WO2013087325A2 - Hard shell battery housing with a vapour barrier layer - Google Patents

Hard shell battery housing with a vapour barrier layer Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a hard shell battery housing for a galvanic element comprising at least two alkali metal cells, such a galvanic element, to processes for its production and to a vehicle equipped with such a galvanic element.
  • alkali metal cell An important parameter of the performance is the energy density, which is given, for example, in watt-hours per kilogram (Wh / kg).
  • the capacity of an alkali metal cell is determined by the so-called active or electrochemically active materials.
  • alkali metal cells also include so-called passive materials such as separators, insulators, electrode binders, and packaging members whose weight as well as the weight of the active materials has an influence on the energy density.
  • lithium-ion cells are predestined for a wide range of applications, since they are characterized among other things by high energy densities of the active materials. and extremely low self-discharge.
  • Lithium-ion cells have a positive electrode (cathode) and a negative electrode (anode).
  • the active material of the negative electrode (anode) of a lithium ion cell designed to reversibly store lithium ions (Li + ) (intercalation) or outsource (Deinterkalation) and is therefore also as
  • Intercalation material called. Conventionally, graphite is used on the anode side as an intercalation material.
  • Another attractive battery system is rechargeable metallic lithium systems, which also have a positive electrode (cathode) and negative electrode (anode) in which the active material of the negative electrode (anode) but not lithium intercalating material, but metallic lithium or a lithium alloy is.
  • hardcase housing In order to achieve high mechanical stability and high safety requirements, such as in vehicles to meet lithium ion cells and lithium cells with metallic lithium anode for such applications conventionally by purely metallic hard shell battery housing, so-called hardcase housing) from environmental influences, in particular against the entry of moisture in the Cell interior protected.
  • hard shell battery case are usually made of aluminum by cold deep drawing.
  • metallic hard shell battery housings also protect the components of the cell (s) housed therein from moisture, since the metallic housing material also serves as a moisture barrier or vapor barrier.
  • the present invention relates to a hard shell battery housing for a galvanic element comprising at least two alkali metal cells, in particular lithium cells
  • a housing body with an interior for receiving the cell components of at least two alkali metal cells, in particular lithium cells, and a housing cover for closing the interior of the
  • the housing base body is at least substantially formed of plastic and comprises at least one vapor barrier layer.
  • An alkali metal cell may in particular be understood to mean a galvanic cell which comprises as electrochemically active material, for example anode material, an alkali metal, such as lithium or sodium.
  • a galvanic element which comprises at least two alkali metal cells, in particular a battery or a so-called pack or a so-called module can be understood.
  • a module can be understood in particular to be a galvanic element which comprises> 2 to ⁇ 20, for example> 2 to ⁇ 10, for example> 4 to ⁇ 6, alkali metal cells.
  • a pack may in particular be understood to be a galvanic element which comprises two or more modules. As a battery can be understood both a module and a pack.
  • the hard shell battery housing can be a hardshell module housing or a hardshell pack housing, in particular a hardshell module housing.
  • the cell components of an alkali metal cell can be understood in particular to be the electrochemically active components of an alkali metal cell, such as the anode, the cathode, the electrolyte and / or the conducting salt, and electrical components, such as electrical arresters, electrical insulators and / or separators within the alkali metal cell.
  • a vapor barrier layer may, in particular, be understood as meaning a layer of a material which has a high water vapor diffusion resistance.
  • the material of the vapor barrier layer has a higher water vapor diffusion resistance than the plastic from which the housing base body or the housing cover is formed.
  • the water vapor diffusion resistance of the material of the vapor barrier layer can in particular be significantly higher, for example by a factor> 5, for example by a factor> 10 or even by a factor> 50 or> 90 or If necessary, even by a factor> 1 .000, be greater than the water vapor diffusion resistance of the plastic from which the housing base body or the housing cover is formed.
  • the material of the vapor barrier layer may have a water vapor diffusion resistance number of> 10,000, in particular of> 100,000, for example of> 500,000 or of> 900,000 or even of around 1 million.
  • the housing weight and its material and manufacturing costs can advantageously be significantly reduced.
  • the specific gravimetric energy can be significantly improved at the cell level, which is particularly of particular interest when used in mobile applications.
  • the material weight of the housing cover affects less on the total weight of the hard shell battery housing than the material weight of the housing body. Therefore, it is basically possible to design the housing cover made of metal.
  • both the housing base body and the housing cover are formed at least substantially of plastic, wherein the housing base body and the housing cover comprise at least one vapor barrier layer.
  • the housing base body and the housing cover are essentially made of plastic and not made of metal as in conventional hard shell battery housings, the housing weight and its material and manufacturing costs can advantageously be further reduced and thus the specific gravimetric energy at cell level can be further improved.
  • plastic has electrically insulating properties and, in contrast to metals, is not electrically conductive. This offers the advantage of a club combined electrical insulation and avoidance of insulation problems otherwise occurring in the high-voltage range.
  • the housing base body can be closed by the housing cover, cells accommodated therein are also advantageously not open, are electrically insulated to the outside and can be well protected by the hard shell battery housing against the action of external mechanical forces.
  • the housing is formed substantially from plastic, for example in the case of an accident, the risk that the metallic housing fragments get into the cells, which could possibly lead to an internal short circuit, reduces the risk. In particular, security can be increased. This is particularly advantageous when used in mobile applications, for example in a vehicle.
  • a design of the housing made of plastic over a design of the housing made of metal has the advantage of a freer shape of the housing.
  • a better adaptation of the housing to the shape of the coil can take place.
  • in the interior of the housing rounding can be designed, which, for example, equalizes the cell component package, in particular winding package, an ideal prismatic shape.
  • retainers for positional positioning of the cells can be saved.
  • an optimized housing design can save empty space and free liquid electrolyte inside the cell, improve thermal transitions, achieve a more uniform temperature distribution and extend the lifetime of the galvanic element.
  • a design of the housing made of plastic allows a reduction of vibrations, which in turn has an advantageous effect on the life of electrical contacts, for example between terminals and / or collectors and cell-connecting arrester elements.
  • Lithium ion cells suitable moisture or vapor-tightness can be achieved.
  • vapor barrier layers may even be so blocking against water molecules as conventionally used rolled aluminum foil.
  • a vapor barrier layer can optionally prevent diffusion of electrolyte solvent molecules.
  • plastic and vapor barrier layer therefore makes it advantageously possible to provide a low-weight hard shell battery housing which may be similar or even mechanically stable and vapor-proof as conventional metallic hard shell battery housings and thus, in particular, for galvanic elements having moisture-sensitive components such as alkali metal cells, for example Lithium cells, is suitable and it allows previous metallic housing for galvanic
  • a lithium cell may, in particular, be understood as meaning an alkali metal cell which comprises lithium as electrochemically active material, for example anode material.
  • a lithium cell can be understood as meaning both an alkali metal cell having a metallic lithium anode, such as a lithium oxygen cell, and an alkali metal cell having a lithium-intercalating anode, such as a lithium-ion cell.
  • plastic such as plastic, glass, or glass.
  • Housing body or housing cover can be understood in particular that the material volume of the housing base body or housing cover, which is occupied by plastic, in particular at least more than 75 percent of the total material volume of the housing body or housing cover.
  • the material volume of the housing base body or Housing cover, which is occupied by plastic thereby account for> 90 percent of the total material volume of the housing body or housing cover.
  • at least the supporting portions of the housing base body or housing cover may be formed from plastic.
  • a housing base or housing cover formed at least essentially of plastic may comprise sections of other materials.
  • the housing base or housing cover may comprise sections which comprise a non-plastic-based moisture barrier layer and / or metallic elements, such as electrical interfaces, so-called (outer terminals) and / or hydraulic interfaces and / or interface feedthroughs.
  • the sections of the housing base body or housing cover which are formed of materials other than plastic, for example, in total a material volume of ⁇ 75%, for example, ⁇ 10% occupy.
  • the housing base body or the housing cover are made exclusively or almost exclusively of plastic.
  • the housing base body or the housing cover may be formed exclusively of plastic. Since only a small amount of material is needed to achieve a vapor-barrier effect, in the case of the use of, for example, metallic vapor barrier layer, the housing base body or the housing cover, for example, still be called almost exclusively made of plastic, even if the housing body or the housing cover a small amount comprising metal or semi-metal.
  • the alkali metal cells are lithium-ion cells.
  • Lithium ion cells are a special form of lithium cells and have no metallic lithium anode, but an anode of a so-called intercalation material, such as graphite, in which lithium ions reversibly intercalated and re-outsourced (deintercalated) can.
  • Lithium-ion cells furthermore differ from lithium cells with metallic lithium anodes in that lithium-ion cells generally contain extremely moisture-sensitive conductive salts, for example lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which in certain circumstances can hydrolyze in the presence of water up to hydrogen fluoride (HF).
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • the interior of the housing base body can be designed to accommodate at least two cell coils, in particular lithium-ion cell coils.
  • a "cell roll” can be understood, for example, to be a coil-shaped component which, in addition to the electrochemically active components of an alkali metal cell, comprises electrical discharge elements such as a cell coil Conductor foils, as well as electrical insulation elements, such as one or more insulation foils and / or one or more separator foils.
  • the vapor barrier layer is applied directly to the material of the housing base body (or of the housing base body and of the housing cover)
  • Layers such as adhesive or adhesive layers omitted and weight, cost and space requirements are further reduced.
  • the vapor barrier layer is a metallic, organic, polymeric or glassy layer. With such layers, advantageously, a vapor barrier effect can be achieved.
  • the vapor barrier layer may have, for example, a layer thickness of> 1 ⁇ to ⁇ 20 ⁇ .
  • the vapor barrier layer is applied by vapor deposition, by sputtering, by electroplating, by spraying, by dipping and / or by roll-plating, in particular by vapor deposition, by sputtering, by electroplating and / or by roll-plating.
  • These application techniques have proven to be advantageous for applying the vapor barrier layer.
  • the vapor barrier layer can be applied in a method step to the housing base body and the housing cover.
  • the substrate in particular the plastic of the housing base body or of the housing cover, can be subjected to a plasma and / or corona treatment before the vapor barrier layer is applied.
  • a plasma and / or corona treatment before the vapor barrier layer is applied.
  • the vapor barrier layer is a metallic layer.
  • the vapor barrier layer may comprise aluminum and / or chromium and / or silicon and / or iron.
  • the vapor barrier layer may be formed from aluminum and / or chromium and / or silicon and / or stainless steel.
  • a metallic vapor barrier layer can be applied, for example, by vapor deposition, by sputtering or by electroplating.
  • the metallic vapor barrier layer may be a superhydrophobic nanostructured layer.
  • the superhydrophobic properties can be achieved in particular analogously to the so-called lotus effect by structuring, in particular in the nanometer range.
  • the metallic vapor barrier layer may comprise at least one nanostructured semi-metal, especially nanostructured silicon.
  • the vapor barrier layer may be formed from at least one nanostructured semi-metal, for example nanostructured silicon.
  • the vapor barrier layer is a metallic layer
  • an insulating layer of an electrically insulating material to at least a portion of the vapor barrier layer, for example, the part adjacent to the interior.
  • an electrical insulation can also be achieved by other measures, for example by the later-explained packaging of cell components in plastic packaging films.
  • the vapor barrier layer may also be an organic layer.
  • the vapor barrier layer may comprise or be formed from parylene.
  • the vapor barrier layer may be a polymeric layer.
  • the vapor barrier layer may comprise or be formed from parylene and / or at least one nanostructured polyolefin.
  • An organic or polymeric vapor barrier layer can be applied, for example, by spraying or dipping, in particular spraying.
  • the organic or polymeric vapor barrier layer may be a superhydrophobic nanostructured layer.
  • the vapor barrier layer may comprise at least one nanostructured polyolefin, in particular nanostructured polypropylene (PP) and / or polyethylene (PE).
  • the vapor barrier layer may comprise at least one nanostructured polyolefin, for example nanostructured
  • Polypropylene (PP) and / or polyethylene (PE) may be formed.
  • the vapor barrier layer may also be a glassy layer.
  • the vapor barrier layer may comprise silica.
  • the vapor barrier layer may be formed from at least one nanostructured polyolefin, for example nanostructured polypropylene (PP) and / or polyethylene (PE), and / or at least one nanostructured semi-metal, for example nanostructured silicon.
  • PP nanostructured polypropylene
  • PE polyethylene
  • nanostructured semi-metal for example nanostructured silicon
  • superhydrophobic materials have the advantage that, even if they are in direct contact with electrochemically active cell components, such as the organic carbonates and / or lithium conducting salt, they can have high long-term chemical and electrochemical stability. Particularly good results could advantageously be achieved with nanostructured polypropylene (PP).
  • PP nanostructured polypropylene
  • at least the surfaces of the housing base body or of the housing base body and of the housing cover lying outside in the closed state of the housing, in particular substantially completely, are covered with a vapor barrier layer.
  • At least the surfaces of the housing base body or of the housing base body and of the housing cover which are located in the closed state of the housing, in particular substantially completely, are covered with a vapor barrier layer.
  • an internal vapor barrier layer in addition to the advantages already explained, has the advantage that, in the case of a defective cell of a module, the other cells of this module, in particular in an embodiment of the hard shell battery housing explained below in which the housing main body interior is subdivided by partitions into compartments can be better protected.
  • the vapor barrier layer is integrated into the plastic of the housing base body or of the housing base body and of the housing cover.
  • the vapor barrier layer can be integrated into the plastic of the housing base body or of the housing cover in such a way that the vapor barrier layer essentially completely surrounds the housing interior in the closed state of the housing.
  • the housing base body or the housing base body and the housing cover are formed at least substantially from a plastic which comprises at least one polymer which is selected from the group consisting of polyolefins, polyphenylene sulfides and combinations thereof.
  • a plastic which comprises at least one polymer which is selected from the group consisting of polyolefins, polyphenylene sulfides and combinations thereof.
  • Housing body and the housing cover from polypropylene (PP), polyethylene (PE), polypropylene-polyethylene copolymer (PP / PE) or polyphenylene sulfide (PPS) may be formed. These plastics advantageously have sufficient temperature resistance, good chemical resistance and good mechanical stability.
  • the housing base body or the housing cover for example, have a wall thickness of> 100 ⁇ .
  • the housing base body or the housing base body and the housing cover can be produced, for example, by a deep-drawing method or injection molding method, in particular an injection molding method, in particular of plastic.
  • a deep-drawing method or injection molding method in particular an injection molding method, in particular of plastic.
  • the interior of the housing base body is divided by one or more formed therein plastic partitions in separate compartments, the compartments are each designed to hold the cell components of an alkali metal cell, in particular a (lithium ion) cell coil.
  • the cell components can advantageously be electrically isolated from an alkali metal cell arranged in a compartment with respect to the cell components of alkali metal cells arranged in adjacent compartments, in particular without a further method step.
  • the cell components or cell coils in particular individually, without further measures for electrical insulation and without causing a short circuit of the cells are introduced into the different compartments, which also has an advantageous on the packing density can affect.
  • the mechanical stability of the hard shell battery housing can be further increased by the plastic partitions.
  • a defined pressure on the cell components, in particular cell coils, can be applied by the plastic partitions, which can be advantageous for the proper functioning of the cells.
  • the fan bounding surfaces in particular substantially completely, covered with a vapor barrier layer.
  • the vapor barrier layer is a metallic vapor barrier layer
  • the vapor barrier layer may be covered with an insulating layer for electrical insulation of the cellular components to be accommodated in the pockets.
  • the housing base body and the housing cover have connecting elements which are designed to form a tongue and groove connector when the housing is closed.
  • the connecting elements for forming the tongue and groove connector can rotate around the interior opening of the housing base body, in particular completely or without gaps.
  • At least one groove-shaped and / or spring-shaped connecting element can be formed on the end faces of the walls defining the opening of the housing main body interior, in particular wherein the housing cover has corresponding connecting elements for forming a tongue and groove connector.
  • the connecting elements for forming the tongue and groove are formed in order to further improve the sealing effect in the context of this embodiment.
  • the connecting elements covering vapor barrier layers can be applied to each other, for example, be pressed.
  • the connecting elements for forming the tongue and groove connector are partially or completely covered with a vapor barrier layer or provided with a vapor barrier layer integrated therein.
  • the vapor barrier layer is preferably in the region of the connecting elements for forming the tongue and groove
  • the connecting elements can be designed to form a tongue-and-groove connector when the housing is closed, also between the housing cover and the plastic partitions or partition walls for dividing the interior of the housing main body into compartments.
  • the connecting elements can be designed to form a tongue-and-groove connector when the housing is closed, also between the housing cover and the plastic partitions or partition walls for dividing the interior of the housing main body into compartments.
  • at least one groove-shaped and / or spring-shaped connecting element may be formed on the end faces of the housing main body compartmentalized in compartments plastic partitions of the housing body, in particular wherein the housing cover has corresponding thereto connecting elements for forming a tongue and groove connector.
