DE102012223796A1 - Anordnung zum Kontaktieren einer Elektrodenanordnung in einer Batteriezelle - Google Patents

Anordnung zum Kontaktieren einer Elektrodenanordnung in einer Batteriezelle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (12) zum Kontaktieren einer Elektrodenanordnung (14) in einer Batteriezelle (10) umfassend mindestens ein Gehäuseteil (20) mit mindestens einer Durchführung (30), in der mindestens ein Kontaktelement (32) von einer Seite des Gehäuseteils (20) zu einer anderen Seite des Gehäuseteils (20) geführt ist, wobei die Durchführung (30) als nano-spritztgegossene Durchführung (30) ausgebildet ist und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Erfindung betrifft zudem eine Batteriezelle (10) mit einer derartigen Anordnung (12) sowie ein Batteriesystem und ein Fahrzeug umfassend eine entsprechenden Batteriezelle (10).

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kontaktieren einer Elektrodenanordnung in einer Batteriezelle, die ein Gehäuseteil mit mindestens einer Durchführung umfasst, in der mindestens ein Kontaktelement von einer Seite des Gehäuseteils zu einer anderen Seite des Gehäuseteils geführt ist. Die Erfindung betrifft zudem eine Batteriezelle mit einer derartigen Anordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anordnung.
  • Wiederaufladbare Batteriezellen, welche auch als Sekundärzellen oder Akkumulatorzellen bezeichnet werden, sind typischerweise in Form von galvanischen Zellen ausgeführt, die als elektrochemischer Energiespeicher und Energiewandler dienen. Beim Laden der Batteriezelle wird dabei durch elektrochemische Reaktion elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Umgekehrt wird beim Entladen chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Elektrische Energie kann somit je nach Bedarf gespeichert oder einem Verbraucher bereitgestellt werden.
  • In der Anwendung werden typischerweise mehrere Batteriezellen zu Batteriepacks oder Batteriesystemen in Serie oder parallel geschaltet. Derartige Batteriesysteme werden beispielsweise in stationären Speicheranlagen, etwa für Windkraftanlagen, oder in Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Insbesondere im Bereich der Hybrid- und Elektrofahrzeuge setzen sich zunehmend Lithium-Ionen-Batteriezellen durch.
  • Typische Batteriezellen umfassen eine Elektrodenanordnung, die in einem Gehäuse angeordnet ist. Um eine elektrische Verbindung zwischen Batteriezellen oder zu einem Verbraucher zu realisieren, wird eine Durchführung im Gehäuse vorgesehen, die einen elektrischen Kontakt zwischen der Elektrodenanordnung innerhalb des Gehäuses mit einem Kontaktelement außerhalb des Gehäuses herzustellen. Dabei soll die Durchführung im Gehäuse so ausgelegt sein, dass das Gehäuse elektrisch isoliert und flüssigkeitsdicht ist.
  • Dazu umfasst die Durchführung üblicherweise Kunststoffdichtungen, die mittels mehrerer Bauteile am Gehäuse fixiert sind. Im Stand der Technik sind unterschiedliche Durchführungen für elektrische Kontakte bekannt.
  • In US 2005/0255380A1 ist eine Glas- zu Metallkonfiguration zum Abdichten von Lithium-Ionen-Batterien beschrieben, wobei ein Pin mit einer Beschichtung versehen wird und in einer Glasdichtung untergebracht wird.
  • Aus DE 60 2004 008 452 T2 ist eine Durchkontaktierung für elektrochemische Zellen bekannt, die eine elektrisch leitende Hülse in einem Anschlußstift und einem Glasisolator hält. Weiterhin ist die Inneroberfläche des Durchkontaktierungs-Isolators mit Polyimid beschichtet, um die Degradation bzw. den Abbau durch die reaktive chemische Verbindung zu vermeiden.
  • DE 10 2010 038 862 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Batteriesystemen, wobei die Batteriezellen so von einem gemeinsamen Kunststoffmantel umspritzt werden, dass die Batteriezellen des Batteriesystems im Wesentlichen vollständig von dem Kunststoffmantel umgeben sind und die Terminals von außen zugänglich bleiben. Vor dem Umspritzen werden die Terminals weiterhin mit einem Dichtelement versehen, das das Batteriesystem mediendicht abdichtet.
