DE102012218188B4 - Battery cell with cover plate fixed in the housing by gluing - Google Patents

Battery cell with cover plate fixed in the housing by gluing Download PDF

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Abstract

Batteriezelle (1), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, aufweisend:ein Wickelelement (3) aus einem gewickelten Stapel (5) aus einer mit Anodenmaterial beschichteten ersten Folie, einer mit Kathodenmaterial beschichteten zweiten Folie und zwei als Diaphragmen dienenden Kunststofffolien,einen Elektrolyten,zwei Stromabnehmer (7, 9), von denen einer mit der ersten Folie elektrisch leitfähig verbunden ist und einer mit der zweiten Folie elektrisch leitfähig verbunden ist,ein Gehäuse (11) mit einem Behälter (13) und einer Deckelanordnung (15);wobei der Behälter (13) eine Öffnung (14) aufweist, durch die das Wickelelement (3) und die beiden Stromabnehmer (7, 9) während der Fertigung der Batteriezelle (1) in das Gehäuse (11) eingebracht werden können,wobei die Deckelanordnung (15) eine in der Öffnung (14) des Behälters (13) angeordnete Deckplatte (23) aufweist und die Öffnung (14) des Behälters (13) gasdicht und druckdicht abschließt, dadurch gekennzeichnet, dassdie Deckplatte (23) in der Öffnung (14) des Behälters (13) mittels eines Klebstoffes (31) gehalten ist, wobei eine Dichtanordnung (32) derart vorgesehen ist, dass verhindert wird, dass in das Gehäuse (11) eingefüllter Elektrolyt in Kontakt mit dem Klebstoff (31) gelangt, wobei die Dichtanordnung (32) mit einem gegen den Elektrolyten resistenten Elastomer ausgeführt ist.A battery cell (1), in particular a lithium-ion battery cell, comprising: a winding element (3) made of a wound stack (5) made of a first foil coated with anode material, a second foil coated with cathode material and two plastic foils serving as diaphragms, an electrolyte, two current collectors (7, 9), one of which is electrically conductively connected to the first film and one is electrically conductively connected to the second film, a housing (11) with a container (13) and a lid arrangement (15); wherein the Container (13) has an opening (14) through which the winding element (3) and the two current collectors (7, 9) can be introduced into the housing (11) during manufacture of the battery cell (1), the cover arrangement (15 ) has a cover plate (23) arranged in the opening (14) of the container (13) and seals the opening (14) of the container (13) in a gas-tight and pressure-tight manner, characterized in that the cover plate (23) in the Opening (14) of the container (13) is held by means of an adhesive (31), a sealing arrangement (32) being provided in such a way that it is prevented that electrolyte filled into the housing (11) comes into contact with the adhesive (31) , wherein the sealing arrangement (32) is made with an elastomer resistant to the electrolyte.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batteriezelle.The present invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell. The invention also relates to a motor vehicle with such a battery cell.

Stand der TechnikState of the art

Batteriezellen, teilweise auch als Akkumulatorzellen bezeichnet, dienen zur chemischen Speicherung von elektrisch zur Verfügung gestellter Energie. Bereits heute werden Batteriezellen zur Energieversorgung einer Vielzahl mobiler Geräte eingesetzt. Zukünftig sollen Batteriezellen unter anderem zur Energieversorgung von mobilen Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, zu Land wie auch zu Wasser, oder zur stationären Zwischenspeicherung von aus alternativen Energiequellen stammender elektrischer Energie eingesetzt werden.Battery cells, sometimes also referred to as accumulator cells, are used for the chemical storage of electrically provided energy. Battery cells are already used today to supply energy to a large number of mobile devices. In the future, battery cells are to be used, among other things, to supply energy to mobile electric vehicles or hybrid vehicles, on land as well as on water, or for stationary intermediate storage of electrical energy from alternative energy sources.

Hierzu wird meist eine Vielzahl von Batteriezellen zu Batteriepaketen zusammengesetzt. Um hierbei ein zur Verfügung stehendes Paketvolumen möglichst effizient auszunutzen, werden für solche Zwecke vornehmlich Batteriezellen mit einer prismatischen, beispielsweise einer Quader-artigen Form eingesetzt.For this purpose, a large number of battery cells are usually combined to form battery packs. In order to use the available package volume as efficiently as possible, battery cells with a prismatic, for example a cuboid-like shape are primarily used for such purposes.

Wegen ihrer möglichen hohen Energiedichte, thermischen Stabilität und fehlendem Memory-Effekt wird für anspruchsvolle Anwendungen wie beispielsweise Speicherlösungen für Kraftfahrzeuge meist eine Lithium-Ionen-Akku-Technologie eingesetzt, welche aufgrund der hohen wirtschaftlichen Bedeutung einer zukünftigen Elektromobilität derzeit intensiv weiterentwickelt wird.Due to its possible high energy density, thermal stability and lack of memory effect, lithium-ion battery technology is usually used for demanding applications such as storage solutions for motor vehicles, which is currently being intensively developed due to the high economic importance of future electric mobility.

Es existieren bereits viele verschiedene Typen von Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, und ferner insbesondere Batteriezellen mit prismatischer Form. Allerdings weisen Batteriezellen meist einen komplexen Aufbau auf, bei dem zum Zusammenbau der gesamten Batteriezelle eine Vielzahl unterschiedlicher Einzelteile und eine Vielzahl von materialbearbeitenden Verfahren eingesetzt werden.Many different types of battery cells already exist, in particular lithium-ion battery cells, and furthermore in particular battery cells with a prismatic shape. However, battery cells usually have a complex structure in which a large number of different individual parts and a large number of material processing methods are used to assemble the entire battery cell.

