DE102019005474A1 - Method for producing a battery cell for an electrical energy storage device and a battery cell - Google Patents

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Kai Steiner
Gerhard Konrad
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (10) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem auf einer ersten Seite (26) eines Elektrodenstapels (12) ein erster Ableiter (14) und ein zweiter Ableiter (16) und auf einer zweiten Seite (28) des Elektrodenstapels (12) ein dritter Ableiter (18) und ein vierter Ableiter (20) angeordnet werden, wobei der erste Ableiter (14) und der zweite Ableiter (16) mittels eines ersten Vorsiegelbandes (30) und der dritte Ableiter (18) und der vierte Ableiter (20) mittels eines zweiten Vorsiegelbandes (32) voneinander elektrisch isoliert werden, wobei der erste Ableiter (14) und der zweite Ableiter (16) als eine erste Ableiterbaugruppe (34) mittels des ersten Vorsiegelbandes (30) und der dritte Ableiter (18) und der vierte Ableiter (20) als eine zweite Ableiterbaugruppe (36) mittels des zweiten Vorsiegelbandes (32) zusammengefasst werden die erste Ableiterbaugruppe (34) und die zweite Ableiterbaugruppe (36) an dem Elektrodenstapel (12) angeordnet werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Batteriezelle (10).The invention relates to a method for producing a battery cell (10) for a motor vehicle, in which a first arrester (14) and a second arrester (16) on a first side (26) of an electrode stack (12) and on a second side (28 ) of the electrode stack (12) a third arrester (18) and a fourth arrester (20) are arranged, the first arrester (14) and the second arrester (16) by means of a first presealing tape (30) and the third arrester (18) and the fourth arrester (20) are electrically insulated from one another by means of a second presealing band (32), the first arrester (14) and the second arrester (16) as a first arrester assembly (34) by means of the first presealing band (30) and the third The arrester (18) and the fourth arrester (20) are combined as a second arrester assembly (36) by means of the second pre-sealing tape (32), the first arrester assembly (34) and the second arrester assembly (36) on the electrode stack (12) a be arranged. The invention also relates to a battery cell (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Batteriezelle.The invention relates to a method for producing a battery cell for an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a battery cell.

Zur Reduzierung der ohmschen Verluste innerhalb einer Batteriezelle in einem insbesondere als Hochvolt-Batterie ausgebildeten elektrischen Energiespeicher und zur Vergleichmäßigung der Stromdichteverteilung der Batteriezelle, ist es bekannt, mehr als zwei Ableiter, welche insbesondere einer Kathode und einer Anode der Batteriezelle entsprechen, an der Batteriezelle vorzusehen. Nachteilig ist hierbei die Erhöhung der Kosten durch die vergrößerte Bauteilanzahl und die erschwerte Montage durch die vielen Einzelbauteile. Durch die Bauteiltoleranzen der einzelnen Ableiter und die Toleranzen bei der Montage, müssen relativ große Abstände zwischen den Ableitern eingestellt werden, wodurch sich der Bauraumbedarf erhöht.In order to reduce the ohmic losses within a battery cell in an electrical energy storage device designed in particular as a high-voltage battery and to even out the current density distribution of the battery cell, it is known to provide more than two arresters, which correspond in particular to a cathode and an anode of the battery cell, on the battery cell . The disadvantage here is the increase in costs due to the increased number of components and the more difficult assembly due to the large number of individual components. Due to the component tolerances of the individual arresters and the tolerances during assembly, relatively large distances must be set between the arresters, which increases the installation space requirement.

Die CN 200953357 Y offenbart eine weichgepackte Lithium-Ionen-Batteriezelle, die eine Vielzahl von Batteriekernen umfasst, die durch eine Kaskade von Anoden- und Kathodenplatten gebildet sind, und Anoden- und Kathodenlaschen an zwei Enden des Batteriekerns aufweisen.The CN 200953357 Y discloses a soft-packed lithium-ion battery cell comprising a plurality of battery cores formed by a cascade of anode and cathode plates and having anode and cathode tabs at two ends of the battery core.

Die EP 2 500 972 A1 offenbart eine wiederaufladbare Lithium-Batterie, und insbesondere eine wiederaufladbare Lithium-Batterie mit einer multidirektionalen Lead-Tab-Struktur. Die wiederaufladbare Lithium-Batterie beinhaltet eine Elektrodenanordnung, in der ein Trennfilm und eine Elektrodenplatte mit einem Stromabnehmer, einem Aktivmaterial und einer Lasche abwechselnd gestapelt sind, eine Leitung, die elektrisch mit der Lasche verbunden ist und ein Batteriegehäuse, worin die Leitung in eine positive Elektrodenleitung und eine negative Elektrodenleitung unterteilt ist, und mindestens eine positive Elektrodenleitung und mindestens eine negative Elektrodenleitung vorgesehen sind.The EP 2 500 972 A1 discloses a rechargeable lithium battery, and in particular a rechargeable lithium battery with a multidirectional lead tab structure. The rechargeable lithium battery includes an electrode assembly in which a separator film and an electrode plate with a current collector, an active material and a tab are alternately stacked, a lead electrically connected to the tab, and a battery case in which the lead becomes a positive electrode lead and a negative electrode lead is divided, and at least one positive electrode lead and at least one negative electrode lead are provided.