  • the hard shell battery housing may have a tempering device.
  • the tempering device may for example be plate-shaped, for example in the form of a cooling plate configured.
  • the hard shell battery housing may further comprise at least two, in particular externally accessible, hydraulic interfaces.
  • the hard shell battery housing can have at least two, in particular externally accessible, electrical interfaces (terminals) via which alkali metal cells in the interior of the housing can be electrically contacted.
  • Another object of the present invention is a galvanic element comprising a hard shell battery housing according to the invention.
  • the cell components of at least two alkali metal cells can be arranged in the interior of the housing base body of the hard shell battery housing.
  • the interior of the Housing main body of the hard shell battery housing at least two (lithium ion) cell winding can be arranged.
  • the galvanic element may in particular be a battery or a so-called pack or a so-called module.
  • the alkali metal cells may in particular be lithium cells.
  • the alkali metal cells may be lithium-ion cells.
  • As part of an embodiment are in the interior of the alkali metal cells
  • Housing body arranged at least two (alkali) cell winding.
  • at least two lithium-ion cell windings can be arranged in the interior of the housing base body.
  • An alkali metal cell configured as a lithium-ion cell may in particular comprise an anode made of a so-called intercalation material, in which lithium ions are reversibly intercalatable and deintercalable.
  • the anode of a lithium-ion cell may comprise a carbon-based intercalation material, such as graphite, graphene, carbon nanotubes, hardcarbons, soft carbon and / or silicon-carbon blends.
  • a lithium ion cell may include, for example, layered transition metal oxides such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and / or lithium-nickel-cobalt-manganese oxide (NCM).
  • a lithium-ion cell may in particular comprise at least one conducting salt, for example lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and / or lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and optionally at least one solvent, for example ethylene carbonate (EC) and / or dimethyl carbonate (DMC).
  • a lithium-ion cell may in particular comprise a separator.
  • a lithium-ion cell may in particular comprise electrical arrester foils.
  • the anodic conductor foil may, for example, be made of copper and the cathodic conductor foil of aluminum.
  • the interior of the housing base body is divided by one or more formed therein plastic partitions in separate compartments.
  • the cell components of the alkali metal cells are each packed separately in plastic packaging films, the cell components packed in plastic packaging films, in particular (lithium ion) cell wraps, being arranged in the housing base body.
  • the plastic packaging films advantageously enable the cell components, in particular cell wraps, of an alkali metal cell to be electrically insulated from the cell components of adjacent alkali metal cells, in particular without a further process step. Since the electrical insulation can be ensured by the plastic packaging films, the plastic packaging films of two or more, each separately packaged alkali metal cells can touch, without causing a short circuit. Thus, in turn, advantageously, a galvanic element with high packing density can be provided. In addition, an electrical insulation with respect to an adjacent metallic vapor barrier layer can be ensured by the plastic packaging films.
  • a defined pressure on the cell components, in particular cell wraps, can be applied by the plastic packaging foils, which can be advantageous for the proper functioning of the cells.
  • the plastic packaging films comprise at least one polar-modified, in particular grafted, polyolefin, for example polypropylene, for example maleic acid-grafted polypropylene.
  • the plastic packaging films may be formed from at least one polar modified, in particular grafted, polyolefin, for example polypropylene, for example maleic acid grafted polypropylene.
  • Polar modified polyolefins may advantageously have extremely high adhesion to metals. Thus, advantageously, a good sealing effect between plastic packaging films and metallic
  • Conductor elements for example, Ableiterstatten, so-called collectors, for example, made of copper, aluminum or nickel, can be achieved.
  • the cell components, in particular cell wraps, of the individual alkali metal cells can each be welded into plastic packaging foils.
  • the plastic packaging films can be made advantageously thin and, for example, have a film thickness of> 20 ⁇ to ⁇ 100 ⁇ .
  • the plastic packaging films also have at least one vapor barrier layer.
  • these may be the types of vapor barrier layers explained in connection with the hard shell battery housing according to the invention.
  • the vapor barrier layer may be integrated into the plastic of the packaging film and / or cover the outside and / or inside of the packaging film.
  • the plastic packaging film has a metallic vapor barrier layer, it can be electrically insulated from the cell components or other electrically conductive components by one or more, for example, internal, insulating layers or plastic film layers of the packaging film.
  • an electrical, for example, serial and / or parallel electrical connection of two or more alkali metal cells, in particular to a module takes place in the interior of the hard shell battery housing.
  • the internal electrical connections can be protected.
  • An electrical contacting of the cells interconnected in the interior can take place in particular via the at least two, in particular externally accessible, electrical interfaces (terminals).
  • the number of connections can thus be reduced to a few, for example for power, control / diagnosis and temperature control, which makes the galvanic element a functional unit.
  • This also has a simplifying effect on the assembly, for example, in that fewer work steps in the high-voltage range must be carried out.
  • a further subject of the present invention is a process for producing a galvanic element according to the invention, which comprises the following process steps:
  • process step d) of the plastic of the housing body or the Plastic of the housing body and the housing cover for example, provided by a in the process of the invention explained application technique, provided with at least one vapor barrier layer or coated, and / or
  • At least one vapor barrier layer is integrated in the plastic of the housing base body or in the plastic of the housing base body and of the housing cover.
  • the method may further the method step c1) cohesive bonding, in particular by welding, for example plasma welding, the housing cover to the housing base body.
  • a continuous, in particular seamless and / or circumferential, material-bonded connection region for example in the form of a circumferential weld, can be created.
  • the cohesive connection region can advantageously also be coated with the at least one vapor barrier layer.
  • the plastic surface of the housing base body and housing cover before applying the vapor barrier layer of a plasma and / or Korona treatment.
  • step a) the interior of the housing base is subdivided into separate compartments by forming one or more plastic partitions.
  • the cell components of two or more alkali metal cells, in particular two or more (lithium ion) cell coils, can be introduced in different compartments.
  • two or more alkali metal cells are introduced into the interior of the housing base body, the cell components thereof, in particular the cell components. Wickel, each separately packaged in plastic packaging films.
  • the packaging of the cell components of an alkali metal cell, in particular of a cell coil takes place in that the cell components of an alkali metal cell, in particular a cell coil, are encased by a plastic packaging film and their openings are subsequently closed, for example by welding.
  • the cell components of an alkali metal cell, in particular a cell coil can be introduced into a pocket-shaped plastic packaging film whose opening is then closed, for example by welding.
  • the alkali metal cell may in particular comprise electrical arrester elements. These may be formed, for example, in the form of arrester foils, arrester pins (collectors), arrester cables and arrester plates.
  • electrical arrester foils integrated into the winding can be electrically contacted by inserting two electrical arrester pins (collectors) at positions in the cell winding, where they respectively electrically contact one of the arrester foils (cathodic or anodic conductor foil).
  • the arrester pins (collectors) can each be formed from the same material as the arrester foil to be contacted therewith.
  • an aluminum cathodic lead foil may be electrically contacted with a drain pin (collectors) made of aluminum and an anode lead foil made of copper with a copper arrester pin (collectors).
  • the insertion of the Ableiterstatte (collectors) can be, for example, parallel to the winding axis.
  • the insertion of the arrester pins can in principle be carried out both before and after the packaging of the cell components of an alkali metal cell, in particular a cell coil, in a plastic packaging film.
  • Another object of the present invention is a galvanic element produced by a method according to the invention.
  • Another object of the present invention is a mobile or stationary system, for example a vehicle, which comprises at least one inventive galvanic element.
  • FIG. 1 a shows a schematic perspective view of an embodiment of a hardshell module housing according to the invention and galvanic element for or with six series-connected alkali metal cells;
  • FIG. 1 b shows a schematic perspective view of a further embodiment of a hardshell module housing according to the invention and a galvanic element for or with six alkali metal cells connected in parallel;
  • FIGS. 2a-8 are schematic views for illustrating an embodiment of the method according to the invention, which is designed for the production of the hard shell module housing or galvanic elements shown in Figure 1 a and 1 b ..;
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of an embodiment of the hard shell battery housing according to the invention, into which the housing main body interior by partition walls in inei- nander separated compartments is divided for receiving a cell coil;
  • FIG. 10 is a schematic cross section through an embodiment of the hard shell battery housing according to the invention, in which the housing base body and the housing cover are equipped with connecting elements for forming a tongue and groove connector for airtight sealing of the housing.
  • FIG. 1a shows a galvanic element, in particular module 10, with a hardshell module housing 10, by which the cell components of six series-connected alkali metal cells are protected from environmental influences.
  • the alkali metal cells may in particular be a lithium-ion cell.
  • the cell components of the alkali metal cells may be formed in particular in the form of cell coils.
  • FIG. 1b shows a similar module 10, which differs from the module 10 shown in FIG. 1a in that the cells are connected in parallel instead of in series, and therefore the electrical interfaces (terminals) 15, 16 are formed in other positions.
  • the alkali metal cells may also be lithium-ion cells.
  • the cell components of the alkali metal cell may also be formed in particular in the form of cell wraps.
  • FIGS. 1 a and 1 b illustrate that the hard-shell module housings have a housing base body 12 with an interior space (not shown) for receiving the cell components of the alkali metal cells and a housing cover 13 for closing the interior of the housing base body 12.
  • the housing base body 12 and the housing cover 13 are essentially made of plastic. The surfaces of the housing base body 12 and outer surfaces lying in the closed state of the housing shown in FIG.
  • Housing cover 13 are each substantially completely covered with a vapor barrier layer 14, which after the introduction of the cell components in the interiors of the housing base body 12 and after closing the interiors of the housing base body 12 with the housing covers 13 on the plastic of the housing base body 12 and housing cover 13 by a
  • Housing cover 13 with a layer can be understood that surface portions of the housing base body 12 and the housing cover 13, which are already covered by other components, such as washers, covered uncovered during spraying. A penetration of moisture can in fact be ensured in this case, since on the one hand, the covering components may have a vapor-blocking effect and on the other hand have the covering components without even a vapor barrier effect by the subsequent application also with the vapor barrier layer 14 and thus with a steam-blocking effect can be provided.
  • Figures 2a to 8 illustrate an embodiment of the method according to the invention, which is designed for the production of the hard shell module housing or module shown in Figures 1 a and 1 b.
  • FIG. 2a shows that a cell coil 30, for example a lithium-ion cell coil, is provided, which has a winding axis perpendicular to the lower edge of the sheet and is wound in such a way that both the copper anodic drain sheet 31 and the outer aluminum cathodic drain sheet 32 are accessible from the outside is.
  • the cell coil 30 is held together by a foil 33 of an electrically insulating material.
  • FIG. 2b shows derivation elements 5, 6 for electrical contacting of the anodic 31 and cathodic 32 arrester foil of the cell coil 30 shown in FIG. 2a, which are designed as arrester pins (collectors) 5, 6 for electrical contacting of the arrester foils 31, 32 within the housing.
  • FIG. 3 shows that the arrester elements 5, 6 shown in FIG. 2 b can be plugged into the cell winding 30 shown in FIG. 2 a such that one arrester pin (collector) 5, the anodic arrester foil and the other arrester pin
  • FIG. 4 illustrates that the arrangement shown in FIG. 3 is introduced into a pocket-shaped plastic packaging film 17.
  • FIG. 5 illustrates that after the introduction of the arrangement shown in FIG. 3 into the pocket-shaped plastic packaging film 17, the arrester pins (collectors) 5, 6 partially protrude from the plastic film pocket 17.
  • the opening of the plastic film bag 17 can then be welded, for example.
  • the plastic film bag 17 is formed of a transparent material.
  • the material for the plastic film bag 17 in particular maleic acid grafted polypropylene is suitable because it adheres well to the metallic Ableiterstatten (collectors) 5,6 and thus a good sealing effect can be achieved.
  • FIGS. 6a and 6b illustrate that six cell wraps 30 so packed in plastic packaging films 17 were introduced into a housing base body 12, wherein the cell wraps 30 shown in FIG. 6a are connected in series and the cell wraps 30 shown in FIG. 6b are connected in parallel and with electrical interfaces (FIG. Terminals) 15,16 were equipped.
  • FIGs 7a and 7b show that after closing the interiors of the housing base body 12 with housing covers 13, the electrical interfaces
  • FIGS. 12a and 12b further illustrate that, depending on the type of interconnection, the position of the electrical interfaces (terminals) 15, 16 can vary.
  • FIG. 8 illustrates that after closing the housing, the outer surfaces of the housing base body 12 and the housing cover 13 as well as the joint and possibly adjacent components are provided with a vapor barrier layer 14 by a coating technique, which is shown here for illustration purposes as a spraying technique.
  • a coating technique which is shown here for illustration purposes as a spraying technique.
  • toothed configuration of the housing base body 12 and the housing cover 13 the interior of the housing base 12 can be hermetically sealed by joining the two housing components.
  • the housing base body 12 and the housing cover 13 can be welded together, for example by plasma welding, or to glue.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a hardshell module housing, into which the interior of the housing base body 12 is divided by partition walls 19 into compartments F which are separated from one another and which each accommodate a cell coil 30.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a hard-shell module housing in which the housing base body 12 and the housing cover 13 are equipped with connecting elements Z for forming a tongue-and-groove connector for airtight sealing of the housing.
  • the connecting elements Z preferably also circulate the interior opening of the housing base body 12.
  • the connecting elements Z are also at least partially covered with the vapor barrier layer 14 so that the vapor barrier layers 14 of the connecting elements Z of the housing base body 12 and the housing cover 13 abut each other when forming the connector.
  • a particularly good sealing effect can be achieved.

Abstract

The present invention relates to a hard shell battery housing for a galvanic element (10) comprising at least two alkali metal cells, wherein the hard shell battery housing comprises a housing basic body (12) with an interior space for accommodating the cell components (30) of at least two alkali metal cells and a housing cover (13) for closing the interior space of the housing basic body (12), wherein the housing basic body (12) is at least substantially formed from plastic, and wherein the housing basic body (12) comprises at least one vapour barrier layer (14). Furthermore, the present invention relates to a galvanic element (10) of this type, to a method for the production thereof and to a vehicle equipped with a galvanic element (10) of this type.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Hartschalenbatteriegehäuse mit Dampfsperrschicht Hard shell battery case with vapor barrier
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hartschalenbatteriegehäuse für ein mindestens zwei Alkalimetallzellen umfassendes galvanisches Element, ein derartiges galvanisches Element, Verfahren zu dessen Herstellung sowie ein mit einem derartigen galvanischen Element ausgestattetes Fahrzeug. The present invention relates to a hard shell battery housing for a galvanic element comprising at least two alkali metal cells, such a galvanic element, to processes for its production and to a vehicle equipped with such a galvanic element.
Stand der Technik State of the art
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft bei stationären Anwendungen, beispielsweise bei Solar- und Windkraftanlagen), bei mobilen Anwendungen, beispielsweise bei Fahrzeugen, wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen, und im Consumer-Bereich, beispielsweise bei Laptops und Mobiltelefone, vermehrt Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an welche sehr hohe Anforderungen bezüglich der Sicherheit, Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. It is becoming increasingly clear that battery systems will be used in the future for stationary applications, for example in solar and wind power plants, in mobile applications, for example in vehicles such as hybrid and electric vehicles, and in the consumer sector, for example in laptops and mobile telephones come to which very high demands in terms of safety, reliability, performance and service life are made.
Ein wichtiger Parameter der Leistungsfähigkeit ist die Energiedichte, welche beispielsweise in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) angegeben wird. Die Kapazität einer Alkalimetallzelle wird durch die sogenannten aktiven beziehungsweise elektrochemisch aktiven Materialien bestimmt. Neben diesen Materialien weisen Alkalimetallzellen auch sogenannten Passivmaterialien, wie Separatoren, Isolatoren, Elektrodenbinder und Gehäuse- beziehungsweise Verpackungselemente auf, deren Gewicht ebenso wie das Gewicht der Aktivmaterialien einen Einfluss auf die Energiedichte hat. An important parameter of the performance is the energy density, which is given, for example, in watt-hours per kilogram (Wh / kg). The capacity of an alkali metal cell is determined by the so-called active or electrochemically active materials. In addition to these materials, alkali metal cells also include so-called passive materials such as separators, insulators, electrode binders, and packaging members whose weight as well as the weight of the active materials has an influence on the energy density.
Prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet sind insbesondere Lithiumionenzellen, da sich diese unter anderem aus durch hohe Energiedichten der aktiven Materia- lien und eine äußerst geringe Selbstentladung auszeichnen. Lithiumionenzellen weisen eine positive Elektrode (Kathode) und negative Elektrode (Anode) auf. Das aktive Material der negativen Elektrode (Anode) einer Lithiumionenzelle dabei dazu ausgelegt Lithiumionen (Li+) reversibel einzulagern (Interkalation) oder wieder auszulagern (Deinterkalation) und wird daher auch als In particular, lithium-ion cells are predestined for a wide range of applications, since they are characterized among other things by high energy densities of the active materials. and extremely low self-discharge. Lithium-ion cells have a positive electrode (cathode) and a negative electrode (anode). The active material of the negative electrode (anode) of a lithium ion cell designed to reversibly store lithium ions (Li + ) (intercalation) or outsource (Deinterkalation) and is therefore also as
Interkalationsmaterial bezeichnet. Herkömmlicherweise wird Graphit auf der Anodenseite als Interkalationsmaterial eingesetzt. Intercalation material called. Conventionally, graphite is used on the anode side as an intercalation material.
Ein weiteres attraktives Batterie-System sind wiederaufladbare metallische Lithium-Systeme, welche ebenfalls eine positive Elektrode (Kathode) und negative Elektrode (Anode) aufweisen, bei denen das Aktivmaterial der negativen Elektrode (Anode) jedoch kein lithiuminterkalierendes Material, sondern metallisches Lithium oder eine Lithiumlegierung ist. Another attractive battery system is rechargeable metallic lithium systems, which also have a positive electrode (cathode) and negative electrode (anode) in which the active material of the negative electrode (anode) but not lithium intercalating material, but metallic lithium or a lithium alloy is.
Um eine hohe mechanische Stabilität zu erzielen und hohe Sicherheitsanforderungen, beispielsweise bei Fahrzeugen, zu erfüllen werden Lithiumionenzellen und Lithiumzellen mit metallischer Lithiumanode für derartige Anwendungen herkömmlicherweise durch rein metallische Hartschalenbatteriegehäuse, so genannte Hardcase-Gehäuse) vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor einem Eintritt von Feuchtigkeit in das Zellinnere geschützt. Derzeit werden derartige Hartschalenbatteriegehäuse meist aus Aluminium durch kalte Tiefziehverfahren hergestellt. Neben einem mechanischen Schutz, schützen metallische Hartschalenbatteriegehäuse die Komponenten der darin eingehausten Zelle/n auch vor Feuchtigkeit, da das metallische Gehäusematerial auch als Feuchtigkeits- beziehungsweise Dampfsperre dient. In order to achieve high mechanical stability and high safety requirements, such as in vehicles to meet lithium ion cells and lithium cells with metallic lithium anode for such applications conventionally by purely metallic hard shell battery housing, so-called hardcase housing) from environmental influences, in particular against the entry of moisture in the Cell interior protected. Currently, such hard shell battery case are usually made of aluminum by cold deep drawing. In addition to mechanical protection, metallic hard shell battery housings also protect the components of the cell (s) housed therein from moisture, since the metallic housing material also serves as a moisture barrier or vapor barrier.
Offenbarung der Erfindung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Hartschalenbatteriegehäuse für ein mindestens zwei Alkalimetallzellen, insbesondere Lithiumzellen, umfassendes galvanisches Element, welches DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to a hard shell battery housing for a galvanic element comprising at least two alkali metal cells, in particular lithium cells
- einen Gehäusegrundkörper mit einem Innenraum zur Aufnahme der Zellkomponenten von mindestens zwei Alkalimetallzellen, insbesondere Lithiumzellen, und - einen Gehäusedeckel zum Verschließen des Innenraums des- A housing body with an interior for receiving the cell components of at least two alkali metal cells, in particular lithium cells, and a housing cover for closing the interior of the
Gehäusegrundkörpers, Housing body,
umfasst, wobei der Gehäusegrundkörper zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet ist und mindestens eine Dampfsperrschicht umfasst. comprises, wherein the housing base body is at least substantially formed of plastic and comprises at least one vapor barrier layer.
Unter einer Alkalimetallzelle kann insbesondere eine galvanische Zelle verstanden werden, welche als elektrochemisch aktives Material, beispielsweise Anodenmaterial, ein Alkalimetall, wie Lithium oder Natrium, umfasst. Unter einem galvanischen Element, welches mindestens zwei Alkalimetallzellen umfasst, kann insbesondere eine Batterie beziehungsweise ein sogenanntes Pack oder ein sogenanntes Modul verstanden werden. Dabei kann unter einem Modul insbesondere ein galvanisches Element verstanden werden, welches > 2 bis < 20, beispielsweise > 2 bis < 10, zum Beispiel > 4 bis < 6, Alkalimetallzellen umfasst. Unter einem Pack kann dabei insbesondere ein galvanisches Element verstanden werden, welches zwei oder mehr Module umfasst. Als Batterie kann dabei sowohl ein Modul als auch ein Pack verstanden werden. An alkali metal cell may in particular be understood to mean a galvanic cell which comprises as electrochemically active material, for example anode material, an alkali metal, such as lithium or sodium. Under a galvanic element, which comprises at least two alkali metal cells, in particular a battery or a so-called pack or a so-called module can be understood. In this case, a module can be understood in particular to be a galvanic element which comprises> 2 to <20, for example> 2 to <10, for example> 4 to <6, alkali metal cells. A pack may in particular be understood to be a galvanic element which comprises two or more modules. As a battery can be understood both a module and a pack.
Insbesondere kann es sich dem Hartschalenbatteriegehäuse um ein Hartscha lenmodulgehäuse oder ein Hartschalenpackgehäuse, insbesondere ein Hart schalenmodulgehäuse, handeln. In particular, the hard shell battery housing can be a hardshell module housing or a hardshell pack housing, in particular a hardshell module housing.
Unter den Zellkomponenten einer Alkalimetallzelle können insbesondere die elektrochemisch aktiven Komponenten einer Alkalimetallzelle, wie die Anode, die Kathode, der Elektrolyt und/oder das Leitsalz, sowie elektrische Komponenten, wie elektrische Ableiter, elektrische Isolatoren und/oder Separatoren innerhalb der Alkalimetallzelle verstanden werden. The cell components of an alkali metal cell can be understood in particular to be the electrochemically active components of an alkali metal cell, such as the anode, the cathode, the electrolyte and / or the conducting salt, and electrical components, such as electrical arresters, electrical insulators and / or separators within the alkali metal cell.
Unter einer Dampfsperrschicht kann insbesondere eine Schicht aus einem Mate- rial verstanden werden, welches einen hohen Wasserdampfdiffusionswiderstand aufweist. Vorzugsweise besitzt das Material der Dampfsperrschicht einen höheren Wasserdampfdiffusionswiderstand als der Kunststoff aus dem der Gehäusegrundkörper beziehungsweise der Gehäusedeckel ausgebildet ist. Der Wasserdampfdiffusionswiderstand des Materials der Dampfsperrschicht kann insbesondere deutlich höher, beispielsweise um einen Faktor > 5, beispielsweise um einen Faktor > 10 oder sogar um einen Faktor > 50 oder > 90 oder gegebe- nenfalls sogar um einen Faktor > 1 .000, größer sein als der Wasserdampfdiffusi- onswiderstand des der Kunststoffes aus dem der Gehäusegrundkörper beziehungsweise der Gehäusedeckel ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Material der Dampfsperrschicht eine Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl von > 10.000, insbesondere von > 100.000, beispielsweise von > 500.000 oder von > 900.000 oder sogar von um etwa 1 .000.000, aufweisen. A vapor barrier layer may, in particular, be understood as meaning a layer of a material which has a high water vapor diffusion resistance. Preferably, the material of the vapor barrier layer has a higher water vapor diffusion resistance than the plastic from which the housing base body or the housing cover is formed. The water vapor diffusion resistance of the material of the vapor barrier layer can in particular be significantly higher, for example by a factor> 5, for example by a factor> 10 or even by a factor> 50 or> 90 or If necessary, even by a factor> 1 .000, be greater than the water vapor diffusion resistance of the plastic from which the housing base body or the housing cover is formed. For example, the material of the vapor barrier layer may have a water vapor diffusion resistance number of> 10,000, in particular of> 100,000, for example of> 500,000 or of> 900,000 or even of around 1 million.
Dadurch, dass der Grundgehäusekörper im Wesentlichen aus Kunststoff und nicht wie bei herkömmlichen Hartschalenbatteriegehäusen aus Metall ausgebildet ist, kann vorteilhafterweise das Gehäusegewicht sowie dessen Material- und Herstellungskosten deutlich verringert werden. Durch ein verringertes Gewicht kann wiederum vorteilhafterweise die spezifische gravimetrische Energie auf Zellebene deutlich verbessert werden, welche insbesondere beim Einsatz in mobilen Anwendungen von besonderem Interesse ist. By virtue of the fact that the basic housing body is made essentially of plastic and not of metal, as is the case with conventional hard-shell battery housings, the housing weight and its material and manufacturing costs can advantageously be significantly reduced. By a reduced weight, in turn, advantageously, the specific gravimetric energy can be significantly improved at the cell level, which is particularly of particular interest when used in mobile applications.
Da die Materialmenge zur Ausbildung des Gehäusedeckels geringer als die Materialmenge zur Ausbildung des Gehäusegrundkörpers ist, wirkt sich das Materialgewicht des Gehäusedeckels weniger stark auf das Gesamtgewicht des Hart- schalenbatteriegehäuses aus als das Materialgewicht des Gehäusegrundkörpers. Daher ist es grundsätzlich möglich den Gehäusedeckel aus Metall auszugestalten. Since the amount of material for forming the housing cover is less than the amount of material for forming the housing main body, the material weight of the housing cover affects less on the total weight of the hard shell battery housing than the material weight of the housing body. Therefore, it is basically possible to design the housing cover made of metal.
Im Rahmen einer Ausführungsform sind jedoch sowohl der Gehäusegrundkörper als auch der Gehäusedeckel zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet, wobei der Gehäusegrundkörper und der Gehäusedeckel mindestens eine Dampfsperrschicht umfassen. In one embodiment, however, both the housing base body and the housing cover are formed at least substantially of plastic, wherein the housing base body and the housing cover comprise at least one vapor barrier layer.
Dadurch, dass der Gehäusegrundkörper und der Gehäusedeckel im Wesentlichen aus Kunststoff und nicht wie bei herkömmlichen Hartschalenbatteriegehäusen aus Metall ausgebildet sind, kann vorteilhafterweise das Gehäusegewicht sowie dessen Material- und Herstellungskosten weiter verringert werden und damit die spezifische gravimetrische Energie auf Zellebene weiter verbessert werden. Due to the fact that the housing base body and the housing cover are essentially made of plastic and not made of metal as in conventional hard shell battery housings, the housing weight and its material and manufacturing costs can advantageously be further reduced and thus the specific gravimetric energy at cell level can be further improved.
Zudem weist Kunststoff elektrisch isolierende Eigenschaften auf und ist im Ge gensatz zu Metallen nicht elektrisch leitend. Dies bietet den Vorteil einer verein fachten elektrischen Isolation und einer Vermeidung von im Hochvoltbereich ansonsten auftretenden Isolationsproblemen. In addition, plastic has electrically insulating properties and, in contrast to metals, is not electrically conductive. This offers the advantage of a club combined electrical insulation and avoidance of insulation problems otherwise occurring in the high-voltage range.
Dadurch, dass der Gehäusegrundkörper durch den Gehäusedeckel verschließ- bar ist, liegen darin aufgenommene Zellen zudem vorteilhafterweise nicht offen, werden nach Außen elektrisch isoliert und können durch das Hartschalenbatte- riegehäuse gut gegen das Einwirken von äußeren mechanische Kräften geschützt werden. Zudem kann da das Gehäuse im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet ist, beispielsweise im Fall eines Unfalls, die Gefahr verringert wer- den, dass metallische Gehäusebruchstücke in die Zellen gelangen, welche gegebenenfalls zu einem internen Kurzschluss führen könnten. So kann insbesondere die Sicherheit erhöht werden. Dies ist insbesondere beim Einsatz in mobilen Anwendungen, beispielsweise in einem Fahrzeug, von Vorteil. Due to the fact that the housing base body can be closed by the housing cover, cells accommodated therein are also advantageously not open, are electrically insulated to the outside and can be well protected by the hard shell battery housing against the action of external mechanical forces. In addition, since the housing is formed substantially from plastic, for example in the case of an accident, the risk that the metallic housing fragments get into the cells, which could possibly lead to an internal short circuit, reduces the risk. In particular, security can be increased. This is particularly advantageous when used in mobile applications, for example in a vehicle.
Zudem bietet eine Ausbildung des Gehäuses aus Kunststoff gegenüber einer Ausbildung des Gehäuses aus Metall den Vorteil einer freieren Formgebung des Gehäuses. So kann zum Beispiel eine bessere Anpassung des Gehäuses an die Form des Wickels erfolgen. Beispielsweise können im Innenraum des Gehäuses Rundung gestaltet werden, welche zum Beispiel die Zellkomponentenpackung, insbesondere Wickelpackung, einer ideal prismatischen Form angleicht. Weiterhin kann so eine bessere mechanische Halterung der Zellkomponenten im Gehäuse erzielt und so genannte Retainer zur Positionshaltung der Zellen eingespart werden. Darüber hinaus kann durch eine optimierte Gehäusegestaltung Leerraum und freier Flüssigelektrolyt im Zellinneren eingespart, thermische Übergänge verbessert, eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erzielt und die Lebensdauer des galvanischen Elements verlängert werden. Weiterhin ermöglicht eine Ausbildung des Gehäuses aus Kunststoff eine Verringerung von Vibrationen, was sich wiederum vorteilhaft auf die Lebensdauer von elektrischen Kontakten, beispielsweise zwischen Terminals und/oder Kollektoren und zellverbindenden Ableiterelementen auswirkt. In addition, a design of the housing made of plastic over a design of the housing made of metal has the advantage of a freer shape of the housing. For example, a better adaptation of the housing to the shape of the coil can take place. For example, in the interior of the housing rounding can be designed, which, for example, equalizes the cell component package, in particular winding package, an ideal prismatic shape. Furthermore, as a better mechanical support of the cell components can be achieved in the housing and so-called retainers for positional positioning of the cells can be saved. In addition, an optimized housing design can save empty space and free liquid electrolyte inside the cell, improve thermal transitions, achieve a more uniform temperature distribution and extend the lifetime of the galvanic element. Furthermore, a design of the housing made of plastic allows a reduction of vibrations, which in turn has an advantageous effect on the life of electrical contacts, for example between terminals and / or collectors and cell-connecting arrester elements.
Es hat sich herausgestellt, dass die (Wasser-)Dampfdurchlässigkeit von Kunststoffen von der chemischen und physikalischen Beschaffenheit des Kunststoffes abhängt und dass mit zum Gehäusebau üblichen und günstigen Kunststoffen nicht ohne weiteres eine Dampfdichtigkeit erzielt werden kann, welchen denIt has been found that the (water) vapor permeability of plastics depends on the chemical and physical nature of the plastic and that can not be readily achieved with the housing custom and cheap plastics vapor-tightness, which the
Maßstäben für Alkalimetallzellen und insbesondere für Lithiumionenzellen ent- spricht. Erfreulicherweise hat sich jedoch ebenfalls herausgestellt, dass dem durch den Einsatz einer Dampfsperrschicht entgegen gewirkt werden, da durch die Dampfsperrschicht ein Eindingen von Feuchtigkeit durch eine Permeation von Wasserdampf durch einen ansonsten dampfdurchlässigen Kunststoff ver- hindert werden und so eine auch für Alkalimetallzellen und insbesondereScales for alkali metal cells and in particular for lithium-ion cells. speaks. Fortunately, however, it has also been found that this is counteracted by the use of a vapor barrier layer, since moisture penetration by moisture vapor permeation through an otherwise vapor-permeable plastic is prevented by the vapor barrier layer, and thus also for alkali metal cells and in particular
Lithiumionenzellen geeignete Feuchtigkeits- beziehungsweise Dampfdichtigkeit erzielt werden kann. Überraschenderweise können Dampfsperrschichten sogar so sperrend gegen Wassermoleküle sein, wie herkömmlicherweise eingesetzte gewalzte Aluminiumfolie. So kann vorteilhafterweise durch das Hartschalenbatte- riegehäuse ein Schutz vor Umwelteinflüssen, wie Salznebel, Kondenswasser, gewährleistet werden. Zudem kann durch eine Dampfsperrschicht gegebenenfalls ein Abdiffundieren von Elektrolytlösungsmittelmolekülen verhindert werden. Lithium ion cells suitable moisture or vapor-tightness can be achieved. Surprisingly, vapor barrier layers may even be so blocking against water molecules as conventionally used rolled aluminum foil. Thus, it is advantageously possible to ensure protection against environmental influences, such as salt mist and condensation water, by means of the hard shell battery housing. In addition, a vapor barrier layer can optionally prevent diffusion of electrolyte solvent molecules.
