DE102022207235A1

DE102022207235A1 - Batteriezelle, Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle und eine Vorrichtung zum Herstellen der Batteriezelle

Info

Publication number: DE102022207235A1
Application number: DE102022207235.9A
Authority: DE
Inventors: Miriam Kunze; Marius Ebbighausen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2024-01-18

Abstract

Es wird eine Batteriezelle (1) für Batterie, insbesondere eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, mit einem hohlprofilförmigen Folienmantel (2), der ein Aktivmaterial (3) und ein Elektrolyt (4) mediendicht umschließt, wobei der hohlprofilförmige Folienmantel (2) zumindest zwei Siegelnähte (6, 7) aufweist, wobei eine erste Siegelnaht (6) und eine zweite Siegelnaht (7) an den gegenüberliegenden Enden angeordnet sind, bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle sowie eine Vorrichtung zum Herstellen einer Batteriezelle.
Bei der Fertigung von Batteriezellen gibt es derzeit zwei Möglichkeiten, den Elektrodenstapel oder die Elektrodenwickel durch ein Gehäuse vor äußeren Einflüssen zu schützen. Dabei werden Elektrodenstapel oder die Elektrodenwickel entweder in ein festes Metallgehäuse eingeführt und dieses dann verschweißt oder sie werden in eine Kunststoff-Folie eingelegt, welche zu gefaltet wird, um anschließend umlaufend versiegelt zu werden. Die hierfür verwendeten Folien werden auch Pouchfolien genannt und umschließen das Aktivmaterial kissenartig. Um die Sicherheitsanforderungen bei Batteriezellen erfüllen zu können, sind die Anforderungen an die Pouchfolie sehr hoch. Allen voran sind die Anforderungen an die Kohäsion der Folienschichten sehr hoch, da die Pouchfolien tiefgezogen werden und es aufgrund der verschiedenen E-Module der Pouchfolienlagen zu Scherungen kommt. Daher ist hier eine gewisse Foliendicke notwendig.
Die Herstellung einer Batteriezelle mit einer Pouchfolie ist aufgrund des Herstellungsvorgangs, also dem Einlegen, Zufalten und umlaufenden Versiegeln zum einen zeitaufwendig und zum anderen aufgrund der Sicherheitsanforderungen materialaufwendig.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einen der voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung eine Batteriezelle zur Verfügung zu stellen, die auf einfache Art und Weise mit weniger Material und höheren Taktzeiten zu fertigen ist. Gleichzeitig ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, dass eine schnellere Fertigung einer Batteriezelle ermöglicht.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Batteriezelle mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 6 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Batteriezelle für eine Batterie, insbesondere eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, mit einem hohlprofilförmigen Folienmantel, der ein Aktivmaterial und ein Elektrolyt mediendicht umschließt, wobei der hohlprofilförmige Folienmantel zumindest zwei Siegelnähte aufweist, wobei eine erste Siegelnaht und eine zweite Siegelnaht an den gegenüberliegenden Enden angeordnet sind.
Als hohlprofilförmiger Folienmantel wird vorliegend verstanden, dass der Folienmantel eine zylindrische Form oder eine im Wesentlichen zylindrische Form oder eine rechteckige Form oder eine im Wesentlichen rechteckige Form oder eine zwischen einer zylindrischen und rechteckigen Form aufweist, welche vor dem Formen zu einer Batteriezelle an zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Enden offen ist. Die Abmaße des hohlprofilförmigen Folienmantels sind dabei auf das Aktivmaterial abgestimmt. Als Aktivmaterial wird vorliegend die Kombination aus Anodenaktivmaterial, Kathodenaktivmaterial und dem Separator verstanden. Er ist also von vornherein so gestaltet, dass das Aktivmaterial perfekt aufnehmbar ist. Dadurch lassen sich Folienmäntel verwenden, die nicht erst tiefgezogen werden müssen. Dies ermöglicht es, eine dünnere Folie für den Folienmantel zu verwenden. Dies reduziert nicht nur die Materialmenge, sondern gleichzeitig das Gewicht und die Kosten.
Bei der Batteriezelle sind die zwei sich gegenüberliegenden Enden des Folienmantels mit der ersten und zweiten Siegelnaht verschlossen. Dies reduziert die Anzahl und Länge der Siegelnähte. Erst durch das Versiegeln wird der Folienmantel mediendicht verschlossen, sodass ein Austreten eines Elektrolyts aus der Batteriezelle oder ein Eintreten von Luft oder anderen Medien, wie Wasser, in die Batteriezelle verhindert wird. Durch die Reduktion der Anzahl und Länge der Siegelnähte werden auch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Undichtigkeiten sowie Schwachstellen verringert. Des Weiteren wird der Wärmeeintrag durch das Versiegeln verringert, weil die Gesamtlänge der Siegelnähte verringert ist.
