DE102009035498A1

DE102009035498A1 - Single cell for lithium ion battery of vehicle, has electrode stack whose poles are arranged between housing side walls and metallic pressing plate and welded in sections with housing side walls and pressing plate

Info

Publication number: DE102009035498A1
Application number: DE102009035498A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl.-Ing. Dr. Schröter; Wolfgang Dr. Warthmann; Rainer Dr. Kaufmann; Jens Dr.-Ing. Meintschel; Rudolf Dipl.-Ing. Reinhardt (Fh); Claus-Rupert Dr.-Ing. Hohenthanner; Claudia Dr.Rer.Nat. Brasse; Günter Dr.rer.nat. Eichinger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03

Abstract

The cell (1) has an electrode stack (5) comprising electrode foils (5.1, 5.2) with different polarity, where the foils are separated from each other by a separator foil (5.3). Poles of the electrode stack are electrically connected with electrically conductive housing side walls (2, 3). The poles are arranged between the housing side walls and a metallic pressing plate (6) and welded in sections with the housing side walls and the pressing plate. A frame (4) or sections of the frame is made of a thermoplastic material. An independent claim is also included for a method for producing a single cell of a battery.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einzelzelle für eine Batterie, wobei die Einzelzelle einen Elektrodenstapel umfasst, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung Einzelzelle für eine Batterie, wobei die Einzelzelle einen Elektrodenstapel umfasst, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt werden, wobei Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden werden.The The invention relates to a single cell for a battery, wherein the single cell comprises an electrode stack, the individual Electrodes of different polarity, preferably electrode foils, by a separator, preferably a separator film, from each other are isolated, wherein electrodes of the same polarity electrically conductively connected to one another to a pole. The The invention further relates to a method for producing a single cell for a battery, wherein the single cell comprises an electrode stack whose individual electrodes of different polarity, preferably electrode foils, by a separator, preferably a Separatorfolie to be isolated from each other, wherein Electrodes of the same polarity are electrically conductive with each other be connected to a pole.

Nach dem Stand der Technik sind Hochvolt-Batterien, z. B. Lithium-Ionen-Batterien, für Fahrzeuganwendungen bekannt, die insbesondere aus mehreren elektrisch in Reihe und/oder parallel verschalteten Einzelzellen, beispielsweise so genannten Flachzellen, aufgebaut sind. Um eine hohe elektrische Leistung und Lebensdauer der Einzelzelle zu erzielen, ist es erforderlich, dass die Einzelzelle einen geringen elektrischen Innenwiderstand aufweist und eine erzeugte Verlustwärme effizient abgeführt wird.To the prior art are high-voltage batteries, z. B. lithium-ion batteries, known for vehicle applications, in particular from several electrically in series and / or parallel interconnected single cells, For example, so-called flat cells are constructed. To one to achieve high electrical performance and lifetime of the single cell It is necessary that the single cell has a low electrical Has internal resistance and generated heat loss is efficiently dissipated.

Aus der EP 1 267 429 A1 sind eine Batterie und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt, wobei eine Metallplatte und eine Elektrode einer Lithium-Ionen-Batterie verschweißt werden. Ein Polkontakt einer positiven Elektrode und ein Polkontakt einer negativen Elektrode sind dabei aus einem Gehäuse der Batterie herausgeführt, wobei außerhalb des Gehäuses jeweils auf einer Oberseite und einer Unterseite der Polkontakte eine obere bzw. eine untere Metallplatte angeordnet und mit diesen verschweißt werden.From the EP 1 267 429 A1 For example, a battery and a method of manufacturing the same are known in which a metal plate and an electrode of a lithium-ion battery are welded. A pole contact of a positive electrode and a pole contact of a negative electrode are led out of a housing of the battery, outside of the housing in each case on an upper side and a lower side of the pole contacts an upper or a lower metal plate are arranged and welded thereto.

Weiterhin ist aus der US 1,568,080 ein Verfahren zum Zusammenfügen von Metallteilen, insbesondere ein Punktschweißverfahren, bekannt, wobei die Metallteile zwischen zwei Platten oder Blechen aus einem Widerstandsmaterial angeordnet und verschweißt werden. Das Widerstandsmaterial weist dabei einen höheren elektrischen Widerstand auf, als die zu verschweißenden Metallteile.Furthermore, from the US 1,568,080 a method for joining metal parts, in particular a spot welding method, known, wherein the metal parts between two plates or sheets of a resistance material are arranged and welded. The resistance material has a higher electrical resistance than the metal parts to be welded.

Die US 4,343,982 beschreibt ein Verfahren zur Verbindung zweier Metallelemente mit einem Graphitelement, um einen geringen elektrischen Durchgangswiderstand zu erzielen. Bei dem Graphitelement handelt es sich insbesondere um eine Graphitelektrode einer elektrochemischen Zelle. Bei dem Verfahren wird zunächst eine Mehrzahl von Öffnungen in das Graphitelement eingebracht und das Graphitelement wird zwischen den zwei Metallelementen angeordnet, welche die eingebrachten Öffnungen in dem Graphitelement abdecken. Anschließend werden die Metallelemente im Bereich der Öffnungen anhand einer Punktschweißung mit dem Graphitelement verschweißt, wobei die Metallelemente insbesondere durch die Öffnungen in dem Graphitelement miteinander verschweißt werden.The US 4,343,982 describes a method for connecting two metal elements with a graphite element in order to achieve a low electrical resistance. The graphite element is in particular a graphite electrode of an electrochemical cell. In the method, first a plurality of openings are made in the graphite element and the graphite element is placed between the two metal elements which cover the introduced openings in the graphite element. Subsequently, the metal elements are welded in the region of the openings by means of a spot weld with the graphite element, wherein the metal elements are welded together in particular by the openings in the graphite element.