Durch die Kombination von Kunststoff und Dampfsperrschicht ist es daher vor- teilhafterweise möglich ein Hartschalenbatteriegehäuse mit geringem Gewicht bereitzustellen, welches ähnlich oder sogar genauso mechanisch stabil und dampfsperrend sein kann wie herkömmliche metallische Hartschalenbatteriegehäuse und damit insbesondere für galvanische Elemente mit feuchtigkeitsempfindlichen Komponenten, wie Alkalimetallzellen, beispielsweise Lithiumzellen, geeignet ist und es ermöglicht bisherige metallische Gehäuse für galvanischeThe combination of plastic and vapor barrier layer therefore makes it advantageously possible to provide a low-weight hard shell battery housing which may be similar or even mechanically stable and vapor-proof as conventional metallic hard shell battery housings and thus, in particular, for galvanic elements having moisture-sensitive components such as alkali metal cells, for example Lithium cells, is suitable and it allows previous metallic housing for galvanic
Elemente zu ersetzen. Replace elements.
Unter einer Lithiumzelle kann insbesondere eine Alkalimetallzelle verstanden werden, welche als elektrochemisch aktives Material, beispielsweise Anodenma- terial, Lithium umfasst. Dabei kann unter einer Lithiumzelle sowohl eine Alkalimetallzelle mit einer metallischen Lithiumanode, wie eine Lithiumsauerstoffzelle, als auch eine Alkalimetallzellen mit einer lithiuminterkalierenden Anode, wie eine Lithiumionenzelle, verstanden werden. Unter einem zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildetenA lithium cell may, in particular, be understood as meaning an alkali metal cell which comprises lithium as electrochemically active material, for example anode material. Here, a lithium cell can be understood as meaning both an alkali metal cell having a metallic lithium anode, such as a lithium oxygen cell, and an alkali metal cell having a lithium-intercalating anode, such as a lithium-ion cell. Under an at least substantially formed of plastic
Gehäusegrundkörper beziehungsweise Gehäusedeckel kann insbesondere verstanden werden, dass das Materialvolumen des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise Gehäusedeckels, welches durch Kunststoff eingenommen wird, insbesondere zumindest mehr als 75 Prozent des Gesamtmaterialvolumens des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise Gehäusedeckels beträgt. Beispielsweise kann das Materialvolumen des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise Gehäusedeckels, welches durch Kunststoff eingenommen wird, dabei > 90 Prozent des Gesamtmaterialvolumens des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise Gehäusedeckels betragen. Insbesondere können dabei zumindest die tragenden Abschnitte des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise Gehäusedeckels aus Kunststoff ausgebildet sein. Daneben kann ein zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildeter Gehäusegrundkörper beziehungsweise Gehäusedeckel Abschnitte aus anderen Materialien aufweisen. Zum Beispiel kann der Gehäusegrundkörper beziehungsweise Gehäusedeckel Abschnitte aufweisen, welche eine nicht-kunststoffbasierte Feuchtigkeistbarriereschicht und/oder metallische Elemente, wie elektrische Schnittstellen, so genannte (äußere Terminals) und/oder hydraulische Schnittstellen und/oder Schnittstellendurchführungen, umfassen. Bezogen auf das Gesamtmaterialvolumen des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise Gehäusedeckels können die Abschnitte des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise Gehäusedeckels, welche aus anderen Materialien als Kunststoff ausgebildet sind, beispielsweise in Summe ein Materialvolumen von < 75 %, beispielsweise von < 10 %, einnehmen. Housing body or housing cover can be understood in particular that the material volume of the housing base body or housing cover, which is occupied by plastic, in particular at least more than 75 percent of the total material volume of the housing body or housing cover. For example, the material volume of the housing base body or Housing cover, which is occupied by plastic, thereby account for> 90 percent of the total material volume of the housing body or housing cover. In particular, at least the supporting portions of the housing base body or housing cover may be formed from plastic. In addition, a housing base or housing cover formed at least essentially of plastic may comprise sections of other materials. For example, the housing base or housing cover may comprise sections which comprise a non-plastic-based moisture barrier layer and / or metallic elements, such as electrical interfaces, so-called (outer terminals) and / or hydraulic interfaces and / or interface feedthroughs. Based on the total material volume of the housing base body or housing cover, the sections of the housing base body or housing cover, which are formed of materials other than plastic, for example, in total a material volume of <75%, for example, <10% occupy.
Es ist möglich, dass der Gehäusegrundkörper beziehungsweise der Gehäusedeckel ausschließlich oder fast ausschließlich aus Kunststoff hergestellt sind. Im Fall des Einsatzes einer kunststoffbasierten Dampfsperrschicht, kann der Gehäusegrundkörper beziehungsweise der Gehäusedeckel beispielsweise ausschließlich aus Kunststoff ausgebildet sein. Da zum Erreichen eines dampfsperrenden Effektes nur wenig Material benötigt wird, kann im Fall des Einsatzes einer, beispielsweise metallischen Dampfsperrschicht, der Gehäusegrundkörper beziehungsweise der Gehäusedeckel beispielsweise immer noch als fast ausschließlich aus Kunststoff ausgebildet bezeichnet werden, auch wenn der Gehäusegrundkörper beziehungsweise der Gehäusedeckel eine geringe Menge an Metall oder Halbmetall umfasst. It is possible that the housing base body or the housing cover are made exclusively or almost exclusively of plastic. In the case of the use of a plastic-based vapor barrier layer, the housing base body or the housing cover, for example, may be formed exclusively of plastic. Since only a small amount of material is needed to achieve a vapor-barrier effect, in the case of the use of, for example, metallic vapor barrier layer, the housing base body or the housing cover, for example, still be called almost exclusively made of plastic, even if the housing body or the housing cover a small amount comprising metal or semi-metal.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind die Alkalimetallzellen Lithiumionenzellen. In another embodiment, the alkali metal cells are lithium-ion cells.
Lithiumionenzellen stellen eine spezielle Form von Lithiumzellen dar und weisen keine metallische Lithiumanode, sondern eine Anode aus einem so genannten Interkalationsmaterial, beispielsweise Graphit, auf, in welches Lithiumionen reversibel eingelagert (interkaliert) und wieder ausgelagert (deinterkaliert) werden können. Lithiumionenzellen unterscheiden sich weiterhin von Lithiumzellen mit metallischer Lithiumanode dadurch, dass Lithiumionenzellen ein in der Regel äußerst feuchtigkeitsempfindliche Leitsalze, beispielsweise Lithiumhexafluorophospat (LiPF6), enthalten, welche unter Umständen in Ge- genwart von Wasser bis hin zu Fluorwasserstoff (HF) hydrolisieren können.Lithium ion cells are a special form of lithium cells and have no metallic lithium anode, but an anode of a so-called intercalation material, such as graphite, in which lithium ions reversibly intercalated and re-outsourced (deintercalated) can. Lithium-ion cells furthermore differ from lithium cells with metallic lithium anodes in that lithium-ion cells generally contain extremely moisture-sensitive conductive salts, for example lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which in certain circumstances can hydrolyze in the presence of water up to hydrogen fluoride (HF).
Durch die Dampfsperrschicht kann vorteilhafterweise ein Eindringen von Feuchtigkeit, insbesondere in Form von Wasserdampf, durch den Kunststoff in das Gehäuseinnere und damit eine Hydrolyse des Leitsalzes der Lithiumionenzelle zu Fluorwasserstoff vermieden werden. Due to the vapor barrier layer, penetration of moisture, in particular in the form of water vapor, through the plastic into the interior of the housing and thus hydrolysis of the conductive salt of the lithium-ion cell to hydrogen fluoride can advantageously be avoided.
Insbesondere kann der Innenraum des Gehäusegrundkörpers zur Aufnahme von mindestens zwei Zellwickeln, insbesondere Lithiumionenzellwickeln, ausgelegt sein. Unter einem Zellwickel (englisch: „jelly roll") kann insbesondere eine spezielle, nämlich wickeiförmige, Anordnung der Zellkomponenten einer Alkalimetallzelle verstanden werden. Ein Zellwickel kann zum Beispiel ein wickeiförmiges Bauteil sein, welches neben den elektrochemisch aktiven Komponenten einer Alkalimetallzelle, elektrische Ableiterelemente, wie Ableiterfolien, sowie elektrische Isola- tionselemente, wie eine oder mehrere Isolationsfolien und/oder eine oder mehrere Separatorfolien, umfasst. In particular, the interior of the housing base body can be designed to accommodate at least two cell coils, in particular lithium-ion cell coils. A "cell roll" can be understood, for example, to be a coil-shaped component which, in addition to the electrochemically active components of an alkali metal cell, comprises electrical discharge elements such as a cell coil Conductor foils, as well as electrical insulation elements, such as one or more insulation foils and / or one or more separator foils.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Dampfsperrschicht direkt auf das Material des Gehäusegrundkörpers (oder des Gehäusegrundkörpers und des Gehäusedeckels aufgebracht. So kann vorteilhafterweise auf zusätzlicheIn a further embodiment, the vapor barrier layer is applied directly to the material of the housing base body (or of the housing base body and of the housing cover)
Schichten wie Haft- beziehungsweise Klebeschichten verzichtet und Gewicht, Kosten und Raumbedarf weiter reduziert werden. Layers such as adhesive or adhesive layers omitted and weight, cost and space requirements are further reduced.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Dampfsperrschicht eine me- tallische, organische, polymere oder gläserne Schicht ist. Mit derartigen Schichten kann vorteilhafterweise ein dampfsperrender Effekt erzielt werden. In another embodiment, the vapor barrier layer is a metallic, organic, polymeric or glassy layer. With such layers, advantageously, a vapor barrier effect can be achieved.
Die Dampfsperrschicht kann beispielsweise eine Schichtdicke von > 1 μηη bis < 20 μηη aufweisen. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Dampfsperrschicht durch Aufdampfen, durch Sputtern, durch galvanisches Beschichten, durch Sprühen, durch Tauchen und/oder durch Walzplatieren, insbesondere durch Aufdampfen, durch Sputtern, durch galvanisches Beschichten und/oder durch Walzplatieren, aufgebracht. Diese Auftragtechniken haben sich zum Aufbringen der Dampfsperrschicht als vorteilhaft erwiesen. Dabei kann die Dampfsperrschicht in einem Verfahrensschritt auf den Gehäusegrundkörper und den Gehäusedeckel aufgebracht sein. Gegebenenfalls kann der Untergrund, insbesondere der Kunststoff des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise des Gehäusedeckels vor dem Auf- bringen der Dampfsperrschicht einer Plasma- und/oder Korona-Behandlung unterzogen werden. So kann vorteilhafterweise die Haftung der Dampfsperrschicht an dem Untergrund verbessert werden. The vapor barrier layer may have, for example, a layer thickness of> 1 μηη to <20 μηη. In the context of a further embodiment, the vapor barrier layer is applied by vapor deposition, by sputtering, by electroplating, by spraying, by dipping and / or by roll-plating, in particular by vapor deposition, by sputtering, by electroplating and / or by roll-plating. These application techniques have proven to be advantageous for applying the vapor barrier layer. In this case, the vapor barrier layer can be applied in a method step to the housing base body and the housing cover. If appropriate, the substrate, in particular the plastic of the housing base body or of the housing cover, can be subjected to a plasma and / or corona treatment before the vapor barrier layer is applied. Thus, advantageously, the adhesion of the vapor barrier layer to the substrate can be improved.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Dampfsperrschicht eine me- tallische Schicht ist. Insbesondere kann die die Dampf Sperrschicht Aluminium und/oder Chrom und/oder Silicium und/oder Eisenumfassen. Insbesondere kann die Dampfsperrschicht aus Aluminium und/oder Chrom und/oder Silicium und/oder Edelstahl ausgebildet sein. Eine metallische Dampfsperrschicht kann beispielsweise durch Aufdampfen, durch Sputtern oder durch galvanisches Be- schichten aufgebracht sein. In another embodiment, the vapor barrier layer is a metallic layer. In particular, the vapor barrier layer may comprise aluminum and / or chromium and / or silicon and / or iron. In particular, the vapor barrier layer may be formed from aluminum and / or chromium and / or silicon and / or stainless steel. A metallic vapor barrier layer can be applied, for example, by vapor deposition, by sputtering or by electroplating.
Gegebenenfalls kann die metallische Dampfsperrschicht eine superhydrophobe, nanostrukturierte Schicht sein. Die superhydrophoben Eigenschaften können dabei insbesondere analog zum so genannten Lotuseffekt durch eine Strukturie- rung, insbesondere im Nanometerbereich, erzielt werden. Zum Beispiel kann die metallische Dampfsperrschicht mindestens ein nanostrukturiertes Halbmetall, insbesondere nanostrukturiertes Silicium, umfassen. Insbesondere kann die Dampfsperrschicht aus mindestens einem nanostrukturiertes Halbmetall, beispielsweise nanostrukturiertem Silicium, ausgebildet sein. Optionally, the metallic vapor barrier layer may be a superhydrophobic nanostructured layer. The superhydrophobic properties can be achieved in particular analogously to the so-called lotus effect by structuring, in particular in the nanometer range. For example, the metallic vapor barrier layer may comprise at least one nanostructured semi-metal, especially nanostructured silicon. In particular, the vapor barrier layer may be formed from at least one nanostructured semi-metal, for example nanostructured silicon.
Insofern die Dampfsperrschicht eine metallische Schicht ist, ist es möglich auf zumindest einen Teil der Dampfsperrschicht, beispielsweise den an den Innenraum angrenzenden Teil eine Isolationsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material aufzutragen. Eine elektrische Isolation kann jedoch auch durch andere Maßnahmen, beispielsweise durch das später erläuterte Verpacken von Zellkomponenten in Kunststoffverpackungsfolien erzielt werden. Die Dampfsperrschicht kann jedoch ebenso eine organische Schicht sein. Insbesondere kann die Dampfsperrschicht Parylen umfassen oder daraus ausgebildet sein. Inasmuch as the vapor barrier layer is a metallic layer, it is possible to apply an insulating layer of an electrically insulating material to at least a portion of the vapor barrier layer, for example, the part adjacent to the interior. However, an electrical insulation can also be achieved by other measures, for example by the later-explained packaging of cell components in plastic packaging films. However, the vapor barrier layer may also be an organic layer. In particular, the vapor barrier layer may comprise or be formed from parylene.
Insbesondere kann die Dampfsperrschicht eine polymere Schicht sein. Beispielsweise kann die Dampfsperrschicht Parylen und/oder mindestens ein nanostrukturiertes Polyolefin umfassen oder daraus ausgebildet sein. Eine organische beziehungsweise polymere Dampfsperrschicht kann beispielsweise durch Sprühen oder Tauchen, insbesondere Sprühen, aufgebracht sein. In particular, the vapor barrier layer may be a polymeric layer. For example, the vapor barrier layer may comprise or be formed from parylene and / or at least one nanostructured polyolefin. An organic or polymeric vapor barrier layer can be applied, for example, by spraying or dipping, in particular spraying.
Insbesondere kann die organische beziehungsweise polymere Dampfsperrschicht eine superhydrophobe, nanostrukturierte Schicht sein. Die superhydro- phoben Eigenschaften können dabei insbesondere analog zum so genannten Lotuseffekt durch eine Strukturierung, insbesondere im Nanometerbereich, erzielt werden, Zum Beispiel kann die Dampfsperrschicht mindestens ein nanostrukturiertes Polyolefin, insbesondere nanostrukturiertes Polypropylen (PP) und/oder Polyethylen (PE), umfassen. Insbesondere kann die Dampfsperrschicht aus min- destens einem nanostrukturierten Polyolefin, beispielsweise nanostrukturiertesIn particular, the organic or polymeric vapor barrier layer may be a superhydrophobic nanostructured layer. For example, the vapor barrier layer may comprise at least one nanostructured polyolefin, in particular nanostructured polypropylene (PP) and / or polyethylene (PE). In particular, the vapor barrier layer may comprise at least one nanostructured polyolefin, for example nanostructured
Polypropylen (PP) und/oder Polyethylen (PE), ausgebildet sein. Polypropylene (PP) and / or polyethylene (PE) may be formed.
Die Dampfsperrschicht kann jedoch ebenso eine gläserne Schicht sein. Beispielsweise kann die Dampfsperrschicht Siliciumdioxid umfassen. However, the vapor barrier layer may also be a glassy layer. For example, the vapor barrier layer may comprise silica.
Insbesondere kann die Dampfsperrschicht aus mindestens einem nanostrukturierten Polyolefin, beispielsweise nanostrukturiertes Polypropylen (PP) und/oder Polyethylen (PE), und/oder mindestens einem nanostrukturiertes Halbmetall, beispielsweise nanostrukturiertem Silicium, ausgebildet sein. In particular, the vapor barrier layer may be formed from at least one nanostructured polyolefin, for example nanostructured polypropylene (PP) and / or polyethylene (PE), and / or at least one nanostructured semi-metal, for example nanostructured silicon.