Zur Kontaktierung des Aktivmaterials, also des Zellwickels oder Zellstapels, sind sowohl der anodenseitige Ableiter als auch der kathodenseitige Ableiter in zumindest eine Siegelnaht eingesiegelt. Dabei können der anodenseitige Ableiter und der kathodenseitige Ableiter in der gleichen Siegelnaht eingesiegelt sein. Vorteilhaft ist aber auch, wenn der kathodenseitige Ableiter in die erste Siegelnaht und der anodenseitige Ableiter in die zweite Siegelnaht bzw. der kathodenseitige Ableiter in die zweite Siegelnaht und der anodenseitige Ableiter in die erste Siegelnaht eingesiegelt sind. Dies erleichtert die Handhabung der Batteriezelle. Die anoden- bzw. kathodenseitigen Ableiter können auch anodenseitige oder kathodenseitige Tabs genannt werden. Dabei kann ein anoden- bzw. kathodenseitiger Ableiter ein Ableiterfähnchen mit einer Metallschicht oder ein zusammengeschweißter Verbund aus den Ableiterfähnchen der einzelnen Lagen des Zellstapels bzw. Zellwickels und einer Metallschicht sein.
Für den Einsatz in Batteriezellen können im Allgemeinen Kupfer, Aluminium, Nickel oder verschiedene Stähle als Aktivmaterial eingesetzt werden. Speziell für die Anode des Aktivmaterials wird bevorzugt Kupfer eingesetzt. Allerdings sind auch Anoden aus Graphit, Lithium-legierende Materialien, wie Silicium, Zinn, Lithiumtitanat, oder Mischungen aus Graphit und den Lithium-legierenden Materialien denkbar. Speziell für die Kathode des Aktivmaterials wird bevorzugt Aluminium eingesetzt. Allerdings sind auch Kathoden aus Lithium, Nickel-Cobalt-Mangan-Oxiden, Lithium-Eisen-Phosphat, Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Mangan-Oxid oder Lithium-Mangan-Nickel-Oxid denkbar.
Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass der hohlprofilförmige Folienmantel zumindest eine Außenlage, eine Innenlage und eine zwischen der Außenlage und Innenlage liegenden Dichtlage aufweist, wobei die Lagen vorzugsweise mit einer Verbindungsschicht verbunden sind.
Durch einen zumindest dreilagigen Aufbau des hohlprofilförmigen Folienmantels wird sichergestellt, dass keine Diffusion aus dem Inneren der Batteriezelle nach außen oder von außen in das Innere der Batteriezelle stattfinden kann. Gleichzeitig können die Lagen unterschiedliche Materialien aufweisen, um zusätzlich Sicherheit zu erlangen. Für die Außenlage des Folienmantels, also die der Umgebung zugewandten Lage, kann das Material robust und witterungsbeständig sein. Dieses kann aus diesem Grund häufig aus Polyethylenterephthalat (PET) gefertigt sein. Die Dichtlage verhindert die Diffusion des Elektrolyts nach außen oder von Luft und anderen Medien nach innen. Bevorzugt kommt für die Dichtlage Aluminium zum Einsatz. Die Innenlage sollte gut versiegelbar bzw. verschweißbar sein. Hier wird bevorzugt Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) eingesetzt. Die Außenlage, die Dichtlage und die Innenlage werden über eine Verbindungsschicht miteinander verbunden. Hierzu wird bevorzugt eine Nylonschicht verwendet. Um zusätzlich die Robustheit der Mantelfolie zu erhöhen, ist es denkbar Keramikzwischenschichten vorzusehen.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die zumindest zwei Siegelnähte trapezförmig sind. Unter trapezförmig wird verstanden, dass die Breite der Siegelnähte ausgehend von der dem Aktivmaterial zugewandten Seite zur gegenüberliegenden Seite der Siegelnaht und entlang des anodenseitigen Ableiters, respektive des kathodenseitigen Ableiters, kleiner wird. Die verringert das Gewicht der Batteriezelle und reduziert die Größe, wodurch die Integration im Batteriesystem vereinfacht wird.
Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Gastasche zum Sammeln von Abgasen vorgesehen ist. Diese kann vorgesehen werden, um Abgase, die bei der Nutzbarmachung der Batteriezelle entstehen, zu sammeln. Dies ist insbesondere sicherheitsrelevant. Die Gastasche wird mit einer zusätzlichen Siegelnaht von dem Aktivmaterial und dem Elektrolyt getrennt, wobei eine Öffnung zum Austausch aus dem Inneren der Batteriezelle und der Gastasche möglich ist. Dabei ist die Gastasche so gestaltet, dass ein kurzer Siegelvorgang nach dem Vorgang der Nutzbarmachung diese komplett verschließt und ein Abtrennen der Gastasche möglich ist.
Es ist erfindungsgemäß denkbar, dass der hohlprofilförmige Folienmantel ein Folienschlauch ist, wobei die erste Siegelnaht und die zweite Siegelnaht an den beiden gegenüberliegenden Enden des Folienschlauchs angeordnet sind.
Durch die Verwendung eines Folienschlauches wird auf einfache Art und Weise ein hohlprofilförmiger Folienmantel bereitgestellt. Der Folienschlauch kann dabei eine Siegelnaht zur Bildung des Schlauches vorsehen, bevorzugt ist der Folienschlauch allerdings nahtlos. Dieser muss nicht tiefgezogen werden, sodass die Anforderungen an die einzelnen Lagen der Mantelfolie reduziert sind, sodass diese dünner gestaltet werden können. Eine dünnere Mantelfolie reduziert sowohl das Gewicht als auch den Materialverbrauch. Da kein Wickelvorgang oder Faltvorgang notwendig ist, kann auch die Herstellungszeit der Batteriezelle reduziert werden.
Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, insbesondere einer oben beschriebenen Batteriezelle, aufweisend die folgenden Schritte:

- Zuführen eines Folienmantelendlosbands mit einer Folienmantel-Zuführeinheit,
- Abtrennen eines hohlprofilförmigen Folienmantels von dem Folienmantelendlosband mittels einer Trenneinheit,
- Halten und Positionieren, insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrechtes Halten und Positionieren, des hohlprofilförmigen Folienmantels in einer Halteeinheit, wobei der hohlprofilförmige Folienmantel sackförmig gehalten wird und eine Befüllöffnung gebildet wird,
- Zuführen eines Aktivmaterials mit einer Aktivmaterial-Zuführeinheit in den sackförmig gehaltenen, hohlprofilförmigen Folienmantel im Bereich der Befüllöffnung,
- Herstellen einer ersten Siegelnaht mit einer Siegeleinheit,
- Einfüllen eines Elektrolyts mit einer Einfülleinheit,
- Herstellen einer zweiten Siegelnaht mit der Siegeleinheit zum Verschließen der Batteriezelle.

Besonders vorteilhaft ist bei diesem Verfahren, dass es kontinuierlich durchgeführt werden kann. Dies ermöglicht es Batteriezellen in kürzeren Taktzeiten, also schneller, zu fertigen, wodurch sich auch die Stückzahl der Batteriezellen erhöhen lässt.
Des Weiteren wird aufgrund der Verwendung eines Folienmantelendlosbandes auf das Tiefziehen verzichtet und die Folie kann dünner sein und so an Material und Gewicht einsparen.
Nach dem Zuführen des Folienmantelendlosbands, insbesondere eines doppellagigen Folienendlosbandes, wird der hohlprofilförmige Folienmantel an den vorher definierten Stellen mittels der Trenneinheit abgetrennt bzw. abgeschnitten, um die benötigten Abmaße für die herzustellende Batteriezelle zur Verfügung zu stellen. Das Folienmantelendlosband wird also so abgeschnitten, dass die Länge des hohlprofilförmigen Folienmantels das Aktivmaterial problemlos aufnehmen kann und der Folienmantel anschließend einfach verschlossen werden kann.
Die Halteeinheit stellt sicher, dass der hohlprofilförmige Folienmantel die Befüllöffnung bildet und eine sackförmige Form einnimmt, um das Aktivmaterial später aufnehmen zu können, ohne dass es rausfällt. Die Halteeinheit hält den hohlprofilförmigen Folienmantel dabei senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht. Im Wesentlichen senkrecht heißt dabei, dass eine Abweichung von bis zu 15°, vorzugsweise bis zu 10°, von der Senkrechten möglich ist. Die Halteeinheit kann hierfür eine oder mehrere Greifvorrichtung(en) aufweisen. Die Halteeinheit kann dabei so ausgestaltet sein, dass ein Teil den Folienmantel greift und über eine Führung so nach unten zieht, oder, dass der hohlprofilförmige Folienmantel über ein Führelement gezogen wird. Wichtig ist dabei, dass sich an einem Ende, vorzugsweise dem obenliegenden Ende, die Befüllöffnung ausbildet und am gegenüberliegenden Ende durch Zusammenhalten die Sackform gebildet wird.
In diese Sackform können nun mittels der Zuführeinrichtung das Aktivmaterial über die Befüllöffnung und mittels einer Einfülleinheit das Elektrolyt zugeführt werden. Vor dem Einfüllen des Elektrolyts muss eine erste Siegelnaht mittels der Siegeleinheit erzeugen werden. Da das Auslaufen des Elektrolyts verhindert werden soll, wird für die erste Siegelnaht das untere Ende des hohlprofilförmigen Folienmantels verwendet.
