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WO2014040677A2 - Einzelzelle für eine batterie - Google Patents

Einzelzelle für eine batterie Download PDF

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WO2014040677A2
WO2014040677A2 PCT/EP2013/002395 EP2013002395W WO2014040677A2 WO 2014040677 A2 WO2014040677 A2 WO 2014040677A2 EP 2013002395 W EP2013002395 W EP 2013002395W WO 2014040677 A2 WO2014040677 A2 WO 2014040677A2
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WO
WIPO (PCT)
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single cell
cell
electrode
stromabieiterfahnen
housing part
Prior art date
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PCT/EP2013/002395
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English (en)
French (fr)
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WO2014040677A3 (de
Inventor
Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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Publication of WO2014040677A3 publication Critical patent/WO2014040677A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a single cell for a battery comprising at least one
  • the electrode conductor arrangement comprises a plurality of electrode conductors with a separator in between and at least one arrester disk.
  • the electrode ends of the electrode conductors are folded and / or compressed in a plane extending transversely to the direction of extent in order to form a contact surface.
  • the electrode conductor order is produced by laser-pulsed adhesion of the at least one arrester disc to the contact surface, wherein the
  • Pulse power and the pulse length are set accordingly.
  • a polymer lithium-ion battery cell is known from US Pat. No. 6,387,566 B1.
  • the battery cell has a housing made of aluminum foil, wherein both surfaces are coated with a thin layer of an electrically insulating polymer. Opposing portions of the housing are not coated with the polymer so that these portions form the electrical poles of the battery cell. Inner sides of the housing are also not coated in the corresponding sections with the polymer, so that electrode layers are electrically contacted with the electric pole forming portions of the housing of the battery cell.
  • the invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved single cell for a battery.
  • a single cell for a battery comprises at least one cell housing, in which an electrode foil arrangement is arranged, wherein according to the invention it is provided that the electrode foils of a first polarity are electrically conductively connected to at least one first housing part and the electrode foils of a second polarity are electrically conductively connected to a second end Housing part are connected, wherein the areas of the connection with the housing parts are opposite.
  • Electrode foils of different polarity are Electrode foils of different polarity.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an exploded view of a frame flat cell cell running
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the single cell according to FIG. 1 in the mounted state
  • Fig. 3 shows a schematic perspective view of an embodiment of a
  • 4 shows schematically a longitudinal section of the frame flat cell
  • 5 schematically shows a cross section of the frame flat cell
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of a contacting region of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of the contacting region of FIG.
  • Electrode foil assembly with the housing part after the welding process is
  • FIG. 8 is a schematic sectional view of the contacting region of FIG.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of an exploded view of FIG.
  • Electrode foil arrangement with two collector plates is Electrode foil arrangement with two collector plates
  • FIG. 10 is a schematic sectional view of the contacting region of FIG.
  • Electrode sheets with the housing part and a collector plate Electrode sheets with the housing part and a collector plate
  • FIG. 11 is a schematic sectional view of the contacting region with a bimetal as a collector plate
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of an exploded view of an alternative embodiment of a single cell
  • FIG. 14 schematically shows a first sectional view of the single cell according to FIG. 13 and FIG
  • FIG. 15 schematically shows a second sectional view of the single cell according to FIG. 14.
  • Figures 1 and 2 show a single cell 1 for a battery, not shown, in particular a vehicle battery for an electric vehicle, hybrid vehicle or fuel cell powered vehicle.
  • Figure 1 an exploded view is shown and Figure 2 shows the single cell 1 in the assembled state.
  • Such a battery in particular for vehicle applications, has a plurality of these individual cells 1, which are electrically connected in parallel and / or in series with one another.
  • the battery has a cooling and electronics, which are arranged with the individual cells 1 in a housing of the battery.
  • the single cell 1 is designed in such a configuration as a bipolar compassionflachzelle and has an electrode foil assembly 2 in the form of a
  • Electrode foil wraps two insulation shells 3, 4 and two cup-shaped
  • Housing parts 5, 6 for forming a cell housing for forming a cell housing.
  • Electrode foil assembly 2 may be formed as an electrode foil stack. In addition to the illustration of the electrode foil arrangement 2 in FIG. 1, the same is shown enlarged in FIG.
  • the electrode foil arrangement 2 forms the electrochemically active part of the individual cell 1 and comprises layers of cathode foils 2.1 and anode foils 2.2, the cathode foils 2.1 being coated aluminum foils and the anode foils 2.2 being coated copper foils.
  • the individual layers are by means of
  • the individual cathode foils 2.1 and anode foils 2.2 are in a respective one
  • the Stromabieiterfahen 2.1.1, 2.2.1 of the same polarity are electrically connected to a housing part 5, 6 of the single cell 1.
  • cathode foils 2.1 which have a first polarity, with their Stromabieiterfahen 2.1.1 with a first housing part 5 and the anode foils 2.2, which have a second polarity, with its Stromabieiterfahen with 2.2.1 electrically connected to a second housing part 6.
