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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie.
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Eine Batterie ist ein Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis, bei deren Entladung gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie gewandelt wird. Im Kontext der Erfindung werden als Batterien sowohl sogenannte Primärbatterien, die nur für eine einmalige Entladung und nicht für ein erneutes Laden vorgesehen sind, als auch sogenannte Sekundärbatterien beziehungsweise Akkumulatoren, die für ein mehrfaches Laden vorgesehen und entsprechend ausgelegt sind, verstanden. Ein Laden einer Sekundärbatterie stellt dabei die elektrolytische Umkehrung der bei der Entladung ablaufenden elektrochemischen Redoxreaktion dar, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung realisiert wird.
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Eine Batterie umfasst eine oder, üblicherweise, mehrere Batterieelemente, die innerhalb einer Umhüllung, üblicherweise in Form einer häufig als „Pouch“ bezeichneten Folienumhüllung oder eines Gehäuses, angeordnet sind. Die Batterieelemente umfassen jeweils zwei Elektroden, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator zur elektrischen Separierung der Elektroden und einen als lonenleiter dienenden Elektrolyten. Die zwei Elektroden eines Batterieelements unterschieden sich hinsichtlich eines umfassten Aktivmaterials, wodurch eine der Elektroden anodisch und die andere kathodisch wirksam ist (jeweils bezogen auf ein Entladen der Batteriezelle). Weiterhin umfasst eine Batterie üblicherweise zwei Batteriepole, die in die Umhüllung integriert sind und die innenseitig der Umhüllung über sogenannte Stromableiter mit den Elektroden elektrisch leitend verbunden sind. Dabei sind alle anodisch wirksamen Elektroden mit einem der Batteriepole und die kathodisch wirksamen Elektroden mit dem anderen der Batteriepole verbunden.
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Eine Ausgestaltung einer Batterie mit einem Gehäuse kann den Vorteil einer im Vergleich zu Batterien mit einer Folienumhüllung höheren strukturellen Belastbarkeit der Batterie aufweisen. Häufig wird ein Gehäuse einer Batterie aus einem Metall, insbesondere Aluminium, ausgestaltet, um eine ausreichend hohe strukturelle Festigkeit und damit Belastbarkeit bei gleichzeitig guter und kostengünstiger Herstellbarkeit in Verbindung mit einem relativ geringen Gewicht zu realisieren.
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Üblicherweise wird im Rahmen der Herstellung einer Batterie mit Gehäuse ein Verbund, der das oder die Batterieelemente umfasst, in ein Grundgehäuse (sogenannter Gehäusebecher) eingebracht, das hierzu noch mindestens eine Gehäuseöffnung aufweist, die abschließend mittels eines Deckels des Gehäuses verschlossen wird. Bei einem Gehäuse aus Metall wird der mindestens eine Deckel üblicherweise mit dem Grundgehäuse verschweißt. Diese Art der Herstellung einer Batterie ist mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Dies gilt insbesondere auch für das Einbringen des Batterieelementeverbunds in den Gehäusebecher, was mit großer Genauigkeit und Sorgfalt erfolgen muss, um eine Beschädigung der empfindlichen Komponenten des Batterieelementeverbunds zu vermeiden.
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Die
DE 10 2016 121 089 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines quaderförmigen, einseitig offenen Batteriezellenbehälters durch Fließpressen.
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Die
DE 10 2013 021 398 A1 beschreibt eine Batterie mit einem Gehäuse, das aus zwei formgleichen Gehäusehälften besteht.
