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DE102015222201B3 - Verfahren zur herstellung von energiespeicherzellen, energiespeicherzellen, batteriemodul und kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur herstellung von energiespeicherzellen, energiespeicherzellen, batteriemodul und kraftfahrzeug Download PDF

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DE102015222201B3
DE102015222201B3 DE102015222201.2A DE102015222201A DE102015222201B3 DE 102015222201 B3 DE102015222201 B3 DE 102015222201B3 DE 102015222201 A DE102015222201 A DE 102015222201A DE 102015222201 B3 DE102015222201 B3 DE 102015222201B3
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DE
Germany
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housing
energy storage
electrode
gas
storage cells
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Application number
DE102015222201.2A
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English (en)
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Azad Darbandi
Olav Finkenwirth
Matthias Frahm
Jochen Gerschler
Tuncay Idikurt
Daniel Scherer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Priority to PCT/EP2016/075025 priority patent/WO2017080764A1/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, deren Gehäuse elastisch verformbar ist. Dazu wird mindestens ein Elektrodenwickel oder Elektrodenstapel und ein Elektrolyt in ein Gehäuse eingebracht, welches mit Gas befüllt wird, so dass ein Überdruck im Gehäuse erzeugt wird, durch welchen mindestens eine Gehäusewand des Gehäuses nach außen gewölbt wird. Das Gehäuse wird gasdicht versiegelt, so dass der Überdruck im Gehäuse und die Wölbung der mindestens einen Gehäusewand aufrechterhalten bleiben. Alternativ wird mindestens ein elastisches Element an mindestens einen Elektrodenwickel oder Elektrodenstapel angeordnet und in das Gehäuse eingebracht, so dass das mindestens eine elastische Element zwischen dem Elektrodenwickel bzw. Elektrodenstapel und mindestens einer Gehäusewand des Gehäuses liegt. Die Erfindung betrifft ferner entsprechende Energiespeicherzellen, ein Batteriemodul mit solchen Energiespeicherzellen sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriemodul.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Energiespeicherzellen, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, Energiespeicherzellen, ein Batteriemodul mit solchen Energiespeicherzellen sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriemodul.
  • Batterien zur Speicherung elektrischer Energie spielen auf dem Gebiet der sogenannten Elektromobilität sowohl bei Fahrzeugen mit reinem Elektroantrieb als auch bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb eine zentrale Rolle. Üblicherweise werden hierbei Hochvoltbatteriemodule, die eine Vielzahl von verschalteten einzelnen Batteriezellen aufweisen, verwendet. Bei den Batteriezellen kann es sich beispielsweise um Lithium-, Lithium-Ionen-, Lithium-Polymer-, Lithium-Ionen-Polymer-, Lithium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Zellen handeln.
  • Bei der Herstellung von Batteriemodulen werden die zu einem Zellenpaket zusammengefassten Zellen weggesteuert verpresst. Dabei kann es vorkommen, dass auch bei Einhaltung der jeweils vorgegebenen Zellendicke eine große Streuung der Verpresskräfte auftritt, was sich nachteilig auf die Lebensdauer der Zellen bzw. des Batteriemoduls auswirken kann.
