WO2014023511A1 - Galvanic element for an electrochemical battery - Google Patents

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WO2014023511A1
WO2014023511A1 PCT/EP2013/064774 EP2013064774W WO2014023511A1 WO 2014023511 A1 WO2014023511 A1 WO 2014023511A1 EP 2013064774 W EP2013064774 W EP 2013064774W WO 2014023511 A1 WO2014023511 A1 WO 2014023511A1
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WO
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galvanic element
galvanic
package
safety valve
protective material
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PCT/EP2013/064774
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Georg Sebastian
Hideki Ogihara
Christian Zielke
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a galvanic element for an electrochemical battery.
  • Electrochemical batteries such as lithium-ion batteries, are becoming more and more important for automotive applications such as electric vehicles.
  • electrochemical batteries are various electrolytes and in particular liquid electrolytes, which are often based on organic hydrocarbons used.
  • Prismatic cells for electrochemical batteries with liquid electrolytes are usually equipped with a safety valve, for example a diaphragm with a predefined break point.
  • the safety valve opens when the internal pressure of a cell exceeds a certain level to release the pressure through the safety valve in a safe and controlled manner.
  • the pressure in the cell may increase to such critical levels when the cell is overcharged, when it has an internal short circuit, or when other disturbances occur that result in the generation of gases. These gases usually arise by decomposition of the electrolyte and / or the cathode.
  • the safety valve opens, the gases escape from the cell and can carry a portion of the liquid electrolyte, which then spreads outside the cell.
  • the electrolyte may contain hazardous substances, such as HF, As compounds and acids, which in this case are brought into the environment and whose further reactions can no longer be controlled.
  • One aspect of the invention relates to a galvanic element for a
  • the galvanic element may comprise a lithium ion accumulator.
  • the galvanic element may comprise one or more galvanic cells connected to the electrochemical battery
  • the galvanic element may comprise a prismatic cell or a prismatic cell, which comprises a cuboid housing with contacts arranged on a top or lid.
  • the galvanic element comprises a housing for receiving electrodes and a (liquid) electrolyte, and a safety valve in the housing, which is designed to discharge an overpressure in the galvanic element.
  • the safety valve may be a membrane which is placed, for example, in the lid of the galvanic element over an opening or which is formed from a thinned portion of the lid.
  • the galvanic element comprises a protective material, which is combined into a package and which is designed to protect the environment of the galvanic element from substances, such as gases and liquids, which leave the galvanic element through the safety valve.
  • the protective material may be an active substance and may be capable of defusing or reducing the hazardousness of hazardous substances or chemicals that flow out of the safety valve.
  • the safety for a user of the electrochemical battery can be increased.
  • adjacent galvanic elements and battery system components can be protected from corrosion by the exiting substances.
  • protecting the environment comprises neutralizing, absorbing, adsorbing, decomposing, degrading and / or picking up the substances by the protective material.
  • Protective material may be a porous material or a porous mixture or composite of materials. It can be granules. It can be in
  • the protective material comprises a salt and / or activated carbon.
  • Salts such as CaCl 2 can be used to neutralize and / or absorb HF. With activated carbon, the most diverse substances can be adsorbed.
  • the protective material may include various chemicals designed to bind or alter the composition of the resulting gases, depending on the composition of the electrolyte. For example, there are commercially available products such as FAST-ACT® from NanoScale.
  • the package comprises a bag filled with the protective material.
  • the bag may be made of a material which is permeable to gases and / or liquids exiting the galvanic element. For example, this bag over the
  • the bag is made of a fabric.
  • the fabric may be made of, for example, synthetic fibers such as PP or PE fibers.
  • the substances emerging from the cell can penetrate a porous bag and thus reach the protective material.
  • the package can also be used as a limiter of the strength of the fluid flow when the safety valve opens.
  • the bag is made of a melting film. It is often the case that in the galvanic element gases are formed when the galvanic element has heated up strongly. The substances leaving the safety valve then have a
  • the package comprises a gel into which the material is introduced.
  • a gel mixed with the protective material that is adhered to the component can simplify the manufacturing process.
  • the restraint device may comprise a band, a grid, a container and / or a clamp, with which the package can be fixed. Also, that can
  • the retaining device may be designed such that substances emerging from the galvanic element can flow freely through the package.
  • the package covers the
  • Safety valve such that substances leaving the safety valve, be pressed through the package.
  • the pressing on the opening can be done by the retaining device.
  • the rate of gas leakage can be controlled by adjusting the porosity of the protective material and / or the bag.
  • the package is arranged at a distance from the safety valve.
  • the package is next to the
  • the package is attached to a component opposite the safety valve.
  • the package could be attached to a common lid covering a plurality of combined galvanic elements.
  • the package is composed of various active and passive parts or components. These parts may be designed for the discharge of different gases or substances. These parts can be at different exit speeds or
  • the parts may be positioned at different locations for one or combined galvanic elements.