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Die
GB 748 719 A beschreibt ein Gehäuse für eine Batterie, das einen becherförmigen ersten Gehäuseteil, der an einer Seite offen ist, und einen Deckel als zweiten Gehäuseteil umfasst. Der Deckel ist in dem ersten Gehäuseteil formschlüssig gehalten, indem ein umlaufender Vorsprung des Deckels in eine korrespondierende Vertiefung des ersten Gehäuseteils eingerastet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Herstellung einer Batterie mit einem Gehäuse zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung (mindestens) einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie und/oder einer als Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Batterie und/oder einer Festkörperbatterie vorgesehen. Die herzustellende Batterie umfasst zumindest einen Batterieelementeverbund mit einem Batterieelement oder, vorzugsweise, mehreren Batterieelementen, und ein den Batterieelementeverbund (vollständig) umgebendes Gehäuse. Das Gehäuse umfasst ein Grundgehäuse, das einen Gehäuseinnenraum zur zumindest teilweisen, vorzugsweise vollständigen Aufnahme des Batterieelementeverbunds begrenzt und das eine Gehäuseöffnung aufweist, durch die der Batterieelementeverbund in den Gehäuseinnenraum eingebracht wird, wobei die Gehäuseöffnung anschließend mit einem Deckel des Gehäuses verschlossen wird.
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Das Grundgehäuse wird erfindungsgemäß durch ein Durchtrennen eines Rohlings, dessen Form derart ausgebildet ist, dass diese die Formen von mindestens oder, vorzugsweise exakt zwei der Grundgehäuse, die vorzugsweise einstückig beziehungsweise materialeinheitlich zusammenhängen, umfasst, hergestellt. Das Durchtrennen kann insbesondere beispielsweise schneidend, dann insbesondere durch Laserschneiden, oder zerspanend (z.B. durch Sägen), durchgeführt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass im Wesentlichen kein Materialabfall beziehungsweise Materialverlust anfällt, so dass dann die Form des Rohlings im Wesentlichen der Form der zwei Grundgehäuse entsprechen kann. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass der Rohling zusätzliches Material beziehungsweise mindestens einen zusätzlichen Abschnitt umfasst, der nicht Teil der Formen der zwei Grundgehäuse ist. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass eine Nachbearbeitung der Grundgehäuse nach dem Durchtrennen des Rohlings nicht oder nur an den Trennstellen erforderlich ist.
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Durch das Durchtrennen des Rohlings kann auf relativ einfache Weise ein vorteilhaft ausgestaltetes Grundgehäuse und können insbesondere zwei identische Grundgehäuse erhalten werden, wodurch eine vorteilhafte und insbesondere kostengünstige Herstellbarkeit mindestens einer Batterie realisiert werden kann.
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Da durch das Durchtrennen des Rohlings zwei identische Grundgehäuse erhalten werden können, kann im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft vorgesehen sein, dass die zwei Grundgehäuse jeweils zur Herstellung einer Batterie gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Der Aufwand bezüglich der Herstellung für die Grundgehäuse kann folglich, bezogen auf die einzelnen Batterien, nahezu halbiert werden.
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Das Gehäuse wird vorzugsweise formstabil ausgestaltet. Als „formstabil“ gilt dabei ein Gehäuse, wenn dessen dreidimensionale Form ohne externe Belastung nicht infolge der eigenen Gewichtskraft kollabiert. Vorzugsweise kann ein solches Gehäuse derart formstabil ausgestaltet sein, dass dieses bei einer Belastung durch externe Kräfte, die bei einer normalen Nutzung der Batterie auftreten, nicht kollabiert und, besonders bevorzugt, auch nicht in einem relevanten Maße deformiert wird.
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Das Gehäuse kann vorzugsweise derart ausgestaltet sein, dass dieses abschließend gasdicht verschlossen ist, was sich positiv hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und der Betriebssicherheit der Batterie auswirken kann.
