WO2010063364A1 - Einzelzelle für eine batterie und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Definitions

  • the invention relates to a single cell for a battery having an electrode stack arranged within a cell housing, whose individual electrodes, preferably electrode foils, are electrically conductively connected to current drainage vanes, at least electrodes of different polarity being separated from one another by a separator, preferably a separator foil, in which individual cells Stromableiter- flags of the same polarity are electrically connected to one another to a pole, wherein the Stromabieiterfahen a pole electrically pressed together and / or welded, wherein the cell housing comprises two electrically conductive housing parts which are electrically insulated from each other, wherein the Stromabieiterfahen each having a polarity electrically connected to one of the electrically conductive housing parts, according to the preamble of claim 1 and a corresponding method for producing the single cell according to the preamble of claim 16, as both, for example in power engineering, here in particular in the at least supporting battery-powered vehicle technology used and assumed to be known here.
  • electrode foils are used as electrode foils.
  • the electrode foils are stacked to form an electrode stack, the individual electrode foils being separated from one another electrically and also spatially by a separator, preferably also in the form of a foil.
  • the contacting of an electrode foil to the outside is carried out by means of a welded to the electrode foil Stromablei- terfahne, which must be passed through the cell housing. Since the cell housing of a single cell is usually made of metal, preferably of aluminum, is formed, the Stromabieiterfahen must be electrically isolated in the feedthrough area, among other things.
  • US Pat. No. 7,029,789 B2 discloses a battery in which two units of three parallel-connected individual cells are provided.
  • the positive collecting electrodes of one of the units are connected to the negative collecting electrodes of the other unit by means of ultrasonic welding, spot welding or calking.
  • a battery module which comprises a plurality of stacked flat cells.
  • Each of the flat cells includes a power generation part encapsulated in a housing part.
  • Terminal electrodes of the electrode films of the flat cells are connected to each other by means of laser welding.
  • the invention is therefore based on the object to provide an improved single cell for a battery and an improved method for their production.
  • the object is achieved by the features specified in claim 16.
  • the object is achieved by the features specified in claim 1.
  • an electrode stack is arranged within a cell housing.
  • the electrode stack comprises individual electrodes, preferably electrode films, which are electrically conductively connected to each other with Stromabieiterfahen.
  • the electrodes of different polarity are separated from one another by a separator, preferably a separator film.
  • Stromabieiterfahnen same polarity are electrically connected together to form a pole.
  • the Stromabieiterfahen a pole are electrically conductively pressed together and / or welded.
  • the cell housing holds two electrically conductive housing parts, which are electrically insulated from each other.
  • the Stromabieiterfahen each one polarity are electrically connected to one of the electrically conductive housing parts, preferably by indirect spot welding by means of two pressed onto the housing part welding electrodes.
  • indirect spot welding two welding electrodes are pressed on at different points of the component to be welded. Welding by current flow takes place only in the region of the electrodes, while a region of the component lying between the electrodes serves, at least for a sufficient cross-section, only the current flow between the electrodes, but is not melted thereby.
  • the electrical poles can be performed without elaborate sealing measures from the inside of the single cell to the outside.
  • one of the poles is formed of copper.
  • a film of a filler material for example nickel, can be inserted in order to improve a connection between the pole and the housing part.
  • one of the poles may be formed from aluminum and electrically conductively connected to the corresponding housing part made of aluminum, while the other of the poles is formed from copper and electrically conductively connected to the corresponding housing part comprising at least one contact area to the pole copper.
  • the housing part comprising copper can be provided on one outer side with an aluminum layer, for example by roll-plating or electrochemically.
  • the single cell is in the form of a flat cell.
  • the housing parts are formed as substantially flat sheets lying parallel to each other and electrically insulated from each other by a peripheral frame.
  • two spaced-apart material returns are introduced into the frame, in which the Stromabieiterfahen the same polarity are inserted. It can be introduced between the Stromabieiterfahen the same polarity and the material withdrawal in each case an elastic mat.
  • the elastic mat may for example comprise glass fibers and / or be formed as a ceramic fleece. Such an elastic mat prevents unwanted heat input during welding, for example, in the frame formed of plastic.
  • the Stromabieiterfahen same polarity can be electrically connected to each other before welding to the housing part, for example by means of spot welding or ultrasonic welding, since the melting depth is limited in the indirect spot welding.
  • the electrode foils are one of the electrodes made of copper or a copper-containing alloy, and the electrode foils of the other electrode are formed of aluminum foil or an aluminum-containing alloy.
  • the single cell is a lithium-ion cell.
  • Fig. 1 shows schematically a sectional view of an electrode stack as a
  • FIG. 2 schematically shows an overall view of the electrode stack of the flat cell according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the electrode stack according to FIG.