Diese superhydrophoben Materialen haben den Vorteil, dass sie - auch wenn sie im unmittelbaren Kontakt mit elektrochemisch aktiven Zellkomponenten, wie den organischen Carbonaten und/oder Lithium-Leitsalz, stehen - einen hohe chemische und elektrochemische Langzeitstabilität aufweisen können. Besonders gute Ergebnisse konnten vorteilhafterweise mit nanostrukturiertem Poylpropylen (PP) erzielt werden. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind zumindest die im geschlossenen Zustand des Gehäuses außen liegenden Flächen des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise des Gehäusegrundkörpers und des Gehäusedeckels, insbe- sondere im Wesentlichen vollständig, mit einer Dampfsperrschicht bedeckt. These superhydrophobic materials have the advantage that, even if they are in direct contact with electrochemically active cell components, such as the organic carbonates and / or lithium conducting salt, they can have high long-term chemical and electrochemical stability. Particularly good results could advantageously be achieved with nanostructured polypropylene (PP). Within the scope of a further embodiment, at least the surfaces of the housing base body or of the housing base body and of the housing cover lying outside in the closed state of the housing, in particular substantially completely, are covered with a vapor barrier layer.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind zumindest die im geschlossenen Zustand des Gehäuses innen liegenden Flächen des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise des Gehäusegrundkörpers und des Gehäusedeckels, insbe- sondere im Wesentlichen vollständig, mit einer Dampfsperrschicht bedeckt. DieIn the context of a further embodiment, at least the surfaces of the housing base body or of the housing base body and of the housing cover which are located in the closed state of the housing, in particular substantially completely, are covered with a vapor barrier layer. The
Applizierung einer innen liegenden Dampfsperrschicht weist zusätzlich zu den bereits erläuterten Vorteilen insbesondere bei einer später genauer erläuterten Ausführungsform des Hartschalenbatteriegehäuse, in welcher der Gehäusegrundkörperinnenraum durch Trennwände in Fächer unterteilt ist, den Vorteil auf, dass im Fall einer defekten Zelle eines Moduls die anderen Zellen dieses Moduls besser geschützt werden können. Application of an internal vapor barrier layer, in addition to the advantages already explained, has the advantage that, in the case of a defective cell of a module, the other cells of this module, in particular in an embodiment of the hard shell battery housing explained below in which the housing main body interior is subdivided by partitions into compartments can be better protected.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Dampfsperrschicht in den Kunststoff des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise des Gehäusegrundkörpers und des Gehäusedeckels integriert. Insbesondere kann dabei die Dampfsperrschicht derart in den Kunststoff des Gehäusegrundkörpers beziehungsweise des Gehäusedeckels integriert sein, dass die Dampfsperrschicht den Gehäuseinnenraum im geschlossenen Zustand des Gehäuses im Wesentlichen vollständig umgibt. In the context of another embodiment, the vapor barrier layer is integrated into the plastic of the housing base body or of the housing base body and of the housing cover. In particular, the vapor barrier layer can be integrated into the plastic of the housing base body or of the housing cover in such a way that the vapor barrier layer essentially completely surrounds the housing interior in the closed state of the housing.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der Gehäusegrundkörper beziehungsweise sind der Gehäusegrundkörper und der Gehäusedeckel zumindest im Wesentlichen aus einem Kunststoff ausgebildet, welcher mindestens ein Polymer umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyphenylensulfiden und Kombinationen davon. Beispielsweise können derIn a further embodiment, the housing base body or the housing base body and the housing cover are formed at least substantially from a plastic which comprises at least one polymer which is selected from the group consisting of polyolefins, polyphenylene sulfides and combinations thereof. For example, the
Gehäusegrundkörper und der Gehäusedeckel aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polypropylen-Polyethylen-Copolymer (PP/PE) oder Polyphenylensulfid (PPS) ausgebildet sein. Diese Kunststoffe weisen vorteilhafterweise eine ausreichende Temperaturbeständigkeit, eine gute Chemikalienbeständigkeit und eine gute mechanische Stabilität auf. Der Gehäusegrundkörper beziehungsweise der Gehäusedeckel kann beispielsweise eine Wandstärke von > 100 μηι aufweisen. Housing body and the housing cover from polypropylene (PP), polyethylene (PE), polypropylene-polyethylene copolymer (PP / PE) or polyphenylene sulfide (PPS) may be formed. These plastics advantageously have sufficient temperature resistance, good chemical resistance and good mechanical stability. The housing base body or the housing cover, for example, have a wall thickness of> 100 μηι.
Der Gehäusegrundkörper beziehungsweise der Gehäusegrundkörper und der Gehäusedeckel können beispielsweise durch ein Tiefziehverfahren oder Spritzgussverfahren, insbesondere Spritzgussverfahren, insbesondere aus Kunststoff, hergestellt sein. Durch den Einsatz dieser Verfahren für Kunststoffe sind viele Formen realisierbar, welche es ermöglichen, Batterien optimaler, beispielsweise in Fahrzeugen, unterzubringen. The housing base body or the housing base body and the housing cover can be produced, for example, by a deep-drawing method or injection molding method, in particular an injection molding method, in particular of plastic. By using these methods for plastics many forms can be realized, which make it possible to accommodate batteries more optimally, for example in vehicles.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der Innenraum des Gehäusegrundkörpers durch eine oder mehrere darin ausgebildete Kunststofftrennwände in voneinander separierte Fächer unterteilt, wobei die Fächer jeweils zur Aufnahme der Zellkomponenten einer Alkalimetallzelle, insbesondere eines (Lithiumionen-)Zellwickels, ausgelegt sind. In a further embodiment, the interior of the housing base body is divided by one or more formed therein plastic partitions in separate compartments, the compartments are each designed to hold the cell components of an alkali metal cell, in particular a (lithium ion) cell coil.
Durch die Kunststofftrennwände können die Zellkomponenten von einer in einem Fach angeordneten Alkalimetallzellen gegenüber den Zellkomponenten von in benachbarten Fächern angeordneten Alkalimetallzellen vorteilhafterweise, insbesondere ohne einen weiteren Verfahrensschritt, elektrisch isoliert werden. Due to the plastic partitions, the cell components can advantageously be electrically isolated from an alkali metal cell arranged in a compartment with respect to the cell components of alkali metal cells arranged in adjacent compartments, in particular without a further method step.
Da die elektrische Isolation durch die Kunststofftrennwände gewährleistet werden kann, können die Zellkomponenten beziehungsweise Zellwickel, insbesondere einzeln, ohne weiter Maßnahmen zur elektrischen Isolation und ohne dass es zu einem Kurzschluss der Zellen kommt in die unterschiedlichen Fächer eingebracht werden, was sich zudem vorteilhaft auf die Packungsdichte auswirken kann. Since the electrical insulation can be ensured by the plastic partitions, the cell components or cell coils, in particular individually, without further measures for electrical insulation and without causing a short circuit of the cells are introduced into the different compartments, which also has an advantageous on the packing density can affect.
Zudem kann durch die Kunststofftrennwände die mechanische Stabilität des Hartschalenbatteriegehäuses weiter erhöht werden. In addition, the mechanical stability of the hard shell battery housing can be further increased by the plastic partitions.
Darüber hinaus kann durch die Kunststofftrennwände ein definierter Druck auf die Zellkomponenten, insbesondere Zellwickel, aufgebracht werden, welcher vorteilhaft für eine ordnungsgemäße Funktion der Zellen sein kann. Vorzugsweise sind auch die, die Fächer begrenzenden Flächen, insbesondere im Wesentlichen vollständig, mit einer Dampfsperrschicht bedeckt. Insofern es sich bei der Dampfsperrschicht um eine metallische Dampfsperrschicht handelt, kann zur elektrischen Isolation der in den Fächern aufzunehmenden Zellkomponenten die Dampfsperrschicht mit einer Isolationsschicht bedeckt sein. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weisen der Gehäusegrundkörper und der Gehäusedeckel Verbindungselemente auf, welche dazu ausgelegt sind beim Verschließen des Gehäuses eine Nut-Feder-Steckverbindung auszubilden. Insbesondere können die Verbindungselemente zum Ausbilden der Nut-Feder- Steckverbindung die Innenraumöffnung des Gehäusegrundkörpers, insbesonde- re vollumfänglich beziehungsweise lückenlos, umlaufen. So kann vorteilhafterweise ein luftdichtes Schließen des Hartschalenbatteriegehäuses und eine gute Dichtwirkung beim Verschließen des Gehäuses erzielt werden. Insbesondere kann auf den Stirnseiten der, die Öffnung des Gehäusegrundkörperinnenraums begrenzenden Wandungen des Gehäusegrundkörpers mindestens ein nutförmi- ges und/oder federförmiges Verbindungselement ausgebildet sein, insbesondere wobei der Gehäusedeckel dazu korrespondierendes Verbindungselemente zum Ausbilden einer Nut-Feder-Steckverbindung aufweist. In addition, a defined pressure on the cell components, in particular cell coils, can be applied by the plastic partitions, which can be advantageous for the proper functioning of the cells. Preferably, also, the fan bounding surfaces, in particular substantially completely, covered with a vapor barrier layer. Insofar as it is If the vapor barrier layer is a metallic vapor barrier layer, the vapor barrier layer may be covered with an insulating layer for electrical insulation of the cellular components to be accommodated in the pockets. In the context of a further embodiment, the housing base body and the housing cover have connecting elements which are designed to form a tongue and groove connector when the housing is closed. In particular, the connecting elements for forming the tongue and groove connector can rotate around the interior opening of the housing base body, in particular completely or without gaps. Thus, advantageously airtight closing of the hard shell battery housing and a good sealing effect can be achieved when closing the housing. In particular, at least one groove-shaped and / or spring-shaped connecting element can be formed on the end faces of the walls defining the opening of the housing main body interior, in particular wherein the housing cover has corresponding connecting elements for forming a tongue and groove connector.
Um die Dichtwirkung im Rahmen dieser Ausführungsform weiter zu verbessern sind vorzugsweise auch die Verbindungselemente zum Ausbilden der Nut-Feder-In order to further improve the sealing effect in the context of this embodiment, the connecting elements for forming the tongue and groove
Steckverbindung teilweise oder vollständig mit einer Dampfsperrschicht bedeckt beziehungsweise mit einer darin integrierten Dampfsperrschicht versehen. Insbesondere können beim Verschließen des Gehäuses beziehungsweise beim Ausbilden der Nut-Feder-Steckverbindung die Verbindungselemente bedeckende Dampfsperrschichten aneinander anlegbar, beispielsweise anpressbar, sein. So kann vorteilhafterweise ein Eintritt von Feuchtigkeit besonders effektiv verhindert werden und die Feuchtigkeits- beziehungsweise Dampfdichtigkeit weiter gesteigert werden. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind daher die Verbindungselemente zum Ausbilden der Nut-Feder-Steckverbindung teilweise oder vollständig mit einer Dampfsperrschicht bedeckt beziehungsweise mit einer darin integriertem Dampfsperrschicht versehen. Insofern eine Isolationsschicht ohne dampfsperrende Eigenschaften vorgesehen ist, ist die Dampfsperrschicht vorzugsweise im Bereich der Verbindungselemente zum Ausbilden der Nut-Feder-Connector partially or completely covered with a vapor barrier layer or provided with a built-in vapor barrier layer. In particular, when closing the housing or when forming the tongue and groove connector, the connecting elements covering vapor barrier layers can be applied to each other, for example, be pressed. Thus, advantageously, an entry of moisture can be prevented particularly effectively and the moisture or vapor-tightness can be further increased. In a further embodiment, therefore, the connecting elements for forming the tongue and groove connector are partially or completely covered with a vapor barrier layer or provided with a vapor barrier layer integrated therein. Insofar as an insulating layer without vapor-barrier properties is provided, the vapor barrier layer is preferably in the region of the connecting elements for forming the tongue and groove
Steckverbindung nicht mit der Isolationsschicht bedeckt. Weiterhin können die Verbindungselemente dazu ausgelegt sein beim Verschließen des Gehäuses auch zwischen dem Gehäusedeckel und der oder den Kunststofftrennwände zum Unterteilen des Innenraums des Gehäusegrundkörpers in Fächer eine Nut-Feder-Steckverbindung auszubilden. So können vorteilhafterweise in den unterschiedlichen Fächern angeordnete Alkalimetallzellen besser voneinander separiert werden. Insbesondere kann auf den Stirnseiten der, den Gehäusegrundkörperinnenraum in Fächer unterteilenden Kunststofftrennwände des Gehäusegrundkörpers mindestens ein nutförmiges und/oder federförmiges Verbindungselement ausgebildet sein, insbesondere wobei der Gehäusedeckel dazu korrespondierende Verbindungselemente zum Ausbilden einer Nut-Feder- Steckverbindung aufweist. Plug connection not covered with the insulation layer. Furthermore, the connecting elements can be designed to form a tongue-and-groove connector when the housing is closed, also between the housing cover and the plastic partitions or partition walls for dividing the interior of the housing main body into compartments. Thus, advantageously in the different compartments arranged alkali metal cells can be better separated from each other. In particular, at least one groove-shaped and / or spring-shaped connecting element may be formed on the end faces of the housing main body compartmentalized in compartments plastic partitions of the housing body, in particular wherein the housing cover has corresponding thereto connecting elements for forming a tongue and groove connector.
Weiterhin kann das Hartschalenbatteriegehäuse eine Temperiervorrichtung aufweisen. Die Temperiervorrichtung kann beispielsweise plattenförmig, zum Beispiel in Form einer Kühlplatte, ausgestaltet sein. Um die Temperiervorrichtung mit einem Temperiermedium, insbesondere Kühlmedium, zu versorgen, kann das Hartschalenbatteriegehäuse weiterhin mindestens zwei, insbesondere von Außen zugängliche, hydraulische Schnittstellen aufweisen. Furthermore, the hard shell battery housing may have a tempering device. The tempering device may for example be plate-shaped, for example in the form of a cooling plate configured. In order to supply the tempering device with a tempering medium, in particular cooling medium, the hard shell battery housing may further comprise at least two, in particular externally accessible, hydraulic interfaces.
Weiterhin kann das Hartschalenbatteriegehäuse mindestens zwei, insbesondere von Außen zugängliche, elektrische Schnittstellen (Terminals) aufweisen, über welche Alkalimetallzellen im Inneren des Gehäuses elektrisch kontaktiert werden können. Furthermore, the hard shell battery housing can have at least two, in particular externally accessible, electrical interfaces (terminals) via which alkali metal cells in the interior of the housing can be electrically contacted.
Hinsichtlich weiterer Ausführungsformen und Vorteile des erfindungsgemäßen Hartschalenbatteriegehäuses wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen galvanischen Elementen, dem erfindungsgemäßen Verfahren und den Figuren verwiesen. With regard to further embodiments and advantages of the hard shell battery housing according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the galvanic elements according to the invention, the method according to the invention and the figures.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein galvanisches Element, welches ein erfindungsgemäßes Hartschalenbatteriegehäuse umfasst. Insbesondere können dabei im Innenraum des Gehäusegrundkörpers des Hart- schalenbatteriegehäuses die Zellkomponenten von mindestens zwei Alkalimetallzellen angeordnet sein. Beispielsweise können dabei im Innenraum des Gehäusegrundkörpers des Hartschalenbatteriegehäuses mindestens zwei (Lithiumionen-)Zellwickel angeordnet sein. Another object of the present invention is a galvanic element comprising a hard shell battery housing according to the invention. In particular, the cell components of at least two alkali metal cells can be arranged in the interior of the housing base body of the hard shell battery housing. For example, in the interior of the Housing main body of the hard shell battery housing at least two (lithium ion) cell winding can be arranged.
Bei dem galvanischen Element kann es sich insbesondere um eine Batterie be- ziehungsweise um ein sogenanntes Pack oder um ein sogenanntes Modul handeln. The galvanic element may in particular be a battery or a so-called pack or a so-called module.
Bei den Alkalimetallzellen kann es sich insbesondere um Lithiumzellen handeln. Insbesondere kann es sich bei den Alkalimetallzellen um Lithiumionenzellen handeln. Im Rahmen einer Ausgestaltung sind im Innenraum desThe alkali metal cells may in particular be lithium cells. In particular, the alkali metal cells may be lithium-ion cells. As part of an embodiment are in the interior of the
Gehäusegrundkörpers mindestens zwei (Alkali-)Zellwickel angeordnet. Insbesondere können im Innenraum des Gehäusegrundkörpers mindestens zwei Lithiumionenzellwickel angeordnet sein. Housing body arranged at least two (alkali) cell winding. In particular, at least two lithium-ion cell windings can be arranged in the interior of the housing base body.