  • DE 10 2013 113 799 A1 betrifft ein Batteriemodul aus Batteriezellen und einem Kühlmodul zur Aufnahme der Batteriezellen. Verbindungseinrichtungen zwischen Seitenteilen bilden Freiräume, die zur Aufnahme von Batteriezellen ausgelegt sind. In einem Freiraum zwischen zwei Batteriezellen können Dämpfungselemente eingesetzt sein. Insbesondere wird dabei ein Schaumstoff auf die Zellen aufgebracht, so dass die Fähigkeit des Batteriemoduls, Druckkräfte aufzunehmen, gesteigert wird.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Herstellung von Energiespeicherzellen, Energiespeicherzellen, ein Batteriemodul sowie ein Kraftfahrzeug anzugeben, welche bzw. welches hinsichtlich Herstellung und/oder Lebensdauer verbessert sind bzw. ist.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist folgende Schritte auf: Einbringen mindestens eines Elektrodenwickels oder Elektrodenstapels, welcher mindestens zwei Elektroden und mindestens einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator aufweist, in ein Gehäuse; Einbringen eines Elektrolyten in das Gehäuse; Befüllen des Gehäuses mit Gas und Erzeugen eines Überdrucks im Gehäuse, durch welchen mindestens eine Gehäusewand des Gehäuses nach außen gewölbt wird; und gasdichtes Versiegeln des Gehäuses, so dass der Überdruck im Gehäuse und die Wölbung der mindestens einen Gehäusewand aufrechterhalten bleiben, wodurch das Gehäuse in einer Richtung senkrecht zu der mindestens einen gewölbten Gehäusewand elastisch verformbar ist.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist folgende Schritte auf: Anordnen mindestens eines elastischen Elements an einem Elektrodenwickel oder Elektrodenstapel, welcher mindestens zwei Elektroden aufweist, Einbringen des Elektrodenwickels bzw. Elektrodenstapels zusammen mit dem mindestens einen elastischen Element in ein Gehäuse, so dass das mindestens eine elastische Element zwischen dem Elektrodenwickel bzw. Elektrodenstapel und mindestens einer Gehäusewand des Gehäuses liegt, wodurch das Gehäuse in einer Richtung senkrecht zu der mindestens einen Gehäusewand elastisch verformbar ist, und Einbringen eines Elektrolyten in das Gehäuse, so dass der Elektrolyt das Gehäuse ausfüllt.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls weist folgende Schritte auf: Herstellen von zwei oder mehreren Energiespeicherzellen gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung; Aneinanderreihen oder Stapeln der Energiespeicherzellen, insbesondere in einer Richtung senkrecht zu der mindestens einen Gehäusewand; und Zusammenpressen der aneinandergereihten oder gestapelten Energiespeicherzellen in einer Richtung senkrecht zu der mindestens einen Gehäusewand.
  • Eine Energiespeicherzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist auf: mindestens einen Elektrodenwickel oder Elektrodenstapel, welcher mindestens zwei Elektroden und mindestens einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator aufweist, sowie ein Gehäuse, welches den mindestens einen Elektrodenwickel bzw. Elektrodenstapel umgibt und in welchem ein Überdruck herrscht, durch den mindestens eine Gehäusewand des Gehäuses nach außen gewölbt wird, so dass das Gehäuse in einer Richtung senkrecht zu der mindestens einen gewölbten Gehäusewand elastisch verformbar ist.
  • Eine Energiespeicherzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist auf: mindestens einen Elektrodenwickel oder Elektrodenstapel, welcher mindestens zwei Elektroden und mindestens einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator aufweist; einen Elektrolyten; mindestens ein elastisches Element sowie ein Gehäuse, welches den mindestens einen Elektrodenwickel bzw. Elektrodenstapel, das mindestens eine zwischen dem Elektrodenwickel bzw. Elektrodenstapel und mindestens einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnete elastische Element und den das Gehäuse ausfüllenden Elektrolyten umgibt, so dass das Gehäuse in einer Richtung senkrecht zur mindestens einen Gehäusewand elastisch verformbar ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul weist mindestens zwei verschaltete Energiespeicherzellen gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung auf.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist einen Elektroantrieb oder einen Hybridantrieb sowie ein erfindungsgemäßes Batteriemodul auf.
  • Bei einem Kraftfahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich vorzugsweise um ein nicht dauerhaft spurgeführtes Landfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug, beispielsweise um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Omnibus oder ein Kraftrad, welcher bzw. welches insbesondere einen Hybrid- oder Elektroantrieb aufweist.
  • Die Erfindung basiert auf dem Ansatz, Energiespeicherzellen elastisch, insbesondere federelastisch, auszugestalten, indem das Gehäuse der jeweiligen Zelle durch Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Überdrucks im Innern der Zelle ausgebaucht wird und/oder zwischen Elektrodenwickel oder -stapel und Gehäusewand mindestens ein elastisches Element vorgesehen ist. Durch Wahl des Gasdrucks im Innern der Zelle bzw. Wahl des Materials und/oder der Dicke des elastischen Elements kann gezielt eine reproduzierbare Federkennlinie des elastischen Verhaltens der jeweiligen Zelle eingestellt werden.
