WO2023006379A1 - Energiespeicherzelle sowie verfahren zum herstellen einer energiespeicherzelle - Google Patents

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WO2023006379A1
WO2023006379A1 PCT/EP2022/068926 EP2022068926W WO2023006379A1 WO 2023006379 A1 WO2023006379 A1 WO 2023006379A1 EP 2022068926 W EP2022068926 W EP 2022068926W WO 2023006379 A1 WO2023006379 A1 WO 2023006379A1
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energy storage
storage cell
contact element
base body
welding
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Niclas EMRICH
Florian Kopp
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/545—Terminals formed by the casing of the cells

Definitions

  • the present invention relates to an energy storage cell and a method for producing an energy storage cell.
  • Electrical energy storage cells such as round cells, are used in all types of electronic devices and increasingly also for traction batteries in partially or fully electric motor vehicles.
  • EP 3696874 A1 and EP 3726617 A1 disclose two typical designs of this cell type.
  • a cell coil is located inside a cylindrical housing body. To form two poles, this is guided outwards on the front side via corresponding conductor elements.
  • a challenge that arises when manufacturing such cells is that the cells must be reliably gas-tight. Welding seams can be problematic in this context.
  • the temperature input that occurs during welding can also result in components or parts being subjected to an inadmissibly high load.
  • the basic housing bodies often have a coating, for example to protect against corrosion, which can possibly be destroyed during welding.
  • an energy storage cell in particular a lithium-ion cell, comprises a, in particular cylindrical, housing base body which extends along a longitudinal axis and forms an arrangement space in which electrode material is arranged, the housing base body forming a first pole of the energy storage cell and having a contact element is electrically conductively connected to the electrode material, and wherein the contact element is peripherally connected to the housing base body by pressure welding.
  • the energy storage cell is a round cell.
  • the housing body preferably a (hollow) cylindrical shape.
  • Preferred materials for the housing body are nickel, steel, stainless steel or nickel-plated steel.
  • the basic housing body is made of a steel material, comprising a corrosion protection layer.
  • the anti-corrosion layer is formed by a nickel layer.
  • this is not damaged during pressure welding, unlike, for example, during laser welding.
  • pressure welding has proven to be particularly gentle on the material.
  • the extensive connection of the contact element to the housing body also offers a large degree of design freedom, since the energy storage cell, in particular the round cell, cannot be designed to be conductive on at least one end face. Due to the clean pressing of the components during welding, less particle formation can be expected.
  • the electrode material is an electrode coil. This is also known as a jelly roll.
  • the energy storage cell is a lithium-ion cell.
  • an energy storage cell of the type in question can also be, for example, an alternative energy storage device such as a supercap.
  • preferred pressure welding methods are, in particular, resistance welding, cold pressure welding, friction welding or ultrasonic welding.
  • Particularly preferred welding methods are: resistance welding, projection welding or gap welding.
  • the contact element is connected to the housing base body circumferentially and at points.
  • a roller electrode In order to achieve a continuous connection or weld seam, a roller electrode can be used, for example.
  • Projection welding essentially corresponds to spot welding. Typically, however, one or more projections or elevations (weld bumps) are introduced into one of the parts to be connected. Due to the geometry of these elevations, the defined by the current transition. Copper electrodes, preferably planar copper electrodes, are used as electrodes. During the flow of current, the above-mentioned elevations and/or the projections or the weld bosses melt or melt.
  • the material of the elevation, projection or weld projection is pressed into the other component and forms a connection with it. With a corresponding current strength, several welding projections etc. can advantageously be welded at the same time, which can reduce the cycle time.
  • gap welding should also be mentioned as advantageous. This is used when parts are connected that are only accessible from one side. Both electrodes are placed on the same surface. In the present case, both electrodes are expediently placed on the outside of the basic housing body.
  • connection is spot-welded.
  • it can also be a continuous weld seam.
  • the contact element is round, in particular circular, and is arranged at the end on the electrode material or in particular on the electrode coil.
  • the contact element is designed in the shape of a disk, in particular in the shape of a circular disk.
  • the contact element is expediently bonded to the electrode material. Laser welding is preferably used as the joining technique.
  • the aforementioned first pole of the energy storage cell is the negative pole.
  • the contact element is preferably connected to the anode of the electrode material.
  • the contact element can also be referred to as a negative collector.
