B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wiederaufladbare elektrochemische Energiespeicherzelle, nachfolgend Sekundärzelle genannt, für eine Batterie. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von KFZ-Antrieben beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die

Erfindung auch unabhängig von der Chemie der Sekundärzelle oder unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.

Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 201 1 110 702 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.

Aus dem Stand der Technik sind Batterien mit mehreren Sekundärzellen zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von KFZ-Antrieben bekannt. Die Sekundärzellen weisen jeweils ein Gehäuse, eine

Elektrodenbaugruppe zum Bereitstellen elektrischer Energie und zumeist zwei Stromableiter auf. Die Stromableiter erstrecken sich zumindest teilweise aus dem Gehäuse in die Umgebung der Sekundärzelle. Innerhalb des Gehäuses sind die Elektrodenbaugruppe und die Stromableiter elektrisch leitend

miteinander verbunden.

Die unzureichende Lebensdauer einiger Bauarten von Batterien bereitet mitunter Probleme. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Batterien mit erhöhter Lebensdauer zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle gemäß Anspruch 1 , durch eine elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 1 1 und durch eine Batterie gemäß Anspruch 19 gelöst. Die

Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle, nachfolgend auch Sekundärzelle genannt, wobei die Sekundärzelle insbesondere zur Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestaltet ist und wobei die Sekundärzelle mindestens aufweist: eine Elektrodenanordnung, mit mindestens einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode unterschiedlicher Polarität und einem Separator, wobei der Separator zwischen zwei Elektroden angeordnet ist und wobei die

Elektrodenanordnung ausgestaltet ist, zumindest zeitweise elektrische Energie bereitzustellen, und wobei die erste Elektrode elektrisch mit einer ersten Ableiterfahne verbunden ist, welche sich aus der Elektrodenanordnung erstreckt, ein Gehäuseunterteil, das zur Aufnahme der Elektrodenanordnung ausgebildet ist, einen Elektrolyten, mindestens einem ersten Stromableiter, welcher der ersten Ableiterfahne zuzuordnen ist, und ein Gehäuseoberteil, das mindestens eine erste Aussparung aufweist, die zur Durchführung des ersten Stromableiters ausgestaltet ist, diese Aufgabe gelöst durch: ein Einführen der Elektrodenanordnung in das Gehäuseunterteil, ein Einfüllen des Elektrolyten in die

Elektrodenanordnung, ein Zuführen des ersten Stromableiters an die erste Ableiterfahne, ein Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Stromableiters mit der ersten Ableiterfahne, ein Zuführen des Gehäuseoberteils und ein Verbinden des Gehäuseoberteils mit dem Gehäuseunterteil. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die elektrisch leitfähige Verbindung des Stromableiters mit der Ableiterfahne gegenüber Schädigungen besser geschützt ist, die anderenfalls auftreten können, wenn beim Einfüllen der Elektrolyt der stoffschlüssige Verbindung der Stromableiter mit den Ableiterfahnen benetzt. Unter einer Elektrodenanordnung ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, zumindest zeitweise elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Die Elektrodenanordnung dient insbesondere zum Abspeichern chemischer Energie und insbesondere zu deren Wandlung in elektrische Energie. Im Fall einer wiederaufladbaren galvanischen Zelle ist die Elektrodenanordnung auch zur Wandlung von elektrischer in chemische Energie in der Lage. Dazu weist die Elektrodenanordnung

wenigstens zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Eine Elektrode weist eine vorzugsweise metallische Kollektorfolie auf. Auf zumindest eine Oberfläche der Kollektorfolie ist eine Aktivmasse aufgetragen. Weiter weist die Elektrodenanordnung wenigsten einen Separator auf, welcher zwischen zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität angeordnet ist. Der Separator ist elektrisch isolierend und beanstandet zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Ein Elektrolyt kann teilweise von dem Separator aufgenommen sein. Der Separator beabstandet die Elektroden. Bevorzugt sind die Elektroden plattenförmig oder folienartig ausgebildet. Bevorzugt sind bei der Elektrodenanordnung die Elektroden stapeiförmig angeordnet. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die Elektroden auch aufgewickelt sein. Bevorzugt kann die Elektrodenanordnung Lithium oder ein anderes Alkalimetall auch in ionischer Form aufweisen. Unter einer Ableitereinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, Elektronen aus der Elektrodenanordnung an einen Zellkontakt zu leiten, wobei die Elektroden auch in umgekehrter Richtung fließen können. Die Ableitereinrichtung weist wenigstens eine vorzugsweise metallische Ableiterfahne auf, vorzugsweise eine Ableiterfahne je Kollektorfolie der Elektrodenanordnung. Vorzugsweise ist die Ableitereinrichtung einstückig mit einer Kollektorfolie ausgebildet.

