WO2013023767A1 - Elektrochemische energiespeicherzelle mit metallischem gehäuse, verfahren zur herstelllung einer elektrochemischen energiespeicherzelle mit metallischem gehäuse - Google Patents

Elektrochemische energiespeicherzelle mit metallischem gehäuse, verfahren zur herstelllung einer elektrochemischen energiespeicherzelle mit metallischem gehäuse Download PDF

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WO2013023767A1
WO2013023767A1 PCT/EP2012/003411 EP2012003411W WO2013023767A1 WO 2013023767 A1 WO2013023767 A1 WO 2013023767A1 EP 2012003411 W EP2012003411 W EP 2012003411W WO 2013023767 A1 WO2013023767 A1 WO 2013023767A1
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electrode assembly
housing
secondary cell
molding
housing molding
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PCT/EP2012/003411
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Tim Schaefer
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Li-Tec Battery Gmbh
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Publication date
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Electrochemical energy storage cell with metallic housing process for producing an electrochemical
  • the present invention relates to a rechargeable electrochemical energy storage cell, hereinafter referred to as a secondary cell, for a battery.
  • a secondary cell for a battery.
  • the invention will be described in the context of lithium-ion batteries for the supply of motor vehicle drives. It should be noted that the
  • Invention can also be used regardless of the chemistry of the secondary cell or regardless of the type of powered drive.
  • Batteries with a plurality of secondary cells for supplying electrical consumers, in particular motor vehicle drives, are known from the prior art.
  • the secondary cells each have a housing, a
  • Electrode assembly for providing electrical energy and usually two current conductors on.
  • the current conductors extend at least partially out of the housing into the environment of the secondary cell.
  • the electrode assembly and the current conductors are electrically conductive
  • Claim 10 describes a battery with at least two electrochemical energy storage devices according to the invention.
  • the object is also achieved by a manufacturing method according to claim 1 1 for an electrochemical energy storage device.
  • An inventive electrochemical energy storage device hereinafter referred to as a secondary cell, has an electrode assembly.
  • the electrode assembly has at least one separator and two electrodes of different polarity.
  • the separator is arranged between two electrodes.
  • the electrode assembly is provided to provide at least temporary electrical energy.
  • the secondary cell has one, two or more current conductors.
  • a current collector is provided, at least indirectly, to be electrically conductively connected to the electrode assembly, preferably to one of the electrodes, preferably by means of a material connection, particularly preferably by means of a welded connection.
  • the secondary cell has at least two, in particular, metallic housing moldings. The housing moldings are for limiting the electrode assembly from the environment of
  • the housing moldings are also provided with one another for the in particular positive and / or material-locking connection, wherein preferably the connected housing moldings form a housing around the electrode assembly. At least one, preferably two
  • At least one of the housing moldings is provided to receive the electrode assembly in particular positive and / or non-positive.
  • the inventive design of the secondary cell whose current conductor are held by a housing molding such that an undesirable
  • An electrode assembly in the sense of the invention means a device which is used in particular for providing electrical energy.
  • the electrode assembly has at least two electrodes
  • the electrode assembly is dischargeable and rechargeable, with ions of the electrolyte's conducting electrolyte migrating through the separator.
  • ions of the electrolyte's conducting electrolyte migrating through the separator.
  • the electrode assembly has at least one so-called lateral surface, wherein the lateral surface delimits the electrode assembly to the environment or to a housing molding.
  • An electrode has a particular metallic collector foil.
  • An active electrode mass is applied to the collector foil.
  • a portion of the collector foil remains free of the active electrode mass.
  • This Area also referred to below as the arrester lug, is used in particular for electrical connection to a current conductor.
  • the trap tab extends beyond an adjacent separator.
  • a collector foil has a substantially rectangular shape.
  • the secondary cell according to the invention preferably has lithium ions. This version offers the advantage of an increased energy density of
  • Secondary cell in particular an energy density of at least 40 Wh / kg.
  • Electrode assembly more preferably at least one cathode, a compound having the formula LiMP0 4 , wherein M at least one
  • Transition metal cation of the first row of the Periodic Table of the Elements is.
  • the transition metal cation is preferably selected from the group consisting of Mn, Fe, Ni and Ti or a combination of these elements.
  • Compound preferably has an olivine structure, preferably
  • Electrode of the electrode assembly more preferably at least one cathode, a lithium manganate, preferably LiMn 2 0 4 spinel type, a lithium cobaltate, preferably LiCo0 2 , or a lithium nickelate, preferably LiNi0 2 , or a mixture of two or three of these oxides, or
  • a separator is used in particular for the complaint of two adjacent electrodes of different polarity.
  • the separator blocks electrons, but is permeable to ions.
  • the electrolyte or the conductive salt are at least partially taken up by the separator.
  • the separator is as formed thin film, more preferably having a substantially rectangular shape.
  • a separator is used which is not or only poorly electron-conducting, and which at least partially
  • the support is preferably coated on at least one side with an inorganic material.
  • an organic material is preferably used, which is preferably designed as a non-woven fabric.
  • the organic material which preferably comprises a polymer and more preferably a polyethylene terephthalate (PET), is with a
  • the coated inorganic, preferably ion-conducting material which is more preferably ion conducting in a temperature range of - 40 ° C to 200 ° C.
  • the inorganic material preferably comprises at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements Zr, Al, Li, particularly preferably zirconium oxide.
  • the inorganic, ion-conducting material preferably has particles with a largest diameter below 100 nm. Such a
  • a preferred embodiment of the electrode assembly comprises a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes, wherein adjacent electrodes of different polarity are separated by a respective separator.
  • the electrodes and the separators are substantially formed as rectangular sheets and corresponding to a stack of playing cards
  • Electrode stack stacked one above the other, this arrangement being called electrode stack below.
  • a separator sheet separates two each
  • Electrode sheets of different polarity Beyond the separator sheet, the collector tabs of the adjacent electrodes extend.
  • a further preferred embodiment of the electrode assembly comprises a positive electrode and a negative electrode, wherein adjacent electrodes of different polarity are separated by a respective separator.
  • the electrodes and the separator are essentially formed as rectangular strips and placed one above the other. This arrangement is wound up into a substantially cylindrical so-called electrode winding. Beyond the separator, the arrester lugs of the two electrodes extend.
  • Ableiterfahnen a polarity are electrically connected to one of the current collector, preferably welded.
  • the first is in
  • Electrode flat winding deformed into a so-called.
  • Electrode flat winding the electrode flat winding assumes a substantially cuboidal or prismatic shape.
  • This embodiment offers the advantage that a cuboid housing can be used for the electrode flat winding, the cuboid housing being particularly suitable for the adjacent housing
  • Electrode assembly and in particular for connection to a zu
  • the current conductor is formed metallic, particularly preferably with copper and / or aluminum.
  • Electrode assembly connected, preferably with an electrode of
  • the current collector extends at least partially from a housing molding in the environment of the secondary cell.
  • the current conductor preferably has a supply contact region which extends at least partially outside a housing molding.
  • the supply contact area is for connection to a supply line
  • a lead contact region is formed substantially cylindrical and has an external thread.
  • An eye or a hook at the end of a power cable can surround the lead contact area and with a be screwed mother screwed.
  • Stromableiter a substantially plate-shaped electrode contact area, which serves in particular for contacting the electrode assembly or an electrode, preferably via the Ableiterfahnen.
  • the conductor tabs or the electrodes of one polarity are preferably bonded to the electrode contact area, particularly preferably welded.
  • the electrode contact region is arranged in the interior of the housing.
  • a substantially rectangular housing Preferably, a substantially rectangular housing.
  • Boundary surface of the electrode contact region substantially parallel to a wall of a housing molding, hereinafter called Formteilwandung arranged.
  • This embodiment has the advantage that a connection, in particular a welding of the collector lugs with this
  • this embodiment has a substantially plate-shaped
  • Electrode contact area with a substantially rectangular boundary surface within the housing offers the advantage that the number of material transitions in the current path from the electrode to the
  • Another advantage of this embodiment is the improved sealing of the housing by an optionally
  • multi-part sealing device can be pushed over the bolt and secured.
  • the supply contact area is designed as a bolt with an external thread, referred to below as a threaded bolt, a deferred supply line can be secured with a nut. This version offers the
  • a sealing device or insulation can be secured.
  • Under a housing molding in the context of the invention is a device to understand, which serves in particular:
  • the electrode assembly in particular form-fitting and / or
  • Form-fitting receiving the electrode assembly in the context of the invention is to be understood that the housing molding in particular at the same time at least one, preferably a plurality of lateral surfaces of the
  • Electrode assembly is applied.
  • Form-fitting the electrode assembly in the sense of the invention is to be understood that the housing molding in particular exerts a normal force on the electrode assembly, in particular at least a lateral surface of the electrode assembly. From the normal force on the lateral surface and the static friction between the electrode assembly touching wall or molding wall follows a force, in particular a frictional force in the plane of the lateral surface, which is encountered in particular during operation of a relative movement between the electrode assembly and housing molding. Thus, a mechanical stress and thus an aging of the electrical connection of electrode assembly and
  • clamping of the electrode assembly in the sense of the invention is to be understood in particular as meaning that the housing molding exerts a normal force on the electrode assembly, in particular on at least one lateral surface of the electrode assembly On the one hand and the electrode assembly on the other hand, a force in the plane of the lateral surface, with a relative movement between the electrode assembly and the housing molding is met
  • Electrode assembly and current arrester counteracted. By clamping the electrode assembly and its disintegration or disassembly counteracts during operation counteracts.
  • a housing molding comprises at least one metal, more preferably a metal of the following group, which includes aluminum, copper, iron, steel.
  • a metal of the following group which includes aluminum, copper, iron, steel.
  • Housing molding provides a minimum protection of the electrode assembly from damaging mechanical influences, especially against the
  • Another advantage is that the housing molding the cohesion of
  • Electrode assembly supported by the housing molding exerts a normal force on the electrode assembly.
  • Another advantage is that the housing molding in particular due to its thermal conductivity of at least 40 W m "1 K " 1 is capable of dissipating heat from the electrode assembly.
  • a housing molding with a cavity Preferably, a housing molding with a cavity, below
  • Part molding called interior, and formed a molding opening, particularly preferably cup-shaped or cup-shaped.
  • the molding interior is surrounded by a molding wall.
  • the molding wall has at least two wall elements, the normal vectors of which are preferably arranged at an angle of substantially 90 ° to one another. Preferably that is
  • Housing molding formed with a substantially prismatic, cuboid or cylindrical shape.
  • the shape of the housing molding is adapted to the shape of the electrode assembly, in particular is a
  • the molding wall is dimensioned such that at least two wall elements touch the electrode assembly, more preferably a normal force on a lateral surface of the
  • Exercise electrode assembly This design offers the advantage that the electrode assembly is received substantially immovable in the housing molding.
  • a housing molding is essentially one
  • the housing molding by means of a forming process, a separation process and / or a
  • the housing molding by means of deep drawing, pressing, embossing, cold forming, cold extrusion, folding, hemming, flanging, stamping, fine blanking, welding,
  • Capacitor discharge welding Ultrasonic welding, brazing, brazing, soldering, gluing and / or combinations of these methods.
  • Specified dimensions can be produced.
  • a housing molding with a cavity, hereinafter referred to molding part interior, and a first mold part opening is formed, particularly preferably cup-shaped or
  • the housing molding is formed with a raised edge. This housing molding, in particular its
  • Molded part interior serves in particular for receiving the electrode assembly.
  • the molded part opening is used in particular as access to the molded part interior, whereby the molded part interior is surrounded by a molded part wall, wherein the first molded part wall has a plurality of wall elements each having a normal vector. At least two normal vectors are arranged at an angle of substantially 90 ° to each other
  • the housing molding is prismatic, particularly preferably substantially
  • Such a design of a housing molding offers the advantage that an electrode assembly can be accommodated in particular in a form-fitting manner.
  • the housing molding in particular its molding wall, is preferably dimensioned such that opposite lateral surfaces of the electrode assembly are each subjected to a normal force in the molding interior.