Die EP 1 998 400 A2 behandelt eine Sekundärbatterie und ein Fahrzeug, das für die Montage konfiguriert ist. Die Sekundärbatterie umfasst eine Elektrodenstruktur, worin eine Kathode auf einer Seite einer Basismaterialschicht mit elektrischen Isoliereigenschaften und eine Anode auf einer anderen Seite der Basismaterialschicht gebildet sind. Eine Vielzahl von Elektrodenstrukturen ist gestapelt, wobei zwischen ihnen eine Elektrolytschicht angeordnet ist, sodass sich die Kathode und die Anode benachbarter Elektrodenstrukturen auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrolytschicht befinden.The EP 1 998 400 A2 deals with a secondary battery and a vehicle configured for assembly. The secondary battery includes an electrode structure wherein a cathode is formed on one side of a base material layer having electrical insulating properties and an anode is formed on another side of the base material layer. A plurality of electrode structures are stacked with an electrolyte layer arranged between them, so that the cathode and the anode of adjacent electrode structures are on opposite sides of the electrolyte layer.

Die US 9,478,829 B2 offenbart eine wiederaufladbare Batterie, die zwei oder mehr Stufen des Innenwiderstands entsprechen den verschiedenen Temperaturbereichen aufweist.The US 9,478,829 B2 discloses a rechargeable battery that has two or more levels of internal resistance corresponding to different temperature ranges.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2010 012 938 A1 eine Einzelzelle für eine Batterie mit einem innerhalb eines Zellengehäuses angeordneten Elektrodenstapel, welcher aus Elektrodenfolie gebildet ist, wobei Elektrodenfolien unterschiedlicher Polarität durch eine Separatorfolie voneinander isolierend getrennt sind, wobei ein nach außerhalb des Elektrodenstapels geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie eine Stromableiterfahne bildet und Stromableiterfahnen mit gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind. Es ist ein weiterer Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie an zumindest einem freien Ende des Elektrodenstapels nach außerhalb des Elektrodenstapels geführt und bildet eine Haltefahne, wobei Haltefahnen gleicher Polarität kraft-, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.Furthermore, the DE 10 2010 012 938 A1 a single cell for a battery with an electrode stack arranged inside a cell housing, which is formed from electrode foil, with electrode foils of different polarity being isolated from one another by a separator foil, an edge area of the respective electrode foil leading outside the electrode stack forming a current arrester lug and current arrester lugs with the same polarity are electrically connected to one another to form a pole. Another edge area of the respective electrode foil is guided to the outside of the electrode stack at at least one free end of the electrode stack and forms a holding tab, holding tabs of the same polarity being connected to one another in a force-fitting, material-and / or form-fitting manner.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Batteriezelle zu schaffen, mittels welchen bauteilreduziert die Batteriezelle hergestellt werden kann.The object of the present invention is to create a method and a battery cell by means of which the battery cell can be manufactured with fewer components.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Batteriezelle gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method and by a battery cell according to the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Elektrodenstapel der Batteriezelle mit einem Elektrolyt bereitgestellt wird, bei welchem zum Herstellen der Batteriezelle auf einer ersten Seite des Elektrodenstapels ein erster Ableiter und ein zweiter Ableiter angeordnet werden und bei welchem auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektrodenstapels ein dritter Ableiter und ein vierter Ableiter angeordnet werden, wobei der erste Ableiter und der zweite Ableiter mittels eines ersten Vorsiegelbandes und der dritte Ableiter und der vierte Ableiter mittels eines zweiten Vorsiegelbandes voneinander elektrisch isoliert werden.One aspect of the invention relates to a method for producing a battery cell for an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle, in which an electrode stack of the battery cell is provided with an electrolyte, in which a first arrester and a first arrester for producing the battery cell on a first side of the electrode stack a second arrester can be arranged and in which a third arrester and a fourth arrester are arranged on a second side of the electrode stack opposite the first side, the first arrester and the second arrester by means of a first presealing tape and the third arrester and the fourth arrester by means of a second presealing tape are electrically isolated from each other.

Es ist vorgesehen, dass zeitlich vor dem Anordnen des ersten Ableiters, des zweiten Ableiters, des dritten Ableiters und des vierten Ableiter an dem Elektrodenstapel der erste Ableiter und der zweite Ableiter als eine erste Ableitergruppe mittels des ersten Vorsiegelbandes zusammengefasst werden und der dritte Ableiter und der vierte Ableiter als eine zweite Ableiterbaugruppe mittels des zweiten Vorsiegelbandes zusammengefasst werden und bei der Herstellung der Batteriezelle die erste Ableitergruppe und die zweite Ableitergruppe an dem Elektrodenstapel angeordnet werden.It is envisaged that before the first arrester, the second arrester, the third arrester and the fourth arrester are arranged on the electrode stack, the first arrester and the second arrester are combined as a first arrester group by means of the first sealing tape and the third arrester and the fourth arrester can be combined as a second arrester assembly by means of the second presealing tape and in the Production of the battery cell, the first arrester group and the second arrester group are arranged on the electrode stack.