Ferner wird in der WO 2007/059269 A2 eine wiederaufladbare Batteriezelle, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Zelle zur Anwendung in einem Fahrzeug, offenbart, welche aus einem Elektrodenstapel gebildet ist, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität aus Elektrodenfolien gebildet sind. Zwischen den Elektrodenfolien sind eine Elektrolytfolie und eine Separatorfolie angeordnet, wobei die Elektrodenfolien unterschiedlicher Polarität mittels der Separatorfolie voneinander elektrisch isolierend getrennt sind. Der Elektrodenstapel ist spulenartig aufgewickelt, wobei aus dem Elektrodenstapel Stromableiterfahnen herausgeführt sind, welche durch über die Elektrodenfolien gleicher Polarität hinausragende und übereinander gestapelte Abschnitte der Elektrodenfolien gebildet sind. Die Stromableiterfahnen gleicher Polarität sind elektrisch leitend miteinander zu einem Polkontakt verbunden, insbesondere verpresst und/oder verschweißt. Der Elektrodenstapel ist beispielsweise um einen Kühlkanal gewickelt, wobei die Stromableiterfahnen zwischen dem Kühlkanal und einer Anoden- bzw. Kathodenplatte angeordnet und mit dieser verpresst und/oder verschweißt sind.Furthermore, in the WO 2007/059269 A2 discloses a rechargeable battery cell, for example a lithium-ion cell for use in a vehicle, which is formed from an electrode stack whose individual electrodes of different polarity are formed from electrode foils. An electrolyte film and a separator film are arranged between the electrode films, the electrode films of different polarity being separated from one another in an electrically insulating manner by means of the separator film. The electrode stack is wound in the manner of a coil, wherein current discharge tabs are led out of the electrode stack, which are formed by sections of the electrode foils which project beyond the electrode foils of the same polarity and are stacked one above the other. The current collector lugs of the same polarity are electrically conductively connected to one another to a pole contact, in particular pressed and / or welded. The electrode stack is wound, for example, around a cooling channel, wherein the current collector lugs are arranged between the cooling channel and an anode or cathode plate and are pressed and / or welded thereto.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einzelzelle für eine Batterie anzugeben, die einen geringen elektrischen Innenwiderstand aufweist und bei der eine erzeugte Verlustwärme effizient abführbar ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Einzelzelle anzugeben, mittels welchem die Einzelzelle mit geringem Innenwiderstand und effizienter Wärmeleitung einfach und kostengünstig herstellbar ist.Of the Invention is based on the object, a single cell for specify a battery that has a low internal electrical resistance and in which a generated heat loss efficient is deductible. Furthermore, the invention is based on the object to provide a method for producing such a single cell, by means of which the single cell with low internal resistance and efficient heat conduction easy and cost-effective can be produced.

Hinsichtlich der Einzelzelle wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.Regarding the single cell is the object of the invention the features specified in claim 1 solved. Regarding of the method according to the invention by the features specified in claim 9 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Einzelzelle für eine Batterie umfasst einen Elektrodenstapel, dessen einzelne Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt sind, wobei Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die Pole des Elektrodenstapels jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand verbunden, wobei die Pole jeweils zwischen der zugehörigen Gehäuseseitenwand und einem metallischen Andruckblech angeordnet und mit der Gehäuseseitenwand und dem Andruckblech zumindest abschnittsweise verschweißt sind.The individual cell according to the invention for a battery comprises an electrode stack whose individual electrodes of different polarity, preferably electrode foils, are separated from one another by a separator, preferably a separator foil, electrodes having the same butt larity electrically conductively connected to each other to a pole. According to the invention, the poles of the electrode stack are in each case electrically connected to an electrically conductive housing side wall, wherein the poles are respectively arranged between the associated housing side wall and a metallic pressure plate and are welded at least in sections to the housing side wall and the pressure plate.

Durch die erfindungsgemäße Verschweißung der Pole mit den Gehäuseseitenwänden, welche die elektrischen Polkontakte der Einzelzelle bilden, wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Polen und den Gehäuseseitenwänden erzeugt, welche sich durch einen geringen Übergangswiderstand, eine gute Wärmeleitung und eine hohe Stromtragfähigkeit auszeichnet. Die direkte elektrische Kontaktierung der Einzelzellen über die Gehäuseseitenwände ermöglicht es, dass zusätzliche Anordnungen, wie beispielsweise Zellverbinder, zur elektrischen Verbindung der Einzelzellen bei der Herstellung der Batterie entfallen können.By the welding of the invention Pole with the housing side walls showing the electrical Form pole contacts of the single cell is a cohesive Connection between the poles and the housing side walls generated, which is characterized by a low contact resistance, Good heat conduction and high current carrying capacity distinguished. The direct electrical contacting of the individual cells via the housing side walls make it possible that additional arrangements, such as cell connectors, for the electrical connection of the individual cells in the production the battery can be omitted.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Andruckbleches werden in besonders vorteilhafter Weise ein Durchschmelzen von einzelnen Elektrodenfolien beim Verschweißen vermieden und gleichzeitig durch eine weitere Verringerung des Übergangswiderstandes der Innenwiderstand und somit eine Verlustwärmeerzeugung der Einzelzelle verringert. Auch ist die Wärmeübertragung zwischen dem Elektrodenstapel und den Gehäuseseitenwänden verbessert, über welche die Verlustwärme vorzugsweise an eine Wärmeleitplatte abgebbar ist.By the inventive arrangement of the pressure plate are in a particularly advantageous manner, a melting of individual Electrode foils avoided during welding and at the same time by a further reduction of the contact resistance the internal resistance and thus a loss of heat generation the single cell decreases. Also, the heat transfer between the electrode stack and the housing sidewalls improves over which the heat loss preferably can be delivered to a heat conducting plate.

