DE102013200555A1 - Method for manufacturing battery cell for battery module or battery system of motor car, involves introducing liquid sealed in electrode coil into metal casing and closing metal casing by inserting cover assembly to casing - Google Patents

Abstract

The method involves providing a cover assembly (3) that comprises a lid, cell poles and functionally related electrode coil that is inserted in a bag (5) made of a liquid-tight, electrically insulating material. The bag is joined together with a holding device (4) of cover assembly. The edge of opening of bag is connected to holding device such that bag and holding device form a liquid-tight sealed space in which electrode coil is arranged. The liquid sealed in coil is introduced into metal casing (2) and casing is closed by inserting cover assembly to casing.

Description

Translated fromGerman

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle mit einem Elektrodenwickel, der in einem prismatischen oder zylindrischen Metallgehäuse (hard case) angeordnet ist sowie eine Batteriezelle, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.The present invention relates to a method for producing a battery cell with an electrode winding, which is arranged in a prismatic or cylindrical metal case (hard case) and a battery cell, which has been produced according to the inventive method.

Stand der Technik Sowohl bei stationären Anwendungen, beispielsweise bei Windkraftanlagen, bei mobilen Anwendungen, z. B. in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, als auch im Consumer-Bereich, z. B. in Laptops oder Mobiltelefonen, werden vermehrt neue, leistungsfähige Batteriesysteme zum Einsatz kommen, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Batteriesysteme basierend auf Lithium-Ionen-Technologie sind hierfür prädestiniert.PRIOR ART Both in stationary applications, for example in wind power plants, in mobile applications, eg. B. in hybrid or electric vehicles, as well as in the consumer sector, for. As in laptops or mobile phones, new, powerful battery systems are increasingly being used, are placed on the very high demands on their reliability and service life. Battery systems based on lithium-ion technology are predestined for this purpose.

Geeignete Batteriesysteme sind meist aus einer Mehrzahl von Untereinheiten aufgebaut, die sich hinsichtlich der Integrationsstufe weiter in Batteriemodule untergliedern lassen. Solche Batteriemodule werden aus seriell und/oder parallel verschalteten Batteriezellen aufgebaut.Suitable battery systems are usually constructed from a plurality of subunits which can be further subdivided into battery modules with regard to the integration stage. Such battery modules are constructed from serially and / or parallel connected battery cells.

Insbesondere werden Batteriezellen verwendet, bei denen der Elektrodenwickel in einem prismatischen oder zylindrischen Metallgehäuse angeordnet ist, sogenannte Hardcase-Zellen. Dabei ist das Zellgehäuse auf einem gleitenden Potential oder dem Potential einer der beiden Elektroden der Batteriezelle.In particular, battery cells are used in which the electrode winding is arranged in a prismatic or cylindrical metal housing, so-called hardcase cells. In this case, the cell housing is at a sliding potential or the potential of one of the two electrodes of the battery cell.

Bei dem Verbau in einem Batteriesystem müssen Batteriezellen mit einem solchen metallischen Zellgehäuse gegenüber ihrer Umgebung elektrisch isoliert werden, beispielsweise gegenüber einer benachbarten Batteriezelle, dem Batteriemodul- oder dem Batteriesystemgehäuse. Dazu wird meist die Außenfläche des Batteriezellgehäuses isoliert z. B. durch Lackbeschichtung, Anlegen eines Schrumpfschlauches oder Verwendung einer Isolierfolie. Im Inneren des Batteriezellgehäuses werden meist Klebebänder und/oder Folien eingesetzt, um einen Kurzschluss der Elektroden zu vermeiden. Diese Isolierungsmaßnahmen führen aber nicht zu einer hermetisch abgeschlossenen Isolierung im Inneren des Zellgehäuses, sodass sich zwischen Isolierung, der Innenfläche des Metallgehäuses und dem Elektrodenwickel immer eine Elektrolytschicht bilden kann, die elektrisch leitend ist und so auch bei einem neutralen Gehäuse ein gleitendes Potential erzeugt.When installed in a battery system, battery cells with such a metallic cell housing must be electrically insulated from their surroundings, for example, with respect to an adjacent battery cell, the battery module or the battery system housing. For this purpose, usually the outer surface of the battery cell case is isolated z. B. by lacquer coating, applying a shrink tube or using an insulating film. Adhesive tapes and / or foils are usually used in the interior of the battery cell housing in order to avoid a short circuit of the electrodes. However, these insulation measures do not lead to a hermetically sealed insulation inside the cell housing, so that between insulation, the inner surface of the metal housing and the electrode winding can always form an electrolyte layer which is electrically conductive and thus generates a sliding potential even in a neutral housing.

Aus derDE 2309961 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie bekannt, bei dem der Elektrodenwickel zum Zweck der elektrischen Isolierung in einen Beutel aus Zellulosematerial eingeführt und dann unverschlossen in ein Metallgehäuse eingesetzt wird. Anschließend wird der Deckel auf das Metallgehäuse aufgesetzt und angeschweißt.From the DE 2309961 For example, there is known a method of manufacturing a battery in which the electrode coil is inserted into a bag of cellulosic material for the purpose of electrical insulation and then inserted unclosed into a metal housing. Subsequently, the lid is placed on the metal housing and welded.