  • the negative conductor is preferably electrically conductively connected to the housing base body, also known as the “can”.
  • the contact element which is in particular disk-shaped, has a contact surface on the circumference, which bears against an inner side of the base body.
  • the contact element before the welding, rests with its contact surface at least in regions in a non-positive manner on an inner side of the base body. This is advantageous for welding, especially when welding electrodes cannot be attached from both sides, as this ensures good contact.
  • the contact surface has one or more projections and/or recesses or elevations. These act expediently as the aforementioned welding projections, which are required for projection welding. Alternatively or additionally, welding projections can also be formed on the inside of the housing base body.
  • the contact element has a contact web or forms one, the contact web being oriented away from a base area of the contact element, and the contact surface being formed on the contact web.
  • the contact web is expediently oriented away from the electrode material.
  • the base area expediently has a round or, in particular, circular shape.
  • the contact bar extends, for example, perpendicularly or essentially perpendicularly or also at an angle of ⁇ 90 degrees away from the base area.
  • a welding electrode can attach to the outside of the housing body, while the second electrode rests on the inside of the contact web.
  • the actual configuration of the contact bridge is also dependent in particular on the geometry of the housing base body in this area.
  • the basic housing body has an indentation or groove, which is oriented towards the longitudinal axis and preferably runs circumferentially, and on which the contact surface of the contact element rests.
  • such an indentation or groove is produced by means of forming.
  • the indentation or groove has an approximately V-shaped configuration in cross section. Such a V-shaped configuration has two straight or essentially straight webs which are connected via a connecting area. The contact surface can rest on the connection area or on one of the webs.
  • the contact element has a contact web which extends essentially vertically away and which is connected by means of pressure welding at the connection area of a V-shaped indentation or groove.
  • the aforementioned term "perpendicular" expediently includes angles in a range from 80 to 100 degrees.
  • the basic housing body has a base element, which is arranged on the basic housing body following the contact element.
  • the base element is expediently opposite the housing base body electrically isolated.
  • the base element is expediently fastened to the basic body by reshaping the housin.
  • the two parts are crimped together, for example.
  • the electrical contacting of the housing base body is expediently preferably purely circumferential and not on the front side via the base element.
  • the bottom element or the bottom plate can expediently be designed to be neutral, which can bring advantages with regard to the arrangement and use of the energy storage cell.
  • the first pole is the negative pole.
  • the second pole correspondingly preferably the positive pole, is preferably formed on a cover area of the energy storage cell, opposite the aforementioned base element.
  • the cover area is part of the housing base body.
  • the cover area and the housing body accordingly form a structural unit.
  • the structural unit is produced, for example, by means of deep-drawing.
  • the housing body can also be referred to as pot-shaped.
  • the cover area is designed as a separately manufactured cover element, which is subsequently assigned.
  • the second pole is formed in the cover area and is electrically isolated from the basic body of the housing.
  • the invention also relates to a method for producing an energy storage cell, in particular a round cell, comprising the steps:
  • the contact element is arranged on the electrode material, preferably the electrode coil, before the same is arranged in the housing base body.
  • Both contact elements are expediently arranged or fastened on the face side of the electrode material/electrode coil, preferably by means of laser welding.
  • the housing base body is pot-shaped, ie it not only has a cylindrical peripheral wall, but also a base or cover area.
  • the method comprises the step:
  • One-sided or two-sided welding along a circumference of the housing base body is
  • one-sided and “both-sided” means the one-sided or the two-sided contact of the (welding) electrodes.
  • the preferred embodiment also depends in particular on the geometry of the respective contact element.
  • the advantages and features mentioned in connection with the energy storage cell apply analogously and correspondingly to the method, and vice versa.
  • the method comprises the step:
  • Figure 1 an embodiment of a round cell in an overview
  • FIG. 2 two schematic detailed views of embodiments of round cells
  • FIG. 3 a further schematic detailed view of an embodiment of a round cell.
  • FIG. 1 shows a sketch of an energy storage cell 1 in the right half of the image in a partial (sectional) representation. This is in particular a round cell. This is upside down, so to speak, a floor 2 points upwards. The opposite part of the energy storage cell, including the cover area, is not shown here.
  • the electrode material 12 is in particular an electrode coil 12, also known as a jelly roll.
  • the base 2 of the energy storage cell is not yet fully formed in the present case.
  • the housing body 10 is open. Detail A sketched there is enlarged at left half of picture.