  • Fig. 4 shows schematically an overall view of the arranged in the frame
  • Fig. 5 shows schematically a sectional view of the arranged in the frame
  • FIG. 6 schematically shows an enlargement of an edge region of the electrode stack arranged in the frame with two housing parts according to FIG. 5 arranged on the frame, FIG.
  • Fig. 7 is a perspective view of the flat cell of Figure 6 during the
  • Fig. 9 is a symbolic representation of a power supply in the indirect
  • FIG. 10 is an exploded view of the single cell with elastic mats between the frame and Stromabieiterfahen of the electrodes, and
  • FIG. 11 is a sectional view of the single cell of Figure 10.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an electrode stack 1 of a single cell 2 illustrated in more detail in FIGS. 5 to 8.
  • electrode foils 3 of different polarity in particular aluminum and / or copper foils and / or foils of a metal alloy, are stacked on top of one another and by means of a separator (not shown), in particular a Separatorfolie, electrically isolated from each other.
  • the Stromabieiterfahen 4 In an over the central region of the electrode stack 1 protruding edge region of the electrode films 3, the Stromabieiterfahnen 4, electrode films 3 of the same polarity are electrically connected together.
  • the Stromabieiterfahnen 4 are electrically conductively pressed together and / or welded and form the poles of the electrode stack. 1
  • FIG. 2 shows the electrode stack 1 of the flat cell 2 according to FIG. 1 in a perspective overall view.
  • FIG. 3 shows a sectional view of the electrode stack 1 according to FIG. 1, wherein the electrode stack 1 is arranged in a frame 6 surrounding the edge of the electrode stack 1.
  • This frame 6 has two spaced-apart material returns 7, which are designed so that the poles formed from the Stromabieiterfahen 4 are arranged in the material returns 7.
  • the clear height of the material returns 7 is formed so that it corresponds to the corresponding extent of the unaffected stacked Stromabieiterfahen 4 or less than this.
  • the depth of the material returns 7 corresponds to the corresponding extent of Stromabieiterfahen 4 or is designed to be larger than this.
  • the frame 6 is preferably made of an electrically insulating material, so that the poles of different polarity formed from the Stromabieiterfahen 4 from each other electrically are isolated and can be dispensed with in an advantageous manner to additional arrangements for electrical insulation.
  • FIG. 4 shows an overall view of the electrode stack 1 according to FIG. 3 arranged in the frame 6.
  • FIG. 5 shows a sectional view of the electrode stack 1 arranged in the frame 6 according to FIG. 3, wherein two flat housing parts 8 are arranged on the frame 6. An attachment of the housing parts 8 takes place in a manner not shown by gluing and / or crimping the housing parts 8 in a non-illustrated peripheral recess in the frame 6.
  • the frame 6 and the housing parts 8 form a cell case to protect the electrode stack 1 before penetrating particles, moisture and against mechanical effects on the electrode stack 1.
  • the poles formed from the Stromabieiterfahen 4 are pressed against the housing parts 8, so that an electrical potential of Stromabieiterfahen 5 abuts each one of the housing parts 8, which are electrically insulated from each other by means of the frame 6.
  • the invention can between the poles, which z. B. made of copper, and the housing parts 8, which z. B. made of aluminum, in addition a film not shown, which z. B. made of nickel, are introduced to achieve an improved connection between the poles and the housing parts 8.
  • FIG. 6 shows an enlargement of an edge region of the electrode stack 1 arranged in the frame 6 with two housing parts 8 according to FIG. 5 arranged on the frame 6.
  • FIG. 7 shows a perspective view of the flat cell 2 from FIG. 6 during the contacting of one of the housing parts 8 with one of the poles by indirect spot welding.
  • the flat cell 2 lies on a base 9 at least in the region of one of the poles.
  • two welding electrodes 10 are pressed on the housing part 8 to be contacted. Through a current flow between the welding electrodes 10, a region of the housing part 8 and the Stromabieiterfahen 4 is melted in the immediate vicinity of the welding electrode 10 and below, while a lying between the welding electrodes region of the housing part 8 and the Stromabieiterfahen 4 only serves the current flow between the welding electrodes 10, but not melted.
  • a plurality of such double welds can be carried out for the same pole.
  • FIG. 8 shows a sectional view of a section of the flat cell 2 of FIG. 6 during indirect spot welding.
  • the housing part 8 is fused with the Stromabieiterfahen 4.
  • FIG. 9 is a symbolic representation of a power supply during indirect spot welding of the flat cell 2.
  • a welding transformer 12 is provided. At the primary winding 13, an AC voltage is applied. To a secondary winding 14, the two welding electrodes 10 are connected. When both welding electrodes 10 are pressed against the housing part 8, there is a current flow through the secondary winding via the welding electrodes 10, the contacting areas 11, the housing part 8 and at least part of the current sinking lugs 4.