  • the electrode foil assembly 2 is in the mounted state of the two electrically. non-conductive insulation shells 3, 4 are surrounded, d. H. the electrode foil assembly 2 is located between the two insulation shells 3, 4, wherein the insulation shells 3, 4 for electrical contacting in the region of the Stromabieiterfahnen 2.1.1, 2.2.1 a recess 3.1, 4.1, through which the electrical connection between the cathode foils 2.1 , ie the electrode foils of the first polarity, and the first housing part 5 and between the anode foils 2.2, that is to say the electrode foils of the second polarity, and the second housing part 6.
  • the two insulation shells 3, 4 are preferably formed from a plastic and have a peripheral projecting edge region. In the assembled state of the two insulation shells 3, 4 are their edge regions on each other. Subsequently, the assemblies thus produced in the housing parts 5, 6 are arranged, wherein the single cell 1 is closed by means of a hot pressing process.
  • the peripheral edge region of the insulation shells 3, 4 partially melted and thereby connects to a peripheral edge region or flange portion of the two housing parts 5, 6, which are formed of a metal, so that the housing parts 5, 6 in the operation of the single cell 1 by means of the edge regions of the insulation shells 3, 4 are electrically isolated from each other.
  • Anode foils 2.2 frontally with the corresponding housing part 5, 6 to connect.
  • Figure 5 shows a cross section of the single cell 1, wherein the arrangement of the
  • Electrode foil assembly 2 in the insulation shells 3, 4 and the arrangement thereof in the housing parts 5, 6 of the cell housing are shown in more detail.
  • FIG. 6 shows an enlarged detail of a contacting region of end faces of the current sinking lugs 2.1.1 of cathode foils 2.1 and of the first side wall 5.1 of the first housing part 5 in a sectional representation.
  • both the Stromabieiterfahen 2.1.1 of the cathode foils 2.1 and the Stromabieiterfahen 2.2.1 of the anode foils 2.2 frontally to the first side wall 5.1, 6.1 of the respective
  • the current discharge lugs 2.1.1, 2.2.1 are connected with their front side in a material-locking manner to the first side wall 5.1, 6.1 of the respective
  • the cohesive connection is particularly preferably by means of overlap laser welding, in which case a laser beam 7 is directed from outside the respective housing part 5, 6 on the first side wall 5.1, 6.1, as shown in more detail in Figure 7.
  • a laser beam 7 is directed from outside the respective housing part 5, 6 on the first side wall 5.1, 6.1, as shown in more detail in Figure 7.
  • the above-described hot pressing process for fastening the housing parts 5, 6 together is carried out.
  • the molten plastic of the insulation shells 3, 4 solidifies, so that the two housing parts 5, 6 are preferably connected to one another under the action of pressure.
  • no insulation shells 3, 4 are provided, in which the electrode foil arrangement 2 is arranged, wherein it is provided in this embodiment that the housing parts 5, 6 are provided on their insides with an electrically insulating coating, for example plastic ,
  • the circumferential edge region of the housing parts 5, 6 is also provided with the coating, wherein this coating is used in the edge region, to fasten the two housing parts 5, 6 by means of the hot pressing process cohesively to each other.
  • the two housing parts 5, 6 are electrically insulated from each other at least by means of the coating of the edge region.
  • FIG. 8 shows an enlarged section of the contacting region, wherein the current sinking lugs 2.1. 1, 2.2. 1 of both the cathode foils 2. 1 and 2
  • Anode foils 2.2 are angled, with only the angled
  • Stromabieiterfahen 2.1.1 of the cathode foils 2.1 are shown.
  • the angling of the Stromabieiterfahnen 2.1.1, 2.2.1 by substantially 90 ° improves a connection of Stromabieiterfahen 2.1.1, 2.2.1 to the first side wall 5.1, 6.1 of the respective
  • the Stromabieiterfahnen 2.1.1, 2.2.1 are angled, which are not in electrical contact with one of the first side wall 5.1, 6.1 opposite second side wall 5.2, 6.2 of the respective housing part 5, 6.
  • FIG. 9 shows an electrode foil arrangement 2 with collector plates 8.
  • the collector plates 8 are arranged on the sides of the electrode foil arrangement 2, on which the current discharge tabs 2.1.1, 2.2.1 from the electrode foil arrangement 2 protrude.
  • the dimensions of the collector plate 8 correspond to the
  • Stromabieiterfahen 2.1.1, 2.2.1 protrude from the electrode foil assembly 2, wherein a collector plate 8 Stromabieiterfahen 2.1.1, 2.2.1 is associated with a polarity.
  • Such a collector plate 8 is between the end faces of the respective
  • the Stromabieiterfahen 2.1.1, 2.2.1 welded frontally to the collector plate 8, wherein the collector plate 8 in turn to the first side wall 5.1, 6.1 of the corresponding housing part 5, 6 is welded.
  • the collector plate 8 is also preferably fixed by means of overlap laser welding material fit at least on the first side wall 5.1, 6.1 of the respective housing part 5, 6.
  • Housing part 5, 6, which each forms an electrical pole of the single cell 1 can be improved. In addition, a welding process can be facilitated because of
  • FIG. 11 shows the collector plate 8 in an alternative embodiment, wherein the collector plate 8 is formed as a bimetallic collector plate 8 '.
