DE102022210670B4 - Process for manufacturing a battery pouch cell - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer Batteriepouchzelle mit einem Zellgehäuse (1) mit darin angeordneten Elektrodenstapel (3), das die folgenden Prozessschritte aufweist: Bereitstellung eines Gehäuse-Zwischenprodukts (11) bestehend aus dem Zellgehäuse (1) und einer Gastasche (13), die über eine Befüllöffnung (19) nach gehäuseaußen offen ist; Elektrolytbefüllung, bei der ein Elektrolyt (17) über die Befüllöffnung (19) im Gehäuse-Zwischenprodukt (11) in das Zellgehäuse (1) gefüllt wird; Formation und/oder Aging, wodurch unter Aufbrauch von Elektrolyt (17) sich Gas (31) bildet, das aus dem Zellgehäuse (1) entweicht und sich in der Gastasche (13) sammelt. Erfindungsgemäß ist in der Gastasche (13) ein Schwammelement (21) angeordnet, das das in der Gastasche (13) gesammelte Gas (31) absorbiert.The invention relates to a method for producing a battery pouch cell with a cell housing (1) with an electrode stack (3) arranged therein, which has the following process steps: provision of a housing intermediate product (11) consisting of the cell housing (1) and a gas pocket (13) which is open to the outside of the housing via a filling opening (19); electrolyte filling, in which an electrolyte (17) is filled into the cell housing (1) via the filling opening (19) in the housing intermediate product (11); formation and/or aging, whereby gas (31) is formed as electrolyte (17) is used up, which escapes from the cell housing (1) and collects in the gas pocket (13). According to the invention, a sponge element (21) is arranged in the gas pocket (13), which absorbs the gas (31) collected in the gas pocket (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer Batteriepouchzelle nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 12.The invention relates to a method for producing a battery pouch cell according to claim 1 or claim 12.

Bei einer Fertigung einer Batteriepouchzelle wird ein Elektrodenstapel in ein Zellgehäuse eingebracht, das aus tiefgezogenem Folienmaterial besteht. Dabei werden die Ableiterfolien der Anoden und Kathoden im Elektrodenstapel mit den Zellableitern kontaktiert, die nach gehäuseaußen geführt sind. Danach erfolgt eine Elektrolytbefüllung, bei der ein Elektrolyt über eine Befüllöffnung in das Zellgehäuse gefüllt wird. Die Befüllöffnung des Zellgehäuses wird anschließend zum Beispiel in einem Heißsiegelverfahren versiegelt. Im weiteren Prozessverlauf wird eine Formation und ein Agingprozess durchgeführt.When manufacturing a battery pouch cell, an electrode stack is placed in a cell housing made of deep-drawn foil material. The conductor foils of the anodes and cathodes in the electrode stack are contacted with the cell conductors, which are led to the outside of the housing. This is followed by an electrolyte filling process, in which an electrolyte is filled into the cell housing via a filling opening. The filling opening of the cell housing is then sealed, for example using a heat-sealing process. In the further course of the process, a formation and an aging process are carried out.

Normalerweise wird der Elektrolyt vor der Formation in die Pouchzelle gefüllt. Im Zellgehäuse-Inneren reagiert der Elektrolyt sowohl an der Anode als auch an der Kathode und bildet eine feste Elektrolyt-Grenzfläche an Anode und Kathode, und zwar eine Festelektrolyt-Grenzfläche (SEI) an der Anode und eine Kathoden-Elektrolyt-Grenzfläche (CEI) an der Kathode. Elektrolytlösungsmittel (hauptsächlich lineare und zyklische Karbonate wie DMC, DEC und EC) und Lithiumsalz (LiFP6) werden zur Bildung dieser Festelektrolyt-Grenzfläche aufgebraucht. Der Elektrolyt wird dabei teilweise in Gas umgewandelt und sammelt sich im Zellgehäuse-Inneren. All dies führt zu einer Verringerung des Elektrolyt- und Salzgehalts in der Pouchzelle. Es gibt derzeit keine Möglichkeit, der Pouchzelle wieder Elektrolyt zuzuführen, um diesen Verlust auszugleichen. Dies führt zu einer permanenten Abnahme der Kapazität der Pouchzelle. Einerseits führt die Bildung von SEI zu einer Abnahme des Lithiumsalzes, das zur Bildung von SEI aufgebraucht wird. Andererseits wird Gas erzeugt. Die SEI-Bildung führt zu einer Elektrolyt-Trocknung und zur Verringerung des Lithiumsalzgehalts. Wenn die CEI nicht vollständig gebildet wird, oxidiert der Elektrolyt und erzeugt Kohlendioxid. Ein Aufbrechen von CEI und die erneute Bildung von CEI führt ebenfalls zu einer Gasbildung und Elektrolyt-Trocknung.Normally, the electrolyte is filled into the pouch cell before formation. Inside the cell case, the electrolyte reacts at both the anode and the cathode to form a solid electrolyte interface at the anode and cathode, namely a solid electrolyte interface (SEI) at the anode and a cathode-electrolyte interface (CEI) at the cathode. Electrolyte solvents (mainly linear and cyclic carbonates such as DMC, DEC and EC) and lithium salt (LiFP 6 ) are used up to form this solid electrolyte interface. The electrolyte is partially converted to gas and collects inside the cell case. All this leads to a reduction in the electrolyte and salt content in the pouch cell. There is currently no way to replenish electrolyte to the pouch cell to compensate for this loss. This leads to a permanent decrease in the capacity of the pouch cell. On the one hand, the formation of SEI leads to a decrease in lithium salt, which is consumed to form SEI. On the other hand, gas is generated. SEI formation leads to electrolyte drying and reduction of lithium salt content. If CEI is not fully formed, the electrolyte oxidizes and generates carbon dioxide. Breakdown of CEI and re-formation of CEI also leads to gas generation and electrolyte drying.

Bei dem herkömmlichen Verfahren wird der Elektrolyt in die Pouchzelle gefüllt. In der Pouchzelle befindet sich eine Gastasche. Anschließend wird die Zelle formatiert. Während der Formation wird ein Teil des Elektrolyts in Gas umgewandelt und werden Lithiumsalze des Elektrolyts zur Bildung von SEI und CEI teilweise aufgebraucht. Das gebildete Gas wird in der Gastasche gesammelt. Die Gastasche mit dem darin gesammelten Gas wird in einer folgenden Schneidoperation von dem Zellgehäuse abgeschnitten. Die Pouchzelle wird im weiteren Prozessverlauf dem Agingprozess zugeführt. Die Zelle ist während des Agingprozesses vollständig geschlossen. Während des Agingprozesses wird die Schichtbildung von SEI und CEI abgeschlossen. Das bedeutet, dass während des Agingprozesses etwas Gas entsteht. Das während des Agingprozesses entstehende Gas wird im Stand der Technik nicht entfernt, sondern bleibt im Inneren der Zelle eingeschlossen. Auch der Anteil des Elektrolyts, der getrocknet und in Gas umgewandelt wird, wird nicht nachgefüllt. Das bedeutet, dass die Pouchzelle weniger Elektrolyt als für einen optimalen Zellbetrieb erforderlich enthält.In the conventional process, the electrolyte is filled into the pouch cell. The pouch cell contains a gas pocket. The cell is then formatted. During formation, part of the electrolyte is converted to gas and lithium salts of the electrolyte are partially used up to form SEI and CEI. The gas formed is collected in the gas pocket. The gas pocket with the gas collected in it is cut off from the cell casing in a subsequent cutting operation. The pouch cell is then fed into the aging process. The cell is completely closed during the aging process. During the aging process, the layer formation of SEI and CEI is completed. This means that some gas is generated during the aging process. The gas generated during the aging process is not removed in the prior art, but remains trapped inside the cell. The portion of the electrolyte that is dried and converted to gas is also not replenished. This means that the pouch cell contains less electrolyte than is required for optimal cell operation.

Wenn während des Agingprozesses noch Feuchtigkeit in der Zelle vorhanden ist, wird das Wasser zu Wasserstoffionen und Sauerstoffionen aufgespaltet. Die Ionen reagieren mit Ethylencarbonat und bilden Kohlendioxid und Ethylenglykol. Aus den Wasserstoffionen wird Wasserstoffgas erzeugt. Ethylencarbonat wird reduziert. Dadurch wird die Leistung der Zelle verringert.If moisture is still present in the cell during the aging process, the water is split into hydrogen ions and oxygen ions. The ions react with ethylene carbonate to form carbon dioxide and ethylene glycol. Hydrogen gas is produced from the hydrogen ions. Ethylene carbonate is reduced. This reduces the performance of the cell.

Im Stand der Technik erfolgt daher bei der Elektrolytbefüllung eine Zugabe von überschüssigem Elektrolyt. Der Gehalt an Lithiumsalz (LiPF6) im Elektrolytlösungsmittel kann bei 1,2 Mol liegen, was mehr als der optimale Wert von 1 Mol ist. Die Hauptnachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung sind folgende: Überschüssiger Elektrolyt ist nicht hilfreich, da er mit der Elektrode in Kontakt kommt und oxidiert wird. Dies führt zu einer verstärkten Gasproduktion. Ferner wird der Zellenbetrieb beeinträchtigt, da das Lithiumsalz zu Beginn über dem optimalen Wert liegt. Mehr Lithiumsalz und überschüssiges Lösungsmittel können die Viskosität erhöhen und damit die lonenmobilität verringern. Es ergeben sich ferner Schwierigkeiten bei der Benetzung, da der Elektrolyt nur mit gesteigertem Aufwand sowie mit höherer Temperatur (ca. 50°C) benetzt. Höhere Temperaturen als 55°C führen zu einem irreversiblen Verlust des Lithiumsalzes (LiPF6).In the prior art, excess electrolyte is therefore added when filling the electrolyte. The lithium salt (LiPF 6 ) content in the electrolyte solvent can be 1.2 mol, which is more than the optimal value of 1 mol. The main disadvantages of the prior art solution are as follows: Excess electrolyte is not helpful because it comes into contact with the electrode and is oxidized. This leads to increased gas production. Furthermore, cell operation is impaired because the lithium salt is above the optimal value at the beginning. More lithium salt and excess solvent can increase the viscosity and thus reduce ion mobility. There are also difficulties with wetting because the electrolyte only wets with increased effort and at a higher temperature (approx. 50°C). Higher temperatures than 55°C lead to an irreversible loss of the lithium salt (LiPF 6 ).