  • the section of the Housing base body 10 which has an indentation or groove 14. This is designed essentially in a V-shape, comprising two webs oriented towards one another, which are connected via a rather round connecting section.
  • a contact web 24 of a contact element 20 rests on the bottom of the webs.
  • an integral connection is formed there by means of pressure welding.
  • Numeral 32 designates a corresponding spot weld.
  • the contact element 20 has a base area 22 which in the present case is in particular round or in particular circular. From the base surface 22 of the contact bridge 24 extends away accordingly. In the present embodiment, the contact web 24 is oriented towards a central axis or longitudinal axis L of the round cell.
  • a suitable base element is arranged after the contact element 20, with the connection to the housing base body taking place according to a preferred embodiment by means of forming.
  • the housing base body 10 and the base element can be correspondingly crimped together.
  • the base element and the housing base body 10 are expediently electrically insulated from one another.
  • the floor element can be designed neutral.
  • the basic housing body 10 forms the negative pole.
  • FIG. 2 schematically shows a detailed view as is already known from the left half of FIG.
  • two welding electrodes 30 are also shown.
  • a contact surface 26 which is formed on the contact web 24 of a contact element 20 can be seen.
  • the contact surface 26 rests against the housing base body 10 or can be brought into contact via the electrodes 30 . Since the electrodes 30 cleanly press the two components at the welding point, less particle formation can be expected.
  • the heat input can be reduced by using cooled electrodes 30 . This is advantageous because it reduces the risk of damaging the electrode material 10 or the housing base body 10 by introducing an impermissibly high temperature.
  • a further embodiment can be seen in the right half of the figure, in which case the contact element 20 in particular is designed differently.
  • a contact web 24 extends essentially perpendicularly away from a base area 22 of the contact element 20 .
  • the welding point 32 is thereby shifted away from the electrode material 12, which can be advantageous with regard to the temperature input during welding.
  • such a configuration of the contact element 20 enables good accessibility of the weld point on both sides, cf. the weld point 32.
  • FIG. 3 shows a further configuration of an energy storage cell, the contact element 20 being of essentially flat design.
  • the contact web 24 is formed as a thickening formed at the edge or circumferentially.
  • a trained one Contact element 20 can be connected to a basic housing body 10 as outlined here, for example by means of gap welding.
  • the contact surface 26 of the contact element 20 can be brought into force-fit contact with an inner wall of the housing base body 10 by means of a corresponding dimensional tolerance of the contact element 20, whereby the quality of the welding process can be further increased.

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Abstract

Energiespeicherzelle, insbesondere Lithiumionenzelle, umfassend einen, insbesondere zylindrischen, Gehäusegrundkörper, welcher sich entlang einer Längsachse erstreckt und einen Anordnungsraum formt, in welchem Elektrodenmaterial angeordnet ist, wobei der Gehäusegrundkörper einen ersten Pol der Energiespeicherzelle formt und über ein Kontaktelement mit dem Elektrodenmaterial elektrisch leitend verbunden ist, und wobei das Kontaktelement mit dem Gehäusegrundkörper umfänglich durch Pressschweißen verbunden ist.

Description

Energiespeicherzelle sowie Verfahren zum Herstellen einer Energiespeicherzelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeicherzelle sowie ein Verfahren zum Her stellen einer Energiespeicherzelle.
Elektrische Energiespeicherzellen, wie Rundzellen, werden in allen Arten von elektronischen Geräten sowie zunehmend auch für Traktionsbatterien von teil- oder vollelektrisch betriebe nen Kraftfahrzeugen verwendet. Die EP 3696874 A1 und die EP 3726617 A1 offenbaren zwei typische Bauformen dieses Zelltyps. Im Inneren eines zylindrischen Gehäusegrundkör pers befindet sich ein Zellwickel. Zum Formen zweier Pole ist dieser über entsprechende Ab leiterelemente jeweils stirnseitig nach außen geführt. Eine Herausforderung, die sich bei der Herstellung derartiger Zellen stellt, besteht darin, dass die Zellen zuverlässig gasdicht sein müssen. Problematisch können in diesem Zusammenhang Schweißnähte sein. Der beim Schweißen entstehende Temperatureintrag kann auch dazu führen, dass Komponenten oder Bauteile einer unzulässig hohen Belastung ausgesetzt werden. Die Gehäusegrundkörper weisen zum Beispiel zum Korrosionsschutz oftmals eine Beschichtung auf, welche ggf. beim Schweißen zerstört werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeicherzelle sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Energiespeicherzelle anzugeben, wobei die vorgenannten Nachteile vermeiden, wobei eine Energiespeicherzelle bereitgestellt wird, welche höchsten Qualitätsanforderungen genügt.
