wurde nun die Dehnungsfestigkeit zwischen der Außenhülle 1 und der Verbraucher-Anschlußplatte 2 gemessen, nachdem diese Bauteile einer Ultraschall-Schweißung unterzogen, mit Elektrolyt befüllt und über einen bestimmten Zeitraum gelagert wurden. Die Messung wurde an sieben Proben durchgeführt, von denen drei vor der Lagerung, weitere zwei nach einer zweitägigen Lagerung, die nächsten beiden nach einer 13tägigen Lagerung und die verbleibenden beiden nach einer 22tägigen Lagerung einer Messung unterzogen wurden. Die Ergebnisse lassen sich der Tabelle 5 entnehmen. Die Schweißbedingungen entsprachen den Bedingungen bei der am ersten Ausführungsbeispiel durchgeführten Prüfung 1-2. Die Messung wurde durchgeführt, indem die Verbraucher-Anschlußplatte 2 in vertikaler Richtung gebogen und gestreckt wurde. Die Werte der Dehnungsfestigkeit in der Tabelle 4 beziehen sich auf jeweils eine der beiden Ultraschall-Schweißzonen. Der Elektrolyt wurde durch Mischen von Äthylenkarbonat mit Diäthylkarbonat in einem Verhältnis von 40 : 60 und einem darauffolgenden Auflösen von 1 Mol/Liter LiPF&sub6;, das den in der Mischung gelösten Stoff darstellt, erzeugt. Tabelle 5 Dehnungsfestigkeit (kgf/cm²)
Die in Tabelle 5 aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß zwischen der Außenhülle 1 und der Verbraucher-Anschlußplatte 2 auch nach einer Befüllung mit Elektrolyt und einer Lagerung eine ausreichende Dehnungsfestigkeit vorhanden war.
Im übrigen sei noch auf folgendes hingewiesen:
1) In den genannten Ausführungsbeispielen wird die Verbraucher-Anschlußplatte 2 zwar an die Außenoberfläche des Bodens der Außenhülle 1 angeschweißt; sie kann jedoch auch an jeden beliebigen anderen Bereich der Außenoberfläche der Außenhülle 1 angeschweißt werden. Bei der Schweißung der Verbraucher-Anschlußplatte 2 und der Verbindungs-Anschlußplatte 5 ist deren gemeinsame Schweißzone nicht auf die Außenoberfläche der Außenhülle 1 beschränkt. Die Verbraucher-Anschlußplatte 2 kann sich von der Außenoberfläche der Außenhülle 1 weg erstrecken und an der Verbindungs-Anschlußplatte 5 an einer von der Außenhülle 1 entfernten Stelle angeschweißt sein, was jedoch insofern nicht vorteilhaft ist, als eine vorstehende Anschlußplatte 2 bei der Zellenmontage hinderlich sein könnte.
2) Die erste Schicht der Verbraucher-Leiterplatte 2 kann aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie etwa Aluminium-Mangan, bestehen, während die zweite Schicht aus Nickel, mit Nickel plattiertem Eisen, mit Nickel plattiertem Edelstahl, mit Nickel plattiertem Kupfer o. ä. gefertigt sein kann.
3) Obwohl in den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen von einem Sekundärelement mit einem nichtwässrigen Elektrolyt die Rede ist, läßt sich die vorliegende Erfindung auch auf andere Zelltypen anwenden, sofern deren Außenhülle aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
4) Die Außenhülle 1 enthält ein aus einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem mit Elektrolyt befüllten Trennelement bestehendes Generierelement. Bei einem Sekundärelement mit nichtwässriegen Elektrolyt kommen für die genannten Bestandteile die folgenden Materialien in Frage:
- das aktive Material der positiven Elektrode kann aus LiCoO&sub2;, LiNiO&sub2;, LiMnO&sub2;, LiMn&sub2;O&sub4;, LiFeO&sub2; o. ä. bestehen;
- die negative Elektrode kann aus Lithium, einer Lithium-Ionen absorbierenden und desorbierenden Legierung bzw. aus Kohlenstoffmaterial, das Lithium-Ionen absorbiert und desorbiert o. ä. gefertigt sein;
- das Lösungsmittel des Elektrolyten kann aus einem organischen Lösungsmittel, wie etwa Äthylenkarbonat, Vinylenkarbonat oder Propylenkarbonat, oder einem Gemisch dieses organischen Lösungsmittels mit einem einen niedrigen Siedepunkt aufweisenden Lösungsmittel, wie etwa Dimethylkarbonat, Diäthylkarbonat, 1,2-Dimethoxyäthan, 1,2-Diäthoxyäthan oder Äthoxymethoxyäthan bestehen;
- als gelöster Bestandteil des Elektrolyten läßt sich LiPF&sub6;, LiClO&sub4;, LiCF&sub3;SO&sub3; o. ä. verwenden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zwar anhand der Beispiele umfassend erläutert; für den Fachmann ist jedoch klar, daß hierbei im Rahmen der vorliegenden Erfindung noch verschiedene Abwandlungen und Modifikationen möglich sind.

