DE102019106207A1 - Method for producing a battery cell, battery cell, high-voltage battery and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (1) mit den Schritten:- Bereitstellen eines einseitig offenen Behälters (3) und einer Deckelbaugruppe (12), aufweisend eine Deckelplatte (4), zwei durch die Deckelplatte (4) hindurch geführte Zellterminals (9) und eine in der Deckelplatte (4) ausgebildete Entgasungsöffnung (10),- Bereitstellen einer Elektroden-Separator-Anordnung (6),- Einbringen der Elektroden-Separator-Anordnung (6) in den Behälter (3),- elektrisches Verbinden von Elektroden (A, K) der Elektroden-Separator-Anordnung (6) mit den Zellterminals (9),- Befestigen der Deckelplatte (4) an dem Behälter (3),- Einfüllen eines Elektrolyten (E) in das Zellgehäuse (2) über die Entgasungsöffnung (10), und- Abdecken der Entgasungsöffnung (10) mit einem Entgasungselement (11) und fluiddichtes Abschließen des durch den Behälter (3) und die Deckelplatte (4) gebildeten Zellgehäuses (2) durch stoffschlüssiges Verbinden des Entgasungselementes (11) mit der Deckelplatte (4) mittels eines Klebstoffes (13).Die Erfindung betrifft außerdem eine Batteriezelle (1), eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for producing a battery cell (1) with the following steps: - providing a container (3) open on one side and a cover assembly (12), having a cover plate (4), two cell terminals guided through the cover plate (4) ( 9) and a degassing opening (10) formed in the cover plate (4), - providing an electrode-separator arrangement (6), - introducing the electrode-separator arrangement (6) into the container (3), - electrically connecting Electrodes (A, K) of the electrode-separator arrangement (6) with the cell terminals (9), - Attaching the cover plate (4) to the container (3), - Filling an electrolyte (E) into the cell housing (2) the degassing opening (10), and covering the degassing opening (10) with a degassing element (11) and fluid-tight sealing of the cell housing (2) formed by the container (3) and the cover plate (4) by integrally connecting the degassing element (11) with the lid plate te (4) by means of an adhesive (13). The invention also relates to a battery cell (1), a high-voltage battery and a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batteriezelle, eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for producing a battery cell. The invention also relates to a battery cell, a high-voltage battery and a motor vehicle.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf Batteriezellen, welche beispielsweise in Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltakkumulatoren elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge eingesetzt werden können. Solche Batteriezellen können beispielsweise prismatische Batteriezellen mit einem flachquaderförmigen, starren Zellgehäuse und einem in dem Zellgehäuse angeordneten galvanischen Element sein. Das galvanische Element kann beispielsweise eine Elektroden-Separator-Anordnung und einen Elektrolyten, mit welchem der Separator der Elektroden-Separator-Anordnung getränkt ist. Zur Herstellung solcher Batteriezellen wird die Elektroden-Separator-Anordnung üblicherweise in das geöffnete Zellgehäuse eingesetzt und kontaktiert. Dann wird das Zellgehäuse mit einer Deckelplatte abgeschlossen. In dieser Deckelplatte befindet sich üblicherweise eine Einfüllöffnung zum Befüllen des Zellgehäuses mit dem flüssigen Elektrolyten. Diese Einfüllöffnung wird nach dem Befüllen mit einem Verschlusselement, beispielsweise einem Verschlussstopfen, verschlossen. Der Verschlussstopfen kann beispielsweise mit der Deckelplatte verschweißt werden.In the present case, the interest is directed towards battery cells which can be used, for example, in high-voltage batteries or high-voltage accumulators for electrically driven motor vehicles. Such battery cells can be, for example, prismatic battery cells with a flat, cuboid, rigid cell housing and a galvanic element arranged in the cell housing. The galvanic element can for example be an electrode-separator arrangement and an electrolyte with which the separator of the electrode-separator arrangement is impregnated. To produce such battery cells, the electrode-separator arrangement is usually inserted into the opened cell housing and contacted. Then the cell housing is closed with a cover plate. In this cover plate there is usually a filling opening for filling the cell housing with the liquid electrolyte. After filling, this filling opening is closed with a closure element, for example a closure plug. The sealing plug can for example be welded to the cover plate.