  • FIG. 10 shows an exploded view of the single cell 2 with elastic mats 15 between the material returns 7 of the frame 6 and the Stromabieiterfahen 4 of the poles. In this way, a bias between the material withdrawal 7 and the Stromabieiterfahen 4 can be improved.
  • the elastic mat 7 may, for example, comprise glass fibers and / or be formed as a ceramic fleece. Such an elastic mat 7 prevents unwanted heat input in the frame 6, for example made of plastic, during welding.
  • Figure 11 shows the single cell of Figure 10 in the assembled state in a sectional view.
  • the elastic mats 15 shown are also usable when the Contacting between the housing part 8 and the Stromabieiterfahen 4 other than by means of indirect spot welding, for example by means of laser welding or compression.
  • one of the poles may be formed from aluminum and electrically conductively connected to the corresponding housing part 8 formed from aluminum, while the other of the poles is formed from copper and electrically conductively connected to the corresponding housing part 8, at least in a contact region to the pole, copper becomes.
  • the housing part 8 comprising copper can be provided on one outer side with an aluminum layer, for example by roll-plating or electrochemically.
  • the single cell 2 may be deviating in a different form than a flat cell.
  • the Stromabieiterfahen 4 same polarity can be electrically connected to each other before welding to the housing part 8, for example by means of spot welding or ultrasonic welding.
  • the electrode foils 3 are one of the electrodes made of copper or a copper-containing alloy and the electrode foils 3 of the other electrode are formed from aluminum foil or an aluminum-containing alloy.
  • the single cell 2 is a lithium-ion cell. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle (2) für eine Batterie und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Einzelzelle umfasst einen innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel (1), dessen einzelne Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien (3), mit Stromableiterfahnen (4) elektrisch leitend verbunden sind, wobei zumindest Elektroden unterschiedlicher Polarität durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei Stromableiterfahnen (4) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind, wobei die Stromableiterfahnen (4) eines Pols elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt sind, wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseteile (8) umfasst, die voneinander elektrisch isoliert sind, wobei die Stromableiterfahnen (4) jeweils einer Polarität mit einem der elektrisch leitenden Gehäuseteile (8) elektrisch leitend verbunden sind. Die Stromableiterfahnen (4) jeweils einer Polarität sind mit dem elektrisch leitenden Gehäuseteil (8) durch indirektes Punktschweißen mittels zweier auf das Gehäuseteil (8) gepresster Schweißelektroden (10) elektrisch leitend verbunden.

Description

Einzelzelle für eine Batterie und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel, dessen einzelne Elektroden, vorzugsweise E- lektrodenfolien, mit Stromabieiterfahnen elektrisch leitend verbunden sind, wobei zumindest Elektroden unterschiedlicher Polarität durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, bei welcher Einzelzellen Stromableiter- fahnen gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind, wobei die Stromabieiterfahnen eines Pols elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt sind, wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseteile umfasst, die voneinander elektrisch isoliert sind, wobei die Stromabieiterfahnen jeweils einer Polarität mit einem der elektrisch leitenden Gehäuseteile elektrisch leitend verbunden sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung der Einzelzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16, wie beides, beispielsweise in der Energietechnik, hierbei insbesondere in der zumindest unterstützend batteriebetriebenen Fahrzeugtechnik eingesetzt und hier als bekannt unterstellt wird.
Insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen für Mild-Hybrid Fahrzeuge, die sinnvollerweise als Flachzellen ausgeführt sind, werden mit elektrochemisch wirksamen Materialien beschichtete Aluminium- und Kupferfolien als Elektrodenfolien verwendet. Die Elektrodenfolien werden zu einem Elektrodenstapel übereinander gestapelt, wobei die einzelnen Elektrodenfolien durch einen Separator, vorzugsweise ebenfalls als eine Folie ausgeführt, voreinander elektrisch und auch räumlich getrennt werden. Die Kontaktierung einer Elektrodenfolie nach außen wird mittels einer an der Elektrodenfolie angeschweißten Stromablei- terfahne vorgenommen, die durch das Zellengehäuse geführt werden muss. Da das Zellengehäuse einer Einzelzelle üblicherweise aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, ge- bildet ist, müssen die Stromabieiterfahnen im Durchführungsbereich unter anderem elektrisch isoliert werden. Die Dichtigkeit des Zellengehäuses im Durchführungsbereich ist nur sehr schwierig und ausgesprochen aufwändig herzustellen. Insbesondere betrifft dieses Problem sowohl die Druckfestigkeit als auch die Abdichtung gegen Feuchtigkeit. So ist unter anderem der Eintrag von Feuchte immer noch ein sehr schwierig und ausgesprochen aufwändig zu lösendes Problem.
Aus der US 7,029,789 B2 ist eine Batterie bekannt, bei der zwei Einheiten aus drei parallel geschalteten Einzelzellen vorgesehen sind. Die positiven Sammelelektroden einer der Einheiten werden mit den negativen Sammelelektroden der anderen Einheit mittels Ultraschallschweißen, Punktschweißen oder Calking verbunden.
