DE102017216890A1

DE102017216890A1 - Method for producing a battery cell and a seal for a battery cell and battery cell

Info

Publication number: DE102017216890A1
Application number: DE102017216890.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ringk
Original assignee: Lithium Energy and Power GmbH and Co KG
Current assignee: Lithium Energy and Power GmbH and Co KG
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung (200) für eine Batteriezelle (102), das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Schritt des Zusammensetzens ein ungesinterter Keramikrohling (106) der Dichtung (200) mit einem Terminal (108) für die Batteriezelle (102) zusammengesetzt wird, und in einem Schritt des Sinterns der Keramikrohling (106) zu der keramischen Dichtung (200) gesintert wird, wobei sich die Dichtung (200) mit dem Terminal (108) verbindet.

The present invention relates to a method of manufacturing a gasket (200) for a battery cell (102), characterized in that in a step of assembling, a green ceramic blank (106) of the gasket (200) is connected to a terminal (108) for the battery Battery cell (102) is assembled, and sintered in a step of sintering, the ceramic blank (106) to the ceramic seal (200), wherein the seal (200) connects to the terminal (108).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für eine Batteriezelle, ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle und eine Batteriezelle.The invention relates to a method for producing a seal for a battery cell, a method for producing a battery cell and a battery cell.

Stand der TechnikState of the art

Bei einer Batteriezelle sind die Pole der Batteriezelle elektrisch voneinander isoliert. Zwischen den Polen ist ein Isolator angeordnet. Der Isolator dichtet die Batteriezelle im Bereich zwischen den Polen ab. Als Isolator kann ein Kunststoffmaterial verwendet werden.In a battery cell, the poles of the battery cell are electrically isolated from each other. Between the poles an insulator is arranged. The insulator seals the battery cell in the area between the poles. As insulator, a plastic material can be used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für eine Batteriezelle, ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle und eine Batteriezelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Against this background, a method for producing a seal for a battery cell, a method for producing a battery cell and a battery cell according to the independent claims are presented with the approach presented here. Advantageous developments and improvements of the approach presented here are described in the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein besonders mechanisch, thermisch, chemisch und/oder elektrisch widerstandsfähiges Material als Isolator und Dichtung innerhalb einer Batteriezelle, insbesondere zwischen den Polen der Batteriezelle, zu verwenden. Durch den hier vorgestellten Herstellungsprozess kann eine dichte Verbindung, insbesondere eine fluiddichte Verbindung, zwischen verschiedenen Batteriekomponenten bzw. den für diese eingesetzten Materialien erreicht werden. Auf den Einsatz von Kunststoffen für die Dichtung kann verzichtet werden. Die Dichtung kann unempfindlich gegenüber thermischem und mechanischem Stress sowie stabil gegenüber dem Elektrolyt sein.Embodiments of the present invention may advantageously enable a particularly mechanically, thermally, chemically and / or electrically resistant material to be used as insulator and seal within a battery cell, in particular between the poles of the battery cell. By the production process presented here, a tight connection, in particular a fluid-tight connection, between different battery components or the materials used for these can be achieved. The use of plastics for the seal can be dispensed with. The seal may be insensitive to thermal and mechanical stress and stable to the electrolyte.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung für eine Batteriezelle vorgestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Schritt des Zusammensetzens ein ungesinterter Keramikrohling der Dichtung mit einem Terminal für die Batteriezelle zusammengesetzt wird, und in einem Schritt des Sinterns der Keramikrohling zu der keramischen Dichtung gesintert wird, wobei sich die Dichtung mit dem Terminal verbindet.There is provided a method of manufacturing a gasket for a battery cell, characterized in that in a step of assembling, a green ceramic blank of the gasket is assembled with a terminal for the battery cell, and in a step of sintering the ceramic blank to the ceramic gasket is sintered, with the seal connects to the terminal.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle vorgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Schritt des Verbindens eine Deckelplatte mit einer gesinterten keramischen Dichtung auf ein Gehäuse der Batteriezelle aufgesetzt und mit dem Gehäuse verbunden wird.Furthermore, a method for producing a battery cell is presented, which is characterized in that in a step of connecting a cover plate with a sintered ceramic seal is placed on a housing of the battery cell and connected to the housing.