  • This design has the advantage that the electrode assembly frictionally (s.o.) With a frictional force of
  • a housing molding having a cavity, hereinafter referred to as the mold cavity interior, a second mold cavity opening and a mold guide region is preferably cup-shaped or cup-shaped.
  • the housing molding is with formed a raised edge. In particular, this serves
  • the molded part guide region is preferably adjacent to the second
  • Shaped part opening arranged.
  • the molding interior is surrounded by a first molding part wall, wherein the first molding part wall more
  • Wall elements each having a normal vector. At least two normal vectors are arranged at an angle of substantially 90 ° to each other.
  • the housing molding is prismatic, more preferably formed substantially parallelepipedic.
  • the shape of this housing molding corresponds to the shape of another
  • the second mold part wall in particular its mold guide area is dimensioned so that a first mold part wall can be received with a predetermined gap, particularly preferably form-fitting manner.
  • the second mold part wall is dimensioned such that a transition fit or a small clearance fit between the female housing mold part and the closing housing mold part occurs when the female mold part
  • Housing molding is inserted into the molding guide area.
  • the second part wall or its part guide area offers the advantage that a cohesive connection can be carried out essentially without traverskorrigierende preparations.
  • the second mold part wall is dimensioned such that a gap is established which sucks in a liquefied filler material, in particular during soldering.
  • a first housing molding and a second housing molding are at least partially connected in particular cohesively.
  • the housing moldings form a housing of the secondary cell, in particular for the electrode assembly.
  • this housing molding additionally serves:
  • this development of a housing molding has a
  • a current conductor is connected to this housing molding material cohesively, more preferably by means of a welded or soldered connection.
  • This version has the advantage that the current collector of the
  • Housing molding is held substantially immovable. Another advantage is that there is good electrical contact between the current conductor and the housing molding. Preferably, a current conductor is non-positively connected to this housing molding, wherein a friction force particularly preferably holds the current conductor in position with respect to the housing molding.
  • This embodiment has the advantage that the current conductor is held by the housing molding substantially immovable. Furthermore, this embodiment has the advantage that the current collector is insulated from the housing molding.
  • the secondary cell has a
  • Electrode assembly clamping device which:
  • the electrode assembly clamping device is at least temporarily inserted into a molding interior, preferably in the closing
  • Electrode assembly clamping device on a contact device, which is provided, at least temporarily, in particular flat on the
  • the abutment device is substantially plate-shaped or cup-shaped and rests at least temporarily on a lateral surface of the electrode assembly.
  • the electrode assembly clamping device has a
  • the application of force to the installation device serves to ensure that
  • the normal force actuator is preferably configured to be transferred from a relaxed state to a tensioned state.
  • These Embodiment offers the advantage that the normal force in the relaxed state allows easy insertion of the electrode assembly clamping device in a housing molding together with the electrode assembly. With transfer of the normal force actuator in the tensioned state, this urges the investment device in the direction of the electrode assembly or exercises a normal force on the investment device, which in particular the
  • the normal force actuator is formed with a spring, more preferably with an elastomer spring, plate spring, coil spring, leaf spring, gas spring.
  • the normal force actuator expands with overpass and the tensioned state and moves the
  • Electrode assembly This refinement has the advantage that an electrode assembly which does not completely fill the first molding part interior is also pressed against the particularly first molding part wall and kept substantially immovable by frictional forces.
  • the normal force actuator is elastic at least in the tensioned state, particularly preferably with a spring.
  • Dimensional change of the electrode assembly is compensated in particular as a result of changing state of charge of the electrode assembly by the normal force actuator by the electrode assembly is pressed unchanged against one, preferably the first part of the molding.
  • a housing molding has at least one Ableiterausnaturalung.
  • the Ableiterausnaturalung serves to receive a
  • the current collector is guided through the housing molding.
  • the current conductor is held positively and / or non-positively in the Ableiteraus originallyung, more preferably with a sealing device or an insulating device.
  • the sealing device or the Insulating device formed with an electrically insulating material, particularly preferably of a polymer or elastomer.
  • This embodiment has the advantage that the current conductor is electrically insulated and held substantially immovable relative to the housing molding.
  • the sealing device or the insulating device are multi-part and each with a recess for a substantially elongated region of a
  • This embodiment has the advantage that an assembly of the sealing device or the insulating device is simplified.
  • the secondary cell according to the invention is designed to deliver, at least temporarily, a current of at least 50A, 100A, 200A, 500A or more.
  • This embodiment offers the advantage that the secondary cell is suitable for supplying an electric main drive motor of a motor vehicle, in particular during an acceleration drive or a drive uphill.
  • the secondary cell according to the invention has a
  • the secondary cell according to the invention has a nominal charging capacity of at least 20 Ah.
  • This embodiment offers the advantage that the secondary cell is suitable in particular in the combination of a battery for supplying an electric main drive motor of a motor vehicle over a distance of at least 50 km.
  • the secondary cell according to the invention for operation between -40 ° C and + 100 ° C is provided.
  • This embodiment has the advantage that the secondary cell, in particular in combination with a battery for supplying a Consumer of a motor vehicle, for outdoor operation or a non-tempering room is suitable.
  • the secondary cell according to the invention is mounted in a motor vehicle and designed to provide electrical energy for a consumer of the motor vehicle, preferably for an electric motor of the
  • Motor vehicle particularly preferably for an electric motor which at least indirectly drives a wheel of the motor vehicle.
  • This design offers the advantage that the lifetime of the secondary cell violates and / or
  • a first preferred embodiment of the secondary cell has a
  • Electrode assembly two current collector, a receiving housing molding and a closing housing molding on
  • the female housing part is essentially designed as a shell with a raised edge.
  • the electrode assembly is in
  • Electrode assembly held in the housing molding substantially immovable. Also, the female housing molding per Stromableiter a Stromableiterausappelung.
  • Two current conductors, in particular their electrode assembly contact regions, are electrically conductively connected to electrodes of different polarity of the electrode assembly, preferably connected in a materially bonded manner, particularly preferably welded by means of ultrasound. Lead contact areas of the current conductors partially extend from the receiving housing molding in the
  • the closing housing molding in particular its
  • Molding guide portion accommodates the female housing molding at least partially.
  • Housing molding and the receiving housing molding are arranged parallel to each other, preferably, the wall elements contact each other surface. There, an overlap region is formed, which serves in particular to compensate for a deviation of an actual dimension of the electrode assembly from a desired dimension for the electrode assembly.
  • the overlapping area or adjacent are the female housing molding and the
  • closing housing molding together materially connected, preferably soldered or welded, more preferably with a peripheral seam.
  • the connected housing moldings exert a normal force on at least one lateral surface of the electrode assembly. A resulting frictional force keeps the electrode assembly substantially immovable with respect to
  • the connecting seam is formed as a circumferential, elastic Dick Anlagenklebung.
  • the elastic thick film adhesive allows the housing to be stretched to compensate for a change in thickness of the electrode assembly due to a changed state of charge.
  • the thick-film adhesion is on
  • This embodiment offers the advantage that the frictional force between the electrode assembly and the housing moldings can be maintained during operation.
  • Electrode assembly two current collector, a receiving housing molding and a closing housing molding on.
  • the female housing part is essentially designed as a shell with a raised edge.
  • the electrode assembly is in
  • Electrode assembly held in the housing molding substantially immovable. Also, the female housing molding per Stromableiter a Stromableiteraus Principleung.
  • Two current conductors are electrically conductively connected to electrodes of different polarity of the electrode assembly, preferably connected in a materially bonded manner, particularly preferably welded by means of ultrasound. Lead contact areas of the current conductors partially extend from the receiving housing molding in the
  • This design offers the advantage that a current collector is substantially immovable with respect to the housing molding and the electrode assembly is held.
  • the closing housing molding in particular its
  • Molding guide portion accommodates the female housing molding at least partially.
  • Housing molding and the receiving housing molding are arranged parallel to each other, preferably, the wall elements contact each other surface. There, an overlap region is formed, which serves in particular to compensate for a deviation of an actual dimension of the electrode assembly from a desired dimension for the electrode assembly.
  • the overlap area are the female housing molding and the occlusive
  • Housing molding connected to one another cohesively, preferably soldered or welded, particularly preferably with a peripheral connecting seam.
  • the closing housing molding is a
  • Electrode assembly clamping device with contact device
  • the normal force actuator urges in the tensioned state, the investment device against a lateral surface of the
  • the normal force actuator is designed as a gas spring, wherein the gas pressure is increased with transition to the tensioned state, preferably by means of an accessible from outside the secondary cell inlet valve, which is particularly preferably arranged in an outer wall of the housing moldings.
  • the normal force actuator is supported on the molding wall of the closing housing molding.
  • the gas spring is formed with a pressure relief valve and / or a bursting device, wherein pressure relief valve and / or bursting device are particularly preferably arranged in an outer wall of the housing moldings.
  • pressure relief valve and / or bursting device are particularly preferably arranged in an outer wall of the housing moldings.
  • electrochemical interaction of the electrodes of the electrode assembly with lowering of the normal force can be reduced. This configuration offers the advantage that the electrical current delivered by the electrode assembly can be reduced.
  • step S1 a first, in particular metallic housing molding, hereinafter referred to as step S1, wherein the housing molding a first molding part wall, a
  • Mold part interior having at least a first mold part opening.
  • step S2 Form part opening inserted into the first mold part interior of the first housing molding
  • Electrode assembly is held by the first mold part wall positively and / or non-positively. Subsequently, a second in particular metallic housing molding is provided, hereinafter called step S3, wherein the second
  • Housing molding a second Formteilwandung, a second mold part opening and the second molding part wall has a molded part guide region, in particular adjacent to the second mold part opening.
  • the first housing mold part is at least partially inserted into the second housing mold part, in particular in its molded part guide area, referred to below as step S4, in particular through the second mold part opening, whereupon the mold part guide area at least partially surrounds the first mold part wall.
  • the insertion takes place in particular in such a way that an overlap region is created by means of which a deviation of an actual dimension of the electrode assembly from a desired dimension of the electrode assembly is compensated.
  • Housing moldings for electrode assemblies are used in particular with different thicknesses.
  • step S5 a force in the direction of the other housing molding, hereinafter called step S5, in particular such that a normal force on the
  • Electrode assembly acts. This normal force is used in particular
  • the frictional force serves in particular to keep the electrode assembly substantially immovable with respect to at least one current conductor.
  • step S5 ends after step S6.
  • step S6 preferably cohesively, more preferably by means of at least one method from the following group, which welding, seam welding, resistance welding, medium frequency welding, Capacitor discharge welding, brazing, soldering, gluing and / or combinations of these methods.
  • the connection is made with an elastic Dick Anlagenklebung, which can compensate for a dimensional change of the electrode assembly limited due to a change in state of charge.
  • Electrode assembly is encountered in the operation of the secondary cell, in particular by the normal force in operation on a lateral surface of the electrode assembly,
  • a preferred development of the manufacturing method according to the invention comprises step S1 1, according to which a current conductor is connected to at least one arrester lug, preferably to a plurality of collector lugs of the same polarity, particularly preferably by means of welding, roll seam welding, resistance welding, medium frequency welding,
  • step S1 1 is performed before step S2.
  • step S1 1 is performed before step S2.
  • step S4 offers the advantage of a simplified installation of the secondary cell, in particular a simplified implementation of step S4.
  • a preferred embodiment of the manufacturing method according to the invention comprises step S9, after which a current conductor is passed through a Ableiteraus fundamentalung.
  • a preferred development of the manufacturing method according to the invention comprises step S10, according to which a current collector is connected to a housing molding, preferably to a female housing molding.
  • step S10 is performed before step S6, more preferably before step S4.
  • This development offers the advantage of simplified assembly.
  • a preferred embodiment of the method comprises step S7, after which an electrode assembly clamping device is inserted into the first housing molding, wherein the electrode assembly clamping device a
  • the normal force actuator is relaxed.
  • Electrode assembly clamping device used simultaneously with the electrode assembly in a housing molding.