Insbesondere werden beim Zusammenbau der Einzelteile z.B. Schweißverfahren eingesetzt, um beispielsweise einen oben offenen Behälter eines Batteriezellengehäuses mit einer Deckplatte einer den Behälter verschließenden Deckelanordnung stoffschlüssig und somit hermetisch dicht zu verbinden.In particular, when assembling the individual parts, welding processes, for example, are used, for example to materially and thus hermetically tightly connect a container of a battery cell housing, which is open at the top, to a cover plate of a cover arrangement that closes the container.

Aus dem Dokument EP 2 333 869 A1 ist eine Batteriezelle bekannt, die ein Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen umfasst.From the document EP 2 333 869 A1 a battery cell is known which comprises a housing made of two housing parts.

Aus dem Dokument DE 10 2010 026 093 A1 ist eine galvanische Zelle bekannt, die zwei Einhausungsteile umfasst, welche mittels einer Dichtung miteinander verbunden sind.From the document DE 10 2010 026 093 A1 a galvanic cell is known which comprises two housing parts which are connected to one another by means of a seal.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Mit Hilfe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann unter anderem auf bestimmte stoffschlüssige Verbindungsverfahren wie z.B. Schweißen beim Zusammenbau einer Batteriezelle verzichtet werden bzw. deren Einsatz zumindest an für die Batteriezelle ungünstigen Positionen vermieden werden. Aus solchen Verbindungsverfahren resultierende Nachteile können somit verhindert werden.With the aid of embodiments of the present invention, it is possible, inter alia, to dispense with certain material connection methods such as welding when assembling a battery cell or to avoid their use at least in positions that are unfavorable for the battery cell. Disadvantages resulting from such connection methods can thus be prevented.

Es wird eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle vorgeschlagen, die wenigstens ein Wickelelement, einen Elektrolyten, zwei Stromabnehmer und ein prismatisch geformtes Gehäuse aufweist. Das Wickelelement weist einen gewickelten Stapel aus einer mit Anodenmaterial beschichteten ersten Folie, einer mit Kathodenmaterial beschichteten zweiten Folie und zwei als Diaphragmen dienenden Kunststofffolien auf. Jeder der Stromabnehmer ist mit einer der ersten oder zweiten Folie elektrisch leitfähig verbunden. Das Gehäuse besteht aus einem Behälter und einer Deckelanordnung. Der Behälter weist hierbei eine Öffnung auf, durch die das Wickelelement und die beiden Stromabnehmer während der Fertigung der Batteriezelle in das Gehäuse eingebracht werden können. Die Deckelanordnung ist dazu ausgebildet, die Öffnung des Behälters gasdicht und druckdicht abzuschließen und verfügt über eine in der Öffnung des Behälters angeordnete Deckplatte. Die Batteriezelle zeichnet sich dadurch aus, dass die Deckplatte in der Öffnung des Behälters mittels eines Klebstoffes gehalten ist wobei eine Dichtanordnung derart vorgesehen ist, dass verhindert wird, dass in das Gehäuse eingefüllter Elektrolyt in Kontakt mit dem Klebstoff gelangt, wobei die Dichtanordnung mit einem gegen den Elektrolyten resistenten Elastomer ausgeführt ist.A battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, is proposed which has at least one winding element, an electrolyte, two current collectors and a prismatically shaped housing. The winding element has a wound stack of a first foil coated with anode material, a second foil coated with cathode material and two plastic foils serving as diaphragms. Each of the current collectors is electrically conductively connected to one of the first or second foils. The housing consists of a container and a lid assembly. The container here has an opening through which the winding element and the two current collectors can be introduced into the housing during the manufacture of the battery cell. The lid arrangement is designed to close the opening of the container in a gas-tight and pressure-tight manner and has a cover plate arranged in the opening of the container. The battery cell is characterized in that the cover plate is held in the opening of the container by means of an adhesive, a sealing arrangement being provided in such a way that electrolyte filled into the housing is prevented from coming into contact with the adhesive the electrolyte-resistant elastomer is made.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batteriezelle liegen unter anderem die folgenden Ideen und Erkenntnisse zugrunde:

  • Bei herkömmlichen Batteriezellen wird eine Deckplatte meist in die zu verschließende Öffnung des Behälters eingeführt und dann an ihrem Rand mit einer Innenoberfläche des Behälters verschweißt. Hierzu kann beispielsweise ein Laserschweißprozess eingesetzt werden. Die sich beim Verschweißen bildende stoffschlüssige Verbindung kann eine hermetische Abdichtung der Deckplatte gegenüber dem Behälter bewirken. Eine solche hermetische Abdichtung wird benötigt, um zu verhindern, dass in dem Behälter aufgenommener Elektrolyt aus der Batteriezelle austreten kann beziehungsweise schädliche Feuchtigkeit von außen in das Innere des Gehäuses der Batteriezelle eindringen kann.
Embodiments of the battery cell according to the invention are based, inter alia, on the following ideas and findings:
  • In conventional battery cells, a cover plate is usually inserted into the opening of the container to be closed and then welded at its edge to an inner surface of the container. A laser welding process, for example, can be used for this purpose. The material connection that forms during welding can be a hermetic one Effect a seal between the cover plate and the container. Such a hermetic seal is required in order to prevent electrolyte accommodated in the container from escaping from the battery cell or harmful moisture from outside penetrating into the interior of the housing of the battery cell.