Aus der KR 10 2014 0 013 133 A ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Fertigung einer Batteriepouchzelle bekannt. Aus der KR 10 2022 0 001 767 A ist ein weiteres Verfahren zur Fertigung einer Batteriepouchzelle bekannt. Aus der US 8 802 262 B2 und aus der GB 1 393 609 A sind jeweils eine aufladbare Batteriezelle bekannt. Aus der DE 101 52 791 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Chlor und Natronlauge durch Elektrolyse mittels Gasdiffusionselektroden-Demister bekannt.From the KR 10 2014 0 013 133 A A generic method for manufacturing a battery pouch cell is known. KR 10 2022 0 001 767 A Another process for manufacturing a battery pouch cell is known. US 8 802 262 B2 and from the GB 1 393 609 A A rechargeable battery cell is known in each case. DE 101 52 791 A1 A process for the production of chlorine and caustic soda by electrolysis using a gas diffusion electrode demister is known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Fertigung einer Batteriepouchzelle bereitzustellen, mit dem die Leistungsfähigkeit der Batteriepouchzelle im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise gesteigert werden kann.The object of the invention is to provide a method for manufacturing a battery pouch cell with which the performance of the battery pouch cell can be increased in a simple manner compared to the prior art.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 und 12 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claims 1 and 12. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Fertigung einer Batteriepouchzelle mit einem Zellgehäuse mit darin angeordneten Elektrodenstapel aus. Die Batteriepouchzelle wird in den folgenden Prozessschritten gefertigt: Bereitstellung eines Gehäuse-Zwischenprodukts bestehend aus dem Zellgehäuse und einer Gastasche, die über eine Befüllöffnung nach gehäuseaußen offen ist; Elektrolytbefüllung, bei der ein Elektrolyt über die Befüllöffnung im Gehäuse-Zwischenprodukt in das Zellgehäuse gefüllt wird; Formation, bei der erste Lade- und Entladevorgänge durchgeführt werden, wodurch unter Aufbrauch von Elektrolyt sich Gas bildet, das aus dem Zellgehäuse entweicht und in der Gastasche gesammelt wird; Aging, bei dem das Gehäuse-Zwischenprodukt über eine Agingdauer gelagert wird, wodurch unter Aufbrauch von Elektrolyt sich weiteres Gas bilden kann. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist in der Gastasche ein Schwammelement angeordnet, das das in der Gastasche gesammelte Gas absorbiert.The invention is based on a method for producing a battery pouch cell with a cell housing with an electrode stack arranged therein. The battery pouch cell is manufactured in the following process steps: provision of a housing intermediate product consisting of the cell housing and a gas pocket that is open to the outside of the housing via a filling opening; electrolyte filling, in which an electrolyte is filled into the cell housing via the filling opening in the housing intermediate product; formation, in which the first charging and discharging processes are carried out, whereby gas is formed as electrolyte is used up, which escapes from the cell housing and is collected in the gas pocket; aging, in which the housing intermediate product is stored for an aging period, whereby further gas can form as electrolyte is used up. According to the characterizing part of claim 1, a sponge element is arranged in the gas pocket, which absorbs the gas collected in the gas pocket.

Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass während der Formation und/oder des Aging ein Nachfüllschritt durchgeführt wird, in dem Sekundärelektrolyt in das Zellgehäuse nachgefüllt wird. Der Sekundärelektrolyt wird nicht wie bei der Primärelektrolytinjektion hinzugefügt, sondern durch ein modifiziertes Verfahren, wie es weiter unten erläutert wird. Alternativ und/oder zusätzlich wird das während der Formation und/oder des Aging gebildete Gas durch einen neuen Gaseinfangmechanismus in der Gastasche eingeschlossen.One aspect of the invention is that during formation and/or aging a refill step is carried out in which secondary electrolyte is refilled into the cell casing. The secondary electrolyte is not added as in primary electrolyte injection, but by a modified method as explained below. Alternatively and/or additionally, the gas formed during formation and/or aging is trapped in the gas pocket by a new gas trapping mechanism.

In der Gastasche wird beim Zusammenbau der Batteriezelle das Schwammelement positioniert. Dann wird die Zelle versiegelt. Das Schwammelement kann während der Elektrolytbefüllung vom Elektrolyt benetzt werden. Das heißt, wenn Elektrolyt eingefüllt wird, fließt der Elektrolyt durch das Schwammelement in das Zellgehäuse. Auf diese Weise befindet sich genügend Elektrolyt im Elektroden-Aktivmaterial und im Zellgehäuse. Zusätzlich wird Elektrolyt (nachfolgend auch als Sekundärelektrolyt bezeichnet) in den Poren des Schwammelements gespeichert.The sponge element is positioned in the gas pocket when the battery cell is assembled. The cell is then sealed. The sponge element can be wetted by the electrolyte during electrolyte filling. This means that when electrolyte is filled, the electrolyte flows through the sponge element into the cell casing. In this way, there is enough electrolyte in the electrode active material and in the cell casing. In addition, electrolyte (hereinafter also referred to as secondary electrolyte) is stored in the pores of the sponge element.

Während der Formation bzw. des Aging kann das Schwammelement von gehäuseaußen gepresst werden, so dass der Sekundärelektrolyt aus dem Schwammelement nach unten in Richtung Stapel fließt. Der Primärelektrolyt, der sich zu Gas zersetzt hat, wird somit durch frischen Sekundärelektrolyt ersetzt. Die Poren im Schwammelement, die durch die Freisetzung von Sekundärelektrolyt entstehen, werden mit dem während der Formation bzw. des Aging erzeugten Gas gefüllt. Das Aging erfolgt nach der Formation bei hoher Temperatur (50°C). Die Gastasche wird nach der Formation noch nicht abgeschnitten, sondern ist noch mit dem Zellgehäuse verbunden. Dies ist ein Unterschied zum konventionellen Verfahren. Das bedeutet, dass das gesamte Gas, das während des Aging bei hoher Temperatur entsteht, in der Gastasche gesammelt wird. Auch während des Aging kann Gas entstehen. Ein Teil des Elektrolyts (Elektrolyt in der Zelle in Kontakt mit der Elektrode) wird oxidiert und in Gas umgewandelt, wobei die SEI und CEI vollständig aufgebaut wird. Das gebildete Gas wird während des Aging und während der vollständigen Bildung von SEI und CEI in der Gastasche gesammelt.During formation or aging, the sponge element can be pressed from the outside of the housing so that the secondary electrolyte flows downwards from the sponge element towards the stack. The primary electrolyte, which has decomposed into gas, is thus replaced by fresh secondary electrolyte. The pores in the sponge element that are created by the release of secondary electrolyte are filled with the gas generated during formation or aging. Aging takes place after formation at a high temperature (50°C). The gas pocket is not cut off after formation, but is still connected to the cell housing. This is different from the conventional process. This means that all the gas that is created during aging at high temperature is collected in the gas pocket. Gas can also be created during aging. Part of the electrolyte (electrolyte in the cell in contact with the electrode) is oxidized and converted to gas, whereby the SEI and CEI are fully built up. The formed gas is collected in the gas pocket during aging and during the complete formation of SEI and CEI.

Das Schwammelement kann durch Zugabe von alkalischer Flüssigkeit (Natrium- oder Kaliumhydroxid) alkalisch gemacht werden. Dadurch wird das HF-Gas neutralisiert und es entstehen Wasser und neutrale Salze wie NaF (Natriumhydroxid) oder KF (Kaliumhydroxid). Das Neutralsalz löst sich im Wasser auf und wird im Schwammelement eingeschlossen.The sponge element can be made alkaline by adding alkaline liquid (sodium or potassium hydroxide). This neutralizes the HF gas and produces water and neutral salts such as NaF (sodium hydroxide) or KF (potassium hydroxide). The neutral salt dissolves in the water and is trapped in the sponge element.

Das Schwammelement kann Kohlenstoffpartikel enthalten, die das Gas, das neutrale Salz und das Wasser absorbieren. Auf diese Weise sind die Gasmoleküle an die Kohlenstoffpartikel gebunden und können diese sich nicht frei in der Gastasche bewegen.The sponge element can contain carbon particles that absorb the gas, the neutral salt and the water. In this way, the gas molecules are bound to the carbon particles and cannot move freely in the gas pocket.

Nach dem Aging wird das Zellgehäuse vollständig versiegelt und anschließend die Gastasche in einem Schneidprozess vom Zellgehäuse abgetrennt. Das Schwammelement im Inneren der Gastasche wird herausgenommen und kann wiederverwendet werden. Wenn die Kohlenstoffpartikel und die alkalische Flüssigkeit verbraucht sind, wird das Schwammelement mit neuen Kohlenstoffpartikeln und alkalischer Flüssigkeit versetzt. Auf diese Weise ist das Schwammelement vollständig wiederverwendbar.After aging, the cell casing is completely sealed and then the gas pocket is separated from the cell casing in a cutting process. The sponge element inside the gas pocket is taken out and can be reused. When the carbon particles and alkaline liquid are used up, the sponge element is added with new carbon particles and alkaline liquid. In this way, the sponge element is completely reusable.

Es ist wichtig, dass während der Formation bzw. des Aging in konstanten Zeitabständen ein geringer Druck von gehäuseaußen ausgeübt wird, damit der Sekundärelektrolyt aus dem Schwammelement freigesetzt wird.It is important that during formation or aging a slight pressure is applied from the outside of the housing at constant intervals to release the secondary electrolyte from the sponge element.

Das Schwammelement kann hygroskopische Substanzen enthalten, die Feuchtigkeit absorbieren können. Wenn sich während des Aging nicht viel Gas entwickelt, kann die Gastasche bereits nach der Formation und der Hochtemperaturerwärmung abgeschnitten werden. In diesem Fall erfolgt das Aging nach dem Abschneiden der Gastasche.The sponge element may contain hygroscopic substances that can absorb moisture. If not much gas is evolved during aging, the gas pocket can be cut off after formation and high temperature heating. In this case, aging occurs after the gas pocket is cut off.