  • step S6 step S8 follows, after which the normal force actuator is transferred into its tensioned state.
  • step S5 Installation on step S5 can be omitted.
  • This embodiment offers the further advantage that at least one of the dimensions of the electrode assembly can be compensated for deviation from the desired dimension with the normal force actuator.
  • This preferred embodiment can preferably be combined with the further developments, steps S9 to S11.
  • FIG. 1 schematically shows a section through an assembly for a
  • FIG. 2 schematically shows a section through a secondary cell according to the first preferred embodiment using the assembly of FIG. 1,
  • FIG. 3 schematically shows a section through an assembly for a
  • Fig. 4 shows schematically a section through an assembly for a secondary cell according to the second preferred embodiment and this
  • FIG. 1 shows schematically a section through an assembly for a
  • the electrode flat winding 2 is surrounded by a polymer film, not shown, for electrical insulation with respect to the metallic housing moldings.
  • a polymer film not shown
  • the insides of the housing moldings could be coated electrically insulating.
  • the first housing molding 4 is thermoformed from a sheet metal to a shell with a rectangular base and with a raised edge. In the first housing molding 4 Ableiterausappelisme 10, 10 a are punched. The electrode flat winding 2 is inserted through the first molded part opening 9 into the first molded part interior 8.
  • the second housing molding 5 is thermoformed from a metal sheet to a shell and with a raised edge.
  • the second housing mold part 5 has a second mold part wall 7a, a second mold part interior 8a, a second mold part opening 9a and a mold part guide region 20.
  • the molded part guide region 20 is part of the second mold part wall 7a and is arranged adjacent to the second mold part opening 9a.
  • the first housing molding 4 is partially inserted into the molding guide section 20 through the second molding opening 9a. This is the result
  • Mold part guide portion 20 of the second mold part wall 7a surrounds parts of the first mold part wall 7.
  • the second mold part wall 7a is in
  • Mold part guide portion 20 so dimensioned that with the first molding part wall 7, a welding gap or soldering gap is formed.
  • the housing moldings 4, 5 are clamped by the force F around the electrode flat winding 2.
  • the electrode flat coil 2 has a separator of "separation.”
  • the electrode flat coil 2 also has a cathode with LiFePO 4 .
  • 2 schematically shows a section through a secondary cell according to the first preferred embodiment using the assembly of FIG. 1.
  • the housing moldings 4, 5 or their molding walls 7, 7a are circumferentially welded together, which by the black filled triangles 31, 32nd is indicated. This is a housing 14vum the
  • Electrode flat winding 2 is formed.
  • the current conductor 3 shown schematically, has a threaded contact pin 1 1 formed as a contact area and an electrode contact area 12. On the threaded bolt 1 1, a busbar or a supply line can be pushed.
  • the electrode contact region 12 serves the electrical
  • Threaded bolt 1 1 is sealed relative to the housing molding 4 by means of a sealing device, not shown, and electrically insulated.
  • a sealing device which is fixed by a nut, also not shown on the threaded bolt 1 1, the threaded bolt 1 1 with a
  • Friction force held substantially immovable in a Ableiterausappelung 10. 3 schematically shows a section through an assembly for a
  • Electrode Assembly Clamping Device 15 The housing moldings 4, 5 essentially correspond to those of FIG. 1.
  • the electrode assembly clamping device 15 has a contact plate 16 and a spring 17.
  • the contact plate 16 is located on a lateral surface of the Electrode stack 2 on.
  • the spring 17 is provided to be supported on the second mold part wall 7a and to urge the contact plate 16 with a normal force against the electrode stack 2. That is possible if the
  • FIG. 4 shows schematically a section through an assembly for a
  • Fig. 4a shows schematically an assembly for a secondary cell according to the second preferred embodiment.
  • the module corresponds to
  • the electrode assembly clamping device 15 is formed with gas pressure springs 17a, 17b as a normal force actuator.
  • the housing moldings 4, 5 are not yet connected to each other. The assembly is shown after step S4.
  • the current conductor 3 shown schematically, has a threaded contact pin 1 1 formed as a contact area and an electrode contact area 12. On the threaded bolt 1 1, a busbar or a supply line can be pushed.
  • the electrode contact region 12 serves the electrical
  • Threaded bolt 1 1 is sealed relative to the housing molding 4 by means of a sealing device, not shown, and electrically insulated.
  • a sealing device which is fixed by a nut, also not shown on the threaded bolt 1 1, the threaded bolt 1 1 with a
  • 4b schematically shows a section through a secondary cell according to the second preferred embodiment using the assembly according to FIG. 3.
  • the housing moldings 4, 5 and their Formteilwanditch 7, 7a are identical to The housing moldings 4, 5 and their Formteilwanditch 7, 7a.
  • the gas springs 17a, 17a have already been transferred to their tensioned state.
  • the gas springs 17a, 17a are supported on the contact plate 16 and the second molding part wall 7a.
  • the electrode assembly clamping device 15 exerts a normal force on the electrode stack 2.
  • the normal force causes a frictional force which makes the electrode assembly substantially immovable with respect to the

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Abstract

Eine erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeichereinrichtung, nachfolgend Sekundärzelle genannt, weist eine Elektrodenbaugruppe auf. Die Elektrodenbaugruppe hat wenigstens einen Separator und zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Der Separator ist zwischen zwei Elektroden angeordnet. Die Elektrodenbaugruppe ist vorgesehen, zumindest zeitweise elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Weiter weist die Sekundärzelle einen, zwei oder mehrere Stromableiter auf. Ein Stromableiter ist vorgesehen, mit der Elektrodenbaugruppe insbesondere elektrisch leitend verbunden zu sein, vorzugsweise mit einer der Elektroden, vorzugsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, besonders bevorzugt mittels einer Schweißverbindung. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens zwei insbesondere metallische Gehäuseformteile auf. Die Gehäuseformteile sind zur Begrenzung der Elektrodenbaugruppe gegenüber der Umgebung der Sekundärzelle vorgesehen. Auch sind die Gehäuseformteile zur insbesondere formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung miteinander vorgesehen, wobei vorzugsweise die verbundenen Gehäuseformteile ein Gehäuse um die Elektrodenbaugruppe ausbilden. Wenigstens ein, vorzugsweise zwei Stromableiter sind mit einem Gehäuseformteil insbesondere formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden, insbesondere mit demselben Gehäuseformteil. Wenigstens eines der Gehäuseformteile ist vorgesehen, die Elektrodenbaugruppe insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufzunehmen.

Description

Elektrochemische Energiespeicherzelle mit metallischem Gehäuse, Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen
Energiespeicherzelle mit metallischem Gehäuse
B e s c h r e i b u n g
Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 201 1 1 10 695 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wiederaufladbare elektrochemische Energiespeicherzelle, nachfolgend Sekundärzelle genannt, für eine Batterie. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von KFZ-Antrieben beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die
Erfindung auch unabhängig von der Chemie der Sekundärzelle oder unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
Aus dem Stand der Technik sind Batterien mit mehreren Sekundärzellen zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von KFZ-Antrieben bekannt. Die Sekundärzellen weisen jeweils ein Gehäuse, eine
Elektrodenbaugruppe zum Bereitstellen elektrischer Energie und zumeist zwei Stromableiter auf. Die Stromableiter erstrecken sich zumindest teilweise aus dem Gehäuse in die Umgebung der Sekundärzelle. Innerhalb des Gehäuses sind die Elektrodenbaugruppe und die Stromableiter elektrisch leitend
miteinander verbunden. Die unzureichende Lebensdauer einiger Bauarten von Batterien bereitet mitunter Probleme. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Batterien mit erhöhter Lebensdauer zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird durch eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Anspruch 10 beschreibt eine Batterie mit zumindest zwei erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Herstellverfahren gemäß Anspruch 1 1 für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung. Zu bevorzugende
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeichereinrichtung, nachfolgend Sekundärzelle genannt, weist eine Elektrodenbaugruppe auf. Die Elektrodenbaugruppe hat wenigstens einen Separator und zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Der Separator ist zwischen zwei Elektroden angeordnet. Die Elektrodenbaugruppe ist vorgesehen, zumindest zeitweise elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Weiter weist die Sekundärzelle einen, zwei oder mehrere Stromableiter auf. Ein Stromableiter ist vorgesehen, zumindest mittelbar mit der Elektrodenbaugruppe insbesondere elektrisch leitend verbunden zu sein, vorzugsweise mit einer der Elektroden, vorzugsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, besonders bevorzugt mittels einer Schweißverbindung. Weiter weist die Sekundärzelle wenigstens zwei insbesondere metallische Gehäuseformteile auf. Die Gehäuseformteile sind zur Begrenzung der Elektrodenbaugruppe gegenüber der Umgebung der
Sekundärzelle vorgesehen. Auch sind die Gehäuseformteile zur insbesondere formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung miteinander vorgesehen, wobei vorzugsweise die verbundenen Gehäuseformteile ein Gehäuse um die Elektrodenbaugruppe ausbilden. Wenigstens ein, vorzugsweise zwei
Stromableiter sind mit einem Gehäuseformteil insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise mit demselben
Gehäuseformteil. Wenigstens eines der Gehäuseformteile ist vorgesehen, die Elektrodenbaugruppe insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufzunehmen. Bei erfindungsgemäßer Ausbildung der Sekundärzelle sind deren Stromableiter von einem Gehäuseformteil derart gehalten, dass einer unerwünschten
Relativbewegung zwischen Stromableiter und Gehäuseformteil entgegengewirkt ist. Weiter ist die Elektrodenbaugruppe von einem der Gehäuseformteile derart gehalten, dass einer unerwünschten Relativbewegung der Elektrodenbaugruppe bezüglich des Stromableiter bzw. des Gehäuses entgegengewirkt ist. Wenn eine erfindungsgemäße Sekundärzelle insbesondere im Betriebszustand Vibrationen und/oder Stößen ausgesetzt ist, dann wirkt die erfindungsgemäße Ausbildung der Sekundärzelle einer mechanischen Beanspruchung der elektrischen
Verbindungen von Elektrodenbaugruppe und Stromableitern entgegen. Diese Ausbildung bietet den Vorteil, dass einem Altern der elektrischen Verbindungen von Elektrodenbaugruppe und Stromableitern insbesondere infolge
mechanischer Beanspruchung bzw. Wechselbeanspruchung begegnet wird. So wird die Lebensdauer einer Sekundärzelle erhöht und die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Unter einer Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere zum Bereitstellen elektrischer Energie dient. Dazu weist die Elektrodenbaugruppe wenigstens zwei Elektroden
unterschiedlicher Polarität auf, wobei die Elektroden von einem Separator beanstandet sind. Die Elektrodenbaugruppe ist entladbar und wiederaufladbar, wobei Ionen des Leitsalzes des Elektrolyts durch den Separator wandern. Beim Laden der Sekundärzelle erfolgt in der Elektrodenbaugruppe eine Wandlung zugeführter elektrische Energie in chemische Energie. Beim Entladen wird chemische Energie in der Elektrodenbaugruppe in elektrische Energie gewandelt. Die Elektrodenbaugruppe weist wenigstens eine sog. Mantelfläche auf, wobei die Mantelfläche die Elektrodenbaugruppe zur Umgebung bzw. zu einem Gehäuseformteil hin begrenzt.
Eine Elektrode weist eine insbesondere metallische Kollektorfolie auf. Eine aktive Elektrodenmasse ist auf die Kollektorfolie aufgetragen. Vorzugsweise bleibt ein Bereich der Kollektorfolie frei von der aktiven Elektrodenmasse. Dieser Bereich, nachfolgend auch Ableiterfahne genannt, dient insbesondere zur elektrischen Verbindung mit einem Stromableiter. Vorzugsweise erstreckt sich die Ableiterfahne über einen benachbarten Separator hinaus. Vorzugsweise weist eine Kollektorfolie eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt auf. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Sekundärzelle Lithium-Ionen auf. Diese Ausführung bietet den Vorteil einer erhöhten Energiedichte der
Sekundärzelle, insbesondere einer Energiedichte von wenigstens 40 Wh/kg.