AusUS 2008/0166628 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Batterie vom Pouch-Zellen-Typ mit einem metallischen Gehäuse umgeben wird.Out US 2008/0166628 For example, a method is known in which a pouch cell-type battery is surrounded with a metallic housing.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle mit einem in einem prismatischen oder zylindrischen Metallgehäuse angeordneten Elektrodenwickel, einer sogenannten Hardcase-Batteriezelle, umfasst grundsätzlich folgende Schritte:

• – Bereitstellung einer Deckelanordnung umfassend einen Deckel, Zellpole und einen damit funktional verbundenen Elektrodenwickel, wobei die Deckelanordnung auf der dem Inneren des Metallgehäuses zugewandten Seite eine Haltevorrichtung aufweist, die gegen den Deckel flüssigkeitsdicht abschließt und die gegebenenfalls Durchführungen für ein Druckausgleichselement und/oder eine Elektrolyteinfüllöffnung aufweist;
• – Einführen des Elektrodenwickels in einen Beutel aus einem flüssigkeitsdichten, elektrisch isolierenden Material, wobei der Beutel auf der der Deckelanordnung zugewandten Seite offen ist;
• – Zusammenfügen des Beutels mit der Haltevorrichtung der Deckelanordnung, wobei der Rand der Öffnung des Beutels derart mit der Haltevorrichtung verbunden wird, dass Beutel und Haltevorrichtung einen flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Raum bilden, in dem der Elektrodenwickel angeordnet ist;
• – Einführen des flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Elektrodenwickels in das Metallgehäuse; und
• – Verschließen des Gehäuses durch Einsetzen der Deckelanordnung auf das Metallgehäuse.

The inventive method for producing a battery cell with an electrode winding arranged in a prismatic or cylindrical metal housing, a so-called hardcase battery cell, basically comprises the following steps:

• - Providing a cover assembly comprising a lid, cell poles and a functionally connected electrode winding, wherein the lid assembly on the inside of the metal housing facing side has a holding device which terminates liquid-tight against the lid and optionally having passages for a pressure compensation element and / or Elektrolyteinfüllöffnung ;
• - Introducing the electrode coil in a bag made of a liquid-tight, electrically insulating material, wherein the bag is open on the side facing the lid assembly;
• - Assembling the bag with the holding device of the lid assembly, wherein the edge of the opening of the bag is so connected to the holding device, that the bag and holding device form a liquid-tight closed space in which the electrode coil is arranged;
• - Introducing the liquid-tightly sealed electrode winding in the metal housing; and
• - Closing of the housing by inserting the lid assembly on the metal housing.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Elektrodenwickel von einem Beutel aus einem flüssigkeitsdichten, elektrisch isolierenden Material umschlossen wird und der Beutel mit einer Haltevorrichtung der Deckelanordnung flüssigkeitsdicht verbunden wird. Die gebildete flüssigkeitsdichte Einheit aus Deckelanordnung und Elektrodenwickel wird dann in das Zellgehäuse eingeführt und der Deckel wird mit dem Zellgehäuse verbunden. Dadurch werden die elektrisch leitenden Bestandteile des Elektrodenwickels und der Elektrolyt wirksam von einem leitenden Kontakt mit dem Zellgehäuse ausgeschlossen. Es kann beispielsweise kein Elektrolyt zwischen das Metallgehäuse und den Beutel um den Elektrodenwickel gelangen. Es entsteht kein gleitendes Potential am Zellgehäuse, das Zellgehäuse ist effektiv neutral.The inventive method is characterized in that the electrode winding is enclosed by a bag made of a liquid-tight, electrically insulating material and the bag is liquid-tightly connected to a holding device of the lid assembly. The formed liquid-tight unit of lid assembly and electrode coil is then inserted into the cell housing and the lid is connected to the cell housing. Thereby, the electrically conductive components of the electrode coil and the electrolyte are effectively excluded from a conductive contact with the cell housing. For example, no electrolyte can get between the metal housing and the bag around the electrode coil. There is no sliding potential on the cell housing, the cell housing is effectively neutral.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle mit einem Elektrodenwickel, der in einem prismatischen oder zylindrischen Metallgehäuse angeordnet ist, eine sogenannte Hardcase-Batteriezelle.The present invention is a method for producing a battery cell with an electrode winding, which is arranged in a prismatic or cylindrical metal housing, a so-called hardcase battery cell.

Unter einer Batteriezelle wird dabei ein elektrochemischer Energiespeicher verstanden, der eine Energie mittels elektrochemischer Prozesse speichern und bei Bedarf wieder bereitstellen kann. Grundsätzlich können Batteriezellen jeden Akkumulator- oder Batteriezelltyps verwendet werden. Bevorzugt handelt es sich um eine Batteriezelle vom Typ der Lithium-Ionen-Zellen, insbesondere vom Typ Li-Ion-Lithium-Ionen-Akku, LiPo-Lithium-Polymer-Akku, LiFe-Lithium-Metall-Akku, Li-Mn-Lithium-Mangan-Akku, LiFePO₄-Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator, LiTi-Lithium-Titanat-Akku.A battery cell is understood to mean an electrochemical energy store which can store an energy by means of electrochemical processes and can provide it again if necessary. Basically, battery cells of any accumulator or battery cell type can be used. It is preferably a battery cell of the type of lithium-ion cells, in particular of the type Li-ion lithium-ion battery, LiPo-lithium-polymer battery, LiFe-lithium-metal battery, Li-Mn-lithium Manganese battery, LiFePO₄ lithium iron phosphate battery, LiTi lithium titanate battery.