  • Durch die elastische, insbesondere federelastische, Ausgestaltung zeigen die Zellen ein reproduzierbares elastisches Federverhalten beim Verpressen des Zellenpakets in der Modulfertigung. Dadurch kann beim Verpressen des Zellenpakets der Zusammenhang zwischen Geometrie, insbesondere Dicke der Zellen, und Kraftverhalten, insbesondere Verpresskräfte, berücksichtigt werden. Dabei können durch Überwachung bzw. Wahl der Verpresskräfte bei der Modulherstellung die auf die einzelnen Zellen jeweils wirkenden Kräfte gezielt eingestellt werden, so dass vorgegebene Maximalkräfte zuverlässig eingehalten werden können, was sich auch positiv auf die Lebensdauer der Zellen auswirkt. Die bei nicht elastisch verformbaren konventionellen Zellen auftretende hohe Streuung der beim Verpressen im Zellpaket auftretenden Kräfte kann dadurch verringert oder sogar eliminiert werden, so dass ein stabiler Herstellungsprozess von Modulen mit definierten Verpresskräften erreicht wird. Hierdurch wird auch die Lebensdauer der Zellen bzw. Batteriemodule verlängert.
  • Insgesamt werden dadurch die Energiespeicherzellen und Batteriemodule mit solchen Energiespeicherzellen hinsichtlich Herstellung und Lebensdauer verbessert.
  • In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird vor dem Befüllen des Gehäuses mit Gas ein zunächst im Gehäuse befindliches Gas, insbesondere Luft, entfernt. Somit kann eine definierte Kompressibilität des im Gehäuse befindlichen Gases gewährleistet werden und die benötigte Menge des verwendeten Gases zum Erreichen des gewünschten Druckes im Inneren des Gehäuses eindeutig festlegt werden. Darüber hinaus können ungewollt auftretende chemische Reaktionen des Gases mit dem Elektrodenwickel bzw. Elektrodenstapel oder dem Gehäuse selbst, welche die Lebensdauer der Zelle einschränken können, vermieden werden.
  • Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid, befüllt wird, um die Reaktionswahrscheinlichkeit des Gases mit dem Elektrodenwickel bzw. Elektrodenstapel oder dem Gehäuse selbst deutlich zu vermindern und/oder zu verlangsamen.
  • Insbesondere von Vorteil ist es, wenn das verwendete Inertgas ein Edelgas, beispielsweise Helium, Neon oder Argon ist. Deren besonders niedrige Reaktivität wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Lebensdauer der Energiespeicherzellen und Batteriemodule mit solchen Energiespeicherzellen aus.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung werden durch das Befüllen des Gehäuses mit Gas und Erzeugen eines Überdrucks mindestens zwei gegenüberliegende Gehäusewände des Gehäuses nach außen gewölbt. Diese, vorzugsweise symmetrische, Auswölbung erleichtert die Bestimmung des Druckpunktes bei der Verpressung des Zellenpakets erheblich, so dass die Verpresskräfte beim Verpressen des Zellpakets gezielt eingestellt und/oder überwacht werden können. Darüber hinaus bildet sich auf diese Art ein verlängerter Federweg pro Energiespeicherzelle aus, welcher eine genauere Verpressung bei gleichem Kraftaufwand ermöglicht.
  • Vorzugsweise werden im Falle einer sogenannten prismatischen Zelle, die ein Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden großflächigen Gehäusewänden, die durch schmale Seitenwände miteinander verbunden sind, aufweist, die sich gegenüberliegenden großflächigen Gehäusewände nach außen gewölbt, während die schmaleren Seitenwände des Gehäuses nicht oder nur geringfügig nach außen gewölbt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung wird als elastisches Element eine Schicht aus Gummi, Schaum oder Elastomer verwendet. Besonders bevorzugt ist hierbei ein chemisch inertes Material, um chemische Reaktionen mit dem Elektrodenwickel bzw. Elektrodenstapel, dem Elektrolyten und/oder der Gehäusewand zu minimieren oder unterbinden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Batteriemoduls sind die Energiespeicherzellen aufgrund des in einer Richtung senkrecht zur mindestens einen Gehäusewand elastisch verformbaren Gehäuses dazu ausgelegt, bei der Herstellung und/oder während des Betriebs des Batteriemoduls auftretende Kräfte abzufangen. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Lebensdauer der Energiespeicherzellen des Batteriemoduls aus. Darüber hinaus gewährleistet die damit erreichte Vermeidung von Kraftspitzen auf die Energiespeicherzellen des Batteriemoduls eine zuverlässige Funktion sowie eine erhöhte Betriebssicherheit, was insbesondere in der Verwendung in Kraftfahrzeugen von großer Bedeutung ist.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
  • 1 Beispiele von Schritten eines ersten Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeicherzelle;
  • 2 Beispiele von Schritten eines zweiten Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeicherzelle; und
  • 3 ein Beispiel zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Batteriemoduls.