Darüber hinaus weist der Deckel üblicherweise eine Entgasungsöffnung auf, über welche ein in dem Zellgehäuse, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss, entstehendes Heißgas entweichen kann. Diese Entgasungsöffnung ist üblicherweise mit einem Entgasungselement bedeckt, welches das Zellgehäuse fluiddicht abschließt und welches die Entgasungsöffnung ab einem durch das Heißgas in dem Zellgehäuse auftretenden Überdruck freigibt. Diese Entgasungsöffnung bzw. Berstdrucköffnung kann, wie in der DE 10 2009 046 801 A1 beschrieben, auch zur Elektrolytbefüllung verwendet werden. So können zusätzliche Verfahrensschritte bei der Herstellung der Batteriezelle, nämlich das Bereitstellen der Einfüllöffnung sowie das Verschließen der Einfüllöffnung entfallen. Die Herausforderung besteht jedoch darin, das Entgasungselement an der Entgasungsöffnung zu befestigen. So ist ein Verschweißen des Entgasungselementes mit der Deckelplatte aufgrund der mit dem Verschweißen verbundenen Hitzeeinwirkung auf das Zellgehäuse, in welchem sich der brennbare Elektrolyt befindet, nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich.In addition, the cover usually has a degassing opening through which a hot gas that occurs in the cell housing, for example in the event of a short circuit within the cell, can escape. This degassing opening is usually covered with a degassing element which closes the cell housing in a fluid-tight manner and which releases the degassing opening from an overpressure occurring in the cell housing due to the hot gas. This vent opening or burst pressure opening can, as in DE 10 2009 046 801 A1 can also be used for electrolyte filling. Additional method steps in the production of the battery cell, namely providing the filling opening and closing the filling opening, can thus be dispensed with. The challenge, however, is to attach the degassing element to the degassing port. For example, welding the degassing element to the cover plate is not possible or only possible with great effort due to the heat effect associated with the welding on the cell housing in which the combustible electrolyte is located.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batteriezelle mit möglichst wenigen und möglichst einfachen Verfahrensschritten herstellen zu können.It is the object of the present invention to be able to produce a battery cell with as few and as simple method steps as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Batteriezelle, eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.According to the invention, this object is achieved by a method, a battery cell, a high-voltage battery and a motor vehicle having the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen einer Batteriezelle. Bei dem Verfahren werden zunächst ein einseitig offener Behälter, welcher ein Gehäuseunterteil eines prismatischen Zellgehäuses der Batteriezelle ausbildet, eine Deckelbaugruppe, welche eine ein Gehäuseoberteil des Zellgehäuses ausbildende Deckelplatte, zwei durch die Deckelplatte hindurch geführte Zellterminals und eine in der Deckelplatte ausgebildete Entgasungsöffnung für ein in dem Zellgehäuse gebildetes Heißgas aufweist und eine Elektroden-Separator-Anordnung bereitgestellt. Die Elektroden-Separator-Anordnung wird in den Behälter eingebracht, Elektroden der Elektroden-Separator-Anordnung werden mit den Zellterminals der Deckelbaugruppe elektrisch kontaktiert und die Deckelplatte wird an dem Behälter befestigt. Dann wird ein flüssiger Elektrolyt in das Zellgehäuse über die Entgasungsöffnung in der Deckelplatte zum Tränken eines Separators der Elektroden-Separator-Anordnung eingefüllt. Schließlich wird die Entgasungsöffnung mit einem Entgasungselement abgedeckt und das Zellgehäuse wird durch stoffschlüssiges Verbinden des Entgasungselementes mit der Deckelplatte mittels eines Klebstoffes fluiddicht abgeschlossen.A method according to the invention is used to produce a battery cell. In the method, a container open on one side, which forms a lower housing part of a prismatic cell housing of the battery cell, a cover assembly, which has a cover plate forming an upper housing part of the cell housing, two cell terminals guided through the cover plate and a degassing opening formed in the cover plate for a Has cell housing formed hot gas and provided an electrode separator arrangement. The electrode-separator arrangement is introduced into the container, electrodes of the electrode-separator arrangement are electrically contacted with the cell terminals of the cover assembly and the cover plate is attached to the container. A liquid electrolyte is then poured into the cell housing via the degassing opening in the cover plate in order to soak a separator of the electrode-separator arrangement. Finally, the degassing opening is covered with a degassing element and the cell housing is sealed in a fluid-tight manner by means of an adhesive connection of the degassing element to the cover plate.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Batteriezelle, welche mittels eines solchen Verfahrens hergestellt wurde. Die Batteriezelle kann beispielsweise mit weiteren Batteriezellen zu einer Hochvoltbatterie verschaltet werden, welche als Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, also ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, verwendet werden kann.The invention also relates to a battery cell which was produced by means of such a method. The battery cell can, for example, be connected to further battery cells to form a high-voltage battery, which can be used as a traction battery for an electrically drivable motor vehicle, that is to say an electric or hybrid vehicle.