Denkbar ist hier, dass die erste Siegelnaht bereits vor dem Zuführen des Aktivmaterials versiegelt wird. Sobald das Aktivmaterial und das Elektrolyt sich in dem hohlprofilförmigen Folienmantel befinden, kann das obere Ende mittels der Siegeleinheit versiegelt werden, um die Batteriezelle für ihren Einsatz zu verschließen. Zum Versiegeln im Sinne von Verschließen der Batteriezelle kann eine Siegeleinheit, aber auch eine zweite Siegeleinheit, die sich jeweils auf Höhe der Enden des hohlprofilförmigen Folienmantels befinden, vorgesehen sein. Der Versiegelvorgang wird in einem Temperaturbereich von 160°C bis 190°C, vorzugsweise 170°C bis 185°C, durchgeführt. Die Siegelbacken der Siegeleinheit drücken dabei die Enden des hohlprofilförmigen Folienmantels vorzugsweise für 2 bis 10 Sekunden zusammen. Die Haltezeit ist dabei abhängig von der Dicke des Folienmantels und dessen Materialzusammensetzung.
Zur Kontaktierung müssen ein anodenseitiger Ableiter und ein kathodenseitiger Ableiter so angeordnet werden, dass sie von außen zugänglich sind. Die die anodenseitigen und kathodenseitigen Ableiter bzw. Tabs sind in eine der Siegelnähte bzw. jeweils in eine der sich gegenüberliegenden Siegelnähte mit eingesiegelt. Ist der anodenseitige Ableiter, respektive kathodenseitiger Ableiter, mit dem Aktivmaterial beim Zuführen bereits verbunden, dann muss diese durch das untere Ende nach außen geführt werden, bevor der Versiegelvorgang durchgeführt wird. Denkbar ist allerdings auch, dass der anodenseitiger Ableiter, respektive kathodenseitiger Ableiter, durch das untere Ende geführt wird, dann die Siegelnaht gebildet wird und erst anschließend das Aktivmaterial zugeführt wird.
Zum Transport der Batteriezelle kann eine Ablängeinheit vorgesehen sein, die mittels Walzen die Batteriezelle führt und abtransportiert. Dies unterstützt den kontinuierlichen Herstellungsvorgang der Batteriezellen.
Auch ist es denkbar, dass das Aktivmaterial während und/oder nach dem Zuführen mittels einer Stützeinheit abgestützt wird.
Die Stützeinheit kann dabei so angeordnet sein, dass sie beim Zuführen des Aktivmaterials dieses stützt, indem sie dessen Fallhöhe mindert oder gar den Fall verhindert, um das Aktivmaterial vor Zerstörung zu schützen. Sie kann also beweglich ausgebildet sein und den Zuführvorgang unterstützen. Dabei kann die Stützeinheit ein Teil der Halteeinheit sein. Denkbar ist auch, dass auf der Stützeinheit Dämpfungselemente angeordnet sind, um den Fall des Aktivmaterials abzudämpfen.
Im Rahmen der Erfindung ist es optional möglich, dass eine verschlossene Batteriezelle mittels einer Abtrenneinheit abgetrennt wird. Die Abtrenneinheit dient der Vereinzelung der Batteriezellen, und ist nach der Siegeleinheit vorgesehen. Nach dem Abtrennen sind die Batteriezellen besser stapelbar und daher einfacher lagerbar.
Ist die Batteriezelle verschlossen, ist es denkbar, diese einer Einheit zur Nutzbarmachung zuzuführen. In dieser Einheit zur Nutzbarmachung, wird die Batteriezelle mehrfach be- und entladen, um ihre Lebensdauer zu erhöhen.
Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Gastasche mittels einer Siegeleinheit geformt wird. In dieser Gastasche werden die Abgase, die bei der Nutzbarmachung in der Einheit zur Nutzbarmachung entstehen, gesammelt. Die Gastasche wird nach dem Vorgang der Nutzbarmachung so versiegelt, dass kein Austausch zwischen dem Inneren der Batteriezelle und der Gastasche mehr stattfinden kann. Danach ist es denkbar, die Gastasche zu entlüften oder gar komplett abzutrennen.
Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer Batteriezelle, insbesondere einer oben beschriebenen Batteriezelle sowie mittels des oberhalb beschriebenen Verfahrens,