Bevorzugt weist bei dem der erste Stromableiter ein erstes Fußteil auf und wird bei dem Schritt des Herstellens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Stromableiters mit der ersten Ableiterfahne das erste Fußteil mit der ersten Ableiterfahne verbunden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die erste Ableiterfahne durch das erste Fußteil mechanisch stabilisiert wird.

Bevorzugt ist der Schritt des Herstellens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Stromableiters mit der ersten Ableiterfahne als ein stoffschlüssiges Verbinden ausgestaltet und weist mindestens einen der folgenden Schritte auf: ein Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Laserschweißens, ein Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Kaltschweißens, ein Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Reibschweißens, oder ein Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Ultraschallschweißens.

Bevorzugt weist das Verfahren vor dem Schritt des Zuführens des Gehäuseoberteils ein Zuführen einer aushärtbaren Vergussmasse in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des ersten Stromableiters mit der ersten Ableiterfahne auf. Bevorzugt weist das Verfahren nach dem Schritt des Verbindens des Gehäuseoberteils mit dem Gehäuseunterteil ein Zuführen einer aushärtbaren Vergussmasse durch eine Einfüllöffnung in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des ersten Stromableiters mit der ersten Ableiterfahne auf:

Bevorzugt ist bei dem Verfahren bei der Sekundärzelle die zweite Elektrode elektrisch mit einer zweiten Ableiterfahne verbunden ist, die sich aus der

Elektrodenanordnung erstreckt, und weist die Sekundärzelle einen zweiten Stromableiter auf, welcher der zweiten Ableiterfahnen zuzuordnen ist, und weist das Gehäuseoberteil eine zweite Aussparung auf, die zur Durchführung des zweiten Stromableiters ausgestaltet ist. Bevorzugt weist das Verfahren weiterhin die Schritte auf: ein Zuführen des zweiten Stromableiters an die zweite Ableiterfahne und ein Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Stromableiters mit der zweiten Ableiterfahne. Bevorzugt weist bei dem der zweite Stromableiter ein zweites Fußteil auf und wird bei dem Schritt des Herstellens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Stromableiters mit der zweiten Ableiterfahne das zweite Fußteil mit der zweiten Ableiterfahne verbunden. Bevorzugt ist bei dem Verfahren der Schritt des Herstellens einer elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Stromableiters mit der zweiten Ableiterfahne als ein stoffschlüssiges Verbinden ausgestaltet und weist das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte auf: ein Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter mittels Laserschweißens, ein Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter mittels Kaltschweißens, ein Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter mittels Reibschweißens, oder ein Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter mittels Ultraschallschweißens.

Bevorzugt weist das Verfahren vor dem Schritt des Zuführens des Gehäuse- Oberteils ein Zuführen einer aushärtbaren Vergussmasse in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des zweiten Stromableiters mit der zweiten

Ableiterfahne auf.

Bevorzugt weist das Verfahren nach dem Schritt des Verbindens des Gehäuseoberteils mit dem Gehäuseunterteil ein Zuführen einer aushärtbaren Verguss- masse durch eine Einfüllöffnung in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des zweiten Stromableiters mit der zweiten Ableiterfahne auf.

Nach eine zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird bei einer Sekundärzelle, insbesondere einer zur Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestalteten Sekundärzelle, diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Sekundärzelle mindestens aufweist: eine Elektrodenanordnung, mit mindestens einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode unterschiedlicher Polarität und einem Separator, wobei der Separator zwischen zwei Elektroden angeordnet ist und wobei die Elektrodenanordnung ausgestaltet ist, zumindest zeitweise elektrische Energie bereitzustellen, und wobei die erste Elektrode elektrisch mit einer ersten Ableiterfahne verbunden ist, welche sich aus der Elektrodenanordnung erstreckt, ein Gehäuseunterteil, das zur Aufnahme der Elektrodenanordnung ausgebildet ist, einen Elektrolyten, mindestens einem ersten Stromableiter, welcher mit der ersten Ableiterfahne elektrisch leitend verbunden, insbesondere stoffschlüssige verbunden ist, und ein Gehäuseoberteil, das mindestens eine erste Aussparung aufweist, durch welche der erste Stromableiter durchgeführt ist. Bevorzugt ist bei der Sekundärzelle der erste Stromableiter mit der ersten Ableiterfahne, insbesondere ein erstes Fußteil des ersten Stromableiters mit der ersten Ableiterfahne mittels Laserschweißens und/oder mittels Kaltschweißens und/oder mittels Reibschweißens und/oder mittels Ultraschallschweißens und/oder mittels Lötens und/oder mittels Weichlötens und/oder mittels Hart- lötens und/oder mittels Klebens mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff elektrisch leitend verbunden.

