DE102021210943B4 - Process for producing a battery cell - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, insbesondere Pouchzelle, aufweisend eine Anzahl von Anodenschichten (4) und Kathodenschichten (6) sowie Zwischenschichten (8),
- wobei die Anodenschichten (4) und die Kathodenschichten (6) jeweils eine Aktivmaterialbeschichtung (12, 20) und ein Ableiterfähnchen (14, 22) aufweisen,
- wobei in die Anodenschichten (4) und in die Kathodenschichten (6) jeweils mindestens eine Durchführöffnung (16) zur Aufnahme eines Führungsstifts (24) in die Aktivmaterialbeschichtung (12, 20) und/oder in das Ableiterfähnchen (14, 22) eingebracht wird,
- wobei die Anodenschichten (4) und die Kathodenschichten (6) unter Zwischenlage jeweils einer Zwischenschicht (8) alternierend auf mindestens einen Führungsstift (24) gestapelt werden, wobei der mindestens eine Führungsstift (24) aus einem kompressiblen Material hergestellt ist,
- wobei die gestapelten Anodenschichten (4), Kathodenschichten (6) und Zwischenschichten (8) miteinander zu einem Zellstapel (2) gefügt werden,
- wobei der Zellstapel (2) zusammen mit dem mindestens einem Führungsstift (24) in ein als Pouchzelle ausgeführtes Zellgehäuse eingesetzt wird, und
- wobei der Führungsstift (24) im Zuge einer Evakuierung des Zellgehäuses komprimiert wird.
Method for producing a battery cell, in particular a pouch cell, comprising a number of anode layers (4) and cathode layers (6) as well as intermediate layers (8),
- wherein the anode layers (4) and the cathode layers (6) each have an active material coating (12, 20) and a conductor tab (14, 22),
- wherein at least one through-opening (16) for receiving a guide pin (24) is introduced into the active material coating (12, 20) and/or into the conductor lug (14, 22) in each of the anode layers (4) and the cathode layers (6),
- wherein the anode layers (4) and the cathode layers (6) are stacked alternately on at least one guide pin (24) with an intermediate layer (8) in each case, wherein the at least one guide pin (24) is made of a compressible material,
- wherein the stacked anode layers (4), cathode layers (6) and intermediate layers (8) are joined together to form a cell stack (2),
- wherein the cell stack (2) is inserted together with the at least one guide pin (24) into a cell housing designed as a pouch cell, and
- wherein the guide pin (24) is compressed during an evacuation of the cell housing.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, insbesondere einer Pouchzelle, bei welchem eine Anzahl von Anodenschichten und Kathodenschichten sowie Zwischenschichten zu einem Zellstapel gefügt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Batteriezelle mit einem Zellstapel.The invention relates to a method for producing a battery cell, in particular a pouch cell, in which a number of anode layers and cathode layers as well as intermediate layers are joined to form a cell stack. The invention further relates to a battery cell with a cell stack.
Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro-, Hybrid, Plug-In- oder Brennstoffzellenfahrzeuge, umfassen in der Regel einen Elektromotor, mit dem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist der Elektromotor üblicherweise an eine fahrzeuginterne (Hochvolt-)Batterie als elektrischen Energiespeicher angeschlossen.Motor vehicles that are powered or can be powered electrically or by an electric motor, such as electric, hybrid, plug-in or fuel cell vehicles, usually include an electric motor that can be used to drive one or both vehicle axles. To supply electrical energy, the electric motor is usually connected to an internal (high-voltage) battery as an electrical energy storage device.
Unter einer insbesondere elektrochemischen Batterie ist hier und im Folgenden insbesondere eine sogenannte sekundäre Batterie (Sekundärbatterie) des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Bei einer solchen (sekundären) Fahrzeugbatterie ist eine verbrauchte chemische Energie mittels eines elektrischen (Auf-)Ladevorgangs wiederherstellbar. Derartige Fahrzeugbatterien sind beispielsweise als elektrochemische Akkumulatoren, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ausgeführt.Here and in the following, an electrochemical battery is understood to mean a so-called secondary battery of the motor vehicle. In such a (secondary) vehicle battery, the chemical energy that has been used can be restored by means of an electrical charging process. Such vehicle batteries are designed, for example, as electrochemical accumulators, in particular as lithium-ion accumulators.