Ferner wird eine Batteriezelle mit einer Deckelplatte vorgestellt, in die ein Terminal der Batteriezelle eingesetzt ist, wobei zwischen der Deckelplatte und dem Terminal eine zumindest mit dem Terminal gesinterte keramische Dichtung angeordnet ist.Further, a battery cell is presented with a cover plate, in which a terminal of the battery cell is inserted, wherein between the cover plate and the terminal a sintered at least with the terminal ceramic seal is arranged.

Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below.

Unter einer Dichtung kann eine abdichtende und elektrisch isolierende Schicht zwischen zwei elektrischen Polen einer Batteriezelle verstanden werden. Das Terminal kann einen Pol ausbilden. Die Deckelplatte kann den anderen Pol ausbilden. Das Terminal kann T-förmig sein und die Deckelplatte durchdringen. In der Batteriezelle kann eine Vielzahl an Ableitern mit den entsprechenden Polen verbunden sein, um einen Stack beziehungsweise Stapel der Batteriezelle zu bilden.Under a seal can be understood a sealing and electrically insulating layer between two electrical poles of a battery cell. The terminal can form a pole. The cover plate can form the other pole. The terminal can be T-shaped and penetrate the cover plate. In the battery cell, a plurality of arresters may be connected to the respective poles to form a stack of the battery cell.

Die Dichtung kann aus einem Keramikrohling gesintert werden. Ein solcher Keramikrohling wird teilweise auch als Grünling bezeichnet. Der Keramikrohling kann beispielsweise in einer Presse aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial hergestellt werden. Der Keramikrohling kann vor dem Sintern mechanisch bearbeitet werden. Als Ausgangsmaterial kann ein sinterbares Keramikpulver eingesetzt werden. Das Keramikpulver kann beispielsweise aus Partikeln beispielsweise aus Aluminiumoxid bestehen. Die Partikel des Keramikpulvers können mit einem Bindemittel beschichtet sein, das eine Formgebung des Keramikrohlings durch Aneinanderhaften der beschichteten Partikel ermöglicht. Das Bindemittel weist typischerweise eine erheblich niedrigere Schmelz- und/oder Siedetemperatur auf als das Ausgangsmaterial des Keramikpulvers.The seal can be sintered from a ceramic blank. Such a ceramic blank is sometimes referred to as a green compact. The ceramic blank can be produced for example in a press from a powdery starting material. The ceramic blank can be mechanically processed before sintering. As starting material, a sinterable ceramic powder can be used. The ceramic powder can consist, for example, of particles of, for example, aluminum oxide. The particles of the ceramic powder may be coated with a binder, which allows shaping of the ceramic blank by adhering the coated particles. The binder typically has a significantly lower melting and / or boiling temperature than the starting material of the ceramic powder.

Das Keramikpulver wird in einem Sinterprozess bei einer Sintertemperatur beispielsweise von mehreren hundert Grad Celsius, insbesondere von mehr als 700°C, gesintert. Ein Prozess des Sinterns kann beispielsweise durch Einbringen des Keramikrohlings in einen Ofen erfolgen. Sinterdauern können dabei variieren und beispielsweise wenige Sekunden bis hin zu mehreren Stunden betragen. Dabei verbinden sich die Partikel des Pulvers mit ihren benachbarten Partikeln, während das Bindemittel sich im Wesentlichen verflüchtigt.The ceramic powder is sintered in a sintering process at a sintering temperature, for example, of several hundred degrees Celsius, in particular of more than 700 ° C. For example, a process of sintering may be accomplished by placing the ceramic blank in an oven. Sintering times can vary and for example be a few seconds to several hours. In this case, the particles of the powder combine with their adjacent particles, while the binder is essentially volatilized.