Insbesondere ist somit vorgeschlagen, jeweils zwei oder auch mehr Ableiterbleche einer Vielableiterzelle durch Verbindung über das Vorsiegelband zu Ableitergruppen zusammenzufassen. Vorzugsweise kann auch vorgesehen sein, dass alle an einer Seite der Batteriezelle befindlichen Ableiter über das entsprechend ausgeführte Vorsiegelband verbunden werden. Ferner ist es möglich, dass alle Ableiter der Batteriezelle zusammengefasst werden können, wobei das Vorsiegelband rahmenförmig entsprechend der Zellaußenkontur auszuführen ist.In particular, it is therefore proposed to combine two or more arrester plates of a multiple arrester cell to form arrester groups by connecting them via the presealing tape. It can preferably also be provided that all the arresters located on one side of the battery cell are connected via the correspondingly designed presealing tape. It is also possible that all the arresters of the battery cell can be combined, with the pre-sealing tape being designed in the shape of a frame in accordance with the outer contour of the cell.

Dadurch ist es ermöglicht, dass die Teileanzahl und die Kosten reduziert werden können. Der Zusammenbau der Batteriezelle wird vereinfacht. Da durch die Zusammenfassung der Ableiter in der Ableiterbaugruppe die Montagetoleranzen entfallen, können die Ableiterbleche dichter zusammengedrückt werden, wodurch Bauraum eingespart wird. Die Elektroden und die Ableiterbaugruppen werden vorzugsweise so ausgeführt, dass an mindestens zwei Seiten der Elektroden Fähnchen ausgebildet sind, die jeweils mit Ableitern für Plus- und Minuspol verbunden sind. Damit reduziert sich die Länge des Strompfades. Kosten- und bauraumsparend lassen sich hiermit die ohmschen Verluste innerhalb der Batteriezelle (Stromleitung in Längsrichtung der Trägerfolien über die Fähnchen zum Ableiter) reduzieren und die Stromdichteverteilung wird vergleichmäßigt. Da die entsprechend ausgeführten Batteriezellen mindestens zwei Plus- und zwei Minuspole besitzen, wird außerdem die Ausfallsicherheit der Batterie erhöht, da auch bei fertigungsbedingt mangelhafter elektrischer Anbindung eines Pols beziehungsweise bei Beschädigung, beispielsweise durch Erschütterungen, die Stromabgabe jeder einzelnen Zelle und damit des elektrischen Energiespeichers sichergestellt sind.This enables the number of parts and costs to be reduced. The assembly of the battery cell is simplified. Since the assembly of the arresters in the arrester assembly eliminates the need for assembly tolerances, the arrester plates can be pressed together more tightly, which saves installation space. The electrodes and the arrester assemblies are preferably designed in such a way that flags are formed on at least two sides of the electrodes, which are each connected to arresters for positive and negative poles. This reduces the length of the current path. This allows the ohmic losses within the battery cell (power line in the longitudinal direction of the carrier film via the flags to the arrester) to be reduced and the current density distribution is evened out, saving costs and space. Since the correspondingly designed battery cells have at least two positive and two negative poles, the failure safety of the battery is also increased, since the power output of each individual cell and thus the electrical energy storage is ensured even in the event of an inadequate electrical connection of one pole due to manufacturing or damage, for example due to vibrations are.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sind das erste Vorsiegelband und das zweite Vorsiegelband als gemeinsames Vorsiegelband ausgebildet, sodass die erste Ableitergruppe und die zweite Ableitergruppe als gemeinsame Ableitergruppe an dem Elektrodenstapel angeordnet werden.According to an advantageous embodiment, the first pre-sealing tape and the second pre-sealing tape are designed as a common pre-sealing tape, so that the first conductor group and the second conductor group are arranged as a common conductor group on the electrode stack.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das gemeinsame Vorsiegelband rahmenförmig bereitgestellt wird und umläufig um den Elektrodenstapel angeordnet wird.Furthermore, it has proven to be advantageous if the common pre-sealing strip is provided in the form of a frame and is arranged circumferentially around the electrode stack.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das erste Vorsiegelband und das zweite Vorsiegelband aus einem aminosäuremodifizierten Polypropylen bereitgestellt werden.It is also advantageous if the first pre-sealing tape and the second pre-sealing tape are provided from an amino acid-modified polypropylene.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einem Elektrodenstapel und mit einem ersten Ableiter, einem zweiten Ableiter, einem dritten Ableiter und einem vierten Ableiter, wobei die Batteriezelle nach einem Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt hergestellt ist.Another aspect of the invention relates to a battery cell with an electrode stack and with a first arrester, a second arrester, a third arrester and a fourth arrester, the battery cell being produced by a method according to the preceding aspect.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Batteriezelle anzusehen. Die Batteriezelle weist dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder einer vorteilhaften Ausgestaltungsform davon ermöglichen.Advantageous embodiments of the method are to be regarded as advantageous embodiments of the battery cell. For this purpose, the battery cell has objective features which enable the method or an advantageous embodiment thereof to be carried out.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the single figure can be used not only in the specified combination, but also in other combinations or on their own, without the frame to leave the invention.

Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Explosivdarstellung einer Ausführungsform einer Batteriezelle.The single figure shows a schematic exploded view of an embodiment of a battery cell.

In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figure.

Die Fig. zeigt in einer schematischen Explosionsdarstellung eine Ausführungsform einer Batteriezelle 10. Die Batteriezelle 10 weist einen Elektrodenstapel 12 auf. Der Elektrodenstapel 12 weist insbesondere einen Elektrolyt auf. Ferner weist die Batteriezelle 10 einen ersten Ableiter 14 sowie einen zweiten Ableiter 16 auf. Des Weiteren weist die Batteriezelle 10 einen dritten Ableiter 18 und einen vierten Ableiter 20 auf. Ferner zeigt die Fig. ein erstes Folienelementteil 22 und ein zweites Folienelementteil 24.The figure shows an embodiment of a battery cell in a schematic exploded view 10 . The battery cell 10 has an electrode stack 12 on. The electrode stack 12 in particular has an electrolyte. Furthermore, the battery cell 10 a first arrester 14th and a second arrester 16 on. Furthermore, the battery cell 10 a third trap 18th and a fourth trap 20th on. The figure also shows a first film element part 22nd and a second sheet element part 24 .

Beim Verfahren zum Herstellen der Batteriezelle 10 für einen nicht dargestellten elektrischen Energiespeicher eines nicht dargestellten zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs wird der Elektrodenstapel 12 der Batteriezelle 10 mit dem Elektrolyt bereitgestellt. Es werden zum Herstellen der Batteriezelle 10 auf einer ersten Seite 26 des Elektrodenstapels 12 der erste Ableiter 14 und der zweite Ableiter 16 angeordnet und es werden auf einer der ersten Seite 26 gegenüberliegenden zweiten Seite 28 des Elektrodenstapels 12 der dritte Ableiter 18 und der vierte Ableiter 20 angeordnet, wobei der erste Ableiter 14 und der zweite Ableiter 16 mittels eines ersten Vorsiegelbandes 30 und der dritte Ableiter 18 und der vierte Ableiter 20 mittels eines zweiten Vorsiegelbandes 32 voneinander elektrisch isoliert werden.In the process of manufacturing the battery cell 10 for an electrical energy store, not shown, of a motor vehicle that is at least partially electrically operated, not shown, the electrode stack 12 the battery cell 10 provided with the electrolyte. It will be used to manufacture the battery cell 10 on a first page 26th of the electrode stack 12 the first arrester 14th and the second arrester 16 arranged and it will be on a first page 26th opposite second side 28 of the electrode stack 12 the third arrester 18th and the fourth arrester 20th arranged, the first arrester 14th and the second arrester 16 by means of a first presealing tape 30th and the third arrester 18th and the fourth arrester 20th by means of a second sealing tape 32 are electrically isolated from each other.

Es ist vorgesehen, dass zeitlich vor dem Anordnen des ersten Ableiters 14, des zweiten Ableiters 16, des dritten Ableiters 18 und des vierten Ableiters 20 an dem Elektrodenstapel 12 der erste Ableiter 14 und der zweite Ableiter 16 als eine erste Ableiterbaugruppe 34 mittels des ersten Vorsiegelbandes 30 zusammengefasst werden und der dritte Ableiter 18 und der vierte Ableiter 20 als eine zweite Ableiterbaugruppe 36 mittels des zweiten Vorsiegelbandes 32 zusammengefasst werden und bei der Herstellung der Batteriezelle 10 die erste Ableiterbaugruppe 34 und die zweite Ableiterbaugruppe 36 an dem Elektrodenstapel 12 angeordnet werden.It is provided that in time before the first arrester is arranged 14th , the second arrester 16 , the third arrester 18th and the fourth arrester 20th on the electrode stack 12 the first arrester 14th and the second arrester 16 as a first arrester assembly 34 by means of the first presealing tape 30th are combined and the third arrester 18th and the fourth arrester 20th as a second arrester assembly 36 by means of the second presealing tape 32 are summarized and in the manufacture of the battery cell 10 the first arrester assembly 34 and the second arrester assembly 36 on the electrode stack 12 to be ordered.