Das Gehäuseunterteil und das Gehäuseoberteil bilden das prismatische, flachquaderförmige Zellgehäuse der Batteriezelle Das Zellgehäuse ist dabei insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, gebildet. Das Gehäuseunterteil kann eine Bodenplatte und einen Gehäusemantel aufweisen, welche den einseitig offenen Behälter, auch als Zell-Can bezeichnet, ausbilden. Dieser Behälter kann von der Deckelplatte, auch als Zell-Cap bezeichnet, unter Ausbildung des Zellgehäuses abgeschlossen werden. Innerhalb des Zellgehäuses ist die Elektroden-Separator-Anordnung angeordnet. Die Elektroden-Separator-Anordnung kann beispielsweise als Zellwickel bzw. Jelly-Roll, als Zellstapel oder dergleichen ausgebildet sein.The lower housing part and the upper housing part form the prismatic, flat, rectangular cell housing of the battery cell. The cell housing is in particular made of a metallic material, such as aluminum. The lower housing part can have a base plate and a housing jacket, which form the container, which is open on one side, also referred to as a cell can. This container can be closed off by the cover plate, also referred to as a cell cap, with the formation of the cell housing. The electrode-separator arrangement is arranged within the cell housing. The electrode-separator arrangement can be designed, for example, as a cell roll or jelly roll, as a cell stack or the like.

Die Deckelplatte weist zwei Durchgangsöffnungen für die zwei Zellterminals auf. Die Zellterminals sind dadurch durch die Deckelplatte hindurchgeführt, sodass sie auf einer in einen Innenraum des Zellgehäuses hineinragenden Seite mit jeweils einer Elektrode der Elektroden-Separator-Anordnung und auf einer einer Umgebung der Batteriezelle zugewandten Seite mit einem zellexternen Anschluss elektrisch verbunden werden können. Der zellexterne Anschluss kann beispielsweise ein Zellterminal einer anderen Batteriezelle sein. Ein erstes Zellterminal der Deckelbaugruppe kann beispielsweise mit einer ersten Elektrode in Form von einer Anode der Elektroden-Separator-Anordnung elektrisch verbunden werden und ein zweites Zellterminal kann mit einer zweiten Elektrode in Form von einer Kathode der Elektroden-Separator-Anordnung elektrisch verbunden werden. Insbesondere sind das mit der Anode elektrisch verbindbare Zellterminal zumindest bereichsweise aus Kupfer und das mit der Kathode elektrisch verbindbare Zellterminal zumindest bereichsweise aus Aluminium gebildet.The cover plate has two through openings for the two cell terminals. The Cell terminals are thereby passed through the cover plate so that they can be electrically connected to an electrode of the electrode-separator arrangement on a side protruding into an interior of the cell housing and to an external cell connection on a side facing the surroundings of the battery cell. The cell-external connection can for example be a cell terminal of another battery cell. A first cell terminal of the cover assembly can, for example, be electrically connected to a first electrode in the form of an anode of the electrode-separator arrangement and a second cell terminal can be electrically connected to a second electrode in the form of a cathode of the electrode-separator arrangement. In particular, the cell terminal that can be electrically connected to the anode is at least partially made of copper and the cell terminal that can be electrically connected to the cathode is at least partially made of aluminum.