Der Keramikrohling kann ein Übermaß aufweisen und beim Sintern auf das Terminal aufschrumpfen. Der Deckel bzw. die Deckelplatte und/oder das Gehäuse können aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sein.The ceramic blank may be oversized and shrink on the terminal during sintering. The lid or the cover plate and / or the housing may be aluminum or an aluminum alloy.

Die wie hierin beschrieben hergestellte Dichtung kann chemisch beständig gegenüber organischen Lösungsmitteln wie beispielsweise dem Elektrolyt sein. Die keramische Dichtung kann absolut luftdicht bzw. fluiddicht sein, eine sehr hohe Festigkeit aufweisen und/oder kompatibel mit Metallen sein. Insbesondere kann sich das Ausgangsmaterial der keramischen Dichtung während des Sinterns mit dem metallischen Material benachbarter Komponenten der Batteriezelle während des Sinterns bzw. durch das Sintern in einer mechanisch belastbaren und/oder fluiddichten Weise verbinden. Vorteilhafterweise kann eine kraftschlüssige, formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen der keramischen Dichtung und metallischen Komponenten des Batteriedeckels bewirkt werden. Das Keramikmaterial kann stabil bei hohen und niedrigen Temperaturen und schnellen beziehungsweise extremen Temperaturwechseln und stabil gegenüber Vibrationen sein. Die keramische Dichtung kann eine lange Lebenszeit aufweisen.The gasket made as described herein may be chemically resistant to organic solvents such as the electrolyte. The ceramic seal can be absolutely airtight or fluid-tight, have a very high strength and / or be compatible with metals. In particular, the starting material of the ceramic seal may bond during sintering with the metallic material of adjacent components of the battery cell during sintering or by sintering in a mechanically loadable and / or fluid-tight manner. Advantageously, a frictional, positive and / or material connection between the ceramic seal and metallic components of the battery cover can be effected. The ceramic material can be stable at high and low temperatures and rapid or extreme temperature changes and stable against vibration. The ceramic seal can have a long lifetime.

Der Keramikrohling kann zwischen dem Terminal und einer Deckelplatte der Batteriezelle angeordnet werden Die Dichtung kann sich beim Sintern ferner mit der Deckelplatte zu einem Deckel der Batteriezelle verbinden. Durch ein kombiniertes Sintern kann der Deckel in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.The ceramic blank may be disposed between the terminal and a cover plate of the battery cell. The seal may further connect with the cover plate to a lid of the battery cell during sintering. By a combined sintering the lid can be made in one step.

Das Verfahren kann einen Schritt des Zusammenfügens aufweisen, in dem die mit dem Terminal verbundene Dichtung mit einer Deckelplatte der Batteriezelle zu einem Deckel der Batteriezelle zusammengefügt wird. Die Deckelplatte kann nachträglich mit der Dichtung, welche zuvor durch Sintern des Keramikrohlings gebildet wurde, verbunden werden. Dadurch können Schwindungsprobleme beim Sintern vermieden werden. Die Deckelplatte kann aus einem weniger hitzebeständigen Material sein, da es nicht den Sintertemperaturen standhalten braucht.The method may include a step of assembling in which the gasket connected to the terminal is mated with a cover plate of the battery cell to a lid of the battery cell. The cover plate can be subsequently connected to the seal, which was previously formed by sintering the ceramic blank. As a result, shrinkage problems during sintering can be avoided. The cover plate may be made of a less heat-resistant material because it does not need to withstand the sintering temperatures.

Die Deckelplatte kann an die Dichtung angespritzt werden. Die Dichtung ist hitzebeständig und kann umspritzt werden. Durch das Anspritzen kann das Metallmaterial der Deckelplatte eine direkte, vorzugsweise kraftschlüssige, formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zu der Keramik der Dichtung aufbauen.The cover plate can be molded onto the seal. The seal is heat resistant and can be overmoulded. By injection molding, the metal material of the cover plate can establish a direct, preferably non-positive, positive and / or material connection to the ceramic of the seal.