Ferner zeigt die Fig., dass das erste Vorsiegelband 30 und das zweite Vorsiegelband 32 als gemeinsames Vorsiegelband 30, 32 ausgebildet sind, sodass die erste Ableiterbaugruppe 34 und die zweite Ableiterbaugruppe 36 als gemeinsame Ableiterbaugruppe 34, 36 an dem Elektrodenstapel 12 angeordnet werden. Insbesondere zeigt die Fig. ferner, dass das gemeinsame Vorsiegelband 30, 32 rahmenförmig bereitgestellt wird und umläufig um den Elektrodenstapel 12 angeordnet wird. The figure also shows that the first pre-sealing tape 30th and the second pre-sealing tape 32 as a common pre-sealing tape 30th , 32 are formed so that the first arrester assembly 34 and the second arrester assembly 36 as a common arrester assembly 34 , 36 on the electrode stack 12 to be ordered. In particular, the figure also shows that the common presealing tape 30th , 32 Is provided in the form of a frame and circumferentially around the electrode stack 12 is arranged.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Vorsiegelband 30 und das zweite Vorsiegelband 32 aus einem aminosäuremodifizierten Polypropylen bereitgestellt werden.In particular, it can be provided that the first pre-sealing tape 30th and the second pre-sealing tape 32 made from an amino acid modified polypropylene.

Insgesamt zeigt die Fig. somit das Herstellen einer Batteriezelle 10. Der elektrochemisch aktive Teil der Batteriezelle 10 ist der elektrolytgetränkte Elektrodenstapel beziehungsweise -wickel, der durch Lagen aus Kathoden- und Anodenfolien (beschichtete Aluminiumträgerfolien auf Kathodenseite als Pluspol und beschichtete Kupferträgerfolien auf Anodenseite als Minuspol bei beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen) gebildet wird, die jeweils durch Lagen aus Separator getrennt werden. Möglich ist, einzelne Blätter aus Kathoden 16, 20, Anoden 14, 18 und Separatoren zu stapeln, Bänder aus diesen flach zu wickeln oder den bandförmigen Separator in z-Form zu falten und die Kathoden- beziehungsweise Anodenblätter seitlich in die sich bildenden Taschen einzuschieben. Anoden- und Kathodenlagen sind an mindestens einem Rand unbeschichtet und ragen aus dem Elektrodenstapel wie Fähnchen heraus, wo sie miteinander verbunden, insbesondere geheftet, werden. Die Fähnchen werden mit den blechartigen Ableitern verbunden, um die Stromein- und -ausleitung zu ermöglichen. Hierzu kommen vorzugsweise stoffschlüssige Press- oder Schmelzverfahren, wie beispielsweise Widerstandspunktschweißung, Vibrations- beziehungsweise Ultraschallschweißung oder Laserschweißung zum Einsatz. Die Batteriezelle 10, welche beispielsweise als Pouch-Zelle bereitgestellt werden kann, wird von einer speziellen Verpackungsfolie der Pouch-Folie umhüllt, die insbesondere vorliegend durch das erste Folienelement 22 und das zweite Folienelement 24 bereitgestellt ist. Diese Verbundfolie besteht aus einer Lage Aluminiumfolie als Diffusionssperre, sodass über die Lebensdauer kein Wasser in die Batteriezelle 10 eindringen kann und kein Elektrolyt nach außen gelangen kann. Die Aluminiumfolie ist beidseitig mit Kunststoff beziehungsweise Thermoplast beschichtet. Die Beschichtung der Innenseite ist zum Beispiel aus Polypropylen, welches elektrolytbeständig ist und einen relativ niedrigen Schmelzpunkt besitzt, sodass zwei Folienhälften, mit anderen Worten das erste Folienelement 22 und das zweite Folienelement 24, zum Verschluss der Batteriezelle 10 miteinander durch einen Heißpressvorgang, eine sogenannte Siegelung, verschweißt werden. Zur besseren Anpassung an die Kontur des Elektrodenstapels oder -wickels kann die Pouch-Folie vor dem Zusammenbau der Batteriezelle 10 zum Beispiel in wannen- beziehungsweise schalenform tiefgezogen werden.Overall, the figure thus shows the production of a battery cell 10 . The electrochemically active part of the battery cell 10 is the electrolyte-soaked electrode stack or coil, which is formed by layers of cathode and anode foils (coated aluminum carrier foils on the cathode side as the positive pole and coated copper carrier foils on the anode side as the negative pole in, for example, lithium-ion cells), each of which is separated by layers of separator. It is possible to use individual sheets of cathodes 16 , 20th , Anodes 14th , 18th and stacking separators, wrapping strips flat from them or folding the strip-shaped separator in a z-shape and inserting the cathode or anode sheets laterally into the pockets that are being formed. Anode and cathode layers are uncoated on at least one edge and protrude from the electrode stack like flags, where they are connected to one another, in particular stapled. The flags are connected to the sheet-metal arresters in order to enable current to flow in and out. For this purpose, cohesive pressing or melting processes such as resistance spot welding, vibration or ultrasonic welding or laser welding are preferably used. The battery cell 10 which can be provided as a pouch cell, for example, is enveloped by a special packaging film of the pouch film, which in the present case in particular is provided by the first film element 22nd and the second sheet element 24 is provided. This composite film consists of a layer of aluminum foil as a diffusion barrier, so that no water can get into the battery cell over its service life 10 can penetrate and no electrolyte can escape. The aluminum foil is coated on both sides with plastic or thermoplastic. The coating on the inside is, for example, made of polypropylene, which is resistant to electrolytes and has a relatively low melting point, so that two foil halves, in other words the first foil element 22nd and the second sheet element 24 to close the battery cell 10 be welded together by a hot pressing process, a so-called sealing. For better adaptation to the contour of the electrode stack or coil, the pouch film can be removed before the battery cell is assembled 10 For example, they can be deep-drawn in a tub or bowl shape.