Aus der US 2006/0088761 A1 ist ein Batteriemodul bekannt, das eine Vielzahl gestapelter Flachzellen umfasst. Jede der Flachzellen umfasst ein Energieerzeugungsteil, das in einem Gehäuseteil gekapselt ist. Anschlusselektroden der von Elektrodenfolien der Flachzellen sind dabei mittels Laserschweißen miteinander verbunden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einzelzelle für eine Batterie sowie ein verbessertes Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
Hinsichtlich der Einzelzelle für eine Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 16 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens zu Herstellung der Einzelzelle für eine Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle für eine Batterie wird innerhalb eines Zellengehäuses ein Elektrodenstapel angeordnet. Der Elektrodenstapel umfasst einzelne Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien, die untereinander mit Stromabieiterfahnen elektrisch leitend verbunden werden. Die Elektroden unterschiedlicher Polarität sind durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt. Stromabieiterfahnen gleicher Polarität werden elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden. Dabei werden die Stromabieiterfahnen eines Pols elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt. Das Zellengehäuse um- fasst zwei elektrisch leitende Gehäuseteile, die voneinander elektrisch isoliert sind. Die Stromabieiterfahnen jeweils einer Polarität werden mit einem der elektrisch leitenden Gehäuseteile elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise durch indirektes Punktschweißen mittels zweier auf das Gehäuseteil gepresster Schweißelektroden. Beim indirekten Punktschweißen werden zwei Schweißelektroden an verschiedenen Stellen des zu verschweißenden Bauteils aufgepresst. Eine Verschweißung durch Stromfluss erfolgt nur im Bereich der Elektroden während ein zwischen den Elektroden liegender Bereich des Bauteils zumindest bei ausreichendem Querschnitt lediglich dem Stromfluss zwischen den Elektroden dient, dabei jedoch nicht aufgeschmolzen wird.
Auf diese Weise können die elektrischen Pole ohne aufwändige Abdichtungsmaßnahmen vom Inneren der Einzelzelle nach außen geführt werden.
Vorzugsweise ist einer der Pole aus Kupfer gebildet. Zwischen den aus Kupfer gebildeten Pol und das entsprechende, aus Aluminium gebildete Gehäuseteil kann eine Folie aus einem Zusatzwerkstoff, beispielsweise Nickel, eingelegt werden, um eine Anbindung zwischen dem Pol und dem Gehäuseteil zu verbessern.
Insbesondere kann einer der Pole aus Aluminium gebildet und mit dem entsprechenden, aus Aluminium gebildeten Gehäuseteil elektrisch leitend verbunden werden, während der andere der Pole aus Kupfer gebildet und mit dem entsprechenden, zumindest in einem Kontaktbereich zum Pol Kupfer, umfassenden Gehäuseteil elektrisch leitend verbunden wird. Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion beim Nebeneinanderstapeln von Einzelzellen, insbesondere bei Reihenschaltung, kann das Kupfer umfassende Gehäuseteil an einer Außenseite mit einer Aluminiumschicht versehen werden, beispielsweise durch Walzplattieren oder elektrochemisch.
Vorzugsweise ist die Einzelzelle in Form einer Flachzelle ausgebildet. Dabei sind die Gehäuseteile als im Wesentlichen flache Bleche einander parallel liegend ausgebildet und voneinander durch einen randseitig umlaufenden Rahmen elektrisch isoliert.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in den Rahmen zwei voneinander beabstandete Materialrücknahmen eingebracht, in die die Stromabieiterfahnen gleicher Polarität eingelegt werden. Dabei kann zwischen die Stromabieiterfahnen gleicher Polarität und die Materialrücknahme jeweils eine elastische Matte eingebracht werden. Auf die- se Weise kann eine Vorspannung zwischen der Materialrücknahme und den Stromablei- terfahnen verbessert werden. Die elastische Matte kann beispielsweise Glasfasern umfassen und/oder als ein Keramikvlies ausgebildet sein. Eine solche elastische Matte verhindert beim Schweißen einen unerwünschten Wärmeeintrag, in den beispielsweise aus Kunststoff gebildeten Rahmen.
Die Stromabieiterfahnen gleicher Polarität können vor dem Verschweißen mit dem Gehäuseteil untereinander elektrisch leitend verbunden werden, beispielsweise mittels Punktschweißen oder Ultraschallschweißen, da die Schmelztiefe beim indirekten Punktschweißen begrenzt ist.
Vorzugsweise dient als Stromabieiterfahne ein nach außerhalb des Elektrodenstapels geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie. Ein zusätzliches Bauteil und eine zusätzlich erforderliche Kontaktierung entfallen somit. Gleichzeitig ist diese Art der Kontaktierung sehr sicher gegen zumindest viele, insbesondere äußere Einflüsse wie Stöße oder Vibrationen.