Die Deckelplatte kann alternativ an die Dichtung angeklebt werden. Dabei kann eine sehr dünne Kleberschicht verwendet werden, da die Dichtung einen Abstand zwischen den Polen sicherstellt.The cover plate can alternatively be glued to the seal. In this case, a very thin adhesive layer can be used, since the seal ensures a distance between the poles.

Die Deckelplatte kann mit dem Gehäuse durch Laserschweißen verbunden werden. Aluminium ist gut schweißbar und es ergibt sich eine dichte, elektrisch leitende Verbindung zum Gehäuse. Durch eine Schweißverbindung kann das Gehäuse insgesamt der zweite Pol der Batteriezelle sein.The cover plate can be connected to the housing by laser welding. Aluminum is easily weldable and results in a tight, electrically conductive connection to the housing. By a welded joint, the housing can be a total of the second pole of the battery cell.

Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen als Verfahren zum Herstellen und als Batteriezelle beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.It should be noted that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with reference to different embodiments as a method of manufacturing and as a battery cell. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

1 zeigt eine Darstellung von Einzelteilen eines Deckels für eine Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine Darstellung eines Deckels für eine Batteriezelle mit einer keramischen Dichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
3 zeigt eine Darstellung einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.

1 shows a representation of individual parts of a lid for a battery cell according to an embodiment;
2 shows an illustration of a lid for a battery cell with a ceramic seal according to an embodiment; and
3 shows a representation of a battery cell according to an embodiment.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Darstellung eines Zusammensetzens eines Deckels 100 für eine Batteriezelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Deckel 100 wird aus einer Deckelplatte 104, einem Keramikrohling 106 einer Dichtung und einem Terminal 108 zusammengesetzt. Dabei wird der Keramikrohling 106 in einen Durchbruch 110 der Deckelplatte 104 eingesetzt und das Terminal 108 in eine Durchführung 112 des Keramikrohlings 106 eingesetzt. 1 shows a representation of an assembly of a lid 100 for a battery cell 102 according to an embodiment. The lid 100 is made of a cover plate 104 , a ceramic blank 106 a seal and a terminal 108 composed. This is the ceramic blank 106 into a breakthrough 110 the cover plate 104 used and the terminal 108 in an execution 112 of the ceramic blank 106 used.

Das Terminal weist eine Kontaktplatte 114 auf, die parallel zu der Deckelplatte 104 ausgerichtet ist. Der Keramikrohling 106 weist einen Kragen 116 auf, der zwischen der Kontaktplatte 114 und der Deckelplatte 104 angeordnet wird. Der Kragen 116 ist im Wesentlichen gleich geformt, wie die Kontaktpatte 114.The terminal has a contact plate 114 on, parallel to the cover plate 104 is aligned. The ceramic blank 106 has a collar 116 on that between the contact plate 114 and the cover plate 104 is arranged. The collar 116 is essentially the same shape as the contact plate 114 ,

Das Terminal 108 weist hier einen viereckigen Querschnitt auf. Dadurch ist die Durchführung 112 entsprechend viereckig geformt. Das Terminal 108 kann auch einen runden oder ovalen Querschnitt aufweisen. Die Durchführung 112 ist dann entsprechend geformt.The terminal 108 here has a quadrangular cross-section. This is the implementation 112 shaped accordingly square. The terminal 108 may also have a round or oval cross-section. The implementation 112 is then shaped accordingly.

Auch der Durchbruch 110 ist näherungsweise wie das Terminal 108 geformt.Also the breakthrough 110 is approximately like the terminal 108 shaped.