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Das mindestens eine Batterieelement des Batterieelementeverbunds einer erfindungsgemäß herzustellenden Batterie umfasst (jeweils) zwei Elektroden, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator zur elektrischen Separierung der Elektroden und einen als lonenleiter zwischen den Elektroden dienenden Elektrolyten. Dieser Elektrolyt kann flüssig oder fest ausgestaltet sein und, insbesondere bei einer festen Ausgestaltung, auch als Separator fungieren. Eine erfindungsgemäß herzustellende Batterie kann weiterhin einen ersten Batteriepol und einen zweiten Batteriepol umfassen, wobei die Batteriepole zur elektrischen Anbindung der Batterie an einen externen Stromkreis vorgesehen sind. Dazu können die Batteriepole derart in das Gehäuse integriert sein, dass ein erster Abschnitt davon außerhalb des Gehäuses angeordnet und dadurch für eine Anbindung an den externen Stromkreis zugänglich ist, während ein zweiter, innerhalb der Umhüllung liegender Abschnitt einer elektrischen Verbindung mit dem Batterieelement oder den Batterieelementen dient. Dabei ist eine erste Elektrode des (jedes) Batterieelement(s) mit dem ersten Batteriepol und eine zweite Elektrode des (jedes) Batterieelement(s) mit dem zweiten Batteriepol elektrisch verbunden. Der Batterieelementeverbund einer erfindungsgemäß herzustellenden Batterie umfasst selbst vorzugsweise keine Umhüllung und insbesondere kein (formstabiles) Gehäuse.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse teilweise oder vollständig aus mindestens und vorzugsweise exakt einem Metall, beispielsweise Aluminium, ausgebildet wird. Dadurch kann relativ kostengünstig ein relativ hoch belastbares Gehäuse erhalten werden.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Grundgehäuse außenseitig und/oder innenseitig mit einer Quaderform hergestellt wird, weil ein Rohling, dessen Form die Formen von zwei quaderförmigen Grundgehäusen umfasst, vergleichsweise einfach herstellbar ist. Weiterhin kann ein Grundgehäuse und damit auch ein Gehäuse mit einer Quaderform vorteilhaft mit einem Batterieelementeverbund kombiniert werden, der ebenfalls eine Quaderform aufweist. Eine solche Quaderform des Batterieelementeverbunds kann sich insbesondere daraus ergeben, dass die Komponenten der Batterieelemente (Elektroden und Separatoren) selbst quaderförmig (insbesondere mit relativ geringer Dicke) ausgestaltet und über ihre Großseiten gestapelt sind. Weiterhin ermöglicht eine Quaderform des Gehäuses eine hinsichtlich des benötigten Platzbedarfs vorteilhafte Nutzung der Batterie.
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Ein Quader und damit auch ein quaderförmiges Gehäuse weist eine Länge, Breite und Höhe auf, wobei erfindungsgemäß die Länge die größte, die Breite die mittlere und die Höhe die kleinste der (Kanten-)Abmessungen ist (sofern entsprechende Unterschiede vorliegen). Ein Quader und damit auch ein quaderförmiges Gehäuse umfasst dann zwei Großseiten, die durch die Länge und die Breite aufgespannt werden, zwei Längsseiten, die durch die Länge und die Höhe aufgespannt werden, sowie zwei Stirnseiten, die durch die die Breite und die Höhe aufgespannt werden. Batteriepole der Batterie können dabei vorzugsweise in nur eine oder in beide der Stirnseiten integriert sein.
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Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Gehäuseöffnung zumindest auch in einer Großseite des quaderförmigen Grundgehäuses ausgebildet wird, wobei sich die Gehäuseöffnung besonders bevorzugt über im Wesentlichen (d.h. mit Ausnahme der die Längs- und Stirnseiten ausbildenden Wandstärken) die gesamte Großseite erstreckt. Dadurch kann ein relativ einfaches Einbringen des Batterieelementeverbunds in das Grundgehäuse realisiert werden. Dies gilt insbesondere, weil dadurch ermöglicht ist, dass erst mit dem Verschließen der Gehäuseöffnung ein relativ großer Druck auf den Batterieelementeverbund ausgeübt wird. Ein solcher relativ großer Druck (z.B. mindestens 3,5 bar) kann insbesondere bei einer Ausgestaltung des Batterieelements oder der Batterieelemente mit einem festen Elektrolyten (und damit der Batterie als sogenannte Festkörperbatterie) notwendig oder vorteilhaft für die Funktionsfähigkeit der Batterie sein. Der Druck sollte bei einer Anordnung der Komponenten des Batterieelements oder der Batterieelemente in einem Stapel in der Stapelrichtung wirken.