In einer weiteren Ausführungsform weist wenigstens eine Elektrode der
Elektrodenbaugruppe, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, eine Verbindung mit der Formel LiMP04 auf, wobei M wenigstens ein
Übergangsmetallkation der ersten Reihe des Periodensystems der Elemente ist. Das Übergangsmetallkation ist vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Mn, Fe, Ni und Ti oder einer Kombination dieser Elemente gewählt. Die
Verbindung weist vorzugsweise eine Olivinstruktur auf, vorzugsweise
übergeordnetes Olivin, wobei Fe besonders bevorzugt ist. Dieser
Ausführungsform bietet den Vorteil einer erhöhten Zahl ertragbarer
Ladungswechsel der Elektrode.
In einer weiteren Ausführungsform weist vorzugsweise wenigstens eine
Elektrode der Elektrodenbaugruppe, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, ein Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn204 vom Spinell-Typ, ein Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCo02, oder ein Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNi02, oder ein Gemisch aus zwei oder drei dieser Oxide, oder ein
Lithiummischoxid, welches Mangan, Kobalt und Nickel enthält, auf.
Ein Separator dient insbesondere zum Beanstanden zweier benachbarter Elektroden unterschiedlicher Polarität. Der Separator blockiert Elektronen, ist aber für Ionen durchlässig. Der Elektrolyt bzw. das Leitsalz sind zumindest teilweise von Separator aufgenommen. Vorzugsweise ist der Separator als dünne Folie ausgebildet, besonders bevorzugt mit im Wesentlichen rechteckiger Gestalt.
Vorzugsweise wird ein Separator verwendet, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, und welcher aus einem zumindest teilweise
stoffdurchlässigen Träger besteht. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, ist mit einem
anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40° C bis 200° C ionenleitend ist. Das anorganische Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, AI, Li, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Bevorzugt weist das anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Ein solcher
Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben. Eine bevorzugte Ausführungsform der Elektrodenbaugruppe weist mehrere positive Elektroden und mehrere negative Elektroden auf, wobei benachbarte Elektroden unterschiedlicher Polarität durch je einen Separator getrennt sind. Die Elektroden und die Separatoren sind im Wesentlichen als rechteckige Blätter ausgebildet und entsprechend einem Stapel von Spielkarten
übereinander gestapelt, wobei diese Anordnung nachfolgend Elektrodenstapel genannt wird. Im Elektrodenstapel trennt ein Separatorblatt je zwei
Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität. Über das Separatorblatt hinaus erstrecken sich die Ableiterfahnen der benachbarten Elektroden. Die
Ableiterfahnen einer Polarität sind elektrisch leitend mit einem der Stromableiter verbunden, vorzugsweise verschweißt. Einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Elektrodenbaugruppe weist eine positive Elektrode und eine negative Elektrode auf, wobei benachbarte Elektroden unterschiedlicher Polarität durch je einen Separator getrennt sind. Die Elektroden und der Separator sind im Wesentlichen als rechteckige Streifen ausgebildet und übereinander gelegt. Diese Anordnung ist aufgewickelt zu einem im Wesentlichen zylindrischen sog. Elektrodenwickel. Über den Separator hinaus erstrecken sich die Ableiterfahnen der beiden Elektroden. Die
Ableiterfahnen einer Polarität sind mit einem der Stromableiter elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise verschweißt. Vorzugsweise ist der zunächst im
Wesentlichen zylindrische Elektrodenwickel zu einem sog. Elektrodenflachwickel verformt, wobei der Elektrodenflachwickel eine im Wesentlichen quaderförmige bzw. prismatische Gestalt annimmt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass für den Elektrodenflachwickel ein quaderförmiges Gehäuse verwendet werden kann, wobei das quaderförmige Gehäuse besonders zur benachbarten
Anordnung zweier Sekundärzellen in einer Batterie geeignet ist.
Unter einem Stromableiter im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der elektrischen Kontaktierung der
Elektrodenbaugruppe und insbesondere zur Verbindung mit einem zu
versorgenden Verbraucher dient. Vorzugsweise ist der Stromableiter metallisch ausgebildet, besonders bevorzugt mit Kupfer und/oder Aluminium. Der
Stromableiter ist zumindest mittelbar elektrisch leitend mit der
Elektrodenbaugruppe verbunden, vorzugsweise mit einer Elektrode der
Elektrodenbaugruppe. Vorzugsweise erstreckt sich der Stromableiter zumindest teilweise aus einem Gehäuseformteil in die Umgebung der Sekundärzelle.
Vorzugsweise weist der Stromableiter einen Zuleitungskontaktbereich auf, welcher sich zumindest teilweise außerhalb eines Gehäuseformteils erstreckt. Der Zuleitungskontaktbereich ist zur Verbindung mit einer Zuleitung
ausgestaltet, insbesondere einer Stromschiene. Besonders bevorzugt ist ein Zuleitungskontaktbereich im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist ein Außengewinde auf. Eine Öse bzw. ein Haken am Ende eines Stromkabels können den Zuleitungskontaktbereich umgreifen und mit einer aufzuschraubenden Mutter gesichert werden. Vorzugsweise weist der
Stromableiter einen im Wesentlichen plattenförmigen Elektrodenkontaktbereich auf, welcher insbesondere zur Kontaktierung der Elektrodenbaugruppe bzw. einer Elektrode dient, vorzugsweise über die Ableiterfahnen. Die Ableiterfahnen bzw. die Elektroden einer Polarität sind mit dem Elektrodenkontaktbereich bevorzugt stoffschlüssig verbunden, besonders bevorzugt verschweißt.
Vorzugsweise ist der Elektrodenkontaktbereich im Inneren des Gehäuses angeordnet. Vorzugsweise ist eine im Wesentlichen rechteckige
Begrenzungsfläche des Elektrodenkontaktbereichs im Wesentlichen parallel zu einer Wandung eines Gehäuseformteils, nachfolgend Formteilwandung genannt, angeordnet. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass ein Verbinden, insbesondere ein Verschweißen der Ableiterfahnen mit dieser
Begrenzungsfläche erleichtert ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Stromableiters weist einen im
Wesentlichen als zylindrischer Stift bzw. Bolzen insbesondere mit
Außengewinde ausgebildeten Zuleitungskontaktbereich auf. Weiter weist diese Ausführungsform einen im Wesentlichen plattenförmigen
Elektrodenkontaktbereich mit im Wesentlichen rechteckiger Begrenzungsfläche innerhalb des Gehäuses auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Anzahl der Materialübergänge im Strompfad von der Elektrode bis zum
Verbraucher verringert ist, indem die Ableiterfahne unmittelbar mit dem
Stromableiter verbunden ist. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht in der verbesserten Abdichtung des Gehäuses, indem eine ggf.
mehrteilige Dichteinrichtung über den Bolzen geschoben und gesichert werden kann. Sofern der Zuleitungskontaktbereich als Bolzen mit Außengewinde, nachfolgend Gewindebolzen genannt, ausgebildet ist, kann eine aufgeschobene Zuleitung mit einer Mutter gesichert werden. Diese Ausführung bietet den
Vorteil, dass gleichzeitig eine Dichteinrichtung bzw. Isoliereinrichtung gesichert werden können. Unter einem Gehäuseformteil im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient:
• die Elektrodenbaugruppe gegenüber der Umgebung der Sekundärzelle zu begrenzen,
• die Elektrodenbaugruppe insbesondere formschlüssig und/oder
kraftschlüssig aufzunehmen, vorzugsweise die Elektrodenbaugruppe zu verspannen,
• Wärmeenergie mit der Elektrodenbaugruppe auszutauschen,
vorzugsweise Wärmeenergie aus der Elektrodenbaugruppe abzuführen,
• mit wenigstens einem weiteren Gehäuseformteil insbesondere
formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden zu werden,
• einen Stromableiter der Sekundärzelle gegenüber der
Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen unverrückbar zu halten, insbesondere bei Stößen oder Vibrationen,
• den Austritt eines Bestandteils Elektrodenbaugruppe in die Umgebung der Sekundärzelle zu behindern, vorzugsweise zu unterbinden, und/oder
• das Eindringen eines Stoffs aus der Umgebung der Sekundärzelle in die Elektrodenbaugruppe zu behindern, vorzugsweise den Eintritt von Feuchtigkeit zu unterbinden.
Unter„formschlüssigem Aufnehmen der Elektrodenbaugruppe" im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass das Gehäuseformteil insbesondere zeitgleich an wenigstens einer, vorzugweise mehreren Mantelflächen der
Elektrodenbaugruppe anliegt.
Unter„kraftschlüssigem Aufnehmen der Elektrodenbaugruppe" im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass das Gehäuseformteil insbesondere eine Normalkraft auf die Elektrodenbaugruppe ausübt, insbesondere auf wenigstens eine Mantelfläche der Elektrodenbaugruppe. Aus der Normalkraft auf die Mantelfläche und der Haftreibung zwischen der die Elektrodenbaugruppe berührende Wand bzw. Formteilwandung folgt eine Kraft, insbesondere eine Reibkraft in der Ebene der Mantelfläche, wodurch insbesondere im Betrieb einer Relativbewegung zwischen Elektrodenbaugruppe und Gehäuseformteil begegnet wird. So wird einer mechanischen Beanspruchung und somit einer Alterung der elektrischen Verbindung von Elektrodenbaugruppe und
Stromableiter entgegengewirkt.
Unter„Verspannen der Elektrodenbaugruppe" im Sinne der Erfindung ist insbesondere zu verstehen, dass das Gehäuseformteil eine Normalkraft auf die Elektrodenbaugruppe ausübt, insbesondere auf wenigstens eine Mantelfläche der Elektrodenbaugruppe. Aus Normalkraft auf die Mantelfläche und der Haftreibung zwischen der die Elektrodenbaugruppe berührenden Wand bzw. Formteilwandung einerseits und der Elektrodenbaugruppe andererseits folgt eine Kraft in der Ebene der Mantelfläche, mit einer Relativbewegung zwischen Elektrodenbaugruppe und Gehäuseformteil begegnet wird. So wird einer mechanischen Beanspruchung der elektrischen Verbindung von
Elektrodenbaugruppe und Stromableiter entgegengewirkt. Durch Verspannen der Elektrodenbaugruppe wirkt auch deren Desintegration bzw. Zerlegen im Betrieb entgegengewirkt.
Vorzugsweise weist ein Gehäuseformteil wenigstens ein Metall auf, besonders bevorzugt ein Metall der nachfolgenden Gruppe, welche Aluminium, Kupfer, Eisen, Stahl beinhaltet. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass das
Gehäuseformteil einen mindesten Schutz der Elektrodenbaugruppe vor schädigenden mechanischen Einflüssen bietet, insbesondere gegen das
Eindringen eines Fremdkörpers in die Elektrodenbaugruppe. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Gehäuseformteil den Zusammenhalt der
Elektrodenbaugruppe unterstützt, indem das Gehäuseformteil eine Normalkraft auf die Elektrodenbaugruppe ausübt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Gehäuseformteil insbesondere aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeit von mindestens 40 W m"1 K"1 zur Wärmeabfuhr aus der Elektrodenbaugruppe befähigt ist.
Vorzugsweise ist ein Gehäuseformteil mit einem Hohlraum, nachfolgend
Formteilinnenraum genannt, und einer Formteilöffnung ausgebildet, besonders bevorzugt becherförmig oder schalenförmig. Der Formteilinnenraum ist von einer Formteilwandung umgeben. Die Formteilwandung weist zumindest zwei Wandungselemente auf, deren Normalvektoren bevorzugt zueinander mit einem Winkel von im Wesentlichen 90° angeordnet sind. Vorzugsweise ist das
Gehäuseformteil mit einer im Wesentlichen prismatischen, quaderförmigen oder zylindrischen Gestalt ausgebildet. Dabei ist die Gestalt des Gehäuseformteils an die Gestalt der Elektrodenbaugruppe angepasst, insbesondere ist ein
Gehäuseformteil abhängig von einem Soll-Maß der Elektrodenbaugruppe bemessen. Vorzugsweise ist die Formteilwandung derart bemessen, dass zumindest zwei Wandungselemente die Elektrodenbaugruppe berühren, besonders bevorzugt eine Normalkraft auf eine Mantelfläche der
Elektrodenbaugruppe ausüben. Diese Gestaltung bietet den Vorteil, dass die Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen unverrückbar in dem Gehäuseformteil aufgenommen ist.