  • Nachteilig an bekannten Durchführungen für elektrischen Kontakte ist, dass der Aufbau in den Fertigungsschritten aufwändig ist und komplizierte Konstruktionen erfordert, die mehr als zehn Einzelteile umfassen können. Daher besteht an anhaltendes Interesse daran, derartige Durchführungen für elektrische Kontakte einfacher zu gestalten, um insbesondere den Aufwand im Fertigungsprozess zu verringern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird eine Anordnung zum Kontaktieren einer Elektrodenanordnung in einer Batteriezelle vorgeschlagen, die ein Gehäuseteil mit mindestens einer Durchführung umfasst, in der mindestens ein Kontaktelement von einer Seite des Gehäuseteils zu einer anderen Seite des Gehäuseteils geführt ist, wobei die Durchführung als nanospritztgegossene Durchführung ausgebildet ist.
  • Weiterhin erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zum Kontaktieren einer Elektrodenanordnung in einer Batteriezelle vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst:
    • a) Bereitstellen eines Gehäuseteils mit mindestens einem Loch und mindestens einem Kontaktelement:
    • b) Behandeln des Kontaktelements und gegebenenfalls des Gehäuseteils:
    • c) Einbringen des Gehäuseteils und des Kontaktelements in ein Formwerkzeug, und
    • d) Anformen einer Durchführung in dem Überlappungsbereich des Gehäuseteils mit dem Kontaktelements.
  • Eine Batteriezelle im Sinne der Erfindung bezeichnet eine Sekundärzelle, die als wiederaufladbare elektrochemische Zelle aufgebaut ist. Derartige Zellen sind auch unter dem Begriff Akkumulatorzellen bekannt und ermöglichen es elektrische Energie zu speichern, die insbesondere als Energiespeicher in stationären Anlagen, wie Windkraftanlagen, oder zum Antrieb von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen genutzt werden kann. Hybridfahrzeuge umfassen dabei im Unterschied zu rein elektrisch angetriebenen Elektrofahrzeugen ein zusätzliches Antriebsaggregat, das auf der Verbrennung von Kraftstoff basiert.
  • Die Elektrodenanordnung der erfindungsgemäßen Batteriezelle kann in unterschiedlichen Konfigurationen ausgeführt sein. So kann die Elektrodenanordnung gewickelt oder gestapelt sein. In Stapelkonfiguration sind positive und negative Elektrodenlagen sowie dazwischen liegende Separatorlagen gestapelt. Bei Wickelzellen, auch als Jelly-Rolls bezeichnet, sind positive und negative Elektrodenlagen sowie dazwischen angeordnete Separatorlagen zu einem Wickel aufgerollt. Dabei sind die Elektrodenlagen und die Separatorlagen etwa aus einem flexiblen Material gefertigt, um den Wickel zu realisieren.
  • Ein Gehäuseteil im Sinne der Erfindung bezeichnet einen Teilbereich eines Gehäuses, in dem die Elektrodenanordnung aufgenommen ist. Das Gehäuse ist bevorzugt als Hardcase in zylindrischer oder prismatischer Form ausgeführt. Für derartige Hardcases eignen sich als Materialien beispielsweise elektrisch leitende Metalle, wie Stahl, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Kunststoffe. Neben der Hardcaseausführung kann das Gehäuse auch als Softpack oder Pouch ausgeführt sein, das typischerweise aus Folien, insbesondere Verbundfolien, wie Aluminium-Verbundfolie, hergestellt ist.
  • Bevorzugt ist das Gehäuseteil als Gehäusedeckel ausgeführt. Hierbei kann der Gehäusedeckel separat ausgeführt sein und zusammen mit einem weiteren Gehäuseteil ein abgeschlossenes Gehäuse bilden. Weiterhin bevorzugt bildet eine Seite des zylindrisch oder prismatisch ausgebildeten Hardcases den Gehäusedeckel. So kann die Elektrodenanordnung der Batteriezelle in das weitere Gehäuseteil eingebracht werden, das anschließend mit dem Gehäusedeckel verschlossen wird, um einen abgeschlossenes Gehäuse zu bilden.