  • 1 zeigt Beispiele von Schritten eines ersten Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeicherzelle. Die Energiespeicherzelle ist hierbei jeweils im Querschnitt dargestellt. Aus Anschaulichkeitsgründen ist die Darstellung stark schematisiert und nicht maßstabsgetreu.
  • In einem ersten Schritt (a) wird ein Elektrodenwickel 10 in ein bereitgestelltes Gehäuse 1 eingebracht. Vorzugsweise ist das Gehäuse 1 ein sogenanntes prismatisches oder quaderförmiges Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden großflächigen Seitenwänden 4, die durch schmale Seitenwände, von denen in der gewählten Darstellung nur die Bodenwand 5 zu sehen ist, verbunden sind. Der Elektrodenwickel 10 besteht aus mindestens einer oder mehreren Kathoden- und Anodenschichten, wobei jede Kathodenschicht von der jeweiligen Anodenschicht durch einen Separator, der als Separatorschicht ausgebildet sein kann, voneinander getrennt ist. Diese Schichtung oder Schichtungen sind zu einem Wickel aufgerollt. In einer weiteren Ausführung kann der Elektrodenwickel auch als sogenannter Elektrodenstapel ausgebildet sein, in welchem die Schichten im Wesentlichen parallel auf- bzw. aneinander liegen.
  • In einem zweiten Schritt (b) wird ein Elektrolyt 11 in das Gehäuse 1 eingebracht. Der Elektrolyt 11 weist vorzugsweise eine flüssige oder gelartige Konsistenz auf. Vorzugsweise füllt der Elektrolyt 11 das Gehäuse 1 und den darin befindlichen Elektrodenwickel 10 gleichmäßig aus, insbesondere die Bereiche zwischen den Kathoden- und Anodenschichten des Elektrodenwickels 10.
  • In einem folgenden Schritt (c) wird das Gehäuse 1 mit einem Deckel 2 verschlossen, welcher eine Öffnung 3, beispielsweise einen Anschlussstutzen und/oder ein Ventil, aufweist. In einer vorteilhaften Ausführung wird der Deckel 2 dabei mit dem Gehäuse 1 verschraubt, vernietet oder verschweißt oder auf eine andere Art verbunden, so dass er gasdicht mit dem Gehäuse 1 abschließt. Sich noch im Gehäuse 1 befindliches Gas 20, insbesondere Luft, wird durch die Öffnung 3 entfernt, insbesondere abgesaugt.
  • In einem weiteren Schritt (d) wird das Gehäuse 1 mit einem Gas 21, insbesondere einem Intertgas, wie etwa Stickstoff oder ein Edelgas, durch die Öffnung 3 befüllt, beispielsweise indem mit einem an einer Pumpe (nicht dargestellt) einerseits und an der Öffnung 3 des Gehäuses 1 andererseits angeschlossenen Gasschlauch Gas in das Innere Gehäuses 1 gepumpt wird. Die zugefügte Menge des Gases 21 ist hierbei so bemessen, dass sich im Inneren des Gehäuses 1 ein Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck, welcher typischerweise bei rund 1 bar liegt, aufbaut. Das Gas 21 ist so gewählt, dass es zu keinen oder lediglich zu vernachlässigenden chemischen Reaktionen mit dem Gehäuse 1, dem Elektrodenwickel 10 oder dem Elektrolyten 11 kommt. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist das Gas 21 ein Edelgas, wie etwa Helium, Neon oder Argon, welche eine besonders geringe Reaktivität aufweisen.
  • Durch den im Gehäuse 1 erzeugten Überdruck wird eine Wölbung mindestens einer der Seitenwände 4 des Gehäuses 1 verursacht. Im hier gezeigten Beispiel werden die beiden gegenüberliegenden, großflächigen Seitenwände 4 des Gehäuses 1 nach außen gewölbt (siehe (e)). Dies wird zum Beispiel erreicht, indem die Dicke der großflächigen Seitenwände 4 gering, insbesondere zwischen 0,6 und 1,2 mm, gehalten und/oder ein geeignetes Material mit einer gewünschten Flexibilität verwendet wird. Vorzugsweise bleiben darüber hinaus die schmaleren Seitenwände des prismatischen Gehäuses 1 dagegen unverformt. Insbesondere verformen sich Boden 5 und Deckel 2 des Gehäuses 1 dabei im Wesentlichen nicht.