Vorzugsweise sind die Elektrodenfolien einer der Elektroden aus Kupfer oder einer kup- ferhaltigen Legierung und die Elektrodenfolien der anderen Elektrode aus Aluminiumfolie oder einer aluminiumhaltigen Legierung gebildet.
Durch eine oder mehrere der genannten Maßnahmen ist es möglich, bei einer preiswerten Herstellung den Aufbau eines Zellengehäuses zu vereinfachen, die Vibrationssicherheit und damit die Stabilität, die Lebensdauer sowie dadurch wiederum auch die Verwendungsvielfalt zu erhöhen, eine gute Bauraumausnutzung innerhalb eines Batteriekastens zu ermöglichen, insbesondere auch durch die nun möglichen variablen Kontaktierungspositionen. Insbesondere ist auch der Ausschuss durch das vereinfachte Kontaktierungsverfahren verringert. Des Weiteren ist durch die einfache Kontaktierung an der verschlossenen Einzelzelle deren Herstellung deutlich erleichtert. Ferner ist durch die stoffschlüssige Kontaktierung der Stromabieiterfahnen die Stromtragfähigkeit verbessert. Auch liegt keine Schwächung der Druckdichtigkeit des Zellengehäuses der Einzelzelle vor, da keine Kontaktdurchführung der Pole erfolgt. Hiermit ist direkt auch die Verbesserung der Dichtigkeit des Inneren des Zellengehäuses gegenüber einem Durchtritt an Feuchtigkeit verbunden. Vorzugsweise ist die Einzelzelle eine Lithium-Ion-Zelle.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Elektrodenstapels einer als
Flachzelle ausgebildeten Einzelzelle,
Fig. 2 schematisch eine Gesamtansicht des Elektrodenstapels der Flachzelle gemäß Figur 1 ,
Fig. 3 schematisch eine Schnittdarstellung des Elektrodenstapels gemäß Figur
1 , welcher in einem Rahmen angeordnet ist,
Fig. 4 schematisch eine Gesamtansicht des in dem Rahmen angeordneten
Elektrodenstapels gemäß Figur 3,
Fig. 5 schematisch eine Schnittdarstellung des in dem Rahmen angeordneten
Elektrodenstapels gemäß Figur 3 mit zwei an dem Rahmen angeordneten Gehäuseteilen,
Fig. 6 schematisch eine Vergrößerung eines Randbereichs des in dem Rahmen angeordneten Elektrodenstapels mit zwei an dem Rahmen angeordneten Gehäuseteilen gemäß Figur 5,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Flachzelle aus Figur 6 während des
Kontaktierens eines der Gehäuseteile mit einem der Pole durch indirektes Punktschweißen,
Fig. 8 eine Schnittansicht der Flachzelle aus Figur 6,
Fig. 9 eine symbolische Darstellung einer Stromversorgung beim indirekten
Punktschweißen der Flachzelle, Fig. 10 eine Explosionsdarstellung der Einzelzelle mit elastischen Matten zwischen dem Rahmen und Stromabieiterfahnen der Elektroden, und
Fig. 11 eine Schnittansicht der Einzelzelle aus Figur 10.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugzeichen versehen.
Figur 1 stellt eine Schnittdarstellung eines Elektrodenstapels 1 einer in den Figuren 5 bis 8 näher dargestellten Einzelzelle 2 dar. In einem mittleren Bereich sind dabei Elektrodenfolien 3 unterschiedlicher Polarität, insbesondere Aluminium- und/oder Kupferfolien und/oder Folien aus einer Metalllegierung, übereinander gestapelt und mittels eines Separators (nicht dargestellt), insbesondere einer Separatorfolie, elektrisch voneinander isoliert.
In einem über den mittleren Bereich des Elektrodenstapels 1 überstehenden Randbereich der Elektrodenfolien 3, den Stromabieiterfahnen 4, sind Elektrodenfolien 3 gleicher Polarität elektrisch miteinander verbunden. Dabei werden die Stromabieiterfahnen 4 elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt und bilden die Pole des Elektrodenstapels 1.
Figur 2 zeigt den Elektrodenstapel 1 der Flachzelle 2 gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Gesamtansicht.
