DE102017207770A1 - Method for producing an electrode stack for a battery cell and battery cell - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle, umfassend folgende Schritte: Stapeln einer Mehrzahl von Kontaktfahnen (35, 36) einer Elektrode (21, 22) und mindestens eines Kollektorelements (51, 52) in einer Stapelrichtung (z) zu einem Hilfsstapel (40); Führen eines Laserstrahls (80) entlang einer Stirnseite (45) des Hilfsstapels (40) derart, dass eine Verschweißung der Kontaktfahnen (35, 36) der Elektrode (21, 22) und des Kollektorelements (51, 52) an einem Randbereich (85) der Stirnseite (45) erfolgt. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, die mindestens einen Elektrodenstapel umfasst, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Figure DE102017207770A1_0000
The invention relates to a method for producing an electrode stack for a battery cell, comprising the following steps: stacking a plurality of contact lugs (35, 36) of an electrode (21, 22) and at least one collector element (51, 52) in a stacking direction (z) an auxiliary stack (40); Guiding a laser beam (80) along an end face (45) of the auxiliary stack (40) such that a welding of the contact lugs (35, 36) of the electrode (21, 22) and the collector element (51, 52) at an edge region (85) the front side (45) takes place. The invention also relates to a battery cell comprising at least one electrode stack, which is produced by the process according to the invention.
Figure DE102017207770A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle durch Stapeln einer Mehrzahl von Kontaktfahnen einer Elektrode und mindestens eines Kollektorelements und Verschweißen der Kontaktfahnen und des Kollektorelements. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, die einen Elektrodenstapel aufweist, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.The invention relates to a method for producing an electrode stack for a battery cell by stacking a plurality of contact lugs of an electrode and at least one collector element and welding the contact lugs and the collector element. The invention also relates to a battery cell having an electrode stack, which is produced by the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here, a distinction is made between primary batteries and secondary batteries. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable. In particular, so-called lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge.

Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen metallischen Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, beispielsweise zu einem Elektrodenstapel gestapelt. Die Elektroden können auch zu einem Elektrodenwickel gewunden sein oder auf eine andere Art eine Elektrodeneinheit bilden. Als Festkörperzellen ausgeführte Batteriezellen können auch Lithium-Folien aufweisen.Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also referred to as a cathode, and a negative electrode, also referred to as an anode. The cathode and the anode each comprise a metallic current conductor, on which an active material is applied. The electrodes of the battery cell are formed like a foil and stacked, for example, to form an electrode stack with the interposition of a separator which separates the anode from the cathode. The electrodes can also be wound into an electrode winding or in some other way form an electrode unit. As solid-state cells running battery cells may also have lithium films.

Die beiden Elektroden des Elektrodenstapels sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle verbunden, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Dazu stehen von den Stromableitern der Elektroden Kontaktfahnen ab. Die Kontaktfahnen der Elektroden sind jeweils mit einem Kollektorelement verbunden, insbesondere verschweißt, welches mit einem der Terminals der Batteriezelle verbunden ist. Die Kollektorelemente sind dabei auch Teil des Elektrodenstapels.The two electrodes of the electrode stack are electrically connected to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals. For this purpose, from the current conductors of the electrodes from contact lugs. The contact lugs of the electrodes are each connected to a collector element, in particular welded, which is connected to one of the terminals of the battery cell. The collector elements are also part of the electrode stack.

Beim Verschweißen der verhältnismäßig dünnen Kontaktfahnen der Elektroden, welche eine Dicke von wenigen Mikrometern aufweisen, mit dem Kollektorelement, insbesondere mittels Laserschweißens, können einzelne Kontaktfahnen beispielsweise durch thermische Dehnungen oder Oberflächenspannungseffekte der Schmelze derart geschädigt werden, dass die Kontaktierung ungenügend oder nicht mehr vorhanden ist. Insbesondere können einzelne Kontaktfahnen abreißen. Dadurch kann es zu einer verringerten mechanischen Festigkeit sowie zu einem erhöhten elektrischen Übergangswidertand des Elektrodenstapels kommen.When welding the relatively thin contact lugs of the electrodes, which have a thickness of a few microns, with the collector element, in particular by means of laser welding, individual tabs can be damaged, for example, by thermal expansions or surface tension effects of the melt so that the contact is insufficient or no longer available. In particular, individual contact lugs can tear off. This can lead to a reduced mechanical strength and to an increased electrical transition value of the electrode stack.