Zur Erzeugung oder Bereitstellung einer ausreichend hohen Betriebsspannung weisen solche Fahrzeugbatterien typischerweise mindestens ein Batteriemodul (Batteriezellmodul) auf, bei welchem mehrere einzelne Batteriezellen modular verschaltet sind. Alternativ ist ein sogenanntes Cell2Pack-Design möglich, bei welchem die Batteriezellen direkt zu der Fahrzeugbatterie zusammengeschaltet, insbesondere parallelgeschaltet, und nicht vorab zu Modulen zusammengefasst werden.In order to generate or provide a sufficiently high operating voltage, such vehicle batteries typically have at least one battery module (battery cell module) in which several individual battery cells are connected in a modular manner. Alternatively, a so-called Cell2Pack design is possible, in which the battery cells are connected directly to the vehicle battery, in particular connected in parallel, and are not combined into modules in advance.
Batteriezellen weisen beispielsweise eine Elektrodenanordnung auf, welche in einem Zellgehäuse als Einhausung oder Ummantelung aufgenommen und mit einem Flüssigelektrolyten umspült ist. Das Zellgehäuse ist beispielsweise als eine Hülle mit einer Aluminium-Verbundfolie oder einer Aluminium-Laminatfolie ausgeführt, wobei derartige flexible oder folienartige Hüllen auch als Pouchbeutel oder Pouchfolien-Mantel, und Batteriezellen mit einem solchen Zellgehäuse auch als Pouchzellen (Beutelzellen) oder Soft-Pack-Zellen bezeichnet sind.Battery cells, for example, have an electrode arrangement which is housed in a cell housing as a casing or sheath and is surrounded by a liquid electrolyte. The cell housing is designed, for example, as a casing with an aluminum composite foil or an aluminum laminate foil, with such flexible or foil-like casings also being referred to as pouch bags or pouch foil casings, and battery cells with such a cell housing also being referred to as pouch cells or soft pack cells.
Die Elektrodenanordnung ist beispielsweise als ein Elektroden- oder Zellstapel ausgebildet, der mehrere Anodenschichten und mehrere Kathodenschichten als Elektrodenschichten aufweist. Dabei sind die Anodenschichten und die Kathodenschichten in einer Stapelrichtung alternierend übereinandergestapelt, wobei zwischen den Anodenschichten und den Kathodenschichten jeweils ein Separator beziehungsweise eine Separatorschicht angeordnet ist. Der Separator bewirkt eine physikalische Trennung oder Beabstandung sowie eine elektrische Isolierung der Elektrodenschichten entgegengesetzter Polarität. Der Separator beziehungsweise die Separatorschicht ist hierbei für Leitionen des Flüssigelektrolyten durchlässig, wobei jedoch ein elektrischer Kurzschluss zwischen den Elektroden vermieden wird.The electrode arrangement is designed, for example, as an electrode or cell stack that has several anode layers and several cathode layers as electrode layers. The anode layers and the cathode layers are stacked one on top of the other in an alternating stacking direction, with a separator or separator layer being arranged between the anode layers and the cathode layers. The separator causes a physical separation or spacing as well as an electrical insulation of the electrode layers of opposite polarity. The separator or separator layer is permeable to conductive ions of the liquid electrolyte, but an electrical short circuit between the electrodes is avoided.
Um eine lange Lebensdauer und Zyklenbeständigkeit der Batteriezelle sicherzustellen, ist es notwendig, dass die Anodenschichten und Kathodenschichten, beziehungsweise deren Aktivmaterialbeschichtungen, möglichst exakt übereinander angeordnet sind. Ist dies nicht der Fall, kommt es zu vermehrten Alterungsreaktionen. Weiterhin wird bei nicht exakt gestapelten Elektroden das verfügbare Aktivmaterial der Batteriezelle nicht vollständig ausgenutzt, was in einer verminderten Energiedichte resultiert.In order to ensure a long service life and cycle stability of the battery cell, it is necessary that the anode layers and cathode layers, or their active material coatings, are arranged as precisely as possible on top of each other. If this is not the case, increased aging reactions occur. Furthermore, if the electrodes are not stacked precisely, the available active material of the battery cell is not fully utilized, which results in a reduced energy density.