Um eine verbesserte Anbindung der Pole an die Gehäuseseitenwände und/oder an das Andruckblech und somit den geringen Übergangswiderstand und die gute Wärmeleitung zwischen dem Elektrodenstapel und den Gehäuseseitenwänden zu erzielen, sind die Pole in einer gewinnbringenden Weiterbildung der Erfindung zusätzlich mit der zugehörigen Gehäuseseitenwand und/oder dem zugehörigen Andruckblech verpresst.Around an improved connection of the poles to the housing side walls and / or to the pressure plate and thus the low contact resistance and the good heat conduction between the electrode stack and To achieve the housing side walls are the Pole in a profitable development of the invention in addition with the associated housing side wall and / or pressed the associated pressure plate.

In einer gewinnbringenden Weiterbildung der Erfindung entsprechen eine Längenausdehnung und/oder eine Breitenausdehnung des Andruckbleches in etwa einer Längenausdehnung und/oder einer Breitenausdehnung des zugehörigen Pols, so dass eine gleichmäßige Verpressung sowie ein gleichmäßiger und geringer Übergangswiderstand über die gesamte Ausdehnung des Pols zwischen der Gehäuseseitenwand und diesem erzielbar sind.In a profitable development of the invention correspond to a Length expansion and / or a width extension of the pressure plate in about a length extension and / or a width extension of the associated pole, so that a uniform Compression and a uniform and low contact resistance over the entire extent of the pole between the housing side wall and this are achievable.

Weiterhin entspricht eine Dicke des Andruckbleches in etwa einer Dicke der Gehäuseseitewand, wodurch eine Vereinfachung und Optimierung des Schweißprozesses durch eine einfache Bestimmung geeigneter und prozesssicherer Parameter möglich ist.Farther corresponds to a thickness of the pressure plate in about a thickness of Housing side wall, thereby simplifying and optimizing the welding process by a simple determination of appropriate and process-safe parameters is possible.

Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelzelle sind die Pole punktförmig mit der zughörigen Gehäuseseitenwand und dem zughörigen Andruckblech verschweißt, woraus eine geringe Fertigungszeit und somit geringe Herstellungskosten resultieren.According to one Embodiment of the single cell according to the invention the poles are punctiform with the associated housing side wall and the associated Andruckblech welded, from which a short production time and thus low production costs result.

Ferner bildet ein nach außerhalb des Elektrodenstapels geführter Randbereich der jeweiligen Elektrodenfolie eine Stromableiterfahne, wobei Stromableiterfahnen einer Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind. Durch eine Anordnung des Elektrodenstapels in einem randseitig umlaufenden, insbesondere elektrisch isolierenden Rahmen sind in vorteilhafter Weise keine zusätzlichen isolierenden Anordnungen zur Isolation der die Pole bildenden Stromableiterfahnen und der Gehäuseseitenwände erforderlich. Auch ist die Handhabbarkeit der Einzelzelle erleichtert bzw. sicherer gestaltet.Further forms a guided outside the electrode stack Edge region of the respective electrode foil a current collector lug, wherein Stromableiterfahnen a polarity electrically conductive with each other connected to a pole. By an arrangement of the electrode stack in an edge-surrounding, in particular electrically insulating Frames are advantageously no additional insulating Arrangements for the isolation of the poles forming Stromableiterfahnen and the housing side walls required. Also the handling of the single cell is facilitated or safer designed.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle für eine Batterie, wobei die Einzelzelle einen Elektrodenstapel umfasst, werden einzelne Elektroden des Elektrodenstapel unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander isolierend getrennt. Elektroden gleicher Polarität werden elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden.at the process according to the invention for the preparation a single cell for a battery, wherein the single cell comprises an electrode stack, become individual electrodes of the electrode stack different polarity, preferably electrode foils, by a separator, preferably a separator film, from each other isolated isolated. Electrodes of the same polarity become electrically connected together to form a pole.