  • In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Kontaktelement ausgestaltet, eine elektrisch Verbindung zu mindestens einer Elektrode der Elektrodenanordnung bereitzustellen. Dabei kann das Kontaktelement aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sein, das insbesondere dem entsprechenden Elektrodenmaterial entspricht. Beispielsweise eignet sich zum Kontaktieren der positiven Elektrode Aluminium und zum Kontaktieren der negativen Elektrode Kupfer.
  • In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Kontaktelement einteilig oder mehrteilig ausgestaltet. In einer mehrteiligen Ausführung kann das Kontaktelement beispielsweise drei Abschnitten umfassen, wobei nach Zusammenbau des Gehäuses ein Abschnitt innerhalb des Gehäuses, ein Abschnitt im Überlappungsbereich der Durchführung und ein weiterer Abschnitt außerhalb des Gehäuses liegt. Auch eine zweiteilige Ausführung des Kontaktelements ist denkbar, wobei zum Beispiel ein Abschnitt innerhalb des Gehäuses, ein weiterer Abschnitt außerhalb des Gehäuses liegt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind das Kontaktelement und/oder das Gehäuseteil stoffschlüssig durch Nano-Spritzguss mit der Durchführung verbunden. Dabei umschließt die Durchführung das Kontaktelement vorzugweise vollständig. Das Kontaktelement, das Gehäuseteil und die Durchführung stehen somit nicht unmittelbar miteinander im Kontakt, um die elektrische Isolation des Gehäuses zu gewährleisten.
  • In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Durchführung in einem Überlappungsbereich des Gehäuseteils und des Kontaktelements angeordnet. So kann das Gehäuseteil ein entsprechend dimensioniertes Loch aufweisen, durch das das Kontaktelement reicht. Die Durchführung kann dann als nano-spritztgegossene Durchführung zwischen dem Gehäuseteil und dem Kontaktelement angeordnet sein. Weiterhin kann die nano-spritzgegossene Durchführung eine Wulst aufweisen, die das Loch im Gehäuseteil überragt.
  • Zur Realisierung der nano-spritztgegossene Durchführung kann das Kontaktelement und/oder das Gehäuseteil insbesondere im Überlappbereich behandelt sein. Dabei wird die Oberfläche des Kontaktelements und gegebenenfalls des Gehäuseteils beispielsweise durch Etchen (englisch etching) aufgeraut. Dazu kann beispielsweise eine wässrige Lösung, wie Alkalimetall-Hydroxide, so zum Beispiel Natrium-Hydroxid (NaOH) und Kalium-Hydroxide (KOH), oder Natriumcarbonat (Na2CO3), eingesetzt werden.
  • In einer weiteren Realisierung der spritzgegossenen Durchführung kann durch Spritzguss ein Kunststoff in den Überlappbereich zwischen dem Kontaktelement und dem Gehäuseteil eingebracht werden. Als Kunststoffe eignen sich dabei Polybutylenterephthalat (PBT), Polybutylensuccinat (PBS), Polyphenylensulfid (PPS), oder Mischungen hieraus.
  • Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Batteriezelle vorgeschlagen Batteriezelle, die die vorstehend beschriebene Anordnung zum Kontaktieren einer Elektrodenanordnung umfasst.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Batteriezelle als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgestaltet. Die positive Elektrodenlage dient dabei als Akzeptor und kann beispielsweise eine Aluminiumfolie umfassen, die mit einem Aktivmaterial, wie Lithium-Metall Oxiden, Vanadium Oxiden, Olivinen und wiederaufladbaren Lithium Oxiden, beschichtet ist. Derartige Beschichtungen enthalten zum Beispiel Übergangsmetalloxide (LiMO2, M = Co, Ni, E, Mn, Al), Lithium-Kobaltoxid (LiCo2O4), Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) oder Lithium-Manganoxid (LiMn2O4), Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid oder Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan-Oxid. Die negative Elektrodenlage dient als Donor und kann beispielsweise Kupferfolie umfassen, die mit einem Aktivmaterial, wie Lithium, Graphit, Softcarbon, Hardcarbon, Silizium, Zinnlegierungen, Lithium legiertem Material oder Intermetallen beschichtet ist.
  • Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Batteriesystem vorgeschlagen, das mindestens zwei der erfindungsgemäßen Batteriezellen umfasst. Die Batteriezellen können dabei in Serie oder parallel geschaltet sein. Weiterhin können mehrere Batteriezellen in einer Matrix verschaltet sein, wobei die Batteriezellen strangweise in Serie oder parallel geschaltet sind.
  • Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug ausgerüstet mit mindestens einer Batteriezelle, die die vorstehend beschriebene Anschlussanordnung umfasst. Das Fahrzeug kann dabei als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgeführt sein. Andere Anwendungsbereiche der erfindungsgemäßen Batteriezelle ergeben sich auch in stationären Anlagen zum Energiespeichern, beispielsweise in Windkraftanlagen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung stellt eine Anordnung zum Kontaktieren von Elektrodenanordnungen in Batteriezellen und ein Verfahren zu deren Herstellung bereit, die eine einfach und kotengünstig Realisierung ermöglichen. So wird insbesondere der Fertigungsprozess von Batteriezellen optimiert. Die verringerte Bauteilanzahl ermöglicht es weiterhin, Fehlerquellen, wie falsche Bauteilzusammensetzungen, zu vermeiden.
  • Zusätzlich bietet die erfindungsgemäße Anordnung eine verbesserte Abdichtung gegen Feuchtigkeit und Flüssigkeit, wodurch die Lebensdauer von Batteriezellen erhöht wird. Auch die Isolierung der erfindungsgemäßen Anordnung kann zumindest bis zu Isolierspannungen von 3 kV gewährleistet werden. Durch den Nano-Spritzguss der Kontaktierungsdurchführung, wird weiterhin die Robustheit gegenüber mechanischen Spannungen, beispielsweise durch Schüttelbelastung beim Fahrzeug, erhöht.
  • Insgesamt bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine erhebliche Verbesserung in der Fertigung und im Gebrauch von Batteriezellen. So wird nicht nur der Fertigungsprozess einfacher, sondern auch die Eigenschaften der Durchführungen in den Gehäusen werden verbessert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Explosionsdarstellung einer Batteriezelle mit erfindungsgemäßer Anordnung zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung,
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Anordnung zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung gemäß 1,
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung gemäß 1, und
  • 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 2 oder 3.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt schematisch eine Batteriezelle 10 mit erfindungsgemäßer Anordnung 12 zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung 14 in Explosionsdarstellung.
  • Das Gehäuse 16 der in 1 gezeigten Batteriezelle 10 umfasst ein Gehäuseteil 18 zur Aufnahme der Elektrodenanordnung 12 und einen Gehäusedeckel 20, der das Gehäuseteil 18 verschließt. Das Gehäuse 18 ist in der dargestellten Ausführungsform als Hardcase in zylindrische Formen mit eckiger Grundfläche ausgeführt. In anderen Ausführungsformen kann das Gehäuse 18 auch andere, etwa zylindrische Formen mit runder Grundfläche oder prismatische Formen, annehmen. Das Gehäuse 18 kann weiterhin aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Für Hardcases eignen sich beispielsweise elektrisch leitende Metalle, wie Stahl, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Kunststoffe.
  • Die Elektrodenanordnung 14, die im Gehäuse 18 aufgenommen ist, umfasst eine negative Elektrodenlage 22 (Anode) und eine positive Elektrodenlage 24 (Kathode), zwischen denen eine Separatorlage 26 eingebettet ist. In der beispielhaften Elektrodenanordnung 12 der 1 ist diese als Wickelelektrode ausgeführt, in der die gestapelte Anordnung aus beschichteter negativer und positiver Elektrodenlage 22, 24 mit dazwischenliegender Separatorlage 26 gewickelt werden. Weiterhin sieht die Elektrodenanordnung 12 unbeschichtete Bereiche 28 vor, die zur elektrischen Anbindung der Elektrodenlagen 22, 24 an die Anordnung 12 dienen.