Beim Zellbau wird daher ein zusätzlicher Führungsrahmen eingesetzt, in welchen die Elektrodenschichten und Separatorschichten eingelegt werden. Durch den Führungsrahmen wird jedoch die gravimetrische Energiedichte nachteilig reduziert. Weiterhin ist sicherzustellen, dass die Separatorschichten trotz des Führungsrahmens stets randseitig über die Anodenschichten und Kathodenschichten hinausragen, damit die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses vermieden wird.When building cells, an additional guide frame is therefore used, into which the electrode layers and separator layers are placed. However, the guide frame has a detrimental effect on the gravimetric energy density. It must also be ensured that the separator layers always protrude beyond the anode and cathode layers at the edges, despite the guide frame, in order to avoid the risk of an electrical short circuit.
Aus der
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle anzugeben. Insbesondere soll eine möglichst einfache und zuverlässige Ausrichtung und Positionierung der Elektroden- und Separatorschichten bei der Stapelung realisiert werden, bei welcher möglichst keine oder lediglich eine geringe Reduzierung der gravimetrischen Energiedichte auftritt. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Batteriezelle anzugeben.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable method for producing a battery cell. In particular, the aim is to achieve the simplest and most reliable alignment and positioning of the electrode and separator layers during stacking, with as little or as little reduction in the gravimetric energy density as possible. The invention is also based on the object to specify a particularly suitable battery cell.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Batteriezelle mit den Merkmalen des Anspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Batteriezelle übertragbar und umgekehrt.With regard to the method, the object is achieved according to the invention with the features of claim 1 and with regard to the battery cell with the features of claim 7. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the subclaims. The advantages and embodiments mentioned with regard to the method can also be transferred to the battery cell and vice versa.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung einer Batteriezelle, insbesondere für eine Pouchzelle oder Soft-Bag-Zelle, vorgesehen sowie dafür geeignet und ausgestaltet. Das Verfahren kann hierbei sowohl zur Herstellung von Flüssigzellen, also Batteriezellen mit einem flüssigen Elektrolyten, als auch zur Herstellung von Festkörperzellen, also Batteriezellen mit einem Festkörperelektrolyten, verwendet werden. Die Batteriezelle ist beispielsweise als eine Lithium-Ionen-Zelle ausgeführt. Die Batteriezelle weist eine Anzahl von Anodenschichten und Kathodenschichten sowie Zwischenschichten auf. Die Zwischenschichten sind im Falle einer Flüssigzelle insbesondere als Separatorschichten ausgeführt, wobei die Zwischenschichten im Falle einer Festkörperzelle insbesondere als Festkörperelektrolytschichten ausgeführt sind.The method according to the invention is intended for producing a battery cell, in particular for a pouch cell or soft bag cell, and is suitable and designed for this purpose. The method can be used both for producing liquid cells, i.e. battery cells with a liquid electrolyte, and for producing solid-state cells, i.e. battery cells with a solid-state electrolyte. The battery cell is designed as a lithium-ion cell, for example. The battery cell has a number of anode layers and cathode layers as well as intermediate layers. In the case of a liquid cell, the intermediate layers are designed in particular as separator layers, whereby in the case of a solid-state cell, the intermediate layers are designed in particular as solid-state electrolyte layers.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich insbesondere auf Flüssigzellen, sind jedoch sinngemäß auch auf Festkörperzellen übertragbar.The following statements refer in particular to liquid cells, but can also be applied to solid-state cells.