Vorzugsweise ist ein Gehäuseformteil aus einem im Wesentlichen
plattenförmigen Vormaterial hergestellt, besonders bevorzugt aus einem metallischen plattenförmigen Vormaterial. Vorzugsweise ist das Gehäuseformteil mittels eines Umformverfahrens, eines Trennverfahrens und/oder eines
Fügeverfahrens hergestellt. Besonders bevorzugt ist das Gehäuseformteil mittels Tiefziehen, Pressen, Prägen, Kaltumformen, Kaltfließpressen, Abkanten, Hochstellen, Bördeln, Stanzen, Feinschneiden, Schweißen,
Widerstandsschweißen, Rollnahtschweißen, Mittelfrequenzschweißen,
Kondensatorentladungsschweißen, Ultraschallschweißen, Löten, Hartlöten, Weichlöten, Kleben und/oder Kombinationen dieser Verfahren hergestellt.
Diese Herstellweise bietet den Vorteil, dass das Gehäuseformteil weitgehend automatisiert und wiederholgenau mit geringen Abweichungen von den
Sollmaßen herstellbar ist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist ein Gehäuseformteil mit einem Hohlraum, nachfolgend Formteilinnenraum genannt, und einer ersten Formteilöffnung ausgebildet, besonders bevorzugt becherförmig oder
schalenförmig. Vorzugsweise ist das Gehäuseformteil mit einem hochgestellten Rand ausgebildet. Dieses Gehäuseformteil, insbesondere dessen
Formteilinnenraum dient insbesondere zur Aufnahme der Elektrodenbaugruppe. Nachfolgend wird ein gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform
ausgebildetes Gehäuseformteil„aufnehmendes Gehäuseformteil" genannt. Die Formteilöffnung dient insbesondere als Zugang zum Formteilinnenraum, wobei die Elektrodenbaugruppe durch die Formteilöffnung in den Formteilinnenraum einsetzbar ist. Der Formteilinnenraum ist von einer ersten Formteilwandung umgeben, wobei die erste Formteilwandung mehrere Wandungselemente mit je einem Normalvektor aufweist. Zumindest zwei Normalvektoren sind zueinander mit einem Winkel von im Wesentlichen 90° angeordnet. Vorzugsweise ist das Gehäuseformteil prismatisch, besonders bevorzugt im Wesentlichen
quaderförmig ausgebildet. Eine derartige Ausbildung eines Gehäuseformteil bietet den Vorteil, dass eine Elektrodenbaugruppe insbesondere formschlüssig aufgenommen werden können. Vorzugsweise ist das Gehäuseformteil, insbesondere dessen Formteilwandung so bemessen, dass gegenüberliegende Mantelflächen der Elektrodenbaugruppe im Formteilinnenraum je mit einer Normalkraft beaufschlagt sind. Diese Ausbildung bietet den Vorteil, dass die Elektrodenbaugruppe kraftschlüssig (s.o.) mit einer Reibkraft vom
Gehäuseformteil gehalten ist.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist ein Gehäuseformteil mit einem Hohlraum, nachfolgend Formteilinnenraum genannt, einer zweiten Formteilöffnung und einem Formteilführungsbereich vorzugsweise becherförmig oder schalenförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist das Gehäuseformteil mit einem hochgestellten Rand ausgebildet. Insbesondere dient dieses
Gehäuseformteil zum:
• Verschließen einer Formteilöffnung eines anderen Gehäuseformteils,
• bereichsweisen Umgeben der ersten Formteilwandung eines anderen Gehäuseformteils, insbesondere mittels des Formteilführungsbereiches
• Verbinden mit einem anderen Gehäuseformteil, vorzugsweise
stoffschlüssig.
Nachfolgend wird ein gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform
ausgebildetes Gehäuseformteil„verschließendes Gehäuseformteil" genannt. Vorzugsweise ist der Formteilführungsbereich angrenzend an die zweite
Formteilöffnung angeordnet. Der Formteilinnenraum ist von einer ersten Formteilwandung umgeben, wobei die erste Formteilwandung mehrere
Wandungselemente mit je einem Normalvektor aufweist. Zumindest zwei Normalvektoren sind zueinander mit einem Winkel von im Wesentlichen 90° angeordnet. Vorzugsweise ist das Gehäuseformteil prismatisch, besonders bevorzugt im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise entspricht die Gestalt dieses Gehäuseformteils der Gestalt eines anderen
Gehäuseformteils der Sekundärzelle. Vorzugsweise weist dieses
Gehäuseformteil ein Metall auf, wie zuvor dargelegt. Vorzugsweise ist die zweite Formteilwandung, insbesondere deren Formteilführungsbereich so bemessen, dass eine erste Formteilwandung mit einem vorbestimmten Spalt aufgenommen werden kann, besonders bevorzugt formschlüssig. Vorzugsweise ist die zweite Formteilwandung so bemessen, dass sich eine Übergangspassung oder eine geringe Spielpassung zwischen dem aufnehmenden Gehäuseformteil und dem verschließenden Gehäuseformteil einstellt, wenn das aufnehmende
Gehäuseformteil in den Formteilführungsbereich eingesetzt ist. Diese
Bemessung der zweiten Formteilwandung bzw. deren Formteilführungsbereich bietet den Vorteil, dass ein stoffschlüssiges Verbinden im Wesentlichen ohne maßkorrigierende Vorbereitungen ausgeführt werden kann. Besonders bevorzugt ist die zweite Formteilwandung so bemessen, dass sich ein Spalt einstellt, welcher einen verflüssigten Zusatzwerkstoff insbesondere beim Löten ansaugt.
Vorzugsweise sind ein erstes Gehäuseformteil und ein zweites Gehäuseformteil miteinander zumindest bereichsweise insbesondere stoffschlüssig verbunden. Das bietet den Vorteil, dass die Verbindung zur Aufnahme von Kräften aus der Elektrodenbaugruppe insbesondere während verschiedener Ladezustände befähigt ist. Im verbundenen Zustand bilden die Gehäuseformteile ein Gehäuse der Sekundärzelle, insbesondere für die Elektrodenbaugruppe. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der ersten oder zweiten bevorzugte Ausführungsform eines Gehäuseformteils dient dieses Gehäuseformteil zusätzlich:
• zum Halten wenigstens eines Stromableiters, und/oder
• dazu , einen Stromableiter im Betrieb im Wesentlichen unverrückbar an seinem Ort bezüglich der Elektrodenbaugruppe zu halten.
Vorzugsweise weist diese Weiterbildung eines Gehäuseformteils eine
Ableiterausnehmung auf, welche dazu dient, einen Stromableiter aufzunehmen. Der Stromableiter ist durch die Ableiterausnehmung geführt und erstreckt sich teilweise aus dem Gehäuseformteil in die Umgebung der Sekundärzelle. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil einer verminderten Zahl von elektrischen Übergangswiderständen.
Vorzugsweise ist ein Stromableiter mit diesem Gehäuseformteil stoffschlüssig verbunden, besonders bevorzugt mittels einer Schweiß- oder Lötverbindung. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass der Stromableiter von dem
Gehäuseformteil im Wesentlichen unverrückbar gehalten ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein guter elektrischer Kontakt zwischen Stromableiter und Gehäuseformteil gegeben ist. Vorzugsweise ist ein Stromableiter kraftschlüssig mit diesem Gehäuseformteil verbunden, wobei besonders bevorzugt eine Reibkraft den Stromableiter in Position bezüglich des Gehäuseformteils hält. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass der Stromableiter von dem Gehäuseformteil im Wesentlichen unverrückbar gehalten ist. Weiter bietet diese Ausführungsform den Vorteil, dass der Stromableiter gegenüber dem Gehäuseformteil isoliert ist.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle eine
Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung auf, welche:
• vorgesehen ist, eine Normalkraft auf die Elektrodenbaugruppe
auszuüben, und
• im Gehäuse angeordnet ist.
Die Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung ist zumindest zeitweise in einen Formteilinnenraum eingesetzt vorzugsweise in das verschließende
Gehäuseformteil. Vorzugsweise weist die
Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung eine Anlageeinrichtung auf, welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise insbesondere flächig an der
Elektrodenbaugruppe anzuliegen. Die Anlageeinrichtung ist im Wesentlichen plattenförmig oder schalenförmig ausgebildet und liegt zumindest zeitweise an einer Mantelfläche der Elektrodenbaugruppe an. Vorzugsweise weist die Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung einen
Normalkraftsteller auf, welcher vorgesehen ist, die Anlageeinrichtung in Richtung der Elektrodenbaugruppe zu drängen bzw. die Anlageeinrichtung mit einer Kraft in Richtung der Elektrodenbaugruppe zu beaufschlagen, zumindest zeitweise. Die Kraftbeaufschlagung der Anlageeinrichtung dient dazu, die
elektrochemische Wechselwirkung der Bestandteile der Elektrodenbaugruppe zu fördern. Der Normalkraftsteller ist vorzugsweise ausgestaltet, aus einem entspannten Zustand in einen gespannten Zustand überführt zu werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Normalkraftsteller im entspannten Zustand ein einfaches Einsetzen der Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung in ein Gehäuseformteil gemeinsam mit der Elektrodenbaugruppe ermöglicht. Mit Überführung des Normalkraftstellers in den gespannten Zustand drängt dieser die Anlageeinrichtung in Richtung der Elektrodenbaugruppe bzw. Übt eine Normalkraft auf die Anlageeinrichtung aus, worauf insbesondere die
Bewegungsfreiheit der Elektrodenbaugruppe eingeschränkt ist. Vorzugsweise ist der Normalkraftsteller mit einer Feder ausgebildet, besonders bevorzugt mit einer Elastomerfeder, Tellerfeder, Spiralfeder, Blattfeder, Gasdruckfeder. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dehnt sich der Normalkraftsteller mit Überführung und den gespannten Zustand aus und bewegt die
Anlageeinrichtung innerhalb des Gehäuses in Richtung der
Elektrodenbaugruppe. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass auch eine Elektrodenbaugruppe, welche den ersten Formteilinnenraum nicht gänzlich ausfüllt, gegen die insbesondere erste Formteilwandung gedrückt und durch Reibkräfte im Wesentlichen unverrrückbar gehalten wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Normalkraftsteller zumindest im gespannten Zustand elastisch ausgebildet, besonders bevorzugt mit einer Feder. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine
Maßänderung der Elektrodenbaugruppe insbesondere infolge veränderten Ladezustands der Elektrodenbaugruppe durch den Normalkraftsteller ausgleichbar ist, indem die Elektrodenbaugruppe unverändert gegen eine, vorzugsweise die erste Formteilwandung gedrängt wird.
Vorzugsweise weist ein Gehäuseformteil wenigstens eine Ableiterausnehmung auf. Insbesondere dient die Ableiterausnehmung der Aufnahme eines
Stromableiters, wobei der Stromableiter durch das Gehäuseformteil geführt ist. Vorzugsweise ist der Stromableiter formschlüssig und/oder kraftschlüssig in der Ableiterausnehmung gehalten, besonders bevorzugt mit einer Dichteinrichtung bzw. einer Isoliereinrichtung. Vorzugsweise sind die Dichteinrichtung bzw. die Isoliereinrichtung mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgebildet, besonders bevorzugt aus einem Polymer oder Elastomer. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass der Stromableiter elektrisch isoliert und im Wesentlichen unverrückbar gegenüber dem Gehäuseformteil gehalten ist. Vorzugsweise sind die Dichteinrichtung bzw. die Isoliereinrichtung mehrteilig und jeweils mit einer Ausnehmung für einen im Wesentlichen langgestreckten Bereich eines
Stromableiters ausgebildet. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass eine Montage der Dichteinrichtung bzw. der Isoliereinrichtung vereinfacht ist.