  • Die Elektrodenlagen 22, 24 umfassen eine elektrisch leitende Folie mit einer entsprechenden Beschichtung. Dabei stellt die beschichtete positive Elektrodenlage 24 (Kathode) ein Medium +bereit, in das positiv geladene Lithium-Ionen (Li) beim Entladen eingelagert werden können. Die beschichtete positive Elektrodenlage 24 kann beispielsweise eine Aluminiumfolie umfassen, die mit einem Aktivmaterial, wie Lithium-Metall Oxiden, Vanadium Oxiden, Olivinen und wiederaufladbaren Lithium Oxiden, beschichtet ist. Gängige Beschichtungen enthalten Übergangsmetalloxide (LiMO2, M = Co, Ni, E, Mn, Al), Lithium-Kobaltoxid (LiCo2O4), Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) oder Lithium-Manganoxid (LiMn2O4). Die beschichtete negative Elektrodenlage 22 (Anode) stellt dagegen die positiv geladenen Lithium-Ionen bereit und kann beispielsweise Kupferfolie umfassen, die mit einem Aktivmaterial, wie Lithium, Graphit, Softcarbon, Hardcarbon, Silizium, Zinnlegierungen, Lithium legiertem Material oder Intermetallen beschichtet ist.
  • Zwischen den Elektroden 22, 24 ist weiterhin eine Separatorlage 26 eingebracht, die für die Lithium-Ionen durchlässig ist und gleichzeitig elektrisch isolierend wirkt, um einen direkten Kontakt zwischen den Elektrodenlagen 22, 24 und damit einen Kurzschluss zu verhindern. Für die Separatorlage 26 eignen sich Materialien, wie Polymer-Membrane, keramische Materialien oder Kombinationen hieraus. Beispielsweise eignen sich als Polymere Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyimid (PI), Polyethylenterephthalat (PTFE) oder Polyphenylidenfluorid (PVdF) sowie Kombinationen hieraus. Gegenüber Polymeren bieten Keramiken, wie Aluminiumoxid, Bariumoxid oder Titanoxid den Vorteil, dass sie mit ihrer relativ hohen Schmelztemperatur von bis zu 700 °C eine bessere Hitzebeständigkeit aufweisen.
  • Durch die Anordnung 12 wird eine elektrische Anbindung von außerhalb des Gehäuses 16 an die Elektrodenanordnung 14 der Batteriezelle 10 realisiert. Dazu umfasst die Anordnung 12 zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung 14 eine im Gehäusedeckel 20 vorgesehene Durchführung 30 und Kontaktelemente 32. Die Durchführung 30 ist dabei als nanospritzgegossenen Durchführung ausgestaltet, wobei die metallischen Komponenten, also das Gehäuseteil 20 und die Kontaktelemente 32 vor dem Spritzgießen behandelt sind, um eine stoffschlüssige Verbindung mit erhöhter Festigkeit bereitzustellen. Die Kontaktelemente 32 sind in der beispielhaft dargestellten Ausführungsform der 1 durch innerhalb des Gehäuses 16 liegende Kollektoren 36 und außerhalb des Gehäuses 16 liegende Terminals 34 realisiert. Hierbei sind die Kollektoren 36 mit einem unbeschichteten Bereich 28 einer positiven und einer negativen Elektrodenlage 22, 24 verbunden und stellen einen elektrischen Kontakt zu den Terminals 34 her.
  • Die Batteriezelle 10 aus 1 kann weiterhin einzeln oder als Verbund aus mehreren Batteriezellen 10 in einem Batteriesystem eingesetzt werden. Derartige Batteriesysteme umfassen typischerweise mindestens zwei Batteriezellen 10. Hierbei können die Batteriezellen 10 in einem Batteriesystem in Serie oder parallel geschaltet sein. In einer weiteren Realisierung können die Batteriezellen 10 eines Batteriesystems in einer Matrix verschaltet sein, wobei die einzelnen Batteriezellen 10 strangweise in Serie oder parallel geschaltet sind.
  • 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 12 zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung 14 gemäß 1.