Wenn keine Sekundärelektrolyt-Zugabe erforderlich ist, kann das Schwammelement lediglich zur Gasabsorbtion verwendet werden, in der das Gas im Schwammelement eingeschlossen wird. Außerdem kann das Gas (HF-Gas) im Schwammelement neutralisiert werden; Wasserdampf kann ebenfalls an Aktivkohlepartikel im Schwammelement gebunden werden.If no secondary electrolyte addition is required, the sponge element can be used only for gas absorption, in which the gas is enclosed in the sponge element. In addition, the gas (HF gas) can be neutralized in the sponge element; water vapor can also be bound to activated carbon particles in the sponge element.

Es ist auch möglich, Durchgangskanäle in das Schwammelement einzubringen, in denen eine Elektrolytdüse befestigt werden kann, so dass der Elektrolyt in die Zelle eingespritzt werden kann, ohne in Kontakt mit dem Schwammelement zu kommen. Der Sekundärelektrolyt kann durch eine andere Düse oder nach dem Einfüllen des Primärelektrolyts in die Zelle in das Innere des Pads injiziert werden. Auf diese Weise erfolgt die Injektion von Primär- und Sekundärelektrolyt in unterschiedlichen Prozessschritten, so dass die Elektrolytmenge perfekt reguliert werden kann. Es ist auch möglich, den Sekundärelektrolyt in das Schwammelement zu geben, bevor es in die Pouch-Zelle eingesetzt wird. Das heißt, das Schwammelement wird mit Elektrolyt benetzt, bevor es in die Zelle kommt. In diesem Fall muss nur der Primärelektrolyt während der Elektrolytinjektion in die Zelle injiziert werden.It is also possible to introduce through-channels into the sponge element in which an electrolyte nozzle can be attached, so that the electrolyte can be injected into the cell without coming into contact with the sponge element. The secondary electrolyte can be injected into the inside of the pad through another nozzle or after the primary electrolyte has been filled into the cell. In this way, the injection of primary and secondary electrolyte takes place in different process steps, so that the amount of electrolyte can be perfectly regulated. It is also possible to add the secondary electrolyte to the sponge element before it is inserted into the pouch cell. This means that the sponge element is wetted with electrolyte before it goes into the cell. In this case, only the primary electrolyte needs to be injected into the cell during the electrolyte injection.

Im Zellgehäuse-Zwischenprodukt kann zwischen dem Zellgehäuse und der Gastasche eine Dichtung vorhanden sein, damit sich das Schwammelement nicht nach unten in Richtung Elektrodenstapel verschieben kann. Die Abdichtung erfolgt nur an wenigen kleinen Stellen, damit die Gasbewegung zum Schwammelement und die Elektrolytbewegung zum Elektrodenstapel nicht behindert wird.In the cell casing intermediate product, a seal may be present between the cell casing and the gas pocket to prevent the sponge element from moving downwards towards the electrode stack. The seal is only provided in a few small places to ensure that the gas movement to the sponge element and the electrolyte movement to the electrode stack are not impeded.

Um zu verhindern, dass die Alkalilösung mit dem Elektrolyt reagiert, kann eine Alkalilösung auf Lithiumbasis, wie zum Beispiel Lithiumcarbonat, verwendet werden. Es ist auch möglich, die Aktivkohle zunächst mit einer Alkalilösung zu beschichten und dann in die Poren einzuführen. Das Schwammelement kann mit einer Separatorschicht überzogen sein, so dass die Aktivkohle nicht in das Zellgehäuse gelangt. Die Separatorschicht kann eine Porosität aufweisen, die so bemessen ist, dass sich nur Elektrolyt und Gas durch die Separatorschicht bewegen können, nicht jedoch die Aktivkohlepartikel.To prevent the alkali solution from reacting with the electrolyte, a lithium-based alkali solution such as lithium carbonate can be used. It is also possible to first coat the activated carbon with an alkali solution and then introduce it into the pores. The sponge element can be coated with a separator layer so that the activated carbon does not enter the cell casing. The separator layer can have a porosity such that only electrolyte and gas can move through the separator layer, but not the activated carbon particles.

Das Schwammelement kann als Additive hygroskopisches Material zur Absorption von Feuchtigkeit und/oder Aktivkohle zum Auffangen aller Gase und Alkalipulver/Lösung zur Neutralisierung von HF-Säure aufweisen. Das Schwammelement kann Durchgangskanäle aufweisen, durch die der Elektrolyt in Richtung Zellgehäuse eingeleitet wird, ohne das Schwammelement zu befeuchten (falls kein Sekundärelektrolyt erforderlich ist). Wenn eine Sekundärelektrolytinjektion erforderlich ist, kann die Elektrolytinjektion durch das Schwammelement hindurch erfolgen, oder es wird das mit Elektrolyt benetzte Schwammelement zusammen mit den Stapeln in den Beutel eingeführt.The sponge element may contain as additives hygroscopic material to absorb moisture and/or activated carbon to capture all gases and alkali powder/solution to neutralize HF acid. The sponge element may have through-channels through which the electrolyte is introduced towards the cell casing without wetting the sponge element (if secondary electrolyte is not required). If secondary electrolyte injection is required, the electrolyte injection may be made through the sponge element or the electrolyte-wetted sponge element may be inserted into the bag together with the stacks.

Wenn das mit Elektrolyt benetzte Schwammelement in das Zellgehäuse-Zwischenprodukt eingelegt wird, sollte die Befeuchtung des Schwammelements und das Einlegen des Schwammelements in einer Atmosphäre mit geringer Feuchtigkeit erfolgen, damit der Elektrolyt keine zusätzliche Feuchtigkeit aufnimmt. Um eine Reaktion des Elektrolyts mit anderen Schwammelement-Zusatzstoffen, wie Aktivkohle, Alkalilösung und hygroskopischem Material, zu verhindern, ist es möglich, zwei getrennte Bereiche bzw. Schwammelement-Segmente im Schwammelement vorzusehen. Ein Segment ist mit Elektrolyt benetzt, während das andere Segment Gase absorbieren kann, aber nicht mit Elektrolyt in Kontakt kommt. Auf diese Weise erfüllt das Schwammelement zwei voneinander unabhängige Funktionen. Beide Schwammelement-Segmente können durch eine undurchlässige Membran voneinander getrennt sein. Wenn der Sekundärelektrolyt aus dem Schwammelement in die Zelle geflossen ist, kann der im Schwammelement entstandene Leerraum zur Gasabsorbtion genutzt werden.When the sponge element wetted with electrolyte is inserted into the cell casing intermediate, the moistening of the sponge element and the insertion of the sponge element should be carried out in a low humidity atmosphere so that the electrolyte does not absorb additional moisture. In order to prevent the electrolyte from reacting with other sponge element additives, such as activated carbon, alkali solution and hygroscopic material, it is possible to provide two separate areas or sponge element segments in the sponge element. One segment is wetted with electrolyte, while the other segment can absorb gases but does not come into contact with electrolyte. In this way, the sponge element fulfills two independent functions. Both sponge element segments can be separated from each other by an impermeable membrane. When the secondary electrolyte has flowed from the sponge element into the cell, the empty space created in the sponge element can be used to absorb gases.

Der Sekundärelektrolyt im Schwammelement kann andere Salz- und Lösungsmittelbestandteile haben als der in der Elektrolytbefüllung verwendete Primärelektrolyt. Normalerweise sollte der Sekundärelektrolyt weniger Zusatzstoffe enthalten als der Primärelektrolyt. Die Zusätze im Primärelektrolyt sollten zur Bildung von SEI und CEI beitragen. Der Sekundärelektrolyt sollte dafür sorgen, dass die lonenmobilität im Zellbetrieb höher ist. Kurz gesagt, der Sekundärelektrolyt wird erfindungsgemäß nicht von außen zugeführt. Der Sekundärelektrolyt befindet sich von Anfang an in der Pouch-Zelle (hier im Schwammelement innerhalb der Gastasche). Der Sekundärelektrolyt ist von der Elektrode getrennt und kann sich daher nicht elektrisch zersetzen. Der Sekundärelektrolyt im Schwammelement hat die gleiche Menge, die der Austrocknung des Primärelektrolyts im Zellgehäuse entspricht.The secondary electrolyte in the sponge element can have different salt and solvent components than the primary electrolyte used in the electrolyte filling. Normally, the secondary electrolyte should contain fewer additives than the primary electrolyte. The additives in the primary electrolyte should contribute to the formation of SEI and CEI. The secondary electrolyte should ensure that the ion mobility is higher during cell operation. In short, according to the invention, the secondary electrolyte is not supplied from the outside. The secondary electrolyte is located in the pouch cell from the beginning (here in the sponge element within the gas pocket). The secondary electrolyte is separated from the electrode and therefore cannot decompose electrically. The secondary electrolyte in the sponge element has the same amount that corresponds to the drying out of the primary electrolyte in the cell housing.

Das Schwammelement kann aus einer schwammartigen 3D-Struktur mit Mikroporosität bestehen. Insbesondere kann das Schwammelement hauptsächlich aus Silikon, Polyurethan oder Polypropylen bestehen. Beispielhaft kann das Schwammelement eine Porosität von etwa 150 µm aufweisen. Das Schwammelement kann Additive wie Aktivkohlepartikel zum Einfangen von Gasen, hygroskopisches Material wie Zellulosefasern, etwa Baumwolle, Papier oder Holz, Ethanol, Methanol, Salze, etwa Kalziumchlorid und/oder alkalische Lösungen aus Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natrium- oder Lithiumcarbonat enthalten. Zudem kann das Schwammelement mit einem Separator beschichtet sein, der insbesondere eine Separator-Porosität von zum Beispiel etwa 40 nm aufweist, so dass der Separator den Elektrolyt, nicht aber das Additiv durchlässt.The sponge element can consist of a sponge-like 3D structure with microporosity. In particular, the sponge element can consist mainly of silicone, polyurethane or polypropylene. For example, the sponge element can have a porosity of about 150 µm. The sponge element can contain additives such as activated carbon particles for capturing gases, hygroscopic material such as cellulose fibers, such as cotton, paper or wood, ethanol, methanol, salts, such as calcium chloride and/or alkaline solutions of sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium or lithium carbonate. In addition, the sponge element can be coated with a separator which in particular has a separator porosity of, for example, about 40 nm, so that the separator allows the electrolyte to pass through but not the additive.