Die erfindungsgemäße Batteriezelle weist ein prismatisches oder zylindrisches Metallgehäuse auf, in dem der Elektrodenwickel und der Elektrolyt der Batteriezelle angeordnet sind. Es handelt sich dabei um eine Batteriezelle vom sogenannten Hardcase-Typ. Unter dem Begriff „Metallgehäuse“ ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, die einen Innenraum aufweist, der geeignet ist, den Elektrodenwickel und Elektrolyten einer Batteriezelle aufzunehmen. Bevorzugt grenzt das Metallgehäuse die elektrochemischen Bestandteile einer einzelnen Batteriezelle unmittelbar gegenüber der Umwelt nach allen Richtungen hin im Wesentlichen vollständig ab, wobei das Metallgehäuse verschließbare Zugänge, wie zum Beispiel ein oder mehrere Druckausgleichselemente, z. B. ein Überdruckventil, und/oder ein oder mehrere Elektrolyteinfüllöffnungen aufweisen kann. Das Metallgehäuse ist im Wesentlichen flüssigkeits- und gasdicht ausgeführt. Dazu weist das Metallgehäuse einen Deckel auf, der mit dem restlichen Metallgehäuse flüssigkeits- und gasdicht verbindbar ausgestaltet ist. Die Verbindung zwischen Deckel und restlichem Metallgehäuse kann beispielsweise reversibel ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Metallgehäuse aus einem leitenden Metall oder einer leitenden Metalllegierung gefertigt. Besonders bevorzugt kann das Metallgehäuse aus einem Material gefertigt sein, welches Aluminium aufweist oder daraus besteht.The battery cell according to the invention has a prismatic or cylindrical metal housing, in which the electrode winding and the electrolyte of the battery cell are arranged. It is a battery cell of the so-called hardcase type. The term "metal housing" is understood to mean a device which has an interior space which is suitable for receiving the electrode winding and electrolytes of a battery cell. The metal housing preferably completely completely delimits the electrochemical components of a single battery cell immediately opposite the environment in all directions, wherein the metal housing closes closable accesses, such as, for example, one or more pressure compensation elements, eg. B. may have a pressure relief valve, and / or one or more Elektrolytinfüllöffnungen. The metal housing is designed substantially liquid and gas-tight. For this purpose, the metal housing has a lid, which is made liquid and gas-tight connectable with the rest of the metal housing. The connection between the cover and the rest of the metal housing can be reversible, for example. Preferably, the metal housing is made of a conductive metal or a conductive metal alloy. Particularly preferably, the metal housing may be made of a material which comprises aluminum or consists thereof.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Deckelanordnung bereitgestellt. Die Deckelanordnung umfasst einen Deckel, Zellpole und einen damit funktional verbundenen Elektrodenwickel. Der Deckel der Deckelanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass dieser auf das Metallgehäuse der Batteriezelle aufgesetzt und mit dem Metallgehäuse dicht verbunden werden kann. Dazu kann der Deckel der Deckelanordnung mit dem Metallgehäuse beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben verbindbar ausgestaltet sein.In the method according to the invention, first of all a lid arrangement is provided. The lid assembly includes a lid, cell poles and a functionally connected electrode winding. The lid of the lid assembly is characterized in that it can be placed on the metal housing of the battery cell and sealed to the metal housing. For this purpose, the lid of the lid assembly can be made connectable to the metal housing, for example by welding or gluing.

Bevorzugt werden der Deckel der Deckelanordnung und das Metallgehäuse flüssigkeitsdicht miteinander verbunden, besonders bevorzugt ist die Verbindung zwischen Deckel und Metallgehäuse flüssigkeits- und gasdicht ausgeführt. Die Deckelanordnung weist Zellpole und damit verbundene Kollektoren auf, die derart ausgeführt und angeordnet sind, dass die Kollektoren funktional mit den Zellelektroden des Elektrodenwickels verbunden sind. Die Deckelanordnung weist auf der dem Metallgehäuseinneren zugewandten Seite eine Haltevorrichtung auf. Diese Haltevorrichtung dient dazu, mit dem Beutel für die Aufnahme des Elektrodenwickels flüssigkeitsdicht verbunden zu werden. Dazu schließt die Haltevorrichtung gegen den Deckel der Deckelanordnung flüssigkeitsdicht ab, sodass nach Herstellung der flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen Beutel und Haltevorrichtung keine Flüssigkeit aus dem Beutel durch den Deckel der Deckelanordnung entweichen kann. Der Deckel und die Haltevorrichtung der Deckelanordnung können gegebenenfalls Durchführungen aufweisen, beispielsweise für ein Druckausgleichselement (z. B. ein Überdruckventil) und/oder für eine Elektrolyteinfüllöffnung. Diese Durchführungen können dabei derart ausgeführt sein, dass diese flüssigkeitsdicht (wieder-)verschließbar sind und eine Kommunikation zwischen der Umgebung und dem flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Raum erlauben, der von dem Beutel und der Haltevorrichtung der Deckelanordnung gebildet wird. Über die Elektrolyteinfüllöffnung ist es möglich, während oder nach der Assemblierung der Batteriezelle Elektrolyt in den flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Raum des Beutels und der Haltevorrichtung einzufüllen, sodass der Elektrodenwickel von Elektrolyt umgeben ist. Bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren Elektrolyt in den flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Raum eingefüllt, nachdem das Zellgehäuse durch Aufsetzen der Deckelanordnung auf das Metallgehäuse verschlossen worden ist. Die Durchführung für das Druckausgleichselement kann derart ausgeführt sein, dass Gas, welches sich im Inneren des Beutels gebildet hat, nach Überschreitung eines vorher festgelegten Druckwertes durch das Druckausgleichselement an die Umgebung abgeleitet wird. Dadurch soll ein Bersten des Beutels und/oder des Metallgehäuses vermieden werden.Preferably, the lid of the lid assembly and the metal housing are liquid-tightly connected to each other, more preferably, the connection between the lid and metal housing is made liquid and gas-tight. The lid assembly includes cell poles and associated collectors configured and arranged such that the collectors are operatively connected to the cell electrodes of the electrode coil. The cover assembly has on the metal housing interior side facing a holding device. This holding device serves to be connected liquid-tight with the bag for receiving the electrode coil. For this purpose, the holding device against the lid of the lid assembly terminates liquid-tight, so that after production of the liquid-tight connection between the bag and holding device no liquid can escape from the bag through the lid of the lid assembly. The lid and the holding device of the lid arrangement may optionally have feedthroughs, for example for a pressure compensation element (eg an overpressure valve) and / or for an electrolyte filling opening. These feedthroughs can be designed such that they are liquid-tight (re-) closable and allow communication between the environment and the liquid-tight sealed space, which is formed by the bag and the holding device of the lid assembly. Via the electrolyte filling opening it is possible, during or after the assembly of the battery cell, to fill electrolyte into the liquid-tight sealed space of the bag and the holding device so that the electrode winding is surrounded by electrolyte. In the method according to the invention, electrolyte is preferably introduced into the liquid-tight sealed space after the cell housing has been closed by placing the lid arrangement on the metal housing. The passage for the pressure compensation element can be designed such that gas which has formed in the interior of the bag, after exceeding a predetermined pressure value is derived by the pressure compensation element to the environment. This is to prevent bursting of the bag and / or the metal housing.