Die Verfahrensschritte des Einbringens der Elektroden-Separator-Anordnung in das Behältnis und des Kontaktierend der Elektroden mit den Zellterminals können dabei in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden. Das Kontaktieren der Elektroden der Elektroden-Separator-Anordnung kann also erfolgen, wenn die Elektroden-Separator-Anordnung bereits in dem Behälter angeordnet ist oder bevor die Elektroden-Separator-Anordnung in dem Behälter angeordnet wird. Im ersten Fall können die Zellterminals auf ihrer dem Innenraum zugewandten Seite mit Stromableitern verbunden sein, welche beim Aufsetzen der Deckelbaugruppe auf das Behältnis die Elektroden der Elektroden-Separator-Anordnung kontaktieren. Im zweiten Fall können die Elektroden der Elektroden-Separator-Anordnung mit den Zellterminals der Deckelbaugruppe, welche noch nicht auf der Behälter aufgesetzt ist, elektrisch verbunden werden. Durch das Aufsetzen der Deckelbaugruppe auf den Behälter werden dann sowohl die Elektroden-Separator-Anordnung in dem Behälter angeordnet als auch das Zellgehäuse abgeschlossen. Nachdem die Deckelbaugruppe auf das Behältnis aufgesetzt ist, kann die Deckelplatte an dem Behältnis befestigt werden. Dazu können die Deckelplatte und der Behälter beispielsweise verschweißt werden.The process steps of introducing the electrode-separator arrangement into the container and of making contact between the electrodes and the cell terminals can be carried out in any order. The electrodes of the electrode-separator arrangement can therefore be contacted when the electrode-separator arrangement is already arranged in the container or before the electrode-separator arrangement is arranged in the container. In the first case, the cell terminals can be connected to current conductors on their side facing the interior, which contact the electrodes of the electrode-separator arrangement when the cover assembly is placed on the container. In the second case, the electrodes of the electrode-separator arrangement can be electrically connected to the cell terminals of the cover assembly, which is not yet placed on the container. By placing the cover assembly on the container, both the electrode-separator arrangement are arranged in the container and the cell housing is closed off. After the cover assembly has been placed on the container, the cover plate can be attached to the container. For this purpose, the cover plate and the container can be welded, for example.

Die Deckelplatte weist außerdem die Entgasungsöffnung auf, welche als ein beispielsweise ovales Loch in der Deckelplatte ausgebildet ist. Diese Entgasungsöffnung ist dafür vorgesehen, ein im Fehlerfall, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss in dem Zellgehäuse, entstehendes Heißgas und einen damit verbundenen Überdruck aus dem Innenraum des Zellgehäuses entweichen zu lassen. Diese Entgasungsöffnung ist gemäß der Erfindung nach dem Befestigen der Deckelplatte an dem Behälter noch unverdeckt bzw. unverschlossen. Die Entgasungsöffnung wird nämlich zusätzlich dazu genutzt, den flüssigen Elektrolyten in den Innenraum des Zellgehäuses einzufüllen und dabei den Separator der Elektroden-Separator-Anordnung unter Ausbildung eines galvanischen Elementes mit dem Elektrolyten zu tränken.The cover plate also has the degassing opening, which is designed as an oval hole, for example, in the cover plate. This degassing opening is provided to allow hot gas and an associated overpressure, which arise in the event of a fault, for example in the event of a cell-internal short circuit in the cell housing, to escape from the interior of the cell housing. According to the invention, this degassing opening is still not covered or not closed after the cover plate has been fastened to the container. The degassing opening is used in addition to pour the liquid electrolyte into the interior of the cell housing and to soak the separator of the electrode-separator arrangement with the electrolyte, forming a galvanic element.