Diese Aufgabe wird durch eine Energiespeicherzelle gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst eine Energiespeicherzelle, insbesondere eine Lithiumionen-Zelle, einen, insbesondere zylindrischen, Gehäusegrundkörper, welcher sich entlang einer Längs achse erstreckt und einen Anordnungsraum formt, in welchem Elektrodenmaterial angeord net ist, wobei der Gehäusegrundkörper einen ersten Pol der Energiespeicherzelle formt und über ein Kontaktelement mit dem Elektrodenmaterial elektrisch leitend verbunden ist, und wobei das Kontaktelement mit dem Gehäusegrundkörper umfänglich durch Pressschweißen verbunden ist. Bei der Energiespeicherzelle handelt es sich gemäß einer bevorzugten Aus führungsform um eine Rundzelle. Entsprechend weist der Gehäusegrundkörper bevorzugt eine (hohl-)zylindrische Form auf. Bevorzugte Materialien für den Gehäusegrundkörper sind Nickel, Stahl, Edelstahl oder vernickelter Stahl. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gehäusegrundkörper aus einem Stahlwerkstoff hergestellt, umfassend eine Korrosi onsschutzschicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Korrosionsschutz schicht durch eine Nickelschicht gebildet. Mit Vorteil wird diese beim Pressschweißen, an ders als beispielsweise beim Laserschweißen, nicht beschädigt. Das Pressschweißen hat sich in diesem Zusammenhang als besonders materialschonend herausgestellt. Die umfäng liche Verbindung des Kontaktelements mit dem Gehäusegrundkörper bietet darüber hinaus große Gestaltungsfreiheitsgrade, da die Energiespeicherzelle, insbesondere die Rundzelle, an zumindest einer Stirnseite nicht leitend ausgebildet werden kann. Durch das saubere Ver- pressen der Bauteile beim Schweißen ist mit Vorteil eine geringere Partikelbildung zu erwar ten.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Elektrodenmaterial ein Elektrodenwickel. Dieser wird auch als Jelly Roll bezeichnet. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der Energiespeicher zelle gemäß einer Ausführungsform um eine Lithiumionen-Zelle. Die Erfindung ist allerdings nicht auf diesen Zelltyp beschränkt. Insbesondere kann es sich bei einer Energiespeicher zelle der in Rede stehenden Art beispielsweise auch um einen alternativen Energiespeicher, wie einen Supercap, handeln.
Bevorzugte Pressschweißverfahren sind vorliegend insbesondere Widerstandsschweißen, Kaltpressschweißen, Reibschweißen oder Ultraschallschweißen.
Besonders bevorzugte Schweißverfahren sind: Widerstandsschweißen, Buckelschweißen oder Spaltschweißen.
Als besonders bevorzugtes Widerstandsschweißverfahren ist insbesondere das Wider standspunktschweißen zu nennen. Das Kontaktelement wird mit dem Gehäusegrundkörper gemäß einer Ausführungsform umfänglich und punktweise verbunden.
Um eine durchgängige Verbindung bzw. Schweißnaht zu erzielen, kann beispielsweise mit einer Rollenelektrode gearbeitet werden.
Das Buckelschweißen entspricht im Wesentlichen dem Punktschweißen. Typischerweise sind allerdings in einem der zu verbindenden Teile ein oder mehrere Vorsprünge oder Erhö hungen (Schweißbuckel) eingebracht. Durch die Geometrie dieser Erhöhungen ist der Be- reich des Stromübergangs definiert. Als Elektroden werden Kupferelektroden, bevorzugt flä chenhafte Kupferelektroden, verwendet. Während des Stromflusses schmilzt bzw. schmel zen die vorgenannten Erhöhungen und/oder die Vorsprünge bzw. die Schweißbuckel auf.
Das Material der Erhöhung, des Vorsprungs oder des Schweißbuckels wird in das andere Bauteil gedrückt und geht mit diesem eine Verbindung ein. Bei entsprechender Stromstärke können mit Vorteil gleichzeitig mehrere Schweißbuckel etc. verschweißt werden, was die Taktzeit reduzieren kann.