  • Another aspect of the invention relates to an electrochemical battery having a plurality of galvanic elements, as above and
  • the package with the protective material may, for example, be attached to a common housing for the galvanic elements or to the side of a galvanic element, which is opposite to a safety valve of a further galvanic element.
  • the electrochemical battery may for example be a vehicle battery, for example for an electric car.
  • Fig. La shows a schematic cross section through a galvanic
  • Fig. Lb shows a schematic plan view of the galvanic element of Fig. La.
  • FIG. 2a shows a schematic cross section through a galvanic element according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 2b shows a schematic plan view of the galvanic element from FIG. 2a.
  • FIG. 3a shows a schematic cross section through a galvanic element according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 3b shows a schematic plan view of the galvanic element from FIG. 3a.
  • FIG. 4a shows a schematic cross section through a galvanic element according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 4b shows a schematic plan view of the galvanic element from FIG. 4a.
  • FIG. 1 a shows a galvanic element 10 or a galvanic cell 10 which comprises a cuboidal housing 12, in the interior of which electrodes 14 are arranged and in which an electrolyte 16 is accommodated.
  • the galvanic cell 10 may be, for example, a lithium-ion cell 10 having a copper and an aluminum electrode and containing a liquid electrolyte 16 having an organic carbon compound.
  • the housing 12 On an upper side, the housing 12 has a cover 18 or a cover plate 18, which is penetrated by two contacts 20 which are connected to the electrodes.
  • a safety valve 22 is arranged, which has an opening 24, i. a hole 24 in the cover plate 18, and a membrane 26 which closes the opening 24.
  • a package 28 with a protective material 30 is arranged, which is held by a retaining device 32 so over the opening 24, that it completely covers the opening 24.
  • the restraint 32 includes a band 34 that is welded to the housing 12, for example.
  • the band 34 may be bent to a rectangular bridge which extends over the package 28.
  • the package 28 may comprise a bag 36 of a fabric in which the protective material 30, for example a salt or a dry granule, is received.
  • the band 34 presses the bag 36 against the opening 24 so that it completely covers the opening 24. If the galvanic element 10 is overloaded, 10 gases can be produced in the interior of the galvanic element, so that an overpressure is created. When the overpressure reaches a certain value, the membrane bursts 26 and the gases flow through the package 28 to the outside. Any substances that are carried along by the gases (for example, because of the Electrolyte foams) must flow through the package 28 and be neutralized, absorbed and / or adsorbed by the protective material.
  • Fig. Lb From Fig. Lb it can be seen that the package 28, the safety valve 22 and the retaining device 32 between the two cylindrical contacts 20 can be arranged centrally on the cover plate 18.
  • FIGS. 2a and 2b show a galvanic element 10 analogous to FIGS. 1a and 1b with another retaining device 32 in the form of two lattice-like welded strips 38 which fix the packet 28 over the opening 28.
  • FIGS. 3a and 3b show a galvanic element 10 analogous to FIGS. 1a and 1b with a further embodiment of a retaining device 32 which comprises a container 40 which surrounds the opening 24 and in which the packet 28 is accommodated.
  • the container 40 has a side wall 42, which may be welded to the cover plate 18 and an opposite edge 44 which is inwardly over the side wall 42 and the package 28 clamp-like manner and in this way presses against the opening 24.
  • FIGS. 4a and 4b show a galvanic element 10 analogous to FIGS. 1a and 1b.
  • a package 28 with a protective material 30 is arranged at a distance from the safety valve 22.
  • the package 28 is attached to a member 46 opposite the safety valve 22, for example, to a common housing or bottom wall of an overlying galvanic element.
  • the safety valve 22 can be formed from a region 48 of the cover plate 18, on which the material is made thinner than in the remaining cover plate 18.
  • the package 28 may be held on the component 46 with clamps 49.
  • the package 28 may include a gel 50 in which the protective material 30 is received.
  • the gel 50 may be held on the member 46 by adhesion.
  • the package 28 may comprise a bag made of a fusible foil which, upon contact with the hot gases, is discharged from the
  • Safety valve 22 melts and so the interior of the bag, i. the

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Abstract

The invention relates to a galvanic element (10) for an electrochemical battery comprising a housing (12) for receiving electrodes (14) and an electrolyte (16), and a safety valve (22) in the housing (12) which is designed to relieve an over-pressure in the galvanic element (10). The galvanic element (10) according to the invention comprises a protective material (30) which is combined into a package (28) and which is designed to protect the surroundings of the galvanic element (10) from substances which leave the galvanic element (10) through the safety valve (22).

Description

Beschreibung  description
Galvanisches Element für eine elektrochemische Batterie Galvanic element for an electrochemical battery
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element für eine elektrochemische Batterie. The invention relates to a galvanic element for an electrochemical battery.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Elektrochemische Batterien, wie etwa Lithium-Ionen-Batterien, werden für Anwendungen im Automobilesektor, beispielsweise für Elektrofahrzeuge, immer wichtiger. Electrochemical batteries, such as lithium-ion batteries, are becoming more and more important for automotive applications such as electric vehicles.