Die Elektrodenschichten, also die Anodenschichten und die Kathodenschichten, weisen hierbei eine elektrisch leitfähige (Metall-)Folie als Stromableiter und eine darauf aufgebrachte Aktivmaterialbeschichtung auf. Die Folie kann als Substrat hierbei beispielsweise einseitig oder beidseitig mit dem Aktivmaterial beschichtet sein. Das Elektrodenmaterial ist hierbei als ein Anodenmaterial oder Kathodenmaterial ausgebildet, wobei bei einer Anodenschicht insbesondere eine Kupferfolie mit einem darauf aufgebrachten Anodenaktivmaterial, und bei einer Kathodenschicht insbesondere eine Aluminiumfolie mit einem Kathodenaktivmaterial verwendet werden. Die Elektrodenschichten weisen einen nicht beschichteten oder unbeschichteten Randbereich der Folie auf, also einen randseitigen Folienbereich, welcher nicht mit der Aktivmaterialbeschichtung versehen ist. Dieser Randbereich bildet ein jeweils zugeordnetes Ableiterfähnchen (Stromkollektor) zur Kontaktierung der Elektrodenschichten. Aufgrund der folienartigen Ausführung sind die Elektrodenschichten und Separatorschichten nachfolgend auch als Elektrodenblätter und Separatorblätter bezeichnet.The electrode layers, i.e. the anode layers and the cathode layers, have an electrically conductive (metal) foil as a current conductor and an active material coating applied to it. The foil can be coated as a substrate on one or both sides with the active material, for example. The electrode material is designed as an anode material or cathode material, with an anode layer in particular using a copper foil with an anode active material applied to it, and a cathode layer in particular using an aluminum foil with a cathode active material. The electrode layers have an uncoated or uncoated edge region of the foil, i.e. an edge-side foil region which is not provided with the active material coating. This edge region forms an associated conductor flag (current collector) for contacting the electrode layers. Due to the foil-like design, the electrode layers and separator layers are also referred to below as electrode sheets and separator sheets.
In die Elektrodenschichten werden verfahrensgemäß jeweils mindestens eine Durchführöffnung (Führungsloch) in die Aktivmaterialbeschichtung und/oder in das Ableiterfähnchen eingebracht. Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.According to the method, at least one through-opening (guide hole) is made in the active material coating and/or in the conductor tab in each of the electrode layers. The conjunction "and/or" is to be understood here and in the following in such a way that the features linked by means of this conjunction can be designed both together and as alternatives to one another.
Die Durchführöffnungen sind hierbei vorzugsweise umfangsseitig oder allseitig geschlossen. Mit anderen Worten sind die Durchführöffnungen als Löcher oder Aussparungen ausgeführt. Beispielsweise werden die Durchführöffnungen durch Stanzen oder Laserschneiden in die Elektrodenschichten eingebracht. Die Durchführöffnungen sind hierbei dazu vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet einen Führungsstift aufzunehmen. Beispielsweise werden eine Anzahl von Durchführöffnungen, also mindestens zwei Durchführöffnungen, vorzugsweise genau zwei Durchführöffnungen, in jede der Elektrodenschichten eingebracht.The through-openings are preferably closed on the circumference or on all sides. In other words, the through-openings are designed as holes or recesses. For example, the through-openings are made in the electrode layers by punching or laser cutting. The through-openings are intended, suitable and designed to accommodate a guide pin. For example, a number of through-openings, i.e. at least two through-openings, preferably exactly two through-openings, are made in each of the electrode layers.
Erfindungsgemäß ist hierbei mindestens ein Führungsstift vorgesehen, auf welchen die Anodenschichten und die Kathodenschichten unter Zwischenlage jeweils einer Separatorschicht alternierend gestapelt werden. Unter einem Führungsstift ist hierbei insbesondere ein bolzenförmiger, stiftförmiger, pinförmiger oder (kreis-)zylindrischer Körper zu verstehen, welcher sich entlang einer Stapelrichtung erstreckt, und auf welchen die Elektrodenschichten mittels der Durchführöffnungen aufgesetzt, aufgesteckt oder aufgefädelt werden. Der Führungsstift durchgreift somit die Durchführöffnungen der gestapelten Elektrodenschichten im Zuge des Stapelvorgangs. Insbesondere sind die Elektrodenschichten durch die Durchführöffnungen formschlüssig an dem Führungsstift gehalten, so dass eine zuverlässige und konstruktiv einfache Ausrichtung und Positionierung der Elektrodenschichten während der Stapelung gewährleistet ist.According to the invention, at least one guide pin is provided on which the anode layers and the cathode layers are alternately stacked with a separator layer in between. A guide pin is to be understood in particular as a bolt-shaped, pin-shaped, pin-shaped or (circular) cylindrical body which extends along a stacking direction and onto which the electrode layers are placed, plugged or threaded by means of the through-openings. The guide pin thus passes through the through-openings of the stacked electrode layers during the stacking process. In particular, the electrode layers are held in a form-fitting manner on the guide pin by the through-openings, so that a reliable and structurally simple alignment and positioning of the electrode layers is ensured during stacking.