  • Schließlich wird in Schritt (f) die gewölbte Seitenwände 4 aufweisende Zelle wird mit einem Verschluss 6 gasdicht versiegelt, beispielsweise durch Aufbringen einer Siegelmasse oder durch Verschrauben, Vernieten oder Verschweißen des Verschlusses. Dabei bleibt der Überdruck im Inneren des Gehäuses 1, und damit die Wölbung der Seitenwände 4, erhalten. Aufgrund der Kompressibilität des in dem Gehäuse 1 enthaltenen Gases 21 weist das Gehäuse 1 der Energiespeicherzelle 30 nun ein elastisches, insbesondere federelastisches, Verhalten senkrecht zu den gewölbten Seitenwänden 4 auf, was in der Figur durch die beiden doppelköpfigen Pfeile angedeutet ist. Die Seitenwände 4 des Gehäuses 1 geben dadurch bei entsprechendem Druck um einen Federweg von typischerweise zwischen etwa 0,1 und 2,0 mm nach.
  • 2 zeigt Beispiele von Schritten eines zweiten Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeicherzelle. Analog zu 1 ist die Energiespeicherzelle aus Anschaulichkeitsgründen nur in einer Seitenansicht schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt.
  • In einem ersten Schritt (a) werden in dem gezeigten Beispiel zwei elastische Elemente 12 an einem Elektrodenwickel 10 angeordnet. Die elastischen Elemente 12 liegen vorzugsweise in Form einer Schicht vor, die aus Gummi, Schaum oder einem Elastomer hergestellt ist und im Wesentlichen jeweils eine gesamte Seitenfläche des Elektrodenwickels 10 abdeckt. Vorzugsweise weist ein elastisches Element 12 dabei eine Dicke zwischen 0,5 und 1,5 mm auf.
  • Wie in 1 kann der Elektrodenwickel 10 auch als Elektrodenstapel realisiert werden. Darüber hinaus ist es möglich, anders als im hier gezeigten Beispiel nur ein elastisches Element 12 zu verwenden, welches nur eine Seitenfläche des Elektrodenwickels 10 abdeckt.
  • In einer weiteren Ausführung des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens können auch mehr als zwei elastische Elemente 12 verwendet werden, die z. B. nicht nur zwischen Elektrodenwickel 10 und den Seitenwänden 4 des Gehäuses 1 angeordnet sind, sondern z. B. auch in den Elektrodenwickel 10 eingearbeitet sein können.
  • In einem zweiten Schritt (b) wird die Anordnung aus elastischen Elementen 12 und Elektrodenwickel 10 in ein Gehäuse 1 eingebracht, so dass die elastischen Elemente 12 zwischen dem Elektrodenwickel 10 und den gegenüberliegenden Seitenwänden 4 des Gehäuses 1 liegen. Dabei ist das Gehäuse 1 prismatisch oder quaderförmig ausgebildet, so dass es zwei großflächige, im Wesentlichen parallele Seitenwände 4 aufweist. Vorzugsweise befinden sich die Gehäusewände 4 in Kontakt mit den elastischen Elementen 12, welche bei vollständiger Einführung im Wesentlichen die gesamte Innenfläche der Seitenwände 4 des Gehäuses 1 bedecken. Vorzugsweise stabilisieren die elastischen Elemente 12 dabei die Lage des Elektrodenwickels 10 im Inneren des Gehäuses 1.
  • In einem folgenden Schritt (c) wird ein Elektrolyt 11 in das Gehäuse 1 eingebracht. Der Elektrolyt 11 kann dabei eine flüssige oder gelartige Konsistenz aufweisen. Vorzugsweise füllt der Elektrolyt 11 das Gehäuse, insbesondere das freie Volumen zwischen Kathoden- und Anodenschichten des Elektrodenwickels 10, gleichmäßig aus.
