DE102012224373A1 - Memory cell i.e. lithium ion secondary battery, for drive of motor vehicle, has housing and lid formed with no recess for current-conducting connection with positive current collector and negative current collector - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Vorliegende Erfindung betrifft eine Speicherzelle, insbesondere ausgebildet als Lithium-Ionen-Akkumulator. Die Speicherzelle wird insbesondere zur Spannungsversorgung in Kraftfahrzeugen verwendet. Dabei kommt die Speicherzelle insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs über einen Elektromotor zum Einsatz.The present invention relates to a memory cell, in particular designed as a lithium-ion battery. The memory cell is used in particular for power supply in motor vehicles. The memory cell is used in particular for driving the vehicle via an electric motor.
Vorbekannte Speicherzellen weisen ein sogenanntes Hard Case auf. Dieses Hard Case setzt sich zusammen aus einem Gehäuse. Das Gehäuse ist über einen Deckel dicht verschlossen. Das Gehäuse wird auch als Can bezeichnet. Der Deckel wird als Cap Plate bezeichnet. In dem Gehäuse befindet sich ein elektrochemisches Element zum Erzeugen und/oder Speichern der elektrischen Energie. An dem elektrochemischen Element ist ein positiver und ein negativer Stromkollektor ausgebildet. Bei vorbekannten Speicherzellen sind in den Deckel Ausnehmungen oder Durchbrüche vorgesehen. Durch diese Ausnehmungen oder Durchbrüche können die beiden Stromkollektoren kontaktiert werden. Dabei werden entweder die Stromkollektoren durch den Deckel hindurch nach außen geführt. Alternativ dazu ist es möglich, von außen Terminals durch den Deckel zu den Stromkollektoren zu führen. Dabei muss nicht nur die Verbindung zwischen dem Deckel und dem Gehäuse dicht ausgebildet werden, sondern es bedarf auch einer dichten Verbindung an den Ausnehmungen oder Durchbrüchen im Deckel.Previously known memory cells have a so-called hard case. This hard case is made up of a housing. The housing is tightly closed by a lid. The housing is also referred to as Can. The lid is called Cap Plate. In the housing is an electrochemical element for generating and / or storing the electrical energy. On the electrochemical element, a positive and a negative current collector is formed. In prior art memory cells recesses or openings are provided in the lid. Through these recesses or openings, the two current collectors can be contacted. In this case, either the current collectors are guided through the lid to the outside. Alternatively, it is possible to lead from the outside terminals through the lid to the current collectors. Not only must the connection between the lid and the housing be made tight, but it also requires a tight connection to the recesses or openings in the lid.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Speicherzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 verzichtet vollständig auf Durchbrüche oder Ausnehmungen im Deckel oder im Gehäuse zur Durchführung einer Kontaktierung zu den Stromkollektoren. Erfindungsgemäß wird der Deckel selbst aus elektrisch leitendem Material gefertigt, so dass der Strom von den Stromkollektoren durch das Material des Deckels hindurch nach außen geführt werden kann. Dadurch sind im Gegensatz zu vorbekannten Anordnungen sehr viel weniger Bauelemente nötig, so dass die erfindungsgemäße Speicherzelle kostengünstig hergestellt werden kann. Die Abdichtung der erfindungsgemäßen Speicherzelle gestaltet sich sehr viel einfacher, da lediglich die Ränder des Deckels gegenüber dem Gehäuse abgedichtet werden müssen, so dass ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse vermieden wird. Die Kontaktierung der Stromabgriffe an der Oberfläche des Deckels kann bei der erfindungsgemäßen Speicherzelle sehr viel flexibler erfolgen, da das Material des Deckels selbst zur Stromführung genutzt wird und somit die Terminals an unterschiedlichsten Positionen auf den Deckel gesetzt werden können. Erfindungsgemäß ist die Dichtheit der Speicherzelle unabhängig von der Ausgestaltung der Terminals bzw. unabhängig von einer vorbekannten mechanischen Durchführung der Terminals durch den Deckel zu den Stromkollektoren. Diese Vorteile werden erreicht durch eine erfindungsgemäße Speicherzelle, vorzugsweise ausgebildet als Lithium-Ionen-Akkumulator, umfassend ein Gehäuse, zumindest ein im Gehäuse angeordnetes elektrochemisches Element und einen das Gehäuse dicht verschließenden Deckel aus elektrisch leitendem Material. Das elektrochemische Element weist im Inneren des Gehäuses einen positiven und einen negativen Stromkollektor auf. Der Deckel ist in zwei voneinander isolierte Bereiche unterteilt. Eine Außenfläche des ersten Bereichs wird als positiver Stromabgriff genutzt. Eine Außenfläche des zweiten Bereichs wird als negativer Stromabgriff genutzt. Auf die beiden Stromabgriffe können entsprechende Terminals zum Kontaktieren der Speicherzelle aufgesetzt werden. Der positive Stromkollektor wird innerhalb des Gehäuses mit einer Innenfläche des Gehäuses oder mit einer Innenfläche des ersten Bereichs kontaktiert. Der negative Stromkollektor wird innerhalb des Gehäuses mit einer Innenfläche des zweiten Bereichs kontaktiert. Erfindungsgemäß sind in dem Gehäuse und in dem Deckel keine Ausnehmungen zum Durchführen einer stromleitenden Verbindung zu den Stromkollektoren vorgesehen. Unter "Ausnehmungen" sind auch Durchbrüche, Aussparungen oder Durchgangslöcher zu verstehen. Erfindungsgemäß wird das Material des Deckels als elektrisch leitende Verbindung zwischen den Stromabgriffen bzw. Terminals und den Stromkollektoren genutzt.The memory cell according to the invention with the features of claim 1 completely dispenses with breakthroughs or recesses in the lid or in the housing for carrying out a contact with the current collectors. According to the invention, the cover itself is made of electrically conductive material, so that the current from the current collectors can be led through the material of the cover to the