Erfindungsgemäß werden die Pole des Elektrodenstapels jeweils elektrisch mit einer elektrisch leitfähigen Gehäuseseitenwand verbunden, wobei die Pole jeweils zwischen der zugehörigen Gehäuseseitenwand und einem metallischen Andruckblech angeordnet und mit der Gehäuseseitenwand und dem Andruckblech zumindest partiell verschweißt werden. Durch die Verwendung des Andruckbleches wird eine einfache Prozessführung beim Verschweißen und somit ein geringerer Aufwand bei der Herstellung der Einzelzelle erzielt. Auch wird in besonders vorteilhafter Weise ein Durchschmelzen von einzelnen Elektrodenfolien beim Verschweißen vermieden.According to the invention the poles of the electrode stack each electrically with an electrically conductive Housing side wall connected, with the poles between each the associated housing side wall and a metallic Andruckplatte arranged with the housing side wall and the Pressure plate are at least partially welded. By the use of the pressure plate becomes a simple process control during welding and thus less effort achieved the production of the single cell. Also, in particular advantageously a melting of individual electrode films avoided during welding.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Pole mit der zugehörigen Gehäuseseitenwand und/oder dem zugehörigen Andruckblech vor und/oder während des Verschweißens verpresst, um eine verbesserte Anbindung an die Gehäuseseitenwand zu erreichen. Insbesondere aus der Verpressung während des Verschweißens resultiert ein optimierter Wärmeübergang zwischen dem Pol und der Gehäuseseitenwand sowie ein geringer Übergangswiderstand zwischen diesen.According to one Embodiment of the invention, the poles with the associated Housing side wall and / or the associated pressure plate compressed before and / or during welding, for an improved connection to the housing side wall to reach. In particular, from the compression during the welding results in an optimized heat transfer between the pole and the housing side wall and a low contact resistance between these.

Ferner werden die Pole punktförmig mit der zugehörigen Gehäuseseitenwand und dem zugehörigen Andruckblech verschweißt, wodurch in vorteilhafter Weise der Zeitaufwand des Schweißprozesses verringert wird.Further the poles are punctiform with the associated Housing side wall and the associated pressure plate welded, thereby advantageously the amount of time the welding process is reduced.

Zusätzlich werden die Pole in einem geöffneten Zustand der Einzelzelle mit der zugehörigen Gehäuseseitenwand und dem zugehörigen Andruckblech verschweißt, so dass eine Kontrolle der erzeugten stoffschlüssigen Verbindung möglich ist.additionally the poles are in an open state of the single cell with the associated housing side wall and the associated pressure plate welded, so that a control of the produced cohesive connection is possible.

Zwischen den Gehäuseseitenwänden wird ein randseitig umlaufender sowie elektrisch isolierender Rahmen angeordnet, welcher vorzugsweise in einem Heißpressverfahren mit den Gehäuseseitenwänden miteinander verbunden wird. In dem Heißpressverfahren werden zumindest Abschnitte des Rahmens aufgeschmolzen. Zu diesem Zweck sind Abschnitte des Rahmens oder der gesamte Rahmen insbesondere aus einem thermoplastischen Material gebildet. Durch das Heißpressverfahren wird ein dichter Verschluss der Einzelzelle erzielt, so dass ein Eindringen von Fremdstoffen in das Zellinnere oder das Austreten von Stoffen aus dem Zellinneren vermieden werden.Between The housing side walls is a peripheral peripheral and electrically insulating frame, which is preferably arranged in a hot pressing process with the housing side walls is connected to each other. In the hot pressing process are at least sections of the frame melted. To this end are sections of the frame or the entire frame in particular formed from a thermoplastic material. Through the hot pressing process a tight closure of the single cell is achieved, allowing penetration of foreign substances in the cell interior or the leakage of substances be avoided from the cell interior.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be described in more detail below with reference to drawings explained.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 schematisch einen Ausschnitt einer Einzelzelle, 1 schematically a section of a single cell,

2 schematisch einen Ausschnitt eines auf einer Gehäuseseitenwand angeordneten Elektrodenstapels und eine Schweißvorrichtung, 2 FIG. 2 schematically a section of an electrode stack arranged on a housing side wall and a welding device, FIG.

3 schematisch einen Ausschnitt des auf der Gehäuseseitenwand angeordneten Elektrodenstapels gemäß 2, und 3 schematically a section of the disposed on the housing side wall electrode stack according to 2 , and

4 schematisch den auf der Gehäuseseitenwand und in einem Rahmen angeordneten Elektrodenstapel. 4 schematically the arranged on the housing side wall and in a frame electrode stack.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

1 zeigt ausschnittsweise eine Einzelzelle 1 für eine nicht näher dargestellte Batterie, welche beispielsweise durch eine Reihenschaltung mehrerer derartiger Einzelzellen 1 herstellbar ist. 1 shows a detail of a single cell 1 for a battery, not shown, which, for example, by a series connection of a plurality of such individual cells 1 can be produced.

Die Einzelzelle 1 weist zwei Gehäuseseitenwände 2, 3 und einen zwischen diesen angeordneten in deren Randbereich angeordneten Rahmen 4 auf. Dabei bilden die Gehäuseseitewände 2, 3 sowie der Rahmen 4 ein Gehäuse der Einzelzelle 1. Die Gehäuseseitenwände 2, 3 sind als Flachseiten ausgebildet, so dass die Einzelzelle 1 eine so genannte Rahmenflachzelle istThe single cell 1 has two housing side walls 2 . 3 and a frame arranged between these arranged in the edge region thereof 4 on. In this case, form the housing side walls 2 . 3 as well as the frame 4 a housing of the single cell 1 , The housing side walls 2 . 3 are formed as flat sides, so that the single cell 1 a so-called Rahmenflachzelle is

Zwischen den Gehäuseseitenwänden 2, 3 ist ein Elektrodenstapel 5 angeordnet, welcher von dem Rahmen 4 randseitig umlaufen wird.Between the housing side walls 2 . 3 is an electrode stack 5 arranged, which of the frame 4 circulating on the edge.