Erst wenn die Befüllung des Innenraums mit dem Elektrolyten abgeschlossen ist, wird die Entgasungsöffnung mittels des Entgasungselementes abgedeckt. Um zu verhindern, dass der Elektrolyt wieder aus dem Zellgehäuse herausläuft oder Stoffe aus der Umgebung in das Zellgehäuse eindringen, wird das Zellgehäuse fluiddicht, insbesondere gasdicht und flüssigkeitsdicht, abgeschlossen bzw. versiegelt. Dazu wird das Entgasungselement stoffschlüssig mit der Deckelplatte verbunden. Da der Elektrolyt brennbar ist, wird die stoffschlüssige Verbindung über einen Klebstoff hergestellt. Das Entgasungselement wird als auf eine der Umgebung zugewandte Oberseite der Deckelplatte aufgeklebt. Durch das Aufkleben kann verhindert werden, dass der Elektrolyt durch eine Hitzeeinbringung, wie es beispielsweise beim Verschweißen der Fall ist, zu brennen beginnt. Sobald aufgrund des Heißgases in dem Innenraum ein vorbestimmter Überdruck vorliegt, gibt das Entgasungselement die Entgasungsöffnung wieder frei, um das Heißgas zum Abbauen des Überdrucks entweichen zu lassen.Only when the filling of the interior with the electrolyte has been completed is the degassing opening covered by the degassing element. In order to prevent the electrolyte from running out of the cell housing again or substances from the environment from penetrating into the cell housing, the cell housing is closed or sealed in a fluid-tight manner, in particular gas-tight and liquid-tight. For this purpose, the degassing element is firmly connected to the cover plate. Since the electrolyte is flammable, the material connection is made using an adhesive. The degassing element is glued onto an upper side of the cover plate facing the surroundings. Gluing on can prevent the electrolyte from starting to burn due to the introduction of heat, as is the case, for example, with welding. As soon as there is a predetermined overpressure in the interior space due to the hot gas, the degassing element releases the degassing opening again in order to allow the hot gas to escape to reduce the overpressure.

Vorzugsweise wird die Deckelplatte ohne separate Einfüllöffnung ausgebildet. Die Deckelplatte weist also insbesondere nur die Durchgangsöffnungen für die Zellterminals sowie die Entgasungsöffnung auf. Eine separate Einfüllöffnung bzw. ein separates Einfüllloch sind nicht in der Deckelplatte vorgesehen und aufgrund der Befüllung des Zellgehäuses über die Entgasungsöffnung auch nicht notwendig. So können bei der Herstellung der Batteriezelle in vorteilhafter Weise zusätzliche Verfahrensschritte, nämlich das Bereitstellen der Einfüllöffnung sowie das Verschließen der Einfüllöffnung nach der Befüllung, entfallen.The cover plate is preferably designed without a separate filling opening. The cover plate therefore has, in particular, only the through openings for the cell terminals and the degassing opening. A separate filling opening or a separate filling hole are not provided in the cover plate and, due to the filling of the cell housing via the degassing opening, are also not necessary. In the production of the battery cell, additional method steps, namely the provision of the filling opening and the closing of the filling opening after filling, can advantageously be dispensed with.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Entgasungsöffnung mit einem Entgasungselement in Form von einer Berstmembran abgedeckt wird. Insbesondere wird als die Berstmembran eine Blechscheibe mit Einprägungen, welche Sollbruchstellen zum Auslassen des Heißgases aus dem Zellgehäuse ausbilden, bereitgestellt. Die Berstmembran kann beispielsweise ebenfalls ovalförmig ausgebildet sein Die Berstmembran weist dabei eine Fläche auf, welche größer ist als eine Fläche der Entgasungsöffnung. Ein Randbereich einer der Deckelplatte zugewandten Unterseite der Berstmembran liegt somit im abgedeckten Zustand der Entgasungsöffnung auf einem an die Entgasungsöffnung angrenzenden Oberseitenbereich der Deckelplatte auf. Zum stoffschlüssigen Verbinden wird der Klebstoff zumindest zwischen dem Randbereich der Unterseite der Berstmembran und dem Oberseitenbereich der Deckelplatte angeordnet. Zusätzlich kann in dem Oberseitenbereich und/oder dem Randbereich eine Oberflächenstrukturierung vorgesehen sein, welche mit dem Klebstoff zur Verbesserung von Hafteigenschaften zusätzlich eine formschlüssige Verbindung eingeht.It can be provided that the degassing opening is covered with a degassing element in the form of a bursting membrane. In particular, a sheet metal disk with embossed areas which form predetermined breaking points for the discharge of the hot gas from the cell housing is provided as the bursting membrane. The bursting membrane can, for example, also be oval-shaped. The bursting membrane has an area that is larger than an area of the vent opening. An edge region of an underside of the bursting membrane facing the cover plate thus rests in the covered state of the vent opening on an upper side region of the cover plate adjoining the vent opening. For the material connection, the adhesive is used at least between the edge area of the underside of the bursting membrane and the top area of the cover plate. In addition, surface structuring can be provided in the upper side area and / or the edge area, which additionally forms a form-fitting connection with the adhesive to improve adhesive properties.