Figur 3 stellt eine Schnittdarstellung des Elektrodenstapels 1 gemäß Figur 1 dar, wobei der Elektrodenstapel 1 in einem den Elektrodenstapel 1 randseitig umlaufenden Rahmen 6 angeordnet ist. Dieser Rahmen 6 weist zwei voneinander beabstandete Materialrücknahmen 7 auf, die dabei so ausgebildet sind, dass die aus den Stromabieiterfahnen 4 gebildeten Pole in den Materialrücknahmen 7 angeordnet werden. Die lichte Höhe der Materialrücknahmen 7 ist so ausgebildet, dass sie der entsprechenden Erstreckung der unbeeinflusst übereinander gestapelten Stromabieiterfahnen 4 entspricht oder geringer als diese ist. Die Tiefe der Materialrücknahmen 7 entspricht der entsprechenden Erstreckung der Stromabieiterfahnen 4 oder ist größer ausgebildet als diese. Der Rahmen 6 ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt, so dass die aus den Stromabieiterfahnen 4 gebildeten Pole unterschiedlicher Polarität elektrisch voneinander isoliert sind und in vorteilhafter Weise auf zusätzliche Anordnungen zu einer elektrischen Isolation verzichtet werden kann.
Figur 4 zeigt eine Gesamtansicht des in dem Rahmen 6 angeordneten Elektrodenstapels 1 gemäß Figur 3.
Figur 5 stellt eine Schnittdarstellung des in dem Rahmen 6 angeordneten Elektrodenstapels 1 gemäß Figur 3 dar, wobei an dem Rahmen 6 zwei flache Gehäuseteile 8 angeordnet sind. Eine Befestigung der Gehäuseteile 8 erfolgt in nicht näher dargestellter Weise mittels Kleben und/oder Umbördeln der Gehäuseteile 8 in eine nicht näher dargestellte umlaufende Aussparung in dem Rahmen 6. Der Rahmen 6 und die Gehäuseteile 8 bilden dabei ein Zellengehäuse zu einem Schutz des Elektrodenstapels 1 vor eindringenden Partikeln, Feuchte und vor mechanischen Einwirkungen auf den Elektrodenstapel 1.
Dabei werden die aus den Stromabieiterfahnen 4 gebildeten Pole gegen die Gehäuseteile 8 gepresst, so dass ein elektrisches Potenzial der Stromabieiterfahnen 5 an jeweils einem der Gehäuseteile 8 anliegt, welche mittels des Rahmens 6 voneinander elektrisch isoliert sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zwischen den Polen, welche z. B. aus Kupfer gefertigt sind, und den Gehäuseteilen 8, welche z. B. aus Aluminium gefertigt sind, zusätzlich eine nicht näher dargestellte Folie, welche z. B. aus Nickel gefertigt ist, eingebracht werden, um eine verbesserte Anbindung zwischen den Polen und den Gehäuseteilen 8 zu erreichen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es weiterhin möglich, eine nicht näher dargestellte elektrisch isolierende Folie zwischen den Polen und den Gehäuseteilen 8 anzuordnen bzw. die Gehäuseteile 8 einseitig mit einer elektrischen isolierenden Schicht auszuführen, so dass eine elektrische Kontaktierung der Pole mit den Gehäuseteilen 8 erst bei einem, wie in Figur 7 dargestellten, Verschweißen der Flachseiten 8 mit den Polen entsteht. Diese Ausführungsform kann insbesondere verwendet werden, wenn die elektrische Kontaktierung der Pole mit den Gehäuseteilen 8 mittels Laserschweißen erfolgt. Figur 6 zeigt eine Vergrößerung eines Randbereichs des in dem Rahmen 6 angeordneten Elektrodenstapels 1 mit zwei an dem Rahmen 6 angeordneten Gehäuseteilen 8 gemäß Figur 5.
Figur 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Flachzelle 2 aus Figur 6 während des Kontaktierens eines der Gehäuseteile 8 mit einem der Pole durch indirektes Punktschweißen. Die Flachzelle 2 liegt dabei zumindest im Bereich eines der Pole auf einer Unterlage 9 auf. Auf das zu kontaktierende Gehäuseteil 8 werden zwei Schweißelektroden 10 angepresst. Durch einen Stromfluss zwischen den Schweißelektroden 10 wird ein Bereich des Gehäuseteils 8 und der Stromabieiterfahnen 4 in unmittelbarer Nähe der Schweißelektrode 10 und unterhalb aufgeschmolzen, während ein zwischen den Schweißelektroden liegender Bereich des Gehäuseteils 8 und der Stromabieiterfahnen 4 lediglich dem Stromfluss zwischen den Schweißelektroden 10 dient, dabei jedoch nicht aufgeschmolzen wird. Zur Erhöhung eines Fügequerschnitts können mehrere solcher Doppelschweißungen für denselben Pol durchgeführt werden.
Figur 8 zeigt eine Schnittansicht eines Ausschnitts der Flachzelle 2 aus Figur 6 während des indirekten Punktschweißens. In einem Kontaktierungsbereich 11 ist das Gehäuseteil 8 mit den Stromabieiterfahnen 4 verschmolzen.