Der Elektrodenstapel 5 ist aus Elektrodenfolien 5.1, 5.2 unterschiedlicher Polarität, insbesondere Aluminium- und/oder Kupferfolien und/oder Folien aus einer Metalllegierung, gebildet. Diese Elektrodenfolien 5.1, 5.2 sind in einem mittleren Bereich des Elektrodenstapels 5 übereinander gestapelt und mittels eines einer Separatorfolie 5.3 elektrisch voneinander isoliert.The electrode stack 5 is made of electrode foils 5.1 . 5.2 different polarity, in particular aluminum and / or copper foils and / or foils of a metal alloy formed. These electrode foils 5.1 . 5.2 are in a middle region of the electrode stack 5 stacked on top of each other and by means of a separator film 5.3 electrically isolated from each other.

In einem über den mittleren Bereich des Elektrodenstapels 5 überstehender Randbereich der Elektrodenfolien 5.1, 5.2 sind Elektrodenfolien 5.1, 5.2 gleicher Polarität jeweils elektrisch miteinander verbunden und bilden Pole P1, P2 des Elektrodenstapels 5, wobei der Pol P2 in 4 näher dargestellt ist. Die Abschnitte der Elektrodenfolien 5.1, 5.2, welche in den Randbereich ragen, werden auch als Stromableiterfahnen bezeichnet.In one over the middle area of the electrode stack 5 projecting edge region of the electrode films 5.1 . 5.2 are electrode foils 5.1 . 5.2 the same polarity each electrically connected to each other and form poles P1, P2 of the electrode stack 5 , wherein the pole P2 in 4 is shown in more detail. The sections of the electrode foils 5.1 . 5.2 which protrude into the edge region are also referred to as current discharge lugs.

Die Pole P1, P2 des Elektrodenstapels 5 sind jeweils elektrisch mit einer Gehäuseseitenwand 2 oder 3 verbunden, so dass die Gehäuseseitenwände 2, 3 Polkontakte der Einzelzelle 1 bilden.The poles P1, P2 of the electrode stack 5 are each electrically with a housing side wall 2 or 3 connected so that the housing side walls 2 . 3 Pole contacts of the single cell 1 form.

Der Rahmen 4 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, so dass die Pole P1, P2 des Elektrodenstapels 5 und auch die Gehäuseseitenwände 2, 3 unterschiedlicher Polarität jeweils elektrisch voneinander isoliert sind. Dadurch können in vorteilhafter Weise zusätzliche Anordnungen zu einer elektrischen Isolation entfallen.The frame 4 is formed of an electrically insulating material, so that the poles P1, P2 of the electrode stack 5 and also the housing side walls 2 . 3 different polarity are each electrically isolated from each other. As a result, additional arrangements for electrical insulation can advantageously be dispensed with.

Der Rahmen 4 ist weiterhin aus einem thermoplastischen Material gebildet, so dass die Gehäuseseitenwände 2, 3 in einem Heißpressverfahren mit dem Rahmen 4 verbunden werden. Bei dem Heißpressverfahren werden zumindest Abschnitte des Rahmens 4 aufgeschmolzen, wobei die Gehäuseseitenwände 2, 3 an den Rahmen 4 gepresst werden, so dass eine dichte Verbindung zwischen den Gehäuseseitenwänden 2, 3 und dem Rahmen 4 erzeugt wird.The frame 4 is further formed of a thermoplastic material, so that the housing side walls 2 . 3 in a hot pressing process with the frame 4 get connected. In the hot pressing process, at least portions of the frame 4 melted, with the housing side walls 2 . 3 to the frame 4 be pressed, so that a tight connection between the housing side walls 2 . 3 and the frame 4 is produced.

Zur Herstellung der nicht näher dargestellten Batterie werden mehrere der Einzelzellen 1 vorzugsweise elektrisch seriell miteinander verschaltet und in einem Batteriegehäuse angeordnet oder mittels weiterer Elemente, beispielsweise Spannbändern, verbunden. Zusätzlich kann eine Wärmeleitplatte zur Abführung einer Verlustwärme der Einzelzellen 1 vorgesehen sein, welche in wärmeleitenden Kontakt mit den Einzelzellen 1 steht. Die entstehende Verlustwärme aus dem Inneren der Einzelzellen 1 wird über die elektrische Verbindung der Pole P des Elektrodenstapels 5 mit den Gehäuseseitenwänden 2, 3 realisiert. Um eine Vergrößerung der Wärmeabgabe der Einzelzellen 1 an die Wärmeleitplatte zu erzielen, weist zumindest eine der Gehäuseseitenwände 2, 3 in vorteilhafter, nicht näher dargestellter Weise ein zumindest abschnittsweise über die Länge der jeweiligen Einzelzelle 1 hinausgehendes, insbesondere der Wärmeleitplatte zugewandtes, Seitenwandelement auf, das gegenüber der Gehäuseseitenwand in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist.To produce the battery, not shown, more of the individual cells 1 preferably electrically connected in series with each other and arranged in a battery housing or connected by means of other elements, such as tension bands. In addition, a heat conduction plate for dissipating a heat loss of the individual cells 1 be provided, which in heat-conducting contact with the individual cells 1 stands. The resulting loss heat from the inside of the single cells 1 is via the electrical connection of the poles P of the electrode stack 5 with the housing side walls 2 . 3 realized. To increase the heat output of the individual cells 1 to achieve the heat conduction, has at least one of the housing side walls 2 . 3 in an advantageous, not shown manner, at least in sections along the length of the respective single cell 1 outgoing, in particular the heat conducting plate facing side wall element, which is angled towards the housing side wall in the direction of the cell interior.

Zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Polen P1, P2 und den Gehäuseseitenwänden 2, 3 wird jeweils ein Pol P zwischen einem Andruckblech 6 und einer zugehörigen Gehäuseseitenwand 2, 3, im dargestellten Ausführungsbeispiel die Gehäuseseitenwand 2, angeordnet und mit dem Andruckblech 6 und der Gehäuseseitenwand 2 verschweißt.To establish the electrical connection between the poles P1, P2 and the housing side walls 2 . 3 in each case a pole P between a pressure plate 6 and an associated housing sidewall 2 . 3 , In the illustrated embodiment, the housing side wall 2 , arranged and with the pressure plate 6 and the housing side wall 2 welded.

Dieses Verschweißen erfolgt, wie in 2 dargestellt, im geöffneten Zustand der Einzelzelle 1, wobei unter dem geöffneten Zustand der Einzelzelle 1 ein Zustand verstanden wird, in welchem die Gehäuseseitenwände 2, 3 nicht mit dem Rahmen 4 verbunden sind.This welding takes place as in 2 shown, in the open state of the single cell 1 , wherein under the opened state of the single cell 1 a state is understood in which the housing side walls 2 . 3 not with the frame 4 are connected.

Vor dem Verschweißen des im dargestellten Ausschnittes gezeigten Pols P1 mit der Gehäuseseitenwand 2 werden die Stromableiterfahnen der Elektrodenfolien 5.1 übereinander gestapelt und plan auf der Innenseiten der zugehörigen Gehäuseseitenwand 2 aufgelegt. Eine dabei notwendig relative Biegung der Stromableiterfahnen zu dem mittleren Bereich des Elektrodenstapels 5 wird durch die Flexibilität der verwendeten Elektrodenfolien 5.1 erreicht.Before welding the pole P1 shown in the illustrated section with the housing side wall 2 become the Stromableiterfahnen the electrode foils 5.1 stacked on top of each other and flat on the insides of the associated housing side wall 2 hung up. A necessary relative bending of the current discharge lugs to the central region of the electrode stack 5 is due to the flexibility of the electrode films used 5.1 reached.

Zu dem Verschweißen der Stromableiterfahnen zu dem Pol P1 und zu einem gleichzeitigen Verschweißen des Pols P1 mit der Gehäuseseitenwand 2 und dem Andruckblech 6 werden der auf der Innenseite der Gehäuseseitenwand 2 aufliegende Pol P1, die Gehäuseseitenwand 2 und das Andruckblech 6 zwischen zwei kreiszylindrischen Schweißelektroden 7.1 und 7.2 einer Schweißvorrichtung 7 angeordnet und durch eine eingeführte Presskraft verpresst. Gleichzeitig werden der Pol P1, die Gehäuseseitenwand 2 und das Andruckblech 6 im Bereich der kreiszylindrischen Schweißelektroden 7.1 und 7.2 aufgeschmolzen, so dass an der Position eines entstehenden Schweißpunktes S1 eine stoffschlüssige und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Pol P1 und der Gehäuseseitenwand 2 entsteht.To fusing the current collector tabs to the pole P1 and simultaneously welding the pole P1 to the housing sidewall 2 and the pressure plate 6 be the on the inside of the housing side wall 2 overlying pole P1, the housing side wall 2 and the pressure plate 6 between two circular cylindrical welding electrodes 7.1 and 7.2 a welding device 7 arranged and pressed by an introduced pressing force. At the same time the pole P1, the housing side wall 2 and the pressure plate 6 in the field of circular cylindrical welding electrodes 7.1 and 7.2 melted, so that at the position of a resulting weld spot S1 a cohesive and electrically conductive connection between the pole P1 and the housing side wall 2 arises.

Anschließend wird mittels der Schweißelektroden 7.1 und 7.2 ein in einer Reihe neben dem Schweißpunkt S1 weiterer Schweißpunkt S2 erzeugt.Subsequently, by means of the welding electrodes 7.1 and 7.2 a generated in a row next to the welding point S1 further welding point S2.

Um eine Vereinfachung und Optimierung des Schweißprozesses durch eine einfache Bestimmung geeigneter und prozesssicherer Parameter zu realisieren, entspricht eine Dicke des Andruckbleches in etwa einer Dicke der Gehäuseseitewand. Auch wird somit in besonders vorteilhafter Weise ein Durchschmelzen von einzelnen Elektrodenfolien beim Verschweißen vermieden.Around a simplification and optimization of the welding process by a simple determination of suitable and process-safe parameters to realize corresponds to a thickness of the pressure plate in about a thickness of the housing side wall. Also, therefore, in particular advantageously a melting of individual electrode films avoided during welding.

Bei der Schweißvorrichtung 7 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine elektrische Punktschweißvorrichtung. Alternativ eignen sich zur Erzeugung der elektrischen Verbindung weitere, nicht näher dargestellte, im Stand der Technik bekannte Schweiß-Press-Fügeverfahren. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Kondensatorentladungs-Schweißen, ein Widerstands-Press-Schweißen, ein Laser-Press-Schweißen, ein Ultraschall-Schweißverfahren oder ein elektrisches Rollnahtschweißen handeln.At the welding device 7 is in the illustrated embodiment, an electric spot welding device. Alternatively, suitable for producing the electrical connection further, not shown, known in the art welding-press-joining method. These may be, for example, capacitor discharge welding, resistance-pressure welding, laser-pressure welding, ultrasonic welding or electric seam welding.