  • Die Anordnung 12 zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung 14 einer Batteriezelle 10 umfasst ein Gehäuseteil 20, das typischerweise als Gehäusedeckel ausgestaltet ist, und zwei Kontaktelemente 32, die jeweils in elektrischem Kontakt zu der positiven und der negativen Elektrodenlage 22, 24 der Elektrodenanordnung 14 stehen. Dabei kann das Kontaktelement 32 der positiven Elektrodenlage 24 aus Aluminium und das der negativen Elektrodenlage 22 aus Kupfer gefertigt sein.
  • Wie im Ausführungsbeispiel der 2 gezeigt, ist das Kontaktelement 32 einteilig stabförmig mit rechteckigem Querschnitt ausgestaltet und wird mittels einer nanospritzgegossenen Durchführung 30 durch das Gehäuseteil 20 geführt. Die Kontaktelemente 32 können neben einem rechteckigen Querschnitt auch kreisförmig oder elliptisch ausgestaltet sein. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet nano-spritzgegossen, dass die Durchführung 30 im Rahmen des Nano-Spritzgussverfahrens hergestellt ist. Dazu werden die metallischen Komponenten der Anordnung 12, hier die Kontaktelemente 32 und das Gehäuseteil 20 chemisch vorbehandelt, um in der Oberfläche der Komponenten 20, 32 kleinste Hohlräume im Nanobereich zu erzeugen. Beim Anspritzen einer derart behandelten Komponente 20, 32 mit einem Kunststoff, wie Polybutylenterephthalat (PBT), Polybutylensuccinat (PBS), Polyphenylensulfid (PPS), oder Mischungen hieraus, gehen der Kunststoff und die behandelten Komponenten 20, 32 eine feste Verbindung ein. Dadurch wird eine Durchführung 30 bereitgestellt, die die Anordnung 32 mediendicht abdichtet und gleichzeitig das Gehäuseteil 20 und das Kontaktelement 32 elektrisch isoliert. Die Isolierungseigenschaften reichen dabei zumindest bis zu Isolationsspannungen von 3 kV.
  • Die nano-spritzgegossene Durchführung 30 ist in einem Überlappungsbereich 38 zwischen Gehäuseteil 20 und Kontaktelement 32 vorgehsehen. Um eine verbesserte Verbindung zwischen der spritzgegossenen Durchführung 30 und dem Kontaktelement 32 zu erreichen, ist die Verbindungsfläche dadurch erhöht, dass die Durchführung 30 auf das Gehäuseteil 20 überragt. Die chemische Vorbehandlung der Komponenten 20, 32 kann sich somit auf den Bereich beschränken, der mit der Durchführung 30 in Verbindung steht.
  • 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung 17 zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung 12 gemäß 1.
  • Die hier gezeigte Anordnung 12 zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung 14 einer Batteriezelle 10 entspricht im wesentlich der aus 2. Im Unterschied zu 2 sind hier die Kontaktelemente 32 nicht stabförmig ausgestaltet und weisen einen gebogenen Kollektor 36 auf. Die Biegung 40 schließt sich dabei unmittelbar an das Gehäuseteil 20 und die Durchführung 30 an. Dadurch werden die Festigkeit und die Robustheit der Anordnung 12 weiter erhöht. Zusätzlich kann die Elektrodenanordnung 12 bezogen auf die Tiefe der Elektrodenanordnung mittig an den Kollektor 36 angeschweißt werden.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 42 zur Herstellung de erfindungsgemäßen Anordnung 17 gemäß 2 oder 3 und einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 10 gemäß 1.
  • In einem ersten Schritt 44 wird eine Elektrodenanordnung 14, wie oben beschrieben, und eine Anordnung 12 zum Kontaktieren der Elektrodenanordnung 14 bereitgestellt. Zur Herstellung der Anordnung 12 wird ein Gehäuseteil 20 mit mindestens einem Loch und mindestens ein Kontaktelement 32 behandelt, insbesondere chemisch vorbehandelt. Dabei wird die Oberfläche des Kontaktelements und gegebenenfalls des Gehäuseteils beispielsweise durch Etchen (englisch etching) aufgeraut. Dazu kann beispielsweise eine wässrige Lösung, wie Alkalimetall-Hydroxide, so zum Beispiel Natrium-Hydroxid (NaOH) und Kalium-Hydroxide (KOH), oder Natriumcarbonat (Na2CO3), eingesetzt werden. Die Vorbehandlung des Kontaktelements 32 und des Gehäuseteile 20 kann insbesondere im Überlappbereich 38 vorgenommen werden.