  • FIG. 11 shows a contacting region of current discharge lugs 2.2.1 of the anode foils 2.2 and of the first side wall 6.1 of the second housing part 6.
  • the bimetallic collector plate 8 has an aluminum layer 8.1 and a copper layer 8.2, wherein the cell housing of the single cell 1 forming housing parts 5, 6 from
  • the aluminum layer 8.1 is arranged in the direction of the first side wall 6.1 of the second housing part 6 and the Copper layer 8.2 is arranged facing Stromabieiterfahen 2.2.1, so that a so-called pure welded joint between both the second
  • the bimetallic collector plate 8 exclusively on the side of the
  • Electrode foil assembly 2 attached to the Stromabieiterfahen 2.2.1, where the Stromabieiterfahen 2.2.1 are formed of copper, so the anode foils 2.2 protrude from the electrode foil assembly 2 to the advantages of a pure art
  • the Stromabieiterfahen 2.2.1 are electrically connected to the first side wall 6.1 of the second housing part 6, which are formed of copper.
  • the contacting region is provided to provide the first side wall 6.1 on its inner surface with a layer of copper 9 in order to allow an artificially welded connection between the Stromabieiterfahen 2.2.1 and the first side wall 6.1.
  • the layer of copper 9 by coating by vapor deposition and / or electrodeposition, by strip plating, in which preferably before forming the corresponding housing part 5, 6, the copper 9 is rolled into a strip material or by welding a
  • Copper sheets are applied to the inner surface of the first side wall 6.1.
  • the single cell 1 is formed from a cell cup 10 and a cell lid 11 as a cell housing, wherein in the cell cup 10, an electrode foil winding as
  • Electrode foil assembly 2 is arranged.
  • the Stromabieiterfahen consisting of copper foils 2.2.1 in the direction of the cell lid 11 and the Stromabieiterfahen 2.1.1 formed of aluminum are arranged in the direction of the bottom 10.1 of the cell cup 10.
  • the Stromabieiterfahen 2.2.1 of the anode foils 2.2 are the front side materially connected to a collector 8, in particular welded, the collector 8 forms the negative terminal of the single cell 1.
  • the collector 8 has a pin-like extension 8.3, which by means of an insulating element 12 arranged on the cell cup 10th
  • Cell cover 11 is electrically isolated by the same, so that the pin-like extension 8.3 is arranged as a negative pole outside the cell cup 10 and thus freely accessible.
  • To set a required for welding compression of the cell cover 11 is pressed with the attached collector 8 and attached to the collector 8 electrode foil assembly 2 into the cell cup 10, wherein the cell lid 11 and the cell cup 10 are moved against each other.
  • the positive pole of the single cell 1 forms the entire cell housing in the form of the cell cup 10 and the cell lid 11. Daimler AG

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Description

Einzelzelle für eine Batterie
Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie, umfassend zumindest ein
Zellgehäuse, in welchem eine Elektrodenfolienanordnung angeordnet ist.
Aus der DE 102 50 839 B4 ist eine Elektrodenableiterordnung, deren Verwendung und ein Verfahren zur Polung von Elektrodenableitern bekannt. Die Elektrodenableiterordnung umfasst mehrere Elektrodenableiter mit dazwischen liegendem Separator und wenigstens eine Ableiterscheibe. Dabei sind die Elektrodenenden der Elektrodenableiter in einer zur Erstreckungsrichtung quer verlaufenden Ebene umgelegt und/oder gestaucht, um eine Kontaktfläche zu bilden. Die Elektrodenableiterordnung ist durch lasergepulstes Anheften der wenigstens einen Ableiterscheibe auf die Kontaktfläche hergestellt, wobei die
Pulsleistung und die Pulslänge entsprechend eingestellt sind.
Weiterhin ist aus der US 6,387,566 B1 eine Polymer-Lithium-Ionen-Batteriezelle bekannt. Die Batteriezelle weist ein Gehäuse aus Aluminiumfolie auf, wobei beide Oberflächen mit einer dünnen Schicht eines elektrisch isolierenden Polymers beschichtet sind. Sich gegenüberliegende Abschnitte des Gehäuses sind nicht mit dem Polymer beschichtet, so dass diese Abschnitte die elektrischen Pole der Batteriezelle bilden. Innenseiten des Gehäuses sind in den entsprechenden Abschnitten ebenfalls nicht mit dem Polymer beschichtet, so dass Elektrodenlagen mit den die elektrischen Pole bildenden Abschnitten des Gehäuses der Batteriezelle elektrisch kontaktiert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Einzelzelle für eine Batterie anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Einzelzelle für eine Batterie umfasst zumindest ein Zellgehäuse, in welchem eine Elektrodenfolienanordnung angeordnet ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Elektrodenfolien einer ersten Polarität stirnseitig elektrisch leitend mit zumindest einem ersten Gehäuseteil verbunden sind und die Elektrodenfolien einer zweiten Polarität stirnseitig elektrisch leitend mit einem zweiten Gehäuseteil verbunden sind, wobei sich die Bereiche der Verbindung mit den Gehäuseteilen gegenüberliegen.