Die Haltevorrichtung der Deckelanordnung ist bevorzugt aus einem Material gefertigt, welches die Herstellung einer flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen Beutel und Haltevorrichtung erlaubt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Haltevorrichtung aus einem Material hergestellt, welches Polypropylen aufweist oder daraus besteht.The holding device of the lid assembly is preferably made of a material which allows the production of a liquid-tight connection between the bag and holding device. In a particularly preferred embodiment, the holding device is made of a material comprising or consisting of polypropylene.

Um die Herstellung eines flüssigkeitsdichten Raumes zu verbessern und um eine möglichst einfache Assemblierung zu ermöglichen kann die Haltevorrichtung im Wesentlichen die gesamte, dem Metallgehäuseinneren zugewandte Fläche des Deckels der Deckelanordnung bedecken und damit gegen den Deckel flüssigkeitsdicht abschließen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Haltevorrichtung derart ausgestaltet sein, dass diese eine den Rand des Deckels der Deckelanordnung umlaufende Aufnahme aufweist, wobei die Aufnahme derart ausgeführt ist, dass die Aufnahme mit dem Rand der Öffnung des Beutels flüssigkeitsdicht verbunden werden kann. In order to improve the production of a liquid-tight space and to facilitate the simplest possible assembly, the holding device can substantially cover the entire, the metal housing interior facing surface of the lid of the lid assembly and thus seal against the lid liquid-tight. Additionally or alternatively, the holding device may be configured such that it has a peripheral edge of the lid of the lid assembly receptacle, wherein the receptacle is designed such that the receptacle can be connected liquid-tight with the edge of the opening of the bag.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird der Elektrodenwickel der Deckelanordnung in einen Beutel aus einem flüssigkeitsdichten, elektrisch isolierenden Material eingeführt. Dazu weist der Beutel auf der der Deckelanordnung zugewandten Seite eine entsprechende Öffnung auf. Der Beutel und die Haltevorrichtung sind bevorzugt derart dimensioniert, dass der durch die beiden Elemente gebildete, flüssigkeitsdicht abgeschlossene Raum groß genug ist, um den Elektrodenwickel und eine ausreichende Menge an Elektrolyt aufzunehmen. Haltevorrichtung und Öffnung des Beutels sind dabei derart aufeinander abgestimmt ausgeführt, dass der Rand der Öffnung des Beutels mit der Haltevorrichtung flüssigkeitsdicht verbunden werden kann. Bevorzugt ist der Beutel aus einem Material gefertigt, welches Polyolefin, Polyethylenterephthalat oder Polyimid enthält oder daraus besteht. Der Beutel kann beispielsweise aus einem mehrlagigen Verbundmaterial gefertigt sein, wobei bevorzugt mindestens eine Lage aus einem Material gefertigt ist, welches Polyolefin, Polyethylenterephthalat oder Polyimid enthält oder daraus besteht. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Beutel aus einem mehrlagigen Verbundmaterial gefertigt, wobei die Lagen des Verbundmaterials jeweils aus einem Material gefertigt sind, welches Polyolefin, Polyethylenterephthalat oder Polyimid enthält oder daraus besteht.In the method according to the invention, the electrode winding of the lid assembly is inserted into a bag made of a liquid-tight, electrically insulating material. For this purpose, the bag has a corresponding opening on the side facing the lid assembly. The bag and the holding device are preferably dimensioned such that the liquid-tight sealed space formed by the two elements is large enough to accommodate the electrode coil and a sufficient amount of electrolyte. Holding device and opening of the bag are designed so coordinated that the edge of the opening of the bag with the holding device can be connected liquid-tight. Preferably, the bag is made of a material containing or consisting of polyolefin, polyethylene terephthalate or polyimide. The bag may for example be made of a multilayer composite material, wherein preferably at least one layer is made of a material containing or consisting of polyolefin, polyethylene terephthalate or polyimide. In a particularly preferred embodiment, the bag is made of a multilayer composite material, wherein the layers of the composite material are each made of a material containing or consisting of polyolefin, polyethylene terephthalate or polyimide.