Nachfolgend werden zu bevorzugende Ausgestaltungen einer
erfindungsgemäßen Sekundärzelle beschrieben.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Sekundärzelle ausgebildet, zumindest zeitweise einen Strom von wenigstens 50A, 100A, 200A, 500A oder mehr abzugeben. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass die Sekundärzelle zur Versorgung eines elektrischen Hauptantriebsmotors eines Kraftfahrzeugs insbesondere während einer Beschleunigungsfahrt oder einer Fahrt bergauf geeignet ist.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Sekundärzelle eine
Nennladekapazität von wenigstens, 5 Ah, 10 Ah, 20 Ah, 50 Ah, 100 Ah oder mehr auf. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Sekundärzelle eine Nennladekapazität von wenigstens 20 Ah auf. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass die Sekundärzelle insbesondere im Verbund einer Batterie zur Versorgung eines elektrischen Hauptantriebsmotors eines Kraftfahrzeugs über eine Strecke von wenigstens 50 km geeignet ist.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Sekundärzelle zum Betrieb zwischen -40°C und +100°C vorgesehen. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass die Sekundärzelle insbesondere im Verbund einer Batterie zur Versorgung eines Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs, zum Betrieb im Freien oder einem nicht temperieren Raum geeignet ist.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Sekundärzelle in einem Kraftfahrzeug montiert und zur Bereitstellung elektrischer Energie für einen Verbraucher des Kraftfahrzeugs ausgestaltet, vorzugsweise für einen Elektromotor des
Kraftfahrzeugs, besonders bevorzugt für einen Elektromotor, welcher zumindest mittelbar ein Rad des Kraftfahrzeugs antreibt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass die Lebensdauer der Sekundärzelle Verstößen und/oder
Vibrationen aus dem Betrieb des Kraftfahrzeugs erhöht ist. Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Sekundärzelle weist eine
Elektrodenbaugruppe, zwei Stromableiter, ein aufnehmendes Gehäuseformteil sowie ein verschließendes Gehäuseformteil auf
Das aufnehmende Gehäuseformteil ist im Wesentlichen als Schale mit hochgestelltem Rand ausgebildet. Die Elektrodenbaugruppe ist im
Formteilinnenraum aufgenommen und wird darin von der Formteilwandung insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten. So ist die
Elektrodenbaugruppe im Gehäuseformteil im Wesentlichen unverrückbar gehalten. Auch weist das aufnehmende Gehäuseformteil je Stromableiter eine Stromableiterausnehmung auf. Zwei Stromableiter, insbesondere deren Elektrodenbaugruppenkontaktbereiche, sind mit Elektroden verschiedener Polarität der Elektrodenbaugruppe elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, besonders bevorzugt mittels Ultraschall verschweißt. Zuleitungskontaktbereiche der Stromableiter erstrecken sich teilweise aus dem aufnehmenden Gehäuseformteil in die
Umgebung der Sekundärzelle. Der insbesondere als Gewindebolzen
ausgebildete Zuleitungskontaktbereich eines Stromableiters ist durch die
Ableiterausnehmung geführt und insbesondere mittels einer Dichtungseinrichtung insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig in der Ableiterausnehmung gehalten. Diese Gestaltung bietet den Vorteil, dass ein Stromableiter im Wesentlichen unverrückbar bezüglich des Gehäuseformteils und der Elektrodenbaugruppe gehalten ist. Vorzugsweise ist eine Mutter zur Verbindung von Stromableiter, ableiterhaltendem Gehäuseformteil und
Dichteinrichtung auf dem Gewindebolzen aufgeschraubt.
Das verschließende Gehäuseformteil, insbesondere dessen
Formteilführungsbereich nimmt das aufnehmende Gehäuseformteil zumindest teilweise auf. Mehrere Wandungselemente jeweils des verschließenden
Gehäuseformteils und des aufnehmenden Gehäuseformteils sind parallel zueinander angeordnet, vorzugsweise berühren sich die Wandungselemente flächig. Dort ist ein Überlappungsbereich gebildet, welcher insbesondere dazu dient, eine Abweichung eines Ist-Maßes der Elektrodenbaugruppe von einem Soll-Maß für die Elektrodenbaugruppe auszugleichen. Im Überlappungsbereich oder angrenzend sind das aufnehmende Gehäuseformteil und das
verschließende Gehäuseformteil miteinander stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verlötet oder verschweißt, besonders bevorzugt mit einer umlaufenden Verbindungsnaht.
Die verbundenen Gehäuseformteile üben eine Normalkraft auf wenigstens eine Mantelfläche der Elektrodenbaugruppe aus. Eine resultierende Reibkraft hält die Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen unverrückbar bezüglich der
Stromableiter. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass mechanischen Belastungen der elektrisch leitenden Verbindungen von Elektrodenbaugruppe und Stromableitern aus Relativbewegungen im Betrieb entgegengewirkt ist, wodurch einer Alterung der elektrisch leitenden Verbindungen begegnet ist. Weiter bietet diese Ausführungsform durch den Überlappungsbereich den Vorteil, dass Elektrodenbaugruppen verschiedener Abmessungen mit denselben Gehäuseformteilen umgeben werden können. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der ersten Ausführungsform ist die Verbindungsnaht als umlaufende, elastische Dickschichtklebung ausgebildet. Die elastische Dickschichtklebung gestattet eine Dehnung des Gehäuses zum Ausgleich einer Dickenänderung der Elektrodenbaugruppe infolge eines veränderten Ladezustands. Vorzugsweise ist die Dickschichtklebung auf
Scherung belastet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Reibkraft zwischen Elektrodenbaugruppe und den Gehäuseformteilen im Betrieb aufrechterhalten werden kann.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Sekundärzelle weist eine
Elektrodenbaugruppe, zwei Stromableiter, ein aufnehmendes Gehäuseformteil sowie ein verschließendes Gehäuseformteil auf.
Das aufnehmende Gehäuseformteil ist im Wesentlichen als Schale mit hochgestelltem Rand ausgebildet. Die Elektrodenbaugruppe ist im
Formteilinnenraum aufgenommen und wird darin von der Formteilwandung insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten. So ist die
Elektrodenbaugruppe im Gehäuseformteil im Wesentlichen unverrückbar gehalten. Auch weist das aufnehmende Gehäuseformteil je Stromableiter eine Stromableiterausnehmung auf.
Zwei Stromableiter, insbesondere deren Elektrodenbaugruppenkontaktbereiche, sind mit Elektroden verschiedener Polarität der Elektrodenbaugruppe elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, besonders bevorzugt mittels Ultraschall verschweißt. Zuleitungskontaktbereiche der Stromableiter erstrecken sich teilweise aus dem aufnehmenden Gehäuseformteil in die
Umgebung der Sekundärzelle. Der insbesondere als Gewindebolzen
ausgebildete Zuleitungskontaktbereich eines Stromableiters ist durch die
Ableiterausnehmung geführt und insbesondere mittels einer
Dichtungseinrichtung insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig in der Ableiterausnehmung gehalten. Diese Gestaltung bietet den Vorteil, dass ein Stromableiter im Wesentlichen unverrückbar bezüglich des Gehäuseformteils und der Elektrodenbaugruppe gehalten ist. Vorzugsweise ist eine Mutter zur Verbindung von Stromableiter, ableiterhaltendem Gehäuseformteil und
Dichteinrichtung auf dem Gewindebolzen aufgeschraubt.
Das verschließende Gehäuseformteil, insbesondere dessen
Formteilführungsbereich nimmt das aufnehmende Gehäuseformteil zumindest teilweise auf. Mehrere Wandungselemente jeweils des verschließenden
Gehäuseformteils und des aufnehmenden Gehäuseformteils sind parallel zueinander angeordnet, vorzugsweise berühren sich die Wandungselemente flächig. Dort ist ein Überlappungsbereich gebildet, welcher insbesondere dazu dient, eine Abweichung eines Ist-Maßes der Elektrodenbaugruppe von einem Soll-Maß für die Elektrodenbaugruppe auszugleichen. Im Überlappungsbereich sind das aufnehmende Gehäuseformteil und das verschließende
Gehäuseformteil miteinander stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verlötet oder verschweißt, besonders bevorzugt mit einer umlaufenden Verbindungsnaht. In das verschließende Gehäuseformteil ist eine
Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung mit Anlageeinrichtung und
Normalkraftsteller eingesetzt. Der Normalkraftsteller drängt im gespannten Zustand die Anlageeinrichtung gegen eine Mantelfläche der
Elektrodenbaugruppe. Der Normalkraftsteller ist als Gasdruckfeder ausgebildet, wobei der Gasdruck mit Übergang in den gespannten Zustand erhöht wird, vorzugsweise mittels eines von außerhalb der Sekundärzelle zugänglichen Einlassventils, welches besonders bevorzugt in einer Außenwand eines der Gehäuseformteile angeordnet ist. Der Normalkraftsteller stützt sich an der Formteilwandung des verschließenden Gehäuseformteils ab. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass mechanischen Belastungen der elektrisch leitenden Verbindungen von Elektrodenbaugruppe und Stromableitern aus Relativbewegungen im Betrieb entgegengewirkt ist, wodurch einer Alterung der elektrisch leitenden Verbindungen begegnet ist. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass einer mechanischen Belastung der elektrisch leitenden Verbindungen von Elektrodenbaugruppe und Stromableitern aus nicht fluchtender Positionierung von Elektrodenbaugruppe und
Stromableitern infolge von Ungenauigkeiten bei der Fertigung, insbesondere beim Verbinden von aufnehmendem Gehäuseformteil und verschließendem Gehäuseformteil, begegnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der zweiten Ausführungsform ist die Gasdruckfeder mit einem Druckentlastungsventil und/oder einer Bersteinrichtung ausgebildet, wobei Druckentlastungsventil und/oder Bersteinrichtung besonders bevorzugt in einer Außenwand eines der Gehäuseformteile angeordnet sind. Vorzugsweise kann die elektrochemische Wechselwirkung der Elektroden der Elektrodenbaugruppe mit Senken der Normalkraft verringert werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der von der Elektrodenbaugruppe abgegebene elektrische Strom verringert werden kann.
Das erfindungsgemäße Herste II verfahren für eine erfindungsgemäße
Sekundärzelle ist gekennzeichnet durch das Bereitstellen eines ersten, insbesondere metallischen Gehäuseformteils, nachfolgend Schritt S1 genannt, wobei das Gehäuseformteil eine erste Formteilwandung, einen
Formteilinnenraum und zumindest eine erste Formteilöffnung aufweist.
Anschließend wird eine vorbereitete Elektrodenbaugruppe mit zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einem Separator durch die erste
Formteilöffnung in den ersten Formteilinnenraum des ersten Gehäuseformteils eingesetzt, nachfolgend Schritt S2 genannt, worauf vorzugsweise die
Elektrodenbaugruppe von der ersten Formteilwandung formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten ist. Anschließend wird ein zweites insbesondere metallisches Gehäuseformteils bereitgestellt, nachfolgend Schritt S3 genannt, wobei das zweite
Gehäuseformteil eine zweite Formteilwandung, eine zweite Formteilöffnung und die zweite Formteilwandung einen Formteilführungsbereich insbesondere angrenzend an die zweite Formteilöffnung aufweist.
Anschließend wird das erste Gehäuseformteil in das zweite Gehäuseformteil, insbesondere in dessen Formteilführungsbereich zumindest teilweise eingesetzt, nachfolgend Schritt S4 genannt, insbesondere durch die zweite Formteilöffnung, worauf der Formteilführungsbereich die erste Formteilwandung zumindest bereichsweise umgibt. Das Einsetzen erfolgt insbesondere derart, dass ein Überlappungsbereich entsteht, mittels welchem eine Abweichung eines Ist- Maßes der Elektrodenbaugruppe von einem Soll-Maß der Elektrodenbaugruppe ausgeglichen wird. Somit können zwei aufeinander abgestimmte
Gehäuseformteile für Elektrodenbaugruppen insbesondere mit verschiedenen Dicken verwendet werden.