In elektrochemische Batterien werden verschiede Elektrolyte und insbesondere auch flüssige Elektrolyte, die häufig auf organischen Kohlenwasserstoffen basieren, eingesetzt. In electrochemical batteries are various electrolytes and in particular liquid electrolytes, which are often based on organic hydrocarbons used.
Prismatische Zellen für elektrochemische Batterien mit flüssigen Elektrolyten werden gewöhnlich mit einem Sicherheitsventil, beispielsweise einer Membran mit einem vordefinierten Bruchpunkt, ausgestattet. Das Sicherheitsventil öffnet sich, wenn der Innendruck einer Zelle einen bestimmten Wert überschreitet, um den Druck durch das Sicherheitsventil auf sichere und kontrollierte Weise abzulassen. Der Druck in der Zelle kann beispielsweise zu solchen kritischen Werten ansteigen, wenn die Zelle überladen wird, wenn sie einen internen Kurzschluss aufweist oder wenn andere Störungen auftreten, die zum Entstehen von Gasen führen. Diese Gase entstehen in der Regel durch Zersetzen des Elektrolyten und/oder der Kathode. Wenn sich das Sicherheitsventil öffnet, entweichen die Gase aus der Zelle und können einen Teil des flüssigen Elektrolyten mit sich nehmen, der sich dann außerhalb der Zelle verteilt. Der Elektrolyt kann gefährliche Substanzen, wie etwa HF, As- Verbindungen und Säuren enthalten, die in diesem Fall in die Umgebung verbracht werden und deren weitere Reaktionen nicht mehr steuerbar sein können. Prismatic cells for electrochemical batteries with liquid electrolytes are usually equipped with a safety valve, for example a diaphragm with a predefined break point. The safety valve opens when the internal pressure of a cell exceeds a certain level to release the pressure through the safety valve in a safe and controlled manner. For example, the pressure in the cell may increase to such critical levels when the cell is overcharged, when it has an internal short circuit, or when other disturbances occur that result in the generation of gases. These gases usually arise by decomposition of the electrolyte and / or the cathode. When the safety valve opens, the gases escape from the cell and can carry a portion of the liquid electrolyte, which then spreads outside the cell. The electrolyte may contain hazardous substances, such as HF, As compounds and acids, which in this case are brought into the environment and whose further reactions can no longer be controlled.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Umgebung einer elektrochemischen Batterie vor Substanzen aus dem Inneren eines galvanischen Elements zu schützen. It is an object of the invention to protect the environment of an electrochemical battery from substances from the interior of a galvanic element.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung. This object is solved by the subject matter of the independent claims. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein galvanisches Element für eine One aspect of the invention relates to a galvanic element for a
elektrochemische Batterie. Das galvanische Element kann einen Lithium-Ionen- Akkumulator umfassen. Das galvanische Element kann eine oder mehrere galvanische Zellen umfassen, die zu der elektrochemischen Batterie electrochemical battery. The galvanic element may comprise a lithium ion accumulator. The galvanic element may comprise one or more galvanic cells connected to the electrochemical battery
zusammengefasst sind. Das galvanische Element kann eine prismatische Zelle umfassen bzw. eine prismatische Zelle sein, die ein quaderförmiges Gehäuse mit an einer Oberseite bzw. Deckel angeordneten Kontakten umfasst. are summarized. The galvanic element may comprise a prismatic cell or a prismatic cell, which comprises a cuboid housing with contacts arranged on a top or lid.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das galvanische Element ein Gehäuse zur Aufnahme von Elektroden und eines (flüssigen) Elektrolyten, und ein Sicherheitsventil im Gehäuse, das dazu ausgeführt ist, einen Überdruck in dem galvanischen Element abzulassen. Das Sicherheitsventil kann eine Membran sein, die beispielsweise im Deckel des galvanischen Elements über einer Öffnung platziert ist oder die aus einem verdünnten Bereich des Deckels gebildet ist. Das galvanische Element umfasst ein Schutzmaterial, das zu einem Paket zusammengefasst ist und das dazu ausgeführt ist, die Umgebung des galvanischen Elements vor Substanzen, wie etwa Gasen und Flüssigkeiten, zu schützen, die das galvanische Element durch das Sicherheitsventil verlassen. According to one embodiment of the invention, the galvanic element comprises a housing for receiving electrodes and a (liquid) electrolyte, and a safety valve in the housing, which is designed to discharge an overpressure in the galvanic element. The safety valve may be a membrane which is placed, for example, in the lid of the galvanic element over an opening or which is formed from a thinned portion of the lid. The galvanic element comprises a protective material, which is combined into a package and which is designed to protect the environment of the galvanic element from substances, such as gases and liquids, which leave the galvanic element through the safety valve.