Im nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Beutel mit der Haltevorrichtung der Deckelanordnung zusammengefügt. Dazu wird der Rand der Öffnung des Beutels derart mit der Haltevorrichtung der Deckelanordnung verbunden, dass Beutel und Haltevorrichtung einen flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Raum bilden, in dem der Elektrodenwickel angeordnet ist. Dem Fachmann sind geeignete Methoden und Verfahren bekannt, um eine solche flüssigkeitsdichte Verbindung auszubilden. Beispielsweise kann der Rand der Öffnung des Beutels mit der Haltevorrichtung mittels mechanischer Fixierung, Verkleben, Verschweißen und/oder mittels Heißsiegeln flüssigkeitsdicht verbunden werden. Eine geeignete mechanische Fixierung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Rand der Öffnung des Beutels zwischen Haltevorrichtung und Deckel der Deckelanordnung eingeklemmt wird. In diesem Fall ist die Haltevorrichtung bevorzugt derart auszuführen, dass ein Einrasten der Haltevorrichtung in die Deckelanordnung möglich ist, um den Beutel mechanisch zu fixieren. Geeignete Klebeverfahren umfassen beispielsweise Hotmelt-Verfahren auf Polyolefinbasis, die Verwendung von aushärtenden Klebern wie z. B. Kleber auf Epoxidbasis und/oder den Einsatz von Licht- oder UV-aktivierbaren Klebern.In the next step of the method according to the invention, the bag is assembled with the holding device of the lid arrangement. For this purpose, the edge of the opening of the bag is so connected to the holding device of the lid assembly that bag and holding device form a liquid-tight closed space in which the electrode coil is arranged. The person skilled in suitable methods and methods are known to form such a liquid-tight connection. For example, the edge of the opening of the bag with the holding device by means of mechanical fixation, gluing, welding and / or by means of heat sealing liquid-tight manner. A suitable mechanical fixation can be achieved, for example, by clamping the edge of the opening of the bag between the holding device and the lid of the lid arrangement. In this case, the holding device is preferably designed such that a latching of the holding device in the lid assembly is possible to fix the bag mechanically. Suitable adhesive methods include, for example, polyolefin-based hot melt processes, the use of thermosetting adhesives such as, for example. B. epoxy-based adhesive and / or the use of light or UV-activated adhesives.

Anschließend wird im erfindungsgemäßen Verfahren der flüssigkeitsdicht abgeschlossene Elektrodenwickel in das Metallgehäuse eingeführt, und das Metallgehäuse wird durch Einsetzen der Deckelanordnung verschlossen. Der Deckel der Deckelanordnung und das restliche Metallgehäuse werden dabei derart miteinander verbunden, dass das erhaltene Metallgehäuse der Batteriezelle flüssigkeits- und gasdicht ausgeführt ist. Dem Fachmann sind geeignete Methoden und Verfahren bekannt, um eine solche flüssigkeits- und gasdichte Verbindung zwischen Deckel der Deckelanordnung und restlichem Metallgehäuse auszubilden. Beispielsweise kann eine solche Verbindung mittels mechanischer Fixierung, Verkleben, Verschweißen und/oder mittels Heißsiegeln hergestellt werden.Subsequently, in the process of the present invention, the liquid-tightly sealed electrode coil is inserted into the metal case, and the metal case is closed by inserting the lid assembly. The lid of the lid assembly and the rest of the metal housing are connected to each other in such a way that the resulting metal housing of the battery cell is made liquid and gas tight. The person skilled in suitable methods and methods are known to form such a liquid-tight and gas-tight connection between the cover lid and the rest of the metal housing. For example, such a connection can be produced by means of mechanical fixing, gluing, welding and / or by heat sealing.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Batteriezelle, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist. Bevorzugt ist die beanspruchte Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batteriezelle.The subject matter of the present invention is also a battery cell which has been produced by a process according to the invention. Preferably, the claimed battery cell is a lithium-ion battery cell.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Batteriemodul oder ein Batteriesystem, welches eine oder mehrere erfindungsgemäße Batteriezellen aufweist. Das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst eine Mehrzahl von in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Batteriemodulen und/oder -zellen.The present invention also relates to a battery module or a battery system which has one or more battery cells according to the invention. The battery system according to the invention comprises a plurality of battery modules and / or cells arranged in a common housing.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem weist dabei bevorzugt mehrere erfindungsgemäße Batteriemodule und/oder -zellen auf, die zu einer funktionalen Einheit zusammengefasst sind. Das Batteriesystem kann mehrere einzelne Batteriezellen umfassen oder ein oder mehrere Batteriemodule, wobei die Batteriemodule jeweils eine Mehrzahl an Batteriezellen aufweisen, die in geeigneter Weise verbunden vorliegen. Dazu können die einzelnen Batteriezellen des Batteriesystems derart elektrisch leitend miteinander verbunden vorliegen, dass diese zu gewünschten Batteriemodul- oder Batteriearchitekturen arrangiert vorliegen.The battery system according to the invention preferably has a plurality of battery modules and / or cells according to the invention, which are combined to form a functional unit. The battery system may comprise a plurality of individual battery cells or one or more battery modules, the battery modules each having a plurality of battery cells which are suitably connected. For this purpose, the individual battery cells of the battery system can be electrically connected to one another in such a way that they are arranged to desired battery module or battery architectures.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Batteriezelle, ein erfindungsgemäßes Batteriemodul oder ein erfindungsgemäßes Batteriesystem enthält. Dabei kommt es nicht darauf an, dass Kraftfahrzeug und Batteriezelle eine bauliche Einheit bilden, sondern, dass Kraftfahrzeug und die erfindungsgemäße Batteriezelle derart funktional in Kontakt stehen, dass die Batteriezelle ihre Funktion während des Betriebs des Kraftfahrzeugs erfüllen kann. Dabei sind unter dem Begriff „Kraftfahrzeug“ alle angetriebenen Fahrzeuge zu verstehen, die mindestens eine Batteriezelle zur Energieversorgung von mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeugs aufweisen, unabhängig davon, welchen Antrieb diese Kraftfahrzeuge aufweisen. Insbesondere umfasst der Begriff „Kraftfahrzeug“ elektrische Hybridfahrzeuge (HEV), Plug-In-Hybridfahrzeuge (PHEV), Elektrofahrzeuge (EV), Brennstoffzellenfahrzeuge, sowie alle Fahrzeuge, die mindestens eine Batteriezelle zur mindestens teilweisen Versorgung mit elektrischer Energie einsetzen.The present invention also encompasses a motor vehicle which contains a battery cell according to the invention, a battery module according to the invention or a battery system according to the invention. It does not matter that motor vehicle and battery cell form a structural unit, but that motor vehicle and the battery cell according to the invention are functionally in contact so that the battery cell can fulfill its function during operation of the motor vehicle. The term "motor vehicle" is to be understood as meaning all driven vehicles which have at least one battery cell for supplying energy to at least one component of the motor vehicle, regardless of which drive these motor vehicles have. In particular, the term "motor vehicle" includes hybrid electric vehicles (HEV), plug-in hybrid vehicles (PHEV), electric vehicles (EV), fuel cell vehicles, as well as all vehicles that use at least one battery cell for at least partial supply of electrical energy.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter verdeutlicht.In the following, the invention will be further clarified by means of exemplary embodiments.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle gemäß Stand der Technik, und 1 a method for producing a battery cell according to the prior art, and