Dadurch, dass die Elektrodenfolien jeweils stirnseitig elektrisch leitend mit dem
entsprechenden Gehäuseteil verbunden sind, ist in besonders vorteilhafter Weise eine einfache und sichere Konstruktion, insbesondere hinsichtlich der elektrischen
Kontaktierung angegeben. Dazu ist es nicht erforderlich, die Elektrodenfolien hinsichtlich des Kontaktierungsbereiches aufwändig innerhalb des Zellgehäuses zu führen, wodurch ein benötigter Bauraum der Einzelzelle verringert werden kann.
Aus der gegenüberliegenden Anordnung der Bereiche der Verbindung resultiert ein besonders hoher Schutz gegenüber elektrischer Kurzschlüsse zwischen den
Elektrodenfolien unterschiedlicher Polarität.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung einer als Rahmenflachzelle ausgeführten Einzelzelle,
Fig. 2 schematisch in perspektivischer Ansicht die Einzelzelle gemäß Figur 1 im montierten Zustand,
Fig. 3 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform einer
Elektrodenfolienanordnung,
Fig. 4 schematisch einen Längsschnitt der Rahmenflachzelle, Fig. 5 schematisch einen Querschnitt der Rahmenflachzelle,
Fig. 6 schematisch eine Schnittdarstellung eines Kontaktierungsbereiches der
Elektrodenfolienanordnung mit einem Gehäuseteil vor einem Schweißvorgang,
Fig. 7 schematisch eine Schnittdarstellung des Kontaktierungsbereiches der
Elektrodenfolienanordnung mit dem Gehäuseteil nach dem Schweißvorgang,
Fig. 8 schematisch eine Schnittdarstellung des Kontaktierungsbereiches der
Elektrodenfolien mit dem Gehäuseteil, wobei Stirnseiten der Elektrodenfolien abgewinkelt sind,
Fig. 9 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung der
Elektrodenfolienanordnung mit zwei Kollektorblechen,
Fig. 10 schematisch eine Schnittdarstellung des Kontaktierungsbereiches der
Elektrodenfolien mit dem Gehäuseteil und einem Kollektorblech,
Fig. 11 schematisch eine Schnittdarstellung des Kontaktierungsbereiches mit einem Bimetall als Kollektorblech,
Fig. 12 schematisch eine Schnittdarstellung des Kontaktierungsbereiches mit beschichtetem Gehäuseteil,
Fig. 13 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer Einzelzelle,
Fig. 14 schematisch eine erste Schnittdarstellung der Einzelzelle gemäß Figur 13 und
Fig. 15 schematisch eine zweite Schnittdarstellung der Einzelle gemäß Figur 14.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Einzelzelle 1 für eine nicht näher dargestellte Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.
In Figur 1 ist eine Explosionsdarstellung dargestellt und Figur 2 zeigt die Einzelzelle 1 im montierten Zustand.
Eine solche Batterie, insbesondere für Fahrzeuganwendungen, weist eine Mehrzahl dieser Einzelzellen 1 auf, welche elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltet sind. Zudem weist die Batterie eine Kühlung und eine Elektronik auf, die mit den Einzelzellen 1 in einem Gehäuse der Batterie angeordnet sind.
Die Einzelzelle 1 ist in einer derartigen Ausgestaltung als eine bipolare Rahmenflachzelle ausgeführt und weist eine Elektrodenfolienanordnung 2 in Form eines
Elektrodenfolienwickels, zwei Isolationsschalen 3, 4 und zwei schalenförmige
Gehäuseteile 5, 6 zur Bildung eines Zellgehäuses auf. Alternativ kann die
Elektrodenfolienanordnung 2 auch als Elektrodenfolienstapel ausgebildet sein. Neben der Darstellung der Elektrodenfolienanordnung 2 in Figur 1 ist dieselbe in Figur 3 vergrößert gezeigt.
Die Elektrodenfolienanordnung 2 bildet den elektrochemisch aktiven Teil der Einzelzelle 1 und umfasst Lagen aus Kathodenfolien 2.1 und Anodenfolien 2.2, wobei es sich bei den Kathodenfolien 2.1 um beschichtete Aluminiumfolien und bei den Anodenfolien 2.2 um beschichtete Kupferfolien handelt. Dabei sind die einzelnen Lagen mittels
Separatoren 2.3 zumindest elektrisch voneinander getrennt, wobei die Anordnung der Lagen zumindest in Figur 6 gezeigt ist.
Die einzelnen Kathodenfolien 2.1 und Anodenfolien 2.2 sind in einem jeweiligen
Randbereich unbeschichtet, welcher als Stromabieiterfahne 2.1.1 , 2.2.1 fahnenartig aus der Elektrodenfolienanordnung 2 herausragt. Dabei liegen sich die
Stromabieiterfahnen 2.1.1 der Kathodenfolien 2.1 und die Stromabieiterfahnen 2.2.1 der Anodenfolien 2.2 in Bezug auf die Elektrodenfolienanordnung 2 gegenüber.