Allerdings wurde beobachtet, dass bei einem Schweißprozess in der Regel so genannte Schweißwülste, auch als Schweißaufwürfe bezeichnet, entstehen können. Diese Schweißwülste können bereichsweise über das Gehäuse der Batteriezelle überstehen. Wenn mehrere Batteriezellen in einem Paket oder einem Modul angeordnet werden sollen, können solche Schweißwülste verhindern, dass benachbarte Batteriezellen mit ihrem Gehäuse glatt aneinander anliegen. Wenn die Außenflächen der Gehäuse benachbarter Batteriezellen nicht vollflächig aneinander anliegen können, kann ein korrektes Montieren der Batteriezellen zu einem Paket beziehungsweise Zellmodul erschwert werden.However, it has been observed that so-called weld beads, also known as sweat bulges, can usually arise during a welding process. These weld beads can protrude over the housing of the battery cell in some areas. If several battery cells are to be arranged in a package or a module, welding beads of this type can prevent adjacent battery cells from resting smoothly against one another with their housing. If the outer surfaces of the housings of adjacent battery cells cannot fully rest against one another, correct assembly of the battery cells to form a package or cell module can be made more difficult.

Außerdem wurde beobachtet, dass sich das Gehäuse einer Batteriezelle durch die bei einem Schweißprozess frei werdende Hitzeeinwirkung verformen kann. Eine derartige Verformung kann wiederum zu Problemen bei der Montage von Batteriezellen zu einem Zellmodul führen.It was also observed that the housing of a battery cell can be deformed by the heat released during a welding process. Such a deformation can in turn lead to problems when assembling battery cells to form a cell module.

Angesichts der beschriebenen Probleme wird vorgeschlagen, die Deckplatte nicht mehr an ihrem Rand mit den Seitenwänden des Behälters zu verschweißen sondern die Deckplatte in der Öffnung des Behälters mittels eines Klebstoffes zu fixieren. Beim Zusammenbau der Batteriezelle kann hierfür die Deckplatte in die Öffnung des Behälters eingebracht werden und zwischen einem Seitenrand der Deckplatte und einer Innenoberfläche des Behälters ein Klebstoff zwischengelagert werden. Nach seinem Aushärten sorgt dieser Klebstoff dafür, dass die Deckplatte in der Öffnung des Behälters mechanisch derart fest gehalten wird, dass auch bei einem erhöhten Innendruck innerhalb des Batteriezellengehäuses von beispielsweise bis zu 6000 hPa keine Gefahr besteht, dass sich die Deckplatte aus der Öffnung des Behälters löst.In view of the problems described, it is proposed that the edge of the cover plate should no longer be welded to the side walls of the container, but rather that the cover plate should be fixed in the opening of the container by means of an adhesive. When assembling the battery cell, the cover plate can be introduced into the opening of the container for this purpose and an adhesive can be temporarily stored between a side edge of the cover plate and an inner surface of the container. After it has hardened, this adhesive ensures that the cover plate is held mechanically firmly in the opening of the container in such a way that even with an increased internal pressure inside the battery cell housing of up to 6000 hPa, for example, there is no risk that the cover plate will come out of the opening of the container solves.

Ein zum Verkleben des Verschlussstopfens mit der Deckplatte verwendeter Klebstoff kann ein mikroverkapselter Klebstoff sein. Solche mikroverkapselten Klebstoffe beinhalten winzige mit einer Klebesubstanz gefüllte Kapseln. Der mikroverkapselte Klebstoff kann schon vor der Montage der Batteriezelle auf zu verklebende Oberflächen an der Deckplatte und / oder der der Innenoberfläche des Behälters im Bereich von dessen Öffnung aufgebracht werden. Beim passgenauen Einbringen der Deckplatte in die Öffnung des Behälters wird die Mikroverkapselung zerstört, so dass der Klebstoff freigesetzt wird und nach einem Aushärten die zu verklebenden Oberflächen mechanisch stabil verbindet. Mikroverkapselte Klebstoffe werden beispielsweise auch zum Sichern von Schraubverbindungen gegen selbstständiges Losdrehen eingesetzt. Ein Beispiel eines mikroverkapselten Klebstoffs wird unter der Marke Loctite® vertrieben.An adhesive used to glue the sealing plug to the cover plate can be a microencapsulated adhesive. Such microencapsulated adhesives include tiny capsules filled with an adhesive substance. The microencapsulated adhesive can be applied to surfaces to be bonded on the cover plate and / or on the inner surface of the container in the area of its opening before the battery cell is installed. When the cover plate is precisely inserted into the opening of the container, the microencapsulation is destroyed, so that the adhesive is released and, after curing, connects the surfaces to be bonded in a mechanically stable manner. Microencapsulated adhesives are also used, for example, to secure screw connections against unscrewing. An example of a microencapsulated adhesive is sold under the Loctite® trademark.