Aus der Druckschrift JP H06-44479 B2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Speicherbatterie bekannt. Dabei werden Kontaktfahnen von Elektroden durch Schlitze in einem Kollektorelement geführt. Bereiche der Kontaktfahnen, die über das Kollektorelement überstehen werden mittels eines Laserstrahls abgeschnitten. Die verbleibenden Kontaktfahnen werden mittels Laserschweißens mit dem Kollektorelement verschweißt.From the publication JP H06-44479 B2 For example, a method of manufacturing a storage battery is known. In this case, contact lugs of electrodes are guided through slots in a collector element. Regions of the contact lugs which project beyond the collector element are cut off by means of a laser beam. The remaining contact lugs are welded to the collector element by laser welding.

Das Dokument US 2006/0108335 A1 offenbart ein Verfahren zum Verschweißen von Kontaktfahnen von Elektroden. Dabei werden die Kontaktfahnen zunächst mittels Widerstandschweißens oder Ultraschallschweißens miteinander verschweißt. Zusätzlich werden die Kontaktfahnen anschließend mittels Laserschweißens verschweißt.The document US 2006/0108335 A1 discloses a method of welding tabs of electrodes. The contact lugs are first welded together by resistance welding or ultrasonic welding. In addition, the contact lugs are then welded by means of laser welding.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst dabei mindestens die nachfolgend aufgeführten Schritte.A method for producing an electrode stack for a battery cell is proposed. The method comprises at least the steps listed below.

Zunächst werden eine Mehrzahl von Kontaktfahnen einer Elektrode und mindestens ein Kollektorelement in einer Stapelrichtung zu einem Hilfsstapel gestapelt. Vorteilhaft werden dabei Kontaktfahnen einer Anode und mindestens ein negatives Kollektorelement in einer Stapelrichtung zu einem Hilfsstapel gestapelt, und gleichzeitig werden Kontaktfahnen einer Kathode und mindestens ein positives Kollektorelement in der gleichen Stapelrichtung zu einem weiteren Hilfsstapel gestapelt.First, a plurality of tabs of an electrode and at least one collector element are stacked in a stacking direction to form an auxiliary stack. In this case, contact lugs of an anode and at least one negative collector element are advantageously stacked in a stacking direction to form an auxiliary stack, and at the same time contact lugs of a cathode and at least one positive collector element are stacked in the same stacking direction to form another auxiliary stack.

Eine Anzahl der Kontaktfahnen der Elektrode liegt vorzugsweise zwischen 2 und 100, besonders vorzugsweise zwischen 20 und 60. Die Kontaktfahnen der Elektrode haben bevorzugt eine Dicke zwischen 2 und 50 Mikrometern, besonders bevorzugt zwischen 3 und 18 Mikrometern. Die Kontaktfahnen der Anode bestehen beispielsweise aus Kupfer. Die Kontaktfahnen der Kathode bestehen beispielsweise aus Aluminium.A number of the contact lugs of the electrode is preferably between 2 and 100 , especially preferably between 20 and 60 , The contact lugs of the electrode preferably have a thickness between 2 and 50 micrometers, more preferably between 3 and 18 micrometers. The tabs of the anode consist for example of copper. The contact lugs of the cathode are made of aluminum, for example.

Das Kollektorelement weist eine signifikant größere Dicke auf als eine Kontaktfahne, beispielsweise zwischen 100 µm und 2000 µm, insbesondere zwischen 150 µm und 1000 µm. Die Kontaktfahnen der Elektrode werden dabei parallel zu dem Kollektorelement gestapelt. Das negative Kollektorelement besteht beispielsweise aus Kupfer. Das positive Kollektorelement besteht beispielsweise aus Aluminium. Es ist auch denkbar, dass beide Kollektorelemente aus Kupfer bestehen, sowie, dass beide Kollektorelemente aus Aluminium bestehen.The collector element has a significantly greater thickness than a contact lug, for example between 100 .mu.m and 2000 .mu.m, in particular between 150 .mu.m and 1000 .mu.m. The contact lugs of the electrode are stacked parallel to the collector element. The negative collector element is made of copper, for example. The positive collector element is made of aluminum, for example. It is also conceivable that both collector elements are made of copper, and that both collector elements are made of aluminum.