Zur Erfindung gehört außerdem eine Hochvoltbatterie mit zumindest einer erfindungsgemäßen Batteriezelle. Insbesondere weist die Hochvoltbatterie eine Vielzahl von zu Batteriemodulen verschalteten erfindungsgemäßen Batteriezellen auf. Die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie kann in einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug angeordnet sein. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Personenkraftwagen in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die Hochvoltbatterie als Traktionsbatterie auf.The invention also includes a high-voltage battery with at least one battery cell according to the invention. In particular, the high-voltage battery has a multiplicity of battery cells according to the invention that are interconnected to form battery modules. The high-voltage battery according to the invention can be arranged in a motor vehicle according to the invention. The motor vehicle is in particular a passenger car in the form of an electric or hybrid vehicle and has the high-voltage battery as a traction battery.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Batteriezelle, für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The embodiments presented with reference to the method according to the invention and their advantages apply accordingly to the battery cell according to the invention, to the high-voltage battery according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle; und
  • 2a, 2b Verfahrensschritte für die Herstellung der Batteriezelle.
Show it:
  • 1 a schematic exploded view of an embodiment of a battery cell according to the invention; and
  • 2a , 2 B Process steps for the production of the battery cell.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung einer Batteriezelle 1, welche beispielsweise mit gleichartigen Batteriezellen 1 zu einer Hochvoltbatterie verschaltet werden kann. Die Batteriezelle 1 ist als eine prismatische Batteriezelle 1 ausgebildet, welche ein starres, metallisches, flachquaderförmiges Zellgehäuse 2 aufweist. Das Zellgehäuse 2 kann beispielsweise aus Aluminium gebildet sein. Das Zellgehäuse 2 ist zweiteilig ausgebildet und weist ein Gehäuseunterteil in Form von einem einseitig offenen Behälter 3 und ein Gehäuseoberteil in Form von einer Deckelplatte 4 auf. Der Behälter 3 sowie die Deckelplatte 4 begrenzen einen Innenraum 5 für eine Elektroden-Separator-Anordnung 6 der Batteriezelle 1. Die Elektroden-Separator-Anordnung 6 ist hier als ein Zellwickel 7 ausgebildet, bei welchem zwei Elektroden in Form von einer Anode A und einer Kathode K sowie ein elektrolytgetränkter Separator S als gewickelte bzw. gestapelte Folien ausgebildet sind. Die Anode A und die Kathode K sind über Stromableiter 8 mit jeweiligen, in die Deckelplatte 4 integrierten Zellterminals 9 elektrisch verbunden. Über ein hier nicht gezeigtes Zellkontaktiersystem können diese Zellterminals 9 zum Verschalten der Batteriezellen 1 zu der Hochvoltbatterie elektrisch verbunden werden. Außerdem ist in der Deckelplatte 4 eine Entgasungsöffnung 10 angeordnet, über welche Heißgas aus dem Innenraum 5 entweichen kann. Die Entgasungsöffnung 10 ist von einem Entgasungselement 11, beispielsweise einer Blech-Berstmembran, abgedeckt. Die Deckelplatte 4, die Zellterminals 9, die Entgasungsöffnung 10 und das Entgasungselement 11 bilden eine Deckelbaugruppe 12 der Batteriezelle 1 aus. 1 shows a schematic exploded view of a battery cell 1 which, for example, with similar battery cells 1 can be connected to a high-voltage battery. The battery cell 1 is called a prismatic battery cell 1 formed, which is a rigid, metallic, flat cuboid cell housing 2 having. The cell housing 2 can for example be formed from aluminum. The cell housing 2 is designed in two parts and has a lower housing part in the form of a container open on one side 3 and an upper housing part in the form of a cover plate 4th on. The container 3 as well as the cover plate 4th delimit an interior space 5 for an electrode-separator arrangement 6th the battery cell 1 . The electrode-separator arrangement 6th is here as a cell wrap 7th formed in which two electrodes in the form of an anode A. and a cathode K and an electrolyte-soaked separator S. are designed as wound or stacked foils. The anode A. and the cathode K are over current arresters 8th with respective ones in the cover plate 4th integrated cell terminals 9 electrically connected. Via a cell contacting system not shown here, these cell terminals 9 for connecting the battery cells 1 be electrically connected to the high-voltage battery. Also in the cover plate 4th a vent 10 arranged over which hot gas from the interior 5 can escape. The degassing opening 10 is from a degassing element 11 , for example a sheet metal bursting membrane, covered. The cover plate 4th who have favourited Cell Terminals 9 , the vent 10 and the degassing element 11 form a lid assembly 12 the battery cell 1 out.