Es wurde jedoch beobachtet, dass die meisten Klebstoffe von dem in das Gehäuse eingefüllten Elektrolyt chemisch angegriffen werden. Um einerseits eine langfristige Stabilität des Gehäuses trotz des darin aufgenommenen aggressiven Elektrolyten und andererseits eine langfristige Dichtheit gegenüber ungewolltem Eindringen beispielsweise von Wasser gewährleisten zu können, wird ergänzend zu der Verklebung der Deckplatte innerhalb der Behälteröffnung vorgesehen, dass zwischen der Deckplatte und der Innenwand des Behälters im Bereich der zu verschließenden Öffnung eine zusätzliche Dichtanordnung vorgesehen ist, die verhindert, dass der Klebstoff mit dem Elektrolyten in Kontakt kommt.However, it has been observed that most adhesives are chemically attacked by the electrolyte filled into the housing. In order to be able to ensure long-term stability of the housing despite the aggressive electrolyte contained therein and, on the other hand, long-term tightness against unwanted ingress of water, for example, it is provided in addition to the gluing of the cover plate within the container opening that between the cover plate and the inner wall of the container in the In the area of the opening to be closed, an additional sealing arrangement is provided which prevents the adhesive from coming into contact with the electrolyte.

Um die Deckplatte langfristig stabil in der Behälteröffnung verkleben zu können, kann die Deckplatte an ihrem Rand eine in das Gehäuse hineinragende Auskragung aufweisen, so dass die Deckplatte entlang dieser Auskragung mit einer Innenoberfläche des Behälters vorzugsweise großflächig an einem ersten Teilbereich verklebt werden kann. Die Auskragung der Deckplatte kann sich im Wesentlichen parallel zu der Innenoberfläche des Behälters erstrecken und im zusammengebauten Zustand der Batteriezelle möglichst direkt an dieser Innenoberfläche flächig anliegen. Eine Verklebung zwischen dem Rand der Deckplatte und der Innenoberfläche des Gehäuses kann somit die Deckplatte ringförmig umschließen und dadurch für einen zuverlässigen Halt der Deckplatte innerhalb der Behälteröffnung sorgen. Es ist jedoch auch möglich, die Deckplatte lediglich an einigen möglichst homogen verteilten Stellen entlang des Umfangs der Deckplatte mit der Innenoberfläche des Behälters zu verkleben, da die Verklebung lediglich für einen mechanischen Halt, nicht jedoch für eine gasdichte Abdichtung des Gehäuses sorgen braucht.In order to be able to glue the cover plate in the container opening in a stable manner over the long term, the cover plate can have a projection protruding into the housing on its edge, so that the cover plate can be glued along this projection to an inner surface of the container, preferably over a large area on a first partial area. The projection of the cover plate can extend essentially parallel to the inner surface of the container and, in the assembled state of the battery cell, lie flat as directly as possible on this inner surface. A bond between the edge the cover plate and the inner surface of the housing can thus encircle the cover plate and thereby ensure a reliable hold of the cover plate within the container opening. However, it is also possible to glue the cover plate to the inner surface of the container only at a few locations distributed as homogeneously as possible along the circumference of the cover plate, since the glue only needs to provide mechanical support, but not a gas-tight seal of the housing.

Um für die gasdichte Abdichtung des Gehäuses zu sorgen und um den Klebstoff vor einem Angriff des Elektrolyten zu schützen, kann die Deckplatte in einem zweiten Teilbereich, der bezogen auf den ersten Teilbereich der Auskragung, der mit der Innenoberfläche des Behälters verklebt ist, näher zum Innern des Gehäuses angeordnet ist, eine Dichtanordnung in Form einer Dichtwulst aufweisen. Die Dichtwulst kann entlang der gesamten Auskragung vorgesehen sein. Somit kann die Dichtwulst die Deckplatte an deren Umfangsrand vollständig ringförmig umgeben und für eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Deckplatte und der Innenoberfläche des Behälters im Bereich der Öffnung sorgen.In order to ensure the gas-tight seal of the housing and to protect the adhesive from attack by the electrolyte, the cover plate can be closer to the inside in a second partial area, which is based on the first partial area of the projection that is glued to the inner surface of the container of the housing is arranged to have a sealing arrangement in the form of a sealing bead. The sealing bead can be provided along the entire projection. The sealing bead can thus completely surround the cover plate at its peripheral edge and ensure a reliable seal between the cover plate and the inner surface of the container in the region of the opening.

Die Dichtwulst kann als separater O-Ring ausgebildet sein. Ein solcher O-Ring kann als separate Baukomponente bereitgestellt werden und vor oder beim Zusammenbau der Batteriezelle auf die Auskragung der Deckplatte aufgezogen werden. Vorzugsweise ist hierfür in der Auskragung eine Nut vorgesehen, in die der O-Ring formschlüssig eingelegt werden kann.The sealing bead can be designed as a separate O-ring. Such an O-ring can be provided as a separate structural component and pulled onto the projection of the cover plate before or during the assembly of the battery cell. For this purpose, a groove is preferably provided in the projection, into which the O-ring can be inserted in a form-fitting manner.

Alternativ oder ergänzend kann die Dichtwulst mithilfe einer Dichtlippe ausgebildet sein, die an die Auskragung der Deckplatte angespritzt ist. Mit anderen Worten kann an die Deckplatte ein Kunststoff beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren angebracht werden, der aufgrund seiner Elastizität und Geometrie als Dichtlippe wirkt.As an alternative or in addition, the sealing bead can be formed with the aid of a sealing lip which is injection-molded onto the projection of the cover plate. In other words, a plastic can be attached to the cover plate, for example by an injection molding process, which, due to its elasticity and geometry, acts as a sealing lip.