Anschließend wird ein Laserstrahl derart entlang einer Stirnseite des Hilfsstapels geführt, dass eine Verschweißung der Kontaktfahnen der Elektrode und des Kollektorelements an einem Randbereich der Stirnseite des Hilfsstapels erfolgt. Die Stapelrichtung verläuft dabei zumindest annähernd parallel zu der Stirnseite des Hilfsstapels.Subsequently, a laser beam is guided in such a way along an end face of the auxiliary stack, that a welding of the contact lugs of the electrode and the collector element takes place at an edge region of the end face of the auxiliary stack. The stacking direction runs at least approximately parallel to the end face of the auxiliary stack.

Dabei wird der Laserstrahl also nicht unmittelbar auf eine Kontaktfahne oder ein Kollektorelement des Hilfsstapels gerichtet. Der Laserstrahl wird vielmehr annähernd tangential an der Stirnseite des Hilfsstapels entlang geführt. Dabei ragen nur Endbereiche der Kontaktfahnen sowie des Kollektorelements in den Laserstrahl hinein.The laser beam is thus not directed directly to a contact lug or a collector element of the auxiliary stack. Rather, the laser beam is guided approximately tangentially along the end face of the auxiliary stack. In this case, only end portions of the contact lugs and of the collector element project into the laser beam.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Laserstrahl parallel zu der Stapelrichtung des Hilfsstapels. Somit erstreckt sich der Laserstrahl rechtwinklig zu einer Oberfläche des Kollektorelements und rechtwinklig zu Oberflächen der Kontaktfahnen der Elektrode.According to an advantageous embodiment of the invention, the laser beam extends parallel to the stacking direction of the auxiliary stack. Thus, the laser beam extends at right angles to a surface of the collector element and perpendicular to surfaces of the contact lugs of the electrode.

Vorzugsweise wird der Laserstrahl entlang der Stirnseite des Hilfsstapels in einer Querrichtung geführt. Die Querrichtung verläuft dabei zumindest annähernd parallel zu der Stirnseite des Hilfsstapels und rechtwinklig zu der Stapelrichtung des Hilfsstapels.Preferably, the laser beam is guided along the end face of the auxiliary stack in a transverse direction. The transverse direction runs at least approximately parallel to the end face of the auxiliary stack and at right angles to the stacking direction of the auxiliary stack.

Die Kontaktfahnen der Elektrode weisen in der besagten Querrichtung eine Materialbreite auf. Das Kollektorelement kann die gleiche Materialbreite aufweisen. Das Kollektorelement kann aber auch eine unterschiedliche Materialbreite aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Laserstrahl über die vollständige Materialbreite entlang der Stirnseite des Hilfsstapels geführt.The contact lugs of the electrode have a material width in the said transverse direction. The collector element may have the same material width. However, the collector element can also have a different material width. According to an advantageous embodiment of the invention, the laser beam is guided over the entire width of the material along the end face of the auxiliary stack.

Gemäß einer bevorzugen Ausgestaltung der Erfindung wird der Laserstrahl derart geführt, dass der Randbereich eine konvexe Ausbuchtung in eine Längsrichtung aufweist. Die Längsrichtung verläuft dabei rechtwinklig zu der Querrichtung und zu der Stapelrichtung des Hilfsstapels. Auch verläuft die Längsrichtung zumindest annähernd rechtwinklig zu der Stirnseite des Hilfsstapels.According to a preferred embodiment of the invention, the laser beam is guided such that the edge region has a convex bulge in a longitudinal direction. The longitudinal direction is perpendicular to the transverse direction and to the stacking direction of the auxiliary stack. Also, the longitudinal direction extends at least approximately at right angles to the end face of the auxiliary stack.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Hilfsstapel zur Verschweißung der Kontaktfahnen der Elektrode und des Kollektorelements derart angeordnet, dass die Stirnseite des Hilfsstapels in Vertikalrichtung nach oben gerichtet ist. Die Vertikalrichtung verläuft dabei in Richtung der Gravitationskraft vertikal zur Erdoberfläche. Bei der hier beschriebenen Anordnung ist die Stirnseite des Hilfsstapels nach oben gerichtet und weist somit von der Erdoberfläche weg. Bei der hier beschriebenen Anordnung verläuft die Längsrichtung parallel zu der Vertikalrichtung. Durch eine derartige Anordnung des Hilfsstapels können schwerkraftbedingte Effekte minimiert werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the auxiliary stack for welding the contact lugs of the electrode and the collector element is arranged such that the end face of the auxiliary stack is directed vertically upwards. The vertical direction runs in the direction of the gravitational force vertical to the earth's surface. In the arrangement described here, the end face of the auxiliary stack is directed upward and thus faces away from the earth's surface. In the arrangement described here, the longitudinal direction is parallel to the vertical direction. By such an arrangement of the auxiliary stack gravitational effects can be minimized.