Weiterhin befinden sich zur verbesserten Anbindung im Bereich zwischen den Ableitern und der Pouch-Folie in der Regel beidseitig die Vorsiegelbänder 30, 32, die vorzugsweise aus dem aminosäuremodifizierten Polypropylen bestehen, wobei sich in Bandmitte ein Kunststoff höherer Schmelztemperatur in Fließ- oder Folienform befindet, welche beim Siegeln den zur elektrischen Isolation zwischen den spannungsführenden Ableitern und den Alukern der Pouch-Folie nötigen Mindestabstand sicherstellt. Die beiden Hälften des Vorsiegelbandes 30, 32 werden vor dem Zusammenbau der Batteriezelle 10 auf den Ableitern festgesiegelt. Nach dem Einfüllen des Elektrolyten wird unter Vakuum die Pouch-Folie durch eine am Rand umlaufende Siegelung verschlossen. Dabei schmelzen die Polypropylen-Innenbeschichtungen der beiden übereinandergelegenen Pouch-Folien beziehungsweise im Ableiterbereich die Innenbeschichtung der Pouch-Folie und die Oberfläche des Vorsiegelbandes 30, 32 partiell auf und verbinden sich beim Erkalten.Furthermore, to improve the connection in the area between the arresters and the pouch film, the presealing strips are usually located on both sides 30th , 32 , which preferably consist of the amino acid-modified polypropylene, with a plastic with a higher melting temperature in flow or film form in the middle of the tape, which ensures the minimum distance required for electrical insulation between the live arresters and the aluminum core of the pouch film during sealing. The two halves of the pre-sealing tape 30th , 32 before assembling the battery cell 10 sealed on the arresters. After the electrolyte has been filled in, the pouch film is closed under vacuum by a seal around the edge. The inner polypropylene coatings of the two pouch foils placed one above the other or, in the conductor area, the inner coating of the pouch foil and the surface of the presealing tape melt 30th , 32 partially open and combine when cooling.

Zur Reduzierung der ohmschen Verluste innerhalb der Batteriezelle 10 und zur Vergleichmäßigung der Stromdichteverteilung ist es sinnvoll, mehr als zwei Ableiter vorzusehen. Hierzu ist nun vorgeschlagen, dass jeweils zwei oder mehr Ableiterbleche, mit anderen Worten die Ableiter 14, 18 und die Ableiter 16, 20, der Vielableiterzelle durch Verbinden über das Vorsiegelband 30, 32 zu Ableiterbaugruppen 34, 36 zusammenzufassen. Vorzugsweise werden alle an einer Seite der Batteriezelle 10 befindlichen Ableiter über das entsprechend ausgeführte Vorsiegelband 30, 32 verbunden. Möglich ist ferner, alle Ableiter der Batteriezelle 10 zusammenzufassen, wobei das Vorsiegelband 30, 32 rahmenförmig entsprechend der Zelleaußenkontur auszuführen ist.To reduce the ohmic losses within the battery cell 10 and to make the current density distribution even, it makes sense to provide more than two arresters. For this purpose, it is now proposed that two or more arrester plates, in other words the arrester 14th , 18th and the arrester 16 , 20th , the multi-conductor cell by connecting via the presealing tape 30th , 32 to arrester assemblies 34 , 36 summarize. Preferably all are on one side of the battery cell 10 located arrester via the appropriately designed pre-sealing tape 30th , 32 connected. It is also possible to use all arresters of the battery cell 10 to summarize, the pre-sealing tape 30th , 32 is to be designed in the shape of a frame according to the outer contour of the cell