Wird das Schwammelement mit Elektrolyt benetzt und dann in die Gastasche eingesetzt, muss kein Elektrolyt durch das Schwammelement fließen. In diesem Fall kann das Schwammelement Durchgangskanäle aufweisen, in die die Elektrolytdüse eingeführt wird, um den Primarelektrolyt nur in das Zellgehäuse und nicht in das Schwammelement einzuspritzen.If the sponge element is wetted with electrolyte and then inserted into the gas pocket, no electrolyte needs to flow through the sponge element. In this case, the sponge element can have through-channels into which the electrolyte nozzle is inserted to inject the primary electrolyte only into the cell casing and not into the sponge element.

Das Schwammelement kann beispielhaft ein oberes Segment und ein unteres Segment aufweisen. Das obere Segment dient zur Aufnahme von Additiven zum Einschluss von Gas. Die Additive sind Aktivkohle, alkalisches Pulver und/oder hygroskopisches Pulver. Die Hauptfunktion des oberen Segments besteht darin, Gas und Wasserdampf abzufangen und HF-Säure zu neutralisieren. In der Elektrolytbefüllung kommt der Elektrolyt nicht in Kontakt mit dem oberen Segment. Vielmehr ist das obere Segment mit Durchgangskanälen ausgebildet, in denen jeweils eine Elektrolytdüse einer Elektrolyt-Füllanlage angeordnet werden kann. Die Elektrolytdüse spritzt den Elektrolyt in das untere Segment des Schwammelements, der Kapazität zur Aufnahme des Elektrolyts aufweist. Das untere Segment weist - im Gegensatz zum oberen Segment - keine Additive auf. Das bedeutet, dass der Elektrolyt keine Verunreinigungen durch Gas einschließende Zusatzstoffe erhält. Zwischen den beiden Segmenten befindet sich eine undurchlässige Membran. Dadurch kann kein Sekundärelektrolyt in das obere Segment des Schwammelements gelangen, wenn auf das Schwammelement eine äußere Druckkraft ausgeübt wird, um den Nachfüllschritt zu initiieren. Beide Segmente des Schwammelements sind von einer Separatorschicht überzogen. Wenn kein Sekundärelektrolyt eingespritzt werden muss, kann das Schwammelement nur aus dem oberen Segment bestehen, in dem Durchgangskanäle für die Elektrolytdüsen angeordnet sind.The sponge element can, for example, have an upper segment and a lower segment. The upper segment is used to hold additives for trapping gas. The additives are activated carbon, alkaline powder and/or hygroscopic powder. The main function of the upper segment is to capture gas and water vapor and to neutralize HF acid. During electrolyte filling, the electrolyte does not come into contact with the upper segment. Rather, the upper segment is designed with through-channels in each of which an electrolyte nozzle of an electrolyte filling system can be arranged. The electrolyte nozzle sprays the electrolyte into the lower segment of the sponge element, which has the capacity to hold the electrolyte. The lower segment - in contrast to the upper segment - has no additives. This means that the electrolyte is not contaminated by gas-trapping additives. There is an impermeable membrane between the two segments. This prevents secondary electrolyte from entering the upper segment of the sponge element when an external pressure force is applied to the sponge element to initiate the refilling step. Both segments of the sponge element are covered by a separator layer. If no secondary electrolyte needs to be injected, the sponge element can consist only of the upper segment, in which passage channels for the electrolyte nozzles are arranged.

Nachfolgend sind nochmals die Hauptunterschiede zwischen Erfindung und dem Stand der Technik aufgelistet. Erfindungsgemäß begrenzt die Gastasche keinen Leerraum, sondern ist darin das Schwammelement angeordnet. In einer Option kann das Schwammelement keine Additive (d.h. Zusätze) aufweisen. Die Gaspartikel sammeln sich in den Poren und werden eingeschlossen. Auf diese Weise baut sich kein Gasdruck auf und die schädliche Wirkung des Gases auf das Elektrodenaktivmaterial wird verhindert. Das Gas kann nicht frei in der Gastasche zirkulieren.The main differences between the invention and the prior art are listed again below. According to the invention, the gas pocket does not delimit an empty space, but the sponge element is arranged in it. In one option, the sponge element can have no additives (i.e. additions). The gas particles collect in the pores and are enclosed. In this way, no gas pressure builds up and the harmful effect of the gas on the electrode active material is prevented. The gas cannot circulate freely in the gas pocket.

Erfindungsgemäß wird das Schwammelement mit einem Sekundärelektrolyt gefüllt. Der Sekundärelektrolyt wird im Nachfüllschritt während der Formation und/oder des Aging langsam freigesetzt. Zu diesem Zweck wird Druck auf das Schwammelement ausgeübt. Auf diese Weise ersetzt der Sekundärelektrolyt den fehlenden Primärelektrolyt in der Zelle, der während der Formation und/oder des Aging im Zellgehäuse verbraucht wird. Der Sekundärelektrolyt kann aus denselben Bestandteilen wie der Primärelektrolyt bestehen. Er kann aber auch eine andere Elektrolytchemie aufweisen, um die Leistung der Zelle zu optimieren. Kurz gesagt kann die Befüllung des Zellgehäuses mit Elektrolyt in zwei Stufen erfolgen: Der Primärelektrolyt wird als konventioneller Elektrolyt eingefüllt, während der Sekundärelektrolyt während der Formation/Aging eingefüllt wird. Der Sekundärelektrolyt und der Primärelektrolyt sind während der Formation und des Aging elektrisch getrennt.According to the invention, the sponge element is filled with a secondary electrolyte. The secondary electrolyte is slowly released in the refill step during formation and/or aging. For this purpose, pressure is exerted on the sponge element. In this way, the secondary electrolyte replaces the missing primary electrolyte in the cell, which is consumed in the cell housing during formation and/or aging. The secondary electrolyte can consist of the same components as the primary electrolyte. But it can also have a different electrolyte chemistry to optimize the performance of the cell. In short, the filling of the cell housing with electrolyte can take place in two stages: The primary electrolyte is filled as a conventional electrolyte, while the secondary electrolyte is filled during formation/aging. The secondary electrolyte and the primary electrolyte are electrically separated during formation and aging.

In einer weiteren Option kann das Schwammelement zusätzliche Komponenten wie alkalisches Pulver oder Flüssigkeit zur Neutralisierung von HF-Gas, Aktivkohle zum Einfangen der Gasmoleküle an der Oberfläche und hygroskopisches Pulver zur Absorption von Wasserdampf enthalten. Auf diese Weise können sich Gas und Wasserdampf nicht frei in der Gastasche bewegen, sondern werden im Inneren des Schwammelements eingeschlossen. Zusatzstoffe helfen, diese Gasmoleküle einzuschließen. Nach dem Aging wird die Gastasche abgeschnitten und das Schwammelement entfernt. Das Schwammelement kann nach Eintauchen in ein Lösungsmittel und anschließendem Erhitzen (zur Entfernung von Gasmolekülen und/oder neutralisierten Salzen) wiederverwendet werden.In another option, the sponge element can contain additional components such as alkaline powder or liquid to neutralize HF gas, activated carbon to trap the gas molecules on the surface and hygroscopic powder to absorb water vapor. This way, gas and water vapor cannot move freely in the gas pocket but are trapped inside the sponge element. Additives help to trap these gas molecules. After aging, the gas pocket is cut off and the sponge element is removed. The sponge element can be reused after immersion in a solvent and subsequent heating (to remove gas molecules and/or neutralized salts).

Das Schwammelement kann unterschiedlich ausgeführt werden. Zum kann das Schwammelement voneinander separate Segmente für den Gaseinschluss und für den Sekundärelektrolyt aufweisen. Bei einer anderen Ausführung gibt es keine voneinander getrennte Schwammelement-Segmente. Die obige erste Ausführung kann erforderlich sein, wenn eine Reaktion des Sekundärelektrolyts mit Alkalipulver im oberen Segment vermieden werden soll. Das Schwammelement kann mit einer Separatorschicht umhüllt sein, so dass Aktivkohle und andere elektronenleitende Salze nicht in Kontakt mit dem Elektrodenstapel kommen können.The sponge element can be designed in different ways. For example, the sponge element can have separate segments for the gas inclusion and for the secondary electrolyte. In another design, there are no separate sponge element segments. The first design above may be necessary if a reaction of the secondary electrolyte with alkali powder in the upper segment is to be avoided. The sponge element can be covered with a separator layer so that activated carbon and other electron-conducting salts cannot come into contact with the electrode stack.

Der Elektrolyt kann auf unterschiedliche Arten in das Schwammelement gelangen. Gemäß einer Ausführungsvariante kann das noch nicht in das Gehäuse-Zwischenprodukt eingebaute Schwammelement mit dem Elektrolyt durchtränkt werden. Nach erfolgter Durchtränkung kann das nasse Schwammelement in die Gastasche des Gehäuse-Zwischenprodukts eingebaut werden.The electrolyte can enter the sponge element in different ways. According to one design variant, the sponge element, which has not yet been installed in the housing intermediate product, can be saturated with the electrolyte. After the impregnation has taken place, the wet sponge element is installed in the gas pocket of the housing intermediate product.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann der der Primärelektrolyt während der Elektrolytbefüllung durch das Schwammelement bis zum Elektrodenstapel geleitet werden. Auf diese Weise wird ein Teil des Elektrolyts in dem Schwammelement gespeichert, der dann im Nachfüllschritt als Sekundärelektrolyt verwendet wird.According to a further embodiment, the primary electrolyte can be passed through the sponge element to the electrode stack during electrolyte filling. In this way, part of the electrolyte is stored in the sponge element and is then used as a secondary electrolyte in the refilling step.

Falls die Zugabe von Sekundärelektrolyt nicht erforderlich ist, wird das Schwammelement mit Durchgangskanälen versehen. Während der Elektrolytbefüllung werden die Elektrolytdüsen in den Durchgangskanäle angeordnet und führen diese den Primärelektrolyt direkt dem Elektrodenstapel zu. Das Schwammelement wird in diesem Fall nicht mit Elektrolyt benetzt.If the addition of secondary electrolyte is not required, the sponge element is provided with through-channels. During electrolyte filling, the electrolyte nozzles are arranged in the through-channels and supply the primary electrolyte directly to the electrode stack. In this case, the sponge element is not wetted with electrolyte.