Bevorzugt ist bei der Sekundärzelle an dem Bereich der Verbindung des ersten Stromableiters mit der ersten Ableiterfahne eine aushärtbare Vergussmasse angebracht worden ist. Besonders bevorzugt ist bei der Sekundärzelle die zweite Elektrode elektrisch mit einer zweiten Ableiterfahne verbunden, die sich aus der Elektrodenanordnung erstreckt, und weist die Sekundärzelle einen zweiten Stromableiter auf, welcher mit der zweiten Ableiterfahne elektrisch leitend verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, und weist das Gehäuseoberteil eine zweite Aussparung auf, durch welche der zweite Stromableiter durchgeführt ist.

Bevorzugt ist bei der Sekundärzelle der zweite Stromableiter mit der zweiten Ableiterfahne, insbesondere ein zweites Fußteil des zweiten Stromableiters mit der zweiten Ableiterfahne mittels Laserschweißens und/oder mittels Kaltschweißens und/oder mittels Reibschweißens und/oder mittels Ultraschallschweißens und/oder mittels Lötens und/oder mittels Weichlötens und/oder mittels Hartlötens und/oder mittels Klebens mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff elektrisch leitend verbunden.

Bevorzugt ist bei der Sekundärzelle an dem Bereich der Verbindung des zweiten Stromableiters mit der zweiten Ableiterfahne eine aushärtbare Vergussmasse angebracht worden.

Bevorzugt ist der Separator nicht oder nur schlecht elektronenleitend und be- steht aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger, wobei der Träger vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet ist, wobei als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger vorzugsweise ein organisches Material verwendet wird, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist, wobei das organische Material vorzugs- weise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, wobei das organische Material mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet ist, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40° C bis 200° C ionenleitend ist, wobei das anorganische Material bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate wenigstens eines der Elemente Zr, AI, Li umfasst, besonders bevorzugt Zirkonoxid, und wobei das anorganische, ionenleitende Material bevorzugt Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm aufweist.

Bevorzugt weist wenigstens eine Elektrode der Elektrodenanordnung, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, eine Verbindung mit der Formel LiMP0 ₄ auf, wobei M wenigstens ein Übergangsmetallkation der ersten Reihe des Periodensystems der Elemente ist. Das Übergangsmetallkation ist vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Mn, Fe, Ni und Ti oder einer Kombination dieser Elemente gewählt. Die Verbindung weist vorzugsweise eine Olivinstruktur auf, vorzugsweise übergeordnetes Olivin, wobei Fe besonders bevorzugt ist. In einer weiteren Ausführungsform weist vorzugsweise wenigstens eine Elektrode der Elektrodenanordnung, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, ein Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn ₂ O ₄ vom Spinell-Typ, ein Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCoO ₂ , oder ein Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNiO ₂ , oder ein Gemisch aus zwei oder drei dieser Oxide, oder ein Lithiummischoxid, welches Mangan, Kobalt und Nickel enthält, auf.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle und