3 zeigt die Gehäuseseitenwand 2, den Elektrodenstapel 5 und den Pol P1 ausschnittsweise, wobei der Pol P1, die Gehäuseseitenwand 2 und das Andruckblech 6 miteinander verschweißt sind. 3 shows the housing side wall 2 , the electrode stack 5 and the pole P1 in sections, wherein the pole P1, the housing side wall 2 and the pressure plate 6 welded together.

Gemäß 4 werden zur Erzielung einer flächigen elektrisch leitfähigen Verbindung des Pols P1 mit der Gehäuseseitenwand 2 mehrere in Reihe angeordnete Schweißpunkte S1 bis S4 in dem Andruckblech 6, dem Pol P1 und der Gehäuseseitenwand 2 erzeugt, wobei die Schweißpunkte S1 bis S4 gleichmäßig über eine Längenausdehnung des Andruckbleches 6 verteilt sind.According to 4 be to achieve a planar electrically conductive connection of the pole P1 with the housing side wall 2 a plurality of welding spots S1 to S4 arranged in series in the pressure plate 6 , the pole P1 and the housing side wall 2 generated, wherein the welding points S1 to S4 evenly over a longitudinal extension of the pressure plate 6 are distributed.

Zur Erzeugung der flächigen Verbindung und einer gleichmäßigen Verpressung sowie eines gleichmäßigen und geringen Übergangswiderstandes über die gesamte Ausdehnung des Pols P1 zwischen der Gehäuseseitenwand 2 und dem Pol P1 entspricht die Längen- und Breitenausdehnung des Andruckbleches 6 in etwa der Längen- und Breitenausdehnung des Pols P1.For generating the planar connection and a uniform compression and a uniform and low contact resistance over the entire extent of the pole P1 between the housing side wall 2 and the pole P1 corresponds to the length and width dimension of the pressure plate 6 approximately the length and width of the pole P1.

Nach dem Verschweißen des Pols P1 mit der Gehäuseseitenwand 2 wird der Rahmen 4 randseitig um den Elektrodenstapel 5 auf der Gehäuseseitenwand 2 angeordnet.After welding the pole P1 to the side wall of the housing 2 becomes the frame 4 at the edge around the electrode stack 5 on the housing side wall 2 arranged.

Um den verbleibenden Pol P2, welcher aus den übereinander gestapelten Stromableiterfahnen der Elektrodenfolien 5.2 gebildet wird, mit der verbleibenden Gehäuseseitenwand 3 und einem weiteren nicht näher dargestellten Andruckblech zu verschweißen, wird der Elektrodenstapel 5 durch den Rahmen 4 geführt und der Pol P2 mit der Gehäuseseitenwand 3 und dem Andruckblech gemäß dem Verschweißen des Pols P1 mit der Gehäuseseitenwand 2 und dem Andruckblech 6 verschweißt.To the remaining pole P2, which consists of the stacked Stromableiterfahnen the electrode films 5.2 is formed, with the remaining housing side wall 3 and to weld another pressing plate not shown in detail, the electrode stack 5 through the frame 4 guided and the pole P2 with the housing side wall 3 and the pressure plate according to the welding of the pole P1 to the housing side wall 2 and the pressure plate 6 welded.

Durch den geöffneten Zustand der Einzelzelle 1 sind die erzeugten elektrischen Verbindungen, d. h. die Schweißpunkte S1 bis S4, welche die Pole P1, P2 mit den jeweiligen Gehäuseseitenwänden 2, 3 und Andruckblechen 6 verbinden, nach der Erzeugung überprüfbar, so dass eventuelle Nacharbeiten möglich sind. Dadurch wird wiederum ein Ausschuss bei der Herstellung der Einzelzellen 1 reduziert.Through the open state of the single cell 1 are the generated electrical connections, ie the welding points S1 to S4, which the poles P1, P2 with the respective housing side walls 2 . 3 and pressure plates 6 Connect, after the generation verifiable, so that any reworking are possible. This in turn becomes a waste in the production of single cells 1 reduced.

Gemäß einer nicht näher dargestellten Weiterführung der Erfindung werden die Stromableiterfahnen in einem gesonderten Verfahren vor der Erzeugung der elektrisch leitfähigen Verbindung mit den Gehäuseseitenwänden 2, 3 zu den Polkontakten P verpresst und/oder verschweißt.According to a continuation of the invention, not further illustrated, the current collector tabs are in a separate process prior to the generation of the electrically conductive connection with the housing side walls 2 . 3 pressed to the pole contacts P and / or welded.

In einer weiteren nicht näher dargstellten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Polen P1, P2, welche z. B. aus Kupfer gefertigt sind, und den Gehäuseseitenwänden 2, 3, welche z. B. aus Aluminium gefertigt sind, zusätzlich eine nicht näher dargestellte separate Folie, welche z. B. ebenfalls aus Kupfer oder aus Nickel gefertigt ist, eingebracht, um eine verbesserte Anbindung zwischen den Polen P1, P2 und den Gehäuseseitenwänden 3 während des Schweißvorganges zu erreichen. Diese Folie bzw. Schicht kann alternativ ebenfalls auf die den Polen P1, P2 zugewandten Seiten der Gehäuseseitenwände 2, 3 aufgebracht sein, wobei die Folie bzw. Schicht vorzugsweise auf die Gehäuseseitenwände 2, 3 aufgewalzt oder elektrochemisch aufgebracht ist.In a further unspecified dargstellten embodiment of the invention is between the poles P1, P2, which z. B. made of copper, and the housing side walls 2 . 3 which z. B. made of aluminum, in addition a separate film, not shown, which z. B. is also made of copper or nickel, introduced to an improved connection between the poles P1, P2 and the housing side walls 3 during the welding process. This film or layer may alternatively also on the poles P1, P2 facing sides of the housing side walls 2 . 3 be applied, wherein the film or layer preferably on the housing side walls 2 . 3 rolled or applied electrochemically.