Die Vorteile der Erfindung sind wie folgt zusammenzufassen: Der nach der Formation und dem Aging im Zellgehäuse befindliche Elektrolyt ist mit Hilfe des Nachfüllschritts qualitativ und quantitativ optimal einstellbar. Elektrolyt und Lithiumsalz, die während der Formation und dem Aging aufgebraucht worden sind, werden im Nachfüllschritt wiederhergestellt. Die fertiggestellte Zelle weist im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Kapazität auf, da die während der Zellbildung irreversibel verlorene Kapazität wiederhergestellt wird. Es ist möglich, einen Sekundärelektrolyt mit einer anderen Elektrolytchemie als im Primärelektrolyt zu verwenden. Der Sekundärelektrolyt kann ggf. nützliche Zusatzstoffe enthalten, die bei der Formation keine Rolle spielen, aber für die Funktion der Zelle eine wichtige Rolle spielen, wie z. B. die Erhöhung der lonenmobilität.The advantages of the invention can be summarized as follows: The electrolyte in the cell housing after formation and aging can be optimally adjusted in terms of quality and quantity using the refilling step. Electrolyte and lithium salt that have been used up during formation and aging are restored in the refilling step. The finished cell has a higher capacity compared to the prior art because the capacity irreversibly lost during cell formation is restored. It is possible to use a secondary electrolyte with a different electrolyte chemistry than in the primary electrolyte. The secondary electrolyte can optionally contain useful additives that do not play a role in formation but play an important role in the function of the cell, such as increasing ion mobility.

Der Sekundärelektrolyt wird nicht von gehäuseaußen in das Zellgehäuse gefüllt. Bei einem solchen Befüllen des Sekundärelektrolyts von gehäuseaußen würde die Gefahr bestehen, dass Luft und Feuchtigkeit in das Innere der Schornsteine eindringen können. Der Sekundärelektrolyt ist stets im Inneren der Pouch-Zelle eingeschlossen. Er befindet sich innerhalb des Schwammelements und ist von außen versiegelt, um den Kontakt mit Luft und Feuchtigkeit zu verhindern. Es ist einfach und billiger, den Sekundärelektrolyt auf diese Weise hinzuzufügen. Der konventionelle Prozess der Zellmontage kann verwendet werden. Die Benetzung erfolgt in zwei Stufen, so dass der Elektrolyt (sowohl der Primär- als auch der Sekundärelektrolyt) Elektrode und Separator vollständig benetzen kann. Der Sekundärelektrolyt ist während der Formation bzw. des Aging elektrisch vom Primärelektrolyt getrennt. Auf diese Weise wird der Sekundärelektrolyt keiner Reduktion oder Oxidation unterzogen. Das Abtrennen der Gastasche nach der Formation und nach der Injektion des Sekundärelektrolyts hat den Vorteil, dass kein Gas in der Zelle verbleibt. Ein solches noch in der Zelle verbleibende Gas würde ein Hindernis für die lonenbewegung in der Zelle darstellen. Im Zellgehäuse befindliches Gas ist eine der Hauptursachen für die Selbstentladung der Zelle. Dieses Problem wird mit der Erfindung reduziert.The secondary electrolyte is not filled into the cell casing from the outside. Filling the secondary electrolyte from the outside in this way would risk air and moisture penetrating into the interior of the chimneys. The secondary electrolyte is always enclosed inside the pouch cell. It is located inside the sponge element and is sealed from the outside to prevent contact with air and moisture. It is simple and cheaper to add the secondary electrolyte in this way. The conventional process of cell assembly can be used. Wetting is done in two stages so that the electrolyte (both the primary and secondary electrolytes) can completely wet the electrode and separator. The secondary electrolyte is electrically separated from the primary electrolyte during formation or aging. In this way, the secondary electrolyte is not subjected to reduction or oxidation. Separating the gas pocket after formation and after injection of the secondary electrolyte has the advantage that no gas remains in the cell. Such gas remaining in the cell would represent an obstacle to the movement of ions in the cell. Gas in the cell casing is one of the main causes of self-discharge of the cell. This problem is reduced with the invention.

Der Sekundärelektrolyt kann frei von Additiven (wie Vinylchlorid) sein, die nur dem Primärelektrolyt zugesetzt werden, um die Bildung von SEI und CEI zu ermöglichen. Bevor der Sekundärelektrolyt in das Zellgehäuse geleitet wird, sind SEI und CEI bereits gebildet.The secondary electrolyte may be free of additives (such as vinyl chloride), which are only added to the primary electrolyte to enable the formation of SEI and CEI. Before the secondary electrolyte is introduced into the cell casing, SEI and CEI are already formed.

Primär- und Sekundärelektrolyt können unter Trockenraumbedingungen in das Gehäuse-Zwischenprodukt gefüllt werden. Danach ist keine Trockenraumbedingung mehr erforderlich. Kurz gesagt, die Injektion des Sekundärelektrolyts in das Zellgehäuse erfolgt unter normalen Raumbedingungen. Dies reduziert die Trockenraumkosten. Das freie Gas in der Gastasche wird in den Poren des Schwammelements eingeschlossen. Zusatzstoffe im Inneren des Schwammelements helfen, die Gaspartikel einzufangen. HF-Gas, das stark säurehaltig ist und zu Schäden an der Dichtung führt, wird durch alkalische Zusätze im Schwammelement neutralisiert. Wasserdampf wird durch hygroskopisches Material und Aktivkohle aufgefangen, so dass Wassertröpfchen nicht in das Zellgehäuse gelangen können.Primary and secondary electrolyte can be filled into the case intermediate under dry room conditions. After that, dry room condition is no longer required. In short, the injection of secondary electrolyte into the cell case is carried out under normal room conditions. This reduces the dry room cost. The free gas in the gas pocket is trapped in the pores of the sponge element. Additives inside the sponge element help to capture the gas particles. HF gas, which is highly acidic and causes damage to the seal, is neutralized by alkaline additives in the sponge element. Water vapor is captured by hygroscopic material and activated carbon, so that water droplets cannot enter the cell case.

Nachfolgend sind weitere Aspekte der Erfindung nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So kann das Schwammelement alkalisch sein, und zwar insbesondere durch Zugabe eines alkalischen Additives, etwa eine Lösung mit Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid. Auf diese Weise wird das während der Formation und/oder während des Aging sich bildende Gas (insbesondere HF-Gas) neutralisiert unter Bildung von Wasser und neutralem Salz, wie etwa Natriumfluorid oder Kaliumfluorid. Zur Absorbtion von Gas, Salz und/oder Wasser kann das Schwammelement als Additiv Aktivkohlepartikel aufweisen, an denen sich Moleküle, insbesondere Gasmoleküle, anlagern.Further aspects of the invention are highlighted in detail below: The sponge element can be alkaline, in particular by adding an alkaline additive, such as a solution with sodium hydroxide or potassium hydroxide. In this way, the gas (in particular HF gas) that forms during formation and/or during aging is neutralized to form water and neutral salt, such as sodium fluoride or potassium fluoride. To absorb gas, salt and/or water, the sponge element can have activated carbon particles as an additive to which molecules, in particular gas molecules, attach.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann das Schwammelement zumindest einen Durchgangskanal begrenzen, der in Richtung Zellgehäuse offen ist. Während der Elektrolytbefüllung kann in den Durchgangskanal eine Elektrolytdüse einer Elektrolyt-Füllanlage einragen. Mittels der in den Durchgangskanal einragenden Elektrolytdüse kann einerseits das Zellgehäuse mit Elektrolyt gefüllt werden und andererseits das Schwammelement nicht in Kontakt mit dem Elektrolyt gelangen.According to one embodiment, the sponge element can delimit at least one through-channel that is open in the direction of the cell housing. During the electrolyte filling, an electrolyte nozzle of an electrolyte filling system can protrude into the through-channel. The electrolyte nozzle protruding into the through-channel can be used to fill the cell housing with electrolyte and, on the other hand, to prevent the sponge element from coming into contact with the electrolyte.

Erfindungsgemäß weist das Verfahren einen Nachfüllschritt auf, in dem zum Ausgleich des bei der Gasbildung aufgebrauchten Elektrolyts ein Sekundärelektrolyt während der Formation und/oder des Aging nachgefüllt wird. In diesem Fall ist das Schwammelement zum Start der Formation und/oder des Aging mit Sekundärelektrolyt durchtränkt. Während des Nachfüllschritts kann der Sekundärelektrolyt aus dem Schwammelement in das Zellgehäuse strömen. Das Schwammelement kann in unterschiedlicher Weise mit dem Sekundärelektrolyt durchtränkt werden: Bevorzugt kann das noch trockene (das heißt nicht mit Sekundärelektrolyt durchtränkte) Schwammelement bereits vor der Elektrolytbefüllung in der Gastasche angeordnet sein. In diesem Fall wird das Schwammelement während der Elektrolytbefüllung mit Elektrolyt durchtränkt, der im Schwammelement als Sekundärelektrolyt gespeichert wird. Der während der Elektrolytbefüllung nicht vom Schwammelement zurückgehaltene Elektrolyt-Überschuss wird weiter bis in das Zellgehäuse geleitet. Alternativ wird das Schwammelement wie folgt mit Elektrolyt durchtränkt: So kann das Schwammelement im noch nicht in der Gastasche verbauten Zustand (das heißt separat von dem Zellgehäuse-Zwischenprodukt), mit Elektrolyt durchtränkt werden. Anschließend wird das mit Elektrolyt durchtränkte Schwammelement in die Gastasche eingesetzt.According to the invention, the method comprises a refilling step in which, in order to compensate for the Gas formation of used electrolyte is replaced by a secondary electrolyte during formation and/or aging. In this case, the sponge element is saturated with secondary electrolyte at the start of formation and/or aging. During the refilling step, the secondary electrolyte can flow from the sponge element into the cell housing. The sponge element can be saturated with the secondary electrolyte in different ways: Preferably, the still dry sponge element (i.e. not saturated with secondary electrolyte) can already be arranged in the gas pocket before the electrolyte is filled. In this case, the sponge element is saturated with electrolyte during the electrolyte filling, which is stored in the sponge element as a secondary electrolyte. The excess electrolyte not retained by the sponge element during the electrolyte filling is passed on into the cell housing. Alternatively, the sponge element is saturated with electrolyte as follows: The sponge element can be saturated with electrolyte while it is not yet installed in the gas pocket (i.e. separate from the cell casing intermediate product). The electrolyte-saturated sponge element is then inserted into the gas pocket.