Die Dichtanordnung, insbesondere die zuvor beschriebene Dichtwulst, kann mit einem gegen den Elektrolyten resistenten Elastomer ausgeführt sein. Ein solches Elastomer kann beispielsweise ein Fluorpolymer enthalten. Beispielsweise wird von der Firma DuPont ein gegen viele Elektrolyte widerstandsfähiges Elastomer unter dem Markennamen Viton®, teilweise mit dem Zusatz FKM, vertrieben.The sealing arrangement, in particular the sealing bead described above, can be designed with an elastomer that is resistant to the electrolyte. Such an elastomer can contain a fluoropolymer, for example. For example, the DuPont company sells an elastomer that is resistant to many electrolytes under the brand name Viton®, sometimes with the addition of FKM.

Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile einer erfindungsgemäßen Batteriezelle hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann versteht, dass die einzelnen Merkmale in geeigneter Weise miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden können, um auf diese Weise zu weiteren Ausführungsformen und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen.It is pointed out that possible features and advantages of a battery cell according to the invention are described herein with reference to different embodiments. A person skilled in the art understands that the individual features can be combined with one another or exchanged in a suitable manner in order to arrive at further embodiments and possibly synergy effects in this way.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

  • 1 zeigt eine Explosionszeichnung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle.
  • 2 zeigt ein Paket aus mehreren nebeneinander angeordneten Batteriezellen.
  • 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Gehäuse einer Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Gehäuse einer Batteriezelle gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings, neither the description nor the drawings being to be construed as restricting the invention.
  • 1 shows an exploded view of a lithium-ion battery cell.
  • 2 shows a package of several battery cells arranged next to one another.
  • 3 shows a cross section through a housing of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • 4th shows a cross section through a housing of a battery cell according to an alternative embodiment of the present invention.
  • 5 shows a motor vehicle with a battery according to an embodiment of the present invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Merkmale.The figures are only schematic and not true to scale. In the figures, the same reference symbols denote features that are the same or have the same effect.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine konventionelle Lithium-Ionen-Batteriezelle in einer Explosionsansicht. Es ist zu erkennen, dass die Batteriezelle aus einer Vielzahl einzelner Komponenten besteht, die separat vorgehalten werden und während der Fertigung aufwendig zusammengebaut werden müssen. Es werden hierin lediglich die für das Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung notwendigen Bauteile und deren Merkmale beschrieben, auf eine Beschreibung der übrigen Bauteile der Batteriezelle wird verzichtet. 1 shows a conventional lithium-ion battery cell in an exploded view. It can be seen that the battery cell consists of a large number of individual components that are kept separately and have to be assembled in a complex manner during production. Only the components and their features necessary for an understanding of embodiments of the invention are described here; a description of the other components of the battery cell is dispensed with.

Die Batteriezelle 1 weist ein Wickelelement 3 mit einem gewickelten Stapel 5 aus einer Kupferfolie, welche mit Anodenmaterial beschichtet ist, und einer Aluminiumfolie, welche mit Kathodenmaterial beschichtet ist, sowie dazwischen liegenden Kunststofffolien, die als Diaphragmen dienen, auf.The battery cell 1 has a winding element 3 with a wrapped pile 5 of a copper foil, which is coated with anode material, and an aluminum foil, which is coated with cathode material, as well as plastic foils in between, which serve as diaphragms.

Zur elektrischen Kontaktierung werden an die Kupferfolie und die Aluminiumfolie Stromabnehmer 7, 9 angeschweißt, so dass die Stromabnehmer mit der Anode und der Kathode des Wickelelements elektrisch verbunden sind.Current collectors are placed on the copper foil and the aluminum foil for electrical contacting 7th , 9 welded so that the current collectors are electrically connected to the anode and the cathode of the winding element.

Das Wickelelement 3 wird zusammen mit den beiden Stromabnehmern 7, 9 in ein dichtes Gehäuse 11 eingebracht, in das auch der Elektrolyt eingefüllt wird. Das quaderförmige Gehäuse 11 besteht aus einem nach oben offenen Behälter 13 und einer die obere Öffnung 14 des Behälters 13 dicht verschließenden Deckelanordnung 15. Die Deckelanordnung 15 enthält als Hauptbestandteil eine Deckplatte 23, die so ausgebildet ist, dass sie in die Öffnung 14 des Behälters 13 passt und an ihrem Rand mit einer Innenoberfläche dieses Behälters 13 verschweißt werden kann.The winding element 3 will work together with the two pantographs 7th , 9 in a tight housing 11 introduced into which the electrolyte is also filled. The cuboid housing 11 consists of a container that is open at the top 13th and one the top opening 14th of the container 13th tightly closing lid assembly 15th . The lid arrangement 15th contains a cover plate as the main component 23 that is designed to go into the opening 14th of the container 13th fits and on its edge with an inner surface of this container 13th can be welded.

Weitere in der Figur gezeigte Bestandteile der Deckelanordnung 15 dienen zu anderen Zwecken wie einer Durchführung einer nach außen reichenden Kontaktanordnung sowie Sicherungseinrichtungen zur Vermeidung von Überdrücken beziehungsweise überhöhter Temperatur in der Batteriezelle, und sollen hier nicht näher erläutert werden.Further components of the cover arrangement shown in the figure 15th serve for other purposes such as a lead-through of an outward-reaching contact arrangement and safety devices to avoid excess pressure or excessive temperature in the battery cell, and should not be explained in more detail here.