- mit einer Folienmantel-Zuführeinheit zum Zuführen eines Folienmantelendlosbands,
- mit einer Trenneinheit zum Abtrennen eines hohlprofilförmigen Folienmantels von dem Folienmantelendlosband,
- mit einer Halteeinheit zum Halten und Positionieren, insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrechtes Halten und Positionieren, des hohlprofilförmigen Folienmantels, wobei die Halteeinheit derart ausgestaltet ist, dass sie den hohlprofilförmigen Folienmantel sackförmig hält und eine Befüllöffnung bildet,
- mit einer Aktivmaterial-Zuführeinheit zum Zuführen eines Aktivmaterials in den sackförmig gehaltenen hohlprofilförmigen Folienmantel im Bereich der Befüllöffnung,
- mit mindestens einer Siegeleinheit zum Herstellen von zumindest zwei Siegelnähten,
- mit einer Einfülleinheit zum Einfüllen eines Elektrolyts.

Mit dieser Vorrichtung lässt sich auf einfach Art und Weise eine Batteriezelle in einem kontinuierlichen Verfahren herstellen. Diese steigert die Taktzeiten bei der Herstellung und ermöglicht so auch die Herstellung einer höheren Stückzahl an Batteriezellen.
In Bezug auf die vorliegende Erfindung ist es vorstellbar, dass eine Stützeinheit zum Abstützen des Aktivmaterials während und/oder nach dem Zuführen des Aktivmaterials in den hohlprofilförmigen Folienmantel vorgesehen ist. Diese Stützeinheit dämpft die Fallhöhe oder verhindert sogar, dass das Aktivmaterial im Zuführvorgang fällt, um das Aktivmaterial in vorteilhafterweise vor der Zerstörung zu schützen. Es ist denkbar, die Stützeinheit mit zusätzlichen Dämpfelementen auszustatten, um das Stützen weiterhin positiv zu beeinflussen. Die Stützeinheit kann Teil der Halteeinheit sein.
Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass eine Abtrenneinheit zum Abtrennen der verschlossenen Batteriezelle vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese unterhalb der Siegeleinheit angeordnet ist. Mittels der Trenneinheit lassen sich die kontinuierlich hergestellten Batteriezellen auf einfache Art und Weise vereinzeln, dies vereinfacht die spätere Handhabung und die Lagerung der Batteriezellen.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Stützeinheit die zumindest eine Siegeleinheit aufweist. Dies reduziert den benötigten Bauraum der Vorrichtung. Ferner reduziert sich die Herstellungszeit, da während des Stützens der Versiegelvorgang durchgeführt werden kann. Das Versiegeln kann somit vor oder nach dem Zuführen des hohlprofilförmigen Folienmantels durchgeführt werden.
Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass eine zusätzliche Siegeleinheit zum Formen einer Gastasche vorgesehen ist. Diese ist in der Lage während des Abtransportes einer Batteriezelle eine senkrechte oder im Wesentlichen senkrechte Siegelnaht zu erzeugen und ist oberhalb der Abtrenneinheit angeordnet.
Es ist erfindungsgemäß denkbar, dass die Folienmantel-Zuführeinheit und/oder Halteeinheit und/oder eine Ablängeinheit Transportwalzen aufweisen. Dies dient der Führung des leeren oder gefüllten hohlprofilförmigen Folienmantels oder der Batteriezelle und gibt dieser Stabilität beim Transport.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist die Erfindung in den folgenden Figuren gezeigt:

1 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle,
2 Aufbau des hohlprofilförmigen Folienmantels,
3 schematische Darstellung eines Verfahrens zu Herstellung einer Batteriezelle,
4 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Batteriezelle.