Vorzugsweise wird zumindest eines der Gehäuseformteile mit einer Kraft in Richtung des anderen Gehäuseformteils beaufschlagt, nachfolgend Schritt S5 genannt, insbesondere derart, dass eine Normalkraft auf die
Elektrodenbaugruppe wirkt. Diese Normalkraft dient insbesondere der
Erzeugung einer Reibkraft in Verbindung mit der ersten Formteilwandung. Die Reibkraft dient insbesondere dazu, die Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen unverrückbar bezüglich zumindest eines Stromableiters zu halten. Diese
Ausführung des Herstellverfahrens bietet des Vorteil, dass einer Alterung der
Verbindung von Stromableiten und Ableiterfahnen begegnet wird. Vorzugsweise endet Schritt S5 erst nach Schritt S6. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Normalkraft bis nach Erzeugen der Verbindung der Gehäuseformteile von außen aufgebracht wird. Anschließend wird zumindest bereichsweise die erste Formteilwandung mit der zweiten Formteilwandung verbunden, nachfolgend Schritt S6 genannt, vorzugsweise stoffschlüssig, besonders bevorzugt mittels wenigstens eines Verfahrens aus der folgenden Gruppe, welche Schweißen, Rollnahtschweißen, Widerstandsschweißen, Mittelfrequenzschweißen, Kondensatorentladungsschweißen, Hartlöten, Weichlöten, Kleben und/oder Kombinationen dieser Verfahren beinhaltet. Besonders bevorzugt erfolgt das Verbinden mit einer elastischen Dickschichtklebung, welche eine Maßänderung der Elektrodenbaugruppe infolge eines veränderten Ladezustands begrenzt ausgleichen kann.
Dieses Herstellverfahren bietet die Vorteile, dass
• einer unerwünschten Relativbewegung von Stromableiter und
Elektrodenbaugruppe im Betrieb der Sekundärzelle begegnet wird, insbesondere durch die im Betrieb vorliegende Normalkraft auf eine Mantelfläche der Elektrodenbaugruppe,
• einer Schädigung der Elektrodenbaugruppe bei unnachgiebigen Gehäuse begegnet wird, insbesondere durch die elastische Dickschichtklebung, und/oder
• eine Verwendung von Gehäuseformteilen für Elektrodenbaugruppen
verschiedener Abmessungen, insbesondere verschiedener Dicken ermöglicht wird, insbesondere durch den Überlappungsbereich.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens weist Schritt S1 1 auf, wonach ein Stromableiter mit zumindest einer Ableiterfahne, vorzugsweise mit mehreren Ableiterfahnen derselben Polarität verbunden wird, besonders bevorzugt stoffschlüssig mittels Schweißen, Rollnahtschweißen, Widerstandsschweißen, Mittelfrequenzschweißen,
Kondensatorentladungsschweißen, Ultraschallschweißen, Hartlöten, Weichlöten, Kleben und/oder Kombinationen dieser Verfahren. Dabei entsteht eine elektrische Verbindung zwischen dem Stromableiter und der Ableiterfahne.
Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die elektrische Verbindung automatisiert und mit hoher Wiederholgenauigkeit erzeugt werden kann. Vorzugsweise wird Schritt S1 1 vor Schritt S2 durchgeführt. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil einer vereinfachten Montage der Sekundärzelle, insbesondere einer vereinfachten Durchführung von Schritt S4.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens weist Schritt S9 auf, wonach ein Stromableiter durch eine Ableiterausnehmung geführt wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens weist Schritt S10 auf, wonach ein Stromableiter mit einem Gehäuseformteil, vorzugsweise mit einem aufnehmenden Gehäuseformteil verbunden wird.
Damit wird einer unerwünschten Relativbewegung von Stromableiter und
Gehäuseformteil sowie einer unerwünschten Relativbewegung von
Stromableiter und Elektrodenbaugruppe bzw. Stromableiter begegnet. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einer Alterung der elektrischen
Verbindung zwischen Stromableiter und der Ableiterfahne vorgebeugt wird.
Vorzugsweise erfolgt Schritt S10 vor Schritt S6, besonders bevorzugt vor Schritt S4. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil einer vereinfachten Montage.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens weist Schritt S7 auf, wonach eine Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung in das erste Gehäuseformteil eingesetzt wird, wobei die Elektrodenbaugruppen spanneinrichtung eine
Anlageeinrichtung und einen Normalkraftsteller aufweist. Vorzugsweise ist der Normalkraftsteller dabei entspannt. Vorzugsweise wir die
Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung zeitgleich mit der Elektrodenbaugruppe in ein Gehäuseformteil eingesetzt. Insbesondere im Anschluss an Schritt S6 folgt Schritt S8, wonach der Normalkraftsteller in seinen gespannten Zustand überführt wird. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass bei einfacher
Montage auf Schritt S5 verzichtet werden kann. Diese Ausgestaltung bietet den weiteren Vorteil, dass zumindest eines der Maße der Elektrodenbaugruppe bei Abweichung vom Soll-Maß mit dem Normalkraftsteller ausgeglichen werden kann. Diese bevorzugte Ausgestaltung ist vorzugsweise mit den Weiterbildungen, Schritte S9 bis S11 , kombinierbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine Baugruppe für eine
erfindungsgemäße Sekundärzelle gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch eine Sekundärzelle gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung der Baugruppe der Fig. 1 ,
Fig. 3 schematisch einen Schnitt durch eine Baugruppe für eine
erfindungsgemäße Sekundärzelle gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 4 schematisch einen Schnitt durch eine Baugruppe für eine Sekundärzelle gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform sowie diese
Sekundärzelle.
Fig.1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Baugruppe für eine
erfindungsgemäße Sekundärzelle gemäß der ersten bevorzugten
Ausführungsform, mit einem ersten Gehäuseformteil 4, einem zweiten
Gehäuseformteil 5, sowie einem Elektrodenflachwickel 2.
Der Elektrodenflachwickel 2 ist von einer nicht dargestellten Polymerfolie zur elektrischen Isolation gegenüber den metallischen Gehäuseformteilen umgeben. Altemativ könnten die Innenseiten der Gehäuseformteile elektrisch isolierend beschichtet sein.
Das erste Gehäuseformteil 4 ist aus einem Metallblech zu einer Schale mit rechteckiger Grundfläche und mit einem hochgestellten Rand tiefgezogen. In das erste Gehäuseformteil 4 sind Ableiterausnehmungen 10, 10a gestanzt. Der Elektrodenflachwickel 2 ist durch die erste Formteilöffnung 9 in den ersten Formteilinnenraum 8 eingesetzt.
Das zweite Gehäuseformteil 5 ist aus einem Metallblech zu einer Schale und mit einem hochgestellten Rand tiefgezogen. Das zweite Gehäuseformteil 5 weist eine zweite Formteilwandung 7a, einen zweiten Formteilinnenraum 8a, eine zweite Formteilöffnung 9a sowie einen Formteilführungsbereich 20 auf. Der Formteilführungsbereich 20 ist Teil der zweiten Formteilwandung 7a und ist benachbart zur zweiten Formteilöffnung 9a angeordnet.
Das erste Gehäuseformteil 4 ist durch die zweite Formteilöffnung 9a teilweise in den Formteilführungsbereich 20 eingesetzt. Dadurch ist der
Überlappungsbereich 18 gebildet in welchem die hochgestellten Ränder der Gehäuseformteile 4, 5 zueinander parallel angeordnet sind. Der
Formteilführungsbereich 20 der zweiten Formteilwandung 7a umgibt Teile der ersten Formteilwandung 7. Die zweite Formteilwandung 7a ist im
Formteilführungsbereich 20 so bemessen, dass mit der ersten Formteilwandung 7 ein Schweißspalt oder Lötspalt gebildet ist. Die Gehäuseformteile 4, 5 sind mittels der Kraft F um den Elektrodenflachwickel 2 verspannt. In diesem
Zustand ist die Baugruppe bereit für Schritt S6.
Der Elektrodenflachwickel 2 weist einen Separator aus„Separion" auf. Auch weist der Elektrodenflachwickel 2 eine Kathode mit LiFeP04 auf. Fig.2 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Sekundärzelle gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung der Baugruppe der Fig. 1. Die Gehäuseformteile 4, 5 bzw. deren Formteilwandungen 7, 7a sind miteinander umlaufend verschweißt, was durch die schwarz gefüllten Dreiecke 31 , 32 angedeutet ist. Damit wird ein Gehäuse 14vum den
Elektrodenflachwickel 2 gebildet.
Der schematisch dargestellte Stromableiter 3 weist einen als Gewindebolzen 1 1 ausgebildeten Zuleitungskontaktbereich sowie einen Elektrodenkontaktbereich 12 auf. Auf den Gewindebolzen 1 1 ist eine Stromschiene oder eine Zuleitung aufschiebbar. Der Elektrodenkontaktbereich 12 dient der elektrischen
Verbindung mit den Elektroden des Elektrodenflachwickels 2, insbesondere mit den nicht dargestellten Ableiterfahnen der Elektroden. Der Gewindebolzen 1 1 des Stromableiters 3 ist durch die Ableiterausnehmung 10 geführt. Der
Gewindebolzen 1 1 ist gegenüber dem Gehäuseformteil 4 mittels einer nicht dargestellten Dichteinrichtung abgedichtet sowie elektrisch isoliert. Mittels der Dichteinrichtung, welche je durch eine ebenfalls nicht dargestellten Mutter auf dem Gewindebolzen 1 1 befestigt ist, ist der Gewindebolzen 1 1 mit einer
Reibkraft im Wesentlichen unverrückbar in einer Ableiterausnehmung 10 gehalten. Fig.3 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Baugruppe für eine
erfindungsgemäße Sekundärzelle gemäß der zweiten bevorzugten
Ausführungsform, mit einem ersten Gehäuseformteil 4, einem zweiten
Gehäuseformteil 5, einem Elektrodenstapel 2 sowie einer
Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung 15. Die Gehäuseformteile 4, 5 entsprechen im Wesentlichen denen der Fig. 1 .
Die Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung 15 weist eine Anlageplatte 16 sowie eine Feder 17 auf. Die Anlageplatte 16 liegt an einer Mantelfläche des Elektrodenstapels 2 an. Die Feder 17 ist vorgesehen, sich an der zweiten Formteilwandung 7a abzustützen und die Anlageplatte 16 mit einer Normalkraft gegen den Elektrodenstapel 2 zu drängen. Das ist möglich, wenn die
Gehäuseformteile 4, 5 bzw. deren Formteilwandungen 7, 7a verbunden sind. Fig. 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Baugruppe für eine
Sekundärzelle gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform sowie diese Sekundärzelle.
Fig. 4a zeigt schematisch eine Baugruppe für eine Sekundärzelle gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Die Baugruppe entspricht im
Wesentlichen der Baugruppe der Fig. 3, die Elektrodenbaugruppen- spanneinrichtung 15 ist mit Gasdruckfedern 17a, 17b als Normalkraftsteller ausgebildet. Die Gasdruckfedern 17a, 17b, welche vorgesehen sind, sich an der Anlageplatte 16 und der zweiten Formteilwandung 7a abzustützen, sind entspannt. Die Gehäuseformteile 4, 5 sind noch nicht miteinander verbunden. Dargestellt ist die Baugruppe nach Schritt S4.