Eine als Lithiumionenzelle ausgestaltete Alkalimetallzelle kann insbesondere eine Anode aus einem so genannten Interkalationsmaterial umfassen, in welches Lithiumionen reversibel interkalierbar und deinterkalierbar ist. Beispielsweise kann die Anode einer Lithiumionenzelle ein kohlenstoff basiertes Interkalationsmaterial, wie Graphit, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren, Hardcarbons, Softcarbons und/oder Silicium-Kohlenstoff-Blends umfassen. Als Kathodenmaterial kann eine Lithiumionenzelle beispielsweise Übergangsmetalloxide mit Schichtstruktur, wie Lithium-Kobalt-Oxid (LiCo02) und/oder Lihium- Nickel-Cobalt-Manganoxid (NCM), umfassen. Weiterhin kann eine Lithiumionenzelle insbesondere mindestens ein Leitsalz, beispielsweise Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) und/oder Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4), und gegebenenfalls mindestens ein Lösungsmittel, beispielsweise Ethylencarbonat (EC) und/oder Dimethylcarbonat (DMC), umfassen. Zwischen der Anode und der Kathode kann eine Lithiumionenzelle insbesondere einen Separator umfassen. Zur elektrischen Kontaktierung der Anode und Kathode kann eine Lithiumionenzelle insbesondere elektrische Ableiterfolien umfassen. Die anodische Ableiterfolie kann beispielsweise aus Kupfer und die kathodische Ableiterfolie aus Aluminium ausgebildet sein. An alkali metal cell configured as a lithium-ion cell may in particular comprise an anode made of a so-called intercalation material, in which lithium ions are reversibly intercalatable and deintercalable. For example, the anode of a lithium-ion cell may comprise a carbon-based intercalation material, such as graphite, graphene, carbon nanotubes, hardcarbons, soft carbon and / or silicon-carbon blends. As the cathode material, a lithium ion cell may include, for example, layered transition metal oxides such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and / or lithium-nickel-cobalt-manganese oxide (NCM). Furthermore, a lithium-ion cell may in particular comprise at least one conducting salt, for example lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and / or lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and optionally at least one solvent, for example ethylene carbonate (EC) and / or dimethyl carbonate (DMC). Between the anode and the cathode, a lithium-ion cell may in particular comprise a separator. For electrically contacting the anode and cathode, a lithium-ion cell may in particular comprise electrical arrester foils. The anodic conductor foil may, for example, be made of copper and the cathodic conductor foil of aluminum.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist der Innenraum des Gehäusegrundkörpers durch eine oder mehrere darin ausgebildete Kunststofftrennwände in voneinander separierte Fächer unterteilt. Dabei können die Zellkomponenten der Alkali- metallzellen, insbesondere die (Lithiumionen-)Zellwickel, insbesondere in unterschiedlichen Fächern angeordnet sein. In one embodiment, the interior of the housing base body is divided by one or more formed therein plastic partitions in separate compartments. The cell components of the alkali metal cells, in particular the (lithium ion) cell wraps, in particular be arranged in different subjects.
Im Rahmen einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform sind die Zellkomponenten der Alkalimetallzellen, insbesondere die Lithiumionenzellwickel, jeweils getrennt voneinander in Kunststoffverpackungsfolien verpackt, wobei die in Kunststoffverpackungsfolien verpackten Zellkomponenten, insbesondere (Lithiumionen-)Zellwickel, in dem Gehäusegrundkörper angeordnet sind. In the context of another alternative or additional embodiment, the cell components of the alkali metal cells, in particular the lithium-ion cell wraps, are each packed separately in plastic packaging films, the cell components packed in plastic packaging films, in particular (lithium ion) cell wraps, being arranged in the housing base body.
Durch die Kunststoffverpackungsfolien können die Zellkomponenten, insbesondere Zellwickel, einer Alkalimetallzelle gegenüber den Zellkomponenten von benachbarten Alkalimetallzellen vorteilhafterweise, insbesondere ohne einen weiteren Verfahrensschritt, elektrisch isoliert werden. Da die elektrische Isolation durch die Kunststoffverpackungsfolien gewährleistet werden kann, können sich die Kunststoffverpackungsfolien von zwei oder mehr, jeweils getrennt voneinander verpackten Alkalimetallzellen berühren, ohne dass es zu einem Kurzschluss kommt. So kann wiederum vorteilhafterweise ein galvanisches Element mit hoher Packungsdichte bereitgestellt werden. Zudem kann durch die Kunststoffverpackungsfolien eine elektrische Isolation bezüglich einer benachbarten metallischen Dampfsperrschicht gewährleistet werden. The plastic packaging films advantageously enable the cell components, in particular cell wraps, of an alkali metal cell to be electrically insulated from the cell components of adjacent alkali metal cells, in particular without a further process step. Since the electrical insulation can be ensured by the plastic packaging films, the plastic packaging films of two or more, each separately packaged alkali metal cells can touch, without causing a short circuit. Thus, in turn, advantageously, a galvanic element with high packing density can be provided. In addition, an electrical insulation with respect to an adjacent metallic vapor barrier layer can be ensured by the plastic packaging films.
Zudem kann durch die Kunststoffverpackungsfolien ein definierter Druck auf die Zellkomponenten, insbesondere Zellwickel, aufgebracht werden, welcher vorteilhaft für eine ordnungsgemäße Funktion der Zellen sein kann. In addition, a defined pressure on the cell components, in particular cell wraps, can be applied by the plastic packaging foils, which can be advantageous for the proper functioning of the cells.
Dadurch, das die in Kunststoffverpackungsfolien verpackten Zellkomponenten in dem durch den Gehäusedeckel verschließbaren Innenraum des Gehäusegrundkörpers des Hartschalenbatteriegehäuses angeordnet sind und die Zellen nicht in der herkömmlichen offenen Modulbauweise verbaut, kann vorteilhafterweise ein Schutz vor mechanischen Einwirkungen gewährleistet werden, welcher insbesondere beim Einsatz in mobilen Anwendungen, wie in Fahrzeugen, vorteilhaft ist. Insgesamt kann durch diese Ausführungsform vorteilhafterweise auf ein metallische Gehäuse verzichtet und das Gewicht sowie die Material- und Herstellungskosten weiter minimiert werden. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfassen die Kunststoffverpackungsfolien mindestens ein polar modifiziertes, insbesondere gepfropftes, Polyolefin, beispielsweise Polypropylen, zum Beispiel Maleinsäure gepfropftes Polypropylen. Insbesondere können die Kunststoffverpackungsfolien aus mindestens einem polar modifizierten, insbesondere gepfropften, Polyolefin, bei- spielsweise Polypropylen, zum Beispiel Maleinsäure gepfropftem Polypropylen, ausgebildet sein. Because the cell components packed in plastic packaging films are arranged in the interior of the housing shell of the hard shell battery housing that can be closed by the housing cover and the cells are not installed in the conventional open modular design, it is advantageously possible to ensure protection against mechanical effects which, in particular when used in mobile applications, as in vehicles, is beneficial. Overall, this embodiment advantageously dispenses with a metallic housing and further minimizes the weight as well as the material and manufacturing costs. In a special embodiment, the plastic packaging films comprise at least one polar-modified, in particular grafted, polyolefin, for example polypropylene, for example maleic acid-grafted polypropylene. In particular, the plastic packaging films may be formed from at least one polar modified, in particular grafted, polyolefin, for example polypropylene, for example maleic acid grafted polypropylene.
Polar modifizierten Polyolefine können vorteilhafterweise eine äußerst hohe Haftung gegenüber Metallen aufweisen. So kann vorteilhafterweise eine gute Dicht- Wirkung zwischen Kunststoffverpackungsfolien und metallischenPolar modified polyolefins may advantageously have extremely high adhesion to metals. Thus, advantageously, a good sealing effect between plastic packaging films and metallic
Ableiterelementen, beispielsweise Ableiterstiften, so genannten Kollektoren, zum Beispiel aus Kupfer, Aluminium oder Nickel, erzielt werden. Conductor elements, for example, Ableiterstiften, so-called collectors, for example, made of copper, aluminum or nickel, can be achieved.
Die Zellkomponenten, insbesondere Zellwickel, der einzelnen Alkalimetallzellen können beispielsweise jeweils in Kunststoffverpackungsfolien eingeschweißt sein. For example, the cell components, in particular cell wraps, of the individual alkali metal cells can each be welded into plastic packaging foils.
Die Kunststoffverpackungsfolien können vorteilhafterweise dünn ausgestaltet werden und zum Beispiel eine Folienstärke von > 20 μηη bis < 100 μηη aufweisen. The plastic packaging films can be made advantageously thin and, for example, have a film thickness of> 20 μηη to <100 μηη.
Im Rahmen einer Ausgestaltung weist auch die Kunststoffverpackungsfolien mindestens eine Dampfsperrschicht auf. Insbesondere kann es sich dabei um die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hartschalenbatteriegehäuse erläuterten Arten von Dampfsperrschichten handeln. Die Dampfsperrschicht kann in den Kunststoff der Verpackungsfolie integriert sein und/oder die Außenseite und/oder Innenseite der Verpackungsfolie bedecken. Insofern die Kunststoffverpackungsfolie eine metallische Dampfsperrschicht aufweist, kann diese durch eine oder mehr, beispielsweise innenliegende, Isolationsschichten beziehungsweise Kunststofffolienschichten der Verpackungsfolie von den Zellekomponenten oder anderen elektrisch leitenden Komponenten elektrisch isoliert werden. Vorzugsweise erfolgt eine, beispielsweise serielle und/oder parallele, elektrische Verschaltung von zwei oder mehr Alkalimetallzellen, insbesondere zu einem Modul, im Innenraum des Hartschalenbatteriegehauses. So können vorteilhafterweise die innen liegenden elektrischen Anschlüsse geschützt werden. Within the scope of an embodiment, the plastic packaging films also have at least one vapor barrier layer. In particular, these may be the types of vapor barrier layers explained in connection with the hard shell battery housing according to the invention. The vapor barrier layer may be integrated into the plastic of the packaging film and / or cover the outside and / or inside of the packaging film. Insofar as the plastic packaging film has a metallic vapor barrier layer, it can be electrically insulated from the cell components or other electrically conductive components by one or more, for example, internal, insulating layers or plastic film layers of the packaging film. Preferably, an electrical, for example, serial and / or parallel electrical connection of two or more alkali metal cells, in particular to a module, takes place in the interior of the hard shell battery housing. Thus, advantageously, the internal electrical connections can be protected.
Eine elektrische Kontaktierung der im Innenraum verschalteten Zellen kann insbesondere über die mindestens zwei, insbesondere von Außen zugänglichen, elektrischen Schnittstellen (Terminals) erfolgen. Insgesamt kann so die Zahl der Anschlüsse auf wenige, beispielsweise für Strom, Steuerung/Diagnose und Temperierung reduziert werden, was das galvanische Element zu einer funktionellen Einheit macht. Dies wirkt sich unter anderem auch vereinfachend auf die Montage aus, beispielsweise indem weniger Arbeitsschritte im Hochvoltbereich durchgeführt werden müssen. Durch eine Optimierung Anschlüssen kann zudem vorteilhafterweise die Dampfdichtigkeit des Hartschalenbatteriegehauses weiter verbessert werden. An electrical contacting of the cells interconnected in the interior can take place in particular via the at least two, in particular externally accessible, electrical interfaces (terminals). Overall, the number of connections can thus be reduced to a few, for example for power, control / diagnosis and temperature control, which makes the galvanic element a functional unit. This also has a simplifying effect on the assembly, for example, in that fewer work steps in the high-voltage range must be carried out. By optimizing connections, moreover, advantageously, the vapor-tightness of the hard-shell battery housing can be further improved.
Hinsichtlich weiterer Ausführungsformen und Vorteile der erfindungsgemäßen galvanischen Elemente wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hartschalenbatteriegehäuse, dem erfindungsgemäßen Verfahren und den Figuren verwiesen. With regard to further embodiments and advantages of the galvanic elements according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the hard-shell battery housing according to the invention, the method according to the invention and the figures.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: A further subject of the present invention is a process for producing a galvanic element according to the invention, which comprises the following process steps:
a) Ausbilden/Bereitstellen eines Gehäusegrundkörpers mit einem Innenraum zur Aufnahme der Zellkomponenten von mindestens zwei Alkalimetallzelle aus Kunststoff und gegebenenfalls eines Gehäusedeckels zum Verschließen des Innenraums des Gehäusegrundkörpers aus Kunststoff, a) forming / providing a housing base body with an inner space for receiving the cell components of at least two alkali metal cells made of plastic and optionally a housing cover for closing the interior of the housing base body made of plastic,
b) Einbringen der Zellkomponenten von mindestens zwei Alkalimetallzellen, insbesondere mindestens eines (Lithiumionen-)Zellwickels, in den Innenraum des Gehäusegrundkörpers, und b) introducing the cell components of at least two alkali metal cells, in particular at least one (lithium ion) cell coil, into the interior of the housing base body, and
c) Verschließen, insbesondere luftdichtes Verschließen, des Innenraums des Gehäusegrundkörpers mit dem Gehäusedeckel, c) closing, in particular airtight closing, of the interior of the housing base body with the housing cover,
wobei in Verfahrensschritt a) und/oder in einem nach Verfahrensschritt c) erfolgenden Verfahrensschritt d) der Kunststoff des Gehäusegrundkörpers oder der Kunststoff des Gehäusegrundkörpers und des Gehäusedeckels, beispielsweise durch eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläuterte Auftragtechnik, mit mindestens einer Dampfsperrschicht versehen beziehungsweise beschichtet wird, und/oder wherein in process step a) and / or in a process step c) taking place process step d) of the plastic of the housing body or the Plastic of the housing body and the housing cover, for example, provided by a in the process of the invention explained application technique, provided with at least one vapor barrier layer or coated, and / or
wobei in Verfahrensschritt a) mindestens eine Dampfsperrschicht in den Kunststoff des Gehäusegrundkörpers oder in den Kunststoff des Gehäusegrundkörpers und des Gehäusedeckels integriert wird. wherein in process step a) at least one vapor barrier layer is integrated in the plastic of the housing base body or in the plastic of the housing base body and of the housing cover.
Zwischen den Verfahrensschritten c) und d) kann das Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt c1 ) stoffschlüssiges Verbinden, insbesondere durch Schweißen, beispielsweise Plasmaschweißen, des Gehäusedeckels mit dem Gehäusegrundkörper. Insbesondere kann dabei eine durchgängiger, insbesondere lückenloser und/oder umlaufender, stoffschlüssiger Verbindungsbereich, beispielsweise in Form einer umlaufenden Schweißnaht, geschaffen werden. So kann vorteilhafterweise die Dampfdichtigkeit weiter verbessert werden. Bei einem nachfolgenden Verfahrensschritt d) kann der stoffschlüssige Verbindungsbereich vorteilhafterweise ebenfalls mit der mindestens einen Dampfsperrschicht beschichtet werden. Um die Haftung einer Dampfsperrschicht auf dem Kunststoff desBetween the method steps c) and d), the method may further the method step c1) cohesive bonding, in particular by welding, for example plasma welding, the housing cover to the housing base body. In particular, a continuous, in particular seamless and / or circumferential, material-bonded connection region, for example in the form of a circumferential weld, can be created. Thus, advantageously, the vapor-tightness can be further improved. In a subsequent method step d), the cohesive connection region can advantageously also be coated with the at least one vapor barrier layer. To the adhesion of a vapor barrier layer on the plastic of the
Gehäusegrundkörpers und Gehäusedeckels zu verbessern, kann es vorteilhaft sein die Kunststoffoberfläche des Gehäusegrundkörpers und Gehäusedeckels vor dem Aufbringen der Dampfsperrschicht einer Plasma- und/oder Korona- Behandlung zu unterziehen. To improve the housing base body and housing cover, it may be advantageous to subject the plastic surface of the housing base body and housing cover before applying the vapor barrier layer of a plasma and / or Korona treatment.
Im Rahmen einer Ausgestaltung wird in Verfahrensschritt a) der Innenraum des Gehäusegrundkörpers durch Ausbilden von einer oder mehreren Kunststofftrennwände in voneinander separierte Fächer unterteilt. Dabei können in Verfahrensschritt b) die Zellkomponenten von zwei oder mehr Alkalimetallzellen, insbe- sondere zwei oder mehr (Lithiumionen-)Zellwickel, in unterschiedlichen Fächern eingebracht werden. Within the scope of an embodiment, in step a) the interior of the housing base is subdivided into separate compartments by forming one or more plastic partitions. In this case, in process step b), the cell components of two or more alkali metal cells, in particular two or more (lithium ion) cell coils, can be introduced in different compartments.
Im Rahmen einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung werden in Verfahrensschritt b) zwei oder mehr Alkalimetallzellen in den Innenraum des Gehäusegrundkörpers eingebracht, deren Zellkomponenten, insbesondere Zell- wickel, jeweils getrennt voneinander in Kunststoffverpackungsfolien verpackt sind. In another alternative or additional embodiment, in process step b), two or more alkali metal cells are introduced into the interior of the housing base body, the cell components thereof, in particular the cell components. Wickel, each separately packaged in plastic packaging films.