  • Anschließend werden das Gehäuseteil 20 und das Kontaktelement 32 in ein Formwerkzeug eingelegt und die Durchführung 30 in dem Überlappungsbereich 38 des Gehäuseteils 20 mit dem Kontaktelement 32 angeformt. Dies erfolgt vorzugsweise durch Spritzgiessen eines Kunststoffes, wie Polybutylenterephthalat (PBT), Polybutylensuccinat (PBS), Polyphenylensulfid (PPS), oder Mischungen hieraus.
  • In einem weiteren Schritt 46 wird die Anordnung 12 mit der Elektrodenanordnung 14 verbunden. Beispielsweise können die Kollektoren 36 an die jeweiligen Elektrodenlagen 22, 24 oder mindestens eine der jeweiligen Elektrodenlagen 22, 24 angeschweißt werden. In einem letzten Schritt 48 wird die Elektrodenanordnung 14 mit der Anordnung 12 in ein Gehäuseteil 18 eingebracht und die Gehäuseteile 20 und 18 werden miteinander verbunden. Diese Verbindung kann sowohl stoffschlüssig durch Kleben oder Schweißen als auch formschlüssig durch Klemmen realisiert sein.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb der durch die angehängten Ansprüche angegebenen Bereiche eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2005/0255380 A1 [0006]
    • DE 602004008452 T2 [0007]
    • DE 102010038862 A1 [0008]

Claims (12)

  1. Anordnung (12) zum Kontaktieren einer Elektrodenanordnung (14) in einer Batteriezelle (10) umfassend mindestens ein Gehäuseteil (20) mit mindestens einer Durchführung (30), in der mindestens ein Kontaktelement (32) von einer Seite des Gehäuseteils (20) zu einer anderen Seite des Gehäuseteils (20) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (30) als nano-spritztgegossene Durchführung (30) ausgebildet ist.
  2. Anordnung (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (32) ausgestaltet ist, eine elektrisch Verbindung zu mindestens einer Elektrodenlage (22, 24) der Elektrodenanordnung (14) bereitzustellen.
  3. Anordnung (12) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (32) einteilig oder mehrteilig ausgestaltet ist.
  4. Anordnung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (32) und/oder das Gehäuseteil (20) stoffschlüssig durch Nano-Spritzguss mit der Durchführung (30) verbunden sind.
  5. Anordnung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (30) in einem Überlappungsbereich (38) des Gehäuseteils (20) und des Kontaktelements (32) angeordnet ist.
  6. Anordnung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (32) und/oder das Gehäuseteil (20) behandelt sind.
  7. Anordnung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (30) durch Spritzguss eines Kunststoffes in den Überlappbereich (38) zwischen dem Kontaktelement (32) und dem Gehäuseteil (20) eingebracht ist.
  8. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (30) aus PBT, PBS, oder Mischungen hieraus gefertigt ist.
  9. Batteriezelle (10) umfassend die Anordnung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Batteriesystem umfassend mehrere Materiewellen (10) mit der Anordnung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
  11. Fahrzeug ausgerüstet mit mindestens einer Batteriezelle (10), die die Anordnung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung (12) zum Kontaktieren einer Elektrodenanordnung (14) in einer Batteriezelle (10) mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Gehäuseteils (20) mit mindestens einem Loch und mindestens einem Kontaktelement (32): b) Behandeln des Kontaktelements (32) und gegebenenfalls des Gehäuseteils (20); c) Einbringen des Gehäuseteils (20) und des Kontaktelements (32) in ein Formwerkzeug, und d) Anformen einer Durchführung (30) an das Gehäuseteil (20) und das Kontaktelement (32).
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