Vorzugsweise ist der Laserstrahl rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse, welche parallel zu der Stapelrichtung verläuft. Aber auch andere Formen des Laserstrahls sind denkbar.Preferably, the laser beam is rotationally symmetric to a central axis which is parallel to the stacking direction. But other forms of the laser beam are conceivable.

Vorzugsweise ist der Laserstrahl spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene, welche rechtwinklig zu der Stapelrichtung verläuft. Aber auch andere Formen des Laserstrahls sind denkbar.Preferably, the laser beam is mirror-symmetrical to a plane of symmetry which is perpendicular to the stacking direction. But other forms of the laser beam are conceivable.

Es wird auch eine Batteriezelle vorgeschlagen, die mindestens einen Elektrodenstapel umfasst, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.It is also proposed a battery cell comprising at least one electrode stack, which is produced by the process according to the invention.

Eine erfindungsgemäße Batteriezelle findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt. Unter Consumer-Elektronik-Produkten sind insbesondere Mobiltelefone, Tablet-PCs oder Notebooks zu verstehen.A battery cell according to the invention advantageously finds use in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV) or in a consumer electronics product. Consumer electronics products are in particular mobile phones, tablet PCs or notebooks.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Verbindung von Kontaktfahnen von Elektroden mit einem Kollektorelement, wobei ein Abreißen von einzelnen Kontaktfahnen weitgehend vermieden ist. Die Kontaktierungs-Schmelze, welche die elektrische und mechanische Verbindung der Kontaktfahnen untereinander herstellt, kann frei erstarren. Es erfolgt eine durchgehende Kontaktierung, da alle Fügepartner über den gesamten Querschnitt der Verbindung thermisch beaufschlagt werden. Es entsteht nur eine sehr dünne Schmelzschicht, typischerweise im Bereich der Dicke der Kontaktfahnen bis zum 50-fachen der Dicke der Kontaktfahnen, insbesondere im Bereich zwischen 10 und 200 Mikrometern. Auch kommt es nur zu einem sehr geringen thermischen Energieeintrag in den Elektrodenstapel aufgrund der kleinen Schmelzzone, die im Kontakt mit dem Elektrodenstapel ist. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Elektrodenstapel weist einen verhältnismäßig kleinen Bauraum und damit ein verhältnismäßig hohe Energiedichte auf.The inventive method allows a connection of tabs of electrodes with a collector element, wherein a tearing of individual tabs is largely avoided. The contacting melt, which produces the electrical and mechanical connection of the contact lugs with each other, can solidify freely. There is a continuous contact, since all joining partners are applied thermally over the entire cross-section of the compound. The result is only a very thin melt layer, typically in the thickness of the contact lugs up to 50 times the thickness of the contact lugs, in particular in the range between 10 and 200 microns. Also, there is only a very small input of thermal energy into the electrode stack due to the small melting zone that is in contact with the electrode stack. A manufactured according to the inventive electrode stack has a relatively small space and thus a relatively high energy density.

Die Kontaktfahnen schmelzen im Kontakt mit dem Laserstrahl verhältnismäßig schnell auf. Dabei wird einThe contact lugs melt relatively quickly in contact with the laser beam. This is a

Figurenliste list of figures

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle,
  • 2 eine Seitenansicht eines Hilfsstapels unmittelbar vor dem Verschweißen,
  • 3 eine Seitenansicht des Hilfsstapels aus 2 während dem Verschweißen,
  • 4 eine Seitenansicht des Hilfsstapels aus 2 nach dem Verschweißen,
  • 5 eine Draufsicht auf den Hilfsstapel aus 2 während dem Verschweißen,
  • 6 einen Laserstrahl gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 7 einen Laserstrahl gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • 8 einen Laserstrahl gemäß einer dritten Ausführungsform und
  • 9 eine Seitenansicht des Hilfsstapels aus 2 während dem Verschweißen gemäß einer alternativen Ausführungsvariante.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a battery cell,
  • 2 a side view of an auxiliary stack immediately before welding,
  • 3 a side view of the auxiliary stack 2 during welding,
  • 4 a side view of the auxiliary stack 2 after welding,
  • 5 a plan view of the auxiliary stack 2 during welding,
  • 6 a laser beam according to a first embodiment,
  • 7 a laser beam according to a second embodiment,
  • 8th a laser beam according to a third embodiment and
  • 9 a side view of the auxiliary stack 2 during welding according to an alternative embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, wherein a repeated description of these elements is dispensed with in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 2. Die Batteriezelle 2 umfasst ein negatives Terminal 11 und ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden. 1 shows a schematic representation of a battery cell 2 , The battery cell 2 includes a negative terminal 11 and a positive terminal 12 , About the terminals 11 . 12 can one from the battery cell 2 provided voltage can be tapped. Furthermore, the battery cell 2 over the terminals 11 . 12 also be loaded.