In 1 ist schematische eine Batteriezelle 1 für eine Kraftfahrzeug-Batterie dargestellt. Dabei umschließt der hohlprofilförmige Folienmantel 2 der Batteriezelle 1 das Aktivmaterial 3 und den Elektrolyt 4 mediendicht. Als hohlprofilförmiger Folienmantel 2 kommt hier ein nahtloser Folienschlauch 5 zum Einsatz. Der Folienschlauch 5 weist zwei Siegelnähte 6, 7 auf, die an den gegenüberliegenden Enden des hohlprofilförmigen Folienmantels 2 angeordnet sind. Die Siegelnähte 6, 7 sind platzsparend gestaltet, und weisen hierzu die Form eines Trapezes auf. Dabei schaut aus der ersten Siegelnaht 6 der anodenseitige Ableiter 8 und aus der zweiten Siegelnaht 7 der kathodenseitige Ableiter 9 raus, um über diese einen Kontakt zum Aktivmaterial 3 herzustellen. Der anodenseitige Ableiter 8 und der kathodenseitige Ableiter 9 sind in die Siegelnähte 6, 7 eingesiegelt und somit auch mediendicht abgeschlossen.
Die Batteriezelle 1 ist vor ihrem Einsatz im Kraftfahrzeug nutzbar gemacht worden. Während des Nutzbarmachens wird die Batteriezelle 1 mehrfach be- und entladen. Dabei entstehen Gase, die sich in der Gastasche 10 sammeln können. Da diese bereits entfernt wurde, ist sie hier nur gestrichelt dargestellt.
In 2 ist der Aufbau des hohlprofilförmigen Folienmantels 2 dargestellt. Der hohlprofilförmige Folienmantel 2 besteht in der Außenlage 11 aus PET, der Innenlage 12 aus PE und der zwischen der Außenlage 11 und Innenlage 12 liegenden Dichtlage 13 aus Aluminium. Diese sind über eine Nylon-Verbindungsschicht 14 miteinander verbunden.
In 3 ist das Verfahren 100 zum Herstellen einer Batteriezelle 1 dargestellt. Dies weist die folgenden Schritte auf:

- Zuführen eines Folienmantelendlosbands mit einer Folienmantel-Zuführeinheit 301 - 110,
- Abtrennen eines hohlprofilförmigen Folienmantels 2 von dem Folienmantelendlosband mittels einer Trenneinheit 303 - 120,
- senkrechtes Halten und Positionieren des hohlprofilförmigen Folienmantels 2 in einer Halteeinheit 304, wobei der hohlprofilförmige Folienmantel 2 sackförmig gehalten wird und eine Befüllöffnung 305 gebildet wird - 130,
- Abstützen des Aktivmaterials während des Zuführens mittels einer Stützeinheit - 140,
- Zuführen eines Aktivmaterials mit einer Aktivmaterial-Zuführeinheit 308 in den sackförmig gehaltenen, hohlprofilförmigen Folienmantel 2 im Bereich der Befüllöffnung 305 - 150,
- Herstellen einer ersten Siegelnaht 6 mit einer Siegeleinheit - 160,
- Einfüllen eines Elektrolyts mit einer Einfülleinheit 310 - 170,
- Herstellen einer zweiten Siegelnaht 7 mit der Siegeleinheit zum Verschließen der Batteriezelle 1, wobei gleichzeitig ein Vakuum gezogen wird- 180,
- Herstellen einer senkrechten Siegelnaht mit einer zusätzlichen Siegeleinheit, um die Gastasche 10 zu formen - 190,
- Abtrennen der verschlossenen Batteriezelle mittels einer Abtrenneinheit 312 - 200.