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Rohling mit einer Öffnung beziehungsweise nicht vollumfänglich geschlossen hergestellt wird, wodurch eine relativ einfache Herstellung des Rohlings als Hohlkörper realisiert werden kann. Weiterhin bevorzugt kann dann noch vorgesehen sein, dass die Öffnung an einer Stirnseite des eine Quaderform aufweisenden Rohlings ausgebildet wird, was sich vorteilhaft hinsichtlich der Herstellbarkeit des Rohlings mit einer Form, die die Formen von zwei einstückig miteinander verbunden Grundgehäusen umfasst, auswirken kann. Die Öffnung des Rohlings kann dann weiterhin bevorzugt die Gehäuseöffnung oder einen Abschnitt der Gehäuseöffnung des Grundgehäuses oder jedes der zwei Grundgehäuse darstellen. Dabei kann diese Gehäuseöffnung beziehungsweise der Abschnitt davon vorzugsweise in einer Stirnseite des Grundgehäuses angeordnet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein erster Abschnitt der Gehäuseöffnung des Grundgehäuses zunächst mit einem ersten Deckelteil und anschließend ein zweiter Abschnitt der Gehäuseöffnung mit einem zweiten Deckelteil verschlossen werden. Der erste Abschnitt der Gehäuseöffnung kann dabei besonders bevorzugt in einer Stirnseite des Grundgehäuses bei einer Ausgestaltung mit Quaderform angeordnet sein, während der zweite Abschnitt der Gehäuseöffnung in einer Großseite des quaderförmigen Gehäuses angeordnet ist. Der erste Deckelteil kann in diesem Fall vorzugsweise einen oder mehrere, besonders bevorzugt alle der Batteriepole der Batterie umfassen, was ermöglicht, die Batteriepole noch vor dem vollständigen Verschließen der Gehäuseöffnung mittels des zweiten Deckelteils elektrisch leitend mit dem Batterieelementeverbund zu verbinden. Hierzu kann vorgesehen sein, Stromableiter des Batterieelementeverbunds mit dem Batteriepol oder den Batteriepolen mechanisch zu verbinden, beispielsweise zu verschweißen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Gehäuseöffnung mit einem einzelnen, vorzugsweise einstückigen Deckel verschlossen wird. Dies kann den Herstellungsaufwand für die Batterie relativ gering halten.
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Der im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens genutzte Rohling kann vorteilhaft durch Fließpressen (gemäß DIN 8583), insbesondere Kaltfließpressen, hergestellt werden. Dies ermöglicht auf relativ kostengünstige Weise eine Herstellung des Rohlings mit einer Form, die die Formen von zwei Grundgehäusen umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Deformationselement vor dem Verschließen der Gehäuseöffnung derart in den Gehäuseinnenraum eingebracht wird, dass dieses abschließend zwischen dem Batterieelementeverbund und dem Gehäuse, insbesondere einer der Großseiten des quaderförmig ausgestalteten Gehäuses, angeordnet ist. Als Deformationselement wird eine Komponente verstanden, die (primär oder ausschließlich) dafür vorgesehen ist, unterschiedliche Ausdehnungen des Batterieelementeverbunds einerseits und des Gehäuses andererseits durch eine Deformation auszugleichen. Dies ermöglicht, die Elektroden und Separatoren stets spielfrei innerhalb des Gehäuses zu positionieren und gleichzeitig eine relativ große Ausdehnung dieser Komponenten im Vergleich zu dem Gehäuse zu ermöglichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Grundgehäuse mit mindestens einer Anlagefläche zur Anlage des Deckels hergestellt wird. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Positionierung des Deckels insbesondere während eines sich anschließenden Verschließens des Deckels mit dem Grundgehäuse, das insbesondere stoffschlüssig, besonders bevorzugt durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen, erfolgen kann.