2a und 2b zeigen Verfahrensschritte zum Herstellen der stark vereinfacht dargestellten Batteriezelle 1. In 2a ist die Deckelplatte 4 auf den Behälter 3 aufgesetzt und dort befestigt. Die Deckelplatte 4 kann beispielsweise an dem Behälter 3 festgeschweißt sein. Die Entgasungsöffnung 10 ist noch nicht durch das Entgasungselement 11 zugedeckt bzw. verschlossen. In dem Innenraum 5 des Zellgehäuses 2 befindet sich die hier nicht gezeigte Elektroden-Separator-Anordnung 6, wobei der Separator S noch nicht mit Elektrolyt getränkt ist. Das Elektrolyt E wird über die Entgasungsöffnung 10 bzw. durch die Entgasungsöffnung 10 hindurch in den Innenraum 5 des Zellgehäuses 2 eingefüllt. Nach dem Einfüllen des Elektrolyten E wird, wie in 2b gezeigt, die Entgasungsöffnung 10 mit dem Entgasungselement 11 bedeckt. Das Entgasungselement 11 wird mittels eines Klebstoffs 13 an der Deckelplatte 4 befestigt bzw. mit der Deckelplatte 4 stoffschlüssig verbunden. Durch das Befestigen des Entgasungselementes 11 an der Deckelplatte 4 wird das Zellgehäuse 2 fluiddicht abgeschlossen und der Elektrolyt kann nicht mehr aus dem Innenraum 5 entweichen. Sobald ein Innendruck in dem Innenraum 5 aufgrund eines entstehenden Heißgases ansteigt und einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, wird das Entgasungselement 11 zerstört, beispielsweise durch Bersten der Berstmembran, wodurch die Entgasungsöffnung 10 wieder freigegeben wird. Das Heißgas kann entweichen und der den Schwellwert übersteigende Innendruck kann abgebaut werden. 2a and 2 B show method steps for producing the battery cell, which is shown in a highly simplified manner 1 . In 2a is the cover plate 4th on the container 3 put on and fastened there. The cover plate 4th can for example on the container 3 be welded. The degassing opening 10 has not yet passed through the degassing element 11 covered or locked. In the interior 5 of the cell housing 2 is the electrode-separator arrangement, not shown here 6th , the separator S. is not yet saturated with electrolyte. The electrolyte E. is via the degassing opening 10 or through the degassing opening 10 through into the interior 5 of the cell housing 2 filled. After filling in the electrolyte E. will, as in 2 B shown, the vent 10 with the degassing element 11 covered. The degassing element 11 is made by means of an adhesive 13 on the cover plate 4th attached or with the cover plate 4th firmly connected. By attaching the degassing element 11 on the cover plate 4th becomes the cell housing 2 sealed fluid-tight and the electrolyte can no longer leave the interior 5 escape. As soon as an internal pressure in the interior 5 rises due to the hot gas being produced and exceeds a predetermined threshold value, the degassing element 11 destroyed, for example by bursting the rupture membrane, whereby the vent opening 10 is released again. The hot gas can escape and the internal pressure exceeding the threshold value can be reduced.