Die Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 der jeweils gleichen Polarität sind elektrisch leitend mit einem Gehäuseteil 5, 6 der Einzelzelle 1 verbunden. Dabei sind Kathodenfolien 2.1 , welche eine erste Polarität aufweisen, mit ihren Stromabieiterfahnen 2.1.1 mit einem ersten Gehäuseteil 5 und die Anodenfolien 2.2, welche eine zweite Polarität aufweisen, mit ihren Stromabieiterfahnen mit 2.2.1 mit einem zweiten Gehäuseteil 6 elektrisch leitend verbunden.
Die Elektrodenfolienanordnung 2 ist im montierten Zustand von den beiden elektrisch . nicht leitfähigen Isolationsschalen 3, 4 umgeben, d. h. die Elektrodenfolienanordnung 2 befindet sich zwischen den beiden Isolationsschalen 3, 4, wobei die Isolationsschalen 3, 4 zur elektrischen Kontaktierung jeweils im Bereich der Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 eine Aussparung 3.1 , 4.1 aufweisen, durch die die elektrische Verbindung zwischen den Kathodenfolien 2.1 , also den Elektrodenfolien der ersten Polarität, und dem ersten Gehäuseteil 5 und zwischen den Anodenfolien 2.2, also den Elektrodenfolien der zweiten Polarität, und dem zweiten Gehäuseteil 6 erfolgt. Durch eine derartige elektrische
Verbindung bilden die beiden Gehäuseteile 5, 6 die elektrischen Pole der Einzelzelle 1.
Die beiden Isolationsschalen 3, 4 sind vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet und weisen einen umlaufenden abragenden Randbereich auf. Im zusammengesetzten Zustand der beiden Isolationsschalen 3, 4 liegen deren Randbereiche aufeinander auf. Anschließend werden die somit hergestellten Baueinheiten in den Gehäuseteilen 5, 6 angeordnet, wobei die Einzelzelle 1 mittels eines Heißpressverfahrens verschlossen wird.
Bei dem Heißpressverfahren, welches auch Siegelung genannt wird, wird der umlaufende Randbereich der Isolationsschalen 3, 4 partiell aufgeschmolzen und verbindet sich dadurch mit einem umlaufenden Randbereich oder auch Flanschbereich der beiden Gehäuseteile 5, 6, die aus einem Metall gebildet sind, so dass die Gehäuseteile 5, 6 im Betrieb der Einzelzelle 1 mittels der Randbereiche der Isolationsschalen 3, 4 elektrisch voneinander isoliert sind.
Um die Verbindung zwischen den Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 und dem jeweiligen Gehäuseteil 5, 6 Bauraum verringernd herzustellen, ist vorgesehen, die Elektrodenfolien, d. h. die Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 der Kathodenfolien 2.1 und der
Anodenfolien 2.2, stirnseitig mit dem entsprechenden Gehäuseteil 5, 6 zu verbinden.
Die beiden Gehäuseteile 5, 6 werden nach einem Zusammensetzen der Einzelzelle 1 , also nachdem die Elektrodenfolienanordnung 2 in einer ersten Isolationsschale 3 und eine zweite Isolationsschale 4 auf der ersten Isolationsschale 3 angeordnet wurde, und der Anordnung der beiden Gehäuseteile 5, 6 gegeneinander verschoben, wie mittels der Pfeile in Figur 4 näher gezeigt ist. Diese Verschiebung wird durchgeführt, dass die Stirnseiten der Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 der Elektrodenfolien der jeweiligen Polarität an eine erste Seitenwand 5.1 , 6.1 des jeweiligen Gehäuseteiles 5, 6 gepresst werden, um eine Kontaktierung zwischen den Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 und den Gehäuseteilen 5, 6 herzustellen.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt der Einzelzelle 1 , wobei die Anordnung der
Elektrodenfolienanordnung 2 in den Isolationsschalen 3, 4 und die Anordnung derselben in den Gehäuseteilen 5, 6 des Zellgehäuses näher dargestellt sind.
In Figur 6 ist ein vergrößerter Ausschnitt eines Kontaktierungsbereiches von Stirnseiten der Stromabieiterfahnen 2.1.1 von Kathodenfolien 2.1 und der ersten Seitenwand 5.1 des ersten Gehäuseteiles 5 in einer Schnittdarstellung dargestellt.
Dabei ist gezeigt, wie die Stromabieiterfahnen 2.1.1 durch die Aussparung 3.1 in der ersten Isolationsschale 3 hindurchgeführt sind und nach einem Verschieben der beiden Gehäuseteile 5, 6 gegeneinander gegen die Seitenwand 5.1 des ersten Gehäuseteiles 5 gepresst sind.
Durch das Verschieben der beiden Gehäuseteile 5, 6 gegeneinander sind sowohl die Stromabieiterfahnen 2.1.1 der Kathodenfolien 2.1 als auch die Stromabieiterfahnen 2.2.1 der Anodenfolien 2.2 stirnseitig an die erste Seitenwand 5.1 , 6.1 des jeweiligen
Gehäuseteiles 5, 6 gepresst.