2 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle. 2 an inventive method for producing a battery cell.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In1 ist ein Verfahren nach Stand der Technik schematisch dargestellt zur Herstellung einer herkömmlichen Batteriezelle10 mit einem Elektrodenwickel, der in einem prismatischen oder zylindrischen Metallgehäuse20 angeordnet ist. Im Verfahren gemäß Stand der Technik wird die Innenfläche des Metallgehäuses20 mit einer Folie50 aus Polyolefin ausgekleidet. Eine Deckelanordnung30 umfassend einen Deckel, Zellpole und einen damit funktional verbundenen Elektrodenwickel wird bereitgestellt. Der Elektrodenwickel der Deckelanordnung30 wird in das innen mit Folie50 ausgekleidete Metallgehäuse20 eingeführt und die Deckelanordnung30 wird aufmontiert, sodass das Metallgehäuse20 verschlossen vorliegt. In diesem Verfahren wird die Folie50 aus Polyolefin nicht flüssigkeitsdicht mit dem Deckel der Deckelanordnung30 verbunden sondern verbleibt offen im Gehäuseinneren. In diesem Zustand kann später Elektrolyt in Kontakt mit der Innenfläche des Metallgehäuses20 gelangen und für ein gleitendes Potential auf dem Metallgehäuse20 der Batteriezelle10 sorgen.In 1 a method according to the prior art is shown schematically for the production of aconventional battery cell 10 with an electrode winding in a prismatic orcylindrical metal housing 20 is arranged. In the method according to the prior art, the inner surface of themetal housing 20 with afoil 50 lined in polyolefin. Alid arrangement 30 comprising a lid, cell poles and a functionally connected electrode coil is provided. The electrode winding of thelid assembly 30 gets into the inside withfoil 50 linedmetal case 20 introduced and thelid assembly 30 is mounted so that themetal housing 20 closed. In this process, the film becomes 50 made of polyolefin not liquid-tight with the lid of thelid assembly 30 connected but remains open inside the case. In this state, later electrolyte may come in contact with the inner surface of themetal housing 20 arrive and for a sliding potential on themetal housing 20 thebattery cell 10 to care.