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Ein Verbinden des Grundgehäuses mit dem Deckel kann grundsätzlich vorgesehen sein, wobei ein solches auch ausschließlich oder zusätzlich formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, teilweise in vereinfachter Darstellung:
- 1: einen zur erfindungsgemäßen Herstellung einer Batterie genutzten Rohling;
- 2: einen Abschnitt des Rohlings in vergrößerter Darstellung;
- 3: zwei Grundgehäuse für erfindungsgemäß herzustellende Batterien, die aus einem Durchtrennen des Rohlings entstanden sind;
- 4: eines der Grundgehäuse und ein erster Deckelteil, der im Rahmen der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Grundgehäuse verbunden wurde;
- 5: ein Verschließen eines Abschnitts einer Gehäuseöffnung des Grundgehäuses mit einem zweiten Deckelteil im Rahmen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 6: ein Verbinden eines Grundgehäuses mit einem Deckel im Rahmen der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer alternativen Ausführungsform;
- 7: ein Verbinden eines Grundgehäuses mit einem Deckel im Rahmen der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform;
- 8: eine der erfindungsgemäß hergestellten Batterien;
- 9: einen Abschnitt eines zur Nutzung bei einer erfindungsgemäßen Herstellung einer Batterie vorgesehenen Rohlings gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform;
- 10: einen Abschnitt eines Grundgehäuses für eine erfindungsgemäß herzustellende Batterie, das durch ein Durchtrennen des Rohlings gemäß der 9 erhalten wurde;
- 11: einen zur Nutzung bei einer erfindungsgemäßen Herstellung einer Batterie vorgesehenen ersten Deckelteil gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform in einer Aufsicht;
- 12: den Deckelteil gemäß der 11 in einer Seitenansicht; und
- 13: einen zur Nutzung bei einer erfindungsgemäßen Herstellung einer der Batterien vorgesehenen Batterieelementeverbund.
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Die 1 und 2 zeigen einen Rohling 1, der im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Batterie genutzt wird. Der Rohling weist eine Quaderform mit zwei Großseiten 2, zwei Längsseiten 3 und zwei Stirnseiten 4 auf. In einer der Stirnseiten ist eine Öffnung 5 ausgebildet, die sich im Wesentlichen, d.h. mit Ausnahme der Wandstärken der Wandungen, die die Großseiten 2 und die Längsseiten 3 des Rohlings ausbilden, über die gesamte Stirnseite 4 erstreckt. Innenseitig ist der Rohling 1 mit Strukturen versehen, durch die Anlageflächen 6 ausgebildet sind, an denen ein Deckel 7 anliegen kann, wenn der Rohling 1 erfindungsgemäß mittig entlang der beiden Längsseiten 3 und der geschlossenen Stirnseite 4 durchtrennt wurde, um zwei Grundgehäuse 8, die jeweils Teil eines Gehäuses einer Batterie sein sollen, auszubilden (vgl. 3). Die Konturen sind einerseits in Form von zwei rinnenförmigen Vertiefungen 9, die innenseitig mittig in den Wandungen der Längsseiten 3 in Längsrichtung des Rohlings 1 verlaufen und andererseits in Form von zwei Absätzen 10, die jeweils U-förmig verlaufend in der die Öffnung 5 umfassenden Stirnseite 4 des Rohlings 1 ausgebildet sind, vorgesehen. Die Vertiefungen 9 in den Längsseiten 3 des Rohlings 1 bilden nach dem Durchtrennen ebenfalls Absätze 10 in den Wandungen der Längsseiten 3 der Grundgehäuse 8 aus.
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Jedes der Grundgehäuse 8 beziehungsweise ein von diesen ausgebildeter Gehäuseinnenraum 11 dient der Aufnahme jeweils eines Batterieelementeverbunds 12. Der Batterieelementeverbund 12 wird dazu jeweils über eine Gehäuseöffnung 20 der Grundgehäuse 8 in den Gehäuseinnenraum 11 eingebracht.
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Der Batterieelementeverbund 12 kann gemäß der 13 mehrere Batterieelemente umfassen. Elektroden 13 und Separatoren 14 der Batterieelemente können gestapelt vorliegen. Dann umfasst der Batterieelementeverbund 12 in wechselweiser Anordnung eine Mehrzahl von ersten (13a) der Elektroden 13, die bei einer Entladung der Batterie als Anoden fungieren, und eine Mehrzahl von zweiten (13b) der Elektroden 13, die bei einer Entladung der Batterie als Kathoden fungieren. Infolge der wechselweisen Anordnung der Elektroden 13 ist jeweils eine erste Elektrode 13a zwischen zwei zweiten Elektroden 13b und eine zweite Elektrode 13b zwischen zwei ersten Elektroden 13a angeordnet. Dabei sind benachbarte Elektroden 13 jeweils durch einen der Separatoren 14 räumlich getrennt und dadurch auch voneinander elektrisch isoliert. Jeweils eine erste Elektrode 13a und eine zweite Elektrode 13b sowie ein zwischen diesen angeordneter Separator 14 bilden ein Batterieelement aus. Infolge der Stapelung ergibt sich dabei, dass jede der Elektroden 13 mit Ausnahme der beiden in dem Stapel am weitesten außen gelegenen Elektroden 13 funktional Bestandteil von zwei Batterieelementen ist.