  • In einem letzten Schritt (d) wird das Gehäuse 1 mit einem Deckel 2 verschlossen, beispielsweise verschraubt, vernietet oder verschweißt oder auf eine andere Art verbunden. Durch die zu den Seitenwänden 4 des Gehäuses 1 benachbarten elastischen Elemente 12 sind die Seitenwände 4 des Gehäuses 1, insbesondere bei einer geringen Wanddicke von vorzugsweise zwischen 0,6 und 1,2 mm und/oder Wahl eines leicht verformbaren Materials, in einer Richtung senkrecht zu den Seitenwänden 4 des Gehäuses 1 elastisch, insbesondere federelastisch, verformbar, was in der Figur durch die beiden doppelköpfigen Pfeile angedeutet ist. Die Seitenwände 4 können dadurch elastisch verformt werden, wobei der Federweg beispielsweise zwischen 0,1 und 2,0 mm beträgt.
  • 3 zeigt ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 40. Wie in 1 und 2 werden Energiespeicherzellen aus Anschaulichkeitsgründen in einer schematischen Seitenansicht und nicht maßstabsgetreu dargestellt.
  • In der gezeigten Darstellung werden drei nach dem ersten, anhand von 1 veranschaulichten, Verfahren hergestellte Energiespeicherzellen 30 aneinandergereiht oder gestapelt, so dass sich die gewölbten Seitenwände 4 der Gehäuse 1, welche ein elastisches, insbesondere federelastisches, Verhalten aufweisen, berühren. Durch Zusammenpressen mit einer auf die gewölbten Seitenwände 4 der Gehäuse 1 im Wesentlichen senkrecht wirkenden Kraft, angedeutet durch die beiden äußeren auf die gewölbten Seitenwände 4 der Gehäuse 1 gerichteten Pfeile, werden die einzelnen Energiespeicherzellen 30 des Batteriemoduls 40 verpresst. Statt der in dem gezeigten Beispiel drei Energiespeicherzellen 30 können auf diese Weise nur zwei oder aber auch mehr als drei Energiespeicherzellen 30 zu einem Batteriemodul 40 zusammengefasst und verpresst werden.
  • Die erfindungsgemäß gewölbten Seitenwände 4 der Gehäuse 1 berühren sich in dem gezeigten Beispiel jeweils an nur einer Stelle, welche den Druckpunkt der Kraft definiert. Somit erfolgt die Kraftverteilung homogen über das Batteriemodul 40, so dass lokale Kraftspitzen vermieden werden.
  • Statt der gezeigten Energiespeicherzellen 30, die durch das erste Verfahren hergestellt wurden, können bei der Herstellung eines Batteriemoduls auch durch das zweite Verfahren hergestellte Energiespeicherzellen 31 verwendet werden. In diesem Fall werden die Energiespeicherzellen 31 nebeneinander aufgereiht oder gestapelt, so dass sich die Seitenwände 4, an welchen im Gehäuseinneren die elastischen Elemente 12 vorgesehen sind, der Gehäuse 1 berühren. Bezüglich der hierdurch erzielten Vorteile gelten die obenstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit den Energiespeicherzellen 30 entsprechend.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Gehäuse
    2
    Deckel
    3
    Öffnung
    4
    großflächige Seitenwand
    5
    Boden
    6
    Verschluss
    10
    Elektrodenstapel oder Wickel
    11
    Elektrolyt
    12
    elastisches Element
    20
    Gas, insbesondere Luft
    21
    Gas, insbesondere Intertgas oder Edelgas
    30
    nach dem ersten Verfahren hergestellte Energiespeicherzelle
    31
    nach dem zweiten Verfahren hergestellte Energiespeicherzelle
    40
    Batteriemodul

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle (30), insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, mit folgenden Schritten: a) Einbringen mindestens eines Elektrodenwickels (10) oder Elektrodenstapels, welcher mindestens zwei Elektroden und mindestens einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator aufweist, in ein Gehäuse (1), b) Einbringen eines Elektrolyten (11) in das Gehäuse (1), c) Befüllen des Gehäuses (1) mit Gas (21) und Erzeugen eines Überdrucks im Gehäuse (1), durch welchen mindestens eine Gehäusewand (4) des Gehäuses (1) nach außen gewölbt wird, und d) gasdichtes Versiegeln des Gehäuses (1), so dass der Überdruck im Gehäuse (1) und die Wölbung der mindestens einen Gehäusewand (4) aufrechterhalten bleiben, so dass das Gehäuse (1) in einer Richtung senkrecht zu der mindestens einen gewölbten Gehäusewand (4) elastisch verformbar ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Befüllen des Gehäuses (1) mit Gas (21) gemäß Schritt c) ein im Gehäuse (1) befindliches Gas (20), insbesondere Luft, entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt c) das Gehäuse (1) mit einem Inertgas befüllt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Inertgas ein Edelgas ist.