In2 ist der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Gezeigt ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle1 mit einem in einem prismatischen oder zylindrischen Metallgehäuse2 angeordneten Elektrodenwickel. Zunächst wird eine Deckelanordnung3 bereitgestellt, welche einen Deckel, Zellpole und einen damit funktional verbundenen Elektrodenwickel umfasst. Die Deckelanordnung3 weist eine Haltevorrichtung4 auf, die auf der dem Inneren des Metallgehäuses2 zugewandten Seite der Deckelanordnung3 angebracht ist. Die Haltevorrichtung4 schließt gegen den Deckel der Deckelanordnung3 flüssigkeitsdicht ab. Gegebenfalls kann die Haltevorrichtung4 sowie die Deckelanordnung3 flüssigkeitsdicht verschließbare Durchführungen für ein oder mehrere Druckausgleichselemente und/oder Elektrolyteinfüllöffnungen aufweisen. Die Haltevorrichtung4 kann im Wesentlichen die gesamte, dem Gehäuseinneren zugewandte Fläche des Deckels der Deckelanordnung3 bedecken und/oder eine den Rand des Deckels der Deckelanordnung3 umlaufende Aufnahme oder Wulst aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass die Aufnahme oder Wulst mit dem Rand der Öffnung des Beutels5 flüssigkeitsdicht verbunden werden kann. In einem nächsten Schritt wird der Elektrodenwickel der Deckelanordnung3 in einen Beutel5 aus einem flüssigkeitsdichten, elektrisch isolierenden Material eingeführt. Der Beutel5 kann aus einem Material bestehen, welches Polyolefin enthält oder daraus besteht. Bevorzugt ist der Beutel5 aus einem Material gefertigt, welches Polyolefin, Polyethylenterephthalat oder Polyimid enthält oder daraus besteht. Der Beutel5 kann beispielsweise aus einem mehrlagigen Verbundmaterial gefertigt sein, wobei bevorzugt mindestens eine Lage aus einem Material gefertigt ist, welches Polyolefin, Polyethylenterephthalat oder Polyimid enthält oder daraus besteht. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Beutel5 aus einem mehrlagigen Verbundmaterial gefertigt, wobei die Lagen des Verbundmaterials jeweils aus einem Material gefertigt sind, welches Polyolefin, Polyethylenterephthalat oder Polyimid enthält oder daraus besteht. Der Beutel5 weist auf der der Deckelanordnung3 zugewandten Seite eine Öffnung auf. Anschließend wird Beutel5 mit der Haltevorrichtung4 der Deckelanordnung3 zusammengefügt, wobei der Rand der Öffnung des Beutels5 derart mit der Haltevorrichtung4 verbunden wird, dass der Beutel5 und die Haltevorrichtung4 einen flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Raum bilden, in dessen Lumen der Elektrodenwickel der Deckelanordnung3 angeordnet ist. Die flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen Beutel5 und Haltevorrichtung4 kann beispielsweise mittels mechanischer Fixierung, Verkleben, Verschweißen und/oder mittels Heißsiegeln hergestellt werden. In einem nächsten Schritt wird der flüssigkeitsdicht abgeschlossene Elektrodenwickel der Deckelanordnung3 in das Metallgehäuse2 eingeführt und das Zellgehäuse wird verschlossen, indem der Deckel der Deckelanordnung3 mit dem Metallgehäuse2 flüssigkeits- und gasdicht verbunden wird. Die Batteriezelle1 ist fertig konfektioniert und kann weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt werden. Anschließend kann Elektrolyt in den durch den Beutel5 und die Haltevorrichtung4 gebildeten flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Raum im Inneren des Metallgehäuses2 eingefüllt werden, sodass der Elektrodenwickel von Elektrolyt umgeben ist.In 2 the sequence of a method according to the invention is shown schematically. Shown is a method for producing a battery cell according to the invention 1 with one in a prismatic orcylindrical metal housing 2 arranged electrode winding. First, a lid assembly 3 which comprises a lid, cell poles and a functionally connected electrode coil. The lid arrangement 3 has a holding device 4 on top of the inside of themetal case 2 facing side of the lid assembly 3 is appropriate. The holding device 4 closes against the lid of the lid assembly 3 liquid-tight. Optionally, the holding device 4 and the lid assembly 3 having liquid-tight closable passages for one or more pressure compensation elements and / or Elektrolytinfüllöffnungen. The holding device 4 can substantially the entire, the housing interior facing surface of the lid of the lid assembly 3 cover and / or one the edge of the lid of the lid assembly 3 have circumferential receptacle or bead which is formed such that the receptacle or bead with the edge of the opening of thebag 5 can be connected liquid-tight. In a next step, the electrode coil of the lid assembly 3 in abag 5 introduced from a liquid-tight, electrically insulating material. Thebag 5 may consist of a material containing or consisting of polyolefin. The bag is preferred 5 made of a material containing or consisting of polyolefin, polyethylene terephthalate or polyimide. Thebag 5 For example, it can be made of a multilayer composite material, wherein preferably at least one layer is made of a material which contains or consists of polyolefin, polyethylene terephthalate or polyimide. In a particularly preferred embodiment, thebag 5 made of a multilayer composite material, wherein the layers of the composite material are each made of a material containing or consisting of polyolefin, polyethylene terephthalate or polyimide. Thebag 5 indicates the lid assembly 3 facing side an opening. Subsequently, bag becomes 5 with the holding device 4 the lid assembly 3 assembled, with the edge of the opening of thebag 5 such with the holding device 4 Connected to thatbag 5 and the holding device 4 form a liquid-tight closed space in the lumen of the electrode coil of the lid assembly 3 is arranged. The liquid-tight connection betweenbags 5 and holding device 4 can be produced for example by means of mechanical fixation, bonding, welding and / or by heat sealing. In a next step, the liquid-tight sealed electrode winding of the lid assembly 3 in themetal case 2 introduced and the cell housing is closed by the lid of the lid assembly 3 with themetal case 2 fluid and gas tight is connected. The battery cell 1 is ready made and can be further Processing steps are supplied. Subsequently, electrolyte can pass through thebag 5 and the holding device 4 formed liquid-tight closed space inside themetal housing 2 are filled so that the electrode winding is surrounded by electrolyte.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 2309961[0006]DE 2309961[0006]
• US 2008/0166628[0007]US 2008/0166628[0007]