Eine gesteuerte Sekundärelektrolyt-Abgabe vom Schwammelement in das Zellgehäuse während der Formation und/oder des Aging ist von besonderer Bedeutung im Hinblick auf eine einwandfreie Ausbildung der SEI-Schicht auf der Anode sowie der CEI-Schicht auf der Kathode. Vor diesem Hintergrund kann das Schwammelement während der Formation und/oder des Aging zum Beispiel in konstanten Zeitintervallen mit einem externen Druck beaufschlagt werden, um die Sekundärelektrolyt-Abgabe vom Schwammelement in das Zellgehäuse zu unterstützen.A controlled secondary electrolyte release from the sponge element into the cell housing during formation and/or aging is of particular importance with regard to the proper formation of the SEI layer on the anode and the CEI layer on the cathode. Against this background, the sponge element can be subjected to external pressure at constant time intervals during formation and/or aging, for example, in order to support the secondary electrolyte release from the sponge element into the cell housing.

Nach Abschluss der Elektrolytbefüllung kann die Befüllöffnung im Gehäuse-Zwischenprodukt mit einer Siegelnaht versiegelt werden. Nach Abschluss der Formation oder des Aging kann eine Übergangsöffnung zwischen der Gastasche und dem Zellgehäuse ebenfalls mit einer Siegelnaht versiegelt werden. Im weiteren Prozessverlauf kann dann die Gastasche von dem nunmehr komplett versiegelten Zellgehäuse in einem Schneidprozess abgetrennt werden.After the electrolyte filling has been completed, the filling opening in the intermediate housing product can be sealed with a sealing seam. After the formation or aging has been completed, a transition opening between the gas pocket and the cell housing can also be sealed with a sealing seam. As the process continues, the gas pocket can then be separated from the now completely sealed cell housing in a cutting process.

Der Nachfüllschritt kann gleichzeitig mit der Gas-Absorbtion stattfinden. So erfolgt im Nachfüllschritt die Sekundärelektrolyt-Abgabe unter Freigabe von Poren im Schwammelement. Die freigegebenen Poren können sich mit dem in die Gastasche entweichenden Gas füllen und dieses absorbieren.The refilling step can take place at the same time as the gas absorption. In the refilling step, the secondary electrolyte is released while pores in the sponge element are released. The released pores can fill with the gas escaping into the gas pocket and absorb it.

In einer weiteren Ausführungsvariante kann das Schwammelement aus zwei Segmenten bestehen, nämlich ein, der Befüllöffnung zugewandtes oberes Segment und ein dem Zellgehäuse zugewandtes unteres Segment. Das obere Segment kann das in der Gastasche gesammelte Gas absorbieren, ohne in Kontakt mit dem Elektrolyt zu kommen. Das dem Zellgehäuse zugewandte untere Segment kann zum Start der Formation beziehungsweise des Aging mit Sekundärelektrolyt durchtränkt sein, um den Nachfüllschritt durchzuführen.In a further embodiment, the sponge element can consist of two segments, namely an upper segment facing the filling opening and a lower segment facing the cell housing. The upper segment can absorb the gas collected in the gas pocket without coming into contact with the electrolyte. The lower segment facing the cell housing can be saturated with secondary electrolyte to start the formation or aging in order to carry out the refilling step.

Bevorzugt kann das obere Segment zumindest einen Durchgangskanal begrenzen, der in das untere Segment einmündet. Während der Elektrolytbefüllung kann in den Durchgangskanal des oberen Segments eine Elektrolytdüse einer Elektrolyt-Füllanlage einragen, um das untere Segment des Schwammelementes mit Elektrolyt zu durchtränken.Preferably, the upper segment can define at least one through-channel that opens into the lower segment. During electrolyte filling, an electrolyte nozzle of an electrolyte filling system can protrude into the through-channel of the upper segment in order to saturate the lower segment of the sponge element with electrolyte.

Die beiden Segmente des Schwammelementes können über eine Membran voneinander getrennt sein, die für den sich im unteren Segment befindlichen Sekundärelektrolyt undurchlässig ist.The two segments of the sponge element can be separated from each other by a membrane that is impermeable to the secondary electrolyte located in the lower segment.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben:

  • Es zeigen:
    • 1 bis 10 unterschiedliche Darstellungen einer Batteriepouchzelle, anhand derer ein Verfahren zur Fertigung der Batteriepouchzelle beschrieben ist.
Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying figures:
  • Show it:
    • 1 to 10 Different representations of a battery pouch cell, which describe a process for manufacturing the battery pouch cell.

In der 1 ist eine fertiggestellte Batteriepouchzelle gezeigt, die ein Zellgehäuse 1 aus Folienmaterial aufweist. Im Zellgehäuse-Inneren ist ein Elektrodenstapel 3 aus übereinander gestapelten Elektroden- und Separatorlagen angeordnet. Die Ableiterfolien 4 der Elektroden sind zu Zellableitern 5 gebündelt, die nach gehäuseaußen geführt sind. Gemäß der 1 ist das Zellgehäuse 1 aus zwei tiefgezogenen Gehäuseteilen 7 aufgebaut, die zum Beispiel mittels eines Heißsiegelverfahrens an Siegelflanschen 9 miteinander verbunden sind. Die Zellableiter 5 sind zwischen zugewandten Siegelflanschen 9 aus dem Zellgehäuse 1 geführt.In the 1 a finished battery pouch cell is shown, which has a cell housing 1 made of foil material. An electrode stack 3 made of electrode and separator layers stacked on top of each other is arranged inside the cell housing. The conductor foils 4 of the electrodes are bundled to form cell conductors 5, which are led to the outside of the housing. According to the 1 The cell housing 1 is constructed from two deep-drawn housing parts 7, which are connected to one another at sealing flanges 9, for example by means of a heat-sealing process. The cell conductors 5 are guided out of the cell housing 1 between facing sealing flanges 9.

Nachfolgend wird anhand der 2 bis 10 ein Verfahren zur Fertigung der in der 1 gezeigten Batteriepouchzelle beschrieben: Demzufolge wird gemäß der 2 zunächst ein Gehäuse-Zwischenprodukt 11 bereitgestellt, das aus dem Zellgehäuse 1 und einer Gastasche 13 besteht. Das Zellgehäuse 1 ist über eine Siegelnaht 14 von der Gastasche 13 abgetrennt. The following is based on the 2 to 10 a process for manufacturing the 1 The battery pouch cell shown is described below: Accordingly, according to the 2 First, a housing intermediate product 11 is provided, which consists of the cell housing 1 and a gas pocket 13. The cell housing 1 is separated from the gas pocket 13 by a sealing seam 14.

Die Siegelnaht 14 ist von einer Übergangsöffnung 16 unterbrochen, durch die während der Elektrolytbefüllung ein Elektrolyt 17 (als Primärelektrolyt gemäß 3) eingefüllt wird. Zur Durchführung der Elektrolytbefüllung ist das Gehäuse-Zwischenprodukt 11 in der in der 2 oder 3 gezeigten Befüllstellung angeordnet, und zwar mit an seiner Oberseite befindlicher Befüllöffnung 19, die nach gehäuseunten von der Gastasche 13 gefolgt wird, die über die Übergangsöffnung 16 mit dem Zellgehäuse 1 in Strömungsverbindung ist. Innerhalb der Gastasche 13 ist ein später beschriebenes Schwammelement 21 positioniert.The sealing seam 14 is interrupted by a transition opening 16 through which an electrolyte 17 (as primary electrolyte according to 3 ) is filled. To carry out the electrolyte filling, the housing intermediate product 11 is in the 2 or 3 shown filling position, namely with a filling opening 19 located on its upper side, which is followed towards the bottom of the housing by the gas pocket 13, which is in flow connection with the cell housing 1 via the transition opening 16. A sponge element 21, described later, is positioned within the gas pocket 13.

Während der Elektrolytbefüllung wird der Primärelektrolyt 17 (3) durch die Befüllöffnung 19 in das Gehäuse-Zwischenprodukt 11 injiziert. Auf diese Weise wird zunächst das Schwammelement 21 mit dem Elektrolyt 17 durchtränkt und darin als Sekundärelektrolyt 23 (3) gespeichert. Der nicht vom Schwammelement 21 zurückgehaltene Elektrolyt-Überschuss 25 (3) strömt über die Übergangsöffnung 16 weiter bis in das Zellgehäuse 1, in dem der Elektrolyt-Überschuss 25 den Elektrodenstapel 3 benetzt.During electrolyte filling, the primary electrolyte 17 ( 3 ) is injected through the filling opening 19 into the housing intermediate product 11. In this way, the sponge element 21 is first saturated with the electrolyte 17 and is stored therein as a secondary electrolyte 23 ( 3 ) is stored. The excess electrolyte 25 ( 3 ) flows via the transition opening 16 into the cell housing 1, where the excess electrolyte 25 wets the electrode stack 3.

Die Elektrolytbefüllung wird in der 3 mit Hilfe einer Elektrolyt-Füllanlage durchgeführt, deren Elektrolytdüsen 29 in die Befüllöffnung 19 des Gehäuse-Zwischenprodukts 11 einragen. Nach Abschluss der Elektrolytbefüllung wird die Befüllöffnung 19 an der Oberseite des Gehäuse-Zwischenprodukts 11 mit einer Siegelnaht 27 (4) versiegelt.The electrolyte filling is carried out in the 3 carried out with the aid of an electrolyte filling system, the electrolyte nozzles 29 of which protrude into the filling opening 19 of the housing intermediate product 11. After completion of the electrolyte filling, the filling opening 19 on the top side of the housing intermediate product 11 is sealed with a sealing seam 27 ( 4 ) sealed.