Die Batteriezelle 2 umfasst ein Gehäuse 3. Innerhalb des Gehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist eine Elektrodeneinheit angeordnet, welche vorliegend als Elektrodenstapel 10 ausgeführt ist. Der Elektrodenstapel 10 weist eine negative Elektrode, die als Anode 21 bezeichnet wird, und eine positive Elektrode, die als Kathode 22 bezeichnet wird, auf. Die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und durch einen Separator 18 voneinander separiert. Der Separator 18 ist ionisch leitfähig, also für Lithiumionen durchlässig, aber elektrisch isolierend.The battery cell 2 includes a housing 3 , Inside the case 3 the battery cell 2 an electrode unit is arranged, which in the present case as an electrode stack 10 is executed. The electrode stack 10 has a negative electrode that acts as an anode 21 is referred to, and a positive electrode serving as a cathode 22 is called on. The anode 21 and the cathode 22 are each carried out like a foil and by a separator 18 separated from each other. The separator 18 is ionic conductive, so permeable to lithium ions, but electrically insulating.

Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial und einen anodischen Stromableiter. Der anodische Stromableiter ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Von dem anodischen Stromableiter ragen Kontaktfahnen 35 der Anode 21 weg. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind mit einem negativen Kollektorelement 51 verbunden, welches mit dem negativen Terminal 11 verbunden ist. Somit ist der anodische Stromableiter elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden.The anode 21 includes an anodic active material and an anodic current collector. The anodic current collector is made electrically conductive and made of a metal, for example copper. From the anodic conductor protrude tabs 35 the anode 21 path. The contact flags 35 the anode 21 are with a negative collector element 51 connected to the negative terminal 11 connected is. Thus, the anodic current collector is electrically connected to the negative terminal 11 the battery cell 2 connected.

Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial und einen kathodischen Stromableiter. Der kathodische Stromableiter ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Aluminium. Von dem kathodischen Stromableiter ragen Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 weg. Die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 sind mit einem positiven Kollektorelement 52 verbunden, welches mit dem positiven Terminal 12 verbunden ist. Somit ist der kathodische Stromableiter elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.The cathode 22 includes a cathodic active material and a cathodic current collector. The cathodic current conductor is designed to be electrically conductive and made of a metal, for example aluminum. From the cathodic current collector protrude contact flags 36 the cathode 22 path. The contact flags 36 the cathode 22 are with a positive collector element 52 connected to the positive terminal 12 connected is. Thus, the cathodic current collector is electrically connected to the positive terminal 12 the battery cell 2 connected.

2 zeigt eine Seitenansicht eines Hilfsstapels 40 unmittelbar vor dem Verschweißen. Der Hilfsstapel 40 weist eine Mehrzahl von Kontaktfahnen 35, 36 einer Elektrode 21, 22 und zwei Kollektorelemente 51, 52 auf. Die Kontaktfahnen 35, 36 sind dabei zwischen den Kollektorelementen 51, 52 angeordnet. Es kann sich um Kontaktfahnen 35 der Anode 21 und negative Kollektorelemente 51 ebenso wie um Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 und positive Kollektorelemente 52 handeln. Die Kontaktfahnen 35, 36 und die Kollektorelemente 51, 52 sind dabei in einer Stapelrichtung z gestapelt. Der Hilfsstapel 40 könnte alternativ auch nur ein Kollektorelement 51, 52 aufweisen. 2 shows a side view of an auxiliary stack 40 immediately before welding. The auxiliary pile 40 has a plurality of contact lugs 35 . 36 an electrode 21 . 22 and two collector elements 51 . 52 on. The contact flags 35 . 36 are between the collector elements 51 . 52 arranged. It can be about contact flags 35 the anode 21 and negative collector elements 51 as well as to contact flags 36 the cathode 22 and positive collector elements 52 act. The contact flags 35 . 36 and the collector elements 51 . 52 are stacked in a stacking direction z. The auxiliary pile 40 could alternatively only one collector element 51 . 52 exhibit.