Die gestapelten Anodenschichten, Kathodenschichten, und Separatorschichten werden anschließend miteinander zu einem Zellstapel gefügt. Die (Zell-)Stapelhöhe des Zellstapels entspricht hierbei im Wesentlichen der Höhe des mindestens einen Führungsstifts. Beispielsweise wird nach dem Ablegen der Schichten auf den Führungsstift der Zellstapel mit einem Klebeband oder mittels einer Laminierung fixiert oder gefügt, und somit gegen ein relatives Verrutschen der Schichten gesichert. Dadurch ist ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle realisiert. Insbesondere wird somit ohne die Verwendung eines Führungsrahmens eine besonders hohe Stapelgenauigkeit beim Stapeln des Zellstapels gewährleistet.The stacked anode layers, cathode layers and separator layers are then joined together to form a cell stack. The (cell) stack height of the cell stack essentially corresponds to the height of at least one guide pin. For example, after the layers have been placed on the guide pin, the cell stack is fixed or joined with an adhesive tape or by means of lamination, and thus secured against relative slipping of the layers. This creates a particularly suitable method for producing a battery cell. In particular, this ensures a particularly high stacking accuracy when stacking the cell stack without the use of a guide frame.
In einer denkbaren nicht erfindungsgemäßen Weiterbildung wird der Zellstapel von dem mindestens einen Führungsstift gelöst oder abgehoben, und ohne Führungsstifte in ein Zellgehäuse eingesetzt. Der mindestens eine Führungsstift dient somit ausschließlich als Stapelhilfe zum Stapeln des Zellstapels.In a conceivable further development not according to the invention, the cell stack is released or lifted off the at least one guide pin and inserted into a cell housing without guide pins. The at least one guide pin thus serves exclusively as a stacking aid for stacking the cell stack.
Erfindungsgemäß wird der Zellstapel zusammen mit dem mindestens einem Führungsstift in ein Zellgehäuse eingesetzt. Der Zellstapel wird also inklusive des Führungsstifts in dem Zellgehäuse verbaut. Der Führungsstift ist hierbei aus einem kompressiblen Material hergestellt, wobei das Zellgehäuse beispielsweise als eine Pouchfolie, insbesondere als eine Kunststoff-Aluminium-Verbundfolie, ausgeführt ist. Der Führungsstift ist hierbei erfindungsgemäß derart kompressibel ausgeführt, dass der Führungsstift bei einem Evakuieren der Pouchfolie beziehungsweise des Zellgehäuses komprimiert, also entlang der Stapelrichtung oder Stiftlängsrichtung zusammengedrückt oder gestaucht, wird. Dadurch wird die Position der Elektrodenschichten zusätzlich fixiert.According to the invention, the cell stack is inserted into a cell housing together with the at least one guide pin. The cell stack is therefore installed in the cell housing including the guide pin. The guide pin is made of a compressible material, with the cell housing being designed, for example, as a pouch film, in particular as a plastic-aluminum composite film. According to the invention, the guide pin is designed to be compressible in such a way that the guide pin is compressed when the pouch film or the cell housing is evacuated, i.e. pressed together or compressed along the stack direction or pin longitudinal direction. This additionally fixes the position of the electrode layers.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die mindestens eine Durchführöffnung in die Aktivmaterialbeschichtung der Elektrodenschichten eingebracht, wobei eine korrespondierende Durchführöffnung in jede der Separatorschicht eingebracht wird. Zusätzlich zu den Elektrodenschichten werden somit auch die dazwischen angeordneten Separatorschichten auf den Führungsstift gestapelt. Dadurch ist eine besonders hohe Positionsgenauigkeit der Separatorschichten im Zellstapel gewährleistet.In an advantageous embodiment, the at least one through-opening is introduced into the active material coating of the electrode layers, with a corresponding through-opening being introduced into each of the separator layers. In addition to the electrode layers, the separator layers arranged between them are also stacked on the guide pin. This ensures a particularly high positional accuracy of the separator layers in the cell stack.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung weisen die Durchführöffnungen der Separatorschichten hierbei einen kleineren Durchmesser als die Durchführöffnungen der Elektrodenschichten auf. Mit anderen Worten sind die Separator-Durchführöffnungen beispielsweise geringfügig kleiner als die Elektroden-Durchführöffnungen ausgeführt, um einen elektrischen Kurzschluss zwischen den gestapelten Elektrodenschichten zu vermeiden.In an expedient further development, the through-openings of the separator layers have a smaller diameter than the through-openings of the electrode layers. In other words, the separator through-openings are designed to be slightly smaller than the electrode through-openings, for example, in order to avoid an electrical short circuit between the stacked electrode layers.