Im vorliegenden Zusammenhang ist auch das Spaltschweißen als vorteilhaft zu nennen. Die ses wird eingesetzt, wenn Teile verbunden werden, bei denen nur eine einseitige Zugäng lichkeit gegeben ist. Beide Elektroden werden auf derselben Oberfläche platziert. Vorliegend werden zweckmäßigerweise beide Elektroden auf den Gehäusegrundkörper außen umfäng lich aufgesetzt.
Wie bereits erwähnt, ist die Verbindung gemäß einer Ausführungsform punktgeschweißt. Al ternativ kann es sich auch um eine durchgängige Schweißnaht handeln.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Kontaktelement rund, insbesondere kreisrund und endseitig an dem Elektrodenmaterial bzw. insbesondere dem Elektrodenwickel, angeordnet. Das Kontaktelement ist gemäß einer Ausführungsform scheibenförmig ausgebildet, insbe sondere kreisscheibenförmig. Zweckmäßigerweise ist das Kontaktelement stoffschlüssig mit dem Elektrodenmaterial verbunden. Bevorzugt kommt als Fügetechnik hierbei Laserschwei ßen zum Einsatz.
Der vorgenannte erste Pol der Energiespeicherzelle ist gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der negative Pol. Das Kontaktelement ist entsprechend bevorzugt mit der Anode des Elektrodenmaterials verbunden. Das Kontaktelement kann auch als negativer Ableiter bezeichnet werden. Der negative Ableiter ist vorliegend bevorzugt mit dem Gehäusegrund körper, auch „Can“ genannt, elektrisch leitend verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das, insbesondere scheibenförmige, Kon taktelement umfänglich eine Kontaktfläche auf, welche an einer Innenseite des Grundkörpers anliegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Kontaktelement vor dem Schweißen mit seiner Kontaktfläche zumindest bereichsweise kraftschlüssig an einer Innen seite des Grundkörpers an. Dies ist vorteilhaft für das Schweißen, insbesondere wenn nicht von beiden Seiten Schweißelektroden angesetzt werden können, da so eine gute Kontaktie rung sichergestellt ist. Gemäß einer Ausführungsform weist die Kontaktfläche einen oder mehrere Vor- und/oder Rücksprünge bzw. Erhebungen auf. Diese wirken zweckmäßigerweise als die vorgenannten Schweißbuckel, welche beim Buckelschweißen benötigt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch innen am Gehäusegrundkörper Schweißbuckel ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Kontaktelement einen Kontaktsteg auf oder bildet diesen aus, wobei der Kontaktsteg von einer Grundfläche des Kontaktelements weg orien tiert ist, und wobei an dem Kontaktsteg die Kontaktfläche ausgebildet ist. In Einbaulage ist zweckmäßigerweise der Kontaktsteg vom Elektrodenmaterial weg orientiert. Zweckmäßiger weise weist die Grundfläche eine runde bzw. insbesondere kreisrunde Form auf. Der Kon taktsteg erstreckt sich beispielsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht bzw. auch in einem Winkel < 90 Grad von der Grundfläche weg. Eine derartige Ausgestaltung ist insbe sondere vorteilhaft, um von beiden Seiten Elektroden anzusetzen. Eine Schweißelektrode kann außen am Gehäusegrundkörper ansetzen, während die zweite Elektrode innen an dem Kontaktsteg anliegt. Die tatsächliche Ausgestaltung des Kontaktstegs ist insbesondere auch von der Geometrie des Gehäusegrundkörpers in diesem Bereich abhängig.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Gehäusegrundkörper eine zur Längsachse hin ori entierte, bevorzugt umfänglich verlaufende, Einbuchtung oder Nut auf, an welcher die Kon taktfläche des Kontaktelements anliegt. Eine derartige Einbuchtung oder Nut ist gemäß einer Ausführungsform mittels Umformen erzeugt. Gemäß einer Ausführungsform weist die Ein buchtung oder Nut im Querschnitt eine etwa V-förmige Ausgestaltung auf. Eine derart V-för- mige Ausgestaltung weist zwei gerade oder im Wesentlichen gerade Stege auf, welche über einen Verbindungsbereich verbunden sind. Die Kontaktfläche kann am Verbindungsbereich oder an einem der Stege anliegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kontaktelement einen sich im We sentlichen senkrecht weg erstreckenden Kontaktsteg auf, welcher am Verbindungsbereich einer V-förmigen Einbuchtung oder Nut mittels Pressschweißen verbunden ist. Der vorge nannte Ausdruck „senkrecht“ umfasst dabei zweckmäßigerweise Winkel in einem Bereich von 80 bis 100 Grad.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Gehäusegrundkörper ein Bodenele ment auf, welches im Anschluss an das Kontaktelement an dem Gehäusegrundkörper ange ordnet ist. Zweckmäßigerweise ist das Bodenelement gegenüber dem Gehäusegrundkörper elektrisch isoliert. Zweckmäßigerweise wird das Bodenelement durch Umformen des Gehäu segrundkörpers an diesem befestigt. Die beiden Teile werden beispielsweise miteinander vercrimpt. Die elektrische Kontaktierung des Gehäusegrundkörpers erfolgt zweckmäßiger weise bevorzugt rein umfänglich und nicht stirnseitig über das Bodenelement. Das Bodenele ment bzw. die Bodenplatte kann zweckmäßigerweise neutral ausgeführt sein, was hinsicht lich der Anordnung und Verwendung der Energiespeicherzelle Vorteile mit sich bringen kann.