Ein Laserstrahl 80 erstreckt sich parallel zu der Stapelrichtung z und ist in eine Längsrichtung x von dem Hilfsstapel 40 beabstandet. Der Laserstrahl 80 ist vorliegend rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse M, die parallel zu der Stapelrichtung z verläuft. Die Längsrichtung x verläuft rechtwinklig zu der Stapelrichtung z. Die Kontaktfahnen 35, 36 und die Kollektorelemente 51, 52 haben in Längsrichtung x annähernd gleiche, aber doch geringfügig unterschiedliche Längen. Ein Ende des Hilfsstapels 40, aus welchem die Kontaktfahnen 35, 36 und die Kollektorelemente 51, 52 unterschiedlich weit in Längsrichtung x herausragen, wird als Stirnseite 45 bezeichnet.A laser beam 80 extends parallel to the stacking direction z and is in a longitudinal direction x of the auxiliary stack 40 spaced. The laser beam 80 is present rotationally symmetric to a central axis M that runs parallel to the stacking direction z. The longitudinal direction x is at right angles to the stacking direction z. The contact flags 35 . 36 and the collector elements 51 . 52 have in the longitudinal direction x approximately the same, but slightly different lengths. One end of the auxiliary stack 40 from which the contact flags 35 . 36 and the collector elements 51 . 52 protrude differently far in the longitudinal direction x is used as the front side 45 designated.

3 zeigt eine Seitenansicht des Hilfsstapels 40 aus 2 während dem Verschweißen. Der Laserstrahl 80 wird entlang der Stirnseite 45 des Hilfsstapels 40 geführt. Dabei erfolgt eine Verschweißung der Kontaktfahnen 35, 36 der Elektrode 21, 22 und der Kollektorelemente 51, 52 an einem Randbereich 85 der Stirnseite 45. Der Laserstrahl 80 wird dabei tangential an der Stirnseite 45 des Hilfsstapels 40 vorbei geführt. 3 shows a side view of the auxiliary stack 40 out 2 during welding. The laser beam 80 gets along the front side 45 of the auxiliary pile 40 guided. In this case, a welding of the contact lugs takes place 35 . 36 the electrode 21 . 22 and the collector elements 51 . 52 on a border area 85 the front side 45 , The laser beam 80 becomes tangential on the front side 45 of the auxiliary pile 40 passed by.

4 zeigt eine Seitenansicht des Hilfsstapels 40 aus 2 nach dem Verschweißen. An dem Randbereich 85 der Stirnseite 45 ist eine Verschweißung der Kontaktfahnen 35, 36 und der Kollektorelemente 51, 52 erfolgt. Die Kontaktfahnen 35, 36 und die Kollektorelemente 51, 52 sind somit elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Der Randbereich 85 weist dabei eine konvexe Ausbuchtung 87 in Längsrichtung x auf. 4 shows a side view of the auxiliary stack 40 out 2 after welding. At the edge area 85 the front side 45 is a welding of the contact lugs 35 . 36 and the collector elements 51 . 52 he follows. The contact flags 35 . 36 and the collector elements 51 . 52 are thus electrically and mechanically interconnected. The border area 85 has a convex bulge 87 in the longitudinal direction x.

5 zeigt eine Draufsicht auf den Hilfsstapel 40 aus 2 während dem Verschweißen. Die Kontaktfahnen 35, 36 der Elektrode 21, 22 und die Kollektorelemente 51, 52 weisen in einer Querrichtung y, welche rechtwinklig zu der Stapelrichtung z und rechtwinklig zu der Längsrichtung x verläuft, eine Materialbreite MB auf. Der Laserstrahl 80 wird über die vollständige Materialbreite MB entlang der Stirnseite 45 des Hilfsstapels 40 geführt. Der Laserstrahl 80 kann dabei alternierend vorwärts und rückwärts in Querrichtung y geführt werden. 5 shows a plan view of the auxiliary stack 40 out 2 during welding. The contact flags 35 . 36 the electrode 21 . 22 and the collector elements 51 . 52 have a material width in a transverse direction y, which is perpendicular to the stacking direction z and perpendicular to the longitudinal direction x MB on. The laser beam 80 will be over the full material width MB along the front side 45 of the auxiliary pile 40 guided. The laser beam 80 can be performed alternately forward and backward in the transverse direction y.