In einer geeigneten Ausbildung ist die Aktivmaterialbeschichtung im Wesentlichen rechteckförmig ausgeführt, wobei zwei Durchführöffnungen in diametral gegenüberliegenden Eckbereichen der Aktivmaterialbeschichtung eingebracht werden. Durch die Anordnung der Durchführöffnungen beziehungsweise der korrespondierenden Führungsstifte ist eine besonders stabile und verdrehsichere Stapelung ermöglicht.In a suitable design, the active material coating is essentially rectangular, with two through-openings being made in diametrically opposite corner areas of the active material coating. The arrangement of the through-openings or the corresponding guide pins enables particularly stable and twist-proof stacking.
In einer bevorzugten Ausführung ist die mindestens eine Durchführöffnung in die Ableiterfähnchen der Elektrodenschichten eingebracht. Dadurch wird eine besonders hohe Energiedichte der Batteriezelle gewährleistet, da hierbei kein Aktivmaterial herausgeschnitten wird. Vorzugsweise werden hierbei die Anodenschichten auf einen ersten Führungsstift und die Kathodenschichten auf einen zweiten Führungsstift gestapelt. Dies bedeutet, dass die gelochten Ableiterfähnchen der Elektrodenschichten auf unterschiedliche Führungsstifte aufgesetzt oder aufgefädelt werden, so dass die Gefahr eines Kurzschlusses vorteilhaft und einfach vermieden wird.In a preferred embodiment, the at least one through-opening is made in the conductor tabs of the electrode layers. This ensures a particularly high energy density of the battery cell, since no active material is cut out. Preferably, the anode layers are stacked on a first guide pin and the cathode layers on a second guide pin. This means that the perforated conductor tabs of the electrode layers are placed or threaded onto different guide pins, so that the risk of a short circuit is advantageously and easily avoided.
In einer denkbaren Ausgestaltung sind zwei zueinander beabstandet angeordnete Durchführöffnungen in die Ableiterfähnchen der Anodenschichten und der Kathodenschichten eingebracht, so dass ein zuverlässiger Verdrehschutz realisiert ist.In a conceivable embodiment, two through-openings arranged at a distance from one another are introduced into the conductor tabs of the anode layers and the cathode layers, so that reliable protection against twisting is realized.
Bei einer Ausführung mit lediglich einer Durchführöffnung je Ableiterfähnchen ist für den Stapelvorgang vorzugsweise eine zusätzliche Führungsleiste zur Ausrichtung der Ableiterfähnchen beziehungsweise Elektrodenschichten vorgesehen. Alternativ ist es beispielsweise denkbar, dass die Durchführöffnung und der Führungsstift eine mehreckige Geometrie oder Querschnittsform aufweisen. Beispielsweise weisen der Führungsstift und die Durchführöffnung hierbei eine viereckige, insbesondere eine quadratische oder rechteckförmige, Querschnittsform auf. Dadurch ist die Durchführöffnung, und somit das Ableiterfähnchen, zuverlässig und verdrehsicher auf den Führungsstift aufsetzbar.In a design with only one through-opening per conductor flag, an additional guide bar is preferably provided for the stacking process to align the conductor flags or electrode layers. Alternatively, it is conceivable, for example, that the through-opening and the guide pin have a polygonal geometry or cross-sectional shape. For example, the guide pin and the through-opening have a quadrangular, in particular a square or rectangular, cross-sectional shape. This means that the through-opening, and thus the conductor flag, can be placed on the guide pin reliably and without twisting.