outside. As a result, much fewer components are required in contrast to previously known arrangements, so that the memory cell according to the invention can be produced inexpensively. The sealing of the memory cell according to the invention is much easier, since only the edges of the lid must be sealed against the housing, so that penetration of moisture into the housing is avoided. The contacting of the current taps on the surface of the lid can be made very much more flexible in the memory cell according to the invention, since the material of the lid itself is used to conduct electricity and thus the terminals can be placed at various positions on the lid. According to the invention, the tightness of the memory cell is independent of the configuration of the terminals or independent of a previously known mechanical implementation of the terminals through the lid to the current collectors. These advantages are achieved by a memory cell according to the invention, preferably designed as a lithium-ion battery, comprising a housing, at least one arranged in the housing electrochemical element and a tightly sealing the housing lid made of electrically conductive material. The electrochemical element has inside the housing on a positive and a negative current collector. The lid is divided into two isolated areas. An outer surface of the first area is used as a positive current tap. An outer surface of the second region is used as a negative current tap. On the two current taps corresponding terminals for contacting the memory cell can be placed. The positive current collector is contacted within the housing with an inner surface of the housing or with an inner surface of the first region. The negative current collector is contacted within the housing with an inner surface of the second region. According to the invention, no recesses for carrying out a current-conducting connection to the current collectors are provided in the housing and in the cover. "Recesses" are also breakthroughs, recesses or through holes to understand. According to the invention, the material of the cover is used as an electrically conductive connection between the current taps or terminals and the current collectors.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Bereich des Deckels elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden ist. Für diese elektrisch leitende Verbindung bietet sich ein Schweißverfahren an. Durch das Verschweißen von Deckel und Gehäuse ist zum einen die elektrisch leitende Verbindung sichergestellt und zum anderen erfolgt dadurch eine dichte Verbindung. Wenn der erste Bereich des Deckels mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden ist, kann der positive Stromkollektor entweder mit dem Gehäuse oder direkt mit dem ersten Bereich des Deckels verbunden werden. Alternativ dazu ist vorgesehen, dass der erste Bereich des Deckels gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist. In diesem Fall wird das Gehäuse nicht auf das Potential des positiven Stromkollektors gesetzt. Infolge dessen wird der positive Stromkollektor im Inneren des Gehäuses direkt mit der Innenfläche des ersten Bereichs verbunden. The dependent claims show preferred developments of the invention. It is preferably provided that the first region of the lid is electrically conductively connected to the housing. For this electrically conductive connection offers a welding process. By welding the cover and housing, on the one hand, the electrically conductive connection is ensured and, on the other hand, this results in a tight connection. When the first portion of the lid is electrically connected to the housing, the positive current collector may be connected either to the housing or directly to the first area of the lid. Alternatively, it is provided that the first region of the lid is electrically insulated from the housing. In this case, the housing is not set to the potential of the positive current collector. As a result, the positive current collector inside the housing is directly connected to the inner surface of the first area.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Bereich des Deckels gegenüber den Gehäuse elektrisch isoliert ist.Furthermore, it is preferably provided that the second region of the lid is electrically insulated from the housing.
Es gibt also drei Verbindungsbereiche, die je nach Ausführung der Speicherzelle elektrische isolierend und gleichzeitig dicht sein müssen. Der erste Verbindungsbereich ist zwischen dem ersten Bereich des Deckels und dem zweiten Bereich des Deckels definiert. Der zweite Verbindungsbereich ist zwischen dem ersten Bereich des Deckels und dem Gehäuse definiert. Der dritte Verbindungsbereich ist zwischen dem zweiten Bereich des Deckels und dem Gehäuse definiert. Um diese drei Bereiche sowohl elektrisch isolierend als auch dicht auszubilden, wird bevorzugt ein Nanomolding-Verfahren angewendet. Bei diesem Verfahren wird zwischen die metallischen Elemente ein sehr dünnes Kunststoffelement eingesetzt. Durch entsprechende direkte oder indirekte Erwärmung des Kunststoffelementes erfolgt eine Verbindung zwischen Kunststoff und Metall, so dass eine dichte, jedoch elektrisch isolierte Verbindung entsteht. Thus, there are three connection areas which, depending on the design of the memory cell, have to be electrically insulating and at the same time tight. The first connection region is defined between the first region of the lid and the second region of the lid. The second connection area is defined between the first area of the lid and the housing. The third connection area is defined between the second area of the lid and the housing. To make these three regions both electrically insulating and dense, a nanomolding process is preferably used. In this method, a very thin plastic element is inserted between the metallic elements. By appropriate direct or indirect heating of the plastic element, a connection between plastic and metal, so that a dense, but electrically isolated connection is formed.