6 zeigt in einer ersten Teilfigur einen Laserstrahl 80 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Laserstrahl 80 ist dabei rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse M. Die Mittelachse M verläuft dabei in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 80. 6 zeigt in einer zweiten Teilfigur einen Schnitt durch den Laserstrahl 80 entlang einer Schnittlinie A - A. Der Laserstrahl 80 ist vorliegend spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene, welche rechtwinklig zu der Ausbreitungsrichtung verläuft und durch die Schnittlinie A - A definiert ist. 6 shows in a first sub-figure a laser beam 80 according to a first embodiment. The laser beam 80 is rotationally symmetric to a central axis M , The central axis M runs in the propagation direction of the laser beam 80 , 6 shows in a second sub-figure a section through the laser beam 80 along a section line A - A. The laser beam 80 In the present case, it is mirror-symmetrical to a plane of symmetry which runs at right angles to the propagation direction and is defined by the section line A-A.

Der Laserstrahl 80 kann auch eine abweichende Kaustik aufweisen. 7 zeigt in einer ersten Teilfigur einen Laserstrahl 80 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Laserstrahl 80 ist dabei länglich ausgebildet, weist also keine Rotationssymmetrie auf. 7 zeigt in einer zweiten Teilfigur einen Schnitt durch den Laserstrahl 80 entlang einer Schnittlinie A - A. Der Laserstrahl 80 ist vorliegend spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene, welche rechtwinklig zu der Ausbreitungsrichtung verläuft und durch die Schnittlinie A - A definiert ist.The laser beam 80 may also have a different Kaustik. 7 shows in a first sub-figure a laser beam 80 according to a second embodiment. The laser beam 80 is elongated, so it has no rotational symmetry. 7 shows in a second sub-figure a section through the laser beam 80 along a section line A - A. The laser beam 80 In the present case, it is mirror-symmetrical to a plane of symmetry which runs at right angles to the propagation direction and is defined by the section line A-A.

8 zeigt in einer ersten Teilfigur einen Laserstrahl 80 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Laserstrahl 80 ist dabei rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse M, welche in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 80 verläuft. 8 zeigt in einer zweiten Teilfigur einen Schnitt durch den Laserstrahl 80 entlang einer Schnittlinie A - A. Der Laserstrahl 80 weist vorliegend keine Spiegelsymmetrie zu einer Symmetrieebene auf, welche rechtwinklig zu der Ausbreitungsrichtung verläuft. 8th shows in a first sub-figure a laser beam 80 according to a third embodiment. The laser beam 80 is rotationally symmetric to a central axis M , which in the propagation direction of the laser beam 80 runs. 8th shows in a second sub-figure a section through the laser beam 80 along a section line A - A. The laser beam 80 in this case has no mirror symmetry to a plane of symmetry, which is perpendicular to the propagation direction.

Ferner ist denkbar, dass mehrere Laserstrahlen 80 überlagert werden. Insbesondere kann die Kaustik der mehreren Laserstrahlen 80 dabei an eine gewünschte Geometrie des Hilfsstapels 40 angepasst werden.It is also conceivable that several laser beams 80 be superimposed. In particular, the caustics of the multiple laser beams 80 doing so to a desired geometry of the auxiliary stack 40 be adjusted.

9 zeigt eine Seitenansicht des Hilfsstapels 40 aus 2 während dem Verschweißen gemäß einer alternativen Ausführungsvariante. Der Hilfsstapel 40 ist dabei derart angeordnet, dass die Stirnseite 45 des Hilfsstapels 40 in Vertikalrichtung v nach oben gerichtet ist. Die Vertikalrichtung v verläuft dabei in Richtung der Gravitationskraft vertikal zur Erdoberfläche. Die Stirnseite 45 des Hilfsstapels 40 weist somit von der Erdoberfläche weg. 9 shows a side view of the auxiliary stack 40 out 2 during welding according to an alternative embodiment. The auxiliary pile 40 is arranged such that the front side 45 of the auxiliary pile 40 in the vertical direction v is directed upward. The vertical direction v runs in the direction of the gravitational force vertical to the earth's surface. The front side 45 of the auxiliary pile 40 thus points away from the earth's surface.