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Die Batterieelemente können weiterhin einen Elektrolyten umfassen. Die Separatoren 14 können dabei mit dem flüssigen Elektrolyten getränkt sein. Alternativ können die Separatoren selbst als (Fest-)Elektrolyt wirken. Durch den Elektrolyten ist eine Leitung von Ionen zwischen benachbarten Elektroden 13 über den jeweils dazwischen liegenden Separator 14 möglich.
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Jede der Elektroden 13 umfasst ein flächiges, folienartiges Substrat 15, das beispielsweise bei den als Anoden vorgesehenen ersten Elektroden 13a aus Kupfer und bei den als Kathoden vorgesehenen zweiten Elektroden 13b aus Aluminium ausgestaltet sein kann. In einem rechteckigen Abschnitt davon sind die beiden in Stapelrichtung des Batterieelementeverbunds 12 gelegenen Großflächen jeder der Elektroden 13 mit einer Beschichtung aus einem Aktivmaterial 16 versehen, um eine Wirkung der verschiedenen Elektroden 13a, 13b als Anoden oder Kathoden während einer Nutzung der Batterie zu ermöglichen. Im Bereich dieser rechteckigen Abschnitte der Substrate 15 und damit der Elektroden 13 sind diese und die entsprechend rechteckig geformten Separatoren 14 gestapelt, woraus sich die Quaderform des Batterieelementeverbunds 12 ergibt.
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An einer Querseite des rechteckigen Abschnitts jeder Elektrode 13 ist ein Bereich des Substrats 15 vorgesehen, in dem dieses nicht mit der Beschichtung aus dem jeweiligen Aktivmaterial 16 versehen ist. Dieser Bereich der Elektroden 13 dient jeweils als Stromableiter 17, über den die einzelnen Elektroden 13 mit einem jeweils zugeordneten Batteriepol 18 der Batterie elektrisch leitend verbunden sind. Die Stromableiter 17a von allen ersten Elektroden 14a, zusammengefasst als Stromableiterstapel, sind dabei mit einem ersten (18a) der Batteriepole 18 und die Stromableiter 17b von allen zweiten Elektroden 13b, ebenfalls zusammengefasst als Stromableiterstapel, sind mit einem zweiten (18b) der Batteriepole 18 verbunden (vgl. 6).
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Nach dem Einbringen des Batterieelementeverbunds 12 und optional auch eines Deformationselements 19 (vgl. 5 und 6) wird die Gehäuseöffnung 20 des Grundgehäuses 8, die sich im Wesentlichen vollständig über eine Großseite 2 und eine Stirnseite 4 des Grundgehäuses 8 erstreckt, mittels des Deckels 7 verschlossen. Bei der Ausgestaltungsform gemäß den 4 und 5 umfasst dieser Deckel 7 zwei separate, vollständig eben beziehungsweise flach geformte Deckelteile 7a, 7b, während bei der Ausgestaltungsform gemäß den 6 bis 8 ein einteiliger, abgewinkelt verlaufender Deckel 7 mit im Längsschnitt L-förmiger Schnittkontur zum Einsatz kommt.