Wie bereits erwähnt, ist der erste Pol gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Nega tivpol. Der zweite Pol, entsprechend bevorzugt der positive Pol, ist bevorzugt an einem De ckelbereich der Energiespeicherzelle, gegenüberliegend dem vorgenannten Bodenelement, ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Deckelbereich Teil des Gehäusegrundkörpers. Der Deckelbereich und der Gehäusegrundkörper bilden entsprechend eine Baueinheit. Gemäß einer Ausführungsform ist die Baueinheit beispielsweise mittels Tiefziehen hergestellt. Der Gehäusegrundkörper kann auch als topfförmig bezeichnet werden. Alternativ ist der Deckel bereich als ein separat hergestelltes Deckelement ausgebildet, welches nachträglich ange ordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist im Deckelbereich der zweite Pol, gegenüber dem Gehäu segrundkörper elektrisch isoliert, ausgebildet.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Energiespeicherzelle, insbe sondere einer Rundzelle, umfassend die Schritte:
Anordnen eines Kontaktelements an einem Elektrodenmaterial;
Anordnen des Elektrodenmaterials an einem, insbesondere zylindrischen, Gehäu segrundkörper;
Stoffschlüssiges Verbinden des Kontaktelements mit dem Gehäusegrundkörper um fänglich durch Pressschweißen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Anordnen des Kontaktelements am Elektrodenmaterial, bevorzugt dem Elektrodenwickel, vor der Anordnung desselben im Ge häusegrundkörper. Zweckmäßigerweise werden beide Kontaktelemente jeweils stirnseitig an dem Elektrodenmaterial/Elektrodenwickel angeordnet bzw. befestigt, bevorzugt mittels La serschweißen. Im Anschluss daran erfolgt das Anordnen im, insbesondere zylindrischen, Gehäusegrundkörper. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gehäusegrundkör per topfförmig ausgebildet, weist also nicht nur eine zylindrische, umfängliche Wandung auf, sondern auch einen Boden- oder Deckelbereich. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Einseitiges oder beidseitiges Schweißen entlang eines Umfangs des Gehäusegrund körpers.
Mit „einseitig“ und „beidseitig“ ist vorliegend die einseitige oder die beidseitige Anlage der (Schweiß-)Elektroden gemeint. Die bevorzugte Ausgestaltung ist an dieser Stelle insbeson dere auch von der Geometrie des jeweiligen Kontaktelements abhängig. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit der Energiespeicherzelle erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend für das Verfahren gelten, wie auch umgekehrt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Verwenden gekühlter Schweißelektroden.
Damit kann mit Vorteil der T emperatureintrag beim Schweißen reduziert werden. Dies ist ins besondere vorteilhaft, da damit das Risiko eines Beschädigens des Elektrodenmaterials so wie des Gehäusegrundkörpers verhindert wird. Durch das saubere Verpressen der Bauteile ist zudem beim Schweißen eine geringere Partikelbildung zu erwarten.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsformen von Energiespeicherzellen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
Figur 1 : eine Ausführungsform einer Rundzelle in einer Übersichtsdarstellung;
Figur 2: zwei schematische Detailansichten von Ausführungsformen von Rundzellen;
Figur 3: eine weitere schematische Detailansicht einer Ausführungsform einer Rund zelle.