Der schematisch dargestellte Stromableiter 3 weist einen als Gewindebolzen 1 1 ausgebildeten Zuleitungskontaktbereich sowie einen Elektrodenkontaktbereich 12 auf. Auf den Gewindebolzen 1 1 ist eine Stromschiene oder eine Zuleitung aufschiebbar. Der Elektrodenkontaktbereich 12 dient der elektrischen
Verbindung mit den Elektroden des Elektrodenflachwickels 2, insbesondere mit den nicht dargestellten Ableiterfahnen der Elektroden. Der Gewindebolzen 1 1 des Stromableiters 3 ist durch die Ableiterausnehmung 10 geführt. Der
Gewindebolzen 1 1 ist gegenüber dem Gehäuseformteil 4 mittels einer nicht dargestellten Dichteinrichtung abgedichtet sowie elektrisch isoliert. Mittels der Dichteinrichtung, welche je durch eine ebenfalls nicht dargestellten Mutter auf dem Gewindebolzen 1 1 befestigt ist, ist der Gewindebolzen 1 1 mit einer
Reibkraft im Wesentlichen unverrückbar in einer Ableiterausnehmung 10 gehalten. Fig 4b zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Sekundärzelle gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung der Baugruppe gemäß Fig. 3.
Die Gehäuseformteile 4, 5 bzw. deren Formteilwandungen 7, 7a sind
miteinander umlaufend verschweißt, was durch die schwarz gefüllten Dreiecke 31 , 32 angedeutet ist. Damit wird ein Gehäuse 14 um den Elektrodenstapel 2 gebildet.
Die Gasdruckfedern 17a, 17a sind bereits in ihren gespannten Zustand überführt worden. Die Gasdruckfedern 17a, 17a stützen sind an der Anlageplatte 16 und der zweiten Formteilwandung 7a ab. Mit den verbundenen Gehäuseformteilen 4, 5 übt die Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung 15 eine Normalkraft auf den Elektrodenstapel 2 aus. Die Normalkraft bewirkt eine Reibkraft, welche die Elektrodenbaugruppe im Wesentlichen unverrückbar bezüglich des
Gehäuseformteils 4 und den Stromableitern 3 hält.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Elektrochemische Energiespeichereinrichtung (1 ), nachfolgend
Sekundärzelle genannt, wenigstens aufweisend:
• eine Elektrodenbaugruppe (2), mit wenigstens zwei Elektroden
unterschiedlicher Polarität und einem Separator, wobei der Separator zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, wobei die
Elektrodenbaugruppe (2) vorgesehen ist, zumindest zeitweise elektrische Energie zur Verfügung zu stellen,
• einen Stromableiter (3, 3a), welcher vorgesehen ist, mit der
Elektrodenbaugruppe (2), vorzugsweise mit einer der Elektroden elektrisch verbunden zu sein, vorzugsweise mittels einer
stoffschlüssigen Verbindung,
• ein erstes, insbesondere metallisches Gehäuseformteil (4, 5),
welches zur Begrenzung der Elektrodenbaugruppe (2) gegenüber der Umgebung der Sekundärzelle (1 ) vorgesehen ist,
• ein zweites, insbesondere metallisches Gehäuseformteil (4, 5),
welches zur insbesondere formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung mit dem ersten Gehäuseformteil (4, 5) vorgesehen ist, und zur Begrenzung der Elektrodenbaugruppe (2) gegenüber der Umgebung der Sekundärzelle (1 ) vorgesehen ist, wobei der Stromableiter (3, 3a) mit einem der Gehäuseformteile (4, 5) insbesondere formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist, wobei wenigstens eines der Gehäuseformteile (4, 5) vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufzunehmen. Sekundärzelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Gehäuseformteile (4, 5) aufweist:
• eine erste Formteilwandung (7, 7a), welche einen Formteiiinnenraum (8, 8a) umgibt, wobei der Formteiiinnenraum (8, 8a) vorgesehen ist, die Elektrodenbaugruppe (2) insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufzunehmen, und vorzugsweise die
Elektrodenbaugruppe (2) zu verspannen, wobei vorzugsweise der Formteiiinnenraum (8, 8a) eine im Wesentlichen prismatische Gestalt aufweist, und/oder
• eine Formteilöffnung (9, 9a), welche als Zugang zum
Formteiiinnenraum (8, 8a) dient.
Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• das erste Gehäuseformteil (4) mit einer ersten Formteilwandung (7) vorzugsweise becherförmig oder schalenförmig ausgebildet ist,
• das zweite Gehäuseformteil (5) mit einer zweiten Formteilwandung (7a) vorzugsweise becherförmig oder schalenförmig ausgebildet ist,
• die zweite Formteilwandung (7a) einen Formteilführungsbereich (20) aufweist, wobei der Formteilführungsbereich (20) vorgesehen ist, die erste Formteilwandung (7) zumindest bereichsweise vorzugsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig zu umgeben,
• die erste Formteilwandung (7) und die zweite Formteilwandung (7a) zumindest bereichsweise miteinander insbesondere stoffschlüssig verbunden sind, wobei insbesondere die erste Formteilwandung (7) und die zweite Formteilwandung (7a) gemeinsam ein Gehäuse (14) für die
Elektrodenbaugruppe (2) bilden. Sekundärzelle (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) einen Überlappungsbereich (18) aufweist, in welchem die erste Formteilwandung (7) und die zweite Formteilwandung (7a) bereichsweise parallel und zueinander benachbart angeordnet sind, wobei der Überlappungsbereich (18) insbesondere dazu dient, eine Abweichung eines Ist-Maßes der Elektrodenbaugruppe von einem Soll-Maß der Elektrodenbaugruppe auszugleichen.
5. Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung (15), welche vorgesehen ist, eine Normalkraft auf die Elektrodenbaugruppe (2) auszuüben, welche im Gehäuse (14) angeordnet ist, welche
vorzugsweise aufweist:
• eine Anlageeinrichtung (16), welche vorgesehen ist, insbesondere flächig an der Elektrodenbaugruppe (2) anzuliegen, und
• einen Normalkraftsteller (17), welcher vorgesehen ist, die
Anlageeinrichtung (16) zumindest zeitweise in Richtung der Elektrodenbaugruppe (2) zu drängen, wobei der Normalkraftsteller (17) vorzugsweise vorgesehen ist, aus einem entspannten Zustand in einen gespannten Zustand überführt zu werden .
Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eines der Gehäuseformteile (4, 5) wenigstens eine Ableiterausnehmung (10, 10a) aufweist,
dass der Stromableiter (3, 3a) sich durch die Ableiterausnehmung (10, 10a) erstreckt, wobei vorzugsweise der Stromableiter (3, 3a) gegenüber dem Gehäuseformteil (4, 5) elektrisch isoliert ist. Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Gehäuseformteile (4, 5) mittels eines Umformverfahrens, eines Fügeverfahrens und/oder mittels eines Trennverfahrens aus einem im Wesentlichen
plattenförmigen Vormaterial hergestellt ist.
Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
• eine Elektrodenbaugruppe (2) mit Lithium-Ionen,
• eine Elektrodenbaugruppe (2) mit wenigstens einer Elektrode,
vorzugsweise wenigstens einer Kathode, welche eine Verbindung mit der Formel LiMP04 aufweist, wobei M wenigstens ein
Übergangsmetallkation der ersten Reihe des Periodensystems der Elemente ist, wobei dieses Übergangsmetallkation vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Mn, Fe, Ni und Ti oder einer Kombination dieser Elemente gewählt ist, und wobei die Verbindung vorzugsweise eine Olivinstruktur aufweist, vorzugsweise übergeordnetes Olivin, und/oder
• wenigstens eine Elektrode, vorzugsweise wenigstens eine Kathode, welche ein Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn204 vom Spinell-Typ, ein Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCo02, oder ein Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNi02, oder ein Gemisch aus zwei oder drei dieser Oxide, oder ein Lithiummischoxid, welches Mangan, Kobalt und Nickel enthält.
Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einem Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, und welcher aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht, wobei der Träger
vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet ist, wobei als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger vorzugsweise ein organisches Material verwendet wird, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist, wobei das organische Material vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, wobei das organische Material mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet ist, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40° C bis 200° C ionenleitend ist, wobei das anorganische Material bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate wenigstens eines der Elemente Zr, AI, Li umfasst, besonders bevorzugt Zirkonoxid, und wobei das anorganische, ionenleitende Material bevorzugt Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm aufweist.
10. Sekundärzelle (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
• die Sekundärzelle (1 ) vorgesehen ist, zumindest zeitweise einen
Strom von wenigstens 50A abzugeben,
• die Sekundärzelle (1) eine Nennladekapazität von wenigstens 5Ah aufweist,
• die Sekundärzelle (1 ) zum Betrieb zwischen -40°C und +100°C
vorgesehen ist, und/oder
• die Sekundärzelle (1 ) zumindest zeitweise in einem Kraftfahrzeug montiert ist und zur Bereitstellung elektrischer Energie für einen Verbraucher des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, vorzugsweise für einen Elektromotor des Kraftfahrzeugs.
Batterie (20) mit zumindest zwei Sekundärzellen (1 , 1 a) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur Bereitstellung elektrischer Energie für einen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Verfahren zum Herstellen einer Sekundärzelle (1), insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
(51 ) Bereitstellen eines ersten, insbesondere metallischen
Gehäuseformteils (4), welches eine erste Formteilwandung (7), einen ersten Formteilinnenraum (8) und eine erste
Formteilöffnung (9) aufweist,
(52) Einsetzen einer Elektrodenbaugruppe (2), aufweisend zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einen Separator, in das erste Gehäuseformteil (4) durch die erste Formteilöffnung (9) in den ersten Formteilinnenraum (8), worauf die
Elektrodenbaugruppe (2) von der ersten Formteilwandung (7) insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig umgeben ist,
(53) Bereitstellen eines zweiten insbesondere metallischen
Gehäuseformteils (5), welches eine zweite Formteilwandung (7a) und eine zweite Formteilöffnung (9a) aufweist, wobei die zweite Formteilwandung (7a) einen Formteilführungsbereich (20) insbesondere angrenzend an die zweite Formteilöffnung (9a) aufweist,
(54) Einsetzen des ersten Gehäuseformteils (4) in das zweite
Gehäuseformteil (5) zumindest teilweise in den
Formteilführungsbereich (20) insbesondere durch die zweite Formteilöffnung (9a), worauf der Formteilführungsbereich (20) die erste Formteilwandung (7) zumindest bereichsweise umgibt,
(55) vorzugsweise Beaufschlagen zumindest eines der
Gehäuseformteile (4, 5) mit einer Kraft in Richtung des anderen Gehäuseformteils (4, 5) insbesondere derart, dass eine
Normalkraft auf die Elektrodenbaugruppe (2) wirkt, (56) Verbinden der ersten Formteilwandung (7) mit der zweiten Formteilwandung (7a) zumindest bereichsweise, vorzugsweise stoffschlüssig.
13. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch zumindest einen der Schritte:
(57) Einsetzen einer Elektrodenbaugruppenspanneinrichtung (15) in das erste Gehäuseformteil (4), wobei die Elektrodenbaugruppen- spanneinrichtung (15) eine Anlageeinrichtung (16) und einen Normalkraftsteller (17) aufweist,
(58) Überführen des Normalkraftstellers (17) aus einem entspannten Zustand in einen gespannten Zustand,
(59) Durchführen zumindest eines Stromableiters (3, 3a) durch eine Ableiterausnehmung (10, 10a) eines der Gehäuseformteile (4, 5),
(510) Verbinden des Stromableiters (3, 3a) mit dem Gehäuseformteile (4, 5),
(511 ) Verbinden eines Stromableiters (3, 3a) mit wenigstens einer
Ableiterfahne der Elektrodenbaugruppe, vorzugsweise stoffschlüssig.
PCT/EP2012/003411 2011-08-17 2012-08-09 Elektrochemische energiespeicherzelle mit metallischem gehäuse, verfahren zur herstelllung einer elektrochemischen energiespeicherzelle mit metallischem gehäuse WO2013023767A1 (de)

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DE102011110695A DE102011110695A1 (de) 2011-08-17 2011-08-17 Elektrochemische Energiespeicherzelle mit metallischem Gehäuse, Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Energiespeicherzelle mit metallischem Gehäuse
DE102011110695.6 2011-08-17

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