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Bei der Ausgestaltungsform gemäß den 4 und 5 wird zunächst ein erster Deckelteil 7a, der den Abschnitt der Gehäuseöffnung 20, der in der Stirnseite 4 des Grundgehäuses 8 gelegen ist, abdeckt, an den dortigen Anlageflächen 6 des Grundgehäuses 8 anliegend positioniert und fixiert. Dabei kann der erste Deckelteil 7a bereits provisorisch oder abschließend mit dem Grundgehäuse 8 stoffschlüssig verbunden werden. Gemäß der 4 kann das Anbringen des ersten Gehäuseteils 7a an dem Grundgehäuse 8 erfolgen, noch bevor der Batterieelementeverbund 12 in den Gehäuseinnenraum 11 des Grundgehäuses 8 eingebracht wurde. Alternativ kann zunächst der Batterieelementeverbund 12 in den Gehäuseinnenraum 11 eingebracht und erst dann der erste Deckelteil 7a mit dem Grundgehäuse 8 verbunden werden.
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Das Einbringen des Batterieelementeverbunds 12 in den Gehäuseinnenraum 11 kann vorteilhaft über denjenigen beziehungsweise senkrecjt zu demjenigen Abschnitt der Gehäuseöffnung 20, der in der einen Großseite 2 des Grundgehäuses 8 angeordnet ist, erfolgen, wodurch eine nur relativ kurze Relativbewegung zwischen diesen Komponenten erforderlich ist. Dies ermöglicht ein relativ einfaches Einbringen des Batterieelementeverbunds 12 in den Gehäuseinnenraum 11, wobei zudem die Gefahr einer Beschädigung der Komponenten des Batterieelementeverbunds 12 minimiert ist.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Einbringung des Batterieelementeverbunds 12 über den in der einen Großseite 2 des Grundgehäuses 8 ausgebildeten Abschnitt der Gehäuseöffnung 20, durch den die Ehrstellung der Batterie vereinfacht wird, liegt darin, dass erst mit dem anschließenden Aufbringen des Deckels 7 beziehungsweise des zweiten Deckelteils 7b ein relativ großer Druck auf den Batterieelementeverbund 12 (in der Stapelrichtung der Komponenten des Batterieelementeverbunds 12) ausgeübt wird. Ein solcher relativ großer Druck kann insbesondere bei einer Ausgestaltung des Batterieelementeverbunds 12 mit Festelektrolyt für den Betrieb vorteilhaft oder erforderlich sein.
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Der erste Deckelteil 7a bei der herzustellenden Batterie gemäß den 4 und 5 beziehungsweise der entsprechende Abschnitt des Deckels 7 bei den herzustellenden Batterien gemäß den 6 und 7 umfasst die zwei Batteriepole 18 der jeweiligen Batterie, die derart in den Deckel(teil) 7, 7a integriert sind, dass jeweils ein Anschlussabschnitt davon beidseitig des Deckel(teil)s 7, 7a zugänglich ist, um die Batteriepole 18 einerseits mit den Stromableitern 17 und damit mit den Elektroden 13 des Batterieelementeverbunds 12 verbinden und andererseits die Batterie 1 extern kontaktieren zu können. Dabei ist mindestens einer der Batteriepole 18 elektrisch von dem Gehäuse isoliert.
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Ein Verbinden der Batteriepole 18 mit den Stromableitern 17 kann grundsätzlich beliebig erfolgen, d.h. beispielsweise bevor oder nachdem der Batterieelementeverbund 12 in das Grundgehäuse 8 eingebracht und der Deckel(teil) 7, 7a an diesem angebracht werden/wurden oder nachdem der Batterieelementeverbund 12 in das Grundgehäuse 8 eingebracht, der Deckel(teil) 7, 7a jedoch noch nicht angebracht wurde. Weiterhin kann das Verbinden der Batteriepole 18 mit den Stromableitern 17 bei der herzustellenden Batterie gemäß den 4 und 5 erfolgen, nachdem der erste Deckelteil 7a an dem Grundgehäuse 8 angebracht, der Batterieelementeverbund 12 jedoch noch nicht in das Grundgehäuse 8 eingebracht worden ist.