Bevorzugt wird der positive Stromkollektor an die Innenfläche des Gehäuses oder des ersten Bereichs angeschweißt oder angelötet. Des Weiteren wird bevorzugt der negative Stromkollektor an die Innenfläche des zweiten Bereichs angeschweißt oder angelötet. Dadurch ist eine sichere und feste Verbindung zwischen den Stromkollektoren und dem Gehäuse bzw. dem Deckel gewährleistet. Das elektrochemische Element, insbesondere ausgebildet als Elektrodenwickel, kann bereits vor der Verbindung zwischen Deckel und Gehäuse mit den Stromkollektoren an dem Deckel befestigt werden. Die gesamte Einheit aus Deckel, Stromkollektoren und elektrochemischem Element kann sodann in das Gehäuse eingesetzt werden.Preferably, the positive current collector is welded or soldered to the inner surface of the housing or the first region. Furthermore, the negative current collector is preferably welded or soldered to the inner surface of the second region. This ensures a secure and firm connection between the current collectors and the housing or the cover. The electrochemical element, in particular formed as an electrode winding, can already be fastened to the cover with the current collectors before the connection between the cover and the housing. The entire unit of cover, current collectors and electrochemical element can then be inserted into the housing.
Des Weiteren wird bevorzugt auf die Außenfläche des ersten Bereichs ein positives Terminal aufgesetzt. Auf die Außenfläche des zweiten Bereichs wird ein negatives Terminal aufgesetzt. Die Terminals werden vorzugsweise aufgeschweißt oder aufgelötet. Je nach Unterteilung des Deckels in die beiden Bereiche, stehen unterschiedliche Flächen zum Aufsetzen der beiden Terminals zur Verfügung. Die Terminals können auf die beiden Bereiche an unterschiedlichen Positionen aufgesetzt werden. Des Weiteren ist es möglich, die Terminals in verschiedensten Formen, beispielsweise als Schraubterminals, auszubilden. Erfindungsgemäß bedarf es keiner direkten Verbindung zwischen Terminal und Stromkollektor, da das Material des Deckels zur elektrischen Verbindung genutzt wird.Furthermore, a positive terminal is preferably placed on the outer surface of the first area. A negative terminal is placed on the outer surface of the second area. The terminals are preferably welded or soldered. Depending on the subdivision of the lid in the two areas, different areas are available for mounting the two terminals. The terminals can be placed on the two areas in different positions. Furthermore, it is possible to form the terminals in various forms, for example as screw terminals. According to the invention, there is no need for a direct connection between the terminal and the current collector, since the material of the cover is used for electrical connection.
Das elektrochemische Element ist bevorzugt als Elektrodenwickel ausgebildet. Der Elektrodenwickel weist eine erste mit dem positiven Stromkollektor verbundene Metallfolie und eine zweite mit dem negativen Stromkollektor verbundene Metallfolie auf. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Bereich des Deckels aus demselben Material wie die erste Folie besteht. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Bereich des Deckels aus demselben Material wie die zweite Folie besteht. Alternativ dazu ist es möglich, die beiden Bereiche des Deckels aus einem Werkstoff zu fertigen, der gegenüber Korrosionsvorgängen, die aufgrund der Elektrochemie der elektrochemischen Speicherzelle bei den eingesetzten metallischen Werkstoffen stattfinden, eine hohe Robustheit aufweist. Hierfür eignen sich insbesondere Edelstahle.The electrochemical element is preferably designed as an electrode winding. The electrode coil has a first metal foil connected to the positive current collector and a second metal foil connected to the negative current collector. It is preferably provided that the first region of the lid consists of the same material as the first film. Furthermore, it is preferably provided that the second region of the lid consists of the same material as the second film. Alternatively, it is possible to manufacture the two regions of the lid from a material which has a high degree of robustness compared to corrosion processes that take place due to the electrochemistry of the electrochemical storage cell in the metallic materials used. In particular, stainless steels are suitable for this purpose.
Die beiden Bereiche des Deckels sind bevorzugt durch plattenförmige Elemente gebildet. Insbesondere besteht der Deckel lediglich aus zwei metallenen Platten, die elektrisch isoliert aneinander gefügt sind.The two areas of the lid are preferably formed by plate-shaped elements. In particular, the lid consists only of two metal plates, which are joined together electrically isolated.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Dabei zeigen:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Nachfolgend wird anhand der
Gemäß
Der Deckel
Die Außenfläche
Erfindungsgemäß sind in dem Deckel
Auf der Außenfläche
Wie
Anhand von
Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß
Des Weiteren ist in
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der zweite Bereich
Im ersten Ausführungsbeispiel ist der zweite Bereich
In den dargestellten erfindungsgemäßen Speicherzellen müssen lediglich die Verbindungsbereiche
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