Der Deckel 100 mit dem Keramikrohling 106 wird anschließend gesintert. Dabei wird der Keramikrohling 106 zu der Dichtung aus Keramik mit glasartiger Oberfläche. Die Dichtung verbindet sich ohne Klebstoff mit dem Terminal 108 und der Deckelplatte 104.The lid 100 with the ceramic blank 106 is then sintered. This is the ceramic blank 106 to the ceramic seal with glassy surface. The seal connects to the terminal without glue 108 and the cover plate 104 ,

In einem Ausführungsbeispiel wird das Terminal 108 in den Keramikrohling 106 eingesetzt. Dabei verbindet sich beim Sintern die Keramik mit dem Terminal 108. Die Deckelplatte 104 wird nach dem Sintern ergänzt.In one embodiment, the terminal becomes 108 in the ceramic blank 106 used. During sintering, the ceramic connects to the terminal 108 , The cover plate 104 is added after sintering.

In einem Ausführungsbeispiel wird die gesinterte keramische Dichtung in den Durchbruch 110 eingeklebt.In one embodiment, the sintered ceramic seal becomes breakthrough 110 glued.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Deckelplatte 104 aus Aluminium an die gesinterte keramische Dichtung angespritzt.In one embodiment, the cover plate 104 made of aluminum molded onto the sintered ceramic seal.

2 zeigt eine Darstellung eines Deckels 100 für eine Batteriezelle mit einer keramischen Dichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Deckel 100 entspricht im Wesentlichen dem Deckel in 1 nach dem Sintern. Der Keramikrohling ist durch die Hitzeeinwirkung beim Sintern zu der keramischen Dichtung 200 geworden und hat sich mit der Deckelplatte 104 und dem Terminal 108 verbunden. 2 shows a representation of a lid 100 for a battery cell with a ceramic seal 200 according to an embodiment. The lid 100 essentially corresponds to the lid in 1 after sintering. The ceramic blank is due to the heat during sintering to the ceramic seal 200 has become and has become with the cover plate 104 and the terminal 108 connected.

3 zeigt eine Darstellung einer Batteriezelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ein Deckel 100, wie er beispielsweise in 2 dargestellt ist, ist auf ein Gehäuse 300 der Batteriezelle 102 aufgesetzt und mit dem Gehäuse 102 fest verbunden worden. Die Deckelplatte 104 ist durch einen Laserschweißprozess mit dem Gehäuse 300 verbunden worden. 3 shows a representation of a battery cell 102 according to an embodiment. A lid 100 as he is for example in 2 is shown is on a housing 300 the battery cell 102 put on and with the housing 102 firmly connected. The cover plate 104 is by a laser welding process with the housing 300 been connected.

Vor dem Verschweißen ist ein Stack der Batteriezelle 102 mit dem Terminal 108 und der Deckelpatte 104 verbunden worden und in das Gehäuse 300 eingesetzt worden.Before welding is a stack of the battery cell 102 with the terminal 108 and the lid flap 104 connected and in the housing 300 been used.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

Claims

A method of manufacturing a gasket (200) for a battery cell (102), characterized in that in a step of assembling, a green ceramic blank (106) of the gasket (200) is assembled with a terminal (108) for the battery cell (102), and sintering the ceramic blank (106) to the ceramic gasket (200) in a step of sintering, wherein the gasket (200) connects to the terminal (108).

Method according to Claim 1 in which, in the step of assembling, the ceramic blank (106) is placed between the terminal (108) and a cover plate (104) of the battery cell (102), wherein in step of sintering the seal (200) is further connected to the cover plate (104) to a lid (100) of the battery cell (102) connects.

Method according to Claim 1 assembly comprising a step of assembling in which the gasket (200) connected to the terminal (108) is joined to a cover plate (104) of the battery cell (102) to a lid (100) of the battery cell (102).

Method according to Claim 3 in which, in the joining step, the cover plate (104) is injection-molded onto the seal (200).

Method for producing a battery cell (102), characterized in that in a step of connecting a cover plate (104) with a sintered ceramic seal (200) is placed on a housing (300) of the battery cell (102) and connected to the housing (300) is connected.

Method according to Claim 5 in which, in the bonding step, the cover plate (104) is laser welded to the housing (300).

Battery cell (102) having a cover plate (104), in which a terminal (108) of the battery cell (102) is inserted, wherein between the cover plate (104) and the terminal (108) at least with the terminal (108) sintered ceramic seal (200) is arranged.