Durch die genannte Lösung reduzieren sich Teileanzahl und Kosten. Der Zusammenbau der Batteriezelle 10 wird vereinfacht. Da durch die Zusammenfassung der Ableiter in der jeweiligen Ableiterbaugruppe 34, 36 die Montagetoleranzen entfallen, können die Ableiterbleche dichter zusammengerückt werden, wodurch Bauraum eingespart wird. Die Elektroden und die Ableiterbaugruppen 34, 36 werden vorzugsweise so ausgeführt, dass an mindestens zwei Seiten der Elektroden Fähnchen ausgebildet sind, die jeweils mit Ableitern für Plus- und Minuspol verbunden sind. Damit reduziert sich die Länge des Strompfades. Kosten- und bauraumsparend lassen sich hiermit die ohmschen Verluste innerhalb der Batteriezelle 10, insbesondere eine Stromleitung in Längsrichtung der Trägerfolien über die Fähnchen zum Ableiter hin, reduzieren und die Stromdichteverteilung wird vergleichmäßigt.The aforementioned solution reduces the number of parts and costs. The assembly of the battery cell 10 is simplified. Because by combining the arresters in the respective arrester assembly 34 , 36 the assembly tolerances are eliminated, the arrester plates can be moved closer together, which saves installation space. The electrodes and the arrester assemblies 34 , 36 are preferably designed in such a way that flags are formed on at least two sides of the electrodes, which are each connected to conductors for the plus and minus poles. This reduces the length of the current path. This enables the ohmic losses within the battery cell to be saved in a cost and space-saving manner 10 , in particular a current line in the longitudinal direction of the carrier foils via the flags to the arrester, and the current density distribution is evened out.

Da die entsprechend ausgeführten Batteriezelle 10 mindestens zwei Plus- und zwei Minuspole besitzen, wird außerdem die Ausfallsicherheit der Batterie, mit anderen Worten des elektrischen Energiespeichers, erhöht, da auch bei fertigungsbedingt mangelhaft elektrischer Anbindung eines Pols beziehungsweise bei Beschädigung, beispielsweise durch Erschütterung, die Stromabgabe jeder einzelnen Zelle und damit der Batterie sichergestellt sind.Because the correspondingly designed battery cell 10 have at least two plus and two minus poles, the reliability of the battery, in other words of the electrical energy storage device, is also increased, since the power output of each individual cell and thus the Battery are ensured.

Insbesondere zeigt die Fig., dass auf den Schmalseiten der Batteriezelle 10 jeweils die Ableiter für den Pluspol und die Ableiter für den Minuspol über das entsprechend ausgeführte Vorsiegelband 30, 32 zu einer Ableiterbaugruppe 34, 36 zusammengefasst sind. Die beiden jeweils auf der Ober- und der Unterseite der Ableiterbleche angeordneten streifenförmigen Vorsiegelbänder 30 ,32 werden durch einen Heißsiegelprozess mit den beiden Ableiterblechen verbunden. Gegenüber einer konventionellen Batteriezelle mit nur zwei Ableitern werden die maximale Länge des Strompfades und damit die ohmschen Verluste innerhalb der Batteriezelle 10 halbiert.In particular, the figure shows that on the narrow sides of the battery cell 10 the arrester for the positive pole and the arrester for the negative pole via the appropriately designed presealing tape 30th , 32 to an arrester assembly 34 , 36 are summarized. The two strip-shaped pre-sealing strips arranged on the top and bottom of the discharge plate 30th , 32 are connected to the two discharge plates using a heat sealing process. Compared to a conventional battery cell with only two arresters, the maximum length of the current path and thus the ohmic losses within the battery cell are reduced 10 halved.

Insbesondere zeigt die Fig. ferner, dass das erste Vorsiegelband 30 und das zweite Vorsiegelband 32 insbesondere aus einem oberen Vorsiegelband 30, 32 und aus einem unteren Vorsiegelband 30, 32 ausgebildet sein kann.In particular, the figure also shows that the first presealing tape 30th and the second pre-sealing tape 32 in particular from an upper presealing tape 30th , 32 and from a lower pre-sealing tape 30th , 32 can be formed.

Insbesondere zeigt die Fig. eine Ausführungsform, bei welcher die erste Ableiterbaugruppe 34 und die zweite Ableiterbaugruppe 36 zu der gemeinsamen Ableiterbaugruppe 34, 36 zusammengefasst sind. Dabei werden die vier Ableiter, von denen jeweils zwei auf den beiden Schmalseiten der Batteriezelle 10 angeordnet sind, über das rahmenartig ausgebildete Vorsiegelband 30, 32 miteinander zu der gemeinsamen Ableiterbaugruppe 34, 36 verbunden.In particular, the figure shows an embodiment in which the first arrester assembly 34 and the second arrester assembly 36 to the common arrester assembly 34 , 36 are summarized. There are four arresters, two of which are on the two narrow sides of the battery cell 10 are arranged, over the frame-like formed pre-sealing tape 30th , 32 together to form the common arrester assembly 34 , 36 connected.

Insgesamt zeigt die Erfindung eine Bildung von Ableiterbaugruppen 34, 36 bei Vielableiterzellen von Hochvolt-Batterien.Overall, the invention shows the formation of arrester assemblies 34 , 36 in the case of multiple arrester cells in high-voltage batteries.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
BatteriezelleBattery cell
1212
KernelementCore element
1414th
erste Anodefirst anode
1616
erste Kathodefirst cathode
1818th
zweite Anodesecond anode
2020th
zweite Kathodesecond cathode
2222nd
erstes Folienelementfirst foil element
2424
zweites Folienelementsecond foil element
2626th
erste Seitefirst page
2828
zweite Seitesecond page
3030th
erstes Vorsiegelbandfirst presealing tape
3232
zweites Vorsiegelbandsecond pre-sealing tape
3434
erste Ableiterbaugruppefirst arrester assembly
3636
zweite Ableiterbaugruppesecond arrester assembly

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • CN 200953357 Y [0003]CN 200953357 Y [0003]
  • EP 2500972 A1 [0004]EP 2500972 A1 [0004]
  • EP 1998400 A2 [0005]EP 1998400 A2 [0005]
  • US 9478829 B2 [0006]US 9478829 B2 [0006]
  • DE 102010012938 A1 [0007]DE 102010012938 A1 [0007]

Claims (5)

Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (10) für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Elektrodenstapel (12) der Batteriezelle (10) mit einem Elektrolyt bereitgestellt wird, bei welchem zum Herstellen der Batteriezelle (10) auf einer ersten Seite (26) des Elektrodenstapels (12) ein erster Ableiter (14) und ein zweiter Ableiter (16) angeordnet werden und bei welchem auf einer der ersten Seite (26) gegenüberliegenden zweite Seite (28) des Elektrodenstapels (12) ein Ableiterdritter Ableiter (18) und ein vierter Ableiter (20) angeordnet werden, wobei der erste Ableiter (14) und der zweite Ableiter (16) mittels eines ersten Vorsiegelbandes (30) und der dritte Ableiter (18) und der vierte Ableiter (20) mittels eines zweiten Vorsiegelbandes (32) voneinander elektrisch isoliert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor dem Anordnen des ersten Ableiters (14), des zweiten Ableiters (16), des dritten Ableiters (18) und des vierten Ableiters (20) an dem Elektrodenstapel (12) der erste Ableiter (14) und der zweite Ableiter (16) als eine erste Ableiterbaugruppe (34) mittels des ersten Vorsiegelbandes (30) zusammengefasst werden und der dritte Ableiter (18) und der vierte Ableiter (20) als eine zweite Ableiterbaugruppe (36) mittels des zweiten Vorsiegelbandes (32) zusammengefasst werden und bei der Herstellung der Batteriezelle (10) die erste Ableiterbaugruppe (34) und die zweite Ableiterbaugruppe (36) an dem Elektrodenstapel (12) angeordnet werden.Method for producing a battery cell (10) for an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle, in which an electrode stack (12) of the battery cell (10) is provided with an electrolyte, in which for producing the battery cell (10) on a first side (26) of the electrode stack (12), a first arrester (14) and a second arrester (16) are arranged and in which a third arrester (18) is arranged on a second side (28) of the electrode stack (12) opposite the first side (26) ) and a fourth arrester (20) are arranged, the first arrester (14) and the second arrester (16) by means of a first presealing tape (30) and the third arrester (18) and the fourth arrester (20) by means of a second presealing tape (32) are electrically insulated from one another, characterized in that, prior to the arrangement of the first arrester (14), the second arrester (16), the third arrester ters (18) and the fourth arrester (20) on the electrode stack (12), the first arrester (14) and the second arrester (16) are combined as a first arrester assembly (34) by means of the first presealing tape (30) and the third arrester (18) and the fourth arrester (20) are combined as a second arrester assembly (36) by means of the second pre-sealing strip (32) and during the manufacture of the battery cell (10) the first arrester assembly (34) and the second arrester assembly (36) are attached to the Electrode stack (12) are arranged. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vorsiegelband (30) und das zweite Vorsiegelband (32) als gemeinsames Vorsiegelband (30, 32) ausgebildet sind, so dass die erste Ableitergruppe (34) und die zweite Ableitergruppe (36) als gemeinsame Ableitergruppe (34, 36) an dem Elektrodenstapel (12) angeordnet werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the first pre-sealing tape (30) and the second pre-sealing tape (32) are designed as a common pre-sealing tape (30, 32) so that the first arrester group (34) and the second arrester group (36) as a common arrester group (34, 36) are arranged on the electrode stack (12). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Vorsiegelband (30, 32) rahmenförmig bereitgestellt wird und umläufig um das Elektrodenstapel (12) angeordnet wird.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the common pre-sealing tape (30, 32) is provided in the form of a frame and is arranged circumferentially around the electrode stack (12). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vorsiegelband (30) und das zweite Vorsiegelband (32) aus einem aminosäuremodifiziertem Polypropylen bereitgestellt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first pre-sealing tape (30) and the second pre-sealing tape (32) are provided from an amino acid-modified polypropylene. Batteriezelle (10) mit einem Elektrodenstapel (12) und mit einem ersten Ableiter (14), einem zweiten Ableiter (16), einem dritten Ableiter (18) und einem vierten Ableiter (20), wobei die Batteriezelle (10) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.Battery cell (10) with an electrode stack (12) and with a first arrester (14), a second arrester (16), a third arrester (18) and a fourth arrester (20), the battery cell (10) according to a method according to one of the Claims 1 to 4th is made.
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