Im Anschluss an die Verpressung werden die Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 mit ihrer Stirnseite stoffschlüssig mit der ersten Seitenwand 5.1 , 6.1 des jeweiligen
Gehäuseteiles 5, 6 verbunden. Dabei erfolgt die stoffschlüssige Verbindung besonders bevorzugt mittels Überlapp-Laserschweißens, wobei hierbei ein Laserstrahl 7 von außerhalb des jeweiligen Gehäuseteiles 5, 6 auf die erste Seitenwand 5.1 , 6.1 gerichtet wird, wie in Figur 7 näher gezeigt ist. Dadurch werden die erste Seitenwand 5.1 , 6.1 und die Stirnseiten der Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 aufgeschmolzen, wodurch sich die Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 stirnseitig mit dem jeweiligen Gehäuseteil 5, 6 verbinden.
Nach der stoffschlüssigen Befestigung wird das oben beschriebene Heißpressverfahren zur Aneinanderbefestigung der Gehäuseteile 5, 6 durchgeführt. Bei sich verringernder Temperatur erstarrt der aufgeschmolzene Kunststoff der Isolationsschalen 3, 4, so dass die beiden Gehäuseteile 5, 6 vorzugsweise unter Einwirkung von Druck miteinander verbunden werden. In einer möglichen Ausführungsform der Einzelzelle 1 sind keine Isolationsschalen 3, 4 vorgesehen, in denen die Elektrodenfolienanordnung 2 angeordnet wird, wobei bei dieser Ausführungsform vorgesehen ist, dass die Gehäuseteile 5, 6 an ihren Innenseiten mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, beispielsweise Kunststoff, versehen sind.
Dabei ist auch der umlaufende Randbereich der Gehäuseteile 5, 6 mit der Beschichtung versehen, wobei diese Beschichtung im Randbereich dazu genutzt wird, die beiden Gehäuseteile 5, 6 mittels des Heißpressverfahrens stoffschlüssig aneinander zu befestigen. Zudem sind die beiden Gehäuseteile 5, 6 zumindest mittels der Beschichtung des Randbereiches elektrisch voneinander isoliert.
In Figur 8 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Kontaktierungsbereiches dargestellt, wobei die Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 sowohl der Kathodenfolien 2.1 als auch der
Anodenfolien 2.2 abgewinkelt sind, wobei nur die abgewinkelten
Stromabieiterfahnen 2.1.1 der Kathodenfolien 2.1 dargestellt sind. Die Abwinklung der Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 um im Wesentlichen 90° verbessert eine Anbindung der Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 an die erste Seitenwand 5.1 , 6.1 des jeweiligen
Gehäuseteiles 5, 6, wobei die Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 vor der Anordnung der Elektrodenfolienanordnung 2 in den Isolationsschalen 3, 4 umgelegt werden. Durch die Abwinklung bilden sich an den Enden der Stromabieiterfahnen 2.1.1, 2.2.1 geschlossene Oberflächen aus verpresstem Kupfer oder Aluminium, mittels welcher die Anbindung an die erste Seitenwand 5.1 , 6.1 verbessert und somit ein Übergangswiderstand verringert werden kann.
Dabei sind auch die Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 abgewinkelt, welche nicht im elektrischen Kontakt mit einer der ersten Seitenwand 5.1 , 6.1 gegenüberliegenden zweiten Seitenwand 5.2, 6.2 des jeweiligen Gehäuseteiles 5, 6 stehen.
Neben der aus der Abwinklung der Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 resultierenden verbesserten Anbindung zwischen den Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 einer Polarität und dem entsprechenden Gehäuseteil 5, 6 ist auch ein Bauraumbedarf einer derart ausgebildeten Einzelzelle 1 im Vergleich nochmals verringert.
In Figur 9 ist eine Elektrodenfolienanordnung 2 mit Kollektorblechen 8 dargestellt. Die Kollektorbleche 8 sind an den Seiten der Elektrodenfolienanordnung 2 angeordnet, an welchen die Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 aus der Elektrodenfolienanordnung 2 herausragen. Dabei entsprechen die Abmessungen der Kollektorbleche 8 den
Abmessungen der Elektrodenfolienanordnung 2 im Querschnitt, also den Abmessungen der Seite der Elektrodenfolienanordnung 2, an welcher die
Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 aus der Elektrodenfolienanordnung 2 herausragen, wobei ein Kollektorblech 8 Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 einer Polarität zugeordnet ist.
Ein solches Kollektorblech 8 ist zwischen den Stirnseiten der jeweiligen
Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 und der ersten Seitenwand 5.1 , 6.1 des entsprechenden Gehäuseteiles 5, 6 angeordnet, wie in Figur 10 näher dargestellt ist.
Um die elektrische Kontaktierung zwischen den Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 und der ersten Seitenwand 5.1 , 6.1 über das Kollektorblech 8 weitestgehend sicherstellen zu können, sind die Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 stirnseitig mit dem Kollektorblech 8 verschweißt, wobei das Kollektorblech 8 wiederum an die erste Seitenwand 5.1 , 6.1 des entsprechenden Gehäuseteiles 5, 6 geschweißt ist. Dabei wird das Kollektorblech 8 ebenfalls bevorzugt mittels Überlapp-Laserschweißens stoffschlüssig zumindest an der ersten Seitenwand 5.1 , 6.1 des jeweiligen Gehäuseteiles 5, 6 befestigt.