In 4 ist die Vorrichtung 300 zum Herstellen einer Batteriezelle 1 gemäß 1 mittels des kontinuierlichen Verfahrens 100 aus 3 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 300 umfasst die Folienmantel-Zuführeinheit 301 zum Zuführen des Folienmantelendlosbands 302, die Trenneinheit 303 zum Abtrennen des hohlprofilförmigen Folienmantels 2 von dem Folienmantelendlosband, sowie die Halteeinheit 304 zum senkrechten Halten und Positionieren des hohlprofilförmigen Folienmantels 2. Die Halteeinheit 304 hält den hohlprofilförmigen Folienmantel 2 dabei sackförmig und bildet die Befüllöffnung 305. Dafür wird der Folienschlauch 5 über einen Haltering 306 gezogen, dieser befindet sich während des Befüllen bzw. Zuführens im Inneren des Folienschlauchs 5 und hält diesen offen. Zur äußeren Führung sind Walzen 307 vorgesehen. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 300 die Aktivmaterial-Zuführeinheit 308 zum Zuführen eines Aktivmaterials 3 in den sackförmig gehaltenen hohlprofilförmigen Folienmantel 2 im Bereich der Befüllöffnung 305, die erste Siegeleinheit 309 zum Herstellen von den zwei Siegelnähten an den Enden des Folienschlauchs 5, sowie die Einfülleinheit 310 zum Einfüllen eines Elektrolyts.
In dieser speziellen Ausführungsform weist die Halteeinheit 304 eine zusätzliche Stützeinheit 311 zum Abstützen des Aktivmaterials 3 während Zuführens des Aktivmaterials 3 in den hohlprofilförmigen Folienmantel 2 auf. Diese unterstützt die Halteeinheit 304 bei der Erzeugung der Sackform des Folienschlauchs 5 zum Zuführen des Aktivmaterials 3. Des Weiteren ist hier die Siegeleinheit 309 direkt in der Stützeinheit 311 der Halteinheit 304 untergebracht, sodass der Folienschlauch 5 während des Haltens und Positionierens sowohl gestützt als auch gehalten wird.
Unterhalb der Stützeinheit ist die Abtrenneinheit 312 angeordnet, welche die verschlossenen Batteriezellen 1 voneinander trennt, also diese vereinzelt und sowohl die erste als auch zweite Siegelnaht 6, 7 in die Trapezform bringt.
Da die Batteriezelle 1 der Einheit zur Nutzbarmachung 313 zugeführt wird, beispielsweise über ein Transportband 314, wird vorher eine Gastasche 10 mittels einer zweiten Siegeleinheit 316 erzeugt. Diese Siegelnaht wird während des Ablängens bzw. Abtransports, wofür Walzen 307 vorgesehen sind, erzeugt und ist senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht. Diese zweite Siegeleinheit 316 ist unterhalb der Stützeinheit, aber oberhalb der Abtrenneinheit 312 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Batteriezelle
2: hohlprofilförmiger Folienmantel
3: Aktivmaterial
4: Elektrolyt
5: Folienschlauch
6: erste Siegelnaht
7: zweite Siegelnaht
8: Anodenseitiger Ableiter
9: Kathodenseitiger Ableiter
10: Gastasche
11: Außenlage
12: Innenlage
13: Dichtlage
14: Verbindungsschicht
100: Verfahren
110: Zuführen eines Folienmantelendlosbands
120: Abtrennen eines hohlprofilförmigen Folienmantels
130: Halten und Positionieren des hohlprofilförmigen Folienmantels
140: Abstützen des Aktivmaterials
150: Zuführen eines Aktivmaterials
160: Herstellen einer ersten Siegelnaht
170: Einfüllen eines Elektrolyts
180: Herstellen einer zweiten Siegelnaht
190: Herstellen einer senkrechten Siegelnaht
200: Abtrennen der verschlossenen Batteriezelle
300: Vorrichtung
301: Folienmantel-Zuführeinheit
302: Folienmantelendlosband
303: Trenneinheit
304: Halteeinheit
305: Befüllöffnung
306: Haltering
307: Walzen
308: Aktivmaterial-Zuführeinheit
309: Erste Siegeleinheit
310: Einfülleinheit
311: Stützeinheit
312: Abtrenneinheit
313: Nutzbarmachung
314: Transportband
315: Gastasche
316: Zweite Siegeleinheit