Figur 9 ist eine symbolische Darstellung einer Stromversorgung beim indirekten Punktschweißen der Flachzelle 2. Hierzu ist ein Schweißtransformator 12 vorgesehen. An dessen Primärwicklung 13 wird eine Wechselspannung angelegt. An eine Sekundärwicklung 14 sind die beiden Schweißelektroden 10 angeschlossen. Wenn beide Schweißelektroden 10 an das Gehäuseteil 8 angepresst sind, ergibt sich ein Stromfluss durch die Sekundärwicklung über die Schweißelektroden 10, die Kontaktierungsbereiche 11 , das Gehäuseteil 8 und zumindest einen Teil der Stromabieiterfahnen 4. Figur 10 zeigt eine Explosionsdarstellung der Einzelzelle 2 mit elastischen Matten 15 zwischen den Materialrücknahmen 7 des Rahmens 6 und den Stromabieiterfahnen 4 der Pole. Auf diese Weise kann eine Vorspannung zwischen der Materialrücknahme 7 und den Stromabieiterfahnen 4 verbessert werden. Die elastische Matte 7 kann beispielsweise Glasfasern umfassen und/oder als ein Keramikvlies ausgebildet sein. Eine solche elastische Matte 7 verhindert beim Schweißen einen unerwünschten Wärmeeintrag in dem beispielsweise aus Kunststoff gebildeten Rahmen 6.
Figur 11 zeigt die Einzelzelle aus Figur 10 im montierten Zustand in einer Schnittdarstellung. Die gezeigten elastischen Matten 15 sind auch einsetzbar, wenn die Kontaktierung zwischen dem Gehäuseteil 8 und den Stromabieiterfahnen 4 auf andere Weise als mittels indirektem Punktschweißen erfolgt, beispielsweise mittels Laserschweißen oder Verpressen.
Insbesondere kann einer der Pole aus Aluminium gebildet und mit dem entsprechenden, aus Aluminium gebildeten Gehäuseteil 8 elektrisch leitend verbunden werden, während der andere der Pole aus Kupfer gebildet und mit dem entsprechenden, zumindest in einem Kontaktbereich zum Pol, Kupfer umfassenden Gehäuseteil 8 elektrisch leitend verbunden wird. Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion beim Nebeneinanderstapeln von Einzelzellen kann das Kupfer umfassende Gehäuseteil 8 an einer Außenseite mit einer Aluminiumschicht versehen werden, beispielsweise durch Walzplattieren oder elektrochemisch.
Die Einzelzelle 2 kann abweichend in einer anderen Form als der einer Flachzelle ausgebildet sein.
Die Stromabieiterfahnen 4 gleicher Polarität können vor dem Verschweißen mit dem Gehäuseteil 8 untereinander elektrisch leitend verbunden werden, beispielsweise mittels Punktschweißen oder Ultraschallschweißen.
Vorzugsweise dient als Stromabieiterfahne 4 ein nach außerhalb des Elektrodenstapels 1 geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie 3.
Vorzugsweise sind die Elektrodenfolien 3 einer der Elektroden aus Kupfer oder einer kup- ferhaltigen Legierung und die Elektrodenfolien 3 der anderen Elektrode aus Aluminiumfolie oder einer aluminiumhaltigen Legierung gebildet.
Vorzugsweise ist die Einzelzelle 2 eine Lithium-Ion-Zelle. Bezugszeichenliste
Elektrodenstapel
Einzelzelle
Elektrodenfolie
Stromabieiterfahne
Rahmen
Materialrücknahme
Gehäuseteil
Unterlage
Schweißelektrode
Kontaktierungsbereich
Schweißtransformator
Primärwicklung
Sekundärwicklung elastische Matte

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle (2) für eine Batterie, bei welcher Einzelzellen (2) innerhalb eines Zellengehäuses ein Elektrodenstapel (1) angeordnet wird, dessen einzelnen Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien (3), mit Stromableiter- fahnen (4) elektrisch leitend verbunden werden, wobei die Elektroden durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt werden, bei welchem Verfahren Stromabieiterfahnen (4) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden werden, wobei die Stromableiterfah- nen (4) eines Pols elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt werden, wobei das Zellengehäuse mit zwei elektrisch leitenden Gehäuseteilen (8) ausgestattet wird, die voneinander elektrisch isoliert werden, wobei die Stromablei- terfahnen (4) jeweils einer Polarität mit einem der elektrisch leitenden Gehäuseteile (8) elektrisch leitend verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabieiterfahnen (4) jeweils einer Polarität mit dem elektrisch leitenden Gehäuseteil (8) durch indirektes Punktschweißen mittels zweier auf das Gehäuseteil (8) gepresster Schweißelektroden (10) elektrisch leitend verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass einer der Pole aus Kupfer gebildet wird und dass zwischen den aus Kupfer gebildeten Pol und das entsprechende, aus Aluminium gebildete Gehäuseteil (8) eine Folie aus einem Zusatzwerkstoff eingelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzwerkstoff Nickel verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass einer der Pole aus Aluminium gebildet und mit dem entsprechenden, aus Aluminium gebildeten Gehäuseteil (8) elektrisch leitend verbunden wird, wobei der andere der Pole aus Kupfer gebildet und mit dem entsprechenden, zumindest in einem Kontaktbereich zum Pol Kupfer umfassenden Gehäuseteil (8) elektrisch leitend verbunden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer umfassende Gehäuseteil (8) an einer Außenseite mit einer Aluminiumschicht versehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumschicht durch Walzplattieren aufgetragen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumschicht elektrochemisch aufgetragen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzelle (2) in Form einer Flachzelle hergestellt wird, wobei die Gehäuseteile (8) als im Wesentlichen flache Bleche einander parallel liegend ausgebildet sind, wobei die Gehäuseteile (8) durch einen randseitig umlaufenden Rahmen (6) voneinander elektrisch isoliert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rahmen (6) zwei voneinander beabstandete Materialrücknahmen (7) eingebracht werden und dass in die Materialrücknahmen (7) Stromabieiterfahnen (4) gleicher Polarität eingelegt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Stromabieiterfahnen (4) gleicher Polarität und die Materialrücknahme (7) eine elastische Matte (15) eingebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glasfasern umfassende elastische Matte (15) verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keramikvlies als elastische Matte (15) verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabieiterfahnen (4) gleicher Polarität vor dem indirekten Punktschweißen untereinander elektrisch leitend verbunden werden.
14. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Stromabieiterfahne (4) ein nach außerhalb des Elektrodenstapels (1) geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie (3) gewählt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrodenfolie (3) eine Kupfer- und/oder eine Aluminiumfolie oder eine Folie aus einer derartigen Legierung gewählt wird.
16. Einzelzelle (2) für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel (1), dessen einzelne Elektroden, vorzugsweise Elektrodenfolien (3), mit Stromabieiterfahnen (4) elektrisch leitend verbunden sind, wobei zumindest Elektroden unterschiedlicher Polarität durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei Stromableiterfah- nen (4) gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind, wobei die Stromabieiterfahnen (4) eines Pols elektrisch leitend miteinander verpresst und/oder verschweißt sind, wobei das Zellengehäuse zwei elektrisch leitende Gehäuseteile (8) umfasst, die voneinander elektrisch isoliert sind, wobei die Stromabieiterfahnen (4) jeweils einer Polarität mit einem der elektrisch leitenden Gehäuseteile (δ) elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabieiterfahnen (4) jeweils einer Polarität mit dem elektrisch leitenden Gehäuseteil (8) durch indirektes Punktschweißen mittels zweier auf das Gehäuseteil (8) gepresster Schweißelektroden (10) elektrisch leitend verbunden sind.
17. Einzelzelle (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Pole aus Kupfer gebildet ist und dass zwischen dem aus Kupfer gebildeten Pol und dem entsprechenden, aus Aluminium gebildeten Gehäuseteil (8) eine Folie aus einem Zusatzwerkstoff eingelegt ist.
18. Einzelzelle (2) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus dem Zusatzwerkstoff Nickel umfasst.
19. Einzelzelle (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Pole aus Aluminium gebildet und mit dem entsprechenden, aus Aluminium gebildeten Gehäuseteil (8) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der andere der Pole aus Kupfer gebildet und mit dem entsprechenden, zumindest in einem Kontaktbereich zum Pol Kupfer umfassenden Gehäuseteil (8) elektrisch leitend verbunden ist.
20. Einzelzelle (2) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer umfassende Gehäuseteil (8) an einer Außenseite mit einer Aluminiumschicht versehen ist.
21. Einzelzelle (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzelle (2) in Form einer Flachzelle gebildet ist, wobei die Gehäuseteile (8) als im Wesentlichen flache Bleche einander parallel liegend ausgebildet sind, wobei die Gehäuseteile (8) durch einen randseitig umlaufenden Rahmen (6) voneinander elektrisch isoliert sind.
22. Einzelzelle (2) nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen (6) zwei voneinander beabstandete Materialrücknahmen (7) zur Aufnahme der Stromabieiterfahnen (4) gleicher Polarität vorgesehen sind.
23. Einzelzelle (2) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stromabieiterfahnen (4) gleicher Polarität und der Materialrücknahme (7) eine elastische Matte (15) angeordnet ist.
24. Einzelzelle (2) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Matte (15) Glasfasern umfasst.
25. Einzelzelle (2) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Matte (15) als ein Keramikvlies ausgebildet ist.
26. Einzelzelle (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabieiterfahne (4) als ein nach außerhalb des Elektrodenstapels (1) geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie (3) ausgebildet ist.
27. Einzelzelle (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenfolie (3) als eine Kupfer- und/oder eine Aluminiumfolie oder eine Folie aus einer derartigen Legierung gebildet ist.
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