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch Befüllen des Gehäuses (1) mit Gas (21) und Erzeugen eines Überdrucks gemäß Schritt c) mindestens zwei gegenüberliegende Gehäusewände (4) des Gehäuses (1) nach außen gewölbt werden.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle (31), insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, mit folgenden Schritten: a) Anordnen mindestens eines elastischen Elements (12) an einem Elektrodenwickel (10) oder Elektrodenstapel, welcher mindestens zwei Elektroden und mindestens einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator aufweist, b) Einbringen des Elektrodenwickels (10) bzw. Elektrodenstapels zusammen mit dem mindestens einen elastischen Element (12) in ein Gehäuse (1), so dass das mindestens eine elastische Element (12) zwischen dem Elektrodenwickel (10) bzw. Elektrodenstapel und mindestens einer Gehäusewand (4) des Gehäuses (1) liegt, wodurch das Gehäuse (1) in einer Richtung senkrecht zu der mindestens einen Gehäusewand (4) elastisch verformbar ist, und c) Einbringen eines Elektrolyten (11) in das Gehäuse (1), so dass der Elektrolyt (11) das Gehäuse (1) ausfüllt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das elastische Element (12) eine Schicht aus einem der folgenden Stoffe ist: Gummi, Schaum, Elastomer.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls mit folgenden Schritten: – Herstellung mehrerer Energiespeicherzellen (30, 31) nach einem der vorangehenden Ansprüche, – Aneinanderreihen oder Stapeln der Energiespeicherzellen (30, 31), und – Zusammenpressen der aneinandergereihten bzw. gestapelten Energiespeicherzellen (30, 31) in einer Richtung senkrecht zu der mindestens einen Gehäusewand (4).
  9. Energiespeicherzelle (30), insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, mit – mindestens einem Elektrodenwickel (10) oder Elektrodenstapel, welcher mindestens zwei Elektroden und mindestens einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator aufweist, und – einem Gehäuse (1), welches den mindestens einen Elektrodenwickel (10) bzw. Elektrodenstapel umgibt und in welchem ein Überdruck herrscht, durch den mindestens eine Gehäusewand (4) des Gehäuses (1) nach außen gewölbt wird, so dass das Gehäuse (1) in einer Richtung senkrecht zu der mindestens einen gewölbten Gehäusewand (4) elastisch verformbar ist.
  10. Energiespeicherzelle (31), insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, mit – mindestens einem Elektrodenwickel (10) oder Elektrodenstapel, welcher mindestens zwei Elektroden und mindestens einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator aufweist, – einem Elektrolyten (11), – mindestens einem elastischen Element (12) und – einem Gehäuse (1), welches den mindestens einen Elektrodenwickel (10) bzw. Elektrodenstapel, das mindestens eine zwischen dem Elektrodenwickel (10) bzw. Elektrodenstapel und mindestens einer Gehäusewand (4) des Gehäuses (1) angeordnete elastische Element (12) und den das Gehäuse (1) ausfüllenden Elektrolyten (11) umgibt, so dass das Gehäuse (1) in einer Richtung senkrecht zur mindestens einen Gehäusewand (4) elastisch verformbar ist.
  11. Batteriemodul mit mehreren Energiespeicherzellen (30, 31) nach den vorangehenden Ansprüchen 9 und/oder 10.
  12. Batteriemodul nach Anspruch 11, wobei die Energiespeicherzellen (30, 31) aufgrund des in einer Richtung senkrecht zur mindestens einen Gehäusewand (4) elastisch verformbaren Gehäuses (1) dazu ausgelegt sind, bei der Herstellung und/oder während des Betriebs des Batteriemoduls auftretende Kräfte abzufangen.
  13. Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb oder einem Hybridantrieb und einem Batteriemodul nach Anspruch 11 oder 12.
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