Nach der Erzeugung der elektrischen Verbindung der Pole P1, P2 mit den Gehäuseseitenwänden 2, 3 wird die Einzelzelle 1 wie bereits beschrieben durch das Aufbringen der Gehäuseseitenwände 2, 3 mittels des Heißpressverfahrens auf den Rahmen 4 dicht verschlossen.After creating the electrical connection of the poles P1, P2 with the housing side walls 2 . 3 becomes the single cell 1 as already described by the application of the housing side walls 2 . 3 by means of the hot pressing process on the frame 4 tightly closed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Einzelzellesingle cell
22: GehäuseseitenwandHousing sidewall
33: GehäuseseitenwandHousing sidewall
44: Rahmenframe
55: Elektrodenstapelelectrode stack
5.15.1: Elektrodenfolieelectrode foil
5.25.2: Elektrodenfolieelectrode foil
5.35.3: Separatorfolieseparator
66: AndruckblechAndruckblech
77: Schweißvorrichtungwelder
7.17.1: Schweißelektrodewelding electrode
7.17.1: Schweißelektrodewelding electrode
P1P1: Polpole
P2P2: Polpole
S1 bis S4S1 to S4: SchweißpunktWeldingSpot

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1267429 A1 [0003]
- US 1568080 [0004]
US 4343982 [0005]
- WO 2007/059269 A2 [0006]

Claims

Single cell ( 1 ) for a battery, wherein the single cell ( 1 ) an electrode stack ( 5 ), whose individual electrodes of different polarity, preferably electrode films ( 5.1 . 5.2 ), by a separator, preferably a separator film ( 5.3 ), are insulated from each other, wherein electrodes of the same polarity are electrically conductively connected to one another to a pole (P1, P2), characterized in that the poles (P1, P2) of the electrode stack ( 5 ) each electrically connected to an electrically conductive housing side wall ( 2 . 3 ), wherein the poles (P1, P2) in each case between the associated housing side wall ( 2 . 3 ) and a metallic pressure plate ( 6 ) and with the housing side wall ( 2 . 3 ) and the pressure plate ( 6 ) are welded at least in sections.

Single cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the poles (P1, P2) with the associated housing side wall ( 2 . 3 ) and / or the associated pressure plate ( 6 ) are pressed.

Single cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a longitudinal extension and / or a width extension of the pressure plate ( 6 ) corresponds approximately to a longitudinal extent and / or a width extension of the associated pole (P1, P2).

Single cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a thickness of the pressure plate ( 6 ) in about a thickness of the housing side wall ( 2 . 3 ) corresponds.

Single cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the poles (P1, P2) point-shaped with the associated housing side wall ( 2 . 3 ) and the associated pressure plate ( 6 ) are welded.

Single cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that an outward of the electrode stack ( 5 ) guided edge region of the respective electrode foil ( 5.1 . 5.2 ) forms a Stromableiterfahne, wherein Stromableiterfahnen a polarity are electrically connected to one another to a pole (P1, P2).

Single cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that between the housing side walls ( 2 . 3 ) an edge-surrounding and electrically insulating frame ( 4 ) is arranged.

Single cell ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the frame ( 4 ) or sections of the frame ( 4 ) are formed of a thermoplastic material.

Method for producing a single cell ( 1 ) for a battery, wherein the single cell ( 1 ) an electrode stack ( 5 ), whose individual electrodes of different polarity, preferably electrode foils ( 5.1 . 5.2 ), by a separator, preferably a separator film ( 5.3 ), insulating electrodes are separated from each other, wherein electrodes of the same polarity are electrically conductively connected to one another to a pole (P1, P2), characterized in that the poles (P1, P2) of the electrode stack ( 5 ) each electrically connected to an electrically conductive housing side wall ( 2 . 3 ), wherein the poles (P1, P2) respectively between the associated. Housing side wall ( 2 . 3 ) and a metallic pressure plate ( 6 ) and with the housing side wall ( 2 . 3 ) and the pressure plate ( 6 ) are at least partially welded.

A method according to claim 9, characterized in that the poles (P1, P2) with the associated housing side wall ( 2 . 3 ) and / or the associated pressure plate ( 6 ) are pressed before and / or during the welding.

Method according to Claim 9, characterized in that the poles (P1, P2) are punctiform with the associated side wall of the housing (P1, P2). 2 . 3 ) and the associated pressure plate ( 6 ) are welded.

A method according to claim 9, characterized in that the poles (P1, P2) in an opened state of the single cell ( 1 ) with the associated housing side wall ( 2 . 3 ) and the associated pressure plate ( 6 ) are welded.

Method according to claim 9, characterized in that between the housing side walls ( 2 . 3 ) a peripherally rotating and electrically insulating frame ( 4 ) is arranged.

Method according to claim 13, characterized in that the housing side walls ( 2 . 3 ) and the frame ( 4 ) are joined together in a hot pressing process, wherein in the hot pressing process at least portions of the frame ( 4 ) are melted.