Claims

1. Zelle, enthaltend

- eine positive Elektrode;

- eine negative Elektrode;

- ein mit Elektrolyt befülltes Trennelement;

- eine mit einem Boden versehene und entweder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigte Außenhülle; und

- erste Anschlußplatte für den Stromverbraucher, wobei die erste Anschlußplatte sowohl an einer Außenoberfläche der Außenhülle als auch an einer zweiten Anschlußplatte angeschweißt ist, die der Verbindung der Zelle mit einer Schutzschaltung dient.

2. Zelle nach Anspruch 1, wobei die erste Anschlußplatte aus einem Metall besteht, dessen Leitfähigkeit geringer ist als die von Aluminium und der Aluminiumlegierung.

3. Zelle nach Anspruch 1, wobei das Material der ersten Anschlußplatte aus einer Nickel, Eisen, Nickel- und Eisen-Legierungen enthaltenden Gruppe ausgewählt wird.

4. Zelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Außenhülle mit der ersten Anschlußplatte durch Laserschweißen verbunden ist.

5. Zelle nach Anspruch 1, wobei die erste Anschlußplatte durch eine Verbundplatte gebildet wird, die eine erste Schicht und eine zweite Schicht umfaßt, wobei die erste Schicht aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung besteht und an die Außenhülle angeschweißt ist und die zweite Schicht an der zweiten Anschlußplatte angeschweißt ist.

6. Zelle nach Anspruch 5, wobei die Außenhülle und die erste Anschlußplatte durch Ultraschall-Schweißen miteinander verbunden sind.

7. Zelle nach Anspruch 5, wobei die erste Schicht eine Dicke von 0,05 bis 0,5 mm aufweist.

8. Zelle nach Anspruch 5, wobei als zweite Schicht eine metallische Platte vorgesehen ist, deren Leitfähigkeit geringer ist als die des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung.

9. Zelle nach Anspruch 5, wobei das Material der zweiten Schicht aus einer Nickel, mit Nickel plattiertes Eisen, mit Nickel plattierten Edelstahl und mit Nickel plattiertes Kupfer umfassenden Gruppe ausgewählt wird.

10. Zelle nach Anspruch 1 oder 5, wobei das Material der positiven Elektrode aus einer LiCoO&sub2;, LiNiO&sub2;, LiMnO&sub2;, LiMn&sub2;O&sub4; und LiFeO&sub2; umfassenden Gruppe ausgewählt wird.

11. Zelle nach Anspruch 1 oder 5, wobei das Lösungsmittel des Elektrolyten aus zumindest einem zu einer aus Äthylenkarbonat, Vinylenkarbonat und Propylenkarbonat gebildeten Gruppe gehörenden organischen Lösungsmittel oder einem Gemisch dieses wenigstens einen organischen Lösungsmittels mit wenigstens einem einen niedrigen Siedepunkt aufweisenden und aus einer Dimethylkarbonat, Diäthylkarbonat, 1, 2-Dimethoxyäthan, 1,2-Diäthoxyäthan oder Äthoxymethoxyäthan umfassenden Gruppe ausgewählten Lösungsmittel besteht.

12. Zelle nach Anspruch 1 oder 5, wobei ein im Elektrolyt gelöster Stoff aus einer LiPF&sub6;, LiClO&sub4; und LiCF&sub3;SO&sub3; umfassenden Gruppe ausgewählt wird.

13. Zelle nach Anspruch 1 oder 5, wobei das Material für die negative Elektrode aus einer Lithium, eine Lithium-Ionen absorbierende und desorbierende Legierung und Lithium-Ionen absorbierendes und desorbierendes Kohlenstoffmaterial umfassenden Gruppe ausgewählt wird.