DE102007020905A1

DE102007020905A1 - Galvanisches Element mit Sicherungsmittel

Info

Publication number: DE102007020905A1
Application number: DE102007020905A
Authority: DE
Inventors: Markus Kohlberger; Eduard Pytlik; Markus Dr. Pompetzki; Thomas Dr. Wöhrle; Arno Dr. Perner; Calin Dr. Wurm; Peter Dr. Haug
Original assignee: VARTA Microbattery GmbH
Current assignee: VARTA Microbattery GmbH; VW Kraftwerk GmbH
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: DE102007020905B4

Abstract

Beschrieben wird ein galvanisches Element, umfassen mindestens eine Einzelzelle mit mindestens einer positiven Elektrode, mindestens einer negativen Elektrode und mindestens einem Separator, wobei mindestens eine der Elektroden eine Lithium interkalierende Elektrode ist, ein Gehäuse, in dem die mindestens eine Einzelzelle angeordnet ist, mindestens einen elektrischen Leiter, der mit der mindestens einen positiven Elektrode verbunden und aus dem Gehäuse herausgeführt ist und mindestens einen elektrischen Leiter, der mit der mindestens einen negativen Elektrode verbunden und aus dem Gehäuse herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein Sicherungsmittel aufweist, das bei Überladung und/oder Überstrom eine mechanische Durchtrennung mindestens eines der elektrischen Leiter herbeiführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit mindestens einer Einzelzelle, die mindestens eine positive Elektrode, mindestens eine negative Elektrode und mindestens einen Separator aufweist, wobei mindestens eine der Elektroden eine Lithium interkalierende Elektrode ist, einem Gehäuse, in dem die mindestens eine Einzelzelle angeordnet ist, mindestens einem elektrischen Leiter, der mit der mindestens einen positiven Elektrode verbunden und aus dem Gehäuse herausgeführt ist und mindestens einem elektrischen Leiter, der mit der mindestens einen negativen Elektrode verbunden und aus dem Gehäuse herausgeführt ist.
Aufgrund ihrer hohen Energiedichte und dem damit verbundenen niedrigen Gewicht werden wiederaufladbare Lithium-Ionen-Zellen, insbesondere Lithium-Polymer-Zellen, bevorzugt als Energiequellen in portablen Geräten wie PDA's, Organizern, Notebooks oder Telefonen eingesetzt.
In aller Regel weisen Lithium-Ionen-Zellen bzw. Lithium-Polymer-Zellen brennbare Bestandteile, beispielsweise einen Elektrolyten auf Basis or ganischer Carbonate, auf. In Verbindung mit der hohen Energiedichte solcher Zellen stellt dies ein potenzielles Gefahrenpotenzial für den Verbraucher dar. Entsprechend müssen besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, um Risiken für den Verbraucher auszuschließen bzw. extrem gering zu halten.
Lithium-Ionen-Zellen bzw. Lithium-Polymer-Zellen können insbesondere durch Stromstöße, wie sie beispielsweise durch einen externen Kurzschluss verursacht werden können, oder durch Überladung beschädigt werden und gegebenenfalls sogar in Brand geraten oder explodieren. Statistisch gesehen zählen insbesondere Überladungen zu den häufigsten Ursachen von Zelldefekten.
Besonders häufig weisen Lithium-Ionen-Zellen, insbesondere Lithium-Polymer-Zellen, eine graphithaltige Anode und eine Lithium-Cobalt-Oxidbasierte Kathode auf. Beim Ladevorgang werden Lithium-Ionen aus dem Lithium-Cobalt-Oxid ausgelagert und in die Graphitschichten der Anode interkaliert. Wird eine solche Zelle überladen, insbesondere auf eine Spannung von über 4,2 Volt, so kommt es vor, dass mehr Lithium-Ionen ausgelagert werden, als von den Graphitschichten der Anode aufgenommen werden können. In der Folge scheidet sich auf der Anode oberflächlich metallisches Lithium ab. Wird der Ladevorgang weiter fortgesetzt und entsprechend die Spannung weiter erhöht, insbesondere auf ein Niveau von deutlich über 4,2 Volt, so zersetzen sich Bestandteile des Elektrolyten und führen zu einer starken Aufgasung der Zelle. Zudem wird die Lithium-Cobalt-Oxid-Struktur durch die fortschreitende Auslagerung des Lithiums immer instabiler, bis sie letztendlich unter Freisetzung von Sauerstoff zusammenbricht. Diese Prozesse führen zu einer starken Erwärmung der Zelle, die in einer explosionsartigen Verbrennung resultieren kann.
Um dies zu vermeiden, werden Lithium-Ionen-Zellen, insbesondere Lithium-Polymer-Zellen, häufig mit Sicherheitselektroniken versehen, die den Lade- und Entladevorgang überwachen und die Zelle vor unsachgemäßer Behandlung, insbesondere auch vor externen Kurzschlüssen, schützen. Alternativ oder zusätzlich können Lithium-Ionen-Zellen auch mit Schmelzsicherungen versehen werden, die ab einer gewissen Temperatur ausgelöst werden und den Lade- oder Entladevorgang schlagartig unterbrechen können.
Schmelzsicherungen haben allerdings den Nachteil, dass sie unter Umständen auch durch Zufuhr externer Wärme, beispielsweise durch starke Sonnenstrahlung, ausgelöst werden können und die Zelle gegebenenfalls unbrauchbar machen, ohne dass eine konkrete Brand- oder Explosionsgefahr vorgelegen hätte.
In der Regel werden elektronische Sicherungen daher bevorzugt verbaut, diese sind allerdings mit zusätzlichen Kosten verbunden und können unter Extrembedingungen ebenfalls versagen.
Es besteht somit weiterhin ein Bedarf an einer Sicherheitslösung für Lithium-Ionen-Zellen, insbesondere für Lithium-Polymer-Zellen, die insbesondere im Falle der Überladung einer Zelle zuverlässig den Abbruch des Ladevorgangs bewirkt und so die Zelle vor Beschädigungen und den Verbraucher vor den damit verbundenen Gefahren schützt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein galvanisches Element, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle, bereitzustellen, das eine solche Sicherheitslösung aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das galvanische Element mit den Merkmalen des Anspruches 1. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen galvanischen Elements finden sich in den Ansprüchen 2 bis 18. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Ein erfindungsgemäßes galvanisches Element umfasst mindestens eine Einzelzelle sowie ein Gehäuse, in dem die mindestens eine Einzelzelle angeordnet ist. Die mindestens eine Einzelzelle weist mindestens eine positive Elektrode, mindestens eine negative Elektrode und mindestens einen Separator auf. Dabei handelt es sich bei mindestens einer der Elektroden um eine Lithium interkalierende Elektrode. Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen galvanischen Element um eine Lithium-Ionen-Zelle, insbesondere um eine Lithium-Polymer-Zelle.
Des weiteren weist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element mindestens einen elektrischen Leiter auf, der mit der mindestens einen positiven Elektrode verbunden ist und aus dem Gehäuse heraus geführt ist. Darüber hinaus umfasst es mindestens einen elektrischen Leiter, der mit der mindestens einen negativen Elektrode verbunden ist und aus dem Gehäuse herausgeführt ist. Vorzugsweise stellen die elektrischen Leiter eine elektrische Verbindung zwischen der mindestens einen positiven Elektrode bzw. der mindestens eine negative Elektrode und jeweiligen externen Polen, an denen die Stromabnahme durch ein Gerät wie beispielsweise ein Mobiltelefon erfolgen kann, her.
Insbesondere zeichnet sich ein galvanisches Element dadurch aus, dass es mindestens ein Sicherungsmittel aufweist, das bei Überladung und/oder Überstrom, insbesondere Überspannung, eine mechanische Durchtrennung mindestens eines der elektrischen Leiter herbeiführt.
Durch die Durchtrennung wird ein vorhandener Stromkreis unterbrochen, ein Ladevorgang wird entsprechend gegebenenfalls abgebrochen, so dass ein weiterer Spannungsanstieg unterbunden und ein möglicherweise daraus resultierender Brand oder gar eine Explosion vermieden wird.
Der Begriff „mechanische Durchtrennung" ist vorliegend so zu verstehen, dass die Durchtrennung durch rein mechanische Kräfte bewirkt wird, im Gegensatz zu einer elektronischen Unterbrechung eines Stromkreislaufs oder einer Unterbrechung in Folge der thermischen Wirkung des Stroms, wie sie beispielsweise bei Schmelzsicherungen auftritt.
Bei den mechanischen Kräften, die die Durchtrennung bewirken, handelt es sich insbesondere um Kräfte, die in Folge der mit einer Überladung und/oder Überstrom verbundenen Erwärmung und/oder Gasung auftreten. So können sich beispielsweise in Folge der Erwärmung und/oder Gasung Komponenten eines galvanischen Elements ausdehnen oder verformen. Die dabei auftretenden mechanischen Kräfte werden erfindungsgemäß genutzt, um eine neuartige, einfache und billige Sicherheitslösung zu realisieren.
Es ist bevorzugt, dass das mindestens eine Sicherungsmittel eine irreversible Durchtrennung mindestens eines der elektrischen Leiter bewirkt. Durch die irreversible Durchtrennung wird das erfindungsgemäße galvanische Element dauerhaft deaktiviert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen galvanischen Elements ist als Sicherungsmittel mindestens einer der elektrischen Leiter mit einer Solltrennstelle, insbesondere mit mindestens einer Sollbruchstelle, versehen. Vorzugsweise ist die Solltrennstelle innerhalb des Gehäuses angeordnet. Eine solche Solltrennstelle kann beispielsweise in einer Materialschwächung, einer Ausdünnung oder einer Einkerbung an einer oder mehreren Stellen eines der elektrischen Leiter bestehen. Vorzugsweise ist der elektrische Leiter an der Solltrennstelle leichter durch mechanische Kräfte durchtrennbar oder zerstörbar als in sonstigen Bereichen.
Treten in Folge einer Überladung und/oder Überstrom mechanische Kräfte auf, beispielsweise beim Aufblähen des erfindungsgemäßen galvanischen Elements im Falle einer Gasung, so wird der elektrische Leiter an der Solltrennstelle leicht durchtrennt.
Besonders bevorzugt weist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element als Sicherungsmittel ein Durchtrennungsmittel auf, das sich bei Erwärmung ausdehnt und derart angeordnet ist, dass durch die bei der Ausdehnung auftretenden mechanischen Kräfte mindestens einer der elektrischen Leiter durchtrennt wird. Insbesondere ist das Durchtrennungsmittel so angeordnet, dass ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Durchtrennungsmittel und dem mindestens einen elektrischen Leiter besteht. Dadurch können die auftretenden mechanischen Kräfte unmittelbar auf den Leiter einwirken. Es ist bevorzugt, dass das Durchtrennungsmittel innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
In bevorzugten Ausführungsformen kann ein erfindungsgemäßes galvanisches Element einen elektrischen Leiter mit mindestens einer Solltrennstelle und mindestens ein Durchtrennungsmittel, das sich bei Erwärmung ausdehnt, aufweisen. In diesen Fällen ist es bevorzugt, dass das Durchtrennungsmittel derart angeordnet ist, dass die bei der Ausdehnung auftretenden mechanischen Kräfte unmittelbar auf die Solltrennstelle einwirken können. Bei der Ausdehnung, der ein erfindungsgemäß verwendbares Durchtrennungsmittel bei Erwärmung unterliegen kann, handelt es sich insbesondere um eine Volumenänderung und/oder eine Längenänderung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist ein galvanisches Element nach der vorliegenden Erfindung als Sicherungsmittel ein Durchtrennungsmittel auf, das sich bei Erwärmung deformiert und derart angeordnet ist, dass durch die bei der Deformation auftretenden mechanischen Kräfte mindestens einer der elektrischen Leiter durchtrennt wird. Es ist bevorzugt, dass das Durchtrennungsmittel innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Insbesondere ist es so angeordnet, dass ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Durchtrennungsmittel und dem mindestens einen elektrischen Leiter besteht. Dadurch können die bei der Deformation auftretenden mechanischen Kräfte unmittelbar auf den Leiter einwirken.
Vorzugsweise liegt ein Durchtrennungsmittel, das sich bei Erwärmung deformiert, in Kombination mit mindestens einem elektrischen Leiter mit mindestens einer Solltrennstelle in einem erfindungsgemäßen galvanischen Element vor. In diesen Fällen ist es bevorzugt, dass das Durchtrennungsmittel derart angeordnet ist, dass die bei der Deformation auftretenden mechanischen Kräfte unmittelbar auf die Solltrennstelle einwirken können. Unter der Deformation, der ein erfindungsgemäß verwendbares Durchtrennungsmittel bei Erwärmung unterliegen kann, soll vorliegend insbesondere ein Durchbiegen des Durchtrennungsmittels verstanden werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Durchtrennungsmittel um einen Kunststoffkörper, der bevorzugt mit mindestens einem der elektrischen Leiter in vorzugsweise unmittelbarem Kontakt steht.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen galvanischen Elements handelt es sich bei dem Durchtrennungsmittel um eine Polymerschicht, die sich bei Erwärmung ausdehnt und/oder deformiert wird, insbesondere um eine Folie mit solchen Eigenschaften. Besonders bevorzugt weist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element als Durchtrennungsmittel eine Folie auf, auf der mindestens ein Abschnitt mindestens eines der elektrischen Leiter angeordnet ist. Vorzugsweise weist der auf der Folie angeordnete Abschnitt des mindestens einen elektrischen Leiters eine Solltrennstelle auf.
Es ist bevorzugt, dass das mindestens eine Sicherungsmittel, insbesondere das mindestens eine Durchtrennungsmittel, in unmittelbarem Kontakt zu der mindestens einen Einzelzelle, insbesondere in unmittelbarem Kontakt zu einer der Elektroden der mindestens einen Einzelzelle, angeordnet ist.
Die mindestens eine positive Elektrode eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements weist in bevorzugten Ausführungsformen einen Stromkollektor auf. Bei dem Stromkollektor handelt es sich vorzugsweise um einen metallischen Stromkollektor, insbesondere um einen Stromkollektor aus Aluminium. Vorzugsweise ist der Stromkollektor zwischen jeweils zwei (positiven) Elektrodenhälften angeordnet. Er kann beispielsweise aus Aluminiumstreckmetall oder aus gelochter Aluminiumfolie bestehen.
Die mindestens eine negative Elektrode eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements weist vorzugsweise einen Stromkollektor, insbesondere einen metallischen Stromkollektor auf. Bevorzugt sind Kollektoren aus Kupfer, insbesondere aus massiver Kupferfolie. Auch im Falle der negativen Elektroden ist es bevorzugt, dass der (Kollektor zwischen jeweils zwei (negativen) Elektrodenhälften angeordnet ist.
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen galvanischen Elements umfasst mindestens einer der mit der mindestens einen positiven und/oder der mindestens einen negativen Elektrode verbundenen elektrischen Leiter einen vorzugsweise metallischen Ableiter und/oder eine vorzugsweise metallische Kollektorfahne. Der Ableiter erstreckt sich gegebenenfalls von den externen Polen eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements (also außerhalb des Gehäuses) bis hin zu den Elektroden. Vorzugsweise steht der Ableiter über eine Kollektorfahne mit den Elektroden in elektrischem Kontakt. Insbesondere ist er an die Kollektorfahne geschweißt.
Bei den Kollektorfahnen handelt es sich vorzugsweise um einen nicht mit Elektrodenmasse bedeckten Teil der Kollektoren der Elektroden eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements.
Weist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element mehrere Elektroden gleicher Polarität auf, so ist es bevorzugt, dass diese jeweils Kollektoren mit Kollektorfahnen aufweisen, die miteinander elektrisch verbunden werden, insbesondere miteinander verschweißt werden. Die elek trisch miteinander verbundenen Kollektorfahnen sind dann wiederum bevorzugt mit einem Ableiter verbunden, insbesondere verschweißt.
In bevorzugten Ausführungsformen weist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element mindestens einen elektrischen Leiter auf, der mindestens teilweise als vorzugsweise sehr dünne Leiterbahn vorliegt, vorzugsweise als Leiterbahn mit mindestens einer Solltrennstelle. Bevorzugt umfasst der mindestens einen elektrischen Leiter einen Ableiter, der mindestens teilweise als Leiterbahn vorliegt. Die Leiterbahn weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 1 μm und 50 μm, insbesondere zwischen 1 μm und 25 μm, auf. Dioe Breite der Leiterbahn liegt vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 1 mm und 5 mm. Vorzugsweise handelt es sich bei der Leiterbahn um eine metallische Leiterbahn, insbesondere um eine Leiterbahn aus Kupfer.
Besonders bevorzugt weist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element als Durchtrennungsmittel eine Folie, insbesondere eine Kunststofffolie, besonders bevorzugt eine Kunststoffverbundfolie, auf, die sich bei Erwärmung ausdehnt, sich insbesondere bei Erwärmung streckt, und auf die mindestens eine solche Leiterbahn aufgebracht ist. Vorzugsweise weist die Leiterbahn mindestens eine Solltrennstelle auf. Bei ausreichender Erwärmung, beispielsweise in Folge einer Überladung, streckt sich die Folie und die mindestens eine Leiterbahn wird an der Solltrennstelle unterbrochen.
Es ist bevorzugt, dass ein galvanisches Element nach der vorliegenden Erfindung mindestens zwei Einzelzellen aufweist, die stapelartig angeordnet sind.
Bevorzugt weist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element mindestens eine Einzelzelle auf, die eine Aufeinanderfolge von negative Elektrode/Separator/positive Elektrode umfasst. Besonders bevorzugt umfasst eine Einzelzelle erfindungsgemäß eine Aufeinanderfolge von nega tive Elektrode/Separator/positive Elektrode/Separator/negative Elektrode und/oder eine Aufeinanderfolge von positive Elektrode/Separator/negative Elektrode/Separator/positive Elektrode. Eine Einzelzelle mit einer solchen Aufeinanderfolge wird auch als Eizelle bezeichnet.
Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element mindestens eine positive Elektrode auf, die als Aktivmaterial Lithium-Cobalt-Oxid aufweist.
Die mindestens eine negative Elektrode eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements weist bevorzugt als Aktivmaterial Graphit auf.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Gehäuse eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements um ein Foliengehäuse, insbesondere aus Verbundfolie. Besonders bevorzugt sind Gehäuse aus einer Verbundfolie mit einer bevorzugt mittig angeordneten metallischen Schicht.
Bevorzugt besteht der mindestens eine Separator eines galvanisches Elements nach der vorliegenden Erfindung aus Kunststoff, insbesondere auf Basis mindestens eines Polyolefins.
Die mindestens eine positive Elektrode und/oder die mindestens eine negative Elektrode eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements weist vorzugsweise einen Elektrodenbinder, insbesondere auf Basis eines Polyvinylidenfluorid-Copolymers, auf.
Bevorzugt weist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element einen Elektrolyten mit organischen Bestandteilen auf. Vorzugsweise weist der Elektrolyt ein Leitsalz, insbesondere ein Lithium-Leitsalz, auf. Geeignete Elektrolyte sind dem Fachmann bekannt.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann ein erfindungsgemäßes galvanisches Element neben dem bereits beschriebenen mechanischen Sicherungsmittel zusätzlich ein elektronisches Sicherungsmittel gegen Überladung und/oder Überspannung aufweisen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Ein erfindungsgemäßes galvanisches Element ist hervorragend gegen externe Kurzschlüsse und/oder Überladung gesichert. Kommt es aufgrund eines Kurzschlusses oder einer Überladung in der Zelle zu einer Gasentwicklung, so wird das Sicherungsmittel ausgelöst und führt eine mechanische Durchtrennung mindestens eines der elektrischen Leiter herbei. Die Zelle wird dadurch vorzugsweise irreversibel und dauerhaft deaktiviert. Das erfindungsgemäß vorgesehene Sicherungselement lässt sich in der Regel ohne zusätzlichen Platzbedarf in die Zelle integrieren, so dass praktisch kein Verlust an Energiedichte auf ritt.
Die genannten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des nun folgenden Zeichnungen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Dabei können die einzelnen Merkmale der Erfindung für sich allein oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
Figurenbeschreibung
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements 100, wobei dessen Gehäuse nicht dargestellt ist. Dargestellt ist der Separator 101, auf dessen Seiten eine positive und eine negative Elektrode auflaminiert ist. Die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator bilden zusammen eine Einzelzelle. Lediglich der Rand 102 der auf der Oberseite des Separators auflaminierten Elektrode ist sichtbar. Die auf der Unterseite des Separators auflaminierte Elektrode ist nicht sichtbar. An jede der Elektroden schließt sich eine Kollektorfahne an (103a und 103b), die jeweils umgebogen und mit einem Ableiter (104a und 104b) verbunden sind. Bei den Ableitern 104a und 104b handelt es sich jeweils um Leiterbahnen, die teilweise auf einer Folie 105 aufgebracht sind. Die Leiterbahnen weisen vorzugsweise eine Breite von ca. 4 mm auf und sind vorzugsweise ca. 12 μm dick. Sie bestehen insbesondere aus Kupfer. Die Folie 105 weist vorzugsweise eine Dicke von ca. 12 μm auf. Sie isoliert die Leiterbahnen von der Barunterliegenden Elektrode, mit der sie in unmittelbarem Kontakt steht. Bei der Folie 105 handelt es sich vorzugsweise um eine Mylar^®-Folie (eine Polyethylenterephthalat-Polyesterfolie). Diese dehnt sich bei Erwärmung aus, insbesondere erfährt sie eine Längenänderung bzw. Streckung. Die Leiterbahn 104b weist eine Solltrennstelle 106 auf. An dieser Stelle ist die Leiterbahn stark verjüngt (auf ca. 1,5 mm Breite). Dehnt sich bei Erwärmung die Folie 105 insbesondere in Längsrichtung aus, so reißt die Leiterbahn 104b an der Solltrennstelle 106 auseinander. Ein elektrischer Kontakt wird an dieser Stelle unterbrochen. Die Ableiter 104a und 104b sind aus dem Gehäuse (nicht dargestellt) nach außen geführt.
2 zeigt den Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements 200. Dargestellt ist ein Foliengehäuse 201, in dem sich ein Stapel 202 aus mehreren Einzelzellen befindet. An einem Ende des Stapels sind Kollektoren jeweils gleicher Polarität 203 gebündelt und gefaltet. An die mit den positiven und mit den negativen Elektroden verbundenen Kollektoren ist jeweils ein Ableiter angeschweißt. Dargestellt ist lediglich der Ableiter 204. Dieser ist über die Oberseite des Zellenstapels 202 geführt und wird von diesem durch eine Mylar^®-Folie (nicht dargestellt) getrennt. Der Ableiter 204 weist eine Solltrennstelle 205 auf. Der Ableiter ist aus dem Gehäuse herausgeführt. Das Bezugszeichen 206 bezeichnet den externen Teil des Ableiters.

Claims

Galvanisches Element, umfassend – mindestens eine Einzelzelle mit mindestens einer positiven Elektrode, mindestens einer negativen Elektrode und mindestens einem Separator, wobei mindestens eine der Elektroden eine Lithium interkalierende Elektrode ist, – ein Gehäuse, in dem die mindestens eine Einzelzelle angeordnet ist, – mindestens einen elektrischen Leiter, der mit der mindestens einen positiven Elektrode verbunden und aus dem Gehäuse herausgeführt ist und – mindestens einen elektrischen Leiter, der mit der mindestens einen negativen Elektrode verbunden und aus dem Gehäuse herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein Sicherungsmittel aufweist, das bei Überladung und/oder Überstrom eine mechanische Durchtrennung mindestens eines der elektrischen Leiter herbeiführt.
Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sicherungsmittel mindestens einer der elektrischen Leiter mit mindestens einer Solltrennstelle, insbesondere mit mindestens einer Sollbruchstelle, versehen ist.
Galvanisches Element nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es als Sicherungsmittel ein Durchtrennungsmittel aufweist, das sich bei Erwärmung ausdehnt und derart angeordnet ist, dass in Folge der bei der Ausdehnung auftretenden mechanischen Kräfte mindestens einer der elektrischen Leiter durchtrennt wird.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Sicherungsmittel ein Durchtrennungsmittel aufweist, das sich bei Erwärmung deformiert und derart angeordnet ist, dass in Folge der bei der Deformation auftretenden mechanischen Kräfte mindestens einer der elektrischen Leiter durchtrennt wird.
Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Durchtrennungsmittel um einen Kunststoffkörper handelt, der mit mindestens einem der elektrischen Leiter in vorzugsweise unmittelbarem Kontakt steht.
Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Durchtrennungsmittel um eine Polymerschicht, insbesondere um eine Folie, handelt, auf der mindestens ein Abschnitt mindestens eines der elektrischen Leiter angeordnet ist.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Durchtrennungsmittel in unmittelbarem Kontakt zu der mindestens einen Einzelzelle steht.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine positive Elektrode einen vorzugsweise metallischen Stromkollektor, insbesondere aus Aluminium, aufweist.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine negative Elektrode einen vorzugsweise metallischen Stromkollektor, insbesondere aus Kupfer, aufweist.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der elektrischen Leiter, der mit der mindestens einen positiven Elektrode oder mit der mindestens einen negativen Elektrode verbunden ist, einen vorzugsweise metallischen Ableiter und/oder eine vorzugsweise metallische Kollektorfahne umfasst.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der elektrischen Leiter mindestens teilweise als Leiterbahn vorliegt.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Einzelzellen aufweist, die stapelartig angeordnet sind.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einzelzelle eine Aufeinanderfolge von negative Elektrode/Separator/positive Elektrode umfasst.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine positive Elektrode als Aktivmaterial Lithium-Cobalt-Oxid aufweist.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine negative Elektrode als Aktivmaterial Graphit aufweist.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Foliengehäuse, insbesondere aus Verbundfolie, ist.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Separator ein Kunststoffseparator, insbesondere auf Basis mindestens eines Polyolefins, ist.
Galvanisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein elektronisches Sicherungsmittel gegen Überladung und/oder Überstrom aufweist.