Claims (10)

Translated fromGerman

Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (1) mit einem in einem prismatischen oder zylindrischen Metallgehäuse (2) angeordneten Elektrodenwickel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellung einer Deckelanordnung (3) umfassend einen Deckel, Zellpole und einen damit funktional verbundenen Elektrodenwickel, wobei die Deckelanordnung (3) auf der dem Inneren des Metallgehäuses (2) zugewandten Seite eine Haltevorrichtung (4) aufweist, die gegen den Deckel flüssigkeitsdicht abschließt und die gegebenenfalls Durchführungen für ein Druckausgleichselement und/oder eine Elektrolyteinfüllöffnung aufweist; – Einführen des Elektrodenwickels in einen Beutel (5) aus einem flüssigkeitsdichten, elektrisch isolierenden Material, wobei der Beutel (5) auf der der Deckelanordnung (3) zugewandten Seite offen ist; – Zusammenfügen des Beutels (5) mit der Haltevorrichtung (4) der Deckelanordnung (3), wobei der Rand der Öffnung des Beutels (5) derart mit der Haltevorrichtung (4) verbunden wird, dass Beutel (5) und Haltevorrichtung (4) einen flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Raum bilden, in dem der Elektrodenwickel angeordnet ist; – Einführen des flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Elektrodenwickels in das Metallgehäuse (2); und – Verschließen des Metallgehäuses (2) durch Einsetzen der Deckelanordnung (3) auf das Metallgehäuse (2).Method for producing a battery cell ( 1 ) with a prismatic or cylindrical metal housing ( 2 ) arranged electrode windings, the method comprising the following steps: - Provision of a cover assembly ( 3 ) comprising a cover, cell poles and a functionally connected electrode winding, wherein the cover arrangement ( 3 ) on the inside of the metal housing ( 2 ) facing side a holding device ( 4 ), which terminates in a liquid-tight manner against the lid and optionally has passages for a pressure compensation element and / or an electrolyte filling opening; Inserting the electrode coil into a bag ( 5 ) of a liquid-tight, electrically insulating material, wherein the bag ( 5 ) on the lid assembly ( 3 ) facing side is open; - assembling the bag ( 5 ) with the holding device ( 4 ) the lid assembly ( 3 ), wherein the edge of the opening of the bag ( 5 ) in such a way with the holding device ( 4 ), that bag ( 5 ) and holding device ( 4 ) form a liquid-tight sealed space in which the electrode coil is arranged; - Inserting the liquid-tight sealed electrode winding in the metal housing ( 2 ); and - closing the metal housing ( 2 ) by inserting the lid assembly ( 3 ) on the metal housing ( 2 ).Verfahren nach Anspruch 1, wobei anschließend Elektrolyt in den flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Raum eingefüllt wird.The method of claim 1, wherein subsequently electrolyte is filled in the liquid-tight sealed space.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beutel (5) aus einem Material gefertigt ist, welches Polyolefin enthält oder daraus besteht.Method according to one of the preceding claims, wherein the bag ( 5 ) is made of a material containing or consisting of polyolefin.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltevorrichtung (4) aus einem Material gefertigt ist, welches Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyimid umfasst oder daraus besteht.Method according to one of the preceding claims, wherein the holding device ( 4 ) is made of a material comprising or consisting of polypropylene, polyethylene terephthalate, polyimide.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltevorrichtung (4) im Wesentlichen die gesamte, dem Gehäuseinneren zugewandte Fläche des Deckels der Deckelanordnung (3) bedeckt und/oder eine den Rand des Deckels der Deckelanordnung (3) umlaufende Aufnahme aufweist, die derart ausgebildet ist, dass die Aufnahme mit dem Rand der Öffnung des Beutels (5) flüssigkeitsdicht verbunden werden kann.Method according to one of the preceding claims, wherein the holding device ( 4 ) substantially the entire, the housing interior facing surface of the lid of the lid assembly ( 3 ) and / or one the edge of the lid of the lid assembly ( 3 ) has a peripheral receptacle which is formed such that the receptacle with the edge of the opening of the bag ( 5 ) can be connected liquid-tight.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rand der Öffnung des Beutels (5) mit der Haltevorrichtung (4) mittels mechanischer Fixierung, Verkleben, Verschweißen und/oder mittels Heißsiegeln flüssigkeitsdicht verbunden wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the edge of the opening of the bag ( 5 ) with the holding device ( 4 ) is connected in a liquid-tight manner by means of mechanical fixing, gluing, welding and / or by means of heat sealing.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um eine Lithium-Ionen Batteriezelle (1) handelt.Method according to one of the preceding claims, wherein it is a lithium-ion battery cell ( 1 ).Batteriezelle (1) hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Battery cell ( 1 ) prepared according to any one of claims 1 to 7.Batteriemodul oder Batteriesystem umfassend eine oder mehrere Batteriezellen (1) nach Anspruch 8.Battery module or battery system comprising one or more battery cells ( 1 ) according to claim 8.Kraftfahrzeug umfassend eine oder mehrere Batteriezellen (1) nach Anspruch 8 oder eine oder mehrere Batteriemodule oder -systeme nach Anspruch 9.Motor vehicle comprising one or more battery cells ( 1 ) according to claim 8 or one or more battery modules or systems according to claim 9.

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