Mittels der befestigten Kollektorbleche 8 kann eine Stromtragfähigkeit zwischen den Stromabieiterfahnen 2.1.1 , 2.2.1 einer Polarität und dem entsprechenden
Gehäuseteil 5, 6, welches jeweils einen elektrischen Pol der Einzelzelle 1 bildet, verbessert werden. Zudem kann ein Schweißvorgang erleichtert werden, da der
Laserstrahl 7 im Vergleich weniger gezielt von außen auf die erste Seitenwand 5.1 , 6.1 aufgesetzt werden muss. Auch eine Anzahl der Schweißpunkte und/oder Schweißlinien kann bei Verwendung der Kollektorbleche 8 verringert werden.
Figur 11 zeigt das Kollektorblech 8 in einer alternativen Ausgestaltung, wobei das Kollektorblech 8 als Bimetall-Kollektorblech 8' ausgebildet ist. Zudem zeigt die Figur 11 einen Kontaktierungsbereich von Stromabieiterfahnen 2.2.1 der Anodenfolien 2.2 und der ersten Seitenwand 6.1 des zweiten Gehäuseteiles 6.
Das Bimetall-Kollektorblech 8' weist eine Aluminiumschicht 8.1 und eine Kupferschicht 8.2 auf, wobei die das Zellgehäuse der Einzelzelle 1 bildenden Gehäuseteile 5, 6 aus
Aluminium und die Stromabieiterfahnen 2.2.1 der Anodenfolien 2.2 aus Kupfer bestehen.
Bei Anordnung des Bimetall-Kollektorbleches 8' wird die Aluminiumschicht 8.1 in Richtung der ersten Seitenwand 6.1 des zweiten Gehäuseteiles 6 angeordnet und die Kupferschicht 8.2 wird den Stromabieiterfahnen 2.2.1 zugewandt angeordnet, so dass eine sogenannte artreine Schweißverbindung sowohl zwischen dem zweiten
Gehäuseteil 6 und dem Bimetall-Kollektorblech 8' als auch zwischen den
Stromabieiterfahnen 2.2.1 und dem Bimetall-Kollektorblech 8' erzeugt werden kann. Zudem ist durch die artreine Schweißverbindung das Risiko der Entstehung einer Kontaktkorrosion zumindest vermindert.
Bevorzugt wird das Bimetall-Kollektorblech 8' ausschließlich an der Seite der
Elektrodenfolienanordnung 2 an den Stromabieiterfahnen 2.2.1 befestigt, an welcher die Stromabieiterfahnen 2.2.1 aus Kupfer gebildet sind, also die Anodenfolien 2.2 aus der Elektrodenfolienanordnung 2 herausragen, um die Vorteile einer artreinen
Schweißverbindung zu erhalten.
An der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenfolienanordnung 2 kann ein
Kollektorblech 8 befestigt werden, welches aus Aluminium gebildet ist, da die
Stromabieiterfahnen 2.1.1 dieser Seite der Elektrodenfolienanordnung 2 und das entsprechende Gehäuseteil 5 aus Aluminium gebildet sind.
In Figur 12 ist ein Kontaktierungsbereich der Stromabieiterfahnen 2.2.1 der
Anodenfolien 2.2 und einer ersten Seitenwand 6.1 des zweiten Gehäuseteiles 6 eines Zellgehäuses der Einzelzelle 1 dargestellt.
Dabei sind die Stromabieiterfahnen 2.2.1 mit der ersten Seitenwand 6.1 des zweiten Gehäuseteiles 6 elektrisch verbunden, welche aus Kupfer gebildet sind.
Bei dieser Ausführungsform des Kontaktierungsbereiches ist vorgesehen, die erste Seitenwand 6.1 an ihrer Innenfläche mit einer Schicht Kupfer 9 zu versehen, um eine artreine Schweißverbindung zwischen den Stromabieiterfahnen 2.2.1 und der ersten Seitenwand 6.1 zu ermöglichen. Dabei kann die Schicht Kupfer 9 durch Beschichtung mittels Bedampfung und/oder galvanische Abscheidung, durch Streifenplattierung, bei welcher vorzugsweise vor einem Umformen des entsprechenden Gehäuseteiles 5, 6 das Kupfer 9 in ein Bandmaterial eingewalzt wird oder durch Verschweißung eines
Kupferbleches auf die Innenfläche der ersten Seitenwand 6.1 aufgebracht werden.
Mittels der Schicht Kupfer 9 ist eine artreine Schweißverbindung zwischen den
Stromabieiterfahnen 2.2.1 der aus Kupfer gebildeten Anodenfolien 2.2 und der ersten Seitenwand 5.1 , 6.1 des entsprechenden Gehäuseteiles 5, 6 erzeugbar. Die Figuren 13 bis 15 zeigen eine alternative Ausführungsform einer bipolaren
Einzelzelle 1 , wobei die Einzelzelle 1 in Figur 13 in einer Explosionsdarstellung
perspektivisch und in den Figuren 14 und 15 jeweils in einer Schnittdarstellung dargestellt ist.