Das Schutzmaterial kann eine aktive Substanz sein und kann dazu geeignet sein, gefährliche Substanzen bzw. Chemikalien, die aus dem Sicherheitsventil strömen, zu entschärfen bzw. deren Gefährlichkeit zu vermindern. Indem ein zusätzliches Paket, beispielsweise ein Beutel, mit dem Material direkt The protective material may be an active substance and may be capable of defusing or reducing the hazardousness of hazardous substances or chemicals that flow out of the safety valve. By adding an extra package, such as a bag, with the material directly
(beispielsweise am Gehäuse) oder indirekt (an einem weiteren Bauteil) an dem galvanischen Element befestigt wird, kann die Sicherheit für einen Benutzer der elektrochemischen Batterie erhöht werden. Außerdem können benachbarte galvanische Elemente und Batteriesystemkomponenten vor Korrosion durch die austretenden Substanzen geschützt werden. (For example, on the housing) or indirectly (on another component) is attached to the galvanic element, the safety for a user of the electrochemical battery can be increased. In addition, adjacent galvanic elements and battery system components can be protected from corrosion by the exiting substances.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Schützen der Umgebung ein Neutralisieren, Absorbieren, Adsorbieren, Zerlegen, Abbauen und/oder Aufnehmen der Substanzen durch das Schutzmaterial. Das According to one embodiment of the invention, protecting the environment comprises neutralizing, absorbing, adsorbing, decomposing, degrading and / or picking up the substances by the protective material. The
Schutzmaterial kann ein poröses Material oder eine poröse Mischung oder Komposit von Materialen sein. Es kann ein Granulat sein. Es kann im Protective material may be a porous material or a porous mixture or composite of materials. It can be granules. It can be in
getrockneten bzw. aufnahmefähigen Zustand im Paket vorliegen. dried or receptive state in the package.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schutzmaterial ein Salz und/oder Aktivkohle. Salze wie etwa CaCI2 können zum Neutralisieren und/oder Absorbieren von HF verwendet werden. Mit Aktivkohle können die verschiedensten Substanzen adsorbiert werden. Das Schutzmaterial kann verschiedene Chemikalien enthalten, die dazu ausgelegt sind, abhängig von der Zusammensetzung des Elektrolyten, die entstehenden Gase zu binden oder deren Zusammensetzung zu verändern. Beispielsweise gibt es kommerziell erhältliche Produkte, wie etwa FAST-ACT® von NanoScale. According to one embodiment of the invention, the protective material comprises a salt and / or activated carbon. Salts such as CaCl 2 can be used to neutralize and / or absorb HF. With activated carbon, the most diverse substances can be adsorbed. The protective material may include various chemicals designed to bind or alter the composition of the resulting gases, depending on the composition of the electrolyte. For example, there are commercially available products such as FAST-ACT® from NanoScale.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Paket einen Beutel, der mit dem Schutzmaterial gefüllt ist. Der Beutel kann aus einem Material hergestellt sein, das durchlässig für Gase und/oder Flüssigkeiten ist, die aus dem galvanischen Element austreten. Beispielsweise kann dieser Beutel über dasAccording to one embodiment of the invention, the package comprises a bag filled with the protective material. The bag may be made of a material which is permeable to gases and / or liquids exiting the galvanic element. For example, this bag over the
Sicherheitsventil platziert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Beutel aus einem Gewebe hergestellt. Das Gewebe kann beispielsweise aus Kunstfasern, wie etwa PP- oder PE-Fasern, hergestellt sein. Die aus der Zelle austretenden Substanzen können einen porösen Beutel durchdringen und so zum Schutzmaterial gelangen. Safety valve to be placed. According to one embodiment of the invention, the bag is made of a fabric. The fabric may be made of, for example, synthetic fibers such as PP or PE fibers. The substances emerging from the cell can penetrate a porous bag and thus reach the protective material.
Durch Einstellen der Gewebedichte des Beutels und/oder durch Einstellen der Porosität und/oder der Porengröße des Schutzmaterials ist es möglich, den Fluidstrom durch den Beutel zu steuern. Auf diese Weise kann das Paket auch als Begrenzer der Stärke des Fluidstroms eingesetzt werden, wenn sich das Sicherheitsventil öffnet. By adjusting the fabric density of the bag and / or adjusting the porosity and / or pore size of the protective material, it is possible to control the flow of fluid through the bag. In this way, the package can also be used as a limiter of the strength of the fluid flow when the safety valve opens.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Beutel aus einer schmelzenden Folie hergestellt. Es ist häufig der Fall, dass in dem galvanischen Element Gase entstehen, wenn sich das galvanische Element stark erhitzt hat. Die das Sicherheitsventil verlassenden Substanzen weisen dann eine According to one embodiment of the invention, the bag is made of a melting film. It is often the case that in the galvanic element gases are formed when the galvanic element has heated up strongly. The substances leaving the safety valve then have a
Temperatur auf, mit der die Folie, beispielsweise aus PE oder PP, Temperature at which the film, for example made of PE or PP,
aufgeschmolzen werden kann, um das Schutzmaterial freizusetzen. can be melted to release the protective material.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Paket ein Gel, in das das Material eingebracht ist. Wenn das Paket an einem Bauteil in der Umgebung des Sicherheitsventils angebracht werden soll, kann ein mit dem Schutzmaterial gemischtes Gel, das an das Bauteil geklebt wird, den Herstellungsprozess vereinfachen. According to one embodiment of the invention, the package comprises a gel into which the material is introduced. When the package is to be attached to a component in the vicinity of the safety valve, a gel mixed with the protective material that is adhered to the component can simplify the manufacturing process.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Paket mit einer am According to one embodiment of the invention, the package with an am
Gehäuse befestigten Rückhaltevorrichtung über dem Sicherheitsventil platziert. Die Rückhaltevorrichtung kann ein Band, ein Gitter, einen Behälter und/oder eine Klammer umfassen, mit dem das Paket fixiert werden kann. Auch kann dasHousing mounted retaining device placed over the safety valve. The restraint device may comprise a band, a grid, a container and / or a clamp, with which the package can be fixed. Also, that can
Paket am Gehäuse festgeklebt sein. Die Rückhaltevorrichtung kann so ausgeführt sein, dass aus dem galvanischen Element austretende Substanzen frei durch das Paket fließen können. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überdeckt das Paket das Package glued to the housing. The retaining device may be designed such that substances emerging from the galvanic element can flow freely through the package. According to one embodiment of the invention, the package covers the
Sicherheitsventil derart, dass Substanzen, die das Sicherheitsventil verlassen, durch das Paket gedrückt werden. Beispielsweise ist der Beutel mit dem Safety valve such that substances leaving the safety valve, be pressed through the package. For example, the bag with the
Schutzmaterial auf eine Öffnung gedrückt, in der das Sicherheitsventil angeordnet ist, so dass unter Druck stehende Gase und/oder Flüssigkeiten das Schutzmaterial durchdringen müssen, anstatt am Paket vorbeizuströmen. Das Andrücken an der Öffnung kann durch die Rückhaltevorrichtung geschehen. Pressing protective material on an opening in which the safety valve is arranged so that pressurized gases and / or liquids must penetrate the protective material, instead of passing the package. The pressing on the opening can be done by the retaining device.
Zusätzlich kann mit dem Paket die Geschwindigkeit des Gasaustritts durch Einstellen der Porosität des Schutzmaterials und/oder des Beutels gesteuert werden. In addition, with the package, the rate of gas leakage can be controlled by adjusting the porosity of the protective material and / or the bag.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Paket beabstandet zum Sicherheitsventil angeordnet. Beispielsweise ist das Paket neben dem According to one embodiment of the invention, the package is arranged at a distance from the safety valve. For example, the package is next to the
Sicherheitsventil am Gehäuse befestigt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Paket an einem Bauteil, das dem Sicherheitsventil gegenüberliegt, angebracht. Beispielsweise könnte das Paket an einem gemeinsamen Deckel, der mehrere zusammengefasste galvanische Elemente überdeckt, angebracht sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Paket aus verschiedenen aktiven und passiven Teilen bzw. Komponenten aufgebaut. Diese Teile können auf den Austritt unterschiedlich Gase oder Substanzen ausgelegt sein. Diese Teile können auf unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten oder Safety valve attached to the housing. According to one embodiment of the invention, the package is attached to a component opposite the safety valve. For example, the package could be attached to a common lid covering a plurality of combined galvanic elements. According to one embodiment of the invention, the package is composed of various active and passive parts or components. These parts may be designed for the discharge of different gases or substances. These parts can be at different exit speeds or
Austrittsmengen ausgelegt sein. Die Teile können an unterschiedlichen Orten für eines oder zusammengefasste galvanische Elemente positioniert sein. Be designed outlet quantities. The parts may be positioned at different locations for one or combined galvanic elements.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrochemische Batterie mit einer Mehrzahl von galvanischen Elementen, so wie sie obenstehend und Another aspect of the invention relates to an electrochemical battery having a plurality of galvanic elements, as above and
untenstehend beschrieben sind. Das Paket mit dem Schutzmaterial kann beispielsweise an einem gemeinsamen Gehäuse für die galvanischen Elemente oder an der Seite eines galvanischen Elements, die einem Sicherheitsventil eines weiteren galvanischen Elements gegenüberliegt, befestigt sein. are described below. The package with the protective material may, for example, be attached to a common housing for the galvanic elements or to the side of a galvanic element, which is opposite to a safety valve of a further galvanic element.
Lediglich ein oder nicht alle der galvanischen Elemente der elektrochemischen Batterie können ein Paket mit Schutzmaterial aufweisen. Die elektrochemische Batterie kann beispielsweise eine Fahrzeugbatterie sein, beispielsweise für ein Elektroauto. Only one or all of the galvanic elements of the electrochemical battery may have a package of protective material. The electrochemical battery may for example be a vehicle battery, for example for an electric car.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Die Fig. la zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein galvanischesEmbodiments of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Fig. La shows a schematic cross section through a galvanic
Element gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Element according to an embodiment of the invention.
Die Fig. lb zeigt eine schematische Draufsicht auf das galvanische Element aus der Fig. la. Fig. Lb shows a schematic plan view of the galvanic element of Fig. La.
Die Fig. 2a zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein galvanisches Element gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. FIG. 2a shows a schematic cross section through a galvanic element according to a further embodiment of the invention.
Die Fig. 2b zeigt eine schematische Draufsicht auf das galvanische Element aus der Fig. 2a. FIG. 2b shows a schematic plan view of the galvanic element from FIG. 2a.
Die Fig. 3a zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein galvanisches Element gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Fig. 3b zeigt eine schematische Draufsicht auf das galvanische Element aus der Fig. 3a. FIG. 3a shows a schematic cross section through a galvanic element according to a further embodiment of the invention. FIG. 3b shows a schematic plan view of the galvanic element from FIG. 3a.
Die Fig. 4a zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein galvanisches Element gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. FIG. 4a shows a schematic cross section through a galvanic element according to a further embodiment of the invention.
Die Fig. 4b zeigt eine schematische Draufsicht auf das galvanische Element aus der Fig. 4a. FIG. 4b shows a schematic plan view of the galvanic element from FIG. 4a.
Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Basically, identical or similar parts are the same
Bezugszeichen versehen. Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen Provided with reference numerals. Detailed description of embodiments
Die Fig. la zeigt ein galvanisches Element 10 bzw. eine galvanische Zelle 10, die ein quaderförmiges Gehäuse 12 umfasst, in dessen Innerem Elektroden 14 angeordnet sind und in dem ein Elektrolyt 16 aufgenommen ist. Das galvanische Element 10 kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Zelle 10 mit einer Kupfer- und einer Aluminium- Elektrode sein und einen flüssigen Elektrolyten 16 mit einer organischen Kohlenstoffverbindung enthalten. FIG. 1 a shows a galvanic element 10 or a galvanic cell 10 which comprises a cuboidal housing 12, in the interior of which electrodes 14 are arranged and in which an electrolyte 16 is accommodated. The galvanic cell 10 may be, for example, a lithium-ion cell 10 having a copper and an aluminum electrode and containing a liquid electrolyte 16 having an organic carbon compound.
An einer Oberseite weist das Gehäuse 12 einen Deckel 18 bzw. eine Deckplatte 18 auf, die von zwei Kontakten 20 durchdrungen wird, die mit den Elektroden verbunden sind. On an upper side, the housing 12 has a cover 18 or a cover plate 18, which is penetrated by two contacts 20 which are connected to the electrodes.
Zwischen den Kontakten 20 ist ein Sicherheitsventil 22 angeordnet, das eine Öffnung 24, d.h. ein Loch 24 in der Deckplatte 18, und eine Membran 26 umfasst, die die Öffnung 24 verschließt. Between the contacts 20, a safety valve 22 is arranged, which has an opening 24, i. a hole 24 in the cover plate 18, and a membrane 26 which closes the opening 24.
Über dem Sicherheitsventil 22 ist ein Paket 28 mit einem Schutzmaterial 30 angeordnet, das von einer Rückhaltevorrichtung 32 derart über der Öffnung 24 gehalten wird, dass es die Öffnung 24 vollständig überdeckt. Above the safety valve 22, a package 28 with a protective material 30 is arranged, which is held by a retaining device 32 so over the opening 24, that it completely covers the opening 24.
Die Rückhaltevorrichtung 32 umfasst ein Band 34, das beispielweise an das Gehäuse 12 geschweißt ist. Das Band 34 kann dabei zu einer rechteckigen Brücke gebogen sein, die sich über das Paket 28 erstreckt. The restraint 32 includes a band 34 that is welded to the housing 12, for example. The band 34 may be bent to a rectangular bridge which extends over the package 28.
Das Paket 28 kann ein Beutel 36 aus einem Gewebe umfassen, in dem das Schutzmaterial 30, beispielsweise ein Salz oder ein trockenes Granulat, aufgenommen ist. The package 28 may comprise a bag 36 of a fabric in which the protective material 30, for example a salt or a dry granule, is received.
Das Band 34 presst den Beutel 36 gegen die Öffnung 24, so dass dieser die Öffnung 24 vollständig überdeckt. Wird das galvanische Element 10 überladen, können im Inneren des galvanischen Elements 10 Gase entstehen, so dass ein Überdruck entsteht. Erreicht der Überdruck einen bestimmten Wert, birst die Membran 26 und die Gase strömen durch das Paket 28 nach außen. Etwaige Substanzen, die von den Gasen mitgerissen werden (beispielsweise weil der Elektrolyt aufschäumt) müssen durch das Paket 28 strömen und werden von dem Schutzmaterial neutralisiert, absorbiert und/oder adsorbiert. The band 34 presses the bag 36 against the opening 24 so that it completely covers the opening 24. If the galvanic element 10 is overloaded, 10 gases can be produced in the interior of the galvanic element, so that an overpressure is created. When the overpressure reaches a certain value, the membrane bursts 26 and the gases flow through the package 28 to the outside. Any substances that are carried along by the gases (for example, because of the Electrolyte foams) must flow through the package 28 and be neutralized, absorbed and / or adsorbed by the protective material.
Aus Fig. lb ist zu erkennen, dass das Paket 28, das Sicherheitsventil 22 und die Rückhaltevorrichtung 32 zwischen den beiden zylinderförmigen Kontakten 20 mittig auf der Deckplatte 18 angeordnet sein können. From Fig. Lb it can be seen that the package 28, the safety valve 22 and the retaining device 32 between the two cylindrical contacts 20 can be arranged centrally on the cover plate 18.
Die Fig. 2a und 2b zeigen ein galvanisches Element 10 analog den Fig. la und lb mit einer anderen Rückhaltevorrichtung 32 in der Form zweier gitterartig verschweißter Streifen 38, die das Paket 28 über der Öffnung 28 fixieren. FIGS. 2a and 2b show a galvanic element 10 analogous to FIGS. 1a and 1b with another retaining device 32 in the form of two lattice-like welded strips 38 which fix the packet 28 over the opening 28.
Die Fig. 3a und 3b zeigen ein galvanisches Element 10 analog den Fig. la und lb mit einer weiteren Ausführungsform einer Rückhaltevorrichtung 32, die einen Behälter 40 umfasst, der die Öffnung 24 umgibt und in dem das Paket 28 aufgenommen ist. Der Behälter 40 weist eine Seitenwand 42 auf, der mit der Deckelplatte 18 verschweißt sein kann und einen gegenüberliegenden Rand 44, der nach innen über die Seitenwand 42 steht und das Paket 28 klammerartig umgreift und auf diese Weise gegen die Öffnung 24 presst. FIGS. 3a and 3b show a galvanic element 10 analogous to FIGS. 1a and 1b with a further embodiment of a retaining device 32 which comprises a container 40 which surrounds the opening 24 and in which the packet 28 is accommodated. The container 40 has a side wall 42, which may be welded to the cover plate 18 and an opposite edge 44 which is inwardly over the side wall 42 and the package 28 clamp-like manner and in this way presses against the opening 24.
Die Fig. 4a und 4b zeigen ein galvanisches Element 10 analog den Fig. la und lb. Ein Paket 28 mit einem Schutzmaterial 30 ist dabei beabstandet von dem Sicherheitsventil 22 angeordnet. Das Paket 28 ist an einem Bauteil 46 angebracht, das dem Sicherheitsventil 22 gegenüberliegt, beispielsweise an einem gemeinsamen Gehäuse oder einer Bodenwandung eines darüber liegenden galvanischen Elements. FIGS. 4a and 4b show a galvanic element 10 analogous to FIGS. 1a and 1b. A package 28 with a protective material 30 is arranged at a distance from the safety valve 22. The package 28 is attached to a member 46 opposite the safety valve 22, for example, to a common housing or bottom wall of an overlying galvanic element.
Wie aus der Fig. 4a hervorgeht, kann das Sicherheitsventil 22 aus einem Bereich 48 der Deckplatte 18 gebildet sein, an dem das Material dünner als bei der restlichen Deckplatte 18 ausgeführt ist. As can be seen from FIG. 4 a, the safety valve 22 can be formed from a region 48 of the cover plate 18, on which the material is made thinner than in the remaining cover plate 18.
Beispielsweise kann das Paket 28 mit Klammern 49 an dem Bauteil 46 gehalten sein. Das Paket 28 kann ein Gel 50 umfassen, in dem das Schutzmaterial 30 aufgenommen ist. Das Gel 50 kann durch Adhäsion an dem Bauteil 46 gehalten werden. For example, the package 28 may be held on the component 46 with clamps 49. The package 28 may include a gel 50 in which the protective material 30 is received. The gel 50 may be held on the member 46 by adhesion.
Auch kann das Paket 28 einen Beutel umfassen, der aus einer schmelzbaren Folie hergestellt ist, die beim Kontakt mit den heißen Gasen aus dem Also, the package 28 may comprise a bag made of a fusible foil which, upon contact with the hot gases, is discharged from the
Sicherheitsventil 22 schmilzt und so das Innere des Beutels, d.h. das Safety valve 22 melts and so the interior of the bag, i. the
Schutzmaterial 30, freigibt. Protective material 30, free.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener In addition, it should be understood that "comprising" does not exclude other elements or steps and "a" or "an" does not exclude a multitude. "Further, it should be noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments also in combination with other features or steps of others described above
Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Embodiments can be used. Reference numerals in the
Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Claims are not intended to be limiting.

Claims

Ansprüche claims
1 . Galvanisches Element (10) für eine elektrochemische Batterie, das 1 . Galvanic element (10) for an electrochemical battery, the
galvanische Element (10) umfassend:  galvanic element (10) comprising:
ein Gehäuse (12) zur Aufnahme von Elektroden (14) und eines Elektrolyten (16), und  a housing (12) for receiving electrodes (14) and an electrolyte (16), and
ein Sicherheitsventil (22) im Gehäuse (12), das dazu ausgeführt ist, einen Überdruck in dem galvanischen Element (10) abzulassen,  a safety valve (22) in the housing (12), which is designed to release an overpressure in the galvanic element (10),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das galvanische Element (10) ein Schutzmaterial (30) umfasst, das zu einem Paket (28) zusammengefasst ist und das dazu ausgeführt ist, die Umgebung des galvanischen Elements (10) vor Substanzen zu schützen, die das galvanische Element (10) durch das Sicherheitsventil (22) verlassen.  the galvanic element (10) comprises a protective material (30) which is combined to form a packet (28) and which is designed to protect the surroundings of the galvanic element (10) from substances which cause the galvanic element (10) to pass through Leave safety valve (22).
2. Galvanisches Element (10) nach Anspruch 1 , 2. Galvanic element (10) according to claim 1,
wobei ein Schützen der Umgebung ein Neutralisieren, Absorbieren,  protecting the environment by neutralizing, absorbing,
Adsorbieren und/oder Aufnehmen der Substanzen durch das Schutzmaterial (30) umfasst.  Adsorbing and / or receiving the substances by the protective material (30).
3. Galvanisches Element (10) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Galvanic element (10) according to claim 1 or 2,
wobei das Schutzmaterial (30) ein Salz und/oder Aktivkohle umfasst.  wherein the protective material (30) comprises a salt and / or activated carbon.
4. Galvanisches Element (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paket (28) einen Beutel (36) umfasst, der mit dem Schutzmaterial (30) gefüllt ist. The galvanic cell (10) of any one of the preceding claims, wherein the package (28) comprises a bag (36) filled with the protective material (30).
5. Galvanisches Element (10) nach Anspruch 4, 5. galvanic element (10) according to claim 4,
wobei der Beutel (36) aus einem Gewebe hergestellt ist.  wherein the bag (36) is made of a fabric.
6. Galvanisches Element (10) nach Anspruch 4 oder 5, 6. galvanic element (10) according to claim 4 or 5,
wobei der Beutel (36) aus einer schmelzbaren Folie hergestellt ist. wherein the bag (36) is made of a fusible film.
7. Galvanisches Element (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paket (28) ein Gel (50) umfasst, in das das Schutzmaterial (30) eingebracht ist. A galvanic cell (10) according to any one of the preceding claims, wherein the package (28) comprises a gel (50) into which the protective material (30) is incorporated.
8. Galvanisches Element (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paket mit einer am Gehäuse befestigten Rückhaltevorrichtung über dem Sicherheitsventil platziert ist. The galvanic cell (10) of any one of the preceding claims, wherein the package is placed over the safety valve with a retention device attached to the housing.
9. Galvanisches Element (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paket (28) das Sicherheitsventil (22) derart überdeckt, dass Substanzen, die das Sicherheitsventil (22) verlassen, durch das Paket gedrückt (28) werden. The galvanic element (10) of any one of the preceding claims, wherein the package (28) covers the safety valve (22) such that substances exiting the safety valve (22) are pushed (28) through the package.
10. Galvanisches Element (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paket (28) beabstandet zum Sicherheitsventil (22) angeordnet ist. 10. Galvanic element (10) according to one of the preceding claims, wherein the package (28) spaced from the safety valve (22) is arranged.
1 1 . Galvanisches Element (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Paket (28) an einem Bauteil (46), das dem Sicherheitsventil (22) gegenüberliegt, angebracht ist. 1 1. A galvanic element (10) as claimed in any one of the preceding claims, wherein the package (28) is attached to a member (46) opposite the safety valve (22).
12. Galvanisches Element (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das galvanische Element einen Lithium-Ionen-Akkumulator umfasst. 12. The galvanic cell according to claim 1, wherein the galvanic cell comprises a lithium-ion battery.
13. Elektrochemische Batterie mit einer Mehrzahl von galvanischen Elementen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12. 13. An electrochemical battery with a plurality of galvanic elements (10) according to one of claims 1 to 12.
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