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Ein vollständiges Verschließen der Gehäuseöffnung 20 des Grundgehäuses 8 mit dem Deckel 7 des Gehäuses erfolgt daran anschließend. Bei der herzustellenden Batterie gemäß den 4 und 5 wird hierzu der zweite Deckelteil 7b an dem Grundgehäuse 8 angebracht, wobei dieser an den entsprechenden Anlageflächen 6, die sich in Längsrichtung des Grundgehäuses 8 erstrecken, anliegt. Bei der herzustellenden Batterie gemäß der 6 wird dagegen der gesamte Deckel 7 (ausschließlich) um die freie Kante des stirnseitigen Abschnitts des Deckels 7 geschwenkt, bis der Deckel 7 vollständig an den Anlageflächen 6 des Grundgehäuses 8 anliegt. Bei der herzustellenden Batterie gemäß der 7 erfolgt das Anbringen des Deckels 7 dagegen in einer ausschließlich translatorischen Relativbewegung zu dem Grundgehäuse 8. Eine Kombination aus rotatorischer und translatorischer Bewegung des Deckels 7 ist ebenfalls möglich und gegebenenfalls vorteilhaft.
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In einem abschließenden Verfahrensschritt wird der Deckel 7, soweit nicht bereits erfolgt, jeweils stoffschlüssig mit dem Grundgehäuse 8 verbunden. Dies kann vorteilhaft durch Laserschweißen erfolgen. Die herzustellende Batterie gemäß den 4 und 5 weist dabei den Vorteil auf, dass die zwei für das Verbinden der beiden Deckelteile 7a, 7b zu setzenden Schweißnähte jeweils in einer einzigen Ebene gelegen sind, so dass der Laser zum Verschweißen jeweils nur zweidimensional verfahren werden muss. Bei den herzustellenden Batterien gemäß den 6 und 7 kann dagegen ein dreidimensionales Verfahren des Lasers erforderlich sein, was aus der abgewinkelten Form des jeweiligen Deckels 7 resultiert.
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Die 9 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Rohlings 1 zur Verwendung bei einer erfindungsgemäßen Herstellung einer Batterie. Dieser Rohling 1 unterscheidet sich von demjenigen gemäß den 1 und 2 darin, dass die Vertiefungen 9, die innenseitig mittig in den Wandungen der Längsseiten 3 in Längsrichtung des Rohlings 1 verlaufen, durch eine weitere Vertiefung 9, die innenseitig mittig in der Wandung der geschlossenen Stirnseite 4 des Rohlings 1 ausgebildet ist und die in die längsseitigen Vertiefungen 9 übergeht, ergänzt sind. Dadurch wird bei jedem der zwei Grundgehäuse 8, die durch ein Durchtrennen des Rohlings 1 erhalten werden, eine zusätzliche Anlagefläche 6, die als Absatz in der dortigen Stirnwandung ausgebildet ist, erhalten (vgl. 10).
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Die 11 und 12 zeigen eine alternative Ausgestaltungsform eines ersten Deckelteil 7a, der bei der Herstellung einer Batterie gemäß den 4 und 5 zum Einsatz kommen kann. Gegenüber dem ersten Deckelteil 7a, wie er in den 4 und 5 gezeigt ist, weist der erste Deckelteil 7a gemäß den 11 und 12 einen Absatz 10 auf, der wiederum eine Anlagefläche 6 ausbildet, an dem der zweite Deckelteil 7b nach dem Anbringen anliegt.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Rohling
- 2
- Großseite einer Quaderform
- 3
- Längsseite einer Quaderform
- 4
- Stirnseite einer Quaderform
- 5
- Öffnung des Rohlings
- 6
- Anlagefläche
- 7
- Deckel
- 7a
- erster Deckelteil
- 7b
- zweiter Deckelteil
- 8
- Grundgehäuse
- 9
- Vertiefung
- 10
- Absatz
- 11
- Gehäuseinnenraum
- 12
- Batterieelementeverbund
- 13
- Elektrode
- 13a
- erste Elektrode
- 13b
- zweite Elektrode
- 14
- Separator
- 15
- Substrat der Elektrode
- 16
- Aktivmaterial der Elektrode
- 17
- Stromableiter
- 17a
- erster Stromableiter
- 17b
- zweiter Stromableiter
- 18
- Batteriepol
- 18a
- erster Batteriepol
- 18b
- zweiter Batteriepol
- 19
- Deformationselement
- 20
- Gehäuseöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016121089 A1 [0006]
- DE 102013021398 A1 [0007]
- GB 748719 A [0008]