Beispielsweise werden die Ableiterfähnchen der Anodenschichten und Kathodenschichten auf einer gemeinsamen Seite des Zellstapels angeordnet. Dadurch ist eine besonders bauraumkompakte Anordnung realisiert.For example, the conductor tabs of the anode layers and cathode layers are arranged on a common side of the cell stack. This results in a particularly compact arrangement.
Die erfindungsgemäße Batteriezelle ist insbesondere als eine Pouchzelle für eine Fahrzeugbatterie ausgeführt. Die Batteriezelle ist hierbei mittels eines vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellt, wobei die Batteriezelle einen Zellstapel mit einer Anzahl von Anodenschichten und Kathodenschichten sowie Separatorschichten aufweist, welche alternierend gestapelt sind. Die Elektrodenschichten weisen hierbei jeweils mindestens eine Durchführöffnung zur Aufnahme eines Führungsstifts in der Aktivmaterialbeschichtung und/oder in dem Ableiterfähnchen auf. Dadurch ist eine besonders geeignete Batteriezelle realisiert.The battery cell according to the invention is designed in particular as a pouch cell for a vehicle battery. The battery cell is produced using a method described above, wherein the battery cell has a cell stack with a number of anode layers and cathode layers as well as separator layers, which are stacked alternately. The electrode layers each have at least one through-opening for receiving a guide pin in the active material coating and/or in the conductor tab. This creates a particularly suitable battery cell.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
-
1 in Draufsicht eine Anodenschicht in einer ersten Ausführungsform, -
2 in Draufsicht eine Kathodenschicht in einer ersten Ausführungsform, -
3 in Draufsicht eine Separatorschicht in einer ersten Ausführungsform, -
4 in Draufsicht einen Zellstapel gemäß der ersten Ausführungsform, -
5 in Perspektive den Zellstapel gemäß der ersten Ausführungsform mit zwei Führungsstiften, -
6 in Draufsicht eine Anodenschicht in einer zweiten Ausführungsform, -
7 in Draufsicht eine Kathodenschicht in einer zweiten Ausführungsform, -
8 in Draufsicht eine Separatorschicht in einer zweiten Ausführungsform, -
9 in Draufsicht einen Zellstapel gemäß der zweiten Ausführungsform, -
10 in Perspektive den Zellstapel gemäß der zweiten Ausführungsform mit zwei Führungsstiften und einer Führungsleiste, -
11 in Draufsicht eine Anodenschicht in einer dritten Ausführungsform, -
12 in Draufsicht eine Kathodenschicht in einer dritten Ausführungsform, -
13 in Draufsicht eine Separatorschicht in einer dritten Ausführungsform, -
14 in Draufsicht einen Zellstapel gemäß der dritten Ausführungsform, und -
15 in Perspektive den Zellstapel gemäß der dritten Ausführungsform mit vier Führungsstiften.
-
1 in plan view an anode layer in a first embodiment, -
2 in plan view a cathode layer in a first embodiment, -
3 in plan view a separator layer in a first embodiment, -
4 in plan view a cell stack according to the first embodiment, -
5 in perspective the cell stack according to the first embodiment with two guide pins, -
6 in plan view an anode layer in a second embodiment, -
7 in plan view a cathode layer in a second embodiment, -
8 in plan view a separator layer in a second embodiment, -
9 in plan view a cell stack according to the second embodiment, -
10 in perspective the cell stack according to the second embodiment with two guide pins and a guide bar, -
11 in plan view an anode layer in a third embodiment, -
12 in plan view a cathode layer in a third embodiment, -
13 in plan view a separator layer in a third embodiment, -
14 in plan view a cell stack according to the third embodiment, and -
15 in perspective the cell stack according to the third embodiment with four guide pins.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.