Figur 1 zeigt skizzenhaft in der rechten Bildhälfte eine Energiespeicherzelle 1 in einer teil weisen (Schnitt-)Darstellung. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Rundzelle. Diese steht sozusagen auf dem Kopf, ein Boden 2 weist nach oben. Der gegenüberliegende Teil der Energiespeicherzelle, umfassend den Deckelbereich, ist vorliegend nicht dargestellt. Bei dem Elektrodenmaterial 12 handelt es sich insbesondere um einen Elektrodenwickel 12, auch Jelly Roll genannt. Der Boden 2 der Energiespeicherzelle ist vorliegend noch nicht fer tig ausgebildet. Der Gehäusegrundkörper 10 ist offen. Das dort skizzierte Detail A ist in der linken Bildhälfte vergrößert dargestellt. Zu erkennen ist dort insbesondere der Abschnitt des Gehäusegrundkörpers 10, welcher eine Einbuchtung oder Nut 14 aufweist. Diese ist im We sentlichen V-förmig ausgestaltet, umfassend zwei zueinander hin orientierte Stege, welche über einen eher runden Verbindungsabschnitt verbunden sind. Am unteren der Stege liegt ein Kontaktsteg 24 eines Kontaktelements 20 an. Insbesondere ist dort mittels Pressschwei ßen eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet. Bezugszeichen 32 bezeichnet einen ent sprechenden Schweißpunkt. Das Kontaktelement 20 weist eine Grundfläche 22 auf, welche vorliegend insbesondere rund oder insbesondere kreisrund ausgebildet ist. Von der Grund fläche 22 erstreckt sich der Kontaktsteg 24 entsprechend weg. In der vorliegenden Ausfüh rungsform ist der Kontaktsteg 24 zu einer Mittelachse oder Längsachse L der Rundzelle hin orientiert. Um den Boden 2 einer wie hier skizzierten Energiespeicherzelle 1 noch zu vervoll ständigen, wird im Anschluss an das Kontaktelement 20 ein geeignetes Bodenelement ange ordnet, wobei die Verbindung mit dem Gehäusegrundkörper gemäß einer bevorzugten Aus führungsform mittels Umformen erfolgt. Insbesondere können der Gehäusegrundkörper 10 und das (hier nicht gezeigte) Bodenelement entsprechend miteinander vercrimpt werden.
Das Bodenelement und der Gehäusegrundkörper 10 sind zweckmäßigerweise zueinander elektrisch isoliert. Somit kann das Bodenelement neutral gestaltet werden. Vorliegend bildet der Gehäusegrundkörper 10 den negativen Pol.
Figur 2 zeigt schematisch eine Detailansicht, wie sie bereits aus der linken Bildhälfte der Fi gur 1 bekannt ist. Neben den bekannten Merkmalen sind auch zwei Schweißelektroden 30 dargestellt. Zu erkennen ist eine Kontaktfläche 26, welche am Kontaktsteg 24 eines Kontak telements 20 ausgebildet ist. Die Kontaktfläche 26 liegt am Gehäusegrundkörper 10 an bzw. kann über die Elektroden 30 zur Anlage gebracht werden. Da die Elektroden 30 die beiden Komponenten am Schweißpunkt sauber verpressen, ist mit weniger Partikelbildung zu rech nen. Über die Verwendung gekühlter Elektroden 30 kann zudem der Wärmeeintrag reduziert werden. Dies ist vorteilhaft, da damit das Risiko sinkt, das Elektrodenmaterial 10 oder den Gehäusegrundkörper 10 durch eine unzulässig hohe Temperatureinleitung zu beschädigen. In der rechten Bildhälfte ist eine weitere Ausgestaltung zu erkennen, wobei hier insbeson dere das Kontaktelement 20 unterschiedlich ausgebildet ist. Ein Kontaktsteg 24 erstreckt sich vorliegend im Wesentlichen senkrecht von einer Grundfläche 22 des Kontaktelements 20 weg. Der Schweißpunkt 32 ist dadurch vom Elektrodenmaterial 12 weg verlagert, was hinsichtlich des Temperatureintrags beim Schweißen vorteilhaft sein kann. Außerdem er möglicht eine derartige Konfiguration des Kontaktelements 20 eine gute beidseitige Zugäng lichkeit der Schweißstelle, vgl. den Schweißpunkt 32.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Energiespeicherzelle, wobei das Kontaktele ment 20 im Wesentlichen flächig ausgebildet ist. Der Kontaktsteg 24 ist vorliegend als eine randseitig bzw. umfänglich ausgebildete Verdickung ausgebildet. Ein derart ausgebildetes Kontaktelement 20 kann beispielsweise mittels Spaltschweißen mit einem wie vorliegend skizzierten Gehäusegrundkörper 10 verbunden werden.