Nach erfolgter Versiegelung des Zellgehäuse-Zwischenprodukts 11 startet die Formation, in der zumindest zwei Lade/Entlade-Zyklen durchgeführt werden, wodurch sich die SEI-Schicht auf der Anode des Elektrodenstapels 3 unter Gasbildung aufbaut. Danach folgt das Aging, wodurch sich unter Aufbrauch von Elektrolyt 17 weiteres Gas 31 (4 oder 6) bildet.After the cell casing intermediate product 11 has been sealed, the formation starts, in which at least two charge/discharge cycles are carried out, whereby the SEI layer builds up on the anode of the electrode stack 3 with the formation of gas. This is followed by aging, whereby further gas 31 ( 4 or 6 ) forms.

Während der Formation und/oder des Aging wird das Schwammelement 21 in konstanten Zeitintervallen mit externem Druck beaufschlagt, um eine Sekundärelektrolyt-Abgabe vom Schwammelement 21 in das Zellgehäuse 1 zu starten. In der 5 wird der externe Druck mittels Klemmbacken 33 ausgeübt, die von außen mit einem Anpressdruck auf die Gastasche 13 einwirken.During formation and/or aging, the sponge element 21 is subjected to external pressure at constant time intervals to start a secondary electrolyte release from the sponge element 21 into the cell housing 1. In the 5 The external pressure is exerted by means of clamping jaws 33, which act from the outside with a contact pressure on the gas pocket 13.

Auf diese Weise erfolgt ein Nachfüllschritt während der Formation beziehungsweise während des Aging, in dem der Sekundärelektrolyt 23 unter Freigabe von Poren im Schwammelement 21 in das Zellgehäuse 1 geleitet wird. Gleichzeitig können die freigegebenen Poren im Schwammelement 21 mit dem in die Gastasche 13 entweichenden Gas 31 gefüllt werden. In this way, a refilling step takes place during the formation or during aging, in which the secondary electrolyte 23 is fed into the cell housing 1, releasing pores in the sponge element 21. At the same time, the released pores in the sponge element 21 can be filled with the gas 31 escaping into the gas pocket 13.

Nach Abschluss des Nachfüllschrittes wird die Übergangsöffnung 16 zwischen dem Zellgehäuse 1 und der Gastasche 13 mit einer Siegelnaht 35 (7) versiegelt. Danach folgt eine Schneidoperation S (7), in der die Gastasche 13 von dem nunmehr vollständig versiegelten Zellgehäuse 1 abgetrennt wird. Das Schwammelement 21 wird dann gemäß 8 aus der Gastasche 13 entnommen und kann nach erfolgter Reinigung wiederverwendet werden.After completion of the refilling step, the transition opening 16 between the cell housing 1 and the gas pocket 13 is sealed with a sealing seam 35 ( 7 ) sealed. This is followed by a cutting operation S ( 7 ), in which the gas pocket 13 is separated from the now completely sealed cell housing 1. The sponge element 21 is then 8th removed from the gas pocket 13 and can be reused after cleaning.

Das Schwammelement 21 ist alkalisch ausgebildet, und zwar insbesondere durch Zugabe eines alkalischen Additives, etwa Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid. Auf diese Weise wird das Gas 31 (das heißt HF-Gas) neutralisiert unter Bildung von Wasser und neutralem Salz, wie Natriumfluorid oder Kaliumfluorid. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Schwammelement 21 zur Absorbtion von Gas, Salz und/oder Wasser als Additiv Aktivkohlepartikel aufweisen, an denen sich Gasmoleküle anlagern können.The sponge element 21 is alkaline, in particular by adding an alkaline additive, such as sodium hydroxide or potassium hydroxide. In this way, the gas 31 (i.e. HF gas) is neutralized to form water and neutral salt, such as sodium fluoride or potassium fluoride. Alternatively and/or additionally, the sponge element 21 can have activated carbon particles as an additive to absorb gas, salt and/or water, to which gas molecules can attach.

In den 9 und 10 sind weitere Ausführungsvarianten des Schwammelements 21 gezeigt. Gemäß der 9 oder 10 ist das Schwammelement 21 mit einer Separatorschicht 37 überzogen. Die Separatorschicht 37 ist mit einer Porosität ausgebildet, so dass die Separatorschicht 37 für den Elektrolyt 17 beziehungsweise den Sekundärelektrolyt 23 durchlässig ist, nicht jedoch für die Additive im Schwammelement 21.In the 9 and 10 Further variants of the sponge element 21 are shown. According to the 9 or 10 the sponge element 21 is covered with a separator layer 37. The separator layer 37 is designed with a porosity so that the separator layer 37 is permeable to the electrolyte 17 or the secondary electrolyte 23, but not to the additives in the sponge element 21.

In der 10 besteht das Schwammelement 21 aus einem oberen Segment 39 und einem unteren Segment 41. Das obere Segment 41 ist in der Einbaulage des Schwammelements 21 der Befüllöffnung 19 zugewandt, während das untere Segment 41 in der Einbaulage dem Zellgehäuse 1 zugewandt ist. Das untere Segment 41 ist zum Start der Formation beziehungsweise des Aging mit Sekundärelektrolyt 23 durchtränkt, um den oben dargelegten Nachfüllschritt auszuführen. Demgegenüber bleibt das obere Segment 39 außer Kontakt mit dem Sekundärelektrolyt 23. Hierzu sind die beiden Segmente 39, 41 des Schwammelements 21 über eine Membran 43 voneinander getrennt, die für Elektrolyt undurchlässig ist.In the 10 the sponge element 21 consists of an upper segment 39 and a lower segment 41. The upper segment 41 faces the filling opening 19 in the installed position of the sponge element 21, while the lower segment 41 faces the cell housing 1 in the installed position. The lower segment 41 is saturated with secondary electrolyte 23 at the start of the formation or aging in order to carry out the refilling step described above. In contrast, the upper segment 39 remains out of contact with the secondary electrolyte 23. For this purpose, the two segments 39, 41 of the sponge element 21 are separated from one another by a membrane 43 which is impermeable to electrolyte.

Wie aus der 10 weiter hervorgeht, begrenzt das obere Segment 39 insgesamt drei Durchgangskanäle 45, die in das untere Segment 41 einmünden. Während der in der 10 angedeuteten Elektrolytbefüllung ragt in jeden der Durchgangskanäle 45 eine Elektrolytdüse 29 einer Elektrolyt-Füllanlage ein. Mittels der Elektrolytdüsen 29 kann das untere Segment 41 mit dem Elektrolyt durchtränkt werden, während das obere Segment 39 im Wesentlichen ohne Kontakt mit Elektrolyt verbleibt.As from the 10 As can be seen further, the upper segment 39 defines a total of three through-channels 45, which flow into the lower segment 41. While the 10 An electrolyte nozzle 29 of an electrolyte filling system protrudes into each of the passage channels 45. By means of the electrolyte nozzles 29, the lower segment 41 can be filled with the electrolyte soaked, while the upper segment 39 remains essentially without contact with electrolyte.

Der nicht vom unteren Segment 41 des Schwammelements 21 zurückgehaltene Elektrolyt-Überschuss wird durch die Separatorschicht 37 in Richtung Zellgehäuse 1 durchgelassen.The excess electrolyte not retained by the lower segment 41 of the sponge element 21 is allowed to pass through the separator layer 37 in the direction of the cell housing 1.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
ZellgehäuseCell housing
33
ElektrodenstapelElectrode stack
44
AbleiterfolieConductor foil
55
ZellableiterCell arrester
77
tiefgezogene Gehäuseteiledeep-drawn housing parts
99
SiegelflanschSealing flange
1111
Gehäuse-ZwischenproduktHousing intermediate product
1313
GastascheGas bag
1414
SiegelnahtSealing seam
1616
ÜbergangsöffnungTransition opening
1717
Elektrolyt, PrimärelektrolytElectrolyte, primary electrolyte
1919
BefüllöffnungFilling opening
2121
SchwammelementSponge element
2323
SekundärelektrolytSecondary electrolyte
2525
Elektrolyt-ÜberschussElectrolyte excess
2727
SiegelnahtSealing seam
2929
ElektrolytdüsenElectrolyte nozzles
3131
Gasgas
3333
KlemmbackenClamping jaws
3535
SiegelnahtSealing seam
3737
SeparatorschichtSeparator layer
3939
oberes Segmentupper segment
4141
unteres Segmentlower segment
4343
Membranmembrane
4545
DurchgangskanalThrough channel

Claims (12)