Die Längsrichtung x verläuft dabei parallel zu der Vertikalrichtung v. Der Laserstrahl 80 wird in der Querrichtung y entlang der der Stirnseite 45 des Hilfsstapels 40 geführt. Die Querrichtung y und die Stapelrichtung z verlaufen rechtwinklig zu der Vertikalrichtung v und somit horizontal zur Erdoberfläche.The longitudinal direction x runs parallel to the vertical direction v. The laser beam 80 is in the transverse direction y along the front side 45 of the auxiliary pile 40 guided. The transverse direction y and the stacking direction z are perpendicular to the vertical direction v and thus horizontal to the earth's surface.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP H0644479 B2 [0006]JP H0644479 B2 [0006]
  • US 2006/0108335 A1 [0007]US 2006/0108335 A1 [0007]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels (10) für eine Batteriezelle (2), umfassend folgende Schritte: Stapeln einer Mehrzahl von Kontaktfahnen (35, 36) einer Elektrode (21, 22) und mindestens eines Kollektorelements (51, 52) in einer Stapelrichtung (z) zu einem Hilfsstapel (40); Führen eines Laserstrahls (80) entlang einer Stirnseite (45) des Hilfsstapels (40) derart, dass eine Verschweißung der Kontaktfahnen (35, 36) der Elektrode (21, 22) und des Kollektorelements (51, 52) an einem Randbereich (85) der Stirnseite (45) erfolgt.Method for producing an electrode stack (10) for a battery cell (2), comprising the following steps: Stacking a plurality of contact lugs (35, 36) of an electrode (21, 22) and at least one collector element (51, 52) in a stacking direction (z) into an auxiliary stack (40); Guiding a laser beam (80) along an end face (45) of the auxiliary stack (40) such that a welding of the contact lugs (35, 36) of the electrode (21, 22) and the collector element (51, 52) at an edge region (85) of the end face (45). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Laserstrahl (80) sich parallel zu der Stapelrichtung (z) erstreckt.Method according to Claim 1 wherein the laser beam (80) extends parallel to the stacking direction (z). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl (80) entlang der Stirnseite (45) des Hilfsstapels (40) in einer Querrichtung (y) geführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the laser beam (80) along the end face (45) of the auxiliary stack (40) in a transverse direction (y) is guided. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kontaktfahnen (35, 36) der Elektrode (21, 22) in einer Querrichtung (y) eine Materialbreite (MB) aufweisen, und wobei der Laserstrahl (80) über die vollständige Materialbreite (MB) entlang der Stirnseite (45) des Hilfsstapels (40) geführt wird.The method of any one of the preceding claims, wherein the tabs (35, 36) of the electrode (21, 22) have a material width (MB) in a transverse direction (y), and wherein the laser beam (80) is along the full width of the material (MB) the end face (45) of the auxiliary stack (40) is guided. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl (80) derart geführt wird, dass der Randbereich (85) eine konvexe Ausbuchtung (87) in eine Längsrichtung (x) aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the laser beam (80) is guided such that the edge region (85) has a convex bulge (87) in a longitudinal direction (x). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hilfsstapel (40) zur Verschweißung der Kontaktfahnen (35, 36) der Elektrode (21, 22) und des Kollektorelements (51, 52) derart angeordnet wird, dass die Stirnseite (45) des Hilfsstapels (40) in Vertikalrichtung (v) nach oben gerichtet ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the auxiliary stack (40) for welding the contact lugs (35, 36) of the electrode (21, 22) and the collector element (51, 52) is arranged such that the end face (45) of the auxiliary stack ( 40) in the vertical direction (v) is directed upward. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl (80) rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse (M) ist, welche parallel zu der Stapelrichtung (z) verläuft.Method according to one of the preceding claims, wherein the laser beam (80) is rotationally symmetrical to a central axis (M), which runs parallel to the stacking direction (z). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl (80) spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene ist, welche rechtwinklig zu der Stapelrichtung (z) verläuft.Method according to one of the preceding claims, wherein the laser beam (80) is mirror-symmetrical to a plane of symmetry which is perpendicular to the stacking direction (z). Batteriezelle (2), umfassend mindestens einen Elektrodenstapel (10) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.Battery cell (2) comprising at least one electrode stack (10) produced by a method according to any one of the preceding claims. Verwendung einer Batteriezelle (2) nach Anspruch 9 in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt.Use of a battery cell (2) after Claim 9 in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV) or in a consumer electronics product.
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