Bezugszeichenliste List of reference symbols

11
BatteriezelleBattery cell
22
ZellgehäuseCell housing
33
Behältercontainer
44th
DeckelplatteCover plate
55
Innenrauminner space
66th
Elektroden-Separator-AnordnungElectrode-separator arrangement
77th
ZellwickelCell wrap
88th
StromableiterCurrent arrester
99
ZellterminalCell terminal
1010
EntgasungsöffnungDegassing opening
1111
EntgasungselementDegassing element
1212
DeckelbaugruppeLid assembly
1313
Klebstoffadhesive
AA.
Anodeanode
KK
Kathodecathode
SS.
Separatorseparator
EE.
Elektrolytelectrolyte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102009046801 A1 [0003]DE 102009046801 A1 [0003]

Claims (7)

Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (1) mit den Schritten: - Bereitstellen eines einseitig offenen Behälters (3), welcher ein Gehäuseunterteil eines prismatischen Zellgehäuses (2) der Batteriezelle (1) ausbildet, - Bereitstellen einer Deckelbaugruppe (12), welche eine ein Gehäuseoberteil des Zellgehäuses (2) ausbildende Deckelplatte (4), zwei durch die Deckelplatte (4) hindurch geführte Zellterminals (9) und eine in der Deckelplatte (4) ausgebildete Entgasungsöffnung (10) für ein in dem Zellgehäuse (2) auftretendes Heißgas aufweist, - Bereitstellen einer Elektroden-Separator-Anordnung (6), - Einbringen der Elektroden-Separator-Anordnung (6) in den Behälter (3), - elektrisches Verbinden von Elektroden (A, K) der Elektroden-Separator-Anordnung (6) mit den Zellterminals (9) der Deckelbaugruppe (12), - Befestigen der Deckelplatte (4) an dem Behälter (3), - Einfüllen eines flüssigen Elektrolyten (E) in das Zellgehäuse (2) über die Entgasungsöffnung (10) zum Tränken eines Separators (S) der Elektroden-Separator-Anordnung (6), gekennzeichnet durch - Abdecken der Entgasungsöffnung (10) mit einem Entgasungselement (11) und fluiddichtes Abschließen des Zellgehäuses (2) durch stoffschlüssiges Verbinden des Entgasungselementes (11) mit der Deckelplatte (4) mittels eines Klebstoffes (13).Method for producing a battery cell (1) with the following steps: - providing a container (3) which is open on one side and which forms a lower housing part of a prismatic cell housing (2) of the battery cell (1), - providing a cover assembly (12) which has an upper housing part of the cell housing (2) forming cover plate (4), two cell terminals (9) guided through the cover plate (4) and a degassing opening (10) formed in the cover plate (4) for a hot gas occurring in the cell housing (2), Providing an electrode-separator arrangement (6), - introducing the electrode-separator arrangement (6) into the container (3), - electrically connecting electrodes (A, K) of the electrode-separator arrangement (6) to the Cell terminals (9) of the cover assembly (12), - fastening the cover plate (4) to the container (3), - filling a liquid electrolyte (E) into the cell housing (2) via the degassing opening (10) to soak a separator (S) of the electrode-separator arrangement (6), characterized by - covering the degassing opening (10) with a degassing element (11) and fluid-tight sealing of the cell housing (2) by materially connecting the degassing element (11) to the cover plate (4) by means of an adhesive (13). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelplatte (4) ohne separate Einfüllöffnung ausgebildet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the cover plate (4) is formed without a separate filling opening. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsöffnung (10) mit einem Entgasungselement (11) in Form von einer Berstmembran abgedeckt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the degassing opening (10) is covered with a degassing element (11) in the form of a bursting membrane. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als die Berstmembran eine Blechscheibe mit Einprägungen, welche Sollbruchstellen zum Auslassen des Heißgases aus dem Zellgehäuse (2) ausbilden, bereitgestellt wird.Procedure according to Claim 3 , characterized in that a sheet metal disc with embossed areas which form predetermined breaking points for the discharge of the hot gas from the cell housing (2) is provided as the bursting membrane. Batteriezelle (1), welche durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.Battery cell (1) which is produced by a method according to one of the preceding claims. Hochvoltbatterie mit zumindest einer Batteriezelle (1) nach Anspruch 5.High-voltage battery with at least one battery cell (1) Claim 5 . Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie nach Anspruch 6.Motor vehicle with a high-voltage battery Claim 6 .
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