Verfahren zur Fertigung einer Batteriepouchzelle mit einem Zellgehäuse (1) mit darin angeordneten Elektrodenstapel (3), das die folgenden Prozessschritte aufweist: - Bereitstellung eines Gehäuse-Zwischenprodukts (11) bestehend aus dem Zellgehäuse (1) und einer Gastasche (13), die über eine Befüllöffnung (19) nach gehäuseaußen offen ist; - Elektrolytbefüllung, bei der ein Elektrolyt (17) über die Befüllöffnung (19) im Gehäuse-Zwischenprodukt (11) in das Zellgehäuse (1) gefüllt wird; - Formation und/oder Aging, wodurch unter Aufbrauch von Elektrolyt (17) sich Gas (31) bildet, das aus dem Zellgehäuse (1) entweicht und sich in der Gastasche (13) sammelt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gastasche (13) ein Schwammelement (21) angeordnet ist, das das in der Gastasche (13) gesammelte Gas (31) absorbiert, dass das Verfahren einen Nachfüllschritt aufweist, in dem zum Ausgleich des bei der Gasbildung aufgebrauchten Elektrolyts (17) ein Sekundärelektrolyt (23) während der Formation und/oder des Aging nachgefüllt wird, und dass das Schwammelement (21) zum Start der Formation und/oder des Aging mit Sekundärelektrolyt (23) durchtränkt ist, und dass insbesondere während des Nachfüllschritts der Sekundärelektrolyt (23) aus dem Schwammelement (21) in das Zellgehäuse (1) strömt.Method for producing a battery pouch cell with a cell housing (1) with an electrode stack (3) arranged therein, which has the following process steps: - provision of a housing intermediate product (11) consisting of the cell housing (1) and a gas pocket (13) which is open to the outside of the housing via a filling opening (19); - electrolyte filling, in which an electrolyte (17) is filled into the cell housing (1) via the filling opening (19) in the housing intermediate product (11); - Formation and/or aging, whereby gas (31) is formed as electrolyte (17) is used up, which escapes from the cell housing (1) and collects in the gas pocket (13), characterized in that a sponge element (21) is arranged in the gas pocket (13), which absorbs the gas (31) collected in the gas pocket (13), that the method has a refilling step in which a secondary electrolyte (23) is refilled during the formation and/or aging to compensate for the electrolyte (17) used up during gas formation, and that the sponge element (21) is impregnated with secondary electrolyte (23) at the start of the formation and/or aging, and that in particular during the refilling step the secondary electrolyte (23) flows from the sponge element (21) into the cell housing (1). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwammelement (21) alkalisch ist, insbesondere durch Zugabe eines alkalischen Additives, etwa Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, wodurch insbesondere das Fluor-WasserstoffGas als Gas (31) neutralisiert wird, und zwar unter Bildung von Wasser und neutralem Salz, wie Natriumfluorid oder Kaliumfluorid.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the sponge element (21) is alkaline, in particular by addition of an alkaline additive, such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, whereby in particular the fluorine-hydrogen gas is neutralized as a gas (31), namely with formation of water and neutral salt, such as sodium fluoride or potassium fluoride. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Absorbtion von Gas (31), Salz und/oder Wasser das Schwammelement (21) als Additiv Aktivkohlepartikel aufweist, an denen sich Moleküle, insbesondere Gasmoleküle, anlagern.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that for the absorption of gas (31), salt and/or water, the sponge element (21) has activated carbon particles as an additive to which molecules, in particular gas molecules, attach themselves. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwammelement (21) zumindest einen Durchgangskanal (45) begrenzt, der in Richtung Zellgehäuse (1) offen ist, und dass während der Elektrolytbefüllung in den Durchgangskanal (45) eine Elektrolytdüse (29) einer Elektrolyt-Füllanlage einragt, mittels der das Zellgehäuse (1) mit Elektrolyt (17) gefüllt wird, während bevorzugt das Schwammelement (21) außer Kontakt mit dem Elektrolyt (17) verbleibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sponge element (21) delimits at least one through-channel (45) which is open in the direction of the cell housing (1), and that during the electrolyte filling an electrolyte nozzle (29) of an electrolyte filling system protrudes into the through-channel (45), by means of which the cell housing (1) is filled with electrolyte (17), while preferably the sponge element (21) remains out of contact with the electrolyte (17). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Elektrolytbefüllung der Elektrolyt (17) das Schwammelement (21) durchtränkt und darin als Sekundärelektrolyt (23) gespeichert wird, oder dass das Schwammelement (21) im noch nicht verbauten Zustand mit Sekundärelektrolyt (23) durchtränkt wird, und das durchtränkte Schwammelement (21) anschließend in die Gastasche (13) eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the electrolyte filling the electrolyte (17) impregnates the sponge element (21) and is stored therein as secondary electrolyte (23), or that the sponge element (21) is impregnated with secondary electrolyte (23) in the not yet installed state, and the impregnated sponge element (21) is then inserted into the gas pocket (13). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Formation und/oder des Aging das Schwammelement (21), insbesondere in konstanten Zeitintervallen, mit externem Druck beaufschlagt wird, um eine Sekundärelektrolyt-Abgabe vom Schwammelement (21) in das Zellgehäuse (1) zu unterstützen.Procedure according to Claim 5 , characterized in that during the formation and/or aging, the sponge element (21) is subjected to external pressure, in particular at constant time intervals, in order to support a secondary electrolyte release from the sponge element (21) into the cell housing (1). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss der Elektrolytbefüllung die Befüllöffnung (19) im Gehäuse-Zwischenprodukt (11) mit einer Siegelnaht (27) versiegelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after completion of the electrolyte filling, the filling opening (19) in the housing intermediate product (11) is sealed with a sealing seam (27). Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass im Nachfüllschritt die Sekundärelektrolyt-Abgabe unter Freigabe von Poren im Schwammelement (21) erfolgt, die sich mit dem in die Gastasche (13) entweichenden Gas (31) füllen, und/oder dass nach Abschluss des Nachfüllschritts eine Übergangsöffnung (16) zwischen dem Zellgehäuse (1) und der Gastasche (13) mit einer Siegelnaht (35) versiegelt wird, und dass anschließend die Gastasche (13) von dem nunmehr vollständig versiegelten Zellgehäuse (1) abgetrennt wird.Method according to one of the Claims 5 , 6 or 7 characterized in that in the refilling step the secondary electrolyte is released while releasing pores in the sponge element (21) which fill with the gas (31) escaping into the gas pocket (13), and/or that after completion of the refilling step a transition opening (16) between the cell housing (1) and the gas pocket (13) is sealed with a sealing seam (35), and that the gas pocket (13) is then separated from the now completely sealed cell housing (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwammelement (21) zwei Segmente (39, 41) aufweist, nämlich ein der Befüllöffnung (19) zugewandtes oberes Segment (39), das das in der Gastasche (13) gesammeltes Gas (31) absorbiert, und ein dem Zellgehäuse (1) zugewandtes unteres Segment (41), das zum Start der Formation beziehungsweise des Aging mit Sekundärelektrolyt (23) durchtränkt ist, um den Nachfüllschritt durchzuführen.Method according to one of the Claims 5 until 8th , characterized in that the sponge element (21) has two segments (39, 41), namely an upper segment (39) facing the filling opening (19), which absorbs the gas (31) collected in the gas pocket (13), and a lower segment (41) facing the cell housing (1), which is impregnated with secondary electrolyte (23) to start the formation or aging in order to carry out the refilling step. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Segment (39) zumindest einen Durchgangskanal (45) begrenzt, der in das untere Segment (41) einmündet, und dass während der Elektrolytbefüllung in den Durchgangskanal (45) eine Elektrolytdüse (29) einer Elektrolyt-Füllanlage einragt, mittels der das untere Segment (41) mit Sekundärelektrolyt (23) durchtränkt wird.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the upper segment (39) delimits at least one through-channel (45) which opens into the lower segment (41), and that during the electrolyte filling an electrolyte nozzle (29) of an electrolyte filling system projects into the through-channel (45), by means of which the lower segment (41) is saturated with secondary electrolyte (23). Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Segmente (39, 41) des Schwammelements (21) über eine Membran (43) voneinander getrennt sind, die für den Sekundärelektrolyt (23) undurchlässig ist.Procedure according to Claim 9 or 10 , characterized in that the two segments (39, 41) of the sponge element (21) are separated from one another by a membrane (43) which is impermeable to the secondary electrolyte (23). Verfahren zur Fertigung einer Batteriepouchzelle mit einem Zellgehäuse (1) mit darin angeordneten Elektrodenstapel (3), das die folgenden Prozessschritte aufweist: - Bereitstellung eines Gehäuse-Zwischenprodukts (11) bestehend aus dem Zellgehäuse (1) und einer Gastasche (13), die über eine Befüllöffnung (19) nach gehäuseaußen offen ist; - Elektrolytbefüllung, bei der ein Elektrolyt (17) über die Befüllöffnung (19) im Gehäuse-Zwischenprodukt (11) in das Zellgehäuse (1) gefüllt wird; - Formation und/oder Aging, wodurch unter Aufbrauch von Elektrolyt (17) sich Gas (31) bildet, das aus dem Zellgehäuse (1) entweicht und sich in der Gastasche (13) sammelt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gastasche (13) ein Schwammelement (21) angeordnet ist, das das in der Gastasche (13) gesammelte Gas (31) absorbiert, dass das Schwammelement (21) alkalisch ist, insbesondere durch Zugabe eines alkalischen Additives, etwa Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, wodurch insbesondere das FluorWasserstoff-Gas als Gas (31) neutralisiert wird, und zwar unter Bildung von Wasser und neutralem Salz, wie Natriumfluorid oder Kaliumfluorid, und dass das Schwammelement (21) mit einer Separatorschicht (37) überzogen ist, die mit einer Porosität ausgebildet ist, so dass die Separatorschicht (37) den Elektrolyt (17) durchlässt, nicht jedoch die Additive.Method for producing a battery pouch cell with a cell housing (1) with an electrode stack (3) arranged therein, which has the following process steps: - provision of a housing intermediate product (11) consisting of the cell housing (1) and a gas pocket (13) which is open to the outside of the housing via a filling opening (19); - electrolyte filling, in which an electrolyte (17) is filled into the cell housing (1) via the filling opening (19) in the housing intermediate product (11); - Formation and/or aging, whereby gas (31) is formed as electrolyte (17) is used up, which escapes from the cell housing (1) and collects in the gas pocket (13), characterized in that a sponge element (21) is arranged in the gas pocket (13), which absorbs the gas (31) collected in the gas pocket (13), that the sponge element (21) is alkaline, in particular by adding an alkaline additive, such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, whereby in particular the hydrogen fluoride gas is neutralized as gas (31), specifically with the formation of water and neutral salt, such as sodium fluoride or potassium fluoride, and that the sponge element (21) is coated with a separator layer (37) which is designed with a porosity so that the separator layer (37) allows the electrolyte (17) to pass through, but not the additives.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1393609A (en) 1971-08-05 1975-05-07 Cipel Air depolarized cells
DE10152791A1 (en) 2001-10-25 2003-05-08 Bayer Ag Process for the production of chlorine and caustic soda by electrolysis using a gas diffusion electrode demister
KR20140013133A (en) 2012-07-09 2014-02-05 에스케이이노베이션 주식회사 Method of manufactoring secondary battery
US8802262B2 (en) 2009-12-15 2014-08-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery
KR20220001767A (en) 2020-06-30 2022-01-06 주식회사 엘지에너지솔루션 Method for manufacturing a secondary battery in which moisture in the battery is removed

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1393609A (en) 1971-08-05 1975-05-07 Cipel Air depolarized cells
DE10152791A1 (en) 2001-10-25 2003-05-08 Bayer Ag Process for the production of chlorine and caustic soda by electrolysis using a gas diffusion electrode demister
US8802262B2 (en) 2009-12-15 2014-08-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery
KR20140013133A (en) 2012-07-09 2014-02-05 에스케이이노베이션 주식회사 Method of manufactoring secondary battery
KR20220001767A (en) 2020-06-30 2022-01-06 주식회사 엘지에너지솔루션 Method for manufacturing a secondary battery in which moisture in the battery is removed

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