Claims

Batteriezelle (1) für Batterie, insbesondere eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, mit einem hohlprofilförmigen Folienmantel (2), der ein Aktivmaterial (3) und ein Elektrolyt (4) mediendicht umschließt, wobei der hohlprofilförmige Folienmantel (2) zumindest zwei Siegelnähte (6, 7) aufweist, wobei eine erste Siegelnaht (6) und eine zweite Siegelnaht (7) an den gegenüberliegenden Enden angeordnet sind.
Batteriezelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlprofilförmige Folienmantel (2) zumindest eine Außenlage (11), eine Innenlage (12) und eine zwischen der Außenlage (11) und Innenlage (12) liegenden Dichtlage (13) aufweist, wobei die Lagen mit einer Verbindungsschicht (14) verbunden sind.
Batteriezelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Siegelnähte (6, 7) trapezförmig sind.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gastasche (10) zum Sammeln von Abgasen vorgesehen ist.
Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlprofilförmige Folienmantel (2) ein Folienschlauch (5) ist, wobei die erste Siegelnaht (6) und die zweite Siegelnaht (7) an den beiden gegenüberliegenden Enden des Folienschlauchs (5) angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (1), insbesondere einer Batteriezelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend die folgenden Schritte: - Zuführen (110) eines Folienmantelendlosbands mit einer Folienmantel-Zuführeinheit, - Abtrennen (120) eines hohlprofilförmigen Folienmantels von dem Folienmantelendlosband mittels einer Trenneinheit, - Halten und Positionieren (130), insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrechtes Halten und Positionieren, des hohlprofilförmigen Folienmantels in einer Halteeinheit, wobei der hohlprofilförmige Folienmantel sackförmig gehalten wird und eine Befüllöffnung gebildet wird, - Zuführen (150) eines Aktivmaterials mit einer Aktivmaterial-Zuführeinheit in den sackförmig gehaltenen hohlprofilförmigen Folienmantel im Bereich der Befüllöffnung, - Herstellen (160) einer ersten Siegelnaht mit einer Siegeleinheit, - Einfüllen (170) eines Elektrolyts mit einer Einfülleinheit, - Herstellen (180) einer zweiten Siegelnaht mit der Siegeleinheit (309) zum Verschließen der Batteriezelle wobei gleichzeitig ein Vakuum gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivmaterial (3) während und/oder nach dem Zuführen mittels einer Stützeinheit (311) abgestützt (140) wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine verschlossene Batteriezelle (1) mittels einer Abtrenneinheit (312) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gastasche (10) mittels einer Siegeleinheit (309) geformt wird.
Vorrichtung (300) zum Herstellen einer Batteriezelle (1), insbesondere einer Batteriezelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mittels des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, - mit einer Folienmantel-Zuführeinheit (301) zum Zuführen eines Folienmantelendlosbands (302), - mit einer Trenneinheit (303) zum Abtrennen eines hohlprofilförmigen Folienmantels (2) von dem Folienmantelendlosband (302), - mit einer Halteeinheit (304) zum Halten und Positionieren, insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrechtes Halten und Positionieren, des hohlprofilförmigen Folienmantels (130), wobei die Halteeinheit (304) derart ausgestaltet ist, dass sie den hohlprofilförmigen Folienmantel (2) sackförmig hält und eine Befüllöffnung (5) bildet, - mit einer Aktivmaterial-Zuführeinheit (308) zum Zuführen eines Aktivmaterials (3) in den sackförmig gehaltenen hohlprofilförmigen Folienmantel (2) im Bereich der Befüllöffnung (305), - mit mindestens einer Siegeleinheit (309) zum Herstellen von zumindest zwei Siegelnähten (6, 7), - mit einer Einfülleinheit (310) zum Einfüllen eines Elektrolyts (170).
Vorrichtung (300) zum Herstellen einer Batteriezelle (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützeinheit (311) zum Abstützen des Aktivmaterials während und/oder nach dem Zuführen des Aktivmaterials (150) in den hohlprofilförmigen Folienmantel (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung (300) zum Herstellen einer Batteriezelle (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtrenneinheit (312) zum Abtrennen (200) der verschlossenen Batteriezelle (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung (300) zum Herstellen einer Batteriezelle (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützeinheit (311) die zumindest eine Siegeleinheit (309) aufweist.
Vorrichtung (300) zum Herstellen einer Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Siegeleinheit (309) zum Formen einer Gastasche (315) vorgesehen ist.
Vorrichtung (300) zum Herstellen einer Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienmantel-Zuführeinheit (301) und/oder die Halteeinheit und/oder eine Ablängvorrichtung Transportwalzen aufweisen.