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zu einem Verfahren zur Herstellung nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Sekundärzelle 1 nach einem Aus- führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Elektrodenanordnung 2 mit in den Figuren nicht dargestellter erster Elektrode und zweiter Elektrode unterschiedlicher Polarität ist in einem Gehäuseunterteil 2 angeordnet. Eine erste mit der ersten Elektrode elektrisch verbundene Ableiterfahne 5a und eine zweite mit der zweiten Elektrode elektrisch verbundene Ableiterfahne 5b erstrecken sich aus der Elektrodenanordnung 2. Ein auf das Gehäuseunterteil 2 zu bringendes Gehäuseoberteil 6 weist eine erste Aussparung 7a, durch welche sich ein erster mit der ersten Ableiterfahne 5a zu verbindender Stromableiter 4a erstreckt, und eine zweite Aussparung 7b auf, durch welche sich ein zweiter mit der zweiten Ableiterfahne 5b zu verbindender Stromableiter 4b erstreckt, wobei nach dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der erste Stromableiter 4a ein erstes Fußteil 8a und der zweite Stromableiter 4b ein zweites Fußteil 4b aufweist. Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zu einem Verfahren zur Herstellung einer Sekundärzelle 1 nach der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt S1 wird die Elektrodenanordnung 2 in das Gehäuseunterteil 3 eingeführt und in einem nachfolgenden Schritt S2 wird die Elektrodenanordnung 2 mit einem Elektrolyten befüllt. In einem Schritt S3 wird der erste Stromableiter 4a an die erste Ableiterfahne 5a herangeführt und in einem Schritt S4 wird der zweite Stromableiter 4b an die zweite Ableiterfahne 5b herangeführt, wobei die Schritte S4 und S5 gleichzeitig oder in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden können. Nachfolgend wird in einem Schritt S5 eine elektrisch leitfähige stoffschlüssige Verbindung des ersten Stromableiters 4a mit der ersten Ableiterfahne 5a hergestellt und wird in einem Schritt S6 eine elektrisch leitfähige stoffschlüssige Verbindung des zweiten Stromableiters 4b mit der zweiten Ableiterfahne 5b hergestellt, wobei die Schritte S5 und S6 gleichzeitig oder in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden können. Nach dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird in einem Schritt S7 aushärtbare Vergussmasse in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des ersten Stromableiters 4a mit der ersten Ableiterfahne 5a zugeführt und wird in einem Schritt S8 aushärtbare Vergussmasse in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des zweiten Stromableiters 4b mit der zweiten Ableiterfahne 5b zugeführt, wobei die Schritte S7 und S8 gleichzeitig oder in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden können. Nachfolgend wird in einem Schritt S9 ein Gehäuseoberteil 6 zugeführt, das in einem Schritt S10 mit dem Gehäuseunterteil 3 verbunden wird. Nach einem weiteren in der Fig. 2 nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die aushärtbare Vergussmasse nach der Verbindung des Gehäuseoberteils mit dem Gehäuseunterteil durch Einfüllöffnungen in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des ersten Stromableiters 4a mit der ersten Ableiterfahne 5a und in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des zweiten Stromableiters 4b mit der zweiten Ableiterfahne 4b gebracht werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie, welche diese

Sekundärzellen aufweist und/oder welche nach diesen Verfahren zur

Herstellung hergestellt worden ist, und insbesondere eine zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestaltete Batterie, welche diese Sekundärzellen aufweist und/oder welche nach diesen Verfahren zur Herstellung hergestellt worden ist.

Bezugszeichenliste

1 Sekundärzelle

2 Elektrodenanordnung

3 Gehäuseunterteil

4a erster Stromableiter

4b zweiter Stromableiter

5a erste Ableiterfahne

5b zweite Ableiterfahne

6 Gehäuseoberteil

7a erste Aussparung

7b zweite Aussparung

8a erstes Fußteil

8b zweites Fußteil

51 Einführen der Elektrodenanordnung in das Gehäuseunterteil

52 Einfüllen des Elektrolyten in die Elektrodenanordnung

53 Zuführen des ersten Stromableiters an die erste Ableiterfahne

54 Zuführen des zweiten Stromableiters an die zweite Ableiterfahne

S5 Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung des ersten Stromableiters mit der ersten Ableiterfahne

S5a Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Laserschweißen

S5b Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Kaltschweißen

S5c Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Reibschweißen

S5d Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Ultraschallschweißen

S5e Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Lötens S5f Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Weichlöten

S5g Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Hartlötens

S5h Verbinden der ersten Ableiterfahne mit dem ersten Stromableiter mittels Klebens mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff

S6 Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Stromableiters mit der zweiten Ableiterfahne

S6a Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter

mittels Laserschweißen

S6b Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter

mittels Kaltschweißens

S6c Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter

mittels Reibschweißen

S6d Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter

mittels Ultraschallschweißen

S6e Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter

mittels Lötens

S6f Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter

mittels Weichlötens

S6g Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter

mittels Hartlötens

S6h Verbinden der zweiten Ableiterfahne mit dem zweiten Stromableiter

mittels Klebens mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff

S7 Zuführen einer aushärtbaren Vergussmasse in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des ersten Stromableiters mit der ersten

Ableiterfahne

58 Zuführen einer aushärtbaren Vergussmasse in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des zweiten Stromableiters mit der zweiten Ableiterfahne

59 Zuführen des Gehäuseoberteils

S10 Verbinden des Gehäuseoberteils mit dem Gehäuseunterteil Zuführen einer aushärtbaren Vergussmasse durch eine Einfüllöffnung in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des ersten Stromableiters mit der ersten Ableiterfahne

Zuführen einer aushärtbaren Vergussmasse durch eine Einfüllöffnung in den Bereich der stoffschlüssigen Verbindung des zweiten Stromableiters mit der zweiten Ableiterfahne