Dadurch, dass bei herkömmlichen Batteriezellen die Deckplatte 23 meist durch Laserschweißen mit dem Behälter 13 verbunden wird, können Probleme beim nachfolgenden Zusammenbau solcher Batteriezellen 1 zu einem Zellpaket 21, wie es in 2 dargestellt ist, auftreten. Da es beim Verschweißen der Deckplatte 23 mit dem Behälter 13 zur Bildung einer Schweißnaht 25 und damit verbunden zu so genannten Schweißaufwürfen 26 kommt, welche seitlich über eine Mantelfläche des Behälters 13 überragen können, können beim Stapeln der Batteriezellen 1 Schwierigkeiten dahingehend auftreten, dass benachbarte Batteriezellen 1 nicht mehr vollflächig miteinander in Anlage kommen. Dies kann einerseits zu ungenutztem Volumen innerhalb des Batteriepakets 21 führen und andererseits in einer instabilen Fixierung der Batteriezellen 1 innerhalb des gesamten Batteriepakets 21 resultieren.As a result of the fact that with conventional battery cells, the cover plate 23 mostly by laser welding with the container 13th connected, problems can arise in the subsequent assembly of such battery cells 1 to a cell package 21 as it is in 2 is shown. As it is when welding the cover plate 23 with the container 13th to form a weld seam 25th and associated with so-called sweat build-ups 26th comes, which laterally over a lateral surface of the container 13th can protrude when stacking the battery cells 1 Difficulties arise in that neighboring battery cells 1 no longer come into full contact with one another. On the one hand, this can lead to unused volume within the battery pack 21 lead and on the other hand in an unstable fixation of the battery cells 1 within the entire battery pack 21 result.

Um die Bildung einer Schweißnaht 25 sowie von Schweißaufwürfen 26 vermeiden zu können, wird vorgeschlagen, die Deckplatte 23 nicht durch Schweißen sondern durch eine Klebeverbindung in dem Behälter 13 zu fixieren.About the formation of a weld 25th as well as sweating 26th to be able to avoid, it is suggested to use the cover plate 23 not by welding but by an adhesive bond in the container 13th to fix.

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist hierzu ein Außenrand 27 der Deckplatte 23 nach unten, das heißt zum Innern des Behälters 13 bzw. hin zu dessen Boden, umgebogen, so dass sich an einem Außenumfang der Deckplatte 23 eine nach unten abragende Auskragung 29 bildet. Die Auskragung 29 steht dabei quer, vorzugsweise rechtwinklig von der ansonsten im Wesentlichen ebenen Deckplatte 23 ab. Die Auskragung 29 bildet eine ringförmige Fläche, deren Abmessungen so gewählt sind, dass die Auskragung 29 an ihrer Außenseite, nachdem die Deckplatte 23 in die Öffnung 14 des Behälters 13 eingebracht wurde, in direkter mechanischer Anlage oder zumindest in direkter Nähe zu einer Innenoberfläche 37 einer Seitenwand 35 des Behälters 13 steht.At the in 3 The embodiment shown is an outer edge for this purpose 27 the cover plate 23 downwards, i.e. towards the inside of the container 13th or towards its bottom, bent over so that on an outer circumference of the cover plate 23 a downward protruding overhang 29 forms. The cantilever 29 stands transversely, preferably at right angles, from the otherwise essentially flat cover plate 23 away. The cantilever 29 forms an annular surface, the dimensions of which are chosen so that the projection 29 on its outside after the cover plate 23 into the opening 14th of the container 13th was introduced, in direct mechanical system or at least in direct proximity to an inner surface 37 a side wall 35 of the container 13th stands.

Zwischen der Außenseite der Auskragung 29 der Deckplatte 23 und der Innenoberfläche 37 des Behälters 13 ist eine Schicht aus Klebstoff 31 angeordnet. Der Klebstoff 31 kann dabei vorab auf die Außenseite der Auskragung 29 und / oder die Innenoberfläche 37 aufgebracht werden. Vorzugsweise ist der Klebstoff 31 in Form einer Schicht mit beispielsweise einer Breite von einigen Millimetern aufgebracht, um eine großflächige und somit stabile Verklebung zwischen der Deckplatte 23 und dem Behälter 13 erreichen zu können. Als Klebstoff 31 wird vorzugsweise ein verkapselter Klebstoff eingesetzt, der vorab zumindest auf eine der zu verklebenden Oberflächen aufgebracht werden kann und beim Einführen der Deckplatte 23 in die Öffnung 14 des Behälters 13 aktiviert wird, indem die Verkapselung des Klebstoffs aufgebrochen und das eigentlich haftende Klebemittel freigesetzt wird und dann aushärten kann.Between the outside of the overhang 29 the cover plate 23 and the inner surface 37 of the container 13th is a layer of glue 31 arranged. The adhesive 31 can do this in advance on the outside of the projection 29 and / or the inner surface 37 be applied. Preferably the adhesive is 31 Applied in the form of a layer with a width of a few millimeters, for example, in order to create a large-area and therefore stable bond between the cover plate 23 and the container 13th to be able to achieve. As an adhesive 31 an encapsulated adhesive is preferably used, which can be applied beforehand to at least one of the surfaces to be bonded and when the cover plate is inserted 23 into the opening 14th of the container 13th is activated by breaking the encapsulation of the adhesive and releasing the adhesive that is actually adhesive and then allowing it to harden.