Im Rahmen einer Ausgestaltung hiervon erfolgt das Verpacken der Zellkomponenten einer Alkalimetallzelle, insbesondere eines Zellwickels, dadurch, dass die Zellkomponenten einer Alkalimetallzelle, insbesondere ein Zellwickel, von einer Kunststoffverpackungsfolie ummantelt werden und deren Öffnungen anschließend, beispielsweise durch Schweißen, verschlossen werden. Insbesondere können die Zellkomponenten einer Alkalimetallzelle, insbesondere ein Zellwickel, in eine taschenförmig ausgestaltete Kunststoffverpackungsfolie eingebracht werden, deren Öffnung anschließend, beispielsweise durch Schweißen, verschlossen wird. Within the scope of an embodiment of this, the packaging of the cell components of an alkali metal cell, in particular of a cell coil, takes place in that the cell components of an alkali metal cell, in particular a cell coil, are encased by a plastic packaging film and their openings are subsequently closed, for example by welding. In particular, the cell components of an alkali metal cell, in particular a cell coil, can be introduced into a pocket-shaped plastic packaging film whose opening is then closed, for example by welding.
Zur elektrischen Kontaktierung der Zellkomponenten einer Alkalimetallzelle kann die Alkalimetallzelle insbesondere elektrische Ableiterelemente umfassen. Diese können beispielsweise in Form von Ableiterfolien, Ableiterstiften (Kollektoren), Ableiterkabeln und Ableiterblechen ausgebildet sein. For electrically contacting the cell components of an alkali metal cell, the alkali metal cell may in particular comprise electrical arrester elements. These may be formed, for example, in the form of arrester foils, arrester pins (collectors), arrester cables and arrester plates.
Bei einem Zellwickel können beispielsweise in die Wicklung integrierte elektrische Ableiterfolien dadurch elektrisch kontaktiert werden, dass zwei elektrische Ableiterstifte (Kollektoren) an Positionen in den Zellwickel eingesteckt werden, an denen diese jeweils eine der Ableiterfolien (kathodische beziehungsweise anodische Ableiterfolie) elektrisch kontaktieren. Die Ableiterstifte (Kollektoren) können insbesondere jeweils aus dem gleichen Material ausgebildet sein, wie die damit zu kontaktierende Ableiterfolie. Zum Beispiel kann eine kathodische Ableiterfolie aus Aluminium mit einem Ableiterstift (Kollektoren) aus Aluminium und eine anodische Ableiterfolie aus Kupfer mit einem Ableiterstift (Kollektoren) aus Kupfer elektrisch kontaktiert werden. Die Einsteckrichtung der Ableiterstifte (Kollektoren) kann dabei beispielsweise parallel zur Wicklungsachse sein. In a cell winding, for example, electrical arrester foils integrated into the winding can be electrically contacted by inserting two electrical arrester pins (collectors) at positions in the cell winding, where they respectively electrically contact one of the arrester foils (cathodic or anodic conductor foil). In particular, the arrester pins (collectors) can each be formed from the same material as the arrester foil to be contacted therewith. For example, an aluminum cathodic lead foil may be electrically contacted with a drain pin (collectors) made of aluminum and an anode lead foil made of copper with a copper arrester pin (collectors). The insertion of the Ableiterstifte (collectors) can be, for example, parallel to the winding axis.
Das Einstecken der Ableiterstifte (Kollektoren) kann grundsätzlich sowohl vor als auch nach dem Verpacken der Zellkomponenten einer Alkalimetallzelle, insbesondere eines Zellwickels, in einer Kunststoffverpackungsfolie erfolgen. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes galvanisches Element. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mobiles oder stationäres System, beispielsweise ein Fahrzeug, welches mindestens ein erfindungsgemäßes galvanisches Element umfasst. The insertion of the arrester pins (collectors) can in principle be carried out both before and after the packaging of the cell components of an alkali metal cell, in particular a cell coil, in a plastic packaging film. Another object of the present invention is a galvanic element produced by a method according to the invention. Another object of the present invention is a mobile or stationary system, for example a vehicle, which comprises at least one inventive galvanic element.
Hinsichtlich weiterer Ausführungsformen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, des damit hergestellten galvanischen Elements und des erfindungsgemäßen mobilen oder stationären Systems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hartschalenbatteriege- häuse, dem erfindungsgemäßen galvanischen Element, dem erfindungsgemäßen Verfahren und den Figuren verwiesen. With regard to further embodiments and advantages of the method according to the invention, the galvanic element and the mobile or stationary system according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the hard shell battery housing according to the invention, the galvanic element according to the invention, the method according to the invention and the figures.
Zeichnungen und Beispiele Drawings and examples
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen Further advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it
Fig. 1 a eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hartschalenmodulgehäuses und galvanischen Elements für beziehungsweise mit sechs seriell verschal- teten Alkalimetallzellen; 1 a shows a schematic perspective view of an embodiment of a hardshell module housing according to the invention and galvanic element for or with six series-connected alkali metal cells;
Fig. 1 b eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hartschalenmodulgehäuses und galvanischen Elements für beziehungsweise mit sechs parallel verschalteten Alkalimetallzellen;  1 b shows a schematic perspective view of a further embodiment of a hardshell module housing according to the invention and a galvanic element for or with six alkali metal cells connected in parallel;
Fig. 2a-8 schematische Ansichten zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches zur Herstellung der in Fig. 1 a und 1 b gezeigten Hartschalenmodulgehäuses beziehungsweise galvanischen Elemente ausgelegt ist; 2a-8 are schematic views for illustrating an embodiment of the method according to the invention, which is designed for the production of the hard shell module housing or galvanic elements shown in Figure 1 a and 1 b ..;
Fig. 9 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hartschalenbatteriegehäuses, in welche der Gehäusegrundkörperinnenraum durch Trennwände in vonei- nander separierte Fächer zur Aufnahme jeweils eines Zellwickels unterteilt ist; 9 is a schematic perspective view of an embodiment of the hard shell battery housing according to the invention, into which the housing main body interior by partition walls in inei- nander separated compartments is divided for receiving a cell coil;
Fig. 10 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hartschalenbatteriegehäuses, in welche der Gehäusegrundkörper und der Gehäusedeckel mit Verbindungselementen zur Ausbildung einer Nut-Feder-Steckverbindung zum luftdichten Verschließen des Gehäuses ausgestattet sind.  10 is a schematic cross section through an embodiment of the hard shell battery housing according to the invention, in which the housing base body and the housing cover are equipped with connecting elements for forming a tongue and groove connector for airtight sealing of the housing.
Figur 1 a zeigt ein galvanisches Element, insbesondere Modul, 10 mit einem Hartschalenmodulgehäuse 10, durch welches die Zellkomponenten von sechs seriell verschalteten Alkalimetallzellen vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Bei den Alkalimetallzellen kann es sich insbesondere um eine Lithiumionenzelle handeln. Die Zellkomponenten der Alkalimetallzellen können dabei insbesondere in Form von Zellwickeln ausgebildet sein. FIG. 1a shows a galvanic element, in particular module 10, with a hardshell module housing 10, by which the cell components of six series-connected alkali metal cells are protected from environmental influences. The alkali metal cells may in particular be a lithium-ion cell. The cell components of the alkali metal cells may be formed in particular in the form of cell coils.
Figur 1 b zeigt ein ähnliches Modul 10, welches sich von dem in Figur 1 a gezeigten Modul 10 dadurch unterscheidet, dass die Zellen anstatt seriell, parallel verschaltet sind und daher die elektrischen Schnittstellen (Terminals) 15,16 in anderen Positionen ausgebildet sind. Bei den Alkalimetallzellen kann es sich auch hierbei um Lithiumionenzellen handeln. Die Zellkomponenten der Alkalimetallzelle können dabei ebenfalls insbesondere in Form von Zellwickeln ausgebildet sein. FIG. 1b shows a similar module 10, which differs from the module 10 shown in FIG. 1a in that the cells are connected in parallel instead of in series, and therefore the electrical interfaces (terminals) 15, 16 are formed in other positions. The alkali metal cells may also be lithium-ion cells. The cell components of the alkali metal cell may also be formed in particular in the form of cell wraps.
Die Figuren 1 a und 1 b veranschaulichen, dass die Hartschalenmodulgehäuse ei- nen Gehäusegrundkörper 12 mit einem Innenraum (nicht dargestellt) zur Aufnahme der Zellkomponenten der Alkalimetallzellen und einen Gehäusedeckel 13 zum Verschließen des Innenraums des Gehäusegrundkörpers 12 aufweisen. Dabei sind die Gehäusegrundkörper 12 und Gehäusedeckel 13 im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet. Die im gezeigten geschlossenen Zustand der Ge- häuse außen liegenden Flächen der Gehäusegrundkörper 12 undFIGS. 1 a and 1 b illustrate that the hard-shell module housings have a housing base body 12 with an interior space (not shown) for receiving the cell components of the alkali metal cells and a housing cover 13 for closing the interior of the housing base body 12. The housing base body 12 and the housing cover 13 are essentially made of plastic. The surfaces of the housing base body 12 and outer surfaces lying in the closed state of the housing shown in FIG
Gehäusedeckel 13 sind dabei jeweils im Wesentlichen vollständig mit einer Dampfsperrschicht 14 bedeckt, welche nach dem Einbringen der Zellkomponenten in die Innenräume der Gehäusegrundkörper 12 und nach dem Verschließen des Innenräume der Gehäusegrundkörper 12 mit den Gehäusedeckeln 13 auf den Kunststoff der Gehäusegrundkörper 12 und Gehäusedeckel 13 durch eineHousing cover 13 are each substantially completely covered with a vapor barrier layer 14, which after the introduction of the cell components in the interiors of the housing base body 12 and after closing the interiors of the housing base body 12 with the housing covers 13 on the plastic of the housing base body 12 and housing cover 13 by a
Auftragtechnik aufgebracht wurde. Da die Fügestellen zwischen Gehäusegrundkörpern 12 und Gehäusedeckeln 13 unter den Dampfsperrschichten 14 liegen sind diese durch gestrichelte Linien angedeutet. Application technique was applied. Since the joints between Housing bases 12 and housing covers 13 are below the vapor barrier layers 14, these are indicated by dashed lines.
Unter einer im Wesentlichen vollständigen Bedeckung der im geschlossenen Zu- stand außen liegenden Flächen des Gehäusegrundkörpers 12 und desUnder a substantially complete coverage of the surfaces of the housing base body 12 and the outer surface lying in the closed state
Gehäusedeckels 13 mit einer Schicht kann dabei verstanden werden, dass Flächenabschnitte des Gehäusegrundkörpers 12 und des Gehäusedeckels 13, welche beim Sprühvorgang bereits durch andere Bauteile, beispielsweise Unterlegscheiben, abgedeckt sind unbeschichtet verbleiben können. Ein Eindringen von Feuchtigkeit kann nämlich auch in diesem Fall gewährleistet werden, da zum Einen die abdeckenden Bauteile einen dampfsperrenden Effekt aufweisen können und zum Anderen die abdeckenden Bauteile auch ohne selbst einen dampfsperrenden Effekt aufzuweisen durch das nachträgliche Auftragen ebenfalls mit der Dampfsperrschicht 14 und damit mit einem dampfsperrenden Effekt versehen werden können. Housing cover 13 with a layer can be understood that surface portions of the housing base body 12 and the housing cover 13, which are already covered by other components, such as washers, covered uncovered during spraying. A penetration of moisture can in fact be ensured in this case, since on the one hand, the covering components may have a vapor-blocking effect and on the other hand have the covering components without even a vapor barrier effect by the subsequent application also with the vapor barrier layer 14 and thus with a steam-blocking effect can be provided.
Die Figuren 2a bis 8 veranschaulichen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches zur Herstellung des in den Figuren 1 a und 1 b gezeigten Hartschalenmodulgehäuses beziehungsweise Moduls ausgelegt ist. Figures 2a to 8 illustrate an embodiment of the method according to the invention, which is designed for the production of the hard shell module housing or module shown in Figures 1 a and 1 b.
Figur 2a zeigt, dass ein Zellwickel 30, beispielsweise ein Lithiumionenzellwickel, bereitgestellt wird, welcher eine zur unteren Blattkante senkrechte Umwicklungsachse aufweist und derart gewickelt ist, dass sowohl die anodische Ableiterfolie 31 aus Kupfer als auch die kathodische Ableiterfolie 32 aus Aluminium von Au- ßen zugänglich ist. Der Zellwickel 30 wird durch eine Folie 33 aus einem elektrisch isolierenden Material zusammengehalten. FIG. 2a shows that a cell coil 30, for example a lithium-ion cell coil, is provided, which has a winding axis perpendicular to the lower edge of the sheet and is wound in such a way that both the copper anodic drain sheet 31 and the outer aluminum cathodic drain sheet 32 are accessible from the outside is. The cell coil 30 is held together by a foil 33 of an electrically insulating material.
Figur 2b zeigt Ableitungselementen 5,6 zur elektrischen Kontaktierung der anodischen 31 und kathodischen 32 Ableiterfolie des in Figur 2a gezeigten Zell- Wickels 30, welche als Ableiterstifte (Kollektoren) 5,6 zur elektrischen Kontaktierung der Ableiterfolien 31 ,32 innerhalb des Gehäuses ausgebildet sind. FIG. 2b shows derivation elements 5, 6 for electrical contacting of the anodic 31 and cathodic 32 arrester foil of the cell coil 30 shown in FIG. 2a, which are designed as arrester pins (collectors) 5, 6 for electrical contacting of the arrester foils 31, 32 within the housing.
Figur 3 zeigt, dass die in Figur 2b gezeigten Ableiterelemente 5,6 in den in Figur 2a gezeigten Zellwickel 30 derart eingesteckt werden können, dass ein Ableiterstift (Kollektor) 5 die anodische Ableiterfolie und der andere AbleiterstiftFIG. 3 shows that the arrester elements 5, 6 shown in FIG. 2 b can be plugged into the cell winding 30 shown in FIG. 2 a such that one arrester pin (collector) 5, the anodic arrester foil and the other arrester pin
(Kollektor) 6 die kathodische Ableiterfolie elektrisch kontaktiert. Figur 4 veranschaulicht, dass die in Figur 3 gezeigte Anordnung in eine taschen- förmig ausgestaltete Kunststoffverpackungsfolie 17 eingebracht wird. Figur 5 illustriert, dass nach dem Einbringen der in Figur 3 gezeigten Anordnung in die taschenförmig ausgestaltete Kunststoffverpackungsfolie 17 die Ableiterstifte (Kollektoren) 5,6 teilweise aus der Kunststofffolientasche 17 herausragen. Die Öffnung der Kunststofffolientasche 17 kann anschließen beispielsweise verschweißt werden. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso möglich zunächst den Zellwickel 30 in die Kunststofffolientasche 17 einzubringen und diese zu verschließen und danach erst die Ableiterstifte (Kollektoren) 5,6 in den Zellwickel einzustecken. Hierfür ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Kunststofffolientasche 17 aus einem durchsichtigen Material ausgebildet ist. Als Material für die Kunststofffolientasche 17 ist insbesondere Maleinsäure gepfropftes Polypropylen geeignet, da diese gut an den metallischen Ableiterstiften (Kollektoren) 5,6 haftet und somit eine gute Dichtwirkung erzielt werden kann. (Collector) 6 electrically contacts the cathodic arrester foil. FIG. 4 illustrates that the arrangement shown in FIG. 3 is introduced into a pocket-shaped plastic packaging film 17. FIG. 5 illustrates that after the introduction of the arrangement shown in FIG. 3 into the pocket-shaped plastic packaging film 17, the arrester pins (collectors) 5, 6 partially protrude from the plastic film pocket 17. The opening of the plastic film bag 17 can then be welded, for example. In principle, however, it is also possible first to introduce the cell coil 30 into the plastic film pocket 17 and to close it and then insert the diverter pins (collectors) 5, 6 into the cell coil. For this purpose, it is particularly advantageous if the plastic film bag 17 is formed of a transparent material. As the material for the plastic film bag 17, in particular maleic acid grafted polypropylene is suitable because it adheres well to the metallic Ableiterstiften (collectors) 5,6 and thus a good sealing effect can be achieved.
Die Figuren 6a und 6b veranschaulichen, dass sechs derartig in Kunststoffverpackungsfolien 17 verpackte Zellwickel 30 in einen Gehäusegrundkörper 12 einge- bracht wurden, wobei die in Figur 6a gezeigten Zellwickel 30 seriell und die in Figur 6b gezeigten Zellwickel 30 parallel verschaltet 18 und mit elektrischen Schnittstellen (Terminals) 15,16 ausgestattet wurden. FIGS. 6a and 6b illustrate that six cell wraps 30 so packed in plastic packaging films 17 were introduced into a housing base body 12, wherein the cell wraps 30 shown in FIG. 6a are connected in series and the cell wraps 30 shown in FIG. 6b are connected in parallel and with electrical interfaces (FIG. Terminals) 15,16 were equipped.