Grundsätzlich sei in Bezug auf die Figuren 2 und 3 erwähnt, dass über eine entsprechende maßliche Tolerierung des Kontaktelements 20 dessen Kontaktfläche 26 kraftschlüssig an ei ner Innenwand des Gehäusegrundkörpers 10 zur Anlage gebracht werden kann, wodurch die Qualität des Schweißprozesses weiter erhöht werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Energiespeicherzelle 2 Boden
10 Gehäusegrundkörper
12 Elektrodenmaterial, Elektrodenwickel 14 Einbuchtung, Nut
20 Kontaktelement 22 Grundfläche
24 Kontaktsteg 26 Kontaktfläche 30 Schweißelektrode 32 Schweißpunkt L Längsachse

Claims

Ansprüche
1. Energiespeicherzelle (1), insbesondere Lithiumionen-Zelle, umfassend einen, insbesondere zylindrischen, Gehäusegrundkörper (10), welcher sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt und einen Anordnungsraum formt, in welchem Elektrodenmaterial (12) angeordnet ist, wobei der Gehäusegrundkörper (10) einen ersten Pol der Energiespeicherzelle (1) formt und über ein Kontaktelement (20) mit dem Elektrodenmaterial (12) elektrisch lei tend verbunden ist, und wobei das Kontaktelement (20) mit dem Gehäusegrundkörper (10) umfänglich durch Pressschweißen verbunden ist.
2. Energiespeicherzelle (1) nach Anspruch 1, wobei das Pressschweißen Widerstandsschweißen ist, insbesondere Buckel- oder Spaltschweißen.
3. Energiespeicherzelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindung punktgeschweißt ist.
4. Energiespeicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elektrodenmaterial (12) ein Elektrodenwickel ist, und wobei das Kontaktelement (20) rund, insbesondere kreisrund, ist und endseitig an dem Elektrodenwickel angeordnet ist.
5. Energiespeicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (20) eine Kontaktfläche (26) aufweist, welche an einer In nenseite des Grundkörpers anliegt.
6. Energiespeicherzelle (1) nach Anspruch 5, wobei die Kontaktfläche (26) einen oder mehrere Vor- und/oder Rücksprünge aufweist.
7. Energiespeicherzelle (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei das Kontaktelement (20) einen Kontaktsteg (24) aufweist oder ausbildet, welcher von einer Grundfläche (22) des Kontaktelements (20) weg orientiert ist, und wobei an dem Kontaktsteg (24) die Kontaktfläche (26) ausgebildet ist.
8. Energiespeicherzelle (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Gehäusegrundkörper (10) eine zur Längsachse (L) hin orientierte Einbuch tung oder Nut (14) aufweist, an welcher die Kontaktfläche (26) anliegt.
9. Energiespeicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehäusegrundkörper (10) ein Bodenelement aufweist, welches im An schluss an das Kontaktelement (20) an dem Gehäusegrundkörper (10) angeordnet ist.
10. Energiespeicherzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Pol der negative Pol der Energiespeicherzelle (1) ist, und wobei der zweite Pol (16) an einem Deckelbereich der Energiespeicherzelle (1) ausge bildet ist.
11. Verfahren zum Herstellen einer Energiespeicherzelle (1), umfassend die Schritte:
- Anordnen eines Kontaktelements (20) an einem Elektrodenmaterial (12);
- Anordnen des Elektrodenmaterials (12) in einem, insbesondere zylindrischen, Ge häusegrundkörper (10);
- Stoffschlüssiges Verbinden des Kontaktelements (20) mit dem Gehäusegrundkörper (10) umfänglich durch Pressschweißen.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , umfassend den Schritt:
- Einseitiges oder beidseitiges Schweißen entlang eines Umfangs des Gehäu segrundkörpers (10).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, umfassend den Schritt:
- Verwenden gekühlter Schweißelektroden (30).
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