Unterhalb des Klebstoffs 31, das heißt, näher zum Innern des Gehäuses 11, ist an der Auskragung 29 eine Dichtanordnung 32 in Form einer Dichtwulst 33 angeordnet. Die Dichtwulst 33 ist hierbei mit einem separaten O-Ring 41 gebildet. Der O-Ring 41 ist in einer in der Auskragung 29 umlaufend eingebrachten Nut 39 formschlüssig aufgenommen. Der O-Ring 41 besteht aus einem Kunststoff, beispielsweise einem Elastomer, der einerseits ausreichend elastisch ist, um für eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Auskragung 29 der Deckplatte 23 und der Innenoberfläche 37 des Behälters 13 zu sorgen, und der andererseits ausreichend resistent gegenüber dem im Innern des Gehäuses 11 aufgenommenen Elektrolyten ist, um eine langfristige Dichtigkeit gewährleisten zu können. Beispielsweise kann der O-Ring aus FKM Viton® oder EPDM oder einem anderen gegen den Elektrolyten resistenten Elastomer gebildet sein.Below the glue 31 , that is, closer to the inside of the case 11 , is at the cantilever 29 a sealing arrangement 32 in the form of a sealing bead 33 arranged. The sealing bead 33 is here with a separate O-ring 41 educated. The O-ring 41 is in one in the cantilever 29 circumferential groove 39 positively recorded. The O-ring 41 consists of a plastic, for example an elastomer, which on the one hand is sufficiently elastic to ensure a reliable seal between the projection 29 the cover plate 23 and the inner surface 37 of the container 13th to ensure, and on the other hand sufficiently resistant to the inside of the housing 11 absorbed electrolyte is to ensure a long-term tightness can. For example, the O-ring may be made of FKM Viton ® or EPDM or another be formed against the electrolyte resistant elastomer.

In 4 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der eine Auskragung 29 der Deckplatte 23 mit einer Dichtanordnung 32 mit einer aufgespritzten Dichtlippe 43 versehen ist. Die Dichtlippe 43 ist derart an dem die Auskragung 29 bildenden nach unten umgebogenen Rand 27 der Deckplatte 23 angespritzt, dass sie seitlich nach außen über die Deckplatte 23 übersteht. Beim Einbringen der Deckplatte 23 in die Öffnung 14 des Behälters 13 wird die Dichtlippe 43 zwischen der Auskragung 29 und der Innenoberfläche 37 des Behälters 13 eingeklemmt und sorgt für eine zuverlässige Abdichtung, so dass kein Elektrolyt an die darüber befindliche Klebeschicht 31 gelangen und diese chemisch angreifen kann.In 4th an alternative embodiment is shown in which a projection 29 the cover plate 23 with a sealing arrangement 32 with a sprayed-on sealing lip 43 is provided. The sealing lip 43 is such on which the cantilever 29 forming edge bent downwards 27 the cover plate 23 molded so that it laterally outwards over the cover plate 23 survives. When inserting the cover plate 23 into the opening 14th of the container 13th becomes the sealing lip 43 between the overhang 29 and the inner surface 37 of the container 13th clamped and ensures a reliable seal so that no electrolyte gets to the adhesive layer above 31 and can attack them chemically.

Wesentlich für Ausführungsformen der hierin vorgeschlagenen Batteriezelle, wie sie beispielhaft in den 3 und 4 dargestellt sind, ist insbesondere, dass zwischen einer Klebeverbindung 31, die für eine mechanische Fixierung der Deckplatte 23 mit dem Behälter 13 sorgt, und einem im Innern des Gehäuses 11 aufgenommenen Elektrolyten eine Dichtanordnung 32 mit einer Dichtwulst 33 in Form beispielsweise eines O-Rings 41 oder einer Dichtlippe 43 vorgesehen ist. Auf diese Weise können nicht nur die Funktionen des Abdichtens des Gehäuses 11 einerseits und des mechanischen Verschließens beziehungsweise Fixierens der Deckplatte 23 in der Öffnung 14 des Behälters 13 andererseits voneinander getrennt werden, sondern es kann auch ein Klebstoff 31 verwendet werden, der selbst nicht beständig gegen den Elektrolyten ist, da dieser nicht mit dem Elektrolyten in Berührung kommt. Durch die Tatsache, dass kein elektrolytbeständiger Klebstoff notwendig ist, kann eine größere Auswahl von möglichen Klebstoffen zur Verfügung stehen.Essential for embodiments of the battery cell proposed herein, as exemplified in FIGS 3 and 4th are shown, is in particular that between an adhesive connection 31 for mechanical fixation of the cover plate 23 with the container 13th and one inside the case 11 absorbed electrolyte a sealing arrangement 32 with a sealing bead 33 in the form of an O-ring, for example 41 or a sealing lip 43 is provided. In this way, not only can the functions of sealing the housing 11 on the one hand and the mechanical closing or fixing of the cover plate 23 in the opening 14th of the container 13th on the other hand can be separated from each other, but it can also be an adhesive 31 which is not itself resistant to the electrolyte, since it does not come into contact with the electrolyte. Due to the fact that no electrolyte-resistant adhesive is necessary, a larger selection of possible adhesives is available.