Die Figuren 7a und 7b zeigen, dass nach dem Verschließen der Innenräume der Gehäusegrundkörper 12 mit Gehäusedeckeln 13 die elektrischen SchnittstellenFigures 7a and 7b show that after closing the interiors of the housing base body 12 with housing covers 13, the electrical interfaces
(Terminals) 15,16 von Außen zugänglich sind. Die Ableiterstifte (Kollektoren) 5,6 sowie deren elektrische Verschaltung sind jedoch im Gehäuseinnenraum geschützt angeordnet. Die Figuren 12a und 12b illustrieren weiterhin, dass in Abhängigkeit von der Art der Verschaltung die Position der elektrischen Schnittstel- len (Terminals) 15,16 variieren kann. (Terminals) 15,16 are accessible from outside. The Ableiterstifte (collectors) 5,6 and their electrical interconnection are arranged protected inside the housing. FIGS. 12a and 12b further illustrate that, depending on the type of interconnection, the position of the electrical interfaces (terminals) 15, 16 can vary.
Figur 8 veranschaulicht, dass nach dem Verschließen des Gehäuses, die äußeren Flächen des Gehäusegrundkörpers 12 und des Gehäusedeckels 13 sowie die Fügestelle und gegebenenfalls dazu benachbarte Bauteile durch eine Auftragtechnik, welche hier aus Veranschaulichungsgründen als Sprühtechnik dargestellt ist, mit einer Dampfsperrschicht 14 versehen werden. Bei einer, beispielsweise in Figur 10 gezeigten, verzahnten Ausgestaltung des Gehäusegrundkörpers 12 und des Gehäusedeckels 13 kann der Innenraum des Gehäusegrundkörpers 12 bereits durch Zusammenfügen der beiden Gehäusebauteile luftdicht verschlossen werden. Es ist jedoch ebenso möglich den Gehäusegrundkörper 12 und den Gehäusedeckel 13 miteinander zu verschweißen, beispielsweise durch Plasmaschweißen, oder zu verkleben. FIG. 8 illustrates that after closing the housing, the outer surfaces of the housing base body 12 and the housing cover 13 as well as the joint and possibly adjacent components are provided with a vapor barrier layer 14 by a coating technique, which is shown here for illustration purposes as a spraying technique. In one, for example, in Figure 10 shown, toothed configuration of the housing base body 12 and the housing cover 13, the interior of the housing base 12 can be hermetically sealed by joining the two housing components. However, it is also possible the housing base body 12 and the housing cover 13 to be welded together, for example by plasma welding, or to glue.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Hartschalenmodulgehäuses, in welche der Innenraum des Gehäusegrundkörpers 12 durch Trennwände 19 in voneinander separierte Fächer F unterteilt ist, welche jeweils einen Zellwickel 30 aufnehmen. FIG. 9 shows a further embodiment of a hardshell module housing, into which the interior of the housing base body 12 is divided by partition walls 19 into compartments F which are separated from one another and which each accommodate a cell coil 30.
Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Hartschalenmodulgehäuses, in welcher der Gehäusegrundkörper 12 und der Gehäusedeckel 13 mit Verbindungselementen Z zur Ausbildung einer Nut-Feder-Steckverbindung zum luftdichten Verschließen des Gehäuses ausgestattet sind. Dabei umlaufen die Verbindungselemente Z vorzugsweise die Innenraumöffnung des Gehäusegrundkörpers 12. Die Verbindungselemente Z sind dabei ebenfalls zu- mindest teilweise derart mit der Dampfsperrschicht 14 bedeckt, dass beim Ausbilden der Steckverbindung die Dampfsperrschichten 14 der Verbindungselemente Z des Gehäusegrundkörpers 12 und des Gehäusedeckels 13 aneinander anliegen. So kann vorteilhafterweise eine besonders gute Dichtwirkung erzielt werden. FIG. 10 shows a further embodiment of a hard-shell module housing in which the housing base body 12 and the housing cover 13 are equipped with connecting elements Z for forming a tongue-and-groove connector for airtight sealing of the housing. In this case, the connecting elements Z preferably also circulate the interior opening of the housing base body 12. The connecting elements Z are also at least partially covered with the vapor barrier layer 14 so that the vapor barrier layers 14 of the connecting elements Z of the housing base body 12 and the housing cover 13 abut each other when forming the connector. Thus, advantageously, a particularly good sealing effect can be achieved.

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Hartschalenbatteriegehäuse für ein mindestens zwei Alkalimetallzellen umfassendes galvanisches Element (10), umfassend 1 . Hard-shell battery housing for a galvanic element (10) comprising at least two alkaline metal cells
- einen Gehäusegrundkörper (12) mit einem Innenraum zur Aufnahme der Zellkomponenten (30) von mindestens zwei Alkalimetallzellen, und - a housing base body (12) with an interior for accommodating the cell components (30) of at least two alkali metal cells, and
- einen Gehäusedeckel (13) zum Verschließen des Innenraums des Gehäusegrundkörpers (12), - a housing cover (13) for closing the interior of the housing base body (12),
wobei der Gehäusegrundkörper (12) zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet ist und mindestens eine Dampfsperrschicht (14) umfasst. wherein the housing base body (12) is at least essentially made of plastic and comprises at least one vapor barrier layer (14).
2. Hartschalenbatteriegehäuse nach Anspruch 1 , wobei die Alkalimetallzellen Lithiumionenzellen sind. 2. Hard-shell battery housing according to claim 1, wherein the alkali metal cells are lithium ion cells.
3. Hartschalenbatteriegehäuse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gehäusegrundkörper (12) und der Gehäusedeckel (13) zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff ausgebildet sind, 3. Hard-shell battery housing according to claim 1 or 2, wherein the housing base body (12) and the housing cover (13) are at least essentially made of plastic,
wobei der Gehäusegrundkörper (12) und der Gehäusedeckel (13) mindestens eine Dampfsperrschicht (14) umfassen. wherein the housing base body (12) and the housing cover (13) comprise at least one vapor barrier layer (14).
4. Hartschalengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der4. Hard-shell housing according to one of claims 1 to 3, wherein the
Gehäusegrundkörper (12) oder der Gehäusegrundkörper und der Gehäusedeckel (13) zumindest im Wesentlichen aus einem Kunststoff ausgebildet sind, welcher mindestens ein Polymer umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyphenylensulfiden und Kombinationen davon. Housing base body (12) or the housing base body and the housing cover (13) are at least essentially formed from a plastic which comprises at least one polymer which is selected from the group consisting of polyolefins, polyphenylene sulfides and combinations thereof.
5. Hartschalenbatteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Hard-shell battery housing according to one of claims 1 to 4,
wobei zumindest die im geschlossenen Zustand des Gehäuses innen liegenden Flächen des Gehäusegrundkörpers (12) oder des Gehäusegrundkörpers (12) und des Gehäusedeckels (13) mit einer Dampfsperrschicht (14) bedeckt sind, und/oder wobei zumindest die im geschlossenen Zustand des Gehäuses außen liegenden Flächen des Gehäusegrundkörpers (12) oder des Gehäusegrundkörpers (12) und des Gehäusedeckels (13) mit einer Dampfsperrschicht (14) bedeckt sind, und/oder wherein at least the inner surfaces of the housing base body (12) or the housing base body (12) and the housing cover (13) when the housing is closed are covered with a vapor barrier layer (14), and/or wherein at least the surfaces of the housing base body (12) or of the housing base body (12) and the housing cover (13) that lie on the outside when the housing is closed are covered with a vapor barrier layer (14), and/or
wobei die Dampfsperrschicht (14) in den Kunststoff des Gehäusegrundkörpers (12) oder des Gehäusegrundkörpers (12) und des Gehäusedeckels (13) integriert ist, wobei die Dampfsperrschicht (14) derart in den Kunststoff des Gehäusegrundkörpers (12) beziehungsweise des Gehäusedeckels (13) integriert ist, dass die Dampfsperrschicht (14) den Gehäuseinnenraum im geschlossenen Zustand des Gehäuses im Wesentlichen vollständig umgibt. wherein the vapor barrier layer (14) is integrated into the plastic of the housing base body (12) or the housing base body (12) and the housing cover (13), the vapor barrier layer (14) being integrated into the plastic of the housing base body (12) or the housing cover (13). is integrated that the vapor barrier layer (14) essentially completely surrounds the housing interior when the housing is closed.
6. Hartschalenbatteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dampfsperrschicht direkt auf das Material des Gehäusegrundkörpers (12) oder des Gehäusegrundkörpers (12) und des Gehäusedeckels (13) aufgebracht ist. 6. Hard-shell battery housing according to one of claims 1 to 5, wherein the vapor barrier layer is applied directly to the material of the housing base body (12) or the housing base body (12) and the housing cover (13).
7. Hartschalenbatteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dampfsperrschicht eine metallische, organische, polymere oder gläserne Schicht ist. 7. Hard-shell battery housing according to one of claims 1 to 6, wherein the vapor barrier layer is a metallic, organic, polymeric or glass layer.
8. Hartschalenbatteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Dampfsperrschicht durch Aufdampfen, durch Sputtern, durch galvanisches Beschichten oder durch Sprühen oder durch Tauchen, insbesondere durch Aufdampfen, durch Sputtern oder durch galvanisches Beschichten, aufgebracht ist. 8. Hard-shell battery housing according to one of claims 1 to 7, wherein the vapor barrier layer is applied by vapor deposition, by sputtering, by galvanic coating or by spraying or by dipping, in particular by vapor deposition, by sputtering or by galvanic coating.
9. Hartschalenbatteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Dampfsperrschicht eine metallische Schicht ist, insbesondere wobei die Dampfsperrschicht Aluminium und/oder Chrom und/oder Silicium umfasst. 9. Hard-shell battery housing according to one of claims 1 to 8, wherein the vapor barrier layer is a metallic layer, in particular wherein the vapor barrier layer comprises aluminum and / or chromium and / or silicon.
10. Hartschalenbatteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Innenraum des Gehäusegrundkörpers (12) durch eine oder mehrere darin ausgebildete Kunststofftrennwände (19) in voneinander separierte Fächer (F) unterteilt ist, wobei die Fächer (F) jeweils zur Aufnahme der Zellkompo- nenten (30) einer Alkalimetallzelle, insbesondere eines (Lithiumionen- )Zellwickels, ausgelegt sind. 10. Hard-shell battery housing according to one of claims 1 to 9, wherein the interior of the housing base body (12) is divided into compartments (F) separated from one another by one or more plastic partitions (19) formed therein, the compartments (F) each being used to accommodate the cell components - nents (30) of an alkali metal cell, in particular a (lithium ion) cell coil, are designed.
1 . Hartschalenbatteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Gehäusegrundkörper 1 . Hard-shell battery housing according to one of claims 1 to 10, wherein the housing base body
(12) und der Gehäusedeckel (12) and the housing cover
(13) Verbindungselemente (Z) aufweisen, welche dazu ausgelegt sind beim Verschließen des Gehäuses eine Nut-Feder-Steckverbindung auszubilden, (13) have connecting elements (Z) which are designed to form a tongue-and-groove plug connection when closing the housing,
insbesondere wobei die Verbindungselemente (Z) zum Ausbilden der Nut- Feder-Steckverbindung die Innenraumöffnung des Gehäusegrundkörpers (12) umlaufen, in particular, the connecting elements (Z) for forming the tongue-and-groove plug connection run around the interior opening of the housing base body (12),
insbesondere wobei die Verbindungselemente (Z) zum Ausbilden der Nut- Feder-Steckverbindung mit der Dampfsperrschicht (14) bedeckt beziehungsweise mit einer darin integrierten Dampfsperrschicht in particular, the connecting elements (Z) for forming the tongue-and-groove plug connection are covered with the vapor barrier layer (14) or with a vapor barrier layer integrated therein
(14) versehen sind. (14) are provided.
2. Galvanisches Element, umfassend ein Hartschalenbatteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei im Innenraum des Gehäusegrundkörpers (12) des Hartschalenbatteriegehäuses die Zellkomponenten (30) von mindestens zwei Alkalimetallzellen, insbesondere mindestens zwei (Lithiumionen-)Zellwickel, angeordnet sind. 2. Galvanic element, comprising a hard-shell battery housing according to one of claims 1 to 1 1, wherein the cell components (30) of at least two alkali metal cells, in particular at least two (lithium ion) cell coils, are arranged in the interior of the housing base body (12) of the hard-shell battery housing.
3. Galvanisches Element nach Anspruch 12, 3. Galvanic element according to claim 12,
wobei der Innenraum des Gehäusegrundkörpers (12) durch eine oder mehrere darin ausgebildete Kunststofftrennwände (19) in voneinander separierte Fächer (F) unterteilt ist, wherein the interior of the housing base body (12) is divided into compartments (F) separated from one another by one or more plastic partitions (19) formed therein,
wobei die Zellkomponenten (30) der Alkalimetallzellen, insbesondere die (Lithiumionen-)Zellwickel, in unterschiedlichen Fächern (F) angeordnet sind. wherein the cell components (30) of the alkali metal cells, in particular the (lithium ion) cell coils, are arranged in different compartments (F).
4. Galvanisches Element nach Anspruch 12 oder 13, 4. Galvanic element according to claim 12 or 13,
wobei die Zellkomponenten (30) der Alkalimetallzellen, insbesondere die Lithiumionenzellwickel, jeweils getrennt voneinander in Kunststoffverpackungsfolien (17) verpackt sind, wherein the cell components (30) of the alkali metal cells, in particular the lithium ion cell coils, are each packaged separately from one another in plastic packaging films (17),
wobei die in Kunststoffverpackungsfolien (17) verpackten Zellkomponenten (30) der Alkalimetallzellen, insbesondere (Lithiumionen-)Zellwickel, in dem Gehäusegrundkörper (12) angeordnet sind, insbesondere wobei die Kunststoffverpackungsfolien (17) mindestens ein polar modifiziertes, insbesondere gepfropftes, Polyolefin, insbesondere Maleinsäure gepfropftes Polypropylen, umfasst, wherein the cell components (30) of the alkali metal cells, in particular (lithium ion) cell coils, packaged in plastic packaging films (17) are arranged in the housing base body (12), in particular, the plastic packaging films (17) comprising at least one polar modified, in particular grafted, polyolefin, in particular polypropylene grafted with maleic acid,
insbesondere wobei die Kunststoffverpackungsfolien (17) ebenfalls eine Dampfsperrschicht aufweisen. in particular, the plastic packaging films (17) also have a vapor barrier layer.
15. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elements, nach einem der Ansprüche 12 bis 14, umfassend die Verfahrensschritte: 15. A method for producing a galvanic element according to one of claims 12 to 14, comprising the method steps:
a) Bereitstellen eines Gehäusegrundkörpers (12) mit einem Innenraum zur Aufnahme der Zellkomponenten (30) mindestens zwei Alkalimetallzelle aus Kunststoff und gegebenenfalls eines Gehäusedeckels (13) zum Verschließen des Innenraums des Gehäusegrundkörpers (13) aus Kunststoff; a) providing a housing base body (12) with an interior for receiving the cell components (30), at least two alkali metal cells made of plastic and optionally a housing cover (13) for closing the interior of the housing base body (13) made of plastic;
b) Einbringen der Zellkomponenten (30) von mindestens zwei Alkalimetallzellen, insbesondere mindestens zwei (Lithiumionen-)Zellwickel, in den Innenraum des Gehäusegrundkörpers (12); und b) introducing the cell components (30) of at least two alkali metal cells, in particular at least two (lithium ion) cell coils, into the interior of the housing base body (12); and
c) Verschließen, insbesondere luftdichtes Verschließen, des Innenraums des Gehäusegrundkörpers (12) mit dem Gehäusedeckel (13), wobei in Verfahrensschritt a) und/oder in einem nach Verfahrensschritt c) erfolgenden Verfahrensschritt d) der Kunststoff des Gehäusegrundkörpers (12) oder der Kunststoff des Gehäusegrundkörpers (12) und des Gehäusedeckels (13) mit mindestens einer Dampfsperrschicht (14) versehen wird, und/oder c) closing, in particular airtight closing, the interior of the housing base body (12) with the housing cover (13), wherein in method step a) and/or in a method step d) following method step c), the plastic of the housing base body (12) or the plastic the housing base body (12) and the housing cover (13) are provided with at least one vapor barrier layer (14), and/or
wobei in Verfahrensschritt a) mindestens eine Dampfsperrschicht (14) in den Kunststoff des Gehäusegrundkörpers (12) oder in den Kunststoff des Gehäusegrundkörpers (12) und des Gehäusedeckels (13) integriert wird. wherein in method step a) at least one vapor barrier layer (14) is integrated into the plastic of the housing base body (12) or into the plastic of the housing base body (12) and the housing cover (13).
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