Die Einzelzelle 1 ist aus einem Zellbecher 10 und einem Zelldeckel 11 als Zellgehäuse gebildet, wobei in dem Zellbecher 10 ein Elektrodenfolienwickel als
Elektrodenfolienanordnung 2 angeordnet ist.
Dabei sind die aus Kupferfolien bestehenden Stromabieiterfahnen 2.2.1 in Richtung des Zelldeckels 11 und die aus Aluminium gebildeten Stromabieiterfahnen 2.1.1 sind in Richtung des Bodens 10.1 des Zellbechers 10 angeordnet.
Die Stromabieiterfahnen 2.2.1 der Anodenfolien 2.2 sind stirnseitig mit einem Kollektor 8 stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, wobei der Kollektor 8 den Minuspol der Einzelzelle 1 bildet. Der Kollektor 8 weist eine zapfenartige Verlängerung 8.3 auf, die mittels eines Isolationselementes 12 bei auf dem Zellbecher 10 angeordnetem
Zelldeckel 11 elektrisch isoliert durch denselben geführt ist, so dass die zapfenartige Verlängerung 8.3 als Minuspol außerhalb des Zellbechers 10 und somit frei zugänglich angeordnet ist.
Bei Montage der Einzelzelle 1 wird die zapfenartige Verlängerung 8.3 des Kollektors 8, wie oben beschrieben, durch den Zelldeckel 11 geführt, wobei der Kollektor 8 mit der Elektrodenfolienanordnung 2, beispielsweise mittels des Isolationselementes 12 zumindest im Formschluss an dem Zelldeckel 11 befestigt ist. Zur Einstellung einer zur Schweißung erforderlichen Verpressung wird der Zelldeckel 11 mit dem befestigten Kollektor 8 und der an dem Kollektor 8 befestigten Elektrodenfolienanordnung 2 in den Zellbecher 10 gepresst, wobei der Zelldeckel 11 und der Zellbecher 10 gegeneinander verschoben werden.
Darauffolgend werden die in Richtung des Bodens 10.1 des Zellbechers 10 angeordneten Stromabieiterfahnen 2.1.1 stirnseitig von außerhalb des Zellbechers 10 mit dem
Boden 10.1 verschweißt.
Den Pluspol der Einzelzelle 1 gemäß dieser Ausführungsform bildet dabei das gesamte Zellgehäuse in Form des Zellbechers 10 und des Zelldeckels 1 1. Daimler AG
Bezugszeichenliste
1 Einzelzelle
2 Elektrodenfolienanordnung
2.1 Kathodenfolie
2.1.1 Stromabieiterfahne
2.2 Anodenfolie
2.2.1 Stromabieiterfahne
2.3 Separator
3 erste Isolationsschale
3.1 Aussparung
4 zweite Isolationsschale
4.1 Aussparung
5 erstes Gehäuseteil
5.1 , 5.2 Seitenwand
6 zweites Gehäuseteil
6.1 , 6.2 Seitenwand
7 Laserstrahl
8 Kollektorblech
8' Bimetall-Kollektorblech
8.1 Aluminiumschicht
8.2 Kupferschicht
8.3 zapfenartige Verlängerung
9 Kupfer
10 Zellbecher
10.1 Boden
11 Zelldeckel
12 Isolationselement

Claims

Patentansprüche
1. Einzelzelle (1 ) für eine Batterie, umfassend zumindest ein Zellgehäuse, in welchem eine Elektrodenfolienanordnung (2) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
Elektrodenfolien einer ersten Polarität stirnseitig elektrisch leitend mit zumindest einem ersten Gehäuseteil (5) verbunden sind und Elektrodenfolien einer zweiten Polarität stirnseitig elektrisch leitend mit einem zweiten Gehäuseteil (6) verbunden sind, wobei sich die Bereiche der Verbindung mit den Gehäuseteilen (5, 6) gegenüberliegen.
2. Einzelzelle (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stirnseiten von Elektrodenfolien einer Polarität mit dem entsprechendem Gehäuseteil (5, 6) verschweißt sind.
3. Einzelzelle (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stirnseiten von Elektrodenfolien einer Polarität abgewinkelt sind.
4. Einzelzelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenfolienanordnung (2) zwischen zwei Isolationsschalen (3, 4) angeordnet ist, wobei die jeweilige Isolationsschale (3, 4) im Abschnitt der mit dem jeweiligen Gehäuseteil (5, 6) zu verbindenden Stirnseite der Elektrodenfolien eine Aussparung (3.1 , 4.1 ) aufweist.
5. Einzelzelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gehäuseteile (5, 6) im Bereich der Verbindung mit den Stirnseiten der
Elektrodenfolien aus dem gleichen Material wie die jeweilige Stirnseite gebildet sind.
6. Einzelzelle (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gehäuseteile (5, 6) im Bereich der Verbindung mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen sind.
7. Einzelzelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der jeweiligen Stirnseite der Elektrodenfolien und den
Gehäuseteilen (5, 6) ein Kollektorblech (8) angeordnet ist.
8. Einzelzelle (1 ) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kollektorblech (8) als ein Bimetall-Kollektorblech(8') ausgebildet ist.
9. Einzelzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gehäuseteile (5, 6) elektrisch voneinander isoliert sind.
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