In den
Die in
Im Bereich der etwa rechteckförmigen Aktivmaterialbeschichtung 12 sind zwei Durchführöffnungen 16 als Führungslöcher in die Anodenschicht 4 eingebracht oder ausgeschnitten, welche die Aktivmaterialbeschichtung 12 und das Substrat 10 durchsetzen. Die Durchführöffnungen 16 sind hierbei in diametral gegenüberliegenden Eckbereichen der Aktivmaterialbeschichtung 12 eingebracht.In the area of the approximately rectangular
Die
Im gestapelten Zustand (
In der
Bei der Herstellung der Batteriezelle werden eine Anzahl von Anodenschichten 4, Kathodenschichten 6 und Separatorschichten 8 zu dem Zellstapel 2 gestapelt. Zur Erhöhung der Stapelgenauigkeit, insbesondere zur relativen Ausrichtung und Positionierung der Schichten 4, 6 und 8 sind zwei senkrecht zu den Schichten 4, 6, 8 orientierte Führungsstifte 24 vorgesehen, auf welche die Anodenschichten 4 und die Kathodenschichten 6 unter Zwischenlage jeweils einer Separatorschicht 8 alternierend gestapelt werden. Die Schichten 4, 6, 8 werden hierbei mittels ihren jeweiligen Durchführöffnungen 16, 16` auf die Führungsstifte 24 formschlüssig aufgesetzt, aufgesteckt oder aufgefädelt. Dadurch wird der Zellstapel 2 während des Stapels gegen ein relatives Verrutschen der Schichten 4, 6, 8 gesichert.During the manufacture of the battery cell, a number of
Die gestapelten Anodenschichten 4, Kathodenschichten 6, und Separatorschichten 8 werden anschließend beispielsweise mit einem Klebeband zu dem Zellstapel 2 gefügt. Die (Zell-)Stapelhöhe des fertigen Zellstapels 2 entspricht hierbei im Wesentlichen der Höhe der Führungsstifte 24.The stacked
In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Führungsstifte 24 aus einem kompressiblen Material hergestellt, und werden zusammen mit dem Zellstapel 2 in einem Zellgehäuse, insbesondere in einer Pouchfolie, verbaut. Der Zellstapel 2 wird also inklusive der Führungsstifte 24 in dem Zellgehäuse verbaut. Die Führungsstifte 24 sind hierbei derart kompressibel ausgeführt, dass die Führungsstifte 24 bei einem Evakuieren der Pouchfolie beziehungsweise des Zellgehäuses komprimiert, also entlang der Stapelrichtung oder Stiftlängsrichtung zusammengedrückt oder gestaucht, werden, und somit die Position der Schichten 4, 6, 8 zusätzlich fixieren.In this embodiment according to the invention, the guide pins 24 are made of a compressible material and are installed together with the
In einer alternativen nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Zellstapel 2 von den Führungsstiften 24 gelöst oder abgehoben, und ohne Führungsstifte 24 in ein Zellgehäuse eingesetzt. Die Führungsstifte 24 dienen hierbei ausschließlich als Stapelhilfe beim Stapeln des Zellstapels 2.In an alternative embodiment not according to the invention, the
Nachfolgend ist anhand der
Nachfolgend ist ein drittes Ausführungsbeispiel anhand der
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 22
- Zellstapelcell stack
- 44
- Anodenschichtanode layer
- 66
- Kathodenschichtcathode layer
- 88
- Zwischenschichtintermediate layer
- 1010
- Substratsubstrate
- 1212
- Aktivmaterialbeschichtungactive material coating
- 1414
- Ableiterfähnchenarrester flags
- 16, 16`16, 16`
- Durchführöffnungthrough-hole
- 1818
- Substratsubstrate
- 2020
- Aktivmaterialbeschichtungactive material coating
- 2222
- Ableiterfähnchenarrester flags
- 2424
- Führungsstiftguide pin
- 2626
- Spaltbereichgap area
- 2828
- Führungsleisteguide rail
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021210943.8A DE102021210943B4 (en) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | Process for producing a battery cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021210943.8A DE102021210943B4 (en) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | Process for producing a battery cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102021210943A1 DE102021210943A1 (en) | 2023-03-30 |
| DE102021210943B4 true DE102021210943B4 (en) | 2024-10-10 |
Family
ID=85477397
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102021210943.8A Active DE102021210943B4 (en) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | Process for producing a battery cell |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102021210943B4 (en) |
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| US20210028433A1 (en) | 2019-07-23 | 2021-01-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Flexible battery and electronic device including the same |
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2021
- 2021-09-30 DE DE102021210943.8A patent/DE102021210943B4/en active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102021210943A1 (en) | 2023-03-30 |
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