Bei der vorgeschlagenen Klebe- und Dichtungsanordnung entstehen an einer Außenfläche des Behälters 13 keine Wülste beziehungsweise Aufwürfe, so dass einer korrekten Montage zu einem Batteriepaket, bei dem die Außenflächen der Batteriezellen plan aneinander liegen, keine solchen nach außen überstehenden Bereiche entgegenstehen. Des Weiteren findet keine Verformung der Bauteile beispielsweise durch Hitzeeinwirkung statt. Es wurde beobachtet, dass die Verwendung einer Dichtanordnung, wie sie hierin beschrieben wurde, eine ebenso gute Abdichtung der Batteriezelle zulässt, wie dies herkömmlich mit Schweißnähten erreicht wurde.In the proposed adhesive and sealing arrangement, arise on an outer surface of the container 13th no bulges or bulges, so that correct assembly into a battery pack, in which the outer surfaces of the battery cells are flat against one another, are not opposed by such outwardly protruding areas. Furthermore, there is no deformation of the components, for example due to the effects of heat. It has been observed that the use of a sealing arrangement as described herein allows the battery cell to be sealed just as well as has conventionally been achieved with weld seams.

5 zeigt ein Kraftfahrzeug 100, mit einer Batterie 102, die aus mehreren der oben beschriebenen Batteriezellen 1 zusammengesetzt ist. 5 shows a motor vehicle 100 , with one battery 102 made up of several of the battery cells described above 1 is composed.

Claims (7)

Batteriezelle (1), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, aufweisend: ein Wickelelement (3) aus einem gewickelten Stapel (5) aus einer mit Anodenmaterial beschichteten ersten Folie, einer mit Kathodenmaterial beschichteten zweiten Folie und zwei als Diaphragmen dienenden Kunststofffolien, einen Elektrolyten, zwei Stromabnehmer (7, 9), von denen einer mit der ersten Folie elektrisch leitfähig verbunden ist und einer mit der zweiten Folie elektrisch leitfähig verbunden ist, ein Gehäuse (11) mit einem Behälter (13) und einer Deckelanordnung (15); wobei der Behälter (13) eine Öffnung (14) aufweist, durch die das Wickelelement (3) und die beiden Stromabnehmer (7, 9) während der Fertigung der Batteriezelle (1) in das Gehäuse (11) eingebracht werden können, wobei die Deckelanordnung (15) eine in der Öffnung (14) des Behälters (13) angeordnete Deckplatte (23) aufweist und die Öffnung (14) des Behälters (13) gasdicht und druckdicht abschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (23) in der Öffnung (14) des Behälters (13) mittels eines Klebstoffes (31) gehalten ist, wobei eine Dichtanordnung (32) derart vorgesehen ist, dass verhindert wird, dass in das Gehäuse (11) eingefüllter Elektrolyt in Kontakt mit dem Klebstoff (31) gelangt, wobei die Dichtanordnung (32) mit einem gegen den Elektrolyten resistenten Elastomer ausgeführt ist.A battery cell (1), in particular a lithium-ion battery cell, comprising: a winding element (3) made of a wound stack (5) made of a first foil coated with anode material, a second foil coated with cathode material and two plastic foils serving as diaphragms, an electrolyte, two current collectors (7, 9), one of which is electrically conductively connected to the first film and one of which is electrically conductively connected to the second film, a housing (11) with a container (13) and a cover arrangement (15); wherein the container (13) has an opening (14) through which the winding element (3) and the two current collectors (7, 9) can be introduced into the housing (11) during manufacture of the battery cell (1), the cover arrangement (15) has a cover plate (23) arranged in the opening (14) of the container (13) and closes the opening (14) of the container (13) in a gas-tight and pressure-tight manner, characterized in that the cover plate (23) is in the opening ( 14) of the container (13) is held by means of an adhesive (31), a sealing arrangement (32) being provided in such a way that the electrolyte filled into the housing (11) does not come into contact with the adhesive (31), wherein the sealing arrangement (32) is made with an elastomer resistant to the electrolyte. Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei die Deckplatte (23) an ihrem Rand (27) eine in das Gehäuse (11) hineingerichtete Auskragung (29) aufweist und entlang der Auskragung (29) mit einer Innenoberfläche (37) des Behälters (13) an einem ersten Teilbereich verklebt ist.Battery cell after Claim 1 , wherein the cover plate (23) at its edge (27) has a projection (29) directed into the housing (11) and is glued along the projection (29) to an inner surface (37) of the container (13) at a first partial area . Batteriezelle nach Anspruch 2, wobei die Deckplatte (23) in einem zweiten Teilbereich, der bezogen auf den ersten Teilbereich der Auskragung (29), der mit der Innenoberfläche (37) des Behälters (13) verklebt ist, näher zum Innern des Gehäuses (11) angeordnet ist, eine Dichtwulst (33) als Dichtanordnung (32) aufweist.Battery cell after Claim 2 , wherein the cover plate (23) is arranged in a second partial area which is closer to the interior of the housing (11) in relation to the first partial area of the projection (29) which is glued to the inner surface (37) of the container (13), has a sealing bead (33) as a sealing arrangement (32). Batteriezelle nach Anspruch 3, wobei die Dichtwulst (33) als separater O-Ring (41) ausgebildet ist.Battery cell after Claim 3 , wherein the sealing bead (33) is designed as a separate O-ring (41). Batteriezelle nach Anspruch 3, wobei die Dichtwulst (33) als eine Dichtlippe (43) ausgebildet ist, die an die Auskragung (29) angespritzt ist.Battery cell after Claim 3 , wherein the sealing bead (33) is designed as a sealing lip (43) which is injection-molded onto the projection (29). Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Klebstoff (31) mikroverkapselt ist.Battery cell according to one of the Claims 1 until 5 wherein the adhesive (31) is microencapsulated. Kraftfahrzeug (100) aufweisend eine Batteriezelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.Motor vehicle (100) having a battery cell (1) according to one of the Claims 1 until 6th .
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