DE102021207478A1 - Deckelbaugruppe eines Batteriezellengehäuses, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung einer solchen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Deckelbaugruppe (10) eines Batteriezellengehäuses, umfassend einen Gehäusedeckel (102) mit einer ersten Aufnahmeöffnung (104) und einen ersten Batteriezellenpol (106) mit einem Durchführungselement (108), das durch die erste Aufnahmeöffnung (104) des Gehäusedeckels (102) hindurchgeführt ist und das an dessen einem Ende mit einer Polplatte (110) verbunden ist, wobei die Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) zumindest teilweise hydrophob ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Deckelbaugruppe eines Batteriezellengehäuses und ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. Weiterhin betrifft die Erfindung auch deren Verwendung.
- Stand der Technik
- Eine Batteriezelle ist ein elektrochemischer Wandler, der bei seiner Entladung gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die elektrische Energie kann beispielsweise zum Fahrzeugantrieb in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Dafür sind insbesondere lithiumhaltige Batteriezellen aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit geeignet.
- Solche Batteriezellen weisen jeweils ein Batteriezellengehäuse auf, in dem beispielsweise mehrere Elektrodeneinheiten, also Anoden, Separatoren und Kathoden aufgenommen sind. Dabei kann das Batteriezellengehäuse je nach Anwendungsfall prismatisch, zylindrisch oder folienartig ausgeführt sein.
- Ein prismatisches Batteriezellengehäuse ist typischerweise mit einem plattenförmig ausgebildeten Gehäusedeckel verschlossen, an dem ein positiver und ein negativer Batteriezellenpol zur elektrischen Kontaktierung mit weiteren Batteriezellen angeordnet sind. Dabei kann der positive bzw. negative Batteriezellenpol durch eine Öffnung des Gehäusedeckels hindurchgeführt und an dem Gehäusedeckel befestigt sein. Im Fall eines undicht ausgeführten Verschlusses dieser Öffnung kann ein flüssiger Elektrolyt durch diese Öffnung aus dem Innenraum des Batteriezellengehäuses in die Umgebung austreten, welcher entzündbar ist und einen Brand verursachen kann. Daher sollte ein Austritt eines flüssigen Elektrolyten aus dem Innenraum des Batteriezellengehäuses möglichst vermieden werden.
- Aus dem Dokument
US 2019/0330064 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Laserquelle zur Hydrophobierung eines kohlenstoffhaltigen Materials verwendet wird. - Weiter ist aus dem Dokument
US 2003/0020785 A1 ein Verfahren zur Behandlung eines Polymers mittels Laser bekannt. - Offenbarung der Erfindung
- Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Deckelbaugruppe eines Batteriezellengehäuses und ein Verfahren zu deren Herstellung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche bereitgestellt. Weiterhin ist auch die Verwendung einer solchen Deckelbaugruppe Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
- Eine erfindungsgemäße Deckelbaugruppe umfasst dabei einen Gehäusedeckel mit einer ersten Aufnahmeöffnung und einen ersten Batteriezellenpol mit einem Durchführungselement, das durch die erste Aufnahmeöffnung des Gehäusedeckels hindurchgeführt ist und das an dessen einem Ende mit einer Polplatte verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Polplatte des ersten Batteriezellenpols zumindest teilweise hydrophob ist.
- Der besondere Vorteil dabei besteht darin, dass ein Eintritt von Feuchtigkeit in den Innenraum des Batteriezellengehäuses vermieden wird, wenn die zumindest teilweise hydrophobe Polplatte des ersten Batteriezellenpols außerhalb des Batteriezellengehäuses angeordnet ist, da die Feuchtigkeit vor dem Eindringen in den Innenraum des Batteriezellengehäuses von der zumindest teilweise hydrophoben Polplatte des ersten Batteriezellenpols abgewiesen wird. Ein weiterer besonderer Vorteil dabei besteht darin, dass ein Austritt eines flüssigen Elektrolyten aus dem Innenraum des Batteriezellengehäuses vermieden wird, wenn die zumindest teilweise hydrophobe Polplatte des ersten Batteriezellenpols innerhalb des Batteriezellengehäuses angeordnet ist, da die zumindest teilweise hydrophobe Polplatte dafür vorgesehen ist, Elektrolyttropfen des flüssigen Elektrolyten abzuweisen, wenn diese in Kontakt mit der zumindest teilweise hydrophoben Polplatte in Kontakt kommen.
- Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- So ist es von Vorteil, wenn ein elektrisches Isolationselement auf einer dem Gehäusedeckel zugewandt angeordneten Großfläche der Polplatte des ersten Batteriezellenpols aufgebracht ist. Auf diese Weise wird der erste Batteriezellenpol gegenüber dem Gehäusedeckel elektrisch isoliert. Da das elektrische Isolationselement auch als ein Verbindungselement, bspw. auf Basis eines elektrisch isolierenden Klebemittels, unter Beibehaltung dessen elektrischer Isolationseigenschaften ausgeführt werden kann, wird der Gehäusedeckel auf diese Weise ohne weitere Verbindungselemente mit der Polplatte des ersten Batteriezellenpols verbunden.
- Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Polplatte des ersten Batteriezellenpols zumindest in solchen Bereichen der Großfläche der Polplatte des ersten Batteriezellenpols hydrophob ausgeführt ist, die keine Kontaktflächen mit dem elektrischen Isolationselement aufweisen. So wird der Kontakt eines flüssigen Elektrolyten mit dem elektrischen Isolationselement unterbunden, da der flüssige Elektrolyt von den hydrophob ausgeführten Bereichen der Polplatte des ersten Batteriezellenpols abgewiesen wird, bevor dieser mit dem elektrischen Isolationselement in Kontakt kommt. Dabei ist der flüssige Elektrolyt beispielsweise polar ausgeführt, und der polare Elektrolyt umfasst z.B. eine Mischung aus einem Lösungsmittel, in welchem ein Leitsalz lösbar ist. Dabei kann das Lösungsmittel z.B. ein Carbonat enthalten. Auf diese Weise wird eine Unterwanderung des elektrischen Isolationselements durch den Kontakt mit dem flüssigen Elektrolyten vermieden und somit wird die Lebensdauer des elektrischen Isolationselements verlängert.
- Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Kontaktwinkel, den ein Elektrolyttropfen auf den hydrophoben Bereichen der Großfläche der Polplatte des ersten Batteriezellenpols bezüglich derselben bildet, zumindest 90° beträgt. Auf diese Weise wird die Großfläche der Polplatte des ersten Batteriezellenpols im Hinblick auf einen flüssigen Elektrolyten hydrophob ausgeführt. Dabei ist der flüssige Elektrolyt z.B. ein polarer Elektrolyt.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Deckelbaugruppe eines Batteriezellengehäuses bereitgestellt.
- Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt eine Polplatte eines ersten Batteriezellenpols zumindest teilweise mittels Laser behandelt. Auf diese Weise wird eine relativ einfache Hydrophobierung der ersten Polplatte des ersten Batteriezellenpols ohne weitere Behandlungsprozesse erreicht.
- Vorteilhaft ist es, wenn in einem zweiten Verfahrensschritt ein elektrisches Isolationselement auf eine Großfläche der Polplatte des ersten Batteriezellenpols aufgebracht wird. Vorteilhaft ist es auch, wenn ein Durchführungselement des ersten Batteriezellenpols, das an dessen einem Ende mit der Polplatte des ersten Batteriezellenpols verbunden ist, in einem dritten Verfahrensschritt durch eine erste Aufnahmeöffnung eines Gehäusedeckels hindurchgeführt wird, sodass das elektrische Isolationselement zwischen der Großfläche der Polplatte des ersten Batteriezellenpols und dem Gehäusedeckel angeordnet wird. Diese Maßnahme stellt sicher, dass der erste Batteriezellenpol gegenüber dem Gehäusedeckel elektrisch isoliert wird.
- Weiter vorteilhaft ist es, wenn zumindest solche Bereiche der Großfläche der Polplatte des ersten Batteriezellenpols in dem ersten Verfahrensschritt mittels Laser behandelt werden, die in dem zweiten Verfahrensschritt keine Kontaktflächen durch das Aufbringen des elektrischen Isolationselements auf die Großfläche mit demselben aufweisen. Werden z.B. nur diese Bereiche mittels Laser behandelt, wird eine ortsgenaue Hydrophobierung der Großfläche der Polplatte des ersten Batteriezellenpols erzielt.
- Die Deckelbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich vorteilhaft in einem Batteriezellengehäuse für lithiumhaltige Batteriesysteme wie Lithium-Ionen-Batterien einsetzen. Diese können wiederum Anwendung in elektrischen Fahrzeugen, in Hybridfahrzeugen oder in stationären Anwendungen wie beispielsweise zur Speicherung regenerativ gewonnener elektrischer Energie finden.
- Figurenliste
- In der Zeichnung sind vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine Schnittansicht einer Deckelbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und -
2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Deckelbaugruppe gemäß1 . - In
1 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Deckelbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. - Die Deckelbaugruppe 10 umfasst beispielsweise einen Gehäusedeckel 102, welcher plattenförmig ausgebildet ist und in
1 mit einer ersten Aufnahmeöffnung 104 versehen ist. In der Regel beinhaltet der Gehäusedeckel 102 noch eine zweite Aufnahmeöffnung, welche typischerweise der ersten Aufnahmeöffnung 104 entsprechend ausgestaltet ist. Daher ist die zweite Aufnahmeöffnung in1 schematisch nicht abgebildet und bezüglich deren entsprechender Beschreibung wird auf die erste Aufnahmeöffnung 104 des Gehäusedeckels 102 verwiesen. Der Gehäusedeckel 102 kann beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein. Die Deckelbaugruppe 10 verschließt insbesondere ein in der1 nicht vollständig gezeigtes prismatisch ausgebildetes Batteriezellengehäuse unter Ausbildung einer Batteriezelle. Weiter umfasst die Deckelbaugruppe 10 einen ersten Batteriezellenpol 106, welcher beispielsweise ein Durchführungselement 108 umfasst. Das Durchführungselement 108 des ersten Batteriezellenpols 106 ist hierbei beispielsweise als ein Kontaktbolzen ausgebildet und dient zur elektrischen Verbindung mit einer oder mehreren weiteren Batteriezellen. Weiter umfasst der erste Batteriezellenpol 106 z.B. eine Polplatte 110, die an einem Ende des Durchführungselements 108 des ersten Batteriezellenpols 106 angebracht ist. Das Durchführungselement 108 des ersten Batteriezellenpols 106 ist beispielsweise teilweise in der ersten Aufnahmeöffnung 104 des Gehäusedeckels 102 angeordnet und teilweise von einem Dichtungselement 109 umgeben. Dabei sind das Durchführungselement 108 und die Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. - Weiterhin umfasst die Deckelbaugruppe 10 ein elektrisches Isolationselement 112, welches beispielsweise aus einem Klebstoff bereitgestellt ist. Geeignete Materialien dafür sind z.B. Epoxide, Acrylate, Silikone oder Harnstoffharze. Somit wird der Gehäusedeckel 102 mit der Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 ohne zusätzliche Verbindungselemente verbunden. Das elektrische Isolationselement 112 ist auf einer Großfläche 114 der Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 aufgebracht, die beispielsweise beim Zusammenbau einer Batteriezelle dem Innenraum der Batteriezelle zugewandt angeordnet wird. Ferner ist die Großfläche 114 der Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 bspw. nicht vollständig von dem elektrischen Isolationselement 112 abgedeckt. Die Großfläche 114 der Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 weist hierbei beispielsweise Bereiche 116 auf, die keine Kontaktflächen mit dem elektrischen Isolationselement 112 bilden. Dabei sind diese Bereiche 116 der Großfläche 114 der Polplatte 110 z.B. mittels einer Laserbehandlung hydrophob ausgeführt.
- In
2 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 20 zur Herstellung einer Deckelbaugruppe 10 gemäß1 schematisch dargestellt. - Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt 202 eine Polplatte 110 eines ersten Batteriezellenpols 106 auf deren einer Großfläche 114 zumindest teilweise mittels Laser behandelt. Dabei wird die Großfläche 114 der Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 derart mittels Laser behandelt, dass die behandelten Bereiche 116 der Großfläche 114 des ersten Batteriezellenpols 106 elektrolytabweisend ausgeführt sind. Weiter wird in einem zweiten Verfahrensschritt 204 ein elektrisches Isolationselement 112 auf die Großfläche 114 der Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 aufgebracht. Dabei wird das elektrische Isolationselement 112 beispielsweise in Form eines Klebmittels auf die Großfläche 114 der Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 aufgetragen, sodass die mittels Laser behandelten Bereiche 116 keine Kontaktflächen mit dem elektrischen Isolationselement 112 bilden. Weiterhin wird ein Durchführungselement 108 des ersten Batteriezellenpols 106, welches an dessen einem Ende mit der Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 beispielsweise verschweißt ist, in einem dritten Verfahrensschritt 206 durch eine erste Aufnahmeöffnung 104 eines Gehäusedeckels 102 hindurchgeführt, sodass das elektrische Isolationselement 112 zwischen der Großfläche 114 der Polplatte 110 des ersten Batteriezellenpols 106 und dem Gehäusedeckel 102 angeordnet wird. Danach wird in dem dritten Verfahrensschritt 206 ein Dichtungselement 109 beispielsweise in Form eines Dichtrings in der ersten Aufnahmeöffnung 104 des Gehäusedeckels 102 um das Durchführungselement 108 des ersten Batteriezellenpols 106 herum angeordnet.
- Die erfindungsgemäße Deckelbaugruppe 10 lässt sich vorteilhaft in lithiumhaltigen Batteriesystemen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, verwenden. Diese wiederum finden Anwendung in E-Bikes oder Kraftfahrzeugen sowie in der stationären Speicherung elektrischer Energie.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- US 20190330064 A1 [0005]
- US 20030020785 A1 [0006]
Claims (8)
- Deckelbaugruppe eines Batteriezellengehäuses, umfassend einen Gehäusedeckel (102) mit einer ersten Aufnahmeöffnung (104), und einen ersten Batteriezellenpol (106) mit einem Durchführungselement (108), das durch die erste Aufnahmeöffnung (104) des Gehäusedeckels (102) hindurchgeführt ist und das an dessen einem Ende mit einer Polplatte (110) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) zumindest teilweise hydrophob ist.
- Deckelbaugruppe nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Isolationselement (112) auf einer dem Gehäusedeckel (102) zugewandt angeordneten Großfläche (114) der Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) aufgebracht ist. - Deckelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) zumindest auf solchen Bereichen (116) der Großfläche (114) der Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) hydrophob ausgeführt ist, die keine Kontaktflächen mit dem elektrischen Isolationselement (112) aufweisen.
- Deckelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwinkel, den ein Elektrolyttropfen auf den hydrophoben Bereichen (116) der Großfläche (114) der Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) bezüglich derselben bildet, zumindest 90° beträgt.
- Verfahren zur Herstellung einer Deckelbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt (202) eine Polplatte (110) eines ersten Batteriezellenpols (106) zumindest teilweise mittels Laser behandelt wird.
- Verfahren nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Verfahrensschritt (204) ein elektrisches Isolationselement (112) auf eine Großfläche (114) der Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) aufgebracht wird und in einem dritten Verfahrensschritt (206) ein Durchführungselement (108) des ersten Batteriezellenpols (106), das an dessen einem Ende mit der Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) verbunden ist, durch eine erste Aufnahmeöffnung (104) eines Gehäusedeckels (102) hindurchgeführt wird, sodass das elektrische Isolationselement (112) zwischen der Großfläche (114) der Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) und dem Gehäusedeckel (102) angeordnet wird. - Verfahren nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Verfahrensschritt (202) zumindest solche Bereiche (116) der Großfläche (114) der Polplatte (110) des ersten Batteriezellenpols (106) mittels Laser behandelt werden, die in dem zweiten Verfahrensschritt (204) keine Kontaktflächen durch das Aufbringen des elektrischen Isolationselements (112) auf die Großfläche (114) mit demselben aufweisen. - Verwendung einer Deckelbaugruppe nach einem der
Ansprüche 1 bis4 in einer Batteriezelle